Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Единица работы в системе СИ — джоуль. Это работа, которую производит сила в 1 ньютон на пути в 1 метр, то есть, например, работа, которую нужно выполнить, чтобы поднять на высоту в 1 метр полстакана воды (без учета веса стакана). Легко получается в системе СИ и единица мощности. Напомним, мощность — это работа, которая выполняется за единицу времени, например за секунду. Мощность — характеристика очень важная как для поставщиков, так и для потребителей энергии. Конечно, и общий объем работы очень важен, но иногда нужно еще знать, насколько интенсивно ведутся работы, сколько чего делается за определенное время, например за час или за секунду.

Когда мы говорим, что какой-то генератор может выполнить работу в 1 джоуль, то этого еще недостаточно, чтобы представить себе такой генератор. За сколько времени он наработает этот джоуль? Если за секунду — неплохо. Если за сотую долю секунды — еще лучше, это значит, что генератор работает энергичнее, быстрее выполняет данный объем работ. А если работа в 1 джоуль будет выполнена за месяц, то, значит, генератор работает чрезвычайно слабо, вяло.

То же самое и в отношении потребителей энергии. Если, например, известно, что в электрической лампочке ток выполняет работу в 1000 джоулей, то вы не сможете представить себе яркость лампочки, пока не узнаете, за сколько времени выполняется эта работа. Если за секунду — хорошо, такая лампочка светит очень ярко, ее эквивалент — тысяча свечей. Если работа в 1000 джоулей растянута на минуту, то лампочка светит достаточно тускло. Ну а если лампочка только за час выполняет работу в 1000 джоулей, превращая электрическую энергию в свет, то светит такая лампочка, скорее всего, как одинокий тлеющий уголек.

В системе СИ единица мощности — ватт. Это работа в 1 джоуль, выполненная за 1 секунду. Если генератор нарабатывает 1 джоуль за 2 секунды, то мощность этого генератора уже меньше — всего 0,5 ватта. А если работа в 1 джоуль выполняется за 0,1 секунды, то, значит, генератор работает энергичней, его мощность 10 ватт.

Как видите, большую группу важных единиц мы получили, начав с метра, с единицы длины. Другую группу мы сейчас получим, начав с единицы электрического заряда.

Т-30. Единица электрического заряда — кулон, величины тока — ампер, электродвижущей силы — вольт, сопротивления — ом. С метром дело было просто — отмерил меридиан, разделил на 40 миллионов, и метр готов. А где взять единицу электрических свойств, электрического заряда? Как практически получить такой единичный заряд? Или, по крайней мере, как его представить себе?

Единицу электрического заряда лучше всего взять в атоме. Там находятся частицы, у которых имеются самые маленькие порции электрических свойств, причем электрические свойства этих частиц, их электрический заряд, всегда одинаковы, всегда стабильны. Вы, конечно, вспомнили: это протон, частица с минимальным положительным зарядом, и электрон, частица с точно таким же по величине, но уже отрицательным зарядом (Т-17).

Заряд электрона (или, что количественно то же самое, заряд протона) — очень удобная единица заряда. Но очень маленькая. Пользоваться ею на практике было бы так же неудобно, как, скажем, измерять в миллиметрах расстояние между планетами. Поэтому единица заряда выбрана значительно более крупная — единицей признан электрический заряд, равный суммарному заряду 6 280 000 000 000 000 000 электронов (сокращенная запись — 6,28∙10¹⁸). Эта единица, вобравшая в себя около 6 миллиардов миллиардов зарядов электрона, получила название кулон.

Имея единицу заряда, легко ввести и другие недостающие нам электрические единицы. Единица силы тока (величины тока, тока) — ампер — получается так: если через поперечное сечение проводника за одну секунду проходит суммарный электрический заряд в 1 кулон, то ток в таком проводнике равен 1 амперу. Теперь представим себе, что движение электронов проходит более вяло, и в результате за секунду через сечение проводника проходит уже не кулон, а полкулона, то есть не 6, а 3 миллиарда миллиардов электронов (или, что то же самое, 6 миллиардов миллиардов электронов проходит за 2 секунды). В этом случае ток в цепи — 0,5 ампера.

Здесь уместно вспомнить, что в некоторых проводниках под действием электрических сил движутся и создают ток не только свободные электроны, но еще и свободные положительные ионы (Р-6). Причем если электроны двигаются от выталкивающего их «минуса» к притягивающему их «плюсу», то положительные ионы идут в противоположном направлении: «плюс» их выталкивает, «минус», наоборот, притягивает. Как же в этом случае определяется величина тока? Какие учитываются заряды?

На первый взгляд может показаться, что в счет нужно принимать разность между положительными и отрицательными зарядами. Потому что одни идут туда, другие — обратно, и какое движение преобладает, то в итоге и создает ток.