В предыдущей статье мы выяснили, откуда в металлах берутся свободные электроны. Валентная зона и зона проводимости в металле перекрываются, и валентные электроны становятся общим достоянием кристалла - электронным газом. Но тут напрашивается вопрос. Если электроны свободны и способны двигаться по всему куску металла, что мешает им вылететь из провода наружу и разлететься в разные стороны? Мешает им невидимый барьер на поверхности металла. Величина этого барьера - одна из самых практически важных характеристик в физике твердого тела. Свобода электронов в металле имеет границу, и граница эта буквальная ...
Медная жила провода и полиэтиленовая изоляция вокруг нее построены из атомов, и электронов в обоих материалах предостаточно. Но по меди ток идет свободно, а изоляция его не пропускает. Почему в одном твердом теле электроны свободны, а в другом намертво привязаны к своим атомам? В предыдущих статьях мы разбирались, что ток создают свободные заряды, а команду им отдает электрическое поле. Теперь давайте заглянем глубже, внутрь кристалла, и посмотрим, откуда в металлах вообще берутся свободные электроны. Электроны в атоме живут по этажам В изолированном атоме электроны не могут обладать какой попало энергией ...
Процессор обычного настольного компьютера, работая на частоте 3 ГГц, успевает за секунду переключить свои транзисторы три миллиарда раз. Электрон же в медной дорожке на материнской плате дрейфует со скоростью доли миллиметра в секунду - медленнее, чем ползет садовая улитка (подробнее об этом мы рассказывали в статье Скорость электрического тока). Контраст выглядит парадоксальным: как техника, построенная на таких «медленных» носителях заряда, успевает выполнять миллиарды операций? В предыдущей статье мы разобрались, что работу в цепи выполняют электроны, а команду им отдает электрическое поле ...
Конденсатор предназначен для временного хранения электрической энергии в форме потенциальной энергии разделенных в пространстве положительных и отрицательных электрических зарядов, то есть в форме электрического поля в пространстве между ними. Соответственно электрический конденсатор включает в себя три главных составляющих компонента: две проводящие обкладки, на которых в заряженном конденсаторе находятся разделенные заряды, и слой диэлектрика, расположенный между обкладками. Обкладки конденсатора, в зависимости от типа данного электротехнического изделия ...
В этой статье мы достаточно кратко, но вполне наглядно, рассмотрим такую простую вещь, как заземление. Чтобы каждый, кто впервые услышал данный термин, понимал бы, для чего оно нужно и как действует. Итак, что такое «заземление»? Из названия вроде бы ясно, что оно как-то связанно с землей. Согласно предписанию ПУЭ, (1.7.28) заземлениями оснащаются: электрическое оборудование, электроустановки и электрические сети. Это попросту значит, что их заземляемые части должны быть электрически соединены с заземляющим устройством, представляющим собой заземлитель и соединительные провода ...
Представим себе цех некоего производственного предприятия, где работают люди, в котором есть станки, там установлено и настроено разнообразное оборудование, функционирует система освещения и т. д. Это предприятие что-то производит, у него есть контрагенты, заказчики, ожидающие поставок. Но вдруг в одном из электрических соединений внезапно происходит нарушение проводимости. А ведь этого можно было бы избежать, своевременно проведя на предприятии профилактический тепловизионный контроль многочисленных электрических компонентов. Суть в том, что неисправный компонент ...
Щелчок выключателя - и лампа загорается практически мгновенно, хотя каждый отдельный электрон в проводе проползает за секунду лишь доли миллиметра. Эту «мгновенность» обеспечивает электрическое поле, которое устанавливается вдоль цепи со скоростью, близкой к 300 000 км/с. И тут возникает вопрос, ставящий в тупик многих начинающих: если поле и без того сразу «добегает» до лампы, зачем цепи вообще нужны электроны? Не может ли работать одно только поле? Давайте разберемся, проследив шаг за шагом, что именно происходит в цепи после замыкания контактов. При замыкании выключателя в цепи действительно почти мгновенно устанавливается электрическое поле ...
Электростатика и электрический ток - темы, которые кажутся знакомыми со школьной скамьи. Мы привыкли к закону Кулона, закону Ома, формулам для поля и потенциала. Но за этими простыми на вид соотношениями скрываются эффекты, которые часто удивляют даже тех, кто давно работает с электричеством, проектирует схемы или преподаёт физику. Многие из этих явлений не укладываются в бытовые представления о том, как «должен» вести себя ток или заряд. Одни эффекты становятся заметны только в специальных условиях - в вакууме, вблизи высоковольтных линий, внутри проводников сложной формы. Другие проявляются постоянно, но остаются «невидимыми», потому что мы воспринимаем лишь их суммарный результат ...
Электрический ток появляется не сам по себе. Для его возникновения необходима разность потенциалов, то есть различие электрических состояний двух точек цепи. Именно она заставляет свободные заряды перемещаться в определённом направлении. Если разность потенциалов отсутствует, движение зарядов может сохраняться только в беспорядочном виде. Направленного электрического тока в этом случае не возникает. Любой электрический заряд способен производить работу. Он может притягивать или отталкивать другие заряды, а способность совершать такую работу связана с электрическим потенциалом. Можно представить два положительных заряда разной величины ...
Энергетические преобразования лежат в основе работы всех электрических машин, будь то генераторы, электродвигатели или трансформаторы. Эти устройства играют ключевую роль в современном электротехническом оборудовании, обеспечивая преобразование энергии из одной формы в другую. В отличие от природных процессов, где изменения энергии происходят в строго определенных условиях, электрические машины дают инженерам возможность контролировать и подстраивать параметры энергии, что делает их незаменимыми в широком спектре технологических процессов. Электротехника оперирует напряжениями, вызывающими электрический ток. Напряжение, как разность потенциалов, играет в электрических цепях ...
В самом общем понимании инвертором называется электронное устройство, предназначенное для получения переменного тока из постоянного. На практике инвертор не просто «переключает» ток, а формирует переменное напряжение с заданными параметрами, такими как частота, амплитуда и форма сигнала. Тем не менее, не всегда слово «инвертор» следует трактовать буквально, ведь иногда инвертор может выступать лишь в качестве части более сложного устройства. Далее мы рассмотрим несколько популярных разновидностей современных преобразователей напряжения различного назначения, присмотримся к их особенностям, к принципиальным отличиям друг от друга ...
Магнитные свойства вещества определяются реакцией его атомных и электронных магнитных моментов на внешнее магнитное поле — по характеру этой реакции материалы делят на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики (а также антиферро- и ферримагнетики) с разными значениями восприимчивости и проницаемости. Хотя далеко не из каждого вещества можно изготовить постоянный магнит, все вещества будучи помещены во внешнее магнитное поле так или иначе намагничиваются. Некоторые из веществ намагничиваются сильнее, а некоторые так слабо, что этого и не заметить без специальных приборов. Говоря "вещество намагнитилось", мы имеем ввиду тот факт, что вещество само стало ...
Существуют разные устройства, работающие от электрической сети переменного тока, и каждое из этих устройств индивидуально. Лампа накаливания, например, сразу преобразует энергию проходящего через нее электрического тока — в свет и тепло, при этом мы НЕ можем сказать, что какая-нибудь часть электрической энергии из лампы периодически возвращается обратно в сеть. Сколько энергии в нить накаливания пришло — на столько лампа греет и светит. Если же начать пропускать через лампу большую мощность — она просто перегорит, но не сумеет вернуть излишки энергии в сеть ...
Говоря о свойстве того или иного тела препятствовать прохождению через него электрического тока, мы обычно используем термин «электрическое сопротивление». В электронике он удобен, есть даже специальные микроэлектронные компоненты, резисторы, обладающие тем или иным номинальным сопротивлением. Но существует также понятие «электрическая проводимость» или «электропроводность», характеризующее способность тела проводить электрический ток. Тогда как сопротивление обратно пропорционально току, проводимость прямо пропорциональна току, то есть проводимость — это обратная величина по отношению к электрическому сопротивлению ...
Светодиодная лампа — это источник света, в основе которого светодиоды. Светодиоды представляют собой особые полупроводниковые приборы, которые созданы специально для получения света при прохождении через них электрического тока. В отличие от ламп накаливания, светодиодные лампы имеют более высокий КПД. И в то время как лампа накаливания преобразует в свет порядка 5-10% подводимой к ней электрической энергии, светодиодная лампа имеет КПД около 50%. Принципиально светодиоды в 10 раз превосходят лампы накаливания по световой отдаче. Для своего питания светодиоды требуют низкого напряжения в районе от 2 до 4 вольт на один светодиод ...
Дача - это место, где электричество работает в более жестких условиях, чем в городской квартире. Здесь длинные линии, сезонные нагрузки, влажность, баня, уличные розетки, насосы, старые дома и нередко переделанная кем-то проводка, сделанная без проекта и без учета реальных токов. Именно поэтому дачную электрику нельзя собирать по принципу «вроде горит - значит, работает». Здесь ошибка в одном узле быстро превращается в перегрев, просадку напряжения, ложные срабатывания защиты или, что хуже, в пожар. Все работы с электричеством должны выполнять только обученные и аттестованные специалисты, потому что безопасная сеть строится не на интуиции, а на знании правил, сечений, способов прокладки и логики защиты ...
Эта статья написана не для того, чтобы вы взяли в руки перфоратор и начали штробить стены. Электромонтажные и ремонтные работы должен выполнять только обученный и квалифицированный персонал. Цель здесь другая - понять, как устроена электрика в частном доме, чтобы разговаривать с электриками на одном языке, грамотно принимать их работу и не допускать, чтобы вас вводили в заблуждение. Электричество в частном доме - это не только свет и розетки. Это основа всей инженерной системы, и ошибки на этапе проектирования обходятся очень дорого: от постоянных отключений автоматов до реальной угрозы пожара. Чтобы проводка работала 40-50 лет без проблем ...
Когда вы щёлкаете выключателем, свет загорается мгновенно. При этом сами носители заряда ползут по проводам со скоростью улитки - буквально доли миллиметра в секунду. Это не противоречие, а ключ к пониманию природы электричества: здесь важно чётко разделять то, что движется, и то, что распространяется. В металлическом проводнике ток создают свободные электроны - отрицательные частицы, не привязанные к конкретным атомам кристаллической решётки. В жидких электролитах и газоразрядных лампах роль носителей играют ионы - атомы с избытком или недостатком электронов. Диэлектрики - резина, стекло, сухой воздух - не проводят ток, потому что в них нет свободных носителей заряда ...