Если ничто не будет поддерживать на концах проводника разность потенциалов, или напряжение, то после установления электрического равновесия ток в проводнике прекратится.
Чтобы ток протекал безостановочно, нужно непрерывно добавлять электроны к атомам отрицательного полюса и отнимать электроны от положительного полюса. В этом и заключается роль любого источника тока, который производит электрическую энергию. Таким источником может быть электрическая батарея (где химическая энергия преобразуется в энергию электрическую), термоэлектрическая батарея (превращающая тепло в электричество) или генератор, установленный на электростанции, который преобразует механическую энергию двигателя в электрический ток.
Следует отметить, что внутри источника питания электроны движутся от положительного полюса к отрицательному (рис. 136). Это происходит поточу, что электроны должны быть отняты у атомов положительного полюса, с тем чтобы создать избыток их в атомах отрицательного полюса. Таким образом, в электрической цепи электроны движутся в том же направлении от одного конца к другому.
Рис. 136. Движение электронов через источник питания и по внешней цепи.
Вольт, ампер, ом
Разность потенциалов, или напряжение, существующее между двумя точками проводника, измеряется и выражается в вольтах.
Количество электронов, проходящее через поперечное сечение проводника в секунду, может быть более или менее значительным. Оно определяет силу (интенсивность) тока, которая измеряется в амперах.
В зависимости от длины, сечения и материала проводник оказывает прохождению тока большее или меньшее сопротивление. Сопротивление измеряется в омах.
Чем длиннее проводник, тем больше его сопротивление. Но чем больше сечение проводника, тем меньше его сопротивление.
Закон Ома
Повышая напряжение, приложенное к концам данного проводника, мы тем самым пропорционально увеличиваем количество приведенных в движение электронов, т. е. силу тока Таким образом, мы можем констатировать, что сила тока прямо пропорциональна напряжению.
Прикладывая одинаковое напряжение к проводникам с разным сопротивлением, можно заметить, что проводники, имеющие большее сопротивление, пропускают более слабый ток. Отсюда следует, что сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.
Обе отмеченные выше закономерности сформулированы в законе Ома, сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
Поэтому, когда известна величина напряжения (в вольтах), приложенного к концам проводника, сопротивление которого известно (и выражено в омах), то, разделив первую величину на вторую, мы находим силу тока (в амперах), протекающего через этот проводник Так, прикладывая напряжение 10 в к проводнику сопротивлением 5 ом, мы получаем ток в 2 а. Точно так же, как напряжение 1 в, приложенное к проводнику с сопротивлением 1 ом, даст ток 1 а.
Закон Ома является основным законом электротехники и радиотехники. Поэтому необходимо хорошо запомнить приводимые ниже основные виды этого закона.
Три вида закона Ома
В формуле закона Ома
I = U/R
напряжение U представляет собой делимое, сопротивление R — делитель и ток I — частное. Вспомним, что делимое равно произведению делителя на частное/ Поэтому мы можем выразить этот же закон в новом виде:
U = I·R.
Это означает, что напряжение равно произведению тока на сопротивление. Следовательно, зная величину тока, протекающего через проводник с известным сопротивлением, мы можем, перемножив эти две величины, определить напряжение, создающее данный ток.
И, наконец, исходя из этого второго вида закона Ома U = I·R и вспомнив, что произведение U при делении его на один из сомножителей I дает другой сомножитель R, мы можем написать:
R = U/I
Эта формула и является третьим видом закона Ома. Мы видим, что сопротивление равно напряжению, деленному на ток.
Если мы знаем величину напряжения на концах проводника и величину тока, которую оно определяет, мы можем получить значение сопротивления проводника, разделив первую величину на вторую.
На этом законе основаны омметры — приборы, служащие для измерения сопротивления проводников. Они содержат батарею с известным напряжением и амперметр (прибор для измерения силы тока). Когда напряжение батареи прикладывается к измеряемому проводнику, амперметр показывает величину установившегося тока После этого для определения величины измеряемого сопротивления достаточно разделить известное напряжение батареи на величину тока, отсчитанную по амперметру.
Комментарии ко второй беседе
Переменный ток
Если в первой беседе Любознайкин сумел изложить основные свойства постоянного тока, т. е. тока, создаваемого напряжением, имеющим постоянные величину и направление, то во второй беседе он смело приступил к рассказу о переменном токе.
Этот ток создается переменным напряжением. В случае переменного напряжения потенциал каждого конца проводника изменяется по отношению к потенциалу другого конца проводника попеременно с положительного на отрицательный и наоборот, проходя при этом через все промежуточные потенциалы (включая и нулевой потенциал). В результате возникает ток, непрерывно изменяющий направление при движении в одном направлении он возрастает, достигая максимума, именуемого амплитудой, затем спадает, на какой-то момент становится равным нулю, потом вновь возрастает, но уже в другом направлении и также достигает максимального значения, спадает, чтобы затем вновь пройти через нуль, после чего цикл всех изменений возобновляется Время, за которое происходит один такой цикл (время, включающее изменение тока в обе стороны), называется периодом переменного тока. Количество периодов, совершаемое током в одну секунду, носит название частоты.
Само собой разумеется, что чем короче период, тем больше их в одну секунду и тем выше частота.
Переменный ток используется в электрической сети. Он вырабатывается машинами, называемыми «генераторами переменного тока». Обычная частота тока в Европе 50 пер/сек, или 50 гц, а в Америке — 60 гц.
Электромагнитные волны
«Промышленные частоты» для радиста являются очень «низкими», так как, в радиотехнике для волн, используемых для радиопередачи, применяют токи высокой частоты, с частотой по крайней мере 10 000 гц, иначе говоря с периодом, равным или меньшим 0,0001 сек. Каждый период такого тока, проходящего по вертикальному проводу — передающей антенне, порождает электромагнитную волну, распространяющуюся в пространстве наподобие кольца, непрерывно расширяющегося вокруг антенны Это расширение происходит со сказочной быстротой, удаляющей волну от антенны на 300 000 000 м/сек, т. е. со скоростью, равной скорости света В этом нет ничего удивительного, так как радиоволны и световые волны имеют одну и ту же природу, в обоих случаях мы имеем дело с электромагнитными волнами. Они различаются лишь по частоте, которая значительно выше у световых волн.
Расстояние между двумя волнами, последовательно излученными антенной, называется длиной волны. Чем короче период (или выше частота), тем меньше это расстояние, т. е. волны следуют одна за другой через меньшие интервалы.
В радиотехнике различают несколько категорий или «диапазонов» волн, установленных несколько произвольно:
Длинные волны — с длиной волны 600 м и больше.
Средние волны — с длиной волны от 200 до 600 м.
Короткие волны — с длиной волны от 10 до 200 м.
Ультракороткие волны — от 1 до 10 м
Дециметровые волны — от 10 см до 1 м.
Сантиметровые волны — от 1 до 10 см.
Последние почти вплотную подходят к наиболее длинноволновой части инфракрасного излучения.
Следует также сказать, что в радиотехнике вместо слова «период» иногда используют слово «цикл», а выражение «период в секунду» или «цикл в секунду» обычно заменяется термином герц (по фамилии физика, экспериментально доказавшего существование электромагнитных волн). В связи с тем, что в радиотехнике часто имеют дело с очень высокими частотами, пользуются укрупненными единицами: килогерц (кгц) = 1 000 гц, мегагерц (Мгц) = 1 000 000 гц и гигагерц (Гц) = 1 000 000 000 гц.
Магнитное поле
Создание электромагнитных волн электрическим током является одним из многочисленных проявлений тесного родства (если не больше), объединяющего электрические и магнитные явления. Всякое перемещение электронов в проводнике порождает в непосредственной близости от него особое состояние пространства, называемое магнитным полем. Намагниченная стрелка компаса обнаруживает наличие магнитного поля вокруг проводника, по которому проходит электрический ток, причем стрелка устанавливается перпендикулярно проводнику. Если изменить направление тока, то стрелка опишет полукруг, что свидетельствует о наличии у магнитного поля полярности, определяемой направлением тока.
