Загальні поняття про електрику

Електрика в Давньому Єгипті

Електронні явища стали відомі людині спочатку в суворій формі блискавки - розрядів атмосферної електрики, потім було відкрито і вивчено електрику, що отримується засобом тертя (наприклад, шкіри об скло і т. Д.) - в кінці кінців, після відкриття хімічних джерел струму (гальванічних частин в 1800 р) з`явилася і стрімко розвинулася електротехніка. У Російській державі, ми були очевидцями блискучого розквіту електротехніки. Російські вчені чимало сприяли такому швидкому прогресу. Тим більше проблемно дати просту відповідь на питання: «Що таке електрика?». Можна сказати, що «електрику є електронні заряди і пов`язані з ними електричні поля» Але така відповідь просить ґрунтовних наступних пояснень: «Що таке електронні заряди і електричні поля?» Поступово ми покажемо, як важко по суті поняття «електрику», хоча дуже докладно досліджені дуже різні електронні явища, а поряд з більш глибоким їх усвідомленням розширювалася і область практичного впровадження електрики.

Загальні поняття про електрику і електричної теорії

Винахідники перших електронних машин уявляли собі електричний струм як рух особливою електронної рідини в залізних проводах, але для створення електричних ламп потрібно було знати електричну природу електричного струму.

Сучасне вчення про електрику тісно пов`язане з вченням про будову речовини. Найменшої частинкою речовини, що зберігає його хімічні властивості, є молекула (від лат. Слова "moles" - маса). Ця частинка дуже мала, наприклад молекула води має діаметр близько 3/1000 000 000 = 3/108 = 3 * 10-8 см. І обсяг 29.7 * 10-24

Щоб уявити собі наочніше, як малі такі молекули, яке величезне число їх поміщається в маленькому обсязі, здійснимо подумки наступний досвід. Якимось способом відзначимо все молекули в чарці води (50 см3) і виллємо цю воду в Чорне море. Уявімо, що молекули, що містилися в цих 50 см3, помірно розподілилися в усьому великому світовому океані, який займає 71% площі земної шара- Зачерпніть потім з цього океану, хоча б у Владивостоці, знову чарку води. Чи є можливість відшукати в цій чарці хоча б одну з мічених нами молекул?

Обсяг світового океану величезний. Його поверхня 361,1 млн.км2. Його середня глибина 3795 м. Отже, його обсяг 361,1 * 106 * З, 795 км3, т. е. близько 1 370 ТОВ ТОВ км3 = 1,37 * 109 км3- 1,37 * 1024 см3.

Але в 50 см3 води міститься 1,69 * 1024 молекул. Отже, після змішування в кожному кубічному сантиметрі води океану буде находіться- 1.69 / 1.37 мічених молекул і в нашу чарку у Владивостоці потрапить близько 66 мічених молекул.

Як не малі молекули, але вони складаються з набагато менших частинок - атомів.

Атом є менша частина хімічних елемента, що є носієм його хімічних властивостей. Під хім елементом прийнято розуміти речовина, що складається з схожих атомів. Молекули можуть створювати одноманітні атоми (наприклад, молекула газу водню Н2 складається з 2-ух атомів) або різні атоми (молекула води Н20 складається з 2-ух атомів водню Н2і атома кисню О). В останньому випадку при розподілі молекул на атоми хімічних і фізичні характеристики речовини змінюються. Наприклад, при розкладанні молекул рідкого тіла - води звільняються два газу - водень і кисень. Число атомів в молекулах різному: від 2-ух (в молекулі водню) до сотень і тисяч атомів (у білків і високомолекулярних сполук). Ряд речовин, а саме метали, не утворює молекул, т. Е якраз і з атомів, не пов`язаних всередині молекулярними зв`язками.

Загальні поняття про електрику

Тривалий час вважали атом щонайменшої частинкою матерії (сама назва атом походить від грецького слова атомос- нероздільний). В даний час відомо, що атом є складною системою. У його ядрі зосереджена велика частина маси атома. Навколо ядра по певних орбітах звертаються найлегші електрично заряджені елементарні частинки - електрони подібно до того, як планети обертаються навколо Сонця. Сили тяжіння затримують планети на їх орбітах, а електрони притягуються до ядра електронними силами. Електронні заряди можуть бути 2-ух різних видів: позитивними і негативними. З досвіду ми знаємо, що взаємно притягуються тільки різнойменні електронні заряди. Отже, заряди ядра і електронів теж повинні бути різні за знаком. Умовно прийнято вважати заряд електронів негативним, а заряд ядра позитивним.

Всі електрони незалежно від способу їх отримання володіють схожими електронними зарядами і масою 9,108 * 10-28 м Отже, електрони, що входять до складу атомів всіх частин, можна вважати схожими.

Разом з тим заряд електрона (його прийнято позначати е) є простим, т. Е. Мінімальним можливим електричним зарядом. Спроби обгрунтувати існування найменших зарядів виявилися безуспішними.

Належність атома до того чи іншого хімічного елементу обумовлюється величиною позитивного заряду ядра. Загальний негативний зарядZ електронів атома дорівнює позитивному заряду його ядра, як слід, величина позитивного заряду ядра повинна бутиeZ. Число Z визначає місце елемента в періодичній системі елементів Менделєєва.

Частина електронів в атомі знаходиться на внутрішніх орбітах, а частина - на зовнішніх орбітах. 1-і щодо міцно утримуються на власних орбітах атомними зв`язками. 2-ие можуть порівняно легко відділятися від атома і перебігати до іншого атому або ж деякий час залишатися вільними. Ці електрони зовнішніх орбіт визначають електронні та хімічні властивості атома.

Поки сума негативних зарядів електронів дорівнює позитивному заряду ядра - атом або молекула нейтральні. Але якщо атом розгубив один або кілька електронів, то внаслідок надлишку позитивного заряду ядра він стає позитивним іоном (від грец. Слова іон - йде). Якщо ж атом захопив зайві електрони, то він служить негативним іоном. Таким же методом іони можуть створюватися з нейтральних молекул.

Носіями позитивних зарядів в ядрі атома є протони (від грец. Слова «протос» - 1-ий). Протон служить ядром водню - першого елемента в таблиці періодичної системи. Його позитивний заряд е + чисельно дорівнює негативному заряду електрона. Але маса протона в 1836 разів більше маси електрона. Протони спільно з нейтронами утворюють ядра всіх хімічних елементів. Нейтрон (від лат. Слова «neuter» - ні той, ні інший) не володіє зарядом і його маса в 1838 разів більше маси електрона. Таким чином, основними частинами атомів є електрони, протони і нейтрони З їх протони і нейтрони міцно утримуються в ядрі атома і тільки електрони можуть пересуватися всередині речовини, а позитивні заряди в звичайних умовах можуть пересуватися тільки спільно з атомами у вигляді іонів.

Кількість вільних електронів в речовині знаходиться в залежності від будови його атомів. Якщо цих електронів багато, то дана речовина відмінно пропускає через себе пересуваються електричні заряди. Воно іменується провідником. До провідникам відносяться всі метали. Особливо непоганими провідниками є срібло, мідь і алюміній. Якщо під тим або іншим зовнішнім впливом провідник розгубив частину вільних електронів, то домінування позитивних зарядів його атомів створить ефект позитивного заряду провідника в цілому, т. Е. Провідник буде притягувати негативні заряди - вільні електрони і негативні іони. В іншому випадку, при надлишку вільних електронів провідник буде заряджений негативно.

Ряд речовин містить дуже мало вільних електронів. Такі речовини називаються діелектриками або ізоляторами. Вони погано пропускають або фактично не пропускають електричні заряди. Діелектриками є фарфор, скло, ебоніт, велика частина пластмас, повітря і т. Д.

В електротехнічних пристроях по провідникам рухаються електронні заряди, а діелектрики служать для направлення цього руху.