Рис. 2–4.Электроны в проводнике взаимодействуют подобно шарикам от пинг-понга в трубе.
При добавлении шарика к одному концу трубы, из другого конца трубы шарик выталкивается. Хотя отдельные шарики тратят некоторое время на перемещение по трубе, частота их столкновений может быть очень высокой.
Устройство, которое удаляет электроны с одного конца проводника (положительного) и добавляет их к другому концу проводника (отрицательному), называется источником тока. Он может рассматриваться как своеобразный насос (рис. 2–5).
Рис. 2–5.Источник напряжения может рассматриваться как насос, снабжающий нагрузку электронами и поддерживающий избыток электронов.
2–2. Вопросы
1. Дайте определение электрического тока.
2. В каких единицах измеряется сила тока?
3. Каково соотношение между силой тока, зарядом и временем?
4. Какова сила тока, если через данную точку цепи за 5 секунд проходит 15 кулон заряда?
5. Сколько времени займет перемещение 3 кулонов заряда через данную точку цепи, если по цепи течет ток 3 ампера?
6. Что заставляет электроны двигаться по проводнику только в одном направлении?
2–3. СТЕПЕННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЧИСЕЛ
В электронике обычно встречаются очень малые и очень большие числа. Степенное представление - это метод, использующий одноразрядные числа и степени десяти для отображения больших и малых чисел. Например, 300 в степенном представлении имеет вид 3x10. Показатель степени показывает количество нулей справа или слева от десятичной занятой в числе. Например:
Если степень отрицательная, десятичная запятая перемещается влево. Например:
На рисунке 2–6 перечислены некоторые часто используемые степени десяти как положительные, так и отрицательные, а также префиксы и символы, связанные с ними.
Рис. 2–6.Используемые в электронике префиксы.
Например, ампер (А) - это большая единица силы тока, не часто встречающаяся в маломощных электронных цепях. Наиболее часто используемыми единицами являются миллиампер (мА) и микроампер (мкА). Миллиампер равен одной тысячной (1/1000) ампера или 0,001 А. Другими словами, 1000 миллиампер равны одному амперу.
Микроампер равен одной миллионной (1/1 000 000) ампера или 0,000001 А; 1 000 000 микроампер равны одному амперу.
ПРИМЕР.Сколько миллиампер содержится в 2 амперах?
Решение:
1000 мA/1 A = Х мА/2 А (1000 мА = 1 А)
(1)(Х) = (1000)(2)
Х = 2000 мА
ПРИМЕР. Сколько ампер содержится в 50 микроамперах?
Решение:
1 000 000 мкА/1 А = 50 мкА/Х А
(1)(50) = (1000000)(Х)
50/1000000 = Х
0,00005 = Х
2–3. Вопросы
1. Дайте определение степенному представлению.
2. В степенном представлении:
а. Что означает положительный показатель степени?
б. Что означает отрицательный показатель степени?
3. Запишите следующие числа в степенном представлении:
а. 500
б. 3768
в. 0,0056
г. 0,105
д. 356,78
4. Дайте определения следующим префиксам:
а. Милли-
б. Микро-
5. Выполните следующие преобразования:
а. 1,5 А = ___ мА
б. 1,5 А = ___ мкА
в. 150 мА = ___ А
г. 750 мкА = ___ А
РЕЗЮМЕ
• Законы взаимодействия электростатических зарядов: одноименные заряды отталкиваются, а разноименные - притягиваются.
• Электрический заряд (Q) измеряется в кулонах (Кл).
• Один кулон равен заряду 6,24х10 электронов.
• Электрический ток - это медленный дрейф электронов из области отрицательного заряда в область положительного заряда.
• Сила тока измеряется в амперах.
• Один ампер (А) - это ток, протекающий в проводнике, когда через заданную точку проходит заряд в один кулон за одну секунду.
• Соотношение между силой тока, зарядом и временем описывается формулой:
I = Q/t
• Носителями заряда при наличии электрического тока в металлах являются электроны (отрицательные заряды).
• Перемещение дырок (положительных зарядов) направлено противоположно движению электронов.
• Ток электронов течет в цепи от отрицательного полюса к положительному.
• Электроны перемещаются по проводнику очень медленно, но отдельные электроны могут двигаться со скоростью, близкой к скорости света.
• С помощью степенного представления выражаются
очень большие и очень маленькие числа.
• Если показатель степени десяти положительный, десятичная запятая перемещается вправо.
• Если показатель степени десяти отрицательный, десятичная запятая перемещается влево.
• Префикс милли- обозначает одну тысячную.
• Префикс микро- обозначает одну миллионную.
Глава 2. САМОПРОВЕРКА
1. Какова сила тока в цепи, если за 5 секунд через заданную точку протекает 7 кулон?
2. Опишите, как направлен поток электронов в цепи по отношению к распределению потенциала в цепи.
3. Запишите следующие числа с помощью степенного представления:
а. 235;
б. 0,002376;
в. 56323,786.
4. Что обозначают следующие префиксы?
а. Милли-
б. Микро-
Глава 3. Напряжение
ЦЕЛИ
После изучения этой главы студент должен быть в состоянии:
• Перечислить шесть основных источников напряжения.
• Описать шесть различных методов получения электричества.
• Дать определение элемента и батареи.
• Описать различие между первичными и вторичными элементами.
• Описать, на какие типы подразделяются элементы и батареи.
• Перечислить способы соединения элементов или батарей для увеличения выходного тока или напряжения, или и того, и другого.
• Дать определения приложенного напряжения и падения напряжения.
• Описать два типа заземления электрических цепей.
В кусочке медной проволоки имеет место хаотичное движение электронов. Для появления электрического тока электроны должны двигаться в определенном направлении. Для того, чтобы заставить электроны в медной проволоке двигаться в заданном направлении, им должна быть сообщена энергия. Энергию сообщает источник, соединенный с проволокой.
Сила, которая заставляет электроны двигаться в заданном направлении, определяется разностью потенциалов или напряжением.
3–1. ИСТОЧНИКИ НАПРЯЖЕНИЯ
Напряжение возникает при удалении электронов со своих орбит в атомах. Таким образом, любой вид энергии, отрывающий электроны от атомов, может быть использован для получения напряжения. Но надо помнить, что энергия никогда сама по себе не возникает. Имеет место просто переход энергии из одной формы в другую. Источник напряжения - это не просто источник электрической энергии. Скорее это способ преобразования других видов энергии в электрическую. Существует шесть основных источников напряжения - трение, магнетизм, химические реакции, свет, тепло и давление.
Трение является самым старым способом получения электричества. Стеклянная палочка зарядится, если ее потереть куском меха или шелка. Генератор Ван де Граафа - устройство, работающее на том же принципе, что и стеклянная палочка, и способное создавать напряжение в миллионы вольт (рис. 3–1). Однако кроме научных исследований, он нигде практически не используется.