Электрический заряд/конденсатор

электроны

электро

-

статичес

-

кое поле

вывод отрица

-

тельного заряда

вывод положи

-

тельного заряда

диэлектрик

металлическая

пластина

алюминий

пластиковый

изоляционный

материал

 

Ка к мы у ж е з н а е м, электрический ток может протекать от положительного полюса к отрицательному, только когда они соединены проводником. Исключением из этого правила является постоянный ток, протекающий некоторое время в цепи с конденсатором. Конденсатор состоит из двух пластин или обкладок, изолированных друг от друга диэлектриком. Если к конденсатору напряжение не подводится, он находится в разряженном состоянии. Это означает, что на его пластинах нет заряда и количество электронов на них одинаковое. Когда конденсатор подключается к источнику напряжения, одна обкладка подсоединяется к положительному полюсу источника, а другая — к отрицательному. Положительный полюс источника напряжения оттягивает электроны с одной обкладки, а отрицательный полюс передает такое же количество электронов на другую обкладку конденсатора. Это продолжается до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не станет равным напряжению источника питания. В этот момент постоянный ток прекращает течь и для электрической цепи конденсатор становится изолятором, то есть обрывает ее. Если теперь отключить от конденсатора источник напряжения и подсоединить к нему резистор, конденсатор начнет разряжаться, а ток будет течь до тех пор, пока разница зарядов на его обкладках не исчезнет. Таким образом, конденсатор — это устройство для хранения электрической энергии. Способность конденсатора запасать электроэнергию определяется его емкостью. Разные конденсаторы могут быть разной формы, но принцип работы у них одинаков. Наиболее распространены бумажные конденсаторы, в которых две ленты пропитанной оловом фольги отделены друг от друга бумагой. Бумажная и металлические ленты скручиваются вместе и затем помещаются в корпус. Существуют также электролитические и керамические конденсаторы, принцип работы которых аналогичен. Важно знать, что электролитический конденсатор обладает полярностью, которую необходимо соблюдать при подключении, иначе его легко повредить.

С помощью конденсатора можно накапливать электрический заряд. Конденсатор имеет две обкладки, одна из них соединена с положительным полюсом, а другая — с отрицательным. Обе обкладки отделены друг от друга слоем изолирующего материала. При подсоединении обкладок конденсатора к полюсам источника напряжения происходит зарядка конденсатора. Значение накопленного заряда зависит от размера обкладок, материала и толщины слоя изоляционного материала или диэлектрика. До тех пор пока происходит процесс накопления заряда на поверхности обкладок, ток в цепи будет протекать. Фактически, конденсатор представляет собой пассивное электронное устройство, запасающее энергию в форме электростатического поля. Простейший конденсатор — это две проводящие пластины, разделенные диэлектриком. Его емкость прямо пропорциональна площади пластин и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Она также зависит от коэффициента диэлектрической проницаемости материала, разделяющего пластины. Стандартная единица емкости — Фарад: Ф микрофарад: мкФ (1 мкФ = 10-6 Ф) нанофарад: нФ (1 нФ = 10-9 Ф) пикофарад: пФ (1 пФ = 10-12 Ф)

Магнетизм

N

—

Северный полюс

S

—

Южны

й полюс

 

Магнетизм или магнитная сила — еще одно явление, связанное с электричеством. Сила, с которой магнитное поле действует на предметы, не оказывая на них прямого механического воздействия, называется магнитной. Хорошо притягиваются в магнитном поле различные ферромагнетики, например, железо, никель и кобальт. Благодаря именно магнитной силе магниты притягиваются друг к другу разноименными полюсами и отталкиваются одноименными. Каждый магнит окружает магнитное поле, достигающее наибольшей силы на его концах. Абсолютно все магниты имеют два полюса — северный и южный. Эти названия обусловлены тем, что если магнит подвесить и отпустить, то его северный полюс всегда будет указывать на Север. Это явление связано с действием магнитного поля Земли. Если разбить магнит на несколько частей, каждая из них также будет иметь северный и южный полюса. Некоторые материалы легко намагничиваются, если их положить рядом с магнитом и несколько раз подвигать. Благодаря этим манипуляциям магнитные поля упорядочиваются и он намагнитится. Материалы, сохраняющие магнитные свойства длительное время, называют постоянными магнитами. Следует иметь в виду, что в результате нагрева постоянные магниты могут разрушиться и потерять свою магнитную силу.

Магнетизм и электричество

Закон электромагнитной индукции гласит, что любые изменения магнитного потока, пронизывающего проводник (чаще всего в качестве него выступает замкнутый контур или катушка) вызывают в нем появление электрического напряжения. Это правило работает также в отношении переменного электромагнитного поля, которое появляется в результате изменения напряжения источника тока. Если перемещение замкнутого контура в магнитном поле сопровождается изменением числа магнитный линий, прошедших сквозь него, в контуре возникнет электрическое напряжение. Оно будет существовать до тех пор, пока изменяется магнитный поток. Если изменяется направление силы магнитного потока на противоположное, то меняется на 180 град. и направление электрического тока в проводнике. В результате в проводнике появляется переменный ток. Правило электромагнитной индукции действует не только в отношении магнитного поля, созданного постоянным магнитом, но и в отношении поля, созданного электромагнитом. Вместо того чтобы перемещать электромагнит вперед-назад, его можно просто попеременно включать и отключать. Это также приведет к изменению магнитного потока и возникновению напряжения. В принципе любой проводник с током окружен магнитным полем и поэтому представляет собой электромагнит. Создаваемое им магнитное поле можно легко усилить, скрутив проводник в катушку и поместив внутрь этой катушки металлический сердечник. В электромагните расположение северного и южного полюсов зависит от направления тока. Так же как и в обычном магните, магнитное поле электромагнита достигает максимального значения по его краям.

Примечание: в начальный момент подключения катушки к источнику напряжения сила тока в ней нарастает не сразу, а постепенно благодаря явлению самоиндукции. Ток, протекающий в катушке, создает магнитное поле. Это магнитное поле, в свою очередь, приводит к появлению напряжения, которое направлено противоположно току и препятствует его нарастанию. Аналогичный эффект можно наблюдать в момент отключения источника тока. Изменение магнитного поля приводит к появлению напряжения, направление которого теперь совпадает с направлением тока. В результате величина напряжения зависит от быстроты включения и отключения цепи и зачастую превышает напряжение источника тока. Это напряжение называют импульсным.