Електрически ток

Токовете в земята, в атмосферата или в нажежените газове на слънцето текат хаотично по кривуличещи пътища, заемат широко пространство, протичат в различни страни и разпиляват своята енергия. А човекът създаде управляеми електрически токове, които се движат по дълги и тесни метални проводници, прокарани в определена посока. Хората превърнаха „дивото“ природно електричество в „културно“, техническо.

Електрическите проводници са пътища или канали на тока, по които се предава и пренася потокът електроенергия. Голяма роля в развитието на електротехниката са изиграли материалите, добре пропущащи тока – проводниците на електричеството. Такива се оказаха преди всичко металите. Простият на глед метален електрически проводник е едно от най-великите изобретения на човешкия гений. Той е изиграл грамадна и неоценима роля в развитието на електротехниката и в техниката въобще. Нали именно той е най-добрият проводящ път на електрическия ток. Благодарение на него е създаден управляемият електрически ток, който използуваме в техниката.

От дълбока древност е стигнало до нас умението да се прави метална жица. Преди хиляда години (Х в.) са знаели да я изтеглят през оченце – дупчица в дъската за изтегляне. Жицата дълго е служила само за механически цели. Ценели са само здравината и. Преди 300 години, когато започнало изучаването на електрическите явления, металната жица показала ново забележително свойство – проводимост на електрически заряди. Така в човешките ръце жицата станала проводник. Оказало се, че между металите с особено добра проводимост се отличават медта и алуминият (като се изключат благородните метали). Проводниците се правят от много чиста мед – до 99,93%, защото примесите увеличават съпротивлението на тока. Алуминият е по-лош проводник. Затова проводниците от алуминий се правят по-дебели от медните (при еднаква големина на тока).

Впрочем кой от тези проводници ще бъде по-тежък: медният или алуминиевият?
Защото и това е от значение при опъването на въздушните линии. Да решим една малка задачка. Относителното съпротивление на медта е 0,017, а на алуминия 0,029. Значи алуминият е 1,7 пъти по-лош проводник от медта и затова проводникът трябва да се направи толкова пъти по-дебел. Относителното тегло на медта е 8,9 грама на квадратен сантимерът; на алуминия само 2,7 грама на квадратен сантимерът – 3,3 пъти по-малко. Значи алуминиевият проводник независимо от голямата си дебелина все пак ще бъде 3,3 / 2,7 – почти 2 пъти по-лек от медния.

В какво се състоят особените електрически свойства на металите и какво става в проводниците, когато по тях тече ток?
За да разберем това, ще трябва още по-внимателно да се вгледаме в света на най-мъничките частици на веществото – атомите. Те са нищожно малки – диаметърът на атома е равен на една десетмилионна част от милиметъра. На един сантиметър дължина, колкото е нокътът на кутрето, могат да се наредят 100 милиона атома. Електроните са многократно по-малки от атомите. Да си представим, че имаме свръхсилен микроскоп, който увеличава милиони пъти и погледнем какво е най-дребното строене на металите. Ние ще научим, че електроните, които са най-отдалечени от ядрото, са по-слабо свързани с него и сравнително лесно могат да се откъснат. Това позволява в металите да се образуват много отделни свободни електрони, които хаотично се движат между остатъците от атомите. Ние ще видим също, че металите имат кристален строеж – техните атоми или заредените атомни частици (йони) са разположени във вид на правилна кристална решетка. Между тях на всички страни се движат свободни електрони, подобно на някакъв „електронен газ“. Така е, когато в металния проводник не тече ток.

Когато в двата края на проводника е подадено електрическо напрежение, се появява електродвижеща сила. Създал я е източникът на тока – генератарът на електроцентралата, към чиито полюси са включени краищата на веригата. От действието на напрежението възниква ново движение на свободни електрони надлъж по проводника. Така се появява токът. Наистина това движение на електроните в металния проводник е сложно – те, както и преди, безредно се мятат на всички страни между атомите на кристалната решетка, но към това се прибавя и едно по-организирано движение надлъж по проводника.

С каква скорост се предава по проводника електрическият ток?
На този въпрос не е така просто да се отговори. Токът се разпространява с извънредно голяма скорост – с такава, с каквато се движи светлината, т.е. 300 хиляди км в секунда. От Луната до Земята (385 хил. км) светлината идва приблизително за секунда и четвърт; от Слънцето до Земята (около – 150 милиона км) – за 8 минути и 18 секунди. Значи, ако сеопъне проводник от Земята до Луната и се включи ток от Земята, то той би стигнал до Луната след секунда и четвърт. Лампичката, включена на този проводник, би се запалила на 300 хил. км разстояние само след секунда. За нашите „земни“ разстояния токът се разпространява практически мигновено. Но това съвсем не значи, че самите електрони се движат по проводника с такава скорост. Тяхната скорост е несравнимо ло-малка. С огромна скорост се разпространява по дължината на проводника електрическото силово поле – действието на електродвижещата сила. След секунда тя привежда в движение електроните на разстояние 300 хил. км. Но това съвсем не сa тези електрони, които преди секунда са били приведени в движение в началото на проводника.

Даже в безвъздушното пространство, където електроните летят бързо, без да срещат някакво съпротивление, например в радиолампите, при напрежение 250V в тяхната скорост достига не повече от около 9000 км в секунда. Когато електроните преминават през металните проводници, те през цялото време се сблъскват с атомите и един с друг, отскачат встрани, движат се ту в една, ту в друга посока и често даже назад. И това много забавя движението им. Наистина, ако се приложи електродвижеща сила, тя постепенно „избутва “ електроните надлъж по проводника. Но даже при много голямо напрежение до 1V на всеки сантиметър дължина на проводника (или 100 000 V на километър) скоростта на електроните надлъж по проводника достига едва около 10 см в секунда. При напрежението на нашата осветлителна мрежа тази скорост е равна на 1 – 3 мм в секунда или около 10 м в час. Ако скоростта на разпространението на електроните и на тока беше еднаква, би трябвало да се чакат 10 години, докато токът от новата ВЕЦ .Куйбишев“ дойде до Москва. А електрическата лампа би светвала половин час след като завъртим ключа.

И това би било така само в случай, че употребяваме прав ток. Но в техниката по-често се използува променливият ток, който 100 пъти в секунда променя своята посока (има 50-60 периода в секунда, 50-60 Hz). При. такъв ток електроните въобще не се разпространяват по дължината на проводника. За всеки период 1/50 сек. те само трептят напред-назад от своето средно положение в проводника. Металният проводник е изиграл изключително важна роля в развитието на електротехниката. Но, за да се прокара добър път за тока, не са достатъчни само добри проводници. Необходими са още и такива материали, които са лоши проводници. Те се наричат изолатори. Работата е там, че линиите трябва да бъдат добре изолирани от всички окръжаващи ги предмети: земята, водата, металните и други вещи, които са добри проводници на тока, а също и от хората. От неизолираните проводници електричеството може лесно да протече по окръжаващите ги предмети и да отиде в земята. Така би се губила скъпоценната енергия. А за човешкия организъм токът представлява голяма опасност. Ето защо електрическите проводници се изолират старателно. Покриват ги с гума, лак, копринени и други нишки, отделят ги от стените и стълбовете с порцеланови изолатори. Колкото е по-високо напрежението, толкова по-здрава и сигурна трябва да бъде изолацията. Изолацията трябва да има тъй наречената електрическа здравина, инак електрическият заряд може да я пробие.

Развитието на електротехниката наложило да се изучават електрическите свойства на различните вещества в две противоположни направления – способността им да пропущат тока или да го изолират. От цялото многообразие на природните вещества електротехниците отделили две групи, които им са нужни – добри проводници и добри изолатори. Тези материали станали неразделни съюзници и само благодарение на тяхното тясно единство е създадена окръжаващата ни мрежа от канали на електрическия ток. По-късно ще научим, че в съвременната електротехника придобиха огромно значение и други материали с междинни свойства – полупроводниците. Но да не изпреварваме. В обикновеното си състояние въздухът е добър изолатор. Затова правят въздушните проводници голи, без изолиращо покритие. Но погледнете колко грижливо са изолирани те от своите метални опори, през които токът би могъл да намери добър път към земята. Проводниците на линиите за високо напрежение са закачени на големи порцеланови изолатори. Вгледайте се как остроумно е направен всеки от тях. На повърхността му може да се наслои прах и когато той се намокри от дъжда, да се получи добър път за изтичане на тока. При много високо напрежение електрическата дъга би могла да премине покрай изолатора. За да се удължи и затрудни пътят за изтичане на тока, изолатори те се правят във форма на камбана или с няколко спускащи се една над друга порцеланови „полички“, в гънките между „поличките“ под изолатора не може да проникне дъждовната вода и там не се образува проводим слой от рядка кал. Колкото е по-високо напрежението в линията, толкова повече са изолаторите, на които са закачени проводниците.

При запитване напишете телефон за по- бърза връзка в Вас и уточняване на подробности. Предлагаме безплатен оглед и представяне на оферта с актуални цени на материали и труд. Огледа и представянето на оферта не Ви ангажира с поръчка на стоки и услуги. При ангажиране за по голям обем работа сключваме договор с подробно описание на дейностите и цените за услугите и материалните който желаете. Издаваме фактури за доставените материали, извършените монтажи и ремонти, както и гараниционни карти за всички продукти.