Строеж на веществото. Електричество

[mnogoznaiko]

1. КАКВО Е ЕЛЕКТРОТЕХНИКА?

Електротехниката е наука за производството, пренасянето и разпределението на електрическата енергия и практическото й използване във всички области на човешката дейност, като например в промишлеността, селското стопанство, транспорта, съобщенията, бита и др.

2. КАКВО Е ЗНАЧЕНИЕТО НА ЕЛЕКТРИЧЕСКАТА ЕНЕРГИЯ ?

Електрическата енергия е най-ефективната форма на енергия. Тя се получава лесно от други форми енергия и обратно може също лесно да се преобразува в друг вид енергия, например в топлинна (електрически нагреватели), механична (електродвигатели) светлинна (електрически лампи), химична (при електролизата), електромагнитна (при радиото, телевизията) и др. Електрическата енергия може да се разпределя и пренася лесно и с малки загуби на големи разстояния.

Електрическата енергия освобождава човека от тежкия физически труд, повишава стандарта на живота му и спомага за развитието на стопанството в целия свят. С нейна помощ се осъществява комплексната механизация и автоматизация на производствените процеси и се създава нова прогресивна техника, например електронноизчислителни машини за решаване на сложни математически задачи и др.

3. КАКВО ЗНАЕТЕ ЗА ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО?

Не всички ние можем да обясним задълбочено същността на електричеството, но познаваме добре свойствата му. В практиката обаче не е необходимо да знаем точно какво е електричеството. За да си обясним електрическите явления, е достатъчно да си представим електричеството като подвижни заредени частици, които преминават през проводника, както водата протича по тръбопровод.

Когато казваме, че натърканата стъклена пръчка се зарежда с определено количество положително електричество (заряд), това означава, че тя се отнася по определен начин спрямо другите тела. Електричеството е причина за придобиване известни свойства на телата, така както топлината обуславя определено състояние на телата, което се характеризира с температурата им.

Техническият прогрес при производството и използването на електрическата енергия създаде възможност да се развие и допълни теорията, т. е. знанията и законите за електричеството.

4. КАКВО ОБЯСНЯВА ЕЛЕКТРОННАТА ТЕОРИЯ?

Електронната теория обяснява електрическите и магнитните явления в зависимост от строежа на веществото. Атомите на елементите са изградени от елементарни частици: електрони, протони и неутрони. Електронът има елементарен отрицателен електрически заряд, а протонът — положителен. Отрицателният заряд на телата се дължи на излишък, а положителният — на недостиг на електрони. Електронната теория обяснява почти всички известни електрически и магнитни явления въз основа на наличието и свойствата на електроните.

5. ОПИШЕТЕ СТРОЕЖА НА ВЕЩЕСТВОТО С АТОМНИЯ МОДЕЛ НА НИЛС БОР!

За да си обясним отчасти същността на електричеството, трябва да се запознаем с основните схващания за строежа на веществото. Всички електрически и магнитни явления потвърждават съществуването на материята. Веществото се състои от малки частици, наречени атоми. За съществуването им се убеждаваме от техните физични и химични свойства.

За да обясним строежа на веществото, ще си послужим с атомния модел на Бор от 1915 г. Атомите на химичните елементи се състоят от положително заредено ядро, около което се движат отрицателно заредени електрони, образуващи електронната обвивка на атома. Ядрото се състои от протони и неутрони.

Водородът Н като най-прост химичен елемент има атом Н, чието ядро съдържа само един протон (фиг. 1). Броят на протоните в ядрото характеризира атомния номер на елемента. Масата на протона е около 1840 пъти по-голяма, от масата на електрона. Неутронът има практически същата маса, както протонът Неутронът няма заряд, докато положителният заряд па протона, е равен по големина на отрицателния заряд на електрона.

Фиг. 1/2/3

Електронът е елементарна частица с най-малък отрицателен електрически заряд. Неутронът характеризира само масата на атома.

Химичните свойства на елемента зависят от броя на протоните в ядрото.

Съгласно електронната теория електронът обикаля около ядрото със сравнително голяма скорост (няколко хиляди километра за секунда), така че центробежната му сила се уравновесява със силата на привличане между него и протона.

Хелият He има атомен номер 2. Това означава, че атомът му се състои от два протона и два електрона, които са в електрическо равновесие. Атомът на хелия съдържа още и два неутрона (фиг. 2). Сумата от масите на протоните и неутроните на практика е равна на масата на атома на химичния елемент. Така масата на атома на хелия е 4 (два протона плюс два неутрона).

Атоми, които имат повече електронни слоя (орбитите, по които обикалят електроните), са например атомите на кислорода o (фиг. 3), на натрия Na и хлора (Cl) (фиг. 4). Както се вижда от фиг. 3, атомът на кислорода има ядро с 8 протона и 8 неутрона (т. е. масата на атома е 16) и два електронни слоя К и L с общо 8 електрона, колкото е и броят на протоните.

Ядрото на атома на натрия Na (фиг. 4) се състои от 11 протона (колкото са и електроните) и 12 неутрона, като по орбитите на електронния слой К обикалят два електрона, по слоя L — осем електрона, а по външния слой М — само един електрон. Ядрото на атома на хлора С1 (фиг. 4) съдържа 17 протона, колкото са и електроните. В слоя К се движат два електрона, в слоя L — осем електрона, а във външния слой — 7 електрона.

Фиг. 4/5

Освен основните градивни частици на атома съществуват и много други елементарни частици, например позитрони, мезони, неутрино и др. Трябва да се каже, че науката за строежа на материята не е окончателно завършена и подлежи на по-нататъшно развитие. Описаният атомен модел на Бор дава задоволителна представа за атомите, молекулите и изобщо за строежа на веществото. Орбитите, по които електроните се движат около ядрото, не лежат в една равнина, а представляват пространствени траектории (вж. фиг. 5).

Редактирано Декември 6, 2011 от mnogoznaiko

[mnogoznaiko]

6. КАКВА Е ЗАВИСИМОСТТА МЕЖДУ СТРОЕЖА НА ВЕЩЕСТВОТО И ЕЛЕКТРИЧЕСТВОТО ?

За да се разбере електрическото състояние на веществата, т. е. възникването на електрическото и магнитното поле, са необходими известни кратки познания за строежа на веществото, в случая на атома. Неутроните, които са без електрически заряд, изграждат ядрото на атома и характеризират само масата му. Протоните имат положителен електрически заряд и се отблъскват помежду си. Протоните и неутроните са свързани взаимно под действието на извънредно големи неелектрически ядрени сили, които могат да се унищожат само когато се разруши ядрото на атома.

В нормално състояние всеки атом има еднакъв брой протони и електрони. Между положително заредените протони (в ядрото) и отрицателно заредените електрони (в електронните слоеве) дей-ствуват електрически сили на привличане. Тгзи сили се уравно-весяват с центробежните сили на обикалящите електрони. Отнемането или прибавянето на електрони от външния електронен слой на атома води до наелектризирането му.

Например преминаването на електрон от външния слой на атома на натрия към външния електронен слой rta атома на хлора принуждава образувалият се положителен йон на натрия (атом без един електрон) да се привлича от отрицателен йон на хлора (атом с един допълнителен електрон). Това електрическо свързване на атомите на Na и С1 обуславя образуването на молекулата на натриевия хлорид NaCl (фиг. 4).

7. КОИ ЕЛЕКТРОНИ СЕ НАРИЧАТ СВОБОДНИ ?

Във външния електронен слой на атома има един или най-много 8 електрона. Да приемем, че броят на електроните от външния слой, които може да се освободят под действието на електрическото поле, е от 1 до 3. Тъй като тези електрони са най-отда-лечени от ядрото на атома, те са свързани по-слабо с него. Това важи особено за металите: мед, алуминий и др. Електроните, които се освобождават леко от притегателната сила на ядрото, се наричат свободни електрони.

8. КАКВА Е РАЗЛИКАТА МЕЖДУ ЕЛЕКТРОННИЯ И ЕЛЕКТРИЧЕСКИЯ ТОК ?

Под действието на електрическо поле свободните електрони започват да се движат в определена посока, т. е. протича електронен ток. Свободните електрони преминават през цялото сечение на проводника (фиг. 6), подобно както водата тече през тръбопровода. Посоката на насоченото движение на свободните електрони или посоката на електронния ток в проводника е от полюс минус към полюс плюс на електрическия източник (например батерията). На практика за посока на електрическия ток се приема обратната посока (от полюс плюс към полюс минус на източника).

Фиг. 6

9. ОБЯСНЕТЕ ОБРАЗУВАНЕТО НА ПОЛОЖИТЕЛНИ И ОТРИЦАТЕЛНИ ЙОНИ В ТВЪРДИТЕ ВЕЩЕСТВА !

Да разгледаме атома на натрия, който във външния си електронен слой има само един електрон (фиг. 4). Ако този свободен електрон излезе от сферата на привличане на ядрото и се освободи, ще се наруши електрическото равновесие на атома. От него ще липсва един електрон и той ще се наелектризира, т. е. ще притежава елементарен положителен заряд, тъй като в случая протоните са с един повече от електроните в слоевете (11 протона и само Ю електрона). Такъв атом се нарича положителен йон.

Атомите на елементи, които на външния си електронен слой имат повече от четири електрона, приемат свободни електрони (например хлорът — вж. фиг. 4). По този начин в атома се получава излишък от електрони и той се наелектризира отрицателно, т. е. превръща се в отрицателен йон.

В заключение трябва да се каже, че йоните са заредени атоми или група от атоми, които се характеризират с излишък или недостиг на електрони.

10. КАКВО ЗНАЕТЕ ЗА ОБРАЗУВАНЕТО НА ПОЛОЖИТЕЛНИ И ОТРИЦАТЕЛНИ ЙОНИ В РАЗТВОРИТЕ НА СОЛИ ?

Положителните или отрицателните йони се образуват в някои проводими разтвори при разпадане (дисоциация) на молекулите на соли, киселини или основи. Тези йони може да се движат

свободно в разтворите и пренасят електрически заряд. Ако движението им е предизвикано от действието на електрическо поле, тогава в разтвора протича електрически ток (например при електролизата). От разпадането (дисоциацията) на молекулите във водния разтвор на готварска сол (NaCl) се образуват положителни йони на натрия Na и отрицателни йони на хлора Cl (фиг. 7). Ако в съда с разтвора потопим два електрода, към които се подава постоянно напрежение, йоните ще започнат да се движат, като положителните йони на натрия Na се привличат от отрицателния електрод, а отрицателните йони а хлора Cl- от положителния електрод.

Фиг. 7

11. КАКВА Е РАЗЛИКАТА МЕЖДУ ЙОНИТЕ НА ТВЪРДИТЕ ВЕЩЕСТВА И НА РАЗТВОРИТЕ ?

Положителните и отрицателните йони, които се образуват в твърдите вещества, не могат да се движат произволно. Тези йони са свързани помежду си и образуват йонната решетка на веществото. В случая йоните само трептят около постоянните си положения в пространствената решетка и не участвуват при протичането на електрическия ток.

Йоните, които се образуват в разтворите на соли, киселини или основи, започват да се движат, когато в разтвора се поставят електроди, които са свързани към източник с постоянно напрежение. Така например положителният електрод (който има недостиг на електрони) привлича отрицателните йони (с излишгк от електрони) и обратно — отрицателният електрод привлича положителните йони.

12. КОГА ВЪЗНИКВА ЕЛЕКТРИЧЕСКИЯТ ТОК ?

Свободните електрони и свободните йони носят електрически заряди. Електрическият ток възниква, когато в една посока се движат или свободни електрони (при проводниците), или свободни йони (при електролитите), и то под въздействието на външни причини (например електрическото поле от източник на електрическа енергия).

13. КАКВО ПРЕДСТАВЛЯВАТ ПРОВОДНИЦИТЕ, ДИЕЛЕКТРИЦИТЕ (ИЗОЛАТОРИТЕ) И ПОЛУПРОВОДНИЦИТЕ ?

Проводниците са вещества, съдържащи свободни заредени частици, които под действието на външно електрическо поле могат да се придвижват в една или в друга посока.

Проводниците се подразделят на:

а) проводници с електронна проводимост, в които електрическият ток се обуславя от насоченото движение на свободни електрони;

б) проводници с йонна проводимост, в които електрическият ток се дължи на протичането на положителни и отрицателни йони.

Към първата група принадлежат металите. При протичане на електрически ток в тях не настъпват химически промени. Към втората група се отнасят електролитите и някои разтопени соли, в които протичането на електрическия ток е съпроводено с химични промени (електролизата).

Диелектриците (изолаторите) са вещества, в които практически липсват свободни заредени частици (електрони, йони). В тях не се създават условия за протичане на електрически ток. Такива вещества са: стъклото, слюдата, гумата, хартията, трансформаторното масто и др. Идеален диелектрик е вакуумът, тъй като в него няма никакви веществени частици.

Полупроводниците са особена група вещества, при които проводимостта може да се променя в широки граници под действието на външни причини. Те са съединения на различни елементи, особено на въглерод и силиций, различни смеси на неорганични и органични вещества, например селен, силиций, германий и др., които намират юлямо приложение в електрониката.

Проводимостта, респективно съпротивлението на телата, зависят от физичните условия, например от температурата, налягането, агрегатното състояние и др.

Редактирано Декември 6, 2011 от mnogoznaiko

[fantom4e]

+1,

Много добре написано, ако говориме за ниво гимназия

Професионално - има неточности, грешки и липси