«Н»: Естественно… Ты употребил слово — проводник. Я полагал, что это чисто железнодорожный лексикон…
«А»: Ты неправильно полагал!.. Но ты совершенно правильно сделал, что заострил на этом внимание! Все вещества в природе, с точки зрения электротехники и электроники делятся на три основные категории. А именно: ПРОВОДНИКИ, ДИЭЛЕКТРИКИ (иначе — ИЗОЛЯТОРЫ) и ПОЛУПРОВОДНИКИ. И, поверь мне на слово, мы к этому вопросу будем возвращаться еще не раз!
«Н»: Верю… И согласен подождать… Но ты ничего не сказал о том. по какой причине мы вправе были пририсовывать пунктирные стрелки к электронам на рисунке? А главное, почему они направлены СТРОГО В ОДНУ СТОРОНУ?
«А»: Верно сказано!.. Ну тогда, маэстро, позвольте предложить Вашему вниманию еще рисунок (рис. 1.3)?
«Н»: Отчего же… Извольте… Так, приехали… А это еще что за «Мистер Икс»?
«А»: Поскольку в школе ты еще не добрался до раздела «Электричество», я позволил себе «дополнить» наши научные рассуждения вот этим самым персонажем. Тем более, что это исключительно серьезный персонаж, несмотря на его улыбку.
«Н»: А в чем заключается его роль?
«А»: А именно в том, что «Мистер Икс» обеспечивает нам возможность, а значит и право, пририсовывать к электронам пунктирные стрелки. Иначе говоря, «Мистер Икс» является той СИЛОЙ, тем самым источником, которая ГЕНЕРИРУЕТ ТОК в проводнике! Не зря я пририсовал слева от него МИНУС, а справа ПЛЮС!
«Н»: А это принципиально?
«А»: Безусловно!.. Ты ведь, очевидно, слышал, что одноименные заряды взаимно отталкиваются, а разноименные — притягиваются! Поэтому направление результирующих составляющих средних скоростей электронов может быть таким, как представленно, только в том случае, если у «Мистера Икс» и ПЛЮС и МИНУС расположены именно так, как показано на рисунке! Поскольку, если их поменять местами, то…
«Н»: …Направление электрического тока изменится на противоположное!
«А»: Верно! И, кстати, Незнайкин, интересная вещь… Хаотические скорости электронов в кристалле, как мы выяснили, имеют порядок метров в секунду!
«Н»: Тогда получается, что упорядоченная составляющая соответствует всего лишь сантиметрам в секунду?
«А»: Именно так! ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, генерируемое «Мистером Икс», обеспечивает каждому электрону постоянную составляющую, имеющую величину не более единиц сантиметров в секунду даже при очень сильных электрических полях!
«Н»: Тогда я что-то не могу взять в толк… Получается, что скорость электрического тока всего десятки сантиметров в секунду?!..
«А»: Ну, дружище, на этот раз не только в яблочко, а вообще в мишень не попал! Иначе говоря — мимо цели! Да если бы дело обстояло так, то не имело бы человечество не только электронных чудес, но даже обыкновенной электрической лампочки! Поскольку ток шел бы к нам от электростанции недели, а то и месяцы! Не боись. Природа щедра! Действительно, избыточная составляющая скорости электронов, которую они приобретают при участии «Мистера Икс» — не более единиц сантиметров в секунду! Но вся штука заключается в том, что в различных участках проводника (проволоки) электроны начинают двигаться, практически, одновременно! Даже если эта проволока имеет длину сотни или тысячи километров! Электрическое поле сообщает вышеупомянутое приращение составляющей средней скорости каждому электрону ПОЧТИ ОДНОВРЕМЕННО!
«Н»: То есть с бесконечной скоростью?
«А»: Ну-ну, дружище, не так круто!.. Скорость распространения электрического поля в проводнике составляет величину порядка ДВУХСОТ ТЫСЯЧ КИЛОМЕТРОВ В СЕКУНДУ, что несколько меньше скорости света в вакууме! Вот почему на рисунке я изобразил толстой стрелкой НАПРАВЛЕНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ на все свободные электроны в кристалле.
«Н»: А тебе не кажется, что пора бы сорвать маску с «Мистера Икс»? Что он вообще из себя представляет? И как его настоящее имя?…
«А»: Иными словами, «Кто вы, доктор Зорге?» Ответ прост! «Я — Шаповалов Т.П.!»
«Н»: Ценю твой юмор! Но, видите ли?…
«А»: «… Достаточно, расстрелять, следующий…» Ладно, шутки в сторону!.. «Мистер Икс», Незнайкин, является ничем иным, как ИСТОЧНИКОМ ТОКА! Этот источник, как оказывается, способен сообщать, посредством генерации электрического поля, избыточную скорость свободным электронам. Двигаясь по ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ, эти электроны СПОСОБНЫ ВЫПОЛНЯТЬ НЕКОТОРУЮ РАБОТУ! Поскольку, ВНИМАНИЕ, абсолютная величина пунктирных стрелок находится в прямой зависимости от источника тока! Или, если угодно, от генератора электрического поля. Так вот, любой источник (или генератор) электрического поля характеризуется величиной ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ, которую он посредством генерируемого электрического поля сообщает перемещаемым по цепи электрическим зарядам.
«Н»: А что представляет собой электродвижущая сила? Чем она характеризуется?
«А»: Электродвижущая сила (или ЭДС) характеризуется единицей измерения, которая называется — ВОЛЬТ!
«Н»: Знаешь, я все это, лучше, запишу…
«А»: Запиши, это не помешает. Кроме того, наглядность — это сила! Кстати, запомни, что при перемещении электрического заряда в 1 КУЛОН, источник тока выполняет работу в 1 ДЖОУЛЬ. Но только в том случае, если этот источник обладает ЭДС в 1 ВОЛЬТ!
«Н»: А если его ЭДС, например, пять вольт?
«А»: Тогда выполненная работа соответствует ПЯТИ ДЖОУЛЯМ! Кстати, один джоуль — это работа по поднятию груза весом в 109 грамм на высоту в ОДИН МЕТР!
«Н»: Ты употребил еще такое выражение, как «электрическая цепь». Верно? Объясни, что это такое?
«А»: Смотри, Незнайкин и слушай… Источник тока, а им может быть, например, батарейка, аккумулятор, солнечный элемент и т. д., уже сам по себе, в силу внутренних, порой очень сложных электрических процессов, на своих внешних выводах (или электродах) имеет некоторую разность электрических состояний. А это и есть ЭДС! Но когда мы соединяем какой-либо проводящей системой эти электроды, по этой системе начинает протекать электрический ток. Так вот, эта внешняя, проводящая электрический ток, система именуется ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПЬЮ.
«Н»: Ты бы попроще! Я же тебе не Спец… Не отрывайся от земли.
«А»: Ладно, не бурчи… Соедини выводы батарейки лампочкой и вот тебе простейшая электрическая цепь! Ток идет, лампочка светит! Красота! Кстати, как ты думаешь, что будет характеризовать такая вот дробь:
ЭДС/Ток =?
«Н»: …Если не ошибаюсь, эта величина называется — СОПРОТИВЛЕНИЕ?
«А»: Ты не ошибаешься! Заодно, раз уж об этом зашел разговор, давай переходить на стандартную, международную систему электротехнических символов. В ней вышеприведенная формула запишется так:
U/I = R.
Здесь R — сопротивление, U — напряжение, I — ток.
Запомним еще, что:
1 вольт = 1000 милливольт = 1000000 микровольт (мкВ);
1 ампер = 1000 миллиампер = 1000000 микроампер (мкА);
1 Ом = 0,001 килоом = 0,000001 мегаома (МОм).
Или, что более привычно:
1 МОм = 1000 кОм = 1000000 Ом.
«Н»: А больше никакие единицы для токов, напряжений и сопротивлений не применяются?
«А»: Напротив, достаточно часто применяются. Да вот, например:
1 микроампер = 1000 наноампер (нА) = 1000000 пикоампер (пА);
1 гигаом (ГОм) = 1000 мегаом = 1000000 кОм = 1000000000 Ом;
1 киловольт (кВ) = 1000 вольт.
Полагаю, что вышеперечисленными единицами мы с тобой вполне обойдемся. Ну вот, а теперь прошу вопросы.
«Н»: Неужели вся электроника, по большому счету, базируется на применении закона Ома, как это мне приходилось слышать?
