ЧТО ТАКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ: ВНУТРЕННЯЯ И ВНЕШНЯЯ ЧАСТИ
Для того чтобы вырабатываемую источником электрическую энергию доставить потребителям и совершить полезную работу, создают замкнутую проводящую систему:
- Электрическая цепь — это совокупность соединённых проводниками источника тока, потребителей электрической энергии и управляющих устройств, обеспечивающая непрерывное протекание электрического тока.
Всякая электрическая цепь фундаментально разделяется на две взаимосвязанные части:
- Внутренняя цепь: сам источник электрического тока (гальванический элемент, аккумулятор или генератор). Внутри источника сторонние силы неэлектрической природы совершают работу по непрерывному разделению зарядов, создавая на полюсах источника избыток разноимённых зарядов и разность потенциалов.
- Внешняя цепь: все элементы и устройства, подключённые к зажимам источника тока снаружи. Во внешнюю цепь входят соединительные провода, коммутационные аппараты (ключи, выключатели) и потребители электроэнергии.
ПОТРЕБИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ (ЭЛЕКТРОПРИЁМНИКИ)
Потребителями (приёмниками) электроэнергии называют технические устройства, которые принимают поступающий электрический ток и преобразуют энергию электрического поля в другие полезные виды энергии:
- Световые (осветительные) приборы: лампы накаливания, светодиодные модули, люминесцентные и галогенные лампы превращают электрическую энергию в видимый свет.
- Электронагревательные приборы: нихромовые спирали электрочайников, утюгов, обогревателей, электроплит и промышленных печей преобразуют энергию тока во внутреннюю (тепловую) энергию.
- Электродвигатели: моторы вентиляторов, насосов, станков, электросамокатов, трамваев и электропоездов превращают электрическую энергию в механическую работу движения.
- Химические установки: электролитические ванны для рафинирования меди, выплавки алюминия и гальванического золочения преобразуют энергию электрического тока в энергию химических связей.
- Звуковые приборы: электрические звонки, динамики, зуммеры и сирены преобразуют ток в акустические колебания воздуха.
Доставка электрической энергии от источника к каждому потребителю осуществляется с помощью металлических соединительных проводов (обычно медных или алюминиевых), надёжно изолированных снаружи слоем резины или пластика.
УСЛОВИЕ ПРОТЕКАНИЯ ТОКА: ЗАМКНУТОСТЬ ЦЕПИ
Электрический ток представляет собой упорядоченное движение свободных зарядов. Свободные заряды могут двигаться только внутри проводников, поэтому на всём пути следования тока должны встречаться исключительно проводящие материалы:
- Главное фундаментальное условие: для протекания электрического тока цепь обязательно должна быть замкнутой.
Для безопасного управления работой потребителей — их включения и отключения от источника питания — применяют замыкающие и размыкающие устройства: рубильники, ключи, кнопки, клавишные выключатели и автоматические реле.
Что физически происходит при размыкании ключа?
При разведении контактов выключателя проводящий металлический контакт нарушается, и между контактами образуется слой воздуха. Воздух при комнатных условиях является диэлектриком (изолятором), в котором практически нет свободных носителей заряда. В результате разрыва проводящего контура электрическое поле внутри проводов мгновенно исчезает, и упорядоченное движение электронов немедленно прекращается по всей цепи одновременно — лампа гаснет, двигатель останавливается.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Современные электронные приборы и электрические сети содержат сотни и тысячи соединённых элементов. Описывать их взаимное расположение словами сложно и нерационально, поэтому в науке и технике используют чертежи:
- Электрическая схема — это графический чертёж, на котором составные элементы электрической цепи и способы их соединения изображены с помощью общепринятых стандартных условных знаков.
На электрических схемах соединительные провода показывают тонкими прямыми линиями. Основные элементы обозначают следующими стандартными символами:
- Гальванический элемент или аккумулятор: две параллельные линии (длинная тонкая черта обозначает положительный полюс «+», короткая утолщённая черта — отрицательный полюс «-»).
- Батарея гальванических элементов или аккумуляторов: чередующиеся пары длинных тонких и коротких толстых чёрточек.
- Ключ (выключатель): разомкнутый наклонный отрезок на линии провода.
- Электрическая лампа: окружность с перекрестием (крестом) внутри.
- Электрический звонок: куполообразная чашечка на подставке с двумя выводами.
- Резистор (проводник с определённым сопротивлением): вытянутый прямоугольник.
- Соединение проводов: жирная точка на перекрестии проводников (обозначает электрический контакт, спайку). Если пересекающиеся линии начерчены без точки, провода просто перекрещиваются в пространстве без электрического контакта.
Простейшая замкнутая электрическая схема включает в себя источник тока (батарейку), ключ, электрическую лампу и соединительные провода, образующие непрерывный проводящий контур.
📌 ШПАРГАЛКА К УСТНОМУ ОТВЕТУ У ДОСКИ
- Состав электрической цепи:
- Внутренняя цепь: источник тока (разделение зарядов работой сторонних сил);
- Внешняя цепь: соединительные провода, ключи/выключатели и потребители (нагрузка).
- Потребители электроэнергии: Приборы, преобразующие электрическую энергию в свет (лампы), тепло (нагреватели), механическую работу (электродвигатели) или химическую энергию (электролиз).
- Главное условие существования тока: Электрическая цепь должна быть замкнутой и состоять только из проводников.
- Размыкание ключа: Создаёт слой воздуха (диэлектрика) $\rightarrow$ исчезает электрическое поле $\rightarrow$ ток мгновенно прекращается по всей цепи.
- Условные знаки на схемах:
- Источник тока (батарейка): длинная тонкая («+») и короткая толстая («-») линии;
- Ключ: разомкнутый контакт;
- Лампа: кружок с крестиком;
- Резистор: прямоугольник;
- Звонок: колокольчик;
- Провода: прямые линии; контакт — точка на пересечении.