Электричество шаг за шагом

ВК-52.На электрических схемах многие их элементы, например лампочки, электродвигатели, соединительные провода, часто отображают в виде сопротивлений. Это вполне возможно потому, что при анализе схемы и расчётах достаточно знать лишь сопротивление R того или иного элемента. Да и самому паяльнику или кофеварке не требуется от генератора каких-либо специальных условий, достаточно получить от него необходимое напряжение и мощность, которая обеспечит заданную силу тока.

У натёртой стеклянной палочки очень небольшой заряд — миллионные доли кулона. Но отсюда совсем не следует, что целый кулон — это какая-то астрономическая величина. У наэлектризованной палочки заряд небольшой, но и электрические силы её невелики, она всего лишь поднимает лёгкие клочки бумаги. Даже в карманном фонарике действуют совсем иные заряды — «минус» батареи (отрицательный электрод) каждую минуту поставляет в цепь электроны с суммарным зарядом уже 0,2–0,5 кулона, а в средний электродвигатель из сети может за секунду поступать заряд в десятки кулонов.

Здесь уместно вспомнить, что электрон и протон — это частицы с самой маленькой порцией электрического заряда. Отрицательный заряд электрона, так же как положительный заряд протона, составляет примерно 0,15∙10^-18 К, то есть 0,15 миллиардной части от одной миллиардной части кулона. Отсюда следует: чтобы получить электрический заряд в один кулон, нужно собрать вместе примерно 6∙10¹⁸ электронов, то есть 6 миллиардов миллиардов (6 квинтиллионов) штук. Эту кучку электронов (Т-8) можно условно представить себе как своего рода эталон — как 1 К отрицательного электрического заряда. Можно представить себе такой же эталон положительного заряда из мысленно собранных вместе 6∙-10¹⁸ протонов.

Заряд в один кулон в виде кучки из 6∙10¹⁸ электронов или протонов для нашего воображения непосильная задача — очень уж много микрочастиц нужно собрать вместе. Но не стоит из-за этого огорчаться — хорошо, хоть можно думать об единице заряда, как о некоторой реальности, смирившись со всеми непостижимостями масштабов микромира. Что поделаешь — в природе встречаются именно такие основные электрические детали, и любое физическое тело, обладающее электрическим зарядом, получило его как сумму электрических свойств миллиардов или триллионов атомных частиц.

ВК-53.Закон Ома — очень важная, очень простая и очень понятная зависимость между электродвижущей силой Е, сопротивлением R и током I в простейшей электрической цепи: чем больше э.д.с. Е — тем больше ток I, чем больше сопротивление R — тем меньше ток. Из основной формулы закона Ома I = Е: R легко получить две расчётные формулы — для вычисления э.д.с. Е и сопротивления R. Для получения первой достаточно обе части основной формулы умножить на R, для второй — результат разделить на I.

Реально заряд в 1 К (один кулон) не удастся получить, сложив вплотную и собрав в маленьком объёме необходимое для этого количество протонов или электронов. Частицы с одноимённым зарядом будут расталкиваться с такой огромной силой, что в одну микроскопическую пылинку их не сожмёшь. Вспомните, только мощнейшие ядерные силы могут преодолеть электрическое расталкивание одноимённых зарядов и объединить в атомном ядре несколько десятков протонов.

Всё сказанное должно стать важной составной частью нашего представления об электрическом королевстве. Здесь во всех машинах и технологиях, в том числе в энергетике больших мощностей, работают чрезвычайно малые и чрезвычайно слабые, по нашим человеческим меркам, работники — в основном свободные электроны. Но количество их всегда настолько велико, действовать они могут настолько согласованно, и управлять этими действиями удаётся настолько точно, что микроскопические электрические невидимки совместно демонстрируют гигантские мощности и чрезвычайно высокое, просто-таки виртуозное мастерство.

После того как мы определили единицу электрического заряда, можно без особых трудностей ввести очень важную характеристику электрических цепей — величину тока, или, иначе, силу тока.