Проводники и процессы проводимости

Ток и проводники. Электрический ток — это движение мельчайших, невидимых даже в микроскоп частиц — электронов. Как вода, так и электроны могут двигаться только в том случае, когда для них есть прямой и обратный путь. Поступающая с водонасосной станции вода течет через водопровод до крана (вентиля), затем через слив и канализацию поступает на поля орошения, где испаряется (рис. 124). В виде дождя она пополняет озера и реки, из которых насосные станции снова забирают воду и после очистки перекачивают ее в водопровод.

Если попытаться заставить работать насос с двумя закрытыми трубами, как показано на рисунке 125, то никакого тока воды не будет, так как для нее нет замкнутой цепи. Так же обстоит дело и с электрическим током. Его отбирают от генератора (на электростанции), батареи (в карманном фонарике) или аккумулятора (в транспорте).

С одного полюса названных источников тока он течет (рис. 126) по проводнику к потребителю (лампы, радиоприемники, кипятильники, холодильники и т. д.), затем от потребителя по другому проводнику возвращается снова к источнику тока. Электрический ток точно так же, как и вода, может течь лишь в том случае, когда имеется замкнутая цепь.

Как количество воды, протекающее через трубу, можно измерять в кубических метрах, так и количество электрического тока, протекающего по проводам, можно измерить. Например говорят: в сети течет ток силой 1,5 ампера (1,5 а).

Величина тока, называемая силой тока, зависит от проводника, по которому он течет.

Пример. Если мы вставим штепсель нагревательного прибора в розетку, то электрический ток, поступающий от генератора электростанции по одной из жил проложенного под землей кабеля или воздушного провода, потечет через распределительный щит по скрытой проводке дома в нашу квартиру. Здесь он через счетчик, предохранитель, один из двух проводников, ведущих к розетке, попадает в одну из клемм розетки. По одному из двух штырей штепселя ток через жилу шнура поступит к нагревательному прибору. Отсюда он, пройдя через проволочное сопротивление прибора, потечет последовательно через вторую жилу шнура, через розетку, квартирную проводку, второй предохранитель, счетчик, скрытую проводку дома и подземный кабель назад к генератору электростанции.

Раньше уже упоминалось, что проводники хорошо проводят ток. Тем не менее они оказывают протекающему электрическому току некоторое сопротивление, иначе ток, как мы это увидим позже, стал бы бесконечно большим. Поэтому можно каждый электрический проводник рассматривать как сопротивление.

Провода, которые подводят электрический ток к нашей квартире, имеют малую величину сопротивления.

По-другому обстоит дело с проволочным сопротивлением в нагревательном приборе. Он так же проводит ток, но имеет очень-большую величину сопротивления. Единица измерения сопротивления — ом. Эта величина обозначается греческой буквой омега (Ω) и пишется, например, 10 Ω. Величина сопротивления проводника зависит от его материала, длины и поперечного сечения. Медь и алюминий имеют незначительное сопротивление, поэтому они проводят электрический ток очень хорошо и применяются как материалы для проводов. Для проволочных сопротивлений в лампочках и нагревательных приборах (кипятильниках, калориферах, подушках, утюгах и т. п.) требуются проводники с большим сопротивлением. Материалом для них служат вольфрам и некоторые сплавы железа. Длинные провода имеют более высокое сопротивление, чем короткие. Например, провод длиной 2 м имеет вдвое большее сопротивление, чем провод длиной 1 м. Само собой разумеется, что оба провода должны состоять из одного материала и иметь одинаковую толщину.

Электрический ток течет по замкнутой цепи от генератора 1 через предохранители 2 всего дома, счетчик 3, квартирные предохранители 4, штепсель 5, электронагревательный прибор 6 и обратно к генератору 1.

Толстые провода имеют меньшее сопротивление, чем тонкие. Провод с поперечным сечением 1,5 мм2 оказывает протекающему току сопротивление в четыре раза большее, чем провод из того же материала и той же длины с сечением б мм2.

Чем больше величина сопротивления проволоки, тем меньше сила тока, который течет через эту проволоку при прочих равных условиях.

Напряжение. Итак, мы знаем, что ток течет от источника тока по цепи снова к источнику. Напряжение создает ток. Оно измеряется в вольтах (в). Его величина зависит от источника тока. Так, например, напряжение одного элемента, который используется в карманном фонарике или транзисторе, равно 1,5 е. В плоских батарейках три элемента включены последовательно и дают напряжение соответственно 4,5 в. На рисунке 127 показаны условное изображение и схема такого последовательного включения источников тока.

При последовательном включении общее напряжение получают путем сложения напряжения отдельных источников тока, например батареек. И наоборот, можно легко вычислить число необходимых лампочек, например для новогодней елки, исходя из напряжения сети и напряжения отдельных лампочек. Напряжение в сети обычно равно 220 в. Крупные силовые и отопительные установки используют напряжение в 380 в.

Напряжение сети можно легко узнать в каждом отдельном случае, если посмотреть на счетчик. Это напряжение постоянно и не зависит от потребителя тока.

Напряжение, сила тока и сопротивление определенным образом связаны друг с другом: величина напряжения равна произведению величины силы тока на величину сопротивления: напряжение = сила тока X сопротивление, или U = IR.

Например, если напряжение в розетке составляет 220 в и мы подключаем к ней грелку с сопротивлением спирали в 48,4 ом, то ток в этой сети будет равен.

С другой стороны можно рассчитать сопротивление провода, если известна сила тока. Предположим, что по спирали лампочки накаливания, включенной в сеть с напряжением 220 в, течет ток 0,27 а, то сопротивление горящей лампочки равно в этом случае.

Как узнать силу тока, чтобы вычислить сопротивление, будет показано в следующем разделе.

Мощность. Мощность электрического тока, которую потребляет какой-либо прибор, измеряется в ваттах или киловаттах. 1000 ватт составляют 1 киловатт, или 1000 вт = 1 квт. Мощность указывают на приборах. Так, например, на лампочке накаливания мы можем прочитать 220 в/40 вт. Это означает, что лампочка должна включаться в сеть с напряжением 220в и в этом случае потребляемая мощность равна 40 вт. Читаем на кипятильнике: 220 в / 750 вт и на калорифере — 220 в / 1000 вт. Это значит, что кипятильник в сети с напряжением 220 в потребляет 750 вт, а калорифер — 1000 вт, т. е. 1 квт.

Исходя из этих двух величин — напряжения и мощности, мы можем определить силу тока, который течет через сопротивления приборов. Сила тока равна частному от деления мощности на напряжение:

Этот ток (рис. 128) течет из розетки через одну из жил шнура, спираль калорифера и другую жилу обратно к розетке.Если наряду с калорифером подключен еще и кипятильник мощностью 500 вт к той же сети, то в ней потечет дополнительныйток в

Оба этих тока объединяются в клеммнике (рис. 129) и текут вместе по проводу к предохранителям через счетчик Домашнюю проводку и кабель. Таким образом, по проводу до клеммника течет ток в 4,5 а + 2,3 а = 6,8 а.

Однако до счетчика внутри квартиры могут ответвляться еще другие токи (в кухне, ванной и т. д.), которые также нужно стожить вместе, чтобы подсчитать общий ток. На каждой лестничной площадке, кроме того, необходимо учесть еще и ответвление в другие квартиры, а ток в кабеле складывается из токов, которые текут в ответвлениях к отдельным домам (рис. 130).

Внутри квартиры мы можем высчитать общий ток, который течет через предохранители и счетчик, если сложить мощности всех подключенных приборов (например, лампочки 40 вт, 41 вт, 40 вт, 100 вт, радиоприемник 50 вт, кипятильник 300 вт, плитка 800 вт — итого 1370 вт) и полученную сумму разделить на напряжение (1370 вт : 220 в = 6,2 а).

Работа электрического тока. Каждый потребитель электрической энергии имеет счетчик, который устанавливается организацией ведающей энергетическим снабжением. Этот счетчик устанавливается так, что через него протекает весь используемый в домашнем хозяйстве ток. Одновременно он регистрирует и напряжение сети. Израсходованная электрическая энергия в форме мощности «подсчитывается» счетчиком и должна быть оплачена. Электрическая энергия —это работа электрического тока. Она равна мощности, умноженной на время, в течение которого расходуется энергия:

Если калорифер мощностью 1000 вт, упоминавшийся ранее, включен в течение 2,5 часов, то он совершает следующую работу:

Кипятильник мощностью 500 вт при включении в сеть на 0,5 часа потребляет:

0,5 квт X 0,5 ч = 0,25 квт-ч.

Оба прибора, таким образом, потребляют — каждый в течение своего рабочего времени — 2,5 квт-ч + 0,25 квт-ч = 2,75 квт-ч. На это число увеличится показание счетчика и будет зафиксирована израсходованная энергия. При определении величины оплаты за электричество эта сумма умножается на стоимость одного киловатт-часа (например 4 коп.).

Пример. Последнее показание счетчика равнялось 2637,8 квт-ч. В течение дня в работе находились:




Смотрите также


Copyright © 2010-2018 remondom.ru. Контакты: info@remondom.ru При использовании веб-сайта Справочник строителя, гиперссылка на источник обязательна.