Ми вже знаємо, що джерело електроенергії має різницю потенціалів, заряджені частки яких, прагнуть один до одного. Існують матеріали, які сприяють руху часток, а так – же є такі, які обмежують їх рух.

    Перші – це провідники, якими є більшість  металів, вода, кислоти, луги і інші.          Другі – діелектрики: дерево, повітря, пластмаси і так далі. З хороших діелектриків; фарфору, скла, текстоліту, гуми і так далі виготовляють ізолятори. Як провідник електроенергії використовується мідь, алюміній, бронза, латунь, срібло, золото і їх сплави. Проте, треба відмітити, що ділення тіл на провідники і діелектрики дуже умовно. Усі речовини більшою чи меншою мірою проводять електрику. Для тривалого існування електричного струму в провіднику необхідно підтримувати електричне поле. Для цих цілей використовуються джерела електроструму.

   Електричним полем називається матеріальне середовище, в якому виявляється силова дія на заражені частки або тіла. Умовно електричне поле зображують у вигляді електричних силових ліній, напрям яких співпадає з напрямом сил, діючих в нім. Залежно від інтенсивності поля силові лінії електричного поля зображують розташованими густіше або рідше.

Електричні властивості діелектриків
Ізолюючі матеріали (діелектрики) Діелектрична проникність е Електрична міцність, В/см
Повітря 1 30 000
Мармур 8,3 20 000-30 000
Парафін 2,0-2,2 150 000-500 000
Гума 3,5 100 000-150 000
Слюда 6,0-7,5 1 200 000-2 000 000
Стекло 5,5-10,0 100 000 -400 000
Фарфор 3,0-7,5 60 000-100 000
Ебоніт 2,0—3,5 80 000-100 000
Кабельний папір 2,3-3,5 60 000-90 000
Трансформаторне масло 2,0—2,5 50 000-180 000

Середовище прийнято характеризувати  величиною, званою діелектричною проникністю.

        Сила взаємодії двох точкових електричних зарядів визначається законом Кулона і спрямована по прямій, що сполучає ці заряди (однойменні заряди відштовхуються, різнойменні притягуються).

  Закон Кулона свідчить: сила взаємодії двох точкових електричних зарядів прямо пропорційна твору кількостей електрики в цих зарядах, назад пропорційна відстані між ними і залежить від середовища, в якому знаходяться заряди.

    Електричне поле виявляє силову дію на внесене до нього електрично заряджене тіло. Отже, електричне поле може зробити роботу, тобто воно має енергію.

   Кожна точка електричного поля може характеризуватися напруженістю поля Е або потенціалом Ф. Напруженість електричного поля Е (В/м) визначається відношенням сили F, з якою поле діє на точковий заряд, поміщений в цю точку поля, до величини цього заряду, тобто B = Fiq.

   Точковим зарядом називається заряджене тіло, лінійні розмір якого нікчемно малі і заряд, якого в результаті цього практично не спотворює поля. При Q, рівному одиниці, Е чисельно рівне 1, отже, напруженість  електричного поля чисельно дорівнює силі поля, діючій на одиничний заряд.

    Для подолання сил електричного поля при внесенні до нього електричного заряду необхідно витрачати певну роботу. Запас енергії (потенційна енергія) одиниці кількості електрики, що знаходиться в цій точці електричного поля, називається потенціалом.

    Одиницею виміру потенціалу є вольт (В) або (v). Потенціал Землі прийнято вважати рівним нулю, і якщо проводки сполучений із землею, то його потенціал також дорівнює нулю. Найпростіший випадок виникнення електричного струму, це коли один кінець дроту сполучений з наелектризованим тілом, а інший із землею. Якщо ми візьмемо відрізок провідника і з’єднаємо їм дві полярності джерела, то ми отримуємо рух

заряджених часток по провідникові від (+) до (-).  Цей рух, є електричний струм.

  Електричний струм визначає кількість електрики, що проходить через поперечний переріз провідника в одиницю часу. Якщо в провіднику протікає струм 1А, то через поперечний переріз цього провідника протягом 1 сік протікає 1Кулон електрики.

     Будь-яке тіло має властивість чинити опір руху заряджених часток (електроструму). Ця властивість залежить від речовини, з якої складається тіло, і називається опором.

     У провідників воно мале, у діелектриків – велике. Джерело електроенергії теж має свій опір, називається воно внутрішнім опором джерела. Це властивість провідників широко використовується в електричних ланцюгах. Розглянемо просту схему роботи джерела електроструму зі своїм внутрішнім опором: При розімкненому ланцюзі джерела рух відсутній.

    При замиканні полюсів тече струм по замкнутому ланцюгу. По провідникові, у якого є свій опір і по власному внутрішньому опору.

    Джерело має певну кількість електроенергії. Якою буде величина струму, що протікає по ланцюгу?   Вона залежатиме від різниці потенціалів (ми пам’ятаємо: чим більше різниця, тим більше тяжіння) і від опору провідника і внутрішнього опору джерела, як правило, опір джерела дуже мало і при вивченні їм можна нехтувати.

    Залежність така: електричний струм дорівнюватиме тому, що ми отримаємо, коли поділимо різницю потенціалів ділянки – напругу на опір цієї ділянки. Позначаємо:  I – електричний струм; U – напруга; R – опір;    I=U/R або U= IR –   це є знаменитий закон Ома.

    Взаємозв’язок струму, напругу і опори можна назвати основним законом електротехніки, він застосовний в усьому, що пов’язано з електрикою. На цьому законі побудовано і працює усе – електричні мережі, усе можливе електроустаткування, електричні механізми, электроника, радіотехніка і так далі

Знання і уміння пояснити і застосувати закон Ома – це перший великий крок у вивченні електрики, до кінця непізнаної науки.

Розглянемо  дію електричного струму  на прикладах:

Рисунок та принципова схема роботи  струму через резистор:

Рисунок та принципова схема роботи  струму  через електролампу:


 

   Робота струму тільки  через  провідник  призводить  до  короткого  замикання  так, як опір провідника  дуже  мало.

   В даному випадку зруйнуватися може усе, що знаходиться в схемі (джерело, провідник, вимикач), руйнування струмом триватиме до розриву в найслабкішому місці ланцюга. У нас умовно показані розриви в декількох місцях.

    Провід має дуже малий опір, тому при замиканні кола, ми получимо коротке замикання.

    Це приклад з джерелом великої потужності, звичайна батарея просто втратить свій заряд.

    Якщо зменшувати опір в ланцюзі, то опір усього ланцюга зменшиться, а струм в ланцюзі збільшиться. Із збільшенням струму падіння напруги усередині джерела енергії зростає, оскільки внутрішній опір джерела залишається незмінним.

    Отже, із зменшенням опору зовнішнього ланцюга напруга на джерелі теж зменшується.

    При з’єднанні джерела енергії з провідником, опір якого дорівнює нулю, струм в ланцюзі I=E/R0. Це найбільший струм, який може бути отриманий в ланцюзі джерела. I – Сила струму; E – Напруга; R0 – внутрішній опір джерела   

    Для джерел енергії з малим внутрішнім опором, наприклад для електричних генераторів і кислотних акумуляторів, коротке замикання небезпечне, воно може вивести з ладу ці джерела.

 Коротке замикання може виникнути, із-за порушення ізоляції дротів, що сполучають приймач з джерелом енергії.

    Металеві лінійні дроти при взаємному зіткненні утворюють малий опір, який в порівнянні з опором приймача може бути прийнятий рівним нулю.

    Для захисту апаратури від струмів короткого замикання застосовують запобіжники.

(1789-1854) Георг Симон Ом народився в Ерлангені в сім’ї слюсаря. Батько Ома хотів дати дітям хорошу освіту. Хоча сім’я постійно потребувала засобів, Георг вчився спочатку в гімназії, а потім в Эрлангенском університеті.

    Проте йому довелося по волі батька перервати навчання, оскільки батько Ома вважав, що його син надто багато часу приділяє розвагам. Ом почав викладати математику у приватній школі в Швейцарії.

   Лише у 1811 р. йому вдалося скласти іспити в університеті і отримати міру доктора філософії. З матеріальних міркувань Ом вимушений був повернутися до викладання у школі. Але йому повезло. Він влаштовується на посаду старшого викладача ієзуїтської гімназії в Кельне.  У цьому учбовому закладі панував дух прагнення до знань, і викладачі мали досить часу для власних досліджень. Саме після переїзду в Кельн, Ом починає займатися фізичними дослідами (у гімназії була добре обладнана фізична лабораторія).  Під впливом прочитаних книг, особливо про відкриття Ерстеда, Ом в 1820 р. приступає до вивчення електромагнетизму.

    У 1826 р. він публікує роботу з формулюванням свого закону. Ому належить також заслуга вступу понять ЭДС, падіння напруги, провідність. Не обмежившись встановленням емпіричного закону протікання постійного струму, Ом спробував побудувати теорію електричних кіл, спираючись при цьому на аналогію між струмом і теплопровідністю.  На жаль, відкриття Ома було скептично сприйняте в німецьких наукових кругах. Тільки до кінця 1830-х рр. його роботи стали отримувати визнання. 

    Велику частину свого життя Ому довелося займатися незначною, погано оплачуваною роботою.  Лише перед самою смертю, в 1850 р., йому була надана кафедра в Мюнхенському університеті.

Від admin

Залишити відповідь