РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

Форум

I этап изучения

II этап изучения

III этап изучения

I Этап изучения

Глава 2

2 Основные сведения об электричестве

2.1 Электротехника — основа радиоэлектроники

2.2 Электризация тел

2.3 Объяснение явления электризации

2.4. Электрон

2.5 Единица количества электричества

2.6 Электрическое поле

2.1 Электротехника — основа радиоэлектроники

Каждый знает, что радиоприемники, телевизоры, магнитофоны и прочие ра­диоэлектронные устройства работают на электрическом токе. Но в то время как в обычных машинах есть движущиеся части и все явления наглядны, в радиоэлек­тронике все как будто мертво и неподвижно. В действительности этот покой обман­чив, потому что каждый проводок и каждая деталь густо “населены” невидимыми глазу электронами, совершающими невообразимо сложные движения.

Электрический ток зарождается в микрофоне, протекает через антенну, образует радиоволны, усиливается транзисторами, раскачивает громкоговоритель, рисует картины на экране телевизора и т. д.

Поэтому овладение электроникой немыслимо без знания свойств электрического тока и его законов.

2.2 Электризация тел

Еще в древности было известно свойство янтаря (окаменевшей смолы иглолистных растений) притягивать легкие предметы, если его натереть шерстью или кожей (рис. 2.1). Поскольку греческое название янтаря — электрон, отсюда и возникло название «электричество». Электризация предметов оставалась неизучен­ной до конца XVI века, когда было открыто, что и другие вещества, например, стекло, сера, смола, сургуч и пр. обладают подобными свойствами. Опыты по­казали, что при электризации тел всегда получается два вида электричества.

Электрический заряд, возникающий на стеклянной палочке был назван поло­жительным, а электрический заряд, возникающий на эбонитовой палочке — отри­цательным. Так возникли и обозначения плюс (+) и минус (-).

А какие изменения происходят в стекле и эбоните при трении? Чем объясняется электризация?

2.3 Объяснение явления электризации

Все предметы и вещества состоят из малых частиц, называемых атомами. В твердых веществах атомы крепко связаны между собой, а в жидких и газообразных эти связи незначительны. Чтобы понять как малы атомы, представим себе, что в одной капле воды атомов больше, чем водяных капель в Черном море!

Каждый атом состоит из положительного ядра, вокруг которого обращаются с головокружительной быстротой отрицательно заряженные частицы, называемые электронами. На рис. 2. 2а и 2.2б   показаны атомы легкого газа гелия и железа. Таким же образом устроены атомы всех других химических элементов. В обычном со­стоянии число вращающихся вокруг ядра электронов равно числу положительных частиц ядра, и атом в целом электрически нейтрален.

Трением, нагреванием и т. д. с внешней орбиты атома можно отнять один или несколько электронов. В этом случае количество положительных зарядов в ядре будет преобладать, атом превратится в положительно заряженную частицу, по­ложительный нон. Кроме потери электронов, возможно и присоединение дополнительных электронов. Причем атом превращается в отрицательно заряженную частицу и называется отрицательным ионом. Все это показано на рис. 2. 3 , где атомы представлены в упрощенном виде.

При электризации тел происходит отдача или присоединение только электронов, а положительные частицы остаются неподвижными, потому что они находятся в ядрах атомов и крепко связаны с веществом. Например, натертая лоскутом шерсти стеклянная палочка заряжается положительно, а шерсть — отрицательно, т. к. электроны переходят со стеклянной палочки на шерсть. При натирании эбонитовой палочки электроны переходят с шерсти на палочку, поэтому лоскут шерсти заря­жается положительно, а эбонитовая палочка — отрицательно.

Явление присоединения или отдачи электронов от атомов называется ещё иони­зацией. Оно не имеет ничего общего с расщеплением атома, когда изменяется строение ядра.

2.4 Электрон

Без преувеличения можно сказать, что электрон является самой замечательной материальной частицей, которая создала целую эпоху в науке и технике. Позна­комимся поближе со свойствами и особенностями этого "чародея".

Электрон необычайно мал. Если принять, что он представляет собой сферу, то его диаметр в 100 000 раз меньше диаметра атома, а вес одного электрона во столько раз меньше одного грамма, во сколько раз один грамм легче земного шара.

При электризации тел электроны переходят с одного тела на другое, но в силу малой массы электронов видимой перемены в весе тела не наблюдается. Следует отметить, что электроны всех веществ и химических элементов совершенно оди­наковы.

Целый ряд остроумных и изумительных по своей точности опытов, поставлен­ных физиками, дали возможность измерить не только диаметр и массу электрона, но и величину его отрицательного электрического заряда.

Сравнив размеры и массу электрона с его электрическим зарядом, мы сразу заметим, что в ничтожном объеме „сконцентрирован" сравнительно большой электрический заряд. Масса электрона исключительно мала по сравнению с теми огромными силами, которые в нем сосредоточены. В этом отношении электрон подобен маленькой птичке, обладающей мощностью самолетного мотора. Благодаря этому электрон исключительно «маневрен» — он может двигаться с огромной скоростью и производить миллиарды колебаний в секунду.

Сам по себе электрон — малая частица с ничтожным электрическим зарядом. Однако число участвующих в различных электрических явлениях электронов огром­но, и в результате эффект может быть очень значительным.

2.5 Единица количества электричества

Радиоэлектроника — наука прикладная. Это означает, что она не только изучает явления, но и создает новые и сложные устройства. Проектирование и конструи­рование этих устройств связано, с одной стороны, с математикой, а с другой — с величинами, характеризующими электричество.

Мы уже знаем, что при электризации тел имеет место или отдача, или при­соединение электронов. Для оценки этого явления существует понятие количество электричества. Единица количества электричества называется кулон в честь фран­цузского физика Шарля Кулона (1736-1806). Один кулон электричества равен та­кому огромному числу электронов:

1 кулон = 6 300 000 000 000 000 000 электронов.

Натирая стеклянную или эбонитовую палочку, наэлектризовывая ее, мы отнимаем или добавляем тысячные части кулона электричества, однако, число участвующих в этом процессе электронов огромно и насчитывает сотни и тысячи миллиардов.

2.6 Электрическое поле

Вокруг каждого заряженного (наэлектризованного) тела существует электри­ческое поле, невидимое нашему глазу. Электрическое поле имеет такое свойство: если поместить в него другие заряженные тела, то на них начнут действовать определенные силы. Следовательно, электрическое поле является носителем энер­гии. Эта энергия не получается извне, а возникает за счет тех причин, которые наэлектризовали тело. В связи с этим вспомним основной закон природы (закон сохранения энергии): энергия не возникает и не исчезает, она только переходит из одного вида в другой и из одного тела в другое.

На рис. 2. 4 показано, как заряженные тела взаимодействуют посредством своих электрических полей. Следует помнить, что тела, наэлектризованные разноимен­ными зарядами, притягиваются, одноименными — отталкиваются.

Электрическое поле характеризуется, главным образом, двумя величинами: на­правлением и напряженностью.

Положительным направлением поля принято считать направление от положи­тельного заряда к отрицательному. Для наглядности электрическое поле изобра­жается т. н. электрическими силовыми линиями, которые выходят из положительно заряженного тела и входят в отрицательно заряженное. Их форма связана с силой. которая действовала бы на свободный положительный заряд, помещенный в дан­ную точку поля. На рис. 2. 5 показаны электрические поля разноименных и одно­именных зарядов. Там где силовые линии расположены более густо, напряженность поля больше.

На рис. 2. 6 показано электрическое поле между двумя разноименно заряжен­ными металлическими пластинами. Положительный электрический заряд, поме­щенный в это поле, будет двигаться в направлении поля, потому что будет при­тягиваться отрицательной и отталкиваться положительной пластиной. А если в то же самое поле поместить электрон (рис. 2. 7), то, поскольку он является отри­цательно заряженной частицей, он будет отталкиваться от отрицательно заряжен­ной пластины и притягиваться к положительно заряженной, т. е. электрон будет двигаться против направления поля.

Оба примера показывают, что поле действительно является носителем энергии. т. к. при определенных условиях оно может совершать работу по переносу элек­трических зарядов.