книги из ГПНТБ / Учебник механика военно-воздушных сил буквопечатающие телеграфные аппараты

состоящего из протонов и нейтронов, образуют оболоч­

или иной элемент. Например, атом водорода имеет ядро из одного протона, а его оболочка содержит всего один электрон. Ядро же атома урана окружают 92 электрона.

Электрический заряд ядра равен сумме зарядов электронов, окружающих его. Поскольку ядро и элект­ ронная оболочка имеют разные знаки, каждый атом при равенстве зарядов в нормальном состоянии электри­

Если атом по какой-либо причине потеряет несколько электронов, то он окажется положительно заряженным; такой атом называется положительным ионом. Атом, у которого окажется избыток электронов, станет отрица­ тельно заряженным — отрицательным ионом.

Атомы металлов и некоторых других веществ имеют на внешних орбитах легко отделяющиеся электроны. Под воздействием внешних сил они становятся свобод­ ными, переходя в междуатомное пространство, и число их может стать значительным. Если теперь в какомнибудь месте вещества создать избыток электронов, то хаотическое движение их прекращается, они начинают двигаться в одном направлении — туда, где их меньше. Создается упорядоченное движение электронов, то есть электрический ток.

Физические тела, у которых легко могут быть полу­ чены свободные электроны, называются п р о в о д н и к а-

10

оиях электрический ток не проходит — это д и э л е к т р и- ки (фарфор, резина, стекло, лаки и т. п.).

Кроме проводников и диэлектриков, существуют еще физические тела, занимающие по электрическим свойст­ вам промежуточное положение, — п о л у п р о в о д н и к и . Проводимость их не постоянна, она изменяется под дей­ ствием света, радиоактивного излучения и т. п. К полу­ проводникам относятся германий, кремний, селен, тел­ лур и др. Полупроводники применяются для изготовле­ ния выпрямителей, фотосопротивлений, диодов и триодов,

атакже во многих других электрических устройствах. Вокруг всякого тела, обладающего электрическим

зарядом, существуют электрические силы, способные воз­ действовать на другие электрические заряды или заря­ женные тела. Пространство, в котором проявляется дей­ ствие электрических сил, называется э л е к т р и ч е с к и м п о л е м .

Электрическое поле обладает запасом потенциальной энергии. При внесении в электрическое поле зарядов по­ тенциальная энергия его затрачивается на перенесение зарядов из одних точек поля в другие. Запас потенци­ альной энергии в различных точках поля неодинаков. Запас потенциальной энергии в данной точке поля назы­ вается э л е к т р и ч е с к и м п о т е н ц и а л о м .

Работа, совершаемая при перенесении заряда из од­ ной точки поля в другую, зависит от разности потенциа­ лов этих точек поля, или, как говорят, от электрического напряжения, действующего между этими точками. Раз­ ность потенциалов— э л е к т р и ч е с к о е н а п р я ж е ­ н и е — измеряется в вольтах (в).

§ 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

Электрический ток в проводнике появляется, если на концах его имеется разность в количестве электронов или если к концам проводника приложены внешние электрические силы. Электрический ток будет проходить по проводнику до тех пор, пока между полюсами источ­ ника тока будет поддерживаться разность потенциалов.

Соединив полюса источника тока проводником, мы получим замкнутую э л е к т р и ч е с к у ю цепь.

Простейшая электрическая цепь состоит из источ­ ника электрической энергии, ее потребителя и соедини­

11

тельных проводов. Кроме того, в электрическую цепь обычно включаются электроизмерительные приборы и приборы для замыкания и размыкания цепи. Электриче­ ский ток проходит только по замкнутой цепи. Любая электрическая цепь делится на две части: внешнюю и внутреннюю. Участок цепи внутри источника электриче­ ского тока называется внутренней электрической цепью; потребители электрической энергии вместе с проводни­ ками, соединяющими их с положительным и отрицатель­ ным зажимами источника тока, называются внешней электрической цепью.

В замкнутой электрической цепи, не имеющей ответв­ лений, величина тока на всех участках цепи одинакова. Энергия источника тока, под действием которой электро­

За единицу измерения ЭДС принят в о л ь т (обозна­ чается буквой в).

Величина ЭДС определяется разностью электриче­ ских уровней, то есть разностью электрических потен­ циалов. Если мы будем измерять разность потенциалов источника тока при разомкнутой цепи, то получим вели­ чину ЭДС.

Если будем измерять разность потенциалов при замк­ нутой цепи, то измерим напряжение. Напряжение источ­ ника тока всегда меньше его ЭДС.

Принято считать, что электроны, а следовательно, и ток движутся от положительного полюса к отрицатель­ ному, хотя фактически происходит обратное — электроны движутся от отрицательного полюса к положительному. Следовательно, направление электрического тока проти­ воположно движению электронов (рис. 1).

Электроны в проводнике движутся медленно, со ско­ ростью около 5 мм/сек, однако скорость тока, скорость передачи электронами импульса, вызвавшего их движе­ ние, очень велика и близка к скорости света — 300 000

км/сек.

Интенсивность движения электронов в проводниках характеризуется с и л о й тока , или током.

Сила тока определяется количеством электричества, которое пройдет в единицу времени через поперечное сечение проводника. Сила тока обозначается буквой / или i. Если за время t сек через поперечное сечение про­

12

водника проходит количество электричества q, то ток / в проводнике определяется равенством:

Рис. I. Направление движения тока

Часто приходится измерять ток, величина которого в тысячи и миллионы раз меньше 1 ампера. Одна тысяч­

цепь включается последовательно со всеми другими про­ водниками и нагрузками, через которые проходит изме­ ряемый ток.

§ 3. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Выше уже упоминалось, что тела, имеющие прочную внутриатомную связь электронов с ядрами атомов, не имеют свободных электронов и, следовательно, не могут

13

проводить ток, так как являются непроводниками (ди­ электриками). Но и тела, являющиеся проводниками, не­ одинаково проводят электрический ток, так как ядра атомов разных веществ с различной силой удерживают движущиеся электроны, препятствуя их перемещению.

Свойство проводника препятствовать прохождению через него электрического тока называется электриче­ ским с о п р о т и в л е н и е м . Сопротивление обозначается буквами R или г.

За единицу сопротивления принят о м (обозначается ом или греческой буквой Q — омега).

Сопротивление проводника равно 1 ому, если при напряжении >на его концах в 1 вольт в нем устанавли­ вается ток в 1 ампер.

Сопротивления проводников измеряются в омах, ки-

и молекул в нем, поскольку они оказывают большее или меньшее сопротивление движущимся электронам.

Из различных материалов наименьшим сопротивле­ нием обладают серебро и медь, несколько больше сопро­ тивление у алюминия. При необходимости получить большие сопротивления току создают специальные спла­

14

Величина сопротивления проводника зависит от его температуры. С повышением температуры сопротивление проводников из металла .повышается, а сопротивление в жидкости и угле понижается.

Сопротивление проводника зависит не только от свойств материала, из которого он изготовлен, но и от его толщины и длины. Чем тоньше и длиннее провод­ ник, тем больше его сопротивление.

Электроны, двигаясь по проводнику и преодолевая сопротивление атомов и молекул, расходуют свою ме­ ханическую энергию, которая переходит в тепловую и нагревает проводник. Количество выделенного тепла и,

как это может привести к повреждению электротехни­ ческих устройств. Необходимо заранее знать допустимую величину тока для используемых проводников (табл. 2).

Таблица 2

Наибольшая допустимая величина тока при данном сечении провода и плавкие

15

Под действием электрического тока проводники мо­ гут не только перегреваться, но и плавиться (перего­ рать). На этом свойстве проводников основана работа плавких предохранителей. Они устанавливаются в элек­ трической цепи для предохранения ее от прохождения максимально допустимого тока для данной цепи. Пре­ дохранители рассчитываются на определенную величину

напряжения в цепи применяются разнообразные сопро­ тивления: постоянные проволочные и непроволочные; пе­ ременные (реостаты й потенциометры) проволочные и непроволочные. Сопротивление реостата и потенциомет­ ра можно в известных пределах плавно изменять. Рео­ статы используются для регулирования силы тока в электрической цепи. Каждый реостат имеет паспорт с указанием сопротивления и величины тока, на которые он рассчитан.

Для регулирования напряжения в цепи применяют п о т е н ц и о м е т р ы . Потенциометром называют реостат, у которого оба конца подключены параллельно источ­ нику тока, а скользящий контакт подключается к на­ грузке. Перемещая скользящий контакт (ползунок) по­ тенциометра вправо или влево, изменяют напряжение, подводимое к цепи.

Постоянные сопротивления изготовляются из кера­ мических (фарфоровых) трубок, на которые наматывается проволока либо наносится токопроводящий слой гра­ фитовой массы или металлической пленки. Токопрово­ дящий слой сопротивления покрывается сверху предо­ хранительной массой. Постоянные сопротивления выпу­ скаются самой разной величины — от нескольких ом до нескольких мегом.

Закон Ома

Закон Ома определяет соотношение между силой то­ ка, сопротивлением и напряжением в замкнутой цепи. Он выражается формулой:

R ’

16

Общее сопротивление всей цепи будет равно сумме сопротивлений отдельных ее участков (рис. 2):

Я = К1-}-Я8 + Лд = 20 + 30 + 500 = 550 ом.

тока, можно вычислить падение напряжения на участках внешней цепи:

Следовательно, чем больше величина сопротивления, тем больше на нем падает напряжение.

Последовательное соединение сопротивлений исполь­ зуется для устройства делителей напряжений.

П а р а л л е л ь н о е с о е д и н е н и е с о п р о т и в л е ­ ний. При параллельном соединении сопротивлений на­ пряжение на концах всех сопротивлений одинаково, а сила тока в отдельных сопротивлениях обратно пропор­ циональна их величине (рис. 3).

Rr-20

Рис. 3. Параллельное соединение сопротив­ лений

Общее сопротивление цепи, составленное из парал­

18