Определение
Электрическим током является направленное движение носителей зарядов – это стандартная формулировка из учебника физики. В свою очередь носителями заряда называются определенные частицы вещества. Ими могут быть:
- Электроны – отрицательные носители заряда.
- Ионы – положительные носители заряда.
Но откуда берутся носители заряда? Для ответа на этот вопрос нужно вспомнить базовые знания о строении вещества. Всё что нас окружает – вещество, оно состоит из молекул, мельчайших его частиц. Молекулы состоят из атомов. Атом состоит из ядра, вокруг которого движутся электроны на заданных орбитах. Молекулы также хаотично движутся. Движение и структура каждой из этих частиц зависят от самого вещества и влияния на него окружающей среды, например температуры, напряжения и прочего.
Ионом называют атом, у которого изменилось соотношение электронов и протонов. Если изначально атом нейтрален, то ионы в свою очередь делят на:
- Анионы – положительный ион атома, потерявшего электроны.
- Катионы – это атом с «лишними» электронами, присоединившиеся к атому.
Единица измерения тока – Ампер, согласно закону Ома он вычисляется по формуле:
I=U/R,
где U – напряжение, [В], а R – сопротивление, [Ом].
Или прямопропорционален количеству заряда, перенесенному за единицу времени:
I=Q/t,
где Q – заряд, [Кл], t – время, [с].
Мощность
Электрическая мощность – это физическая величина, определяющая скорость преобразования электроэнергии. Например, вы не раз слышали: «лампочка на столько-то ватт». Это и есть мощность потребляемая лампочкой за единицу времени во время работы, т.е. преобразовании одного вида энергии в другой с некоторой скоростью.
Источники электроэнергии, например генераторы, также характеризуется мощностью, но уже вырабатываемой в единицу времени.
Единица измерения мощности – Ватт (обозначается Вт
или
W
). В формулах и расчетах мощность обозначается буквой
P
. Для цепей переменного тока применяется термин
Полная мощность, единица измерения – Вольт-ампер (В·А
или
V·A
), обозначается буквой
S
.
И в завершение про Электрическую цепь. Данная цепь представляет собой некоторый набор электрических компонентов, способных проводить электрический ток и соединенных между собой соответствующим образом.
Что мы видим на этом изображении – элементарный электроприбор (фонарик). Под действием напряжения U
(В) источника электроэнергии (батарейки) по проводникам и другим компонентам обладающих разными сопротивлениями
R
(Ом) от плюса к минусу течет электрический ток
I
(А) заставляющий светиться лампочку мощностью
P
(Вт). Не обращайте внимания на яркость лампы, это из-за плохого давления и малого потока воды батареек.
Фонарик, что представлен на фотографии, собран на базе конструктора « Знаток ». Данный конструктор позволяет ребенку в игровой форме познать основы электроники и принцип работы электронных компонентов. Поставляется в виде наборов с разным количеством схем и разного уровня сложности.
Условия существования электрического тока
Что такое электрический ток мы разобрались, теперь давайте поговорим о том, как обеспечить его протекание. Для протекания электрического тока необходимо выполнение двух условий:
- Наличие свободных носителей заряда.
- Электрическое поле.
Первое условие существования и протекания электричества зависит от вещества, в котором протекает (или не протекает) ток, а также его состояния. Второе условие также выполнимо: для существования электрического поля обязательно наличие разных потенциалов, между которыми находится среда, в которой будут протекать носители заряда.
Напомним: Напряжение, ЭДС – это разность потенциалов. Отсюда следует, что для выполнения условий существования тока – наличия электрического поля и электрического тока, нужно напряжение. Это могут быть обкладки заряженного конденсатора, гальванический элемент, ЭДС возникшее под действием магнитного поля (генератор).
Как он возникает, мы разобрались, давайте поговорим о том, куда он направлен. Ток, в основном, в привычном для нас использовании, движется в проводниках (электропроводка в квартире, лампочки накаливания) или в полупроводниках (светодиоды, процессор вашего смартфона и другая электроника), реже в газах (люминесцентные лампы).
Так вот основными носителями заряда в большинстве случаев являются электроны, они движутся от минуса (точки с отрицательным потенциалом) к плюсу (точке с положительным потенциалом, подробнее об этом вы узнаете ниже).
Но интересен тот факт, что за направление движения тока было принято движение положительных зарядов – от плюса к минусу. Хотя фактически всё происходит наоборот. Дело в том, что решение о направлении тока было принято до изучения его природы, а также до того, как было определено за счет чего протекает и существует ток.
Электрический заряд в движении
Каковы условия существования электрического тока? Он может принимать форму внезапного разряда статического электричества, такого как молния или искра от трения с шерстяной тканью. Однако чаще, когда мы говорим об электрическом токе, мы имеем в виду более контролируемую форму электричества, благодаря которой горит свет и работают приборы. Большая часть электрического заряда переносится отрицательными электронами и положительными протонами внутри атома. Однако вторые в основном иммобилизованы внутри атомных ядер, поэтому работа по переносу заряда из одного места в другое проделывается электронами.
Электроны в проводящем материале, таком как металл, в значительной степени свободны для перехода от одного атома к другому вдоль их зон проводимости, которые являются высшими электронными орбитами. Достаточная электродвижущая сила или напряжение создает дисбаланс заряда, который может вызвать движение электронов через проводник в виде электрического тока.
Если провести аналогию с водой, то возьмем, к примеру, трубу. Когда мы открываем клапан на одном конце, чтобы вода попала в трубу, то нам не нужно ждать, пока эта вода проложит весь путь до ее конца. Мы получаем воду на другом конце почти мгновенно, потому что входящая вода толкает воду, которая уже находится в трубе. Это то, что происходит в случае электрического тока в проводе.
Электрический ток в разных средах
Мы уже упоминали о том, что в различных средах электрический ток может различаться по типу носителей заряда. Среды можно разделить по характеру проводимости (по убыванию проводимости):
- Проводник (металлы).
- Полупроводник (кремний, германий, арсенид галия и пр).
- Диэлектрик (вакуум, воздух, дистиллированная вода).
В металлах
В металлах есть свободные носители зарядов, их иногда называют «электрическим газом». Откуда берутся свободные носители зарядов? Дело в том, что металл, как и любое вещество, состоит из атомов. Атомы, так или иначе движутся или колеблются. Чем выше температура металла, тем сильнее это движение. При этом сами атомы в общем виде остаются на своих местах, собственно и формируя структуру металла.
В электронных оболочках атома обычно есть несколько электронов, у которых связь с ядром достаточно слабая. Под воздействием температур, химических реакций и взаимодействия примесей, которые в любом случае находятся в металле, электроны отрываются от своих атомов, образуются положительно заряженные ионы. Оторвавшиеся электроны называются свободными и двигаются хаотично.
Если на них будет воздействовать электрическое поле, например, если подключить к куску металла батарейку – хаотичное движение электронов станет упорядоченным. Электроны от точки, в которую подключен отрицательный потенциал (катод гальванического элемента, например), начнут двигаться к точке с положительным потенциалом.
В полупроводниках
Полупроводниками являются такие материалы, в которых в нормальном состоянии нет свободных носителей заряда. Они находятся в так называемой запрещенной зоне. Но если приложить внешние силы, такие как электрическое поле, тепло, различные излучения (световое, радиационное и пр.), они преодолевают запрещенную зону и переходят в свободную зону или зону проводимости. Электроны отрываются от своих атомов и становятся свободными, образуя ионы – положительные носители зарядов.
Положительные носители в полупроводниках называются дырками.
Если просто передать энергию полупроводнику, к примеру нагреть, начнется хаотичное движение носителей заряда. Но если речь идет о полупроводниковых элементах, типа диода или транзистора, то на противоположных концах кристалла (на них нанесен металлизированный слой и припаяны выводы) возникнет ЭДС, но это не относится к теме сегодняшней статьи.
Если приложить источник ЭДС к полупроводнику, то носители заряда также перейдут в зону проводимости, а также начнется их направленное движение – дырки пойдут в сторону с меньшим электрическим потенциалом, а электроны – в сторону с большим.
В вакууме и газе
Вакуумом называют среду с полным (идеальный случай) отсутствием газов или минимизированным (в реальности) его количеством. Так как в вакууме нет никакого вещества, то и носителям заряда браться не откуда. Однако протекание тока в вакууме положило начало электронике и целой эпохе электронных элементов – электровакуумных ламп. Их использовали в первой половине прошлого века, а в 50-х годах они начали постепенно уступать месту транзисторам (в зависимости от конкретной сферы электроники).
Допустим, что у нас есть сосуд, из которого откачали весь газ, т.е. в нём полный вакуум. В сосуд помещено два электрода, назовем их анод и катод. Если мы подключим к катоду отрицательный потенциал источника ЭДС, а к аноду положительный – ничего не произойдет и ток протекать не будет. Но если мы начнем нагревать катод – ток начнет протекать. Этот процесс называется термоэлектронной эмиссией – испускание электронов с нагретой поверхности электрона.
На рисунке изображен процесс протекания тока в вакуумной лампе. В вакуумных лампах катод нагревают расположенной рядом нитью накала на рис (Н), типа такой, как в осветительной лампе.
При этом, если изменить полярность питания – на анод подать минус, а на катод подать плюс – ток протекать не будет. Это докажет, что ток в вакууме протекает за счет движения электронов от КАТОДА к АНОДУ.
Газ также как и любое вещество состоит из молекул и атомов, это значит, что если газ будет находиться под воздействием электрического поля, то при определенной его силе (напряжение ионизации) электроны оторвутся от атома, тогда будут выполнены оба условия протекания электрического тока – поле и свободные носители.
Как уже было сказано, этот процесс называется ионизацией. Она может происходить не только от приложенного напряжения, но и при нагреве газа, рентгеновском излучении, под воздействием ультрафиолета и прочего.
Ток через воздух потечет, даже если между электродами установить горелку.
Протекание тока в инертных газах сопровождается люминесценцией газа, это явление активно используется в люминесцентных лампах. Протекание электрического тока в газовой среде называется газовым разрядом.
В жидкости
Допустим, что у нас есть сосуд с водой в который помещены два электрода, к которым подключен источник питания. Если вода дистиллированная, то есть чистая и не содержит примесей, то она является диэлектриком. Но если мы добавим в воду немного соли, серной кислоты или любого другого вещества, образуется электролит и через него начнет протекать ток.
Электролит – вещество, которое проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы.
Если в воду добавить медный купорос, то на одном из электродов (катоде) осядет слой меди – это называется электролиз, что доказывает что электрический ток в жидкости осуществляется за счет движения ионов – положительных и отрицательных носителей заряда.
Электролиз – физико-химический процесс, который заключается в выделении на электродах компонентов составляющих электролит.
Таким образом происходит омеднение, золочения и покрытие другими металлами.
Электрическая энергия
Большая часть электроэнергии, которую мы используем, поступает в виде переменного тока из электрической сети. Он создается генераторами, работающими по закону индукции Фарадея, благодаря которому изменяющееся магнитное поле может индуцировать электрический ток в проводнике.
Генераторы имеют вращающиеся катушки провода, которые проходят через магнитные поля по мере их вращения. Когда катушки вращаются, они открываются и закрываются относительно магнитного поля и создают электрический ток, меняющий направление на каждом повороте. Ток проходит через полный цикл вперед и назад 60 раз в секунду.
Генераторы могут питаться от паровых турбин, нагретых углем, природным газом, нефтью или ядерным реактором. Из генератора ток проходит через ряд трансформаторов, где растет его напряжение. Диаметр проводов определяет величину и силу тока, которую они могут переносить без перегрева и потери энергии, а напряжение ограничено только тем, насколько хорошо линии изолированы от земли.
Интересно отметить, что ток переносится только одним проводом, а не двумя. Две его стороны обозначаются как положительная и отрицательная. Однако, поскольку полярность переменного тока изменяется 60 раз в секунду, они имеют и другие названия — горячие (магистральные линии электропередач) и заземленные (проходящие под землей для замыкания цепи).
Вступление.
По-прежнему, работы по созданию БТГ ведутся на ощупь. На мой взгляд, причина этого заключается в непонимании физического смысла таких фундаментальных физических явлений, как электрический ток,
напряжение
и некоторых других. Но для этого необходимо провести соответствующие опыты и накопить для окончательных выводов нужные данные. Но пока исследователи не торопятся вникать в суть этих понятий и предпочитают работать вслепую, применяя проверенный годами метод «научного тыка». Интересно, что без этого «метода»
,
наука, лишённая понимания
основфизической реальности,
была вынуждена его освоить, и не обходится без него до сих пор. Она была вынуждена его освоить, так как упорно отказывается заниматься поиском физического смысла явлений, предпочитая заниматься ФОРМАЛЬНОЙ эквилибристикой, подменяя, где только можно, науку предметным и математическим моделированием и инжинирингом.
В науке прочно засела установка, согласно которой, если ты знаешь, как формально
объяснить с позиции существующей официальной концепции то или иное физическое явление,
то это явление имеет право на существование
! Если же ты не знаешь, как объяснить, то, извините, факта или явления быть не может, даже, если ты в упор наблюдаешь его собственными глазами. Это настоящий, к тому же очень опасный научный кретинизм, доказывающий, что и в 21 веке инквизиция никуда не исчезла, а лишь сменила свою личину. Теперь инквизиция называется «Комиссия по борьбе со лженаукой и фальсификацией научных исследований». Это она, под благовидными предлогами, по-прежнему, загоняет человеческую мысль в стойло, навязывает всем одну, как единственно, якобы, верную
модель физической реальности
, добиваясь всеми способами остановки развития отечественной фундаментальной науки и снижения уровня образования. Но это ещё не всё. Эта комиссия преследует всех тех, кто хотел бы «выйти из колеи мышления, проложенной в науке» и начать двигаться не как трамвай по рельсам, а как автобус. Благодаря этой инквизиции, «отлетают» головы добросовестных и честных исследователей, а учёные, нарушившие табу, установленное комиссией, теряют работу, звания, должности, возможность издавать свои работы в научных журналах. И это ничем не оправдываемое
сдерживаниеразвития отечественной науки
происходит в то время, когда цивилизация на планете находится в глубочайшем экономическом, экологическом и моральном кризисе!
Зачем же нам – независимым исследователям этот дурной пример? Не лучше ли, вооружившись терпением, взяться за работу и шаг за шагом постигать физический смысл
тех явлений и процессов, на которые сегодня ортодоксальная наука закрывает глаза, например, что такое
электричество, магнетизм,электрический ток
,
напряжение
,
магнитное поле
и тому подобное.
Современная наука полностью выродилась в инжиниринг, ограничившись только количественной стороной явлений. Инжинирингу действительно свойственно ограничиваться лишь формальными взаимосвязями между физическими явлениями или свойствами предметов, а к физической сути он интереса проявлять не должен. Но нам, нашим детям и правнукам, без физического смысла не обойтись. Заблудившись в стереотипах, будущего нам не видать.
По умолчанию, принято считать, что если что-то не вошло в учебники или в официальную научную концепцию, то на самом деле
этого не существует.
В отличие от этого, в своих работах я постоянно обращаю внимание посетителей канала на явления, которые наука обходит стороной (посмотрите мои ролики). Как исследователь, я обращён в будущее, а не в прошлое, поэтому знания, которые уже изложены в учебниках, не входят в сферу моих интересов.
Надо различать Познанное от Непознанного. Всё, что изложено в учебниках, относится к уже Познанному, независимо от того, с помощью какой физической модели оно выражено. Непознанное – это то, чего мы ещё не знаем и, что ещё только предстоит познать. Как это делать – тема отдельного разговора.
Понятно, что есть люди, которых это всё не устраивает. Их мало, но они наглые, ведут борьбу с «инакомыслящими» и стараются всё брать нахрапом. Пользуясь логической безграмотностью людей (благо, логику исключили из школьной программы), с помощью словесной эквилибристики, путём подмены понятий, причины и следствия, они стараются сломать ещё неокрепшее мировоззрение людей, запугать и вконец запутать их сознание.
Некоторые посетители канала (не буду их называть, их видно в комментариях) упрекают меня в том, что я создал канал, главная цель которого — собирать донат
(получать от посетителей канала поддержку или пожертвования), обманывая доверчивых посетителей канала, предлагая им фейки (фальшивки). Так это или нет, решать Вам – посетители и гости моего канала.
Меня упрекают, что я пользуюсь устаревшим оборудованием и приборами.
Да, иногда от зрителей в мой адрес поступает материальная поддержка, но не в том объёме, чтобы я мог позволить себе купить, например, цифровой осциллограф или что-то ещё. Это понятно, ведь для людей сегодня главное – это выживание, и доходы большинства из них невелики. Поэтому я буду продолжать работать на том старом оборудовании, которое у меня есть, и ничего унизительного в этом я не вижу.
Что касается самой поддержки моего образовательного канала и пожертвований, то я тоже не вижу в этом ничего зазорного. Попробуйте бесплатно взять в Союзпечати, например, обычную газету или почтовый конверт. Не выйдет!
Газета и конверт в действительности имеют отношение к информации. Тогда почему считается чем-то ненормальным подарить посильную сумму автору за получение понравившейся кому-то информации
при просмотре ролика или прочтении статьи, которые, собственно и были созданы для людей, и на которые автор затратил своё время и силы? Полученное даром, как правило, мало кому идёт впрок. Вспомните старый обычай, когда люди брали к себе домой котёнка или щенка, а на стол хозяину клали копейку. А ведь раньше люди помнили, зачем они это делали!
Да, иногда я допускаю ошибки, а также у меня бывают оговорки. Прошу извинить меня за них, ведь я не профессиональный диктор. Я стараюсь исправлять ошибки, дублируя все материалы в текстовых файлах, в которых большая часть замеченных ошибок и оговорок устраняется. Поэтому всегда можно открыть текстовый файл и уточнить то, что вызвало сомнения.
Таким образом, мои недоброжелатели бросают мне вызов
, выискивая и вытаскивая на свет слабые места в моих работах. Спасибо им. Я, как и положено, вместо того, чтобы вступать с ними в пререкания, принимаю их вызов и исправляю эти слабые места, которые мои оппоненты использовали как аргумент против моих работ. Данная работа – одна из тех, в которой можно видеть, как я это делаю. Заодно у меня появляется возможность, пристыдить своих оппонентов за некомпетентность и откровенное хамство. Кроме того, поскольку
по умолчанию люди всех судят по себе
, то и упрёки оппонентов в мой адрес делают явным их собственное отношение к людям.
Выводы.
Вот и подошёл к концу опыт, представленный в 1-й части этой работы. Как видите, я постарался сделать эту работу предельно открытой и ясной. Думаю, что при упорстве и терпении любой желающий на собственном опыте сможет повторить этот опыт и лично убедиться в том, верно изложен мной материал или нет. Самым большим препятствием к этому будет поиск вибратора и его настройка, ну, или изготовление устройства, заменяющего его.
У посетителей канала может возникнуть вопрос, а зачем всё это надо? Поясняю.
– Для того, чтобы понять физический смысл процессов, происходящих в
конденсаторах и катушках индуктивности
– тех ключевых элементах, на которых Н. Тесла строил свои устройства
. Слишком много сил и времени требуется, чтобы изменить содержание собственного сознания. Понятно, что осилить эту работу смогут лишь единицы, зато этим результатом смогут воспользоваться многие.
Думаю, что результаты опыта, приведённого в 1-й части этой работы, смогут убедить каждого разумного
человека в том, что конденсатор в проведённом здесь опыте является регистратором ещё какой-то
скрытой составляющей электричества
, ускользающей до сих пор от внимания исследователей. Она выражается конкретно в нулевом значении напряжения в момент максимума тока в цепи конденсатора. Это нам кажется, что в учебниках обо всём давно написано и подробно разъясняется. От того, что
до сих пор отсутствовал опыт
, представленный в данной работе,
факт опережения
тока в цепи конденсатора продолжает
приниматься как должное
, без вопроса «почему опережает?», но теперь, видимо пришла пора изменить это положение дел.
Я пока воздержусь давать название новой электрической составляющей. Скажу лишь то, что, несмотря на то, что она не регистрируется обычными приборами, в опыте хорошо видно, что она неплохо взаимодействует с диэлектриком конденсатора, заставляя его поляризоваться, о чём свидетельствует ток в цепи шунта конденсатора. Дополнительно посмотрите опыты на канале Avgust May, например, «Заряд» диэлектрика» по ссылке:
.
Попробуем определить свойства новой составляющей, опираясь на данные, полученные в нашем опыте:
1) распространяется вдоль проводников;
2) регистрируется измерительными приборами, но только косвенно;
3) не производит работу;
4) поляризует диэлектрики, способствует разделению электрических зарядов;
5) позволяет конденсатору заряжаться или разряжаться.
Она распространяется по сети переменного тока, но не может сдвинуть стрелку прибора, зато кристалл светодиода хотя и не светится, но почему-то разрушается от её импульса!
Окончательные выводы о свойствах этой электрической составляющей мы будем делать в третьей части этой работы, после того, как будут получены аналогичные данные в опыте с катушкой индуктивности. Как известно, всё познаётся в сравнении. Поэтому у нас появится возможность сравнить между собой свойства двух полярных элементов – конденсатора и катушки индуктивности, а, следовательно, познать их
.
