Почему электрический ток уходит в землю? А ведь данный вопрос можно обратить отнюдь не ко всем электрическим цепям, поэтому давайте несколько усложним его. В каких случаях и почему ток уходит в землю? Начнем с простого примера. Наверняка каждому из нас приходилось наблюдать такое природное явление как молния. Молния — есть ни что иное, как кратковременный ток уходящий их грозовой тучи в землю. Почему это происходит? Из школьного курса физики известно: заряды противоположных знаков стремятся притянуться друг к другу, за направление тока в проводнике принимается направление, противоположное направлению движения отрицательно заряженных частиц ...
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 ...
В электричестве вещества делят не просто на "хорошие" и "плохие" проводники. Между ними лежит важное физическое различие: одни материалы имеют свободные носители заряда, которые могут перемещаться по всему объему, а другие таких носителей почти не имеют. Именно поэтому одни вещества проводят ток, а другие служат изоляторами. Проводник - это среда, в которой электрический заряд может сравнительно свободно двигаться под действием электрического поля. Диэлектрик, наоборот, почти не пропускает ток, потому что его заряды прочно связаны с атомами и молекулами. Но диэлектрик не "молчит" в электрическом поле: он поляризуется, то есть его внутренние заряды немного смещаются ...
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. Чтобы понимать, почему на даче иногда «не тянет» техника, полезно увидеть весь путь электроэнергии ...
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 ...
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 ...
Минеральное масло в электротехнике и электроэнергетике - это высокоочищенное нефтяное масло, которое используется в основном в качестве электроизоляционной и охлаждающей жидкости в высоковольтном оборудовании. Минеральное масло широко применяется в электротехнике и электроэнергетике. Маслом пользуются в трансформаторах, масляных выключателях, высоковольтных кабелях и втулках, оно идет и для использования в реостатах и служит для смазки подшипников электрических машин. Для каждого назначения применяют специальные сорта, однако все они получаются из нефти переработкой ее. Масло непрерывно находится в некоторой химически активной среде ...
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 ...
Термоэлектродвижущая сила (термо-ЭДС) представляет собой электродвижущую силу, возникающую в электрической цепи, состоящей из нескольких разнородных проводников, таких как металлы или полупроводники. При равной температуре контактирующих в замкнутой цепи металлических проводников, контактная разность потенциалов на границах между ними не создаст в цепи никакого тока, она лишь уравновесит противоположно направленные потоки электронов. Вычислив алгебраическую сумму разностей потенциалов между контактами, легко понять, что она обращается в ноль. Поэтому в данном случае никакой ЭДС в цепи не будет. Но что если температуры контактов будут различаться? ...
В 1907 году британский инженер Генри Джозеф Раунд подключил кристалл карбида кремния к источнику тока - и вдруг увидел слабое жёлтое свечение в месте контакта. Он написал об этом короткую заметку в журнал, отметив, что наблюдает нечто любопытное, - и больше к теме не возвращался. Времени разбираться не было: на дворе стоял 1907 год, квантовой физики ещё не существовало, и объяснить увиденное было просто не из чего. Раунд не знал, что стал первым человеком, который своими руками превратил электрический ток в свет с помощью полупроводника. Прошло ещё полвека, прежде чем физики поняли, что именно произошло в том контакте ...
Каждую секунду Солнце обрушивает на поверхность Земли поток энергии, который в тысячи раз превышает все нужды человеческой цивилизации. Один час солнечного света, достигающего поверхности нашей планеты, теоретически мог бы обеспечить человечество электроэнергией на целый год. Это не преувеличение - это просто физика. Но физика же ставит и ограничения. Поймать фотон - задача не тривиальная. Преобразовать его в электрон, направить этот электрон в нужную сторону, не дать энергии раствориться в тепле - целая наука. И в центре этой науки стоит понятие, с которого мы начали весь наш цикл: запрещённая зона. Именно она определяет, какой свет кристалл умеет ловить ...
Что происходит на границе двух типов полупроводников, почему ток течёт только в одну сторону. Из этого простого принципа вырастают диоды, транзисторы и солнечные батареи. Представьте две страны, вплотную примыкающие друг к другу. В одной избыток мужчин, в другой избыток женщин. Открыли границу, и начнётся движение: одни переходят в одну сторону, другие в другую. Но движение не будет вечным. Очень скоро накопившийся на границе заряд создаст поле, которое остановит дальнейший переток. Установится равновесие, и граница превратится в барьер. Именно это происходит при соединении двух кусков полупроводника. Один легирован фосфором, другой бором ...
Величина тока, текущего через проводник, прямо пропорциональна напряжению на его концах. Значит чем больше напряжение на концах проводника — тем больше при этом ток в данном проводнике. Но при одном и том же напряжении на разных проводниках, изготовленных из различных материалов, величина тока будет различной. То есть если напряжение на разных проводниках увеличивать одинаково, то рост величины тока будет происходить в разных проводниках по-разному, и это зависит от свойств конкретного проводника. Для любого проводника зависимость величины тока от приложенного напряжения индивидуальна и называется эта зависимость электрическим сопротивлением проводника ...
Давайте проведем такой мысленный эксперимент. Представьте, что на расстоянии в 100 километров от города находится некая деревня, и что из города в эту деревню проложена проводная сигнальная линия длиной примерно в 100 километров с лампочкой на конце. Линия экранированная двухпроводная, она проложена на опорах вдоль автомобильной дороги. И если теперь послать сигнал по этой линии из города в деревню, то через какое время он сможет быть там принят? Расчеты и опыт говорят нам, что сигнал в виде засветившейся лампочки появится на другом конце минимум через 100/300000 секунд, то есть минимум через 333,3 мкс (без учета индуктивности провода) в деревне загорится лампочка ...
Как один атом фосфора на миллион атомов кремния способен превратить изолятор в проводник - и почему именно это открытие заложило фундамент микроэлектроники. В токсикологии есть старый принцип, сформулированный ещё Парацельсом: всё есть яд, и всё есть лекарство - дело лишь в дозе. Полупроводниковая технология следует той же логике, только с поправкой: здесь важна не только доза, но и выбор именно того «яда», который нужен. Возьмите кристалл чистейшего кремния. «Чистейший» - не фигура речи. Примерно одна посторонняя молекула на миллиард атомов кремния - такая чистота недостижима даже в большинстве лабораторных реактивов. При подобной степени очистки кремний ведёт себя почти как изолятор ...
Шёл декабрь 1947 года. За окнами лаборатории Bell Labs в Мюррей-Хилле, штат Нью-Джерси, мело снегом. Уолтер Браттейн - невысокий, упрямый экспериментатор с привычкой говорить что думает - склонился над куском германия размером с горошину. Рядом стоял теоретик Джон Бардин, тихий и методичный, человек, умевший в уме видеть то, чего ещё не существовало в природе. Браттейн нечаянно перепутал полярность приложенного напряжения - и схема вдруг начала усиливать сигнал. Не гасить, не пропускать как есть, а именно усиливать - в несколько раз. Пальцы замерли. Оба физика переглянулись. Через неделю, 23 декабря 1947 года, они официально представили своё изобретение руководству компании ...
Если разобрать лампу накаливания до последнего элемента, окажется, что это вовсе не примитивный бытовой предмет, а нелинейный электрический прибор со своей физикой, термодинамикой и инженерной логикой. А то, что пришло ей на смену, - уже полноценное электронное устройство в стандартном корпусе. Сердце лампы накаливания - вольфрамовая нить. Вольфрам выбран не случайно: он обладает самой высокой температурой плавления среди металлов - около 3422 °C, и именно это позволяет нити работать при 2500-3000 °C, не разрушаясь мгновенно. При таком нагреве металл начинает излучать свет в видимом диапазоне, но основная часть энергии ...
В классической физике электрон не может преодолеть барьер, если у него недостаточно энергии. В квантовой механике - может. С некоторой вероятностью электрон просто «просачивается» сквозь тонкую изолирующую плёнку, не имея для этого нужной энергии. Это явление называется квантовым туннелированием, и оно существует не только в теории - его открыли ещё в 1928 году. Пока изолирующий слой под затвором транзистора был достаточно толстым, туннелирование было редкостью. В процессорах с нормой 90 нм (начало 2000-х) толщина окисла затвора составляла около 1,2 нм - примерно 5 атомарных слоёв. Ток утечки через такой слой уже стал заметным. При переходе к 45 нм инженеры уткнулись в стену ...