Электричество шаг за шагом - [31]

ВК-49.Приставки милли-, микро-, нано- или пико- перед какой-либо единицей (ампер, вольт, ватт и др.) говорят о том, что в данном случае используется единица, которая в тысячу, в миллион, в миллиард или в триллион раз меньше основной единицы. Аналогично приставки кило-, мега-, гига- и терра- говорят о том, что используется единица, которая в тысячу, в миллион, в миллиард или в триллион раз больше основной единицы.

В нашем первом химическом генераторе электроды изготовлены из двух разных металлов, оба они активно, но по-разному взаимодействуют с электролитом, вступают с ним в химические реакции. Одна из металлических пластин при этом отдаёт электроны своих нейтральных атомов и, следовательно, приобретает положительный заряд. Такая пластина называется «анод» — положительный электрод генератора, коротко, по-свойски (Т-8), его называют «плюс». Химические реакции второго металла с электролитом приводят к противоположному эффекту — пластина приобретает лишние, избыточные электроны, это катод — отрицательный электрод генератора, его «минус».

Химические генераторы, или, как их чаще называют, химические источники тока, бывают двух основных типов. Первый — гальванические элементы, они работают до тех пор, пока не разрушатся электроды или пока не придёт в негодность электролит. После этого считают, что гальванический элемент полностью разрядился, и выбрасывают его. Второй вид химических источников тока — аккумуляторы. После того как аккумулятор разрядился, то есть отдал свои запасы химической энергии, его можно восстановить — зарядить от другого источника электрической энергии. Аккумулятор допускает несколько десятков таких циклов заряд-разряд, но обычно до этого дело не доводят — аккумулятор подзаряжают непрерывно так, чтобы он всегда был полностью заряжен.

Для этого аккумулятор постоянно подключён к зарядному устройству (буферный режим), а несложная автоматика поддерживает нужной величины зарядный ток.

При натирании стеклянной и пластмассовой палочек мы затрачивали на их электризацию свои мускульные силы. А какая сила в аккумуляторе электризует электроды, например вталкивает (Т-8) электроны в «минус», преодолевая отталкивание уже имеющихся там избыточных электронов? Ответ прост — это делает энергия, которая высвобождается в химических реакциях между электродами и электролитом.

ВК-50.Важная характеристика электрической цепи и отдельных её участков— их сопротивление (обычно обозначается буквой R). Оно говорит о том, в какой мере затруднено движение свободных зарядов в данном участке цепи, насколько столкновение с его атомами ослабляет электрический ток. Гидравлическая аналогия, для многих более привычная и понятная, чем то, что события в электрических цепях, наверняка поможет понять то, что происходит в невидимом электрическом мире.

При зарядке аккумулятора в электродах образуются вещества с некоторым запасом энергии в их электронных оболочках, а при разряде идут химические реакции, в которых эта энергия выделяется, поддерживая накопление электрических зарядов на электродах. Таким образом, именно за счёт химических реакций, отдающих энергию, создаётся электродвижущая сила аккумулятора и поддерживается ток в цепи.

О химических источниках тока мы ещё поговорим подробно, поскольку это очень распространённые устройства. Достаточно вспомнить, что аккумулятор есть в каждом автомобиле, тракторе или самолёте, а гальванические элементы (их часто называют батареями, или батарейками, хотя, строго говоря, это название относится не к единичным гальваническим элементам, а к блоку из нескольких соединённых химических источников тока) работают в самой разнообразной переносной электронике, не говоря уже о карманных фонарях.

Т-42. Карманный фонарик — простейшая реальная электрическая цепь. В качестве первой подопытной реальной электрической цепи мы выбираем простейший карманный фонарик. Рисунок Р-25 даёт представление о внешнем виде одной из моделей фонаря, расположении и электрическом соединении его деталей. Рисунок также показывает, как изображается соединение этих деталей в виде условной схемы.

Схема предельно проста. Гальванический элемент Б₁ (он обозначен буквой Б₁, от слова «батарея», такое обозначение принято для всех химических источников тока) имеет два вывода, к которым внутри элемента подключены его электроды — «плюс» и «минус». К обоим выводам прижаты пружинящие контакты самого фонарика, и таким образом гальванический элемент включён в цепь. Аналогично через контакты патрона включена в цепь нагрузка — лампочка Л₁. Следующая деталь — выключатель Вк₁. Когда он замкнут, то все токопроводящие детали фонарика ведут себя просто как единый, непрерывный кусок провода. Если же выключатель Вк_г разомкнут, то он создаёт разрыв цепи — в цепь фактически включён диэлектрик, воздушный участок. В диэлектрике свободных зарядов нет, и при последовательном его включении в цепь ток в ней невозможен — цепь разорвана.

ВК-51. Сопротивление R проводника зависит от его длины L, от площади его поперечного сечения S, то есть от диаметра d, а также от материала. Единица сопротивления ом (Ом), примерно такое сопротивление имеет медный провод диаметром 0,5 мм (сечение — около 0,18 мм