Основы электротехники

Электричество является одной из форм энергии: в сравнении с другими формами энергии, такими как тепло, свет, механическая и химическая энергия, оно обладает следующими преимуществами:

· Большие количества энергии могут передаваться по надземным линиям электропередач на большие расстояния, в самые отдаленные области.

· Электричество легко преобразуется в другие формы энергии, например, в тепло в устройствах предпускового разогрева, свет в лампах накаливания, механическую энергию в электродвигателях, химическую энергию при зарядке стартерной батареи.

· Преобразование электрической энергии в другие формы энергии в значительной мере является экологически чистым процессом.

Основой для понимания электрических процессов является модель атома Бора (рис. 1). Атом представляет собой мельчайшую, химически более не делимую частицу материи.

Рис. 1. Строение атомов

Основными составными частями атома являются атомное ядро и электроны. Атомное ядро образуется из протонов и нейтронов.

Протоны – это положительно заряженные частицы. Например, ядро водорода состоит всего из одного протона. Он обладает наименьшим объемом положительного заряда, т.е. элементарным зарядом.

Нейтроны – это частицы, не имеющие заряда.

Электроны – это отрицательно заряженные частицы. Один отдельно взятый электрон обладает наименьшим объемом отрицательного заряда, т.е. элементарным зарядом.

Электроны являются носителями элементарных отрицательных, а протоны – элементарных положительных зарядов. Соответствующие элементарные заряды имеют одинаковую величину.

Электроны с большой скоростью (около 2200 км/с) движутся по круговым или эллиптическим орбитам вокруг атомного ядра (рис. 2). Возникающие при этом центробежные силы, воздействующие на отрицательно заряженные электроны, уравновешиваются силой притяжения положительно заряженных протонов.

Одноименно заряженные частицы взаимно притягиваются, а одноименно заряженные частицы – взаимно отталкиваются.

Если ядро какого-то атома содержит равное количество протонов и окружающих их электронов, то атом является электрически нейтральным по отношению к внешней среде.

Рис. 2. Строение атома лития

Кроме электронов, прочно связанных с атомным ядром, во всех веществах также имеются электроны, которые могут временно отделяться от своего атома и свободно двигаться между атомами. Такие электроны называются «свободными». Пока к веществу не будет подведена какая-то энергия извне, свободные электроны движутся беспорядочно, т.е. в их движении невозможно обнаружить никакого преобладающего направления (рис. 3).

Рис. 3. Беспорядочное движение свободных электронов

Электрические процессы основаны на наличии и подвижности свободных электронов. Электричество не генерируется, оно существует в каждом веществе.