Exitonservice.ru

Экситон Сервис
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Движение тока в лампе

Электрическим током является направленное движение носителей зарядов – это стандартная формулировка из учебника физики. В свою очередь носителями заряда называются определенные частицы вещества. Ими могут быть:

  • Электроны – отрицательные носители заряда.
  • Ионы – положительные носители заряда.

Но откуда берутся носители заряда? Для ответа на этот вопрос нужно вспомнить базовые знания о строении вещества. Всё что нас окружает – вещество, оно состоит из молекул, мельчайших его частиц. Молекулы состоят из атомов. Атом состоит из ядра, вокруг которого движутся электроны на заданных орбитах. Молекулы также хаотично движутся. Движение и структура каждой из этих частиц зависят от самого вещества и влияния на него окружающей среды, например температуры, напряжения и прочего.

Ионом называют атом, у которого изменилось соотношение электронов и протонов. Если изначально атом нейтрален, то ионы в свою очередь делят на:

  • Анионы – положительный ион атома, потерявшего электроны.
  • Катионы – это атом с «лишними» электронами, присоединившиеся к атому.

Единица измерения тока – Ампер, согласно закону Ома он вычисляется по формуле:

I=U/R,

где U – напряжение, [В], а R – сопротивление, [Ом].

Или прямопропорционален количеству заряда, перенесенному за единицу времени:

I=Q/t,

где Q – заряд, [Кл], t – время, [с].

Электрический ток в металлах

При прохождении тока металлы нагреваются. В результате чего ионы кристаллической решетки начинают колебаться с большей амплитудой вблизи положений равновесия. В результате этого поток электронов чаще соударяется с кристаллической решеткой, а следовательно возрастает сопротивление их движению. При увеличении температуры растет сопротивление проводника.

Каждое вещество характеризуется собственным температурным коэффициентом сопротивления — табличная величина. Существуют специальные сплавы, сопротивление которых практически не изменяется при нагревании, например манганин и константан.

Явление сверхпроводимости. При температурах близких к абсолютному нулю (-273 0 C) удельное сопротивление проводника скачком падает до нуля. Сверхпроводимость — микроскопический квантовый эффект.

  • » onclick=»window.open(this.href,’win2′,’status=no,toolbar=no,scrollbars=yes,titlebar=no,menubar=no,resizable=yes,width=640,height=480,directories=no,location=no’); return false;» rel=»nofollow»> Печать
  • E-mail

Дата Категория: Физика

Электрический ток может приводит в действие машины только тогда, когда он циркулирует в цепи. Электрическая цепь — это канал, по которому течет электричество. Начинается цепь в источнике питания (например, в батарейке), к которому соединительным проводом подключен потребитель, например, лампа накаливания.

Цепь не оканчивается на потребителе, а возвращается по кольцу снова к источнику питания. Сила, поддерживающая течение электрического тока в цепи, называется электродвижущей силой, или напряжением. Так как потребители ослабляют ток в цепи, они называются сопротивлениями.

Понимание взаимосвязи между электрическим током, напряжением и сопротивлением может быть облегчено путем проведения аналогии между электрическим током и водой, текущей по каналу (рисунок вверху). Батарейка может быть представлена в виде водяного насоса, а электрический ток — в виде определенного объема воды. Аналогами двух электрических сопротивлений (двух ламп накаливания) являются два водослива в канале.

В такой модели каждый раз, когда вода (электрический ток) встречает водослив (сопротивление), она падает на более низкий уровень (меньшее напряжение). Объем воды остается неизменным, однако ее уровень (энергия) уменьшается. То же самое происходит с электрическим током. Когда электрический ток проходит через сопротивление, его энергия отводится в окружающую среду, а напряжение уменьшается.

Читать еще:  Не гаснет светодиодная лампа при выключателе с подсветкой

Вычисление падения напряжения

Когда электрический ток проходит через сопротивление, например, через лампу накаливания, силовое воздействие на заряды (напряжение) уменьшается. Это уменьшение называется падением напряжения. Изменение напряжения может быть определено численно, путем умножения величины сопротивления на силу тока.

Электрический ток и поток электронов

Электроны (синие шарики) текут по направлению к положительному полюсу источника тока, т.е. навстречу электрическому току, который движется от положительного полюса к отрицательному (большая голубая стрелка). Сила тока зависит от того, сколько электронов пройдет через поперечное сечение проводника в единицу времени.

Электрический ток в параллельной цепи

В параллельной цепи электрический ток (синие стрелки), прежде чем вернуться к своему источнику (красная батарейка), разделяется на две отдельные ветви.

Вид цепи и напряжение

Последовательная цепь содержит два сопротивления (R), которые поочередно снижают напряжение (V). Падение напряжения определяется суммой сопротивлений.

В параллельной цепи электрический ток проходит по различным путям. Такое расположение сопротивлений (R) вызывает одновременное падение напряжения.

Молекулы газа в обычных условиях не проводят электрический ток. Они являются изоляторами (диэлектриками). Однако, если изменить условия окружающей среды, то газы могут стать проводниками электричества. В результате ионизации (при нагреве или под действием радиоактивного излучения) возникает электрический ток в газах, который часто заменяют термином «электрический разряд».

Разряды в газе могут быть самостоятельными и несамостоятельными. Ток начинает существовать, когда появляются свободные заряды. Несамостоятельные разряды существуют пока на него действует сила извне, то есть внешний ионизатор. То есть, если внешний ионизатор перестал действовать, то и ток прекращается.

Самостоятельный разряд электрического тока в газах существует даже после прекращения действия внешнего ионизатора. Самостоятельные разряды в физике подразделяются на тихий, тлеющий, дуговой, искровой, коронный.

  • Тихий– самый слабый из самостоятельных разрядов. Сила тока в нем очень мала (не более 1 мА). Он не сопровождается звуковыми или световыми явлениями.
  • Тлеющий– если увеличить напряжение в тихом разряде, он переходит на следующий уровень – в тлеющий разряд. В этом случае появляется свечение, которое сопровождается рекомбинацией. Рекомбинация– обратный процесс ионизации, встреча электрона и положительного иона. Применяется в бактерицидных и осветительных лампах.

Полярность и неполярность

Многие электрические устройства допускают наличие реальных токов любого направления без разницы в работе. Например, лампы накаливания (в которых используется тонкая металлическая нить накаливания, которая накаляется добела при достаточном токе), например, излучают свет с одинаковой эффективностью независимо от направления тока. Они даже хорошо работают на переменном токе (AC), где направление быстро меняется в зависимости от времени. Проводники и переключатели работают также независимо от направления тока. Технический термин для обозначения этой несущественности потока заряда – неполярность. Тогда мы могли бы сказать, что лампы накаливания, переключатели и провода являются неполярными компонентами. И наоборот, любое устройство, которое по-разному работает с токами разного направления, будет называться полярным.

В электрических цепях используется множество таких полярных устройств. Большинство из них сделано из так называемых полупроводниковых веществ и поэтому не рассматриваются подробно до третьего тома этой серии книг. Подобно выключателям, лампам и батареям, каждое из этих устройств представляется на схеме уникальным условным обозначением. Как можно догадаться, символы полярных устройств обычно содержат где-нибудь внутри стрелки, обозначающие предпочтительное или исключительное направление тока. Вот где действительно имеют значение конкурирующие обозначения условного и электронного потоков. Поскольку инженеры с давних времен остановились на условном потоке как на стандартном обозначении в своей «культуре», и поскольку инженеры – это те же люди, которые изобретают электрические устройства и придумывают для них обозначения, все стрелки, используемые в символах этих устройств, указывают в направлении обозначений условного потока, а не потока электронов. Иными словами, на всех условных обозначениях этих устройств есть стрелки, указывающие против направления реального потока электронов через них.

Читать еще:  Пайка проводов для лампочки

Возможно, лучший пример полярного устройства – это диод. Диод – это односторонний «клапан» для электрического тока, аналог обратного клапана для тех, кто знаком с водопроводными и гидравлическими системами. В идеале диод обеспечивает беспрепятственное прохождение тока в одном направлении (небольшое сопротивление или его отсутствие), но предотвращает прохождение тока в другом направлении (бесконечное сопротивление). Его условное графическое обозначение на схеме выглядит так:

Рисунок 3 – Условное обозначение диода

Помещенный в цепь батареи/лампы, он работает следующим образом:

Рисунок 4 – Работа диода в цепи постоянного тока

Когда диод направлен в правильном направлении, чтобы пропускать ток, лампа светится. В противном случае диод блокирует прохождение тока так же, как разрыв цепи, и лампа гореть не будет.

Если мы обозначим ток в цепи, используя обозначение условного потока, символ стрелки диода будет иметь смысл: треугольная форма указывает в направлении потока заряда, от положительного к отрицательному:

Рисунок 5 – Диод и обозначение условного потока

С другой стороны, если мы используем обозначение потока электронов, чтобы показать истинное направление движения электронов по цепи, стрелка обозначения диода будет указывать в противоположную сторону:

Рисунок 6 – Диод и обозначение потока электронов

Уже по этой причине многие люди предпочитают использовать условный поток при рисовании направления движения заряда в цепи. Если только нет других причин, обозначения, связанные с полупроводниковыми компонентами, такими как диоды, в этом случае имеют больше смысла. Однако другие люди предпочитают показывать истинное направление движения электронов, чтобы не говорить себе: «просто помни, что электроны на самом деле движутся в другую сторону», когда истинное направление движения электронов становится проблемой.

Чем слабее, тем ярче

При последовательном соединении двух лампочек напряжения на них будут одинаковыми только при одинаковых сопротивлениях их спиралей. А это получится лишь при их одинаковой конструкции. По этой причине перед тем как подключить последовательно соединенные лампы к источнику питания, необходимо обязательно знать их рабочие напряжения (или токи) и мощность. Если этих характеристик нет, правильно оценить на глаз яркость, оптимальную для лампочки, сложно.

Можно, конечно же, подключить каждую лампочку к регулятору напряжения (ЛАТРу или диммеру). Плавно изменяя и при этом измеряя величину напряжения на лампе, получаем более или менее яркое ее свечение. Но лампочка при такой оценке может работать неправильно и, что наиболее опасно, давать слишком много света. Это сократит срок ее службы. Поэтому сделанные замеры тока или напряжения для расчетов параметров других присоединяемых лампочек получатся не такими, какими они должны быть на самом деле.

  • При последовательном соединении лампочек необходимо пользоваться только заводскими данными мощности и напряжения для них.
Читать еще:  Логическая задача три лампочки три выключателя

Особую бдительность надо соблюдать тогда, когда напряжение источника питания заметно больше рабочего напряжения каждой из ламп последовательного соединения. При неоптимально подобранных параметрах некоторые из них могут перегореть по причине неправильного распределения напряжения между ними. В этом легко убедиться, если вкрутить в уже подготовленные нами патроны лампочки разной мощности, но для напряжения 220 В. Что из этого получилось, видно на изображении, которое приведено ниже.

Используя соединительную колодку и проводной выключатель, выполняем монтаж проводов испытуемых лампочек. Подключаем вилку к розетке и включаем выключатель. Мы видим разную яркость источников света. Менее мощная лампочка 40 Вт из-за большего сопротивления работает при более высоком напряжении. Поэтому она светит заметно ярче 60-ваттной. Теперь должно быть понятно, что лампочки остаются работоспособными по причине их более высокого рабочего напряжения. Оно существенно больше падения напряжения питания на каждой из них.

Последовательное соединение и разная яркость лампочек 40 Вт и 60 Вт

Утечки тока, возникающие на таком «мостике», существенно превышают нормативный ток саморазряда АКБ. Нетрудно догадаться, к чему это приводит. В лучшем случае будет идти ускоренный разряд батареи, особенно во время длительной стоянки. К слову, если вы оставляете машину на долгое время в гараже или паркинге (скажем, перед отъездом в отпуск), то у батареи рекомендуется обязательно снять минусовую клемму, а также насухо протереть крышку АКБ.

С утечками тока справится автохимия

Нередко случается, что на стыках силовых проводов АКБ х появляется коррозионный налет. Подобные дефекты также следует устранять немедленно, поскольку они ведут к резкому росту токов утечки и ускоренному разряду батареи.

И здесь уже не обойтись без специальной химии. Хорошее подспорье в таком случае — мульти-спреи, например, аэрозоль RF-40 бренда Ruseff. Более продвинутым вариантом станет применение специальных аэрозолей для защиты электрики авто. Скажем, у того же Ruseff (фото ниже) для этого имеется оригинальный очиститель электроконтактов.

Данный спрей восстанавливает проводимость разъемов, полностью устраняя их искрение. Благодаря очистке заметно уменьшается и нагрев деталей под токовой нагрузкой. По оценкам экспертов, средство превосходит по эффективности не только отечественные, но и импортные аналоги.

Отдельная группа препаратов Ruseff — лак и смазки для клемм АКБ. Обработка лаковым спреем или аэрозольной смазкой препятствует утечкам тока, существенно замедляет саморазряд батарей и предохраняет их клеммы от коррозии и сульфатации. Одного баллончика каждого средства водителю хватит как минимум на пару сезонов. Что касается смазки для клемм, выпускаемой в виде пасты, то такая упаковка рассчитана на разовое применение.

К слову, в «электронном» ассортименте автохимии Ruseff есть и универсальная смазка для электроконтактов. Она, например, будет незаменима для превентивной защиты проводов, в том числе высоковольтных. Их обработка этим препаратом гарантированно исключает пробой «на массу» в условиях повышенной влажности. И, как следствие, полностью исключает потенциальную угрозу ускоренного разряда АКБ.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector