Отрывок из книги «Что течёт по проводам?»

13 июня, 2019

Чайник, утюг, пылесос, стиральная машина, компьютер и множество других устройств без электричества работать не смогут – это знает каждый. Но вот откуда берётся электричество? Как оно попадает в розетки, батарейки и аккумуляторы? Что такое электроны и какие бывают электростанции?

Откуда берётся электричество?

Откуда берётся электричество? Как от¬куда?! Из настенных розеток, к которым тянутся провода от телевизора и компью¬тера. А ещё из патронов, куда вкручива¬ются электрические лампочки. Или из маленьких батареек, которые вставляют в пульт от телевизора или в карманный фонарик.
Но про розетки и патроны это, конеч¬но, в шутку! Так могут думать только са¬мые маленькие, а ты-то уже и читать умеешь. На самом деле электричество «рождается» на многих и очень разных электростанциях: тепловых, атомных, приливных, ветровых, гидроэлектростан¬циях. И прежде, чем попасть к нам, ему предстоит проделать немалый путь по проводам ЛЭП — линий электропередач.  
Какая это великая сила — электричество, даже говорить не надо! У тебя дома на нём работают пылесос, холодильник, стиральная машина, кон¬диционер, оно нагревает конфорки ку¬хонной плиты. Кухонный комбайн тоже электрический, как и звонок в дверях. Электрический мотор поднимает и опу¬скает лифт. А на улицах электричество приводит в движение троллейбусы и трамваи, под землёй — вагоны метро. Электровозы ведут тяжёлые поезда на железных дорогах. На фабриках и за¬водах от электричества работают стан¬ки. В тёмное время оно даёт свет.

Чудеса с янтарём

Древним грекам две с лишним тысячи лет назад было известно такое загадочное явление: стоило потереть шерстью кусочек янтаря, и он начинал притягивать к себе мелкие и лёгкие частички различ¬ных веществ.

Ты можешь сам уподобиться древним грекам и провести такой же опыт, но заменив янтарь обыкновенной пластмас¬совой расчёской. Проведи ей несколько раз по волосам, расчёска точно так же наэлектризуется от трения и будет при¬тягивать к себе, например, ку¬сочки газетной бумаги. Только в отличие от учёных Древней Греции, тебе уже понятно, от¬чего происходит такое «элек¬трическое» чудо. 
Древние народы не понима¬ли, почему грозовые тучи раз¬ражаются мощными огненными стрелами — молниями. Они считали, что это гнев богов, а на самом деле причина тут опять-таки… трение. В грозо¬вых тучах содержится огромное количество крошечных льдинок и капелек воды. Они непрерыв¬но трутся друг о друга, и вну¬три тучи постепенно накаплива¬ется электрический заряд. 

Кто придумал  батарейку?

Всерьёз изучать электрические заряды учёные принялись толь¬ко к середине XVIII века, больше двухсот пятидесяти лет назад. Тогда в голландском городе Лей¬дене было изобретено устрой-ство, названное «лейденской банкой». В эту банку, а точнее на помещённую внутри неё оло-вянную пластину, можно было «собирать» электричество, полу¬чаемое с помощью трения.

Отрывок из книги «Что течёт по проводам?». Редакция «Аванта»
 

Сегодня издательство «АСТ» — это каждая пятая книга России. Это лучшие авторы и лучшие книги на российском рынке. «АСТ» выпускает книги всех жанров и направлений.

Как течет электрический ток. Как течет ток

В школе, не помню уже в котором классе мне объяснили, что ток течёт от + к — . Т.е. если между выводами батарейки (были такие – КБС) вставить лампочку, то ток пройдёт по плюсовой клемме батарейки, затем через лампочку, она загорится и по минусовой клемме уйдёт в батарейку. Через пару лет учитель физики объяснил, что направление тока от + к — условно. Фактически ток – это движение электрических зарядов, из коих двигаться по проводу могут только свободные электроны. Т.е. ток течёт от – к + .

Необходимым условием появления тока является замкнутость цепи. В то время я уже осваивал 6П3С, подключённую к аноду выходной лампы вещательного приёмника, и в этом постулате нисколько не сомневался. Особенно после пары ударов этим током.

Дни бегут, складываются в года. Пошли первые проявления старческого маразма и видимо от этого что-то засомневался я в приобретённых школьных знаниях.

Вот имеем источник тока и замкнутую цепь с нагрузкой. Выбежал, неважно с какой клеммы, розовощёкий, уверенный в своих силах ток и помчался к нагрузке. Поборолся с ней, так как просто так отдаваться она не хотела и сопротивлялась, но ток сделал своё дело, правда отдал нагрузке часть своей энергии и потный и слегка бледный прибежал на вторую клемму источника.

Вроде бы реальная картина, закон сохранения энергии выполняется, только на проверку – фантастика! Проверка очень простая: вставим в цепь до нагрузки и после оной по амперметру. И что они показывают? А то, что величина тока до и после соития с нагрузкой ОДИНАКОВА!

Может ток наш врун и дела с нагрузкой не имел, поэтому амперметры и показывают одинаковый ток? Так нет же, если в качестве нагрузки была электролампочка, то мы видели свет. Трата энергии несомненно была! Но как же быть с тем, что вытекающий ток равен втекающему?

Чудны дела твои, господи!

Опыт N 2.

К каждой клемме источника присоединяем по проводку и попробуем определить знак потенциала на их концах. Поскольку ток это движение электронов, то вследствие емкости проводка и разности потенциалов между клеммой и проводом электроны побегут в провод и на его конце, подключенного к отрицательной клемме, мы обнаружим отрицательные заряды.

Из этого же определения тока следует, что на конце проводника, подключённого к положительной клемме, никаких зарядов не будет. Однако они там обнаруживаются. Причём положительные.

Стоп! Положительные по проводу не бегают! Откуда же они там взялись?

«А просто — говорят знающие люди — Источник отдал в провод часть электронов и недостачу восполнил, забрав такое же количество из другого провода.

Вроде нормальное объяснение.

Стоп. Во-первых, количество свободных электронов не бесконечно, например, для медного проводника один свободный электрон приходится примерно на полтора-два миллиона атомов (1), а величина тока при КЗ о-го-го! Во-вторых, если к проводкам подключена нагрузка, а источник тока, по сути, является насосом (почему его тогда называют источником?), то энергия вытекающего тока должна быть больше энергии втекающего, так как что-то должно же рассеяться на нагрузке. А токи в проводниках равны по величине. (Второй раз о Создателе всуе не упоминаем).

Так как же течёт ток???

Что от плюса к минусу, что от минуса к плюсу – одна и та же проблема…

Чтобы как-то разобраться в ней логично начать с определений. В общепринятом понимании ток рассматривается как движение электрических зарядов. Это движение вызывается электродвижущей силой источника тока или разностью потенциалов при движении электрических зарядов по проводнику с заряженного объекта на незаряженный. Но нас интересует не движение зарядов, а то, как они переносят энергию.

Здесь общеприняты две модели. В первой электроны (носители зарядов) рассматриваются как «шарики», разгоняемые эдс или разностью потенциалов. Т.е., чем сильнее мы их разгоняем, тем больше энергии они приобретают. При встрече с нагрузкой «шарики» тормозятся, отдают ей часть энергии и естественно количество «шариков», проходящих в единицу времени через сечение проводника уменьшается. Во второй модели заряд является энергетическим образованием. Проходя через нагрузку, часть зарядов передаёт ей энергию и исчезает. В результате, величина токов в ветвях цепи неодинакова.

Противоречие между опытом и законом сохранения энергии остаётся. Либо в «консерватории» что-то надо подправить, либо мы чего-то недопонимаем.

Тем радиолюбителям, у которых эти логичные рассуждения вызывают протест, напомню, по крайней мере, два известных им факта.

1. Величина КСВ в начале фидера меньше, чем на входе нагрузки, им питаемой.

2. Амплитуда стоячих волн тока в LW или в вибраторе, запитанном посредине, длинной несколько λ, уменьшается от точки запитки к концу провода.

Известно объяснение этих фактов: потери током своей энергии при движении зарядов по проводнику.

Обратим внимание на нестыковки некоторых известных положений.

1. Скорость свободных электронов по проводнику не совпадает со скоростью распространения в нём тока.

2. Школьный электроскоп можно зарядить положительными зарядами. Если рядом с ним поставить незаряженный электроскоп и соединить их проводником, то в нём возникает кратковременный зарядный ток второго электроскопа. Т.е. по проводнику перетекли ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ заряды. Что является их носителем?

3. Если в цепи постоянного тока включить два источника встречно, то каждый из них будет нагрузкой для другого, а ток в цепи будет иметь разностную величину. При переменном токе в случае его встречи с волновой неоднородностью цепи возникает отраженная токовая волна. Эта волна тока двигается навстречу основной и токи не противодействуют друг другу . Словно не замечают друг друга.

Следует честно признать, что мы не знаем, что такое электрический ток!

В общепринятой теории электрического тока указывается, что прежде тока в проводе распространяется электрическое поле, без которого движение зарядов немыслимо. Т.е. в приведенном Опыте N 2 по одному из проводников распространяется поле положительного потенциала, а по другому – отрицательного.

Есть предположение, что сами заряды являются безинерциальными (2). Можно предположить, что они являются энергетическими «сгустками» продольного электрического поля и поэтому в виде токовых волн могут распространяться от клеммы источника тока со скоростью поля в данной среде. Если проводники замкнуть на нагрузку, то каждая токовая волна отдаст ей часть своей энергии, а величина тока во «входящей» и «исходящей» ветвях цепи будет равна сумме величин токов истекающего из данной клеммы и истекшего с другой клеммы и прошедшего через нагрузку. Амперметры покажут одинаковый ток! Таким образом, закон сохранения энергии при равенстве токов во входящей и исходящей ветвях нагрузки СОХРАНЯЕТСЯ! А источник тока соответствует своему названию: ТОК ИСТЕКАЕТ ИЗ ОБЕИХ КЛЕММ!

Фантастика? Ничуть. Есть практические подтверждения этого предположения, хотя сами заряды гипотетичны.

Рассмотрим некоторые процессы в длинных фидерных линиях. Чтобы «примирить» скорость свободных электронов с фактической скоростью распространения энергии в линии, предположили, что энергия переносится ТЕМ-волной. Чтобы такая волна образовалась, в начале линии необходимо согласно Пойтингу, чтобы вектор магнитного поля был перпендикулярен плоскости, проходящей через два провода линии, а вектор электрического поля лежал в этой плоскости и был направлен от одного провода к другому. Первое условие выполняется при разном направлении токов в соседних проводах. Вариант «электронного насоса» успешно с этим справляется. А вот второе условие требует наличие в соседних проводах РАЗНОПОЛЯРНЫХ ЗАРЯДОВ!

Выполнить это условие «насос» не в состоянии. А вот безинерциальные заряды – вполне. Достаточно вспомнить, что направление движение тока принято условно. Если движение положительных зарядов от клеммы источника к нагрузке принимается за направление тока от клеммы, то движение отрицательных зарядов от клеммы к нагрузке принимается за направление тока к клемме. Т.е. при истечении тока с обеих клемм выполняются оба условия образования ТЕМ-волны. УСЛОВНОСТЬ НАПРАВЛЕНИЯ ТОКА СОЗДАЁТ ИЛЛЮЗИЮ ВЫТЕКАНИЯ ТОКА ИЗ ОДНОЙ КЛЕММЫ И ВТЕКАНИЯ ЕГО В ДРУГУЮ!

Не счесть, сколько заблуждений породила эта иллюзия. Но об этом позже.

Ещё один пример, подтверждающий предположение об истечении тока с обеих клемм – линия, замкнутая на конце, или более реальный пример – петлевая, рамочная антенна. Как известно из практики на конце линии или ровно посредине периметра рамки образуется пучность тока, величина которой без учёта потерь в линии или антенне равна удвоенной величине падающей волны тока. Попробуйте объяснить происхождение этой пучности тока без его истечения с обеих клемм? Не получится!

Всё изложенное не является моей выдумкой. Всё это в виде отдельных фрагментов приводится в учебниках. Например, понятие токовых волн встречается у Белоцерковского Б.Г. (3) в XI разделе. А Д.П.Линде (4) на стр. 17 приводит рисунок, иллюстрирующий эти самые токовые волны с движением в них положительных и отрицательных зарядов. Только авторы учебников не любят акцентировать внимание на нестыковках отдельных положений теории электрического тока и, рисуя радужную картину общего познания мироздания, скрывают от неокрепшего ума мысль, что Наука знает, что она ещё больше не знает!

Подведём итог. Скорее всего, носителями энергии кроме электронов и ионов являются энергетические образования, родственные электрическому полю. Переменный ток в виде токовых волн вытекает из обеих клемм источника и не нуждается в отличие от постоянного в гальванической замкнутости цепи. Постоянный ток можно представить как переменный с очень большим периодом колебания. Особенности тока, малозаметные при постоянном токе, весьма рельефны при переменном. Особенно с ростом его частоты.

Как только в руках радиолюбителей оказались моделировщики, они сразу бросились проверять с их помощью известные классические антенны и их системы. И некоторые результаты вызвали шок!

Например, оказалось, что во входном сопротивлении полуволнового вибратора, питаемого в разрыв полотна, при сдвиге точки питания из центра появляется реактивность. Откуда? Ведь вибратор имеет резонансную длину! А резонанс – он и в Африке резонанс! Именно он, как уверены многие, обеспечивает эффективную работу антенны!

Это заблуждение проистекает из модели тока, вытекающего с одной клеммы источника и втекающего в другую, что предполагает замкнутость цепи. Если же цепь гальванически не замкнута, то роль «замыкателя» отводится конденсатору, точнее – токам смещения «протекающим» в нём. На этой основе родилось убеждение, что антенн без противовеса не бывает. Ищите и обрящете! И если вы не видите «суслика», то он всё равно обязательно существует!

Например, И. В.Гончаренко (5) утверждает, что полуволновой вибратор, запитанный с конца, не работает без хотя бы маленького противовеса. В крайнем случае, противовесом выступает один из проводов линии питания. А если фидера нет и антенна питается напрямую? Всё равно «суслик» обязан быть!

У J-антенны противовесом считается четвертьволновой шлейф. У антенны RX3AKT – внешняя поверхность кабеля, из которого выполнен шлейф. Ну, а больше всего в ступор вводит Антенна Фукса, в которой автор всеми известными способами «отвязал» вибратор от источника питания.

Ещё более парадоксальная ситуация сложилась с GP. Казалось бы, всё понятно, вот вертикальный излучатель, а вот противовесы, собирающие токи смещения. Но любопытные радиолюбители, играя с моделировщиком, обнаружили (хотя это было известно и ранее, например, при описании работы квадрата в источниках доммановской эры), что соосно расположенные противовесы практически не излучают, следовательно, и не принимают!

Ну, лень нам изучать основы электротехники! Конденсатор – это устройство для накопления энергии! Не будем заморачиваться с тем, существует или нет ток смещения, отметим, что в этом устройстве по идее ни грамма энергии с одной обкладки через диэлектрик не переносится на другую обкладку. Не существует тока через конденсатор, существуют токи его заряда и разряда, которые текут на обкладку и с неё ПО ОДНОМУ и тому же проводу. И только для упрощения расчётов электрических цепей ток проводимости принимается равным по величине току смещения, «текущему» через конденсатор.

В предлагаемой модели тока эти нестыковки не возникают. Например:

Диполь со смещением точки запитки из центра

В короткую и длинную части вибратора из источника или из фидера втекают прямые (падающие) токовые волны. Достигнув концов, они отражаются и текут к точке питания, образуя в суперпозиции стоячие волны тока. Но в точку питания обратные (отраженные) волны приходят не одновременно. Поэтому величины стоячих волн тока на клеммах источника (фидера) в общем случае не равны и не совпадают по фазе. Следовательно, напряжение и ток на клеммах источника не синфазны, что является свойством реактивной нагрузки. Мера противодействия – гальваническая развязка вибратора от источника, линии питания.

GP

Та же картина, что и в диполе. Токи втекают в вибратор и противовесы. Стоячие волны тока образуют переменное электрическое поле между вибратором и противовесами. В случае неравенства их длин во входном сопротивлении появляется реактивность.

Полуволновой вибратор, питаемый с конца

Предположим, что питание вибратора осуществляется с помощью линии питания. Втекающий ток и отраженный от неподключённого конца вибратора образуют стоячую полуволну тока. Поскольку токи теряют часть энергии на излучение и преодоление активного сопротивления провода, ток в точке питания не равен нулю. В проводах фидера также образуются стоячие волны тока и напряжения. Поскольку вибратор излучает часть подведенной энергии, то энергия стоячих волн в проводах линии будет разной. В проводе линии, подключённом к вибратору, амплитуда тока стоячей волны будет меньше, а в неподключённом проводе линии будет больше. Для выравнивания токов в линии применяется два способа. Между антенной и линией ставится буферный накопитель энергии – резонатор в виде параллельного контура или четвертьволнового шлейфа. Второй способ – гальваническая развязка с помощью трансформатора. У Антенны Фукса применены оба способа.

Истекание тока с обеих клемм источника позволяет по-новому взглянуть на работу и самого источника. В любом проводе, подключённом к клемме, течёт ток. Если к «положительной» клемме, как правило, подключается один провод: антенна или центральная жила кабеля, то к другой подключён корпус радиостанции и провод заземления. Т.е. величины падающих волн токов в центральной жиле и оплётке кабеля в принципе не равны и следует принять меры по их выравниванию.

Как правило, колебательная система (КС) усилителя мощности радиостанции представляет собой параллельное включение индуктивности и емкости, концы которых подсоединены к соответствующим выходным клеммам. На каждом из них происходит сложение двух сил: электродвижущей силы, посылающего заряды в нагрузку, и силы притяжения зарядов на обкладках конденсатора. Эдс, конечно, сильнее. Но если не обеспечить приблизительное равенство величин исходящих токов с обоих концов контура, то количество зарядов на одной из обкладок вырастет, и сила их притяжения не позволит зарядам другой обкладки покинуть её. В этом случае КС выйдет из резонанса, а, в крайнем случае, откажется питать нагрузку. Интересный опыт описал Е.Кузнецов (RA 1AIT ) (6). Работая с Антенной Фукса мощностью до 5 Вт, он обнаружил, что при подключении антенны к роторным пластинам переменного конденсатора она переставала работать. При подключении же к статорным пластинам неоновая лампочка, поднесённая к корпусу конденсатора, ярко сияла. Т.е. емкости корпуса конденсатора было достаточно для размещения в ней количества зарядов равного количеству зарядов, ушедших в вибратор.

Понимая, что данная статья вызовет неоднозначную реакцию, закончу словами великого поэта: «О, сколько нам открытий чудных готовит просвещенья Дух. И опыт – сын ошибок трудных. И …»

Всем удачи. 73!

Литература.

А.А.Гришаев. Металлы: нестационарные химические связи и два механизма переноса электричества

Вопрос о том, что такое электрический ток, интересует даже маленьких детей. Их с детства пугают страшными розетками, которые могут ударить. Но даже многие взрослые не понимают, в каком направлении течет ток и каким образом. Давайте в этой статье и попробуем в этом разобраться.

Сначала давайте поймем, что же это такое – электрический ток. В состав молекул входят элементарные, отрицательно заряженные частицы. Они называются электроны. Током называется их направленное движение. В том или ином материале имеются свободные электроны. Их наличие определяет его электропроводность.

Напряжение – это разность потенциалов. Направленное движение электронов возникает при ее наличии. При отсутствии разности потенциалов свободные электроны будут находиться в покое, и электрический ток идти не будет. Но, как только к материалу будет подключено напряжение, они начнут свое движение. Электроны будут отталкиваться от минуса, и двигаться в сторону плюса. Поэтому, отвечая на вопрос, как течет ток в проводнике, мы говорим – от минуса к плюсу. Это движение и будет носить название электрического тока.

Проще говоря, пока электрический прибор не будет включен в цепь, то есть до тех пор, пока в нем не возникнет разность потенциалов, ток в нем течь не будет. По этому принципу все проводники электричества и работают. Но, в таких материалах, как резина, дерево, стекло и многих других, свободные электроны отсутствуют. Даже при подключении к ним напряжения, ток они проводить не будут.

Теперь на вопросы ваших детей о том, как течет ток, вы будете знать, что ответить. Не забудьте им напомнить, что с электроприборами следует быть осторожными.

Ы уже знаем, что в металлах есть свободные элек­троны и что они движутся совершенно беспорядочно. Однако это движение можно отчасти упорядочить: с по­мощью электрического поля можно заставить свобод­ные электроны течь по металлу общим потоком в нуж­ном направлении, то-есть получить электрический ток.

Есть простой опыт, доказывающий, что ток в метал­лах — это действительно поток электронов, а не поло­жительных зарядов. Этот опыт впервые поставили со­ветские учёные Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папа— лекси.

Чтобы лучше разобраться в этом интересном опыте, рассмотрим сначала такой пример. Возьмём стакан с водой, подвесим его на нити и, закрутив нить, заставим стакан вращаться. Постепенно вода начинает вращаться вместе со стаканом. Если теперь внезапно остановить стакан, то вода ещё некоторое время будет двигаться по инерции.

Простая идея этого опыта была использована Л. И. Мандельштамом и Н. Д. Папалекси. Мы опишем этот опыт очень упрощённо. Представим себе металли­ческое кольцо, вблизи которого подвешена лёгкая ма­гнитная стрелка (рис. 14). Известно, что электрический ток создаёт вокруг себя магнитное поле. Физики давно уже изучили действие этого поля на магнитную стрелку. Если бы по направлению, отмеченному на рисунке 14 стрелочками, по кольцу текли отрицательные заряды, то магнитная стрелка повернулась бы к кольцу южным
полюсом, а если положительные — то северным. Таким образом магнитная стрелка может указать, какие заряды и в каком направлении движутся по кольцу.

Приведём кольцо в быстрое вращение в том направ­лении, которое указано стрелками. Вместе с кольцом вращаются и положительные и отрицательные заряды, заключённые в металле, то-есть и свободные электроны и

«ионный скелет» ме — ЛУ /гУ/гУМ/N(Ш/ талла. При этом дей­ствие зарядов на стрелку взаимно пога— сится. Стрелка оста­нется неподвижной.

Теперь резко оста­новим кольцо. При этом остановится «ион­ный скелет» металла, а свободные электроны будут некоторое время двигаться по инерции в прежнем направлении, так же, как вода в опыте с вращающимся Рис. 14. Схема опыта Л. И. Ман — стаканом. Это значит, дельштама и Н. Д. Папалекси. что появится электри­ческий ток. Стрелка должна повернуться к кольцу южным полюсом (рис. 14).

Опыт Мандельштама и Папалекси подтвердил это предположение. Таким образом было окончательно до­казано, что свободу движения в металле имеют отрица­тельные заряды и ток в металле — это поток электронов.

Между электрическим током в проводе и потоком воды в трубе есть большое сходство, которым можно вос­пользоваться, чтобы лучше понять, как ток течет по про­воду. Представим себе течение воды не в пустой трубе, а в трубе, плотно заполненной камнями. Камни поло­жены так тесно один к другому, что составляют как бы одно целое со стенками трубы, образуя настоящий «ка­менный скелет» в трубе. Промежутки между камнями заполнены водой (рис. 15).

Пока кран закрыт, напора воды нет и вода не течёт. Быстрым поворотом крана создадим напор. Он распро—
странится по трубе, конечно, не мгновенно, но всё же с большой скоростью — около одного километра в секунду. Значит, если труба не очень длинна, то почти сразу вода потечёт по всей трубе.

Отдельные молекулы воды всегда находятся в непре­рывном и беспорядочном движении. В потоке воды бес­порядочное движение, при котором каждая молекула движется сама по себе, вовсе не прекратится. Но это совершенно не мешает воде всей массой, общим потоком, течь по трубе. Сравнение молекул с роем мошек при­годно и здесь. Если рой мошек уносится потянувшим

Шт

Рис. 15. Поток электронов в проводе подобен течению воды в за­полненной камнями трубе.

Ветерком, беспорядочное движение отдельных мошек не прекращается, а весь рой целиком летит по ветру.

Вода течёт между камнями, преодолевая трение. А там, где есть трение, выделяется тепло. Нагревание сделается вполне заметным, если по трубе пройдёт много воды под большим напором.

Поток электронов в проводнике очень похож на по­ток воды в трубе. Представим себе вместо молекул воды свободные электроны, а вместо «каменного ске­лета» в трубе «скелет» из ионов металла. Электроны, как и молекулы воды, текут по проводу общим потоком, не прекращая при этом своего беспорядочного движения.

Движение электронного потока не проходит бесследно для провода. Между ионами и электронами тоже со­здаётся своего рода «трение», которое носит название электрического сопротивления. Следствием
«трения» между электронным потоком и ионами яв­ляется непрерывное выделение тепла в проводнике. На­гревание проводников током применяется буквально на каждом шагу: в самых отдалённых уголках нашей стра­ны светит «лампочка Ильича»; миллионы людей поль­зуются электроплитками, чайниками и утюгами; нет ни одною завода или лаборатории, где бы не было самых различных электропечей.

Вода по трубе течёт под напором. Это значит, что во всём объёме воды по всей трубе действует сила, подго­няющая молекулы воды. Но как создать силу, движущую свободные электроны по проводу? Как осуществить «электрический напор»?

Вообразим, что мы сумели создать на концах куска провода два слоя зарядов разных знаков. Например, «сняли» с левого конца провода некоторое количество свободных электронов и «перенесли» их на правый конец. Тогда между слоями зарядов разных знаков внутри про­вода получится электрическое поле такое же, как на рисунке И. На каждый электрон будет действовать сила, толкающая его к положительному слою. Все электроны двинутся справа налево, то-есть в проводе потечёт элек­трический ток. Можно сказать, что мы получили в про­воде электрический напор. Электротехники и физики на­зывают его напряжением.

Но что же будет дальше? Электроны войдут в поло­жительный слой и нейтрализуют его заряд. Напряжение исчезнет, и ток прекратится. Следовательно, для полу­чения постоянного, не прерывающегося тока в проводе нужно всё время поддерживать существование электри­ческого поля, придумать что-то вроде непрерывно дей­ствующего «электронного насоса», перекачивающего электроны с одного конца провода на другой.

В действительности роль «электронного насоса» исполняют гальванические элементы, аккумуляторы и динамомашины.

Особенно большое значение в технике имеют динамо- машины. Действие всех динамомашин основано на одном замечательном явлении: когда металлический провод

Движется поперёк магнитных силовых линий, в нём воз­никает ток. Как это происходит? Чтобы ответить на это, рассмотрим упрощённую модель динамомашины.

На рисунке 16 между полюсами магнита по двум ме­таллическим лентам движется отрезок провода (он обозна­чен буквами ЛБ). Сам он двигаться, конечно, не будет, его нужно двигать рукой; но и якорь, вращающаяся часть настоящей динамомашины, движется не сам — его вращает турбина или какой-нибудь другой двигатель.

К лентам присоединена лампочка, так что электрическая цепь всё время замкнута. В отрезке провода, как и во всяком куске металла, находятся электроны, которые движутся вместе с проводом под прямым углом к сило­вым магнитным линиям (направление движения отме­чено стрелкой).

Как мы уже знаем, направление движения электро­нов, направление силовых линий и направление силы, действующей на электроны, всегда взаимно перпендику­лярны. Значит, на электроны будут действовать силы, отмеченные на рисунке маленькими стрелками. Они го­нят электроны вдоль провода от Б к А. Электронам, на­капливающимся в А, открыт путь через лампочку. По этому пути они и устремятся. Когда отрезок провода дойдёт до края магнитного поля (на рисунке это поло­жение провода отмечено пунктиром), ток прекратится. Чтобы этого не случилось, нужно сразу же двинуть от­резок провода обратно. При этом ток, конечно, изменит направление, но лампочка гореть не перестанет, потому что тепло в проводнике выделяется независимо от на­правления тока. Если двигать отрезок провода АБ впе­рёд и назад между двумя крайними положениями, то через лампочку будет течь ток, меняющий своё направ­ление. На языке электротехники ток, меняющий своё направление, носит название «переменного тока».

В настоящих динамомашинах провода вращаются в магнитном поле. При этом также получается переменный, ток. Если нужно получить ток постоянного направления, переменный ток с помощью особых устройств «выпрям­ляют».

Таким образом, в динамомашине «электронным на­сосом» служит магнитное поле. Оно всё время пере­гоняет электроны от Б к А, и на концах отрезка, которые называются полюсами, всё время накапливаются заряды разных знаков. Значит, в проводах «внешней цепи» всё время будет действовать электрическое поле, будет су­ществовать «электрический напор».

Теперь посмотрим на рисунок 17. Он очень похож на рисунок 16. Разница только в том, что в цепь вместо лампочки включена батарея. Она гонит электроны по куску провода, лежащему на пластинах, в направлении, отмеченном на рисунке маленькими стрелками. Это на­правление перпендикулярно к магнитным силовым линиям. Значит, на каждый электрон будет действовать сила, направленная под прямым углом как к силовым линиям, так и к направлению движения электронов. Эти силы также показаны на рисунке стрелками. Электроны не могут вырваться из проводника. Этому, как мы знаем, препятствуют силы притяжения ионов металла. Но ма­ленькие силы, действующие на каждый электрон, в сумме дадут вполне заметную силу, которая увлечёт с собой весь провод и будет перемещать его по пластинкам.

Движение провода, по которому идёт ток, в магнит­ном поле используется в электромоторах.

Остаётся ещё один вопрос: через сколько времени

После того, как динамомашина пущена в ход (то-есть двинулся с места провод АБ на ри­сунке 16), загорится в цепи лампочка?

Заряды на полю­сах динамомашин со­здают в присоеди­нённом к ним про­воднике электриче­ское поле. Провод­ник может быть очень длинным и разветвлённым; та­кова, например, го­родская электросеть.

Но электрическое поле распространяет­ся с огромной скоро­стью. Эта скорость равна 300 ООО кило­метров в секунду.

Поэтому во всей сети — будь она дли­ной ХОТЬ В СОТНИ КИ-1

Лометров — элек­трическое поле по­явится мгновенно: сразу во всех прово­дах, во всех лам­почках и моторах свободные электроны начнут двигаться туда, куда гонит поле; сразу загорятся лампочки, зара­ботают моторы и т. д.

Не надо думать, что поток электронов в проводе те­чёт с той же огромной скоростью, с какой распростра­няется вдоль провода электрическое поле. Скорость по­тока электронов (не путать со скоростью беспорядочного движения отдельных электронов!), вообще говоря, зави­сит от напряжения — «электрического напора» (так же,
как скорость воды в трубе зависит от напора воды). Эта скорость невелика. Например, в светящейся нити элек­трической лампочки путь, проходимый электронным по­током за одну секунду, измеряется миллиметрами.

Итак, практическое использование электричества ос­новано, прежде всего, на том, что в металлах есть сво­бодные электроны, которыми мы можем легко управлять с помощью электрического поля.

Электронный поток в проводе можно в некотором от­ношении сравнить с поездом, движение которого направ­ляется рельсами. Машинист не нуждается в руле; его единственная забота — ускорять или тормозить поезд. Провод для электронного потока то же, что и рельсовый путь для поезда. Электроны в обычных условиях не мо­гут выйти из проводника. Нужно только создать необхо­димое напряжение на концах, и по проводнику любой формы потечёт ток.

Переменный ток — это синусоида. Как он по ровным проводам течет? — Спрашивалка

Zzz

Переменный ток — это синусоида. Как он по ровным проводам течет? ток провод синусоида

8 лет

1812

253

0

Ответы

Dzhanik Он Же Alexey

Элементарно просто. Синусоида — это частота. А течет — согласно закону Ома, в зависимомти от нагрузки. Тоесть, когда есть нагрузка, есть и ток, когда нагрузки нет — тока тоже нет, но присутствует в проводнике напряжение.

7 лет

0

Сергей Субботний

странно, что в школе Вы не учили физику. амлитуда колебаний переменного тока такова,что синусоида, плавно изгибаясь, плавно касается стенок провода, и возвращается обратно. Всё зависит от сечения.

7 лет

0

МА

Мухин Александр

!!!!!?????

7 лет

1

Сергей Субботний

шутка, конечно. Все знают, что микроволновка работает на диодных мостиках.

7 лет

1

МА

Мухин Александр

Да не важно на чем она работает. ..Насколько я понимаю это дело, микроволновка есть генератор тока высокой частоты… и там уже не 50Гц

7 лет

1

Сергей Субботний

Ты серьёзно?Так в микроволновке по проводам ничего НЕ течёт. там течёт по мясу, а это уже совсем другая история.

7 лет

1

МА

Мухин Александр

По проводам то как раз 50 Гц течет… А в микроволновке в самой ТВЧ… именно они то и греют все то что внутри находится…и токи эти теукт по поверхности а не в объеме…

7 лет

1

Aleksandr Pushkin

зигзагообразно заворачивая людям мозг….завивая в кудри длиные волосы делая пышную прическу типа павлиньего хвоста и скаля нечищенные зубы искривленной смешной мимикой челюсти

7 лет

0

Анатолий Иванов

Переменный тое по проводам не течет. Электроны — носители электрической энергии по всей длине проводника колеблются, управляемые электрическим полем около положения равновесия.

7 лет

0

Леонид Леонидов

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц. Поскольку ток переменный, то частицы постоянно меняют направление движения. Как он вообще течёт?

7 лет

0

Владимир Мащенко

а провода много жил скручены в одну жилу вот они и выпрямляют когда ветер качает провода идут небольшие колебания и косинус фи изменяется

7 лет

0

Александр Жук Эстония Таллин

Синусоида синусоиде рознь синусоида искривляет провод настолько быстро что глаз просто это не видит и мы думаем что провод прямой

7 лет

0

Максим

Синусоида это изменение величины по времени, а не направление движения в плоскости. Синусоида описывает движение вперёд/назад.

8 лет

0

АК

Ай Кидо

он очень маленькая синусоида — и в проводах спокойно помещается. а вот очень-очень маленькие проводочки поэтому рвет.

7 лет

0

ЮК

Юлия Коваленко

:DСинусоида — это всего лишь график, нарисованная кривая. А ток — это не кривая линия, а поток электронов всё-таки.

7 лет

0

Тачо Паскалев — Болгария Г.бургас,женат,группа Крови 0 /первая/резус Фактор +

опять синосуидно,хотя и в проводнике узкое,все таки можно делать маленькие ,узкие синосуидки…

7 лет

0

Edward

вот там электроны и врезаются в друг друга, искрят)))) и переменный ток поэтому, нет нет да жахнет

7 лет

0

Борис Николаевич Яковлев

переменный ток — это когда, нет, нет, да как, е. … ! определения надо знать, не только из учебников.

7 лет

0

Zzz

а какое определение постоянного тока?

7 лет

1

Борис Николаевич Яковлев

на лету схватываете …

7 лет

1

Борис Николаевич Яковлев

не знаешь закон Ома — сиди дома.»Электрический ток называют постоянным, если сила тока и его направление не меняются с течением времени». народ ничего больше не придумал.

7 лет

1

Zzz

да я даже законы Кирхгофа знаю!

7 лет

1

Борис Николаевич Яковлев

как давно это было. но в основе все равно, закон Ома. техника безопасности, связанная с работами в электроустановках, основана на нем.

7 лет

1

Вд

Вдадимир

Частота 50 Гц .Это колебания не головой , а частотой внутри замкнутой цепи . Закон Ома , Киргоффа

7 лет

0

Vi

Victor

Крутой вопрос) Меняется направление движения электронов с определенной частотой по времени

7 лет

0

Дмитрий Кодачигов

Не знаю как у Вас,но миое знание электрики такое,что переменный ток. нет,нет как Ёб…т

7 лет

0

Андрей Петроченков

Провода толще,чем амплитуда синусоиды. А вообще я поражен Такими знаниями у женщины.

7 лет

0

Вл

Влад

Синусоида это условна для вычисления а так молекулы тока двигаться по проводнику

8 лет

0

Алексей Несонов

Я вообще, не понимаю как он может течь — в проводах же нету полости внутри…

7 лет

0

АХ

Алексей Храмов

Только что заглядывал в провода — ничего от туда не течет , тока проводах нет!

7 лет

0

Следующая страница

Другие вопросы

видел в метро рекламу что то про приведений. может кто видел напомните что там поподробнее

Нужны маленькие, но красивые схемы вышевки крестиком.

в какой стране самое большое количество населения

Что за оттенок волос? <noindex> http://ona-znaet.ru/statii/3/12/5.jpg </noindex>

Больно ли делать тату?!

Сколько серий в фильме «Глухарь 3 Продолжение»?

Помогите найти игрушку (((

Как называется функция в фотокамере?

лоурэнс х- 4про 200kHs-показывает дно не показывает рыбу 80 kHs -показаывает и рыбу и дно хотя всё должно быть на оборот

расстаманы вопрос к вам

как круто отметить день рождения? идей нет на носу совершеннолетие посоветуйте что-нибудь крутое)

Где можно найти определенные картинки в большой разрешении?

Привет всем! Посоветуйте, пожалуйста, веселые и смешные комедии для просмотра. Заранее благодарна.

обяз ли приглаш-е от работадателя UK для оформ-я рабочей визы? возможно ли ее оформить без него и искать работу на месте?

Ненормированный рабочий день

электричество — Течет ли электрический ток в разомкнутой цепи?

Спросил 2 года, 7 месяцев назад

Изменено 1 год, 11 месяцев назад

Просмотрено 2к раз

$\begingroup$

Когда положительный и отрицательный полюсы батареи соединены проводом, по цепи протекает электрический ток. Как правило, электроны текут (от отрицательного вывода к положительному). Что произойдет, если проводник подсоединить только к отрицательному полюсу батареи? Перетекают ли электроны от отрицательной клеммы к свободному концу проводника?

Я думаю, что они должны течь, так как отрицательный конец батареи имеет избыток электронов, а проводник имеет меньше электронов, чем положительный полюс батареи. А если они не текут, значит ли это из-за нулевой разности потенциалов (поскольку проводник заряжен нейтрально)? Что, если я подключил положительно заряженный проводник только к отрицательной клемме аккумулятора? Течет ли ток по проводнику до тех пор, пока разность потенциалов не станет равной нулю?

• электричество
• электрические цепи
• электрический ток
• напряжение

$\endgroup$

1

$\begingroup$

Я думаю, что они должны течь, так как отрицательный конец батареи имеет избыток электронов

Переходный ток появляется до тех пор, пока конец проводника не окажется под напряжением батареи

, а в проводнике меньше электронов, чем на плюсовой клемме батареи.

Это счет не электронов, а напряжений.

Вы можете думать об этом как о том, как заряжается конденсатор: одна «пластина» — это конец проводника, а другая «пластина» — другой полюс батареи. Очень неэффективный конденсатор.

Когда батарея соединена последовательно с резистором и конденсатором, начальный ток высок, поскольку батарея переносит заряд с одной пластины конденсатора на другую. Зарядный ток асимптотически приближается к нулю, когда конденсатор заряжается до напряжения батареи.

$\endgroup$

2

$\begingroup$

В каком-то смысле вы сейчас спрашиваете о ситуациях в области электростатики и переходных электрических токах, которые текут для перераспределения изменений и, следовательно, потенциалов.

Батарея действительно имеет электрическое поле снаружи, потому что произошло перераспределение заряда, так что на ее клеммах возникла разность потенциалов, отрицательная клемма имеет избыток электронов, а положительная клемма имеет дефицит электронов.

Это означает, что простое размещение проводящего провода в поле батареи и даже не касание клеммы приведет к движению электронов по проводу, так что провод станет эквипотенциальным.
В электростатике вы могли бы назвать эти индуцированные заряды и зарядку процесса (провода) индукцией.
По мере того, как провод приближается к клемме, все больше и больше электронов перемещаются по проводу, чтобы поддерживать провод в эквипотенциальном состоянии, пока в конце, когда провод не коснется отрицательной клеммы, на конце провода, удаленном от клеммы, не появится чистый отрицательный заряд. а потенциал провода одинаков по всей его длине.

Если вы представляете простую последовательную электрическую цепь, состоящую из батареи, резистора, соединительных проводов и разомкнутого переключателя, на контактах переключателя возникает разность потенциалов и на этих контактах индуцируются заряды.
Переключатель является конденсатором.
В процессе замыкания выключателя, еще до того, как произойдет контакт, по проводам текут заряды, т. е. в цепи есть ток, который обычно не замечают, потому что токи очень малы.

$\endgroup$

$\begingroup$

Ток течет до тех пор, пока провод не достигнет того же электрического потенциала, что и клемма аккумулятора, после чего ток прекращается. Это происходит почти мгновенно

$\endgroup$

Твой ответ

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

Как электрический ток течет по проводнику?

Как электрический ток течет по проводнику?

Основой электричества является атом. Все, включая нас самих, состоит из атома. Все материалы, которые мы использовали, сделаны из атомов. Материалы просто разные, потому что конструкция атома немного отличается.

Атомы состоят из свободных частиц, находящихся в центре ядра, и свободных частиц, находящихся вне ядра. В центре атома находится ядро, в ядре присутствуют нейтроны, которые не имеют заряда.

И есть протон с положительным зарядом. Нейтроны и протоны тяжелее электронов, эти останутся в ядре. Окружающие ядро ​​различные слои орбитальной оболочки — это все свободные электроны. Электроны текут вдоль прохода мухи почти так же, как орбиты или планеты ожидают скорости потока электронов света.

Электроны отрицательно заряжены и притягиваются к положительному заряду протонов, электронов вокруг ядра на орбитальных оболочках и в оболочках присутствует определенное количество электронов.

Атомы крепко удерживают свои электроны, некоторые материалы удерживают их сильнее, чем другие. Самая внешняя оболочка известна как оболочка орбиты. В этой оболочке некоторые материалы теряют связанные электроны, которые могут плавать в атомах. Атомы могут передавать электроны или охлаждать проводники с других атомов, у которых нет свободных электронов.

Изоляторы стеклянные и резиновые. Мы можем комбинировать эти материалы и безопасно использовать электричество, имея проводники в центре, которые позволяют электронам двигаться вокруг этого изолятора, ограничивая, где они могут безопасно течь.

Внутри медного кабеля свободные электроны вокруг ядра атома меди. Свободные электроны способны беспорядочно перемещать атомы в любом направлении. Если мы подключим медный кабель к замкнутой цепи с источником питания, таким как напряжение батареи, это заставит электрон двигаться, и он будет перетекать в том же направлении и возвращаться обратно к другому выводу батареи.

В безопасной цепи это означает, что электроны будут течь вдоль двух выводов положительного и отрицательного источника питания. Таким образом, мы можем добавить такие вещи, как световые столбы, и этот электрон должен пройти через это и получить другой терминал, который мы можем использовать в качестве света. Цепь будет размыкаться или замыкаться, в замкнутой цепи будут течь электроны, в разомкнутой цепи электроны не смогут течь.

Напряжение – это сила, выталкивающая электроны в цепи, подобно давлению в водопроводной трубе. Чем больше давление, тем больше воды будет течь, чем меньше давление, тем меньше воды будет течь. То же напряжение, если больше напряжение, будет течь больше электронов, если меньше напряжение, меньше электронов.

Вольт – это джоуль/кулон

Джоуль – это мера работы энергии

Кулон – это группа протекающих электронов

Посмотрим джоуль/кулон работы

Батарея 9 В обеспечивает 9 джоулей энергии в виде работы или тепла на группу электронов с одной стороны батареи на другую. В этом случае ток электронов с одной стороны батареи через фонарный столб, который производит свет и электроны перетекает на другую сторону батареи. Следовательно, фонарный столб выделяет 9 джоулей тепла.

Ток — это низкий уровень электронов, когда цепь замкнута, это означает, что электроны могут течь, когда цепь разомкнута, электроны не текут.

Мы можем измерить поток электронов точно так же, как поток воды в трубе. Для измерения потока электронов мы можем использовать единицу измерения Ампер.

1 Ампер = 1 кулон/сек

1 кулон – группа электронов

Группа невероятно велика, приблизительно 6 миллиардов 242 миллиона электронов должны пройти за 1 секунду. Вот почему электроны сгруппированы вместе, что делает ампер проще для инженеров.

Сопротивление — это ограничение потока электронов в цепи. Электроны, естественно, имеют некоторое сопротивление. Чем длиннее провод, тем больше сопротивление, чем меньше провод, тем меньше сопротивление.

Сопротивление потоку электронов различно для каждого материала, и температура материала также изменяет сопротивление потоку электронов.

В цепи используются специально разработанные компоненты, известные как резисторы, которые намеренно сопротивляются потоку электронов. Это сделано для защиты компонентов от слишком большого количества электронов, протекающих через них. Мы также можем использовать свет и тепло, такие как лампы накаливания.

Сопротивление возникает, когда электроны сталкиваются с атомами. Столкновение отличается от одного материала к другому. Медь имеет очень низкую частоту столкновений, другие материалы, такие как железо, имеют гораздо больше столкновений.

Когда происходит столкновение, атомы выделяют тепло и температуру, материал начинает светиться, а также тепло, которое является работой лампы накаливания.

Когда провод зажат в виде катушки, он генерирует магнитное поле при прохождении тока. Кабель, естественно, обладает большим магнитным полем сам по себе. При намотке на катушку магнитное поле становится сильным. Магнитное поле воздействует на электроны внутри провода.

Мы можем увеличить силу магнитного поля, обернув катушку вокруг железного сердечника, а также увеличив число витков катушки и увеличив силу тока в цепи. Так работают электромагниты и на этой основе работает асинхронный двигатель.

Когда магнитное поле проходит через провод, оно индуцирует напряжение в их проводе. Индуцированная электромагнитная сила будет толкать электроны в определенном направлении.

В трансформаторе мы можем объединить один провод катушки, вырабатывающий электричество, а другая катушка находится рядом друг с другом, и это создаст трансформатор.

Трансформатор индуцирует напряжение в первичной обмотке, а затем во вторичной обмотке, это заставит электроны течь, если обмотка вторичной обмотки замкнута. В трансформаторе мы можем увеличить или уменьшить напряжение между первичной и вторичной обмотками, просто изменив количество катушек с обеих сторон.

Конденсатор разделяет положительный и отрицательный заряды пластинами. Когда он подключен к источнику питания, он накапливает электроны. Когда электрическое поле, когда подача питания прерывается, высвобождаемый заряд будет течь вверх и снова встречаться.

Активирует источник питания на несколько секунд, пока заряды снова не восстановятся. Конденсатор очень часто используется в печатных платах.

РАСПРОСТРАНЕННОЕ ЗАБЛУЖДЕНИЕ О ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ: Электричество – это энергия?

[1] Можно ли создать или уничтожить электрическую энергию? Конечно, точно так же, как свет или звук создаются излучателем или уничтожаются поглотитель. Сама энергия, это другое. Сама энергия может измениться только форме, поэтому всякий раз, когда свет поглощается черной краской, тепловая энергия создается, когда свет разрушается.

Вот проблема. Оптическая энергия называется «Свет», тепловая энергия называется «Тепло», а акустическая энергия называется «Звук». К сожалению, у нас нет простого слова, означающего «электрическая энергия». Никто бы не жаловался, если бы я сказал, что свет может быть создан или что звук можно было уничтожить. Но если я скажу, что лампочки разрушают «электрические энергия», люди пишут гневные письма, говоря мне, что энергия не может быть уничтожен. Но я никогда не говорил, что может. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ может быть уничтожается точно так же, как оптическая энергия может быть уничтожена. Этот не означает, что сама энергия может быть уничтожена.

Нам нужно одно слово, означающее «электрическая энергия». Если мы не сможем использовать слово «электричество» больше, что мы будем использовать вместо фразы «электромагнитная энергия» или «электрическая энергия?» Электрофи? Меззельписс? Не знаю, выбери что-нибудь хорошее, лишь бы помнил, что поток зарядов круговой, а поток ЭМ энергии односторонний.