Животное электричество
У животных и человека все процессы жизнедеятельности регулирует мозг, который получает и отсылает сигналы (нервные импульсы) по нервам. И для этого тоже требуется определенный заряд, хотя и очень небольшой. Однако некоторые животные накапливают такое количество электричества, которое способно парализовать или даже убить свою добычу. Например, электрический угорь генерирует разряд в 600 вольт, и этого вполне достаточно, чтобы убить рыбу или очень сильно ударить током человека,
Напряжение и ток
Приведенное ниже описание поможет вам лучше понять, что такое ток и электрическое напряжение.
Итак, есть две емкости, соединенные трубкой, и в одну емкость наливается вода. Вода наливается до тех пор, пока ее уровень не станет одинаковым в обеих емкостях. Если одну емкость приподнять над другой, то вода из одной емкости будет перетекать в другую, пока уровни опять не станут одинаковыми.
Чем больше разница в уровнях воды в двух емкостях, тем быстрее будет литься вода. Скорость, с какой переливается вода, аналогична скорости движения тока. С такой скоростью свободные электроны передвигаются в металлической проволоке. Разница в уровне воды сравнима с электрическим напряжением. Чем выше напряжение, тем сильнее поток электрического тока.
У батареек в фонариках и в портативных радиоприемниках напряжение колеблется от 1,5 до 9 вольт. Точная величина зависит от состава и количества элементов в батарейке. В бытовой электросети напряжение составляет от 100 до 240 вольт, в зависимости от местонахождения.
Источник тока
Первый химический источник тока был создан итальянским ученым Алессандро Вольта приблизительно в 1800 году. Во время одного из экспериментов он смочил лист промокательной бумаги в соленом растворе и поместил его между пластинами меди и цинка. Oн обнаружил, что при взаимодействии меди и цинка в соединяющей их проволоке образовывался электрический заряд. Это означало, что в ходе химической реакции электроны перемещались с пластинки меди на цинк. Единица электрического напряжения, способствовавшего появлению тока, была названо в честь ученого вольтом.
Для получения электрического тока большей силы необходимо большее напряжение. Вольта сделал конструкцию из чередующихся медных и цинковых пластин. При этом каждая их пара отделялась от следующей влажным кружком из картона. Эта конструкция получила название «вольтов столб».
Строго говоря, источником тока является конструкция из одной пластины каждого металла. Вольтов столб, по сути, был первой электрической батареей, сделанной руками человека. Однако в повседневной жизни мы называем "батарейками" все химические источники тока, независимо от того, состоят ли они из одного элемента или нескольких. Например, аккумулятор (12 вольт) составлен из 6 элементов по 2 вольта каждый. Батарейка в фонарике (1,5 вольта) является единым элементом.
Батареи
Существует огромное количество разных электрических батареи, но в их устройстве всегда присутствуют два фактора. Они обязательно состоят из двух разных химических элементов (например, цинка медь, уголь и медь, цинк и ртуть) и жидкости, их разделяющей (в элементе Вольты это был соляной раствор). Жидкость называется электролитом. Иногда электролит присутствует в виде пасты, чтобы избежать протечек.
Наличие разных химических элементов необходимо по той же причине, по какой при получении статического электричества путем трения используются разные материалы. В одном материале электроны движутся с большей свободой и поэтому имеют тенденцию перемещаться на другой материал. В электрическом элементе две пластины и жидкость между ними являются проводниками электричества. Электроны, «освобожденные» во время химической реакции, могут без конца перемещаться, было бы только пространство. Таким пространством становится электрическая цепь. Поток электронов может быть остановлен при разрыве цепи. В быту эту роль выполняет выключатель.
В батарейках, калькуляторах, портативных приемниках и слуховых аппаратах роль электролита выполняет влажная паста. Батарейки вырабатывают электричество, пока в них идет химическая реакция.
В недорогих батарейках один химический элемент представляет собой цинковую емкость, второй - угольный электрод. Со временем цинковая емкость расплавляется, поэтому наружная оболочка таких батареек плотно запечатывается, чтобы содержимое не вытекло и не испортило другие вещи, В долговечных щелочных батарейках те же химические элементы, но другой электролит. В маленьких круглых батарейках, используемых в часах, химические пластины сделаны из цинка и ртути или цинка и оксида серебра.
Некоторые батарейки можно перезаряжать, пропуская ток в обратном направлении. Обычно такие батарейки работают на никеле и кадмии. Элементы должны заряжаться только в специальном зарядном устройстве с правильным напряжением. Никогда не стоит пытаться зарядить обыкновенную батарейку. В аккумуляторах автомобилей и электрического транспорта содержится жидкость, поэтому они должны находиться только в вертикальном положении. Обычно они работают на свинце и свинцовом сурике и могут перезаряжаться много раз. Электролит чаще всею представляет собой разбавленную серную кислоту; поэтому они обычно запечатаны.
Электрические автомобили бесшумны и не загрязняют воздух (тем не менее, воздух загрязняют электростанции, снабжающие электричеством зарядные устройства). В настоящее время проводятся эксперименты по производству перезаряжаемых автомобильных аккумуляторов, которые по весу были бы легче существующих. Есть вероятность, что однажды появятся аккумуляторы с пластиковыми элементами.
Электричество и магнетизм
Заряженный предмет окружен электрическим полем, которое действует на окружающие предметы, - вспомним расческу и притягивающиеся к ней кусочки бумаги и пылинки. Магнит тоже окружен магнитным полем, которое можно увидеть, если поблизости есть металлические опилки. Некоторые характеристики электрического и магнитного полей похожи, другие отличаются. Вот несколько примеров.
Магнитные силы гораздо сильнее электрических. В то же время электрический заряд может перейти с одного тела или предмета на другой - явление, называемое индукцией, - и магнит распространяет свое действие на другой магнитный материал. Но зарядиться электричеством может все, магнитные же свойства передаются только телам, способным намагничиваться, таким как железо, сталь и некоторые сплавы.
Электрические заряды делятся па положительные и отрицательные, магнитные полюсы делятся на южный и северный. Однородные заряды отталкиваются, противоположные притягиваются: одинаковые магнитные полюсы тоже отталкиваются, а противоположные притягиваются. Однако северный и южный полюсы никогда не смогут существовать отдельно друг от друга. Если магнит сломать, то из слома образуется новый южный или новый северный полюс.
О ВЗАИМОДЕЙСТВИИ
Электричество и магнетизм тесно связаны друг с другом. Если пропустить электрический ток через скрученную проволоку, она приобретет свойства магнита. А если проволоку обернуть вокруг магнитного материала, то он также намагнитится. Но этому принципу устроен электромагнит.
Если магнитное поле проходит через витки проволоки и при этом как-то меняется (становится сильнее или слабее или сдвигается), то в них возникает ток. В свою очередь, ток возвращает магнитное поле в прежнее состояние за счет создания своего магнитного поля.
В устройстве электромоторов и генераторов используется описанное выше явление - ток создаст магнитное поле, а изменения в магнитном поле производят ток.
Это явление, открытое Фарадеем, используется также и в трансформаторах, которые служат для преобразования напряжения в энергоснабжающих системах и в электронном оборудовании - например, телевизорах и радиоприемниках. Трансформаторы работают на переменном токе, текущем в бытовой электросети, В отличие от тока в батарее переменный ток движется в двух направлениях - вперед-назад, вперед-назад, меняя направление со скоростью 50 раз и секунду, (В США, соответственно, 60).
Железный сердечник трансформатора имеет две обмотки медного провода, бегущий по одной из них переменный ток создает в сердечнике быстро меняющееся магнитное поле. Эго вызывает переменный ток во второй обмотке. Таким образом, энергия передается из одной обмотки в другую, хотя между ними и нет непосредственного контакта. Их связь исключительно магнитная.
Напряжение на выходе зависит от количества витком в каждой обмотке. Оно может быть больше входного напряжения или меньше. Хотя увеличение напряжения «подталкивает» заряды, их поток сокращается, то есть уменьшается сила тока. Когда электричество передается по высоковольтным проводам, трансформатор усиливает напряжение как раз, для того, чтобы уменьшить ток. Когда же электричество подводиться к домам, трансформатор снижает напряжение.
Моторы и генераторы
В простом электрическом моторе ток намагничивает обмотку, и ее витки притягиваются к полюсам магнита. Кроме того, в моторе установлен вращающийся переключатель, который автоматически меняет направление тока каждые пол-оборота.
Этот процесс действует и в обратном направлении: поворачивается проволока - и возникает напряжение. То есть мотор становится генератором.
Страницы: 1, 2
