Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Когда гальванический элемент никуда не подключен, то на его электродах накапливается некоторое количество избыточных зарядов и после этого химические реакции в основном прекращаются. Потому что химическая реакция может вталкивать на электрод заряды лишь до тех пор, пока у нее хватит сил, чтобы преодолеть отталкивающее действие таких же зарядов, уже скопившихся на электроде. Но как только к химическому генератору будет подключена нагрузка и в цепи начнется ток, то есть в ней начнется движение электронов от цинка (—) к двуокиси марганца (+), то тут же химические реакции заработают, убирая с одного электрода положительные ионы, а с другого свободные электроны. Одновременно внутри генератора будут пополняться запасы «отбирателей», зарядов (Сl и NH₄), причем именно за счет химических реакций (распад NH₄Cl). «Отбиратели» будут двигаться каждый к «своему» электроду и соединяться каждый со «своим» зарядом (Сl — с ионом цинка, NH₄ — с электроном). И до тех пор, пока эти реакции будут идти, до тех пор, пока хватит химического сырья, наш генератор будет работать, будет происходить электризация электродов и они будут создавать ток во внешней цепи, в нагрузке.

А когда запасы сырья кончатся или появятся какие-либо другие помехи для химических реакций, то эти реакции прекратятся и генератор перестанет быть генератором. Важная характеристика химического источника тока — его емкость (Р-13; С-1), она говорит о том, как долго этот источник может создавать ток той или иной величины.

Р-13

Понять эту характеристику будет нетрудно после того, как мы познакомимся с единицами измерения тока (Т-30).

Если вы разберете негодный гальванический элемент, то увидите в нем частично разрушенный цинковый стакан — часть цинка уже израсходовалась, ушла в электролит в виде положительных ионов. Это одна из причин того, что элемент вышел из строя, разрядился. В этом отношении аккумуляторы выгодно отличаются от гальванических элементов — разрядившийся аккумулятор можно вновь зарядить, накачать его энергией от другого источника. При этом восстановится состав электродов и электролита, аккумулятор вновь сможет создавать ток в нагрузке (Р-12;6).

Р-12;6

Главная, пожалуй, характеристика химических источников тока, как, впрочем, и всех других электрических генераторов, говорит о том, насколько интенсивно на электродах происходит накопление избыточных зарядов. Чем больше силы, которые производят электризацию электродов (трение, химические реакции, тепло, свет), тем больше суммарный заряд, который на этих электродах накопится. Тем, следовательно, сильней будут выталкиваться свободные электроны с «минуса» в нагрузку, тем сильней они будут втягиваться из нагрузки в «плюс». И тем, значит, энергичней будет движение электронов в нагрузке, электрический ток.

Эта характеристика, этот показатель уровня электризации, называется электродвижущей силой генератора, и именно с нее мы начинаем знакомство с конкретными характеристиками электрической цепи.

Т-28. Электродвижущая сила (э.д.с.), ток и сопротивление — важнейшие характеристики электрической цепи. Важнейшие характеристики грузового автомобиля: грузоподъемность, размеры кузова, мощность двигателя, максимальная скорость, расход горючего, стоимость… Важнейшие характеристики водяной мельницы: высота подъема воды (высота, с которой вода падает на мельничное колесо); расход воды (количество воды, которое падает на колесо в единицу времени, например в секунду); скорость вращения жерновов; рабочая поверхность жерновов; трение в подшипниках водяного колеса, в подшипниках жерновов и другие потери энергии; производительность— количество зерна, перемалываемого в час…

Важнейшие характеристики электрической цепи (Р-14) — электродвижущая сила генератора, сила тока в цепи, сопротивление нагрузки, общее сопротивление цепи…

Р-14

В названиях двух первых характеристик встречается слово «сила», однако в обоих случаях оно скорее литературное украшение, чем точный физический термин. В физике «сила» — совершенно определенное, точное понятие, она может быть точно измерена, выражена точными цифрами. В повседневной речи слово «сила», хотя и имеет всегда один и тот же общий смысл, однако употребляется в самых разных конкретных значениях, часто не имеющих ничего общего с «силой», как ее понимают физики. Вспомните выражения — «сильный дождь», «знание — сила», «вооруженные силы», «сильный ученик». В названии «электродвижущая сила» слово «сила» тоже введено как бы для образа. Сама же электродвижущая сила — сокращенно э. д. с. — показывает совсем не силу, а работу, которую может выполнить генератор, перемещая заряды по электрической цепи.