ЭЛЕКТРИЧЕСТВО В НАШЕЙ ЖИЗНИ

ЧТО ТАКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК?

Ы знаем, что действие всех электрических приборов — лампочек, моторов или плиток — основано на прохож­дении через них электрического тока. «Включить ток», «выключить ток» — эти слова известны каждому.

Что такое электрический ток?

Для передачи электрического тока применяют метал­лические проволоки — провода. Атомы металлов располо­жены в определённом порядке, образуя жёсткий остов — так называемую пространственную решётку металла.

Существенная особенность металлов, отличающая их от других тел, — это наличие внутри металлов свобод­ных электронов, то-есть электронов внешней, всего сла­бее притягиваемой ядром электронной оболочки, которые оторвались от своих атомов и странствуют по всему объёму, занимаемому металлом.

При «включении» тока прежде беспорядочно блуждав­шие свободные электроны начинают двигаться вдоль

2 Ф - Л. Еейтков

Проводника. Такое упорядоченное движение свободных электронов и есть электрический ток в металле. Если электроны движутся в проводнике всё время в одном на­правлении, то это — постоянный ток. Попеременное упорядоченное движение электронов то в одном, то в дру­гом направлении вдоль проводника — это перемен­ный т о к. О получении и применениях постоянного и пе­ременного тока будет рассказано ниже [1]).

Чем больше электронов проходит в одну секунду че­рез сечение проводника, тем сильнее электрический ток. За единицу силы электрического тока принят один а м - п е р. При электрическом токе в один ампер через каждое сечение проводника проходит в секунду более 6 миллиар­дов миллиардов электронов. Обычная электрическая лам­почка потребляет ток силой в половину ампера, а мотор лифта или станка 30—50 ампер.

В повседневной практике электротехникам прихо­дится включать ток на линиях электропередачи длиной в сотни километров. При этом совершенно невозможно заметить промежуток времени, прошедший с момента включения до «появления» электрического тока на дру­гом конце линии. Нам не приходится ждать, пока заж­жётся электрическая лампа. Мы знаем, что она начинает светить сразу же после поворота выключателя.

Тем более странным может показаться утверждение, что поток электронов движется по проводу очень мед­ленно. Например, по нити светящейся лампочки электрон­ный поток за одну секунду проходит путь, равный лишь нескольким миллиметрам. Как объяснить это кажущееся несоответствие?

Обратимся к примеру. Представим себе длинную трубу поршневого насоса, заполненную водой. Если надавить на поршень, то из противоположного конца трубы вы­льется тотчас некоторое количество воды.

Значит ли это, что из трубы вылились те частицы воды, которые находились непосредственно под поршнем?

Конечно, нет!

Нажатием поршня мы лишь привели в движение всю массу воды, которая заполняет трубу. Отдельные частицы
воды двигались, очевидно, со скоростью, равной скорости движения поршня. Наружу вышли те частицы воды, ко­торые находились у выходного конца трубы.

Нечто похожее происходит и в металлическом провод­нике со свободными электронами при подключении его к источнику тока. Свободные электроны под действием своеобразного «электрического напора» — электриче­ского напряжения — тотчас начинают упорядо­ченно двигаться во всех участках проводника. Вот по­чему при включении лампочки, удалённой даже на десятки километров от электростанции, не приходится ожидать, пока электричество «дойдёт» до лампочки.

Что же заставляет свободные электроны непрерывно следовать вдоль проводника в определённую сторону?

Обратимся снова к примеру. Представим себе два со­суда, соединённых внизу трубкой с краном. Закроем кран и наполним сосуды водой до разных уровней.

Если теперь мы откроем кран, то вода начинает течь из сосуда с более высоким уровнем в сосуд с меньшим уровнем воды. Чем выше уровень воды в сосуде, тем боль­ше её давление на дно сосуда. Разность уровней и есть причина возникновения разности давлений воды у кон­цов соединительной трубки, то-есть силы, заставляющей воду перетекать из одного сосуда в другой. Как только уровни выравниваются, ток воды прекращается.

Приведённый пример помогает нам уяснить причину возникновения электрического тока. Разность уровней воды в сосудах можно уподобить разности «электриче­ских уровней» — напряжению на полюсах источника электрического тока. Момент открывания крана в соеди­нительной трубке соответствует замыканию электрической цепи выключателем.

Следует, однако, подчеркнуть коренное отличие тока жидкости от электрического тока. В первом случае дви­жущая сила — это разность давлений в жидкости, тогда как причиной движения свободных электронов по провод­нику служит электрическая сила притяжения электронов к положительно заряженному полюсу источника тока и отталкивание от отрицательно заряженного полюса.

Приходя на положительный полюс источника тока, электроны нейтрализуют его положительный заряд. По­нятно, что без постоянного возобновления этого заряда

2*

Ток тотчас же прекратился бы. Роль любого источника тока в том и состоит, чтобы поддерживать на концах про­водника разноимённые заряды, вновь и вновь «перекачи­вая» на отрицательный полюс электроны, которые пришли на положительный полюс источника под действием элект­рических сил из внешней цепи. Так например, в батарейке карманного фонаря это достигается благодаря химиче­ским процессам, протекающим в ней. Отметим, кстати, что и для создания постоянного тока жидкости в сооб­щающихся сосудах мы также должны всё время перека­чивать жидкость из одного сосуда в другой, искусственно поддерживая разность уровней.

Итак, причиной электрического тока в проводнике слу­жит разность электрических уровней полюсов источника тока, к которому присоединён проводник. Эта разность электрических уровней и есть напряжение в цепи. Напряжение измеряется в особых единицах — вольтах.