Полная энциклопедия домашнего мастера

Электричество – это энергия, которая существует в природе. Наиболее яркое ее проявление – это молния во время грозы. Однако молнию пока не удалось поставить на службу человеку, поэтому электричество приходится производить на основе других видов энергии (тепловой, атомной, Солнца, ветра, падающей воды). По сравнению с другими видами энергии электричество обладает определенными преимуществами: его легко передавать на расстояние, для его хранения не требуются складские помещения, оно готово к немедленному потреблению и является экологически чистым. Единственное, что можно было бы поставить ему в упрек, – неэстетичный вид воздушных высоковольтных линий, а также некоторых установок в наших домах.

К сожалению, электричество опасно, если неправильно эксплуатируется. Поэтому требуется соблюдение строгих норм, разработка и совершенствование все более безопасного оборудования. Чтобы освоить какую-либо область, нужно хорошо знать ее основы, поэтому постараемся для начала просто понять, что же такое электрический ток.

Электрический ток представляет собой движение свободных электронов между двумя точками проводника (рис. 4.1). Электроны – это частицы, которые вращаются вокруг ядра (почти так же, как планеты вокруг Солнца). Ядро и электроны составляют атом. Свободным электроном называют электрон, способный легко отделиться от атома. Различают два вида тел: те, которые имеют свободные электроны (они называются проводниками; в быту чаще всего используются металлы), и те, которые их не имеют (диэлектрики, или изоляторы, – стекло, фарфор, пластик и т. д.).

Рис. 4.1. Строение проводника:

1 – связанные электроны, остающиеся в атоме; 2 – проводник; 3 – атом; 4 – свободные электроны, обеспечивающие ток

Генератор – установка, которая производит электричество. Генератор имеет два полюса. Он снабжен устройством, которое создает избыток электронов на одном из полюсов и их недостаток на другом. Клемму с избытком электронов обозначают плюсом (+), а с недостатком – минусом (—). Когда к клеммам подсоединяют прибор-потребитель, например лампочку (рис. 4.2), генератор действует как насос для электронов: он втягивает положительные заряды и отталкивает отрицательные; другими словами, электрический ток имеет некое направление. Раньше считали, что ток идет от клеммы «+» к клемме «—». В действительности все происходит наоборот, однако сохранили эту условность.

Рис. 4.2. Простейшая электрическая цепь:

1 – генератор; 2 – лампочка; 3 – генератор

Чтобы понять возможности электричества, проделаем следующий опыт. Соберем электрическую цепь, соединяя элементы последовательно, то есть один за другим (рис. 4.3). Раствор кислоты в данном случае представляет собой источник ионов (одно– или многоатомных электрически заряженных частиц, знак которых зависит от того, присоединили они свободные электроны или отдали). Что происходит, когда мы нажимаем на выключатель? Лампочка зажигается и излучает тепло – это тепловой эффект; заряженные частицы появляются на электродах – это химический эффект; стрелка компаса поворачивается – это магнитный эффект.

Рис. 4.3. Возможности электрического тока:

1 – лампочка; 2 – электроды; 3 – медная перемычка; 4 – компас; 5 – емкость с раствором соляной кислоты; 6 – генератор; 7 – выключатель

Тепловой эффект мы наблюдаем, когда электрический ток проходит через материал, оказывающий сопротивление; именно тогда электрическая энергия преобразуется в тепловую. Этот эффект можно использовать для освещения (вольфрамовая нить в вакууме или инертном газе нагревается до свечения), а также для обогрева (в электрических приборах разных конструкций – конвекторах, тепловентиляторах и т. д.).

Химический эффект – между электродами начинается обмен электронами (заряженными частицами). Такая химическая реакция называется электролизом. Электролиз используется в промышленности для получения некоторых металлов (алюминия, золота, серебра) и гальваностегии (создания металлического осадка на другом веществе, например серебрения или позолоты). Если прохождение тока способно вызывать химическую реакцию, то возможен и обратный процесс – химическая реакция может генерировать электрический ток. Примером использования этого эффекта могут служить давным-давно ставшие привычными аккумуляторные батареи для автомобилей.