D се практические применения электричества основаны на трёх действиях, вызываемых электрическим то­ком: тепловом, химическом и магнитном, О них мы и расскажем в этой главе.

ВЫДЕЛЕНИЕ ТЕПЛА

Только в полном вакууме электроны движутся беспре­пятственно. Проходя через вещество, они сталкиваются с атомами, молекулами или ионами. При этом электроны тормозятся и передают свою энергию частицам того тела, по которому идёт ток. Энергия частиц вещества уве­личивается, скорость движения их возрастает, проводник нагревается.

Чем большее сопротивление оказывают частицы про­водника прохождению электрического тока, тем больше энергии теряют электроны, тем сильнее нагревается про­водник, так как вся потерянная электронами энергия превращается в тепло. Теперь нам понятно, почему спи­раль электрической печки сделана из нихрома, а шнур, протянутый к ней от штепселя, — из меди. При таком выборе материалов ток сильно разогревает спираль, об­ладающую большим сопротивлением, и почти совсем не нагревает подводящие провода.

Посмотрим на электрическую лампочку. Её вольфра­мовая нить обладает большим сопротивлением. Проходя
но нити, электроны передают ионам вольфрама много энергии. Нить разогревается добела—лампочка светит.

Если ток слишком сильный, энергия, передаваемая ионам вольфрама, так велика, что ионы не удерживаются больше на своих местах. Правильное расположение их нарушается, нить плавится. Мы говорим, что лампочка «перегорела». Вольфрам применяется для изготовления нитей электрических лампочек потому, что это один

Из самых тугоплавких металлов. Он выдерживает температуру в 3000 гра­дусов. Температура нити горящей лампочки зна­чительно ниже — около 2100 градусов.

Чем длиннее провод­ник, тем больше столкно­вений испытывают в нём электроны, тем больше энергии они теряют. По­этому сопротивление про­водника тем больше, чем больше его длина.

Кроме того, сопротив­ление проводника зависит и от толщины его. Чем тоньше провод, тем боль­ше его сопротивление. Чтобы понять, почему это так, проделаем следующий опыт. Припаяем к куску тонкой проволоки кусок толстой проволоки и присоединим их к полюсам аккумулятора (рис. 15). Сила тока и в толстом и в тонком проводе оди­накова; и через ту и через другую проволоку проходит за секунду одинаковое число электронов. Но при этом в тон­ком проводе скорость упорядоченного движения электро­нов больше, чем в толстом, подобно тому как скорость реки в узком месте больше, чем в широком. Но ведь чем быстрее движется поток электронов, тем больше энергии отдаёт он при столкновениях частицам проводника. Зна­чит, и сопротивление тонкого провода больше, чем сопро­тивление толстого. Благодаря этому в нашем опыте тон­кий провод раскаляется током, а толстый — остаётся тёмным и едва тёплым.

Таким образом, если по проволоке идёт большой ток, то во избежание сильного нагревания проволоки надо, чтобы она была достаточно толстой.

Когда мы включаем какой-нибудь электроприбор — плитку, электрическую лампочку или утюг,— то сила тока в электропроводке в квартире определяется напряжением в сети и общим сопротивлением электрического прибора и подводящих проводов. Допустим, что включён утюг. Главную роль в этом случае играет сопротивление утюга, так как сопротивление проводов очень мало. Но иногда бывает так, что из-за плохой или нарушенной изоляции провода соединяются друг с другом и ток идёт по ним, минуя электроприборы. Такое соединение проводов назы­вается коротким замыканием. При этом сила тока становится огромной, так как сопротивление про­водов очень мало. Вследствие этого провода сильно на­греваются и может возникнуть пожар.

Чтобы предотвратить пожар от короткого замыкания, в цепь обычно включают предохранители, или, как их ещё называют, «пробки». В них имеется тонкая проволочка, по которой проходит электрический ток. Как только ток становится слишком большим, проволочка перегорает и разрывает цепь раньше, чем провода успевают разо­греться.

Выделение тепла при прохождении тока широко ис­пользуется для разнообразных целей (освещение, обогре­вание, плавка, сушка, закалка, сварка и др.).

Отдавая свою энергию частицам проводника, заряды, образующие ток, тормозятся. В промежутках между столкновениями поле снова ускоряет эти заряды, восста­навливает их прежнюю энергию. Значит, тепло выделяется за счёт работы электрического поля.

Но в случае постоянного тока поле не изменяется, так как постоянной остаётся величина создающих поле заря­дов на электродах генератора.

Откуда же черпает поле энергию, расходуемую на пе­ремещение электрических зарядов, на поддержание элек­трического тока?

Энергию полю доставляет генератор.

Посмотрите ещё раз на рисунок 9. Внутри аккумуля­тора электроны перемещаются от анода к катоду против того направления, в котором на них действуют силы элек­трического поля.

Чтобы поднять груз, надо совершить работу против действующей на него силы тяжести, надо затратить энер­гию. То же необходимо, чтобы перемещать заряды против действующих на них сил электрического поля. Эта работа осуществляется за счёт химической энергии аккумуля­тора. В результате этой работы электроны возвращаются на катод, заряды электродов поддерживаются постоян­ными, потери энергии поля возмещаются.

В динамомашине в энергию поля превращается меха­ническая энергия (об этом рассказано дальше, см. стр. 49), в аккумуляторе и батарейке карманного фонаря — хими­ческая. Таким образом, электрические гене­раторы — это преобразователи энергии из других форм её в энергию электрического п о л я.

Выше мы говорили о работе и мощности тока. Ко­нечно, ток совершает работу — вращает вал электромо­тора, сваривает рельсы, превращает руду в металл. Но собственная энергия тока — энергия движущихся электро­нов — совершенно недостаточна для этого. Работа совер­шается за счёт энергии электрического поля, вырабаты­ваемой генератором.