Раздел 1 за

Дайте определения следующим префиксам:

а. Милли-

б. Микро-

S. Выполните следующие преобразования:

ВВЕДЕНИЕ В ЭЛЕКТРОНИКУ 2

Техника безопасности 10

шшз 30

КШИт) 30

= х 33

Раздел 1 за 34

Глава 2 36

Г 109

t* 85

R 85

Г 93

Е„ 107

' 0 / % 165

,Л. 201

Г? 346

га 363

РЕЗЮМЕ

• Законы взаимодействия электростатических зарядов: од­ноименные заряды отталкиваются, а разноименные — притягиваются.

• Электрический заряд (Q) измеряется в кулонах (Кл).

• Один кулон равен заряду 6,24х10¹⁸ электронов.

• Электрический ток — это медленный дрейф электронов из области отрицательного заряда в область положитель­ного заряда.

• Сила тока измеряется в амперах.

• Один ампер (А) — это ток, протекающий в проводни­ке, когда через заданную точку проходит заряд в один кулон за одну секунду.

• Соотношение между силой тока, зарядом и временем описывается формулой:

• Носителями заряда при наличии электрического тока в металлах являются электроны (отрицательные заряды).

• Перемещение дырок (положительных зарядов) направ­лено противоположно движению электронов.

• Ток электронов течет в цепи от отрицательного полюса к положительному.

• Электроны перемещаются по проводнику очень медлен­но, но отдельные электроны могут двигаться со скоро­стью, близкой к скорости света.

Глава 2

• 35

  С помощью степенного представления выражаются очень большие и очень маленькие числа.

• Если показатель степени десяти положительный, деся­тичная запятая перемещается вправо.

• Если показатель степени десяти отрицательный, деся­тичная запятая перемещается влево.

• Префикс милли- обозначает одну тысячную.

• Префикс микро- обозначает одну миллионную.

Глава 2. Самопроверка

1. Какова сила тока в цепи, если за 5 секунд через задан­ную точку протекает 7 кулон?

2. Опишите, как направлен поток электронов в цепи по от­ношению к распределению потенциала в цепи.

3. Запишите следующие числа с помощью степенного пред­ставления:

а. 235;

б. 0,002376;

в. 56323,786.

4. Что обозначают следующие префиксы?

а. Милли-

б. Микро-

Глава 3. Напряжение

ЦЕЛИ

После изучения этой главы студент должен быть в со­стоянии:

• Перечислить шесть основных источников напряжения.

• Описать шесть различных методов получения электри­чества.

• Дать определение элемента и батареи.

• Описать различие между первичными и вторичными элементами.

• Описать, на какие типы подразделяются элементы и ба­тареи.

• Перечислить способы соединения элементов или бата­рей для увеличения выходного тока или напряжения, или и того, и другого.

• Дать определения приложенного напряжения и падения напряжения.

• Описать два типа заземления электрических цепей.

В кусочке медной проволоки имеет место хаотичное движение электронов. Для появления электрического тока электроны должны двигаться в определенном направлении. Для того, чтобы заставить электроны в медной проволоке двигаться в заданном направлении, им должна быть сооб­щена энергия. Энергию сообщает источник, соединенный с проволокой.

Сила, которая заставляет электроны двигаться в задан­ном направлении, определяется разностью потенциалов или напряжением.

3-1. ИСТОЧНИКИ НАПРЯЖЕНИЯ

Напряжение возникает при удалении электронов со сво­их орбит в атомах. Таким образом, любой вид энергии, от­рывающий электроны от атомов, может быть использован

для получения напряжения. Но надо помнить, что энер­гия никогда сама по себе не возникает. Имеет место про­сто переход энергии из одной формы в другую. Источник напряжения — это не просто источник электрической энер­гии. Скорее это способ преобразования других видов энер­гии в электрическую. Существует шесть основных источ­ников напряжения — трение, магнетизм, химические ре­акции, свет, тепло и давление.

Трение является самым старым способом получения электричества. Стеклянная палочка зарядится, если ее по­тереть куском меха или шелка. Генератор Ван де Граафа — устройство, работающее на том же принципе, что и стек­лянная палочка, и способное создавать напряжение в мил­лионы вольт (рис. 3-1). Однако кроме научных исследова­ний, он нигде практически не используется.

В настоящее время основным методом получения элек­трической энергии является магнетизм. Если проводник

гребенка

коллектора

полый метал­лический шар

пассивный

ролик

электроны

каучуковый ремень, кото­рый заряжается проходя мимо металлического ролика

двигатель, приводящий установку в движение

перемещается в магнит­ном поле, на его концах возникает разность по­тенциалов, существую­щая в течение всего вре­мени перемещения от­носительно магнитного поля. Устройство, осно­ванное на этом принци­пе, называется генерато­ром (рис. 3-2). Генератор может вырабатывать как постоянный, так и пере­менный ток. Когда элек­троны текут только в одном направлении, ток называется постоянным.

_ „ , „ „ т, , Когда направление дви- Рис. 3-1. Генератор Ван-де-Граафа

способен создавать разность по- жения электронов пери-

тенциалов в миллионы вольт. одически изменяется на

противоположное, ток называет­ся переменным. Генератор может приводиться в движение нагре­тым паром, водой, ветром или бензиновыми и дизельными дви­гателями. Схематическое обо­значение генератора переменно­го тока показано на рис. 3-3.

Рис. 3-2. Генератор ис­пользует магнетизм для получения электричества.

Рис. 3-3. Схематическое обозначение генератора переменного тока.

Вторым основным методом получения электричества в на­стоящее время является исполь­зование химических батарей.

Рис. 3-5. Некоторые из ши­роко используемых в настоя­щее время химических эле­ментов и батарей.

Электроды батареи состоят из двух разнородных металлов, например меди и цинка, погру­женных в раствор соли, кисло­ты или щелочи. Электроды обеспечивают контакт между электролитом (раствором соли, кислоты или щелочи) и цепью. Электролит извлекает свободные электроны из мед­ного электрода, оставляя его положительно заряженным. Цинковый электрод притягивает свободные электроны в электролите и таким образом приобретает отрицательный заряд. Несколько таких элементов могут быть соединены вместе и образовать батарею. На рис. 3-4 показаны схема­тические обозначения элемента и батареи. В настоящее вре-

Рис. 3-4. Схематические обозначения элемента и батареи. Комбинация двух или более элементов обра­зует батарею.

Рис. 3-6. Фотовольтаическая ячейка может преобразовывать солнечный свет прямо в электричество.

Рис. 3-7. Схемати­ческое обозначение фотовольтаической ячейки (солнечного элемента).

мя используется много различных типов элементов и ба­тарей (рис. 3-5).

Световая энергия может быть преобразована в элект­рическую энергию при попадании света на фоточувстви- тельную пленку в фотовольтаической ячейке (солнечном элементе) (рис. 3-6). Солнечные элементы состоят из фо- точувствительных материалов, расположенных между ме­таллическими электродами. Когда поверхность фоточув- ствительного материала освещается светом, происходит вы­бивание электронов с орбит атомов, расположенных на поверхности материала. Это происходит за счет энергии света. Каждая отдельная ячейка вырабатывает небольшое напряжение. На рис. 3-7 показано схематическое обозна­чение солнечного элемента. Для получения пригодных к использованию напряжений и токов необходимо объеди­нить вместе много солнечных элементов. Солнечные эле­менты используются главным образом на спутниках и в фо­тоаппаратах. Высокая стоимость ограничивает их широкое применение.

Тепло может быть преобразовано прямо в электриче­ство с помощью устройства, называемого термопарой (рис. 3-8). Схематичное обозначение термопары показа­но на рис. 3-9. Термопара состоит из двух разнородных ме­таллических проволок, скрученных вместе. Одна проволо­ка медная, а другая из цинка или железа. При нагревании

>

Рис. 3-8. Термопары преобразуют тепловую энергию непосредственно в электрическую.

Рис. 3-9. Схема­тическое обозна­чение термопары.

медная проволока легко отдает свободные электроны, ко­торые передаются другому проводнику. Таким образом, медная проволока приобретает положительный заряд, а другая проволока — отрицательный, и появляется неболь­шая разность потенциалов или напряжение. Это напряже­ние прямо пропорционально количеству подведенного теп­ла. Одним из применений термопары является термометр, а также пирометр — устройство, которое часто использу­ется для измерения высоких температур в печах и литей­ном производстве.

При приложении к некоторым кристаллическим мате­риалам, таким как кварц, турмалин, сегнетова соль или ти- танат бария давления, возникает небольшое напряжение. Это явление называется пьезоэлектрический эффект. Сна­чала отрицательные и положительные заряды хаотично распределены в образце кристаллического материала и суммарный заряд не может быть обнаружен. При прило­жении давления, электроны покидают одну сторону мате­

риала и скапливаются на дру­гой. Заряд возникает только при приложенном давлении. Когда давление убирают, за­ряд опять распределяется рав­номерно по объему материала. Возникающее напряжение ма­ло и его необходимо усилить для того, чтобы использовать. Пьезоэлектрический эффект используется в кристалличес­ких микрофонах, в головках звукоснимателей проигрывате­лей пластинок и в кварцевых генераторах (рис. 3-10, 3-11).

Рис. 3-10. Кристаллический микрофон.

Рис. 3-11. Схемати­ческое обозначение пьезоэлектрического кристалла.

Заметим, что при получе­нии напряжения такими спо­собами справедливо также и обратное: напряжение может использоваться для получе­ния магнитного поля, стимулирования химических реак­ций, выработки света, тепла и создания давления. Полу­чение магнитного поля происходит в электромоторах, гром­коговорителях, соленоидах и реле. Химические реакции происходят при электролизе и гальваническом нанесении покрытий. Свет испускается электролампочками и други­ми оптоэлектронными устройствами. Тепло производится нагревательными элементами в печах, утюгах и паяльни­ках. Приложенное напряжение может заставить кристалл деформироваться или совершать колебания.

3-1. Вопросы

1. Перечислите шесть основных источников напряжения.

2. Какой способ получения напряжения является основным?

3. Какой способ получения напряжения является вторым основным?

4. Почему солнечные элементы не используются широко

для получения напряжения?