Животное электричество

У животных и человека все процессы жизне-деятельности регулирует мозг, который полу-чает и отсылает сигналы (нервные импульсы) по нервам. И для этого тоже требуется опре-деленный заряд, хотя и очень небольшой. Однако некоторые животные накапливают такое количество электричества, которое способно парализовать или даже убить свою добычу. Например, электрический угорь ге-нерирует разряд в 600 вольт, и этого вполне достаточно, чтобы убить рыбу или очень сильно ударить током человека,

Напряжение и ток

Приведенное ниже описание поможет вам лучше понять, что такое ток и электрическое напряжение.

Итак, есть две емкости, соединенные труб-кой, и в одну емкость наливается вода. Вода наливается до тех пор, пока ее уровень не станет одинаковым в обеих емкостях. Если одну емкость приподнять над другой, то вода из одной емкости будет перетекать в другую, пока уровни опять не станут одинаковыми.

Чем больше разница в уровнях воды в двух емкостях, тем быстрее будет литься вода. Скорость, с какой переливается вода, анало-гична скорости движения тока. С такой ско-ростью свободные электроны передвигаются в металлической проволоке. Разница в уровне воды сравнима с элект-рическим напряжением. Чем выше напряжение, тем сильнее поток электрического тока.

У батареек в фонариках и в портативных радиоприемниках напряжение колеблется от 1,5 до 9 вольт. Точная величина зависит от со-става и количества элементов в батарейке. В бытовой электросети напряжение составляет от 100 до 240 вольт, в зависимости от место-нахождения.

Источник тока

Первый химический источник тока был со-здан итальянским ученым Алессандро Вольта приблизительно в 1800 году. Во время одного из экспериментов он смочил лист промока-тельной бумаги в соленом растворе и помес-тил его между пластинами меди и цинка. Oн обнаружил, что при взаимодействии меди и цинка в соединяющей их проволоке образо-вывался электрический заряд. Это означало, что в ходе химической реакции электроны перемещались с пластинки меди на цинк. Единица электрического напряжения, спо-собствовавшего появлению тока, была назва-но в честь ученого вольтом.

Для получения электрического тока боль-шей силы необходимо большее напряжение. Вольта сделал конструкцию из чередующихся медных и цинковых пластин. При этом каж-дая их пара отделялась от следующей влаж-ным кружком из картона. Эта конструкция получила название «вольтов столб».

Строго говоря, источником тока является конструкция из одной пластины каждого ме-талла. Вольтов столб, по сути, был первой электрической батареей, сделанной руками человека. Однако в повседневной жизни мы называем "батарейками" все химические ис-точники тока, независимо от того, состоят ли они из одного элемента или нескольких. Например, аккумулятор (12 вольт) составлен из 6 элементов по 2 вольта каждый. Батарейка в фонарике (1,5 вольта) является единым элементом.

 Батареи

Существует огромное количество разных электрических батареи, но в их устройстве всегда присутствуют два фактора. Они обяза-тельно состоят из двух разных химических элементов (например, цинка медь, уголь и медь, цинк и ртуть) и жидкости, их разделяю-щей (в элементе Вольты это был соляной раствор). Жидкость называется электроли-том. Иногда электролит присутствует в виде пасты, чтобы избежать протечек.

Наличие разных химических элементов необходимо по той же причине, по какой при получении статического электричества путем трения используются разные материалы. В одном материале электроны движутся с большей свободой и поэтому имеют тенден-цию перемещаться на другой материал. В электрическом элементе две пластины и жид-кость между ними являются проводниками электричества. Электроны, «освобожденные» во время химической реакции, могут без конца перемещаться, было бы только пространство. Таким пространством становится элект-рическая цепь. Поток электронов может быть остановлен при разрыве цепи. В быту эту роль выполняет выключатель.

В батарейках, калькуляторах, портатив-ных приемниках и слуховых аппаратах роль электролита выполняет влажная паста. Бата-рейки вырабатывают электричество, пока в них идет химическая реакция.

В недорогих батарейках один химический элемент представляет собой цинковую емкость, второй - угольный электрод. Со временем цинковая емкость расплавляется, поэтому наружная оболочка таких батареек плотно за-печатывается, чтобы содержимое не вытекло и не испортило другие вещи, В долговечных щелочных батарейках те же химические эле-менты, но другой электролит. В маленьких круглых батарейках, используемых в часах, химические пластины сделаны из цинка и ртути или цинка и оксида серебра.

Некоторые батарейки можно перезаря-жать, пропуская ток в обратном направле-нии. Обычно такие батарейки работают на никеле и кадмии. Элементы должны заря-жаться только в специальном зарядном устройстве с правильным напряжением. Никогда не стоит пытаться зарядить обыкно-венную батарейку. В аккумуляторах автомобилей и электри-ческого транспорта содержится жидкость, по-этому они должны находиться только в вер-тикальном положении. Обычно они работают на свинце и свинцовом сурике и могут пере-заряжаться много раз. Электролит чаще всею представляет собой разбавленную серную кислоту; поэтому они обычно запечатаны.

Электрические автомобили бесшумны и не загрязняют воздух (тем не менее, воздух загрязняют электростанции, снабжающие электричеством зарядные устройства). В на-стоящее время проводятся эксперименты по производству перезаряжаемых автомобиль-ных аккумуляторов, которые по весу были бы легче существующих. Есть вероятность, что однажды появятся аккумуляторы с пластико-выми элементами.

Электричество и магнетизм

Заряженный предмет окружен электричес-ким полем, которое действует на окружаю-щие предметы, - вспомним расческу и притя-гивающиеся к ней кусочки бумаги и пылинки. Магнит тоже окружен магнитным полем, ко-торое можно увидеть, если поблизости есть металлические опилки. Некоторые характе-ристики электрического и магнитного полей похожи, другие отличаются. Вот несколько примеров.

Магнитные силы гораздо сильнее элект-рических. В то же время электрический заряд может перейти с одного тела или предмета на другой - явление, называемое индукцией, - и магнит распространяет свое действие на другой магнитный материал. Но зарядиться электричеством может все, маг-нитные же свойства передаются только телам, способным намагничиваться, таким как железо, сталь и некоторые сплавы.

Электрические заряды делятся па поло-жительные и отрицательные, магнитные полюсы делятся на южный и северный. Однородные заряды отталкиваются, противоположные притягиваются: одина-ковые магнитные полюсы тоже отталкива-ются, а противоположные притягиваются. Однако северный и южный полюсы никог-да не смогут существовать отдельно друг от друга. Если магнит сломать, то из слома образуется новый южный или новый север-ный полюс.

О ВЗАИМОДЕЙСТВИИ

Электричество и магнетизм тесно связаны друг с другом. Если пропустить электричес-кий ток через скрученную проволоку, она приобретет свойства магнита. А если прово-локу обернуть вокруг магнитного материала, то он также намагнитится. Но этому принци-пу устроен электромагнит.

Если магнитное поле проходит через витки проволоки и при этом как-то меняется (становится сильнее или слабее или сдвига-ется), то в них возникает ток. В свою очередь, ток возвращает магнитное поле в прежнее состояние за счет создания своего магнитно-го поля.

В устройстве электромоторов и генерато-ров используется описанное выше явление - ток создаст магнитное поле, а изменения в магнитном поле производят ток.

Это явление, открытое Фарадеем, исполь-зуется также и в трансформаторах, которые служат для преобразования напряжения в энергоснабжающих системах и в электронном оборудовании - например, телевизо-рах и радиоприемниках. Трансформаторы работают на переменном токе, текущем в бы-товой электросети, В отличие от тока в бата-рее переменный ток движется в двух направ-лениях - вперед-назад, вперед-назад, меняя направление со скоростью 50 раз и секунду, (В США, соответственно, 60).

Железный сердечник трансформатора имеет две обмотки медного провода, бегу-щий по одной из них переменный ток созда-ет в сердечнике быстро меняющееся магнит-ное поле. Эго вызывает переменный ток во второй обмотке. Таким образом, энергия передается из одной обмотки в другую, хотя между ними и нет непосредственного кон-такта. Их связь исключительно магнитная.

Напряжение на выходе зависит от количе-ства витком в каждой обмотке. Оно может быть больше входного напряжения или меньше. Хотя увеличение напряжения «подталкивает» заряды, их поток сокращается, то есть умень-шается сила тока. Когда электричество переда-ется по высоковольтным проводам, трансфор-матор усиливает напряжение как раз, для того, чтобы уменьшить ток. Когда же электричество подводиться к домам, трансформатор снижает напряжение.

Моторы и генераторы

В простом электрическом моторе ток намаг-ничивает обмотку, и ее витки притягиваются к полюсам магнита. Кроме того, в моторе ус-тановлен вращающийся переключатель, ко-торый автоматически меняет направление тока каждые пол-оборота.

Этот процесс действует и в обратном на-правлении: поворачивается проволока - и возникает напряжение. То есть мотор стано-вится генератором.

Страницы: 1, 2