Электричество шаг за шагом

О полупроводниках говорит само их название — свободных зарядов в них значительно больше, чем в диэлектриках, но значительно меньше, чем в проводниках, например в металлах. Кроме того, у полупроводников есть особенности, которые сделали их основой всей современной электроники. В любом компьютере, сотовом телефоне, телевизоре работают тысячи и даже миллионы полупроводниковых приборов, скрытых в пластмассовых корпусах. Полупроводниковые приборы широко используются и в электрических машинах, во многих системах большой энергетики.

До сих пор все свои электрические опыты мы проводили с изоляторами: со стеклом, пластмассой, пенопластом. Но если мы хотим получить от электричества ощутимую работу, то нужно переходить от изоляторов к проводникам, где свободных зарядов много и можно создать достаточно мощный их поток, — полноводная река работает лучше, чем тонкая струйка воды из водопроводного крана.

ВК-41.Важная характеристика электрогенератора — его электродвижущая сила, сокращённо э.д.с. (обычно обозначается буквой Е), его способность выполнять работу, перемещая заряды по электрической цепи. Единица э.д.с. — вольт (В), такую э.д.с. имеет генератор, который, переместив по внешней цепи заряд 1 кулон, выполняет работу 1 джоуль. Если каждый кулон выполняет работу 2 джоуля, то, значит, генератор проталкивает этот кулон по цепи с вдвое большей силой и э.д.с. равна 2 вольта.

Т-36. Генератор и нагрузка — основные элементы электрической цепи. Система, где работают свободные электроны или ионы, получила название «электрическая цепь». Слово «цепь» в этом названии появилось, скорее всего, потому, что заряды, как правило, последовательно, поочередно проходят по нескольким участкам, как бы по звеньям цепочки.

Из возможных трёх разновидностей свободных зарядов (электроны, положительные и отрицательные ионы) мы пока поговорим только об электронах — это основные работники, именно они в основном и трудятся в электрических машинах, аппаратах, системах.

Какой бы сложной ни была электрическая цепь, в ней обязательно есть два основных участка, два главных цеха. В одном из них свободные заряды получают энергию — это генератор. На другом участке, в другом главном цехе, заряды отдают полученную энергию. Этот цех называют нагрузкой: он нагружает генератор, отбирает у него энергию, использует её для выполнения полезной работы. Типичная нагрузка — электрическая лампочка, именно в её металлической нити свободные электроны, которые генератор заставил двигаться, сталкиваются с местными атомами, ударяют по ним, и в результате этих ударов выделяется тепло и свет. Напоминаем: выделение тепла при ударе движущегося электрона в неподвижный атом — это сильное упрощение. Истинную сложную картину этого процесса знает квантовая механика.

ВК-42.Часто важно знать, не только какая работа выполнена, но и сколько на это ушло времени, — одно дело, если забор покрашен за час, и совсем другое дело, если за полгода. О том, насколько интенсивно выполняется работа, говорит мощность (обычно обозначается буквой Р). Единица мощности — ватт (Вт) соответствует работе в 1 джоуль, сделанной за 1 секунду. Если эта работа была выполнена за 0,1 секунды, то мощность равна 10 ватт, а если за 5 секунд, то работа велась более вяло — с мощностью 0,2 ватта.