Постоянный электрический ток.



Электроника

Электроника - наука изучающая электрические и магнитные явления. Практическое применение законов электроники изучает наука которая называется электротехника. Исследование электрических явлений и их практических приложений исторически началось с изучения свойств не изменяющегося во времени тока - постоянного тока на рубеже XVIII-XIX веков. Этим исследованиям способствовали наличие и доступность источников электрической энергии постоянного тока - сначала гальванических элементов (А. Вольта, 1745-1827), позднее аккумуляторов, а также первые успехи применения электричества для освещения (П. Яблочков, 1847-1894).
В современном мире нас постоянно окружают электрические приборы. Для нас уже стали привычными электрическое освещение, телевизор, музыкальный центр, электронные часы, электронный калькулятор, компьютер и т.д. Все эти приборы используют энергию электрического тока. Так, что такое электрический ток?

Электрический ток


Слово "ток" означает течение, направленное движение. Вам наверняка известны такие понятия, как приток, водосток. Они означают направленное движение воды. В электронике под электрическим током понимается направленное движение электронов. В электрическом токе участвуют свободные, не связанные, электроны. Электроны имеют отрицательный заряд (-).
Материалы содержащие, в большом количестве, свободные электроны являются проводниками электрического тока. Наилучшими проводниками электрического тока являются металлы. Электрический ток в проводнике не может возникнуть сам по себе, нужна какая-то сила, которая будет двигать электроны в заданном направлении. В отсутствие такой силы свободные электроны совершают в проводнике хаотические движения. Сила, которая придает электронам направленное движение называется Электро Движущей Силой (ЭДС).
Источниками ЭДС могут быть аккумулятор, батарейка, генератор, фотоэлемент. Никуда не подключенная батарейка, например, не установленная в электрический прибор, имеет в себе запасенную химическую энергию, которая называется потенциальной энергией. Любой источник ЭДС имеет два вывода для подключения к электрической схеме. Один вывод обозначают знаком "+", а второй знаком "-". Разность потенциалов (так как энергия потенциальная) между положительным и отрицательным выводами называют напряжением. Напряжение можно измерить прибором который называется вольтметром, а само напряжение измеряется в единицах которые называют ВОЛЬТ (на схемах обозначается буквой V).
Если между положительным и отрицательным выводами источника ЭДС включить проводник электрического тока (электропровод или просто провод), то по проводу потечет электрический ток. Так как электроны имеют отрицательный заряд то они будут притягиваться к положительному полюсу источника ЭДС, следовательно движение электронов будет происходить от "-" к "+" . Направленное движение электронов (электрический ток) вызывает разогрев проводника и, если источник ЭДС обладает достаточной мощностью, проводник перегорит. Такое включение проводника к источнику ЭДС называется "коротким замыканием". При коротком замыкании, потенциальная энергия, запасенная в источнике ЭДС, переходит в энергию кинетическую, которая расходуется на разогрев проводника.
Хотя движение электронов в проводнике происходит от "-" к "+" источника, положительное направление тока, в электротехнике, принято обозначать от "+" к "-".
Электрический ток в проводнике на электрических схемах обозначается буквой I, а величина тока измеряется в единицах которые называются АМПЕР и обозначаются буквой А.
В металлах (проводниках электрического тока) на движение электронов сильно влияют тепловые колебания атомов в узлах кристаллической решетки, следовательно, величина тока в проводнике зависит от температуры проводника и количества свободных электронов. В электронике следует учитывать эти свойства проводников. Поэтому существует такое понятие, как удельное сопротивление (обозначается р (читается ро)). Удельное сопротивление материалов это сопротивление проводника длиной 1 метр и площадью поперечного сечения 1 квадратный мм. Сопротивление проводника движению электрического тока обозначается буквой r и измеряется в единицах с названием ОМ -обозначается - Ом. Удельное сопротивление проводника, следовательно можно выразить формулой р = Oм * мм2 / м. В приведенной формуле знак * означает умножить, знак / означает разделить. Такие обозначения приняты в компьютерной математике.
Удельное сопротивление, как было отмечено выше, зависит от температуры проводника. Чем выше температура, тем больше удельное сопротивление, поэтому величину удельного сопротивления проводников в справочниках указывают для температуры 20° Цельсия. В таблице указано удельное сопротивление для некоторых наиболее распространенных проводников.

Мы знаем, что ток проходящий по проводнику, разогревает его. Это явление используется в электротехнике для изготовления нагревательных - паяльник, утюг, электроплитка и т.д. и осветительных устройств - лампы накаливания. Например, рабочий элемент электропаяльника (спираль) изготовлен из тугоплавкого сплава - нихрома. Нихром имеет высокое удельное сопротивление. При протекании электрического тока через спираль, она разогревается до высоких температур.
Источник ЭДС в электротехнике принято называть - ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ, а любое электротехническое устройство, подключенное к источнику питания называется - НАГРУЗКОЙ. Нагрузка обладает определенным электрическим сопротивлением. Это сопротивление называется СОПРОТИВЛЕНИЕ НАГРУЗКИ и обозначается Rн.
Мы уже знаем, что напряжение источника питания измеряется в вольтах и обозначается буквой V. Напряжение обозначается на электрических схемах буквой U. Например U = 6,3V. Ток протекающий в электрической цепи и не меняющийся во времени называется ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ. Ток (I), напряжение (U) и сопротивление (r) связаны между собой определенной линейной зависимостью. Эта зависимость отражена в законе Г. С. Ома (1787-1854 гг), о которой мы узнаем из следующей темы.
К источнику питания можно подключить несколько нагрузок, причем, соединение нагрузок может быть как последовательным (Рис. 1), так и параллельным (Рис. 2). Нагрузкой может являться не только лампа, но и любое электротехническое устройство. Если у источника питания несколько нагрузок то они нумеруются, например, как в нашем примере Rн1, Rн2.


При большом количестве элементов на электрической схеме, рисовать ее становится сложно, а порой и невозможно. Поэтому для изображения электрических схем применяется система условных обозначений на электрических схемах. Эти условные обозначения закреплены ГОСТом (Государственным Стандартом) и ЕСКД - Единой Системой Конструкторской Документации. На рисунке показаны условные графические обозначения элементов электронных схем.




Яндекс.Метрика    ©Гуков Константин Михайлович 2006 - 2012     Почта: juvel@mail.ru