Радио и телевидение?.. Это очень просто!

Источники напряжения

Н. — Но как только равновесие между двумя концами проводника восстановится, электрический ток прекратится?

Л. — Он будет продолжать свое движение, если мы будем поддерживать отсутствие равновесия, которое называют разностью электрических потенциалов. А чтобы создавать разность потенциалов или, как говорят, напряжение, можно использовать много различных способов. На практике все формы энергии могут преобразовываться в электрическую. Так, например, электрическая энергия возникает при нагревании термоэлектрической пары или при освещении фотоэлектрического элемента.

Ты можешь легко превратить химическую энергию в электрическую. Опусти в раствор серной кислоты стержень из меди и стержень из цинка. Сразу же химические реакции сделают цинк отрицательным относительно меди. Соедини проволочкой выступающие из раствора концы этих стержней, и по ней от цинка к меди потечет электрический ток.

Н. — Не это ли называют электрическим элементом?

Л. — Да, это самая простая модель элемента (рис. 8).

Рис. 8. Электрический элемент и его условное обозначение. Стрелками показано направление потока электронов, идущего от отрицательного полюса (цинк) к положительному (медь).

Между двумя стержнями устанавливается напряжение примерно 1,5 В. Разность потенциалов измеряется в вольтах (В). Если требуется более высокое напряжение, можно включить несколько элементов последовательно, т. е. соединить положительный полюс одного элемента с отрицательным полюсом другого.

Н. — Я предполагаю, что полюс обозначает здесь каждый из выводов элемента. Очень возможно, что при таком последовательном включении напряжения складываются. Я догадываюсь, что таким образом создают батареи, используемые для питания радиоприемников.

Л. — Браво, Незнайкин! Твоя интуиция тебя не обманула. Действительно, используемые нами батареи состоят из нескольких последовательно соединенных элементов.

Условность и истина

Н. — Однако здесь кое-что меня удивляет. По твоим словам, электроны идут от отрицательного полюса к положительному. А я от компетентных людей слышал, что электрический ток идет от положительного полюса к отрицательному. Где же истина?

Л. — То, что ты слышал, — условное направление электрического тока, его приняли в то далекое время, когда еще не знали о существовании электронов и, следовательно, об истинном направлении их движения. Поэтому всегда учитывай истинное направление тока, который вне источника напряжения идет от отрицательного полюса к положительному (рис. 9).

Рис. 9. Направление движение электронов в электрическом элементе и вне его.

Н. — Почему ты акцентируешь мое внимание на выражении «вне источника напряжения»?

Л. — Потому что в самом элементе по раствору серной кислоты электроны перемещаются от медного стержня к цинковому. Ты видишь здесь полностью замкнутый путь, по которому электроны проходят полный круг.

Незнайкин формулирует закон Ома

Н. — А какое количество электронов совершает эту прогулку?

Л. — Это количество зависит от двух факторов: от напряжения источника тока и от электрического сопротивления цепи. Количество электронов, проходящее в секунду, называется силой тока. Она измеряется в амперах (А).

Н. — Если я правильно понял, сила тока пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Л. — Браво, дорогой друг! Ты превосходно сформулировал закон Ома, этот основной закон всей науки об электричестве.

Действительно, для вычисления силы тока I достаточно разделить напряжение U на сопротивление R. Электрическое сопротивление выражается в омах (Ом). 1 Ом — это сопротивление проводника, который при напряжении 1 В пропускает ток силой 1 А.

Н. — Я думаю, что закон Ома можно выразить следующей простой математической формулой:

I = U/R,

т. е. сила тока равна напряжению, деленному на сопротивление. Мне хотелось бы понять, от чего зависит сопротивление проводника.

Сопротивление и удельное сопротивление

Л. — Сопротивление проводника зависит от его материала и размеров. Каждое вещество характеризуется так называемым удельным электрическим сопротивлением. Это сопротивление, которым обладает кубический сантиметр вещества при включении его в цепь двумя противоположными сторонами. Самое низкое удельное сопротивление из наиболее широко применяемых проводников у серебра: оно равно 0,000001492 Ом·см. Сопротивление меди чуть больше и составляет 0,000001584 Ом·см. Но у стали оно в 6, а у свинца — в 15 раз больше, чем у серебра.

Теперь ты можешь понять, почему чаще всего применяют проводники из меди — этот металл намного дешевле серебра.

Н. — Я предполагаю, что у диэлектриков удельное сопротивление намного больше.

Л. — Разумеется. Удельное сопротивление стекла, пластмасс и резины — очень высокое.

Н. — Судя по тому, что ты сейчас сказал, сопротивление проводника зависит не только от его материала, т. е. от его удельного сопротивления, но и от его формы. Не ошибаюсь ли я, предполагая, что чем длиннее проводник, тем больше его сопротивление?