С. Рексин.
В предыдущей беседе мы установили следующее основное положение: если в каком-либо теле мы наблюдаем движение электронов, то такое явление мы называем электрическим током, а причину, вызывающую движение электронов, — электродвижущей силой (или сокращенно — эдс).
Тела, в которых течение электрического тока вызывается сравнительно легко, мы называем проводниками электрического тока. С точки зреная электронной теории проводники представляют из себя тела, в которых электроны свободно связаны в атомы, и потому, в случае приложения к таким телам эдс, их электроны сравнительно легко перемещаются из атома в атом.
К проводникам прежде всего относятся металлы, затем — растворы различных кислот и солей.
Непроводниками электрического тока, иначе изоляторами или диэлектриками, считаются тела, в которых появление электрического тока вызвать сравнительно трудно.
Полагают, что электроны в диэлектриках весьма прочно связаны в атомы, и потому электрический ток не может через них свободно протекать.
Можно представить себе диэлектрик в виде воображаемого пористого тела, состоящего из большого числа ячеек на подобие пчелиных сот. Подведенное к диэлектрику напряжение можно сравнить с давлением жидкости, которому подвержено такое пористое тело.
Если пористое тело пропускает жидкость, которая, в зависимости от большего или меньшего давления ее, просачивается сквозь его поры, то это явление равносильно тому, что диэлектрик пропускает через себя электрический ток.
В природе не существует вполне совершенных диэлектриков, — все тела в большей или меньшей степени обладают способностью проводить электрический ток. Идеальным диэлектриком являлась бы абсолютная пустота, если бы таковая существовала в действительности.
Обычно мы считаем диэлектриками тела, которые весьма плохо проводят электрический ток, так что практически можно принять, что они вовсе его не проводят. К диэлектрикам мы относим, например, воздух, фарфор, стекло, резину, слюду, парафин и т. д.
Введем теперь новое понятие, которое даст нам возможность оценивать явление электрического тока с количественной стороны. Это — понятие о силе электрического тока.
Под силой электрического тока следует понимать количество электричества или — что то же самое — количество электронов, которое протекает через данное поперечное сечение проводника за одну секунду.
Чем большее количество электронов пройдет за указанное время по проводнику, тем больше будет и сила тока.
Для количественной оценки того или иного явления природы обычно прибегают к различного рода измерениям. Произвести то или иное измерение — это значит сравнить измеряемую величину с определенной, условной единицей меры. Например, для измерения длины какого-либо тела пользуются единицей длины — метром, для измерения его веса пользуются единицей веса — граммом и т. д.
За единицу измерения силы тока принят ампер, это ток такой силы, который может выделить из раствора азотно-серебряной соли, разлагая ее, 1,1183 миллиграмма1) серебра за одну секунду.
Если сравнивать движение электронов в проводнике с течением жидкости по трубе, то легко заметить, что длина трубы, а также размеры ее внутреннего отверстия оказывают влияние на количество жидкости, протекающей по ней.
Так, например, за одно и то же время через длинную трубу при одном и том же давлении жидкости протечет меньшее количество жидкости, чем через более короткую. Точно так же и через тонкую трубу при равной длине протечет жидкости меньше, чем через более широкую.
Если стенки трубы, в зависимости от ее материала, имеют шероховатую, а не гладкую поверхность, то, естественно возникнет большее трение частиц жидкостей о стенки трубы, что также отразится на количестве протекающей по трубе жидкости.
Таким образом, как от размеров трубы (длины и толщины ее), так и от материала ее стенок зависит большее или меньшее "сопротивление", оказываемое трубой протекающей по ней жидкости.
Подобно этому проводники оказывают электрическое сопротивление протекающему по ним электрическому току. Электрическое сопротивление является характерным свойством для данного материала проводника и зависит как от его длины, так и от размеров его поперечного сечения.
Так, например, сопротивление двух кусков медной проволоки одинаковой толщины, но различной длины различно: сопротивление тем больше, чем длиннее проволока.
При одинаковой длине двух кусков проволоки более тонкая будет обладать большим сопротивлением, чем более толстая. Кусок железной проволоки имеет большее сопротивление, чем кусок медной тех же размеров.
Электрическое сопротивление измеряется в особых единицах сопротивления, называемых омами. Сопротивлением в один ом обладает столб ртути длиной в 106,3 сантиметра с поперечным сечением в один квадратный миллиметр при температуре в 0° С (Цельсия).
Условно омы обозначаются греческой буквой ω или Ω ("омега"). Для измерения очень больших сопротивлений употребляется более часто более крупная единица сопротивления, называемая мегом, равная одному миллиону ом; обозначается она через μΩ (греческими буквами "ми" и "омега").
Единица электродвижущей силы или напряжения, называемая, как известно уже читателю, вольтом, может быть определена, как такая эдс, которая в проводнике с сопротивлением в один ом может вызвать ток силой в один ампер.
Составим электрическую цепь из источника тока, напр., гальванического элемента, и куска никкелиновой проволоки, обладающего сопротивлением в один ом; включим также в эту цепь прибор, называемый амперметром, который позволяет отмечать силу протекающего через него тока, как изображено на черт. 1.
Черт. 1.
Кроме того, к концам включенного в цепь сопротивления присоединим еще другой прибор, называемый вольтметром. Вольтметр приключается к тем точкам цепи, между которыми желают измерить напряжение или эдс. Такое включение вольтметра, как на чертеже, называется параллельным, а включение амперметра — последовательным. Если в нашей цепи, обладающей сопротивлением в один ом (сопротивлением соединительных проводников и самого амперметра мы можем пренебречь, т. к. оно очень незначительно), через амперметр пройдет ток силой в один ампер, что укажет нам на шкале стрелка прибора, то вольтметр покажет напряжение в один вольт.
Если теперь, при том же элементе, вместо сопротивления в один ом, мы включим в цепь сопротивление в 2 ома (возьмем никкелиновую проволоку вдвое большей длины), то заметим, что сила тока в цепи уменьшится вдвое, — амперметр будет показывать 0,5 ампер. Показание вольтметра останется то же, т.-е. 1 вольт, так как эдс элемента осталась прежняя.
Таким образом, мы заключаем, что между силой тока, эдс и сопротивлением в нашей цепи существует какое-то определенное соотношение.
Это соотношение, известное под названием закона Ома, имеет очень важное значение в электротехнике, и словесно его можно выразить следующим образом: Сила тока, протекающего по проводнику, тем больше, чем больше приложенная к нему эдс, кроме того, сила тока тем больше, чем меньше сопротивление проводника. Иначе этот закон в математической форме выражается так: сила тока в амперах равна эдс в вольтах, деленной на сопротивление проводника в омах:
Как следствие отсюда, вытекает, что
Следуя принятым обозначениям, мы можеы обозначить силу тока латинской буквой I (русское "и"), эдс — буквой E (русское "э") и сопротивление — буквой R (русское "р") Тогда закон Ома в этих обозначениях напишется следующим образом:
Зная две величины из трех, входящих в написанные выше выражения, легко путем простых арифметических действий, деления или умножения, найти третью.
1) Миллиграмм — одна тысячная доля грамма.