Основные электрические величины и понятия
Суть электричества состоит в том, что поток электронов движется по проводнику в замкнутой цепи от источника тока к потребителю и обратно. Перемещаясь, эти электроны выполняют определённую работу. Это явление называется – ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК, а единица измерения носит имя ученого, который первым исследовал свойства тока. Фамилия ученого - Ампер.
Необходимо знать, что ток при работе нагревает, изгибает и, старается поломать провода и все по чему он протекает. Это свойство следует учитывать при расчетах цепей, т.е., чем больше ток, тем толще провода и конструкции.
Если мы разомкнем цепь, ток прекратится, но на зажимах источника тока все-таки будет какой-то потенциал, всегда готовый к работе. Разность потенциалов на двух концах проводника называется НАПРЯЖЕНИЕМ (U).
U=f1-f2.
В свое время ученый по фамилии Вольт скрупулезно изучил электрическое напряжение и дал ему подробное объяснение. Впоследствии единице измерения присвоили его имя.
В отличие от тока, напряжение не ломает, а прожигает. Электрики говорят - пробивает. Поэтому все провода и электрические агрегаты защищены изоляцией, и чем больше напряжение, тем толще изоляция.
Немного позже еще один знаменитый физик - Ом, тщательно экспериментируя, выявил зависимость между этими электрическими величинами и описал ее. Сейчас каждый школьник знает закон Ома I=U/R. Его можно использовать для расчета простых цепей. Накрыв пальцем величину, которую ищем – увидим, как ее вычислить.
Не стоит бояться формул. Для использования электроэнергии необходимы не столько они (формулы), сколько понимание того, что происходит в электроцепи.
А происходит следующее. Произвольный источник тока, (назовем его пока – ГЕНЕРАТОР) вырабатывает электроэнергию и по проводам передает ее потребителю (назовём его, пока словом – НАГРУЗКА). Таким образом, у нас получилась замкнутая электрическая цепь ''ГЕНЕРАТОР – НАГРУЗКА''.
Пока генератор вырабатывает энергию, нагрузка ее потребляет и работает (т.е., преобразует электрическую энергию в механическую, световую или любую другую). Поставив обычный рубильник в разрыв провода, мы можем включать и выключать нагрузку, когда нам надо. Таким образом, получаем неисчерпаемые возможности регулирования работы. Интересно то, что при выключенной нагрузке нет необходимости отключать генератор (по аналогии с другими видами энергии - тушить костер под паровым котлом, перекрывать воду на мельнице и т.п.)
Важно при этом соблюдать пропорции ГЕНЕРАТОР-НАГРУЗКА. Мощность генератора не должна быть меньше мощности нагрузки. Нельзя к слабому генератору подключать мощную нагрузку. Это все равно, что старую клячу запрячь в тяжеленную телегу. Мощность всегда можно узнать из документации на электроприбор или его маркировки на табличке, прикрепляемой к боковой или задней стенке электроприбора. Понятие МОЩНОСТЬ ввели в обиход более века назад, когда электричество вышло за пороги лабораторий и, стало применяться в быту и промышленности.
Мощность - произведение напряжения и тока. За единицу принят Ватт. Эта величина показывает, какой ток потребляет нагрузка при таком напряжении. Р=U х I
Электрические материалы. Сопротивление, проводимость.
Мы уже упоминали величину под названием ОМ. Теперь остановимся на ней подробнее. Уже давно ученые обратили внимание на то, что разные материалы по-разному ведут себя с током. Одни беспрепятственно его пропускают, другие упорно ему сопротивляются, третьи пропускают его только в одну сторону, или же пропускают «на определенных условиях». После испытаний на проводимость всех возможных материалов стало понятным, что абсолютно все материалы, в той или иной степени, могут проводить ток. Для оценки «меры» проводимости вывели единицу электрического сопротивления, и назвали её ОМ, а материалы, в зависимости от их «способности» пропускать ток, разделили на группы.
Одна группа материалов это проводники. Проводники без особых потерь проводят ток. К проводникам относятся материалы, имеющие сопротивление от нуля до 100 Ом/м. Такими свойствами обладают, в основном, металлы.
Другая группа – диэлектрики. Диэлектрики тоже проводят ток, но с огромными потерями. Их сопротивление от 10000000 Ом и до бесконечности. К диэлектрикам, в своем большинстве, относятся неметаллы, жидкости и различные соединения газов.
Сопротивление 1 Ом означает, что в проводнике сечением 1 кв. мм и длиной 1 метр потеряется 1 Ампер тока..
Величина обратная сопротивлению – проводимость. Величину проводимости того или иного материала всегда можно найти в справочниках. Удельные сопротивления и проводимости некоторых материалов приведены в таблице № 1
ТАБЛИЦА № 1
| МАТЕРИАЛ | Удельное сопротивление | Удельная проводимость |
| Серебро | 0,016 | 62,5 |
| Медь | 0,01786 | |
| Золото | 0,024 | 41,6 |
| Алюминий | 0,0286 | |
| Вольфрам | 0,055 | |
| Латунь | 0.071 | 14,1 |
| Железо | 0,1 - 0,15 | 10 - 7 |
| Свинец | 0,21 | 4,8 |
| Никелин | 0,43 | 2,3 |
| Константан | 0,5 | |
| Хромоникель | 1,1 | 0,91 |
| Графит | 0,08 | |
| Уголь | 0,025 | |
| Твердые изоляторы | От 10(в степени 6) и выше | 10(в степени минус 6) |
| Фарфор | 10(в степени 19) | 10(в степени минус 19) |
| Эбонит | 10(в степени 20) | 10(в степени минус 20) |
| Жидкие изоляторы | От 10(в степени 10) и выше | 10(в степени минус 10) |
| Газообразные | От 10(в степени 14) и выше | 10(в степени минус 14) |
Из таблицы можно видеть, что самыми проводящими материалами являются – серебро, золото, медь и алюминий. В силу высокой стоимости серебро и золото применяется только в высокотехнологичных схемах. А медь и алюминий получили широчайшее применение в качестве проводников.
Еще видно, что нет абсолютно проводящих материалов, поэтому при расчетах всегда надо учитывать, что в проводах теряется ток и падает напряжение.
Есть еще одна, довольно большая и "интересная" группа материалов – полупроводники. Проводимость этих материалов изменяется в зависимости от условий окружающей среды . Полупроводники начинают лучше или, наоборот, хуже проводить ток, если их подогреть/охладить, или осветить, или согнуть, или, например, ударить током.