Бесіди по Електротехніці: Електрика - від простого до складного. Частина 2.

Англійський фізик Майкл Фарадей запропонував інший підхід. Він ввів у фізику поняття електричного поля. Що дозволило, як тоді вважали, повністю відмовитися від "дальнодействия" у фізиці. Згідно Фарадею, заряди НЕ взаємодіють один на одного безпосередньо. Кожен з них створює в просторі електричне поле, величина якого (або НАПРУЖЕНІСТЬ) зменшується в міру віддалення від заряду. Дія цього заряду передається в просторі від точки до точки за допомогою електричного поля. Ця точка зору відома, як ТЕОРІЯ близкодействии.

Сучасна електрофізика базується саме на цій теорії. Але зауважимо, що до теперішнього часу є дуже тонкі експериментальні факти, які працюють на відродження теорії дальнодействия. Однак говорити про них ми поки не будемо ... Наука про електрику ділиться на електростатики і електродинаміку. Перша вивчає взаємодію електричних зарядів за допомогою чисто ЕЛЕКТРИЧНИХ полів.

Друга (електродинаміка) - це наука про взаємодію рушійною електричних зарядів з електромагнітним полем, точніше, електромагнітні ефекти, що виникають при РУХ будь-яких електричних зарядів в металах або вакуумі. Саме тут ми зустрічаємося з явищем протікання ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ в замкнутому ланцюзі.

Що ж являє собою електричний струм в металах? Оскільки ядра у атомів металів масивні, вони залишаються в вузлах кристалічної решітки, а електрони (як дуже рухливі і "легкі") вільно рухаються в об'ємі кристала. Це відноситься до периферійних електронів, які дуже слабо пов'язані електричними силами з .далекім. атомним ядром. А тому до- статочно невеликий додаткової енергії, щоб вони покинули свій атом і стали мігрувати всередині кристалічної решітки.

Як тільки електрон залишає атом, той негайно стає ПОЗИТИВНО зарядженим. І будь-якої вільний електрон з числа тих, що вільно рухаються всередині кристала, негайно займає "вакансію". Атом знову стає нейтральним, але ненадовго ...

Зауважимо, що електрони усередині кристала рухаються безладно, і швидкість їх досить велика. Вона залежить в значній мірі від температури кристала. При кімнатній температурі середня швидкість електронів становить кілька метрів в секунду.

Багато це чи мало? Якщо взяти до уваги розміри електрона і співвіднести їх з величиною переміщення, вчиненого ним протягом секунди, то це співвідношення вражає, наприклад, всередині звичайного кінескопа, швидкість електрона досягає ДЕСЯТКІВ ТИСЯЧ КІЛОМЕТРІВ У СЕКУНДУ! Але це в вакуумі. Тепер для наочності уявимо собі відрізок дроту, наприклад, мідної (рис.1).

Тут вільні електрони зображені у вигляді кружечків, забезпечених стрілками. Ці стрілки, що представляють собою вектора, ілюструють той факт, що середня швидкість вільних електронів при даній температурі, приблизно однакова, чого не можна сказати про направлення їх (електронів) руху.

Воно має невпорядкований, хаотичний характер. Це означає, що за деяку одиницю часу, наприклад, за одну СЕКУНДУ, кількість електронів, які перетинають площину перетину дроту (позначену, як 2) в напрямку СПРАВА ЛІВОРУЧ і тих, що за цей же час перетинають це перетин ЛІВОРУЧ ПРАВОРУЧ однаково!

У цьому випадку цілком справедливий наступний висновок: незважаючи на те що значна кількість вільних електронів безперервно здійснює рух всередині кристалічної структури металу, ніякого струму НІ! А тепер внесемо в представлену вище картину деяка зміна (рис.2).

У КОЖНОГО вільного електрона з'явилася деяка додаткова складова середньої швидкості, що позначено на рис.2 пунктирними стрілками. За своєю абсолютною величиною ці стрілки (вектора) в ДЕСЯТКИ разів менше векторів середньої хаотичної швидкості. Але ВСЕ вони діють узгоджено, в ОДНОМУ і тому ж напрямку. Оскільки діє правило додавання векторів, то середні швидкості електронів, які рухаються зліва направо, будуть більше, ніж середні швидкості електронів, які рухаються справа наліво! А оскільки в цьому випадку НІ рівності між кількістю електронів, які проходять через площину перетину в протилежних напрямках, то ми маємо право стверджувати, що в цьому випадку З`ЯВЛЯЄТЬСЯ електричний ТОК! На ідеалізованих рис.1 і 2 (щоб не захаращувати картину) зображено тільки по ШІСТЬ електронів.

Будемо пам'ятати, що електричний струм може мати ДВА абсолютно різні механізми. Справді, уявімо собі, що, наприклад, в умовах відкритого космосу якийсь металевий предмет, який отримав в силу будь-яких сторонніх причин деякий електричний заряд (скажімо, негативний) наближається до іншого металевого предмета, у якого або надлишкового заряду взагалі немає , або він протилежний за знаком. Крім того, нехай перший предмет має конструкцію, подібну представленої на рис.3.

Тоді в момент зіткнення предметів 1 і 2 надлишковий заряд електронів розподілиться між ними таким чином, що концентрації зрівняються. Але оскільки електрони від 1 перетечуть в 2 через стрижень, в який вбудований АМПЕРМЕТР, то, природно, останній зафіксує проходження електричного струму. Величина цього струму буде мати НЕ постійний, а експонентний характер, як показано на рис.4. Ось приклад того, що електричний струм може протікати в незамкнутого ланцюга.

До речі сказати, початкова величина струму може досягати величезних значень, наприклад, при ударі блискавки в металевий предмет. Зовсім інший механізм явища має місце в замкнутому електричному ланцюзі. Електротехніка та електроніка базуються саме на функціонуванні ЗАМКНУТИХ електричних ланцюгів.

<< Попередня 1 [2] 3 4 5 6 7 Наступна >>