Реферат: Электричество

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 подводитьсяк 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 каждыепол-оборота.

Этот процесс действует и в обратном на­правлении: поворачивается проволока - и возникает напряжение. То есть мотор стано­вится генератором.