В наше повседневной жизни мы часто сталкиваемся с таким понятием как «электрический ток». Что же это такое и всегда ли люди знали о его существовании?
Сейчас без электричества представить нашу жизнь невозможно. Электричество настолько глубоко проникло в нашу обыденную жизнь, что мы порой и не задумываемся, что это явление помогает нам во всех аспектах нашей жизни.
Подробное изучение электрического тока можно отнести к периоду конца девятнадцатого века, но первые электрические явления люди наблюдали ещё в пятом веке до нашей эры. Они замечали, что потёртый мехом или шерстью кусок янтаря притягивает к себе лёгкие тела, например, пылинки. Древние греки даже научились использовать это явление – для удаления пыли с дорогих одежд. Ещё они заметили, что, если сухие волосы расчесать янтарным гребнем, они поднимаются, отталкиваясь друг от друга.
Электрический ток нельзя рассмотреть или учуять его по запаху. Определить наличие или отсутствие электрического тока можно только, используя специальные приборы. Первый случай поражения электрическим током со смертельным исходом был описан в 1862 году. Трагедия произошла при непреднамеренном соприкосновении человека с токоведущими частями.
Что не нужно делать взрослым и детям? Не дотрагивайтесь руками, не подходите близко к проводам и электроустановкам. Недалеко от линий электропередач, подстанций не останавливайтесь на отдых, не разводите костров, не запускайте летающие игрушки. Лежащий на земле провод может таить в себе смертельную опасность. Электрические розетки, не подходящий объект для детских игр.
Суть электрического тока сводится к тому, что поток заряженных частиц движется по проводнику (проводник – это вещество, способное проводить электрический ток) в замкнутой цепи от источника тока к потребителю. Двигаясь, поток частиц выполняет определённую работу. Если качестве проводника используется металл, то заряженные частицы – это электроны.
То насколько много заряженных частиц движется по проводнику, называют Силой тока. Единица силы электрического тока 1 Ампер, получила своё название в честь французского ученого, который первым исследовал свойства электрического тока – Андре-Мари Ампера (1775-1836 гг).
Силу электрического тока можно измерить специальным прибором, который называют «Амперметр». В формулах сила тока обозначается заглавной латинской буквой «I».
Итого мы уже познакомились с термином «Сила тока» и единицей ее измерения – Ампер. Сила тока описывает то, как много заряженных частиц прошло через проводник за единицу времени (секунду). Т.е. это «количественная» характеристика движения заряженных частиц. Это как на дороге с машинами. Но есть и еще один важный параметр, с какой скоростью эти частицы двигались в проводнике. Параметр, описывающий «скоростные» характеристики заряженных частиц – Напряжение. Оно описывает, насколько быстро двигались заряженные частицы. Единицей напряжения является 1 Вольт, название дано в честь ученного Алессандро Вольта (1745-1827 гг).
Величину напряжения можно измерить специальным прибором – «Вольтметром». В формулах напряжение обозначается заглавной латинской буквой «U».
Однако как и наши автомобильные дороги, металлы не являются идеальным маршрутом для электронов. Там есть свои «ямы» и «рытвины», которые снижают скорость движения электронов и их поток. Способность «задерживать» поток заряженных частиц называют «Сопротивление». Измеряется сопротивление в «Омах», название дано в честь ученного Георга Симона Ома (1789-1854 гг).
Величину сопротивления можно измерить специальным прибором – «Омметром». В формулах сопротивление обозначается заглавной латинской буквой «R».
Вот мы ознакомились с тремя основными параметрами любых электрических цепей «Сила тока», «Напряжение», «Сопротивление».
Изучением зависимостей между этими параметрами в 19 веке занимался Георг Симон Ом. Он же и вывел опытным путем, формулу зависимости между собой этих параметров. В честь него и был назван это закон – «Закон Ома».
Закон Ома гласит: Сила тока в цепи, прямо пропорциональна величине напряжения и обратно пропорциональна сопротивлению цепи.
Т.е. чем больше напряжение, тем больше сила тока и чем больше сопротивление, тем сила тока меньше.
Первые эксперименты с электрическим током производились в основном на химических источниках тока. Это такие прадедушки наших батареек и аккумуляторов. Поэтому все первые исследования касались изучения «постоянного тока». Это такой вид тока, в котором «источник» и «получатель» заряженных частиц постоянны и не меняются со временем местами. В связи с чем и большинство электрических схем, на начало двадцатого века, были рассчитаны на использование постоянного тока.
Однако у постоянного тока, есть очень весомый недостаток, ограничивающий его транспортировку на большие расстояния.
Как мы видим из формулы, чем больше сопротивление, которое зависит от длинны проводника, тем меньший ток мы можем передать на расстояние. В результате, вначале двадцатого века, расцвет использования электричества, происходил только в непосредственной близости от электростанций.
На какие только ухищрения не шли изобретатели, чтобы увеличить дальность передачи электрического тока. В результате самой популярной стала модель, в которой используется переменный ток.
Переменный ток, это ток, в котором «источник» и «приемник» заряженных частиц меняются местами с определенной периодичностью. Это как бы у батарейки «+» и «-« например переключались один раз в секунду, меняясь местами. Благодаря особым свойствам переменного электрического тока его стало возможным передавать на большие расстояния, чем мы в настоящее время успешно и пользуемся.
Переменный ток в нашей розетке меняет свою полярность «+/-« со скоростью 50 раз в секунду. Скорость изменения полярности переменного электрического тока измеряется в «Герцах», в честь ученного Генриха Рудольфа Герца (1857-1894 гг). 1 Герц = 1 изменению полярности в секунду. Частоту изменения полярности переменного тока можно измерить специальным прибором – «Частотомером».
Однако надо понимать, что напряжение электрического тока меняется не скачком, а плавно, как нарисовано на графике.
Но если в розетке у нас ток переменный, а все носимые устройства (телефоны, радиоприемники, ноутбуки, планшеты) питаются постоянным током, то как происходит преобразование?
На заре изучения электричества, все вещества делились на «проводники» и «диэлектрики». Первые проводили электрический ток, вторые нет. Однако позже, среди веществ, выделился такой класс как «полупроводники». Особые свойства данных веществ, позволили изготавливать из них устройства проводящие ток только в определенном направлении. Такие устройства назвали «Диод». В связи с тем, что раньше создавались приборы с похожей характеристикой в виде вакуумных ламп, принято использовать термин «полупроводниковый диод».
В результате таких особенных свойств диода, из переменного напряжения, можно получить только его половинку, с нужной нам полярностью.
При использовании других компонентов и схемных решений, на выходе блока питания получается постоянный электрический ток, не отличимый от химического источника (батарейки).
Кстати, для измерения электрических величин есть и универсальные приборы, которые называют "АВОметрами". Это сокращение от слов Ампер-Вольт-Ом-метр. Со временем такие универсальные приборы стали измерять и другие величины и их стали называть "Мультиметр", от слова "Multi" - много. Но еще часто старые радиолюбители используют в своей речи название "АВОметр".