Рубрика: Теория


Ампер — единица электрического тока, получившая название по имени основателя электродинамики А.-М. Ампера, принята на парижском I Международном конгрессе электриков в 1881 г.

В современной редакции ампер — это сила постоянного тока, который, приходя по двум параллельным прямолинейным проводам бесконечной длины и ничтожно малого сечения, рас­положенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вы­зывал бы между ними силу взаимодействия, равную 2 ? 10″ 7 Н на каждый метр длины.

Реальные эталоны силы тока создают­ся по принципу измерения силы притяжения двух стандарт­ных катушек с помощью специальных токовых весов.

I=U/R

Вольт (обозначение: ВV) — единица измерения электрического напряжения в системе СИ.

Вольт — единица электрического напряжения, разности электрических потенциалов, электродвижущей силы получила наименование в честь А. Вольты в 1881 г. на I Международном конгрессе электриков. Тогда же были приняты единицы силы тока и сопротивления, т. е. ампер и ом.

По определению вольт — электрическое напряжение на участ­ке электрической цепи с постоянным током силой 1 А, в ко­тором затрачивается мощность 1 Вт.

Вольт определён как разница потенциалов на концах проводника, рассеивающего мощность в один ватт при силе тока через этот проводник в один ампер. Отсюда, базируясь на единицахСИ, получим м? · кг · с-3 · A-1, что эквивалентно джоулю энергии на кулон заряда, J/C.

\mbox{V} = \dfrac{\mbox{W}}{\mbox{A}} = \dfrac{\mbox{J}}{\mbox{C}} = \dfrac{\mbox{m}^2 \cdot \mbox{kg}}{\mbox{s}^{3} \cdot \mbox{A}}

Попытки первых серьезных исследований в области элект­ричества предпринял английский врач и физик Уильям Гиль­берт (1544— 1603). Он впервые ввел термин «электричество», установил возможность электризации ряда других материа­лов, кроме янтаря. Позднее еще несколько исследователей пы­тались использовать электростатические заряды для электро­лечения, но успеха не имели.

Следующий крупный шаг на пути изучения электричества сделал итальянец Луиджи Гальвани (1737—1798). Он учился в Болонском университете, занимался богословием, физиоло­гией, заведовал кафедрой практической анатомии и гинеколо­гии. С целью отыскания средств для лечения нервов и мышц Гальвани длительное время изучал влияние статического электричества на живую ткань. По результатам работ в 1791 г. был опубликован «Трактат о силах электричества при мышеч­ном сокращении». Автор не претендовал на ценность резуль­татов в силу своей некомпетентности и предлагал ознакомить­ся с проделанной работой всех желающих, «которыеобычно на­ходят удовольствие в познании начала и сути вещей, заклю­чающих в себе нечто новое». Скромное заключение!

Не вдаваясь в подробности более чем десятилетних опытов настойчивого исследователя, следует обратить внимание на достигнутые результаты. Сначала Гальвани удалось создать чувствительный «прибор», реагирующий на статическое элект­ричество. Им оказалась свежепрепарированная лапка лягуш­ки — ее мышцы резко сокращались, когда к бедренному нер­ву подключали электростатическую машину. Такая же реак­ция отмечалась, когда к нерву и лапке прикасались двумя соединенными между собой разнородными металлическими проводниками. И, наконец, лапка дергалась во время грозо­вых разрядов, если одна из ее оконечностей была заземлена, а к нерву прикасался длинный провод.

Последний эффект особого внимания исследователя не привлек, а зря. Непроизвольно был создан первый биологи­ческий приемник электромагнитных излучений. Только через 100 лет в 1894 г. английский физик Оливер Лодж применил для регистрации электромагнитных волн когерер, который позднее использовал А. С. Попов при создании первого в мире радиоприемника.

Вздрагивание лапки лягушки при присоединении к ней раз­нородных металлических проводников Гальвани объяснил прохождением тока через проводник за счет электричества, находящегося в самой лапке, которое он называл «животным электричеством». Объяснение, довольно туманное для пони­мания даже в наше время (хотя о биоэлектричестве сейчас хорошо известно), вызвало бурю негодования соотечествен­ника исследователя Алессандро Вольты, который объявил Гальвани шарлатаном. Разразился, что называется, хороший скандал. В конце концов Гальвани удалось добиться гораздо менее заметного сокращения мышц без применения металли­ческих предметов путем соприкосновения бедренного нерва лягушки с самой мышцей. Так было доказано существование биоэлектричества, хотя оно и не было признано.

Только с пятидесятых годов текущего века начали приме­няться приборы для регистрации функций мозга (электро­энцефалографы) , сердца (кардиографы) и других органов. Несколько позже появились различные электрические стиму­ляторы деятельности пораженных болезнью органов. Сейчас на повестке дня стоит вопрос о массовом применении электро­стимуляторов. Например, полагают, что медикам придется вживлять около 200 стимуляторов деятельности сердца на миллион жителей.

Вторым источником электричества, с которым пришлось столкнуться человеку, были рыбы. Сейчас известно, что из 20 тыс. известных видов рыб около 300 обладают электроге-незом, т. е. свойством генерировать электричество в живых тканях. Они большей частью обитают в реках и океанах тро­пического пояса Земли. Электрический угорь способен созда­вать напряжение до 1200 В и ток до 1,2 А. Электрические сомы и американские звездочеты генерируют напряжение до 40 … 60 В и ток до 50 … 60 А. Электрический скат, даже при слабом движении в воде, создает напряжение более 400 В*. Мощные разряды крупных особей электрических рыб губи­тельны для животных средних размеров и представляют боль­шую опасность для человека. Необходимо отметить, что и размеры этих рыбок довольно впечатляющи. Скаты, напри­мер, достигают длины 1,8 м при массе до 90 кг, а угри — 2м при массе до 20 кг.

Некоторые из «сильноэлектрических» рыб являются дели­катесными. Хитроумные жители бассейна Амозонки ориги­нально решили проблему техники безопасности. Сначала в реку загонялось стадо коров, которые тут же с ревом вылета­ли обратно, а затем «разряженные» рыбы отлавливались под­ручными средствами.

До нас дошли сведения, что древние греки и древние рим­ляне успешно занимались современным способом лечения — электротерапией. Электрический скат или угорь вместе с па­циентом помещались в бочку с водой. Надо полагать, эффект был потрясающей!

Говоря о знакомстве человека с электричеством, многие авторы утверждают, что электризация янтаря (древнегречес­кое название янтаря — электрон) была известна в V в. до но­вой эры ученикам грека Фалеса Милетского, который счита­ется основателем античной и вообще европейской филосо­фии и науки. Приведенное утверждение, конечно, далеко от истины. Правильнее было бы сказать: тогда греки научились создавать электрические заряды. История знакомства челове­ка с электричеством насчитывает многие тысячелетия. Все на­чалось с атмосферного электричества — линейной и шаровой молний. Последняя, правда, наблюдается довольно редко. Молнии приносили много бед, но они стали практически единст­венным источником огня для наших далеких предков. Первое жаркое, первые печеные овощи, жареные плоды и орехи они несомненно отведали в сгоревших лесах и кустарниках. Труд и огонь создали человека. На заре существования человечес­кого общества задача сохранения огня была равносильна за­даче сохранения жизни. Таким образом, можно считать, что электричество в определенном смысле «виновато» в появле­нии человека на Земле.

Наиболее благоприятные условия для образования грозо­вых туч создаются на побережьях экваториальных стран. Как раз в этих местах и обнаружены наиболее древние признаки обитания человека. Самое грозовое место на земном шаре — остров Ява. Там молнии сверкают 300 дней в году.

Заряд, накопленный облаком, обычно не превышает 50 Кл, напряжение может достигать сотен миллионов вольт, ток в канале ствола молнии составляет десятки и сотни тысяч ампер, а время разряда — микросекунды. Энергия, накопленная в облаке, достаточно мала. Ее может хватить только на обеспече­ние работы современного телевизора в течение минуты. Одна­ко очень мало и время разряда. Поэтому мощность разряда достигает десятков миллионов киловатт. Температура в кана­ле молнии достигает 30 000° С. Таков «портрет» первой «за­жигалки» наших предков.

Измерение температуры тройной точки воды — задача тех­нически доволно сложная. Поэтому в качестве репера она бы­ла утверждена только в 1954 г. на X Генеральной конферен­ции по мерам и весам. Единица измерения температуры полу­чила название «градус Кельвина», а затем переименована в кельвин на XIII конференции (1967). (..далее)

Многие детали устройств: усилительные приборы, резисто­ры, трансформаторы и т. д., сами являются тепловыделяющи­ми. Сложился порочный круг. Параметры всех деталей и при­боров меняются, но аппаратура должна работать. Ответ извес­тен: нужно вводить строгую регламентацию на условия экс­плуатации изделий. В технических данных для каждого изде­лия обязательно оговаривается допустимая температура окру­жающей среды. Общее представление о допустимой темпера­туре окружающей среды для элементной базы радиоэлектрон­ной аппаратуры широкого применения можно составить из таблицы.

Элемент t °С

МИН’ ^

‘ макс ,°с
Резистор -60 +125 .. . 155
Конденсатор -10…60 +60.. . 150
Кинескоп -60 +70. . .85
Электронная лампа -60 +100. . . 125
Транзистор -40… 60 +70 .. . 125
Трансформатор -60 +70 .. .85
Переключатель -5 … 60 +60.. .85

(..далее)

Рабочий температурный диапазон электронной аппаратуры значительно шире. Есть приборы, работоспособность которых обеспечивается при их охлаждении жидким азотом или гелием (соответственно температуры кипения —195,8 и —268,93° С). Максимально допустимая температура для большинства дета­лей обычно не превышает 150° С. Появились новые термо­метры: газовые, акустические, магнитные, термоэлектричес­кие и др. Принцип их работы основан на использовании изме­нения физических свойств датчиков в процессе их нагревания или охлаждения.

Аппаратура электросвязи или любая другая электронная аппаратура собирается из многих десятков, сотен и даже ты­сяч так называемых комплектующих изделий или, проще, де­талей. Комплектующие изделия изготовляются из нескольких разных материалов с применением различных технологичес­ких приемов. Короче говоря, не будучи включенными в схе­му, они представляют собой более или менее сложные конст­рукции.

При изменении температуры отдельные части деталей де­формируются по-разному. Усилия при этом возникают боль­шие. Известно, например, что в сильные холода лопались же­лезнодорожные рельсы. Поэтому нарушение электрических контактов, растрескивание защитных покрытий, застывание или вытекание смазки между подвижными деталями — впол­не реальные дефекты. В зависимости от типа проводников их сопротивление соответственно увеличивается или уменьшает­ся, меняются физические характеристики диэлектриков и полупроводников. Из-за растрескивания соединительных швов между частями защитных покрытий и в местах вывода токоведущих проводников нарушается герметичность изде­лий. Создается возможность попадания внутрь влаги и агрес­сивных соединений. Даже при выпадении росы или «отпотева­нии» изделий их параметры заметно меняются. Приведем кон­кретные примеры, которые всегда вызывают больше доверия.

Значительная часть электронной аппаратуры (измеритель­ные приборы, микрокалькуляторы, радиоприемники, приемо­передающие станции и т. д.) питается от встроенных источни­ков питания. Гальванические элементы и аккумуляторы в зависимости от типа работоспособны в диапазоне от — (20 . . . . . . 40) до + (40 . . . 50) ° С, причем у нижней границы диапазо­на они почти неработоспособны.

Только в конце XVII в. стало ясно, что термометр можно сделать на основе использования свойства газов и жидкостей расширяться при повышении температуры. Осталось выбрать оптимальную конструкцию прибора, рабочее вещество и пра­вильно проградуировать его шкалу. В предложениях недостат­ка не было. Поэтому кратко остановимся лишь на тех, кото­рые привели к успеху. (..далее)

Градус в переводе с латинского означает шаг, ступень. Гра­дус — самая распространенная единица измерений. В градусах измеряются температура, плоские углы, географические ко­ординаты, цветовая температура нагретых или светящихся тел. Совсем недавно в градусах измерялась концентрация раст­воров, вязкость жидкостей и т. д.

Все единицы, указанные выше, более или менее часто ис­пользуются специалистами, работающими в различных облас­тях электросвязи. Однако, например, телефонист никогда не измеряет цветовую температуру, а проектировщику студий­ной телевизионной аппаратуры вряд ли потребуется измерять географические координаты. Зато температура волнует всех без исключения. Ежедневно нас интересует температура воз­духа, иногда по необходимости приходится измерять темпера­туру собственного тела и, конечно, у всех проявляется про­фессиональный интерес к температурному режиму работы ап­паратуры или сооружений. Как известно, температурой харак­теризуется тепловое состояние достаточно больших тел, сис­тем или, иначе говоря, термодинамическое состояние макро­скопических тел, которые условно отделены от окружающей среды и обладают постоянными физическими параметрами. (..далее)