 |
Электрический ток и электропроводность вещества
|
|
|
|
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ
«Т Е Х Н И Ч Е С К А Я Ш К О Л А»
ПОСОБИЕ ПО ИЗУЧЕНИЮ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ВАГОНОВ МЕТРОПОЛИТЕНА
Санкт – Петербург
Год
Основные понятия электротехники
Природа электричества
Все вещества в природе состоят из мельчайших частиц, называемых молекулами. Молекулы состоят из атомов. Атом состоит из ядра, окруженного оболочкой, которая образуется из постоянно движущихся с большой скоростью мельчайших частиц - электронов. Ядро состоит из протонов и нейтронов. В разных атомах содержится различное количество протонов, электронов и нейтронов.
Электроны, вращающиеся на внешней орбите, обладают максимальной энергией, называются валентными, и вступают в химические связи с другими атомами.
Основной причиной удержания электронов вокруг ядра является то, что ядра и электроны имеют электрический заряд - положительный "+" и отрицательный "-". При взаимодействии электрических зарядов между ними возникают силы притяжения или силы отталкивания. Одноименные заряды - отталкиваются, разноименные - притягиваются.
Рис. 1.1. Силы притяжения и отталкивания
Атом в целом электрически нейтрален. Если в результате каких-либо действий (нагревание) атом теряет или приобретает электрон, то такой атом становится электрически заряженным, т.е. приобретает электрические свойства.
Вещество, приобретая электроны, приобретает отрицательный заряд; при потере электронов вещество приобретает положительный заряд.
Движение электронов, или положительных, или отрицательных ионов, от одного вещества к другому, называется электрическим током.
В системе СИ количество электричества измеряется в кулонах (Кл).
|
|
|
I Кл=6,29.1019 электронов.
I Кл также называют I А·сек, т.е. при токе в I A в сек проходит количество электричества I Кл.
Вокруг каждой заряженной частицы существует электрическое поле. Электрическое поле обладает энергией, которая проявляет себя в виде сил, действующих на заряженные тела, находящиеся в поле.
Электрическое поле изображается в виде силовых линий:
Рис. 1.2. Электрическое поле зарядов различного знака
Электрический потенциал (φ)
Если в электрическом поле положительного заряда Q в точке (.) М находится другой заряд "q", то на заряд "q" действует сила F
F=E·q, где E - напряженность электрического поля.
Рис. 1.3. Сила, действующая на заряд в электрическом поле
Под действием этой силы заряд "q" перемещается за пределы поля, то есть совершается работа за счет энергии совместного поля зарядов (W), которая убывает.
Отношение энергии поля Wм к величине заряда "q" в данной точке называется электрическим потенциалом данной точки электрического поля.
φм=Wм/q
Электрическое напряжение (U)
При перемещении заряда силами поля из точки М в точку Н совершается работа (А).
A = Wм - Wн =φм · q - φн q = q (φм-φн) = q · U
Разность потенциалов двух точек электростатического поля называется электрическим напряжением и обозначается буквой U
| U=φм-φн | U=A/q |
Единица измерения напряжения - Вольт:
1 B=1 Дж/1 Кл
В технике используются более мелкие единицы измерения напряжения U
- тысячная доля - милливольт. 1 мВ = 10-3 В
- миллионная доля - микровольт. 1мкВ = 10-6 В
более крупная единица измерения - киловольт. 1 кВ = 1000 В = 103 В.
Электрический ток и электропроводность вещества
При некоторых условиях для нейтрального атома (повышение температуры), этот атом теряет электрон, превращаясь в положительный ион. Оторвавшийся электрон может присоединиться к соседнему атому, образуя отрицательный ион.
|
|
|
Если такое вещество поместить в электрическое поле, то под действием сил поля возникает процесс движения свободных электронов или ионов в направлении сил поля, получивший название электрического тока.
Свойство вещества проводить электрический ток под действием электрического поля называется электропроводностью.
Электропроводность вещества зависит от количества свободных, не связанных с атомами, электрически заряженных частиц. Чем выше их концентрация, тем электропроводность больше.
Все вещества в зависимости от электропроводности делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики.
Проводники обладают высокой электропроводностью. Делятся на два класса:
К 1 классу относятся металлы и их сплавы.
В металлах электроны, расположенные на внешних орбитах, слабо связаны с ядрами атомов, часть электронов перемещается между атомами, заполняя пространство между ними и находятся в беспорядочном движении (см.рис.1,4). Однако если металлический проводник внести в электрическое поле, то свободные электроны под действием сил поля начнут перемещаться в сторону положительного заряда (см.рис.1,4), создавая электрический ток.
Рис. 1.4. Свободное и упорядоченное движение электронов
Диэлектрические вещества имеют на внешней орбите большое количество электронов, но они жестко связаны со своими ядрами.
Поэтому диэлектрики не являются проводниками тока.
К проводникам 2 класса относятся водные растворы кислот, солей и щелочей.
|
|
|
