Основные сведения об электрической энергии и электрическом токе, необходимые для понимания работы электрооборудования мотоцикла, проводники и изоляторы

Мотоцикл М1А «Москва». Автор фото Andshel, CC BY-SA 4.0, через Викисклад.

Электричество представляет собой одну из форм энергии, которая существует в природе подобно тепловой, химической, механической.

Электрическая энергия выгодно отличается от других форм энергии тем, что ее можно передавать на большие расстояния по проводам в виде электрического тока со скоростью 300 000 км/сек.

Получение электрического тока и использование его в приборах электрооборудования непосредственно связано со строением веществ.

Все тела в природе состоят из мельчайших частичек, которые называются атомами. В свою очередь несколько атомов, соединяясь вместе, образуют более крупную частицу вещества — молекулу.

Однако и атом не является единой частицей; он состоит из атомного ядра (рис. 1), окруженного электронами, число которых различно. Например, самый простой из атомов — атом водорода состоит из одного электрона, а в атоме урана 92 электрона.

Рис. 1. Схема атома.

Электрон — это наименьшее количество отрицательного электричества. Заряд ядра атома определяется частицами, заряженными, положительным электричеством, — протонами, более тяжелыми, чем электроны. Помимо протонов, в ядре атома находятся частицы, вовсе не заряженные электричеством, — нейтроны.

Внутри атома между электронами и атомным ядром взаимодействуют электрические заряды.

По закону электротехники одноименные электрические заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются, поэтому ядро атома, заряженное положительно, притягивает электроны, имеющие отрицательный заряд.

В целом, сумма зарядов электронов равна заряду ядра, поэтому заряды внутри атома уравновешиваются или нейтрализуются, а сам атом гряда не имеет, т.е. в электрическом отношении он нейтрален.

Однако если в одном физическом теле при определенных условиях получается избыток электронов, а в другом их недостаток, то при соединении этих тел металлическим проводником начинается движение электронов по проводнику, которое и называют электрическим током (рис. 2).

Рис. 2. Схема движения свободных электронов по проводнику под влиянием электрического поля.

В зависимости от степени связанности электронов с ядром атома одни физические тела создают путь электрическому току, другие, наоборот, преграждают ему путь. Первые называются проводниками, вторые — изоляторами, или диэлектриками.

В качестве проводников в системе электрооборудования мотоциклов применяются металлы и уголь, в качестве изоляторов — фарфор, слюда, резина, пластмассы и пр.

Получение электрического тока и единицы его измерения

Простейший способ получения электричества — это электризация тел путем трения. Если потереть эбонитовую палочку или кусочек янтаря шерстяной тканью, то в результате соприкосновения часть электронов перейдет с шерсти на палочку, т.е. палочка получит отрицательный заряд. В другом случае стеклянная палочка при трении о шелк заряжается положительно.

Если заряженные электричеством тела соединить изолятором, ничего не изменится и заряды сохранятся, но если соединить их куском металла или металлической проволокой, электроны устремятся с тела, заряженного отрицательно, к телу, заряженному положительно, возникнет электрический ток, т. е. поток электронов, который будет продолжаться до тех пор, пока не наступит равновесие зарядов. Путь тока по проводнику называется электрической цепью.

Если поток электронов перемещается по цепи все время в одном направлении, то такой ток называют постоянным. Он получается, например, от источников тока мотоциклетного электрооборудования — генераторов постоянного тока и аккумуляторов.

В некоторых системах электрооборудования для освещения и зажигания применяется переменный ток, вырабатываемый в магдино (магнето-динамо).

Переменный ток представляет собой такой же поток электронов, но направление его меняется много раз в секунду.

Электрический ток характеризуется следующими понятиями и величинами: электродвижущей силой (ЭДС), напряжением, величиной тока и сопротивлением. Причина, вызывающая перемещение электрического заряда по всей цепи, называется электродвижущей силой. Напряжение электрического тока — это часть ЭДС, замеренная на каком-либо участке цепи. За единицу напряжения принят один вольт (В).

Величина тока определяется количеством электричества, которое протекает через поперечное сечение проводника в одну секунду. За единицу количества электричества принят один кулон, а если через поперечное сечение проводника за одну секунду пройдет один кулон электричества, то говорят, что в цепи протекает ток в один ампер (А).

Для определения количества электричества используется свойство электрического тока, которое заключается в том, что при прохождении тока через раствор азотнокислого серебра на отрицательном полюсе выделяется чистое серебро.

При токе 1 А на отрицательном полюсе в 1 сек. выделится 1,118 мг серебра.

Величина тока зависит от напряжения, а также и от самого проводника, т. е. от его размеров, формы и материала. Через проводник с большей площадью поперечного сечения пройдет за единицу времени большее количество электричества, чем через другой проводник с меньшей площадью поперечного сечения. Следовательно, толстая проволока окажет меньшее сопротивление электрическому току, чем тонкая.

Сопротивление проводника зависит также и от материала проводника; из практически применяемых проводников наименьшее сопротивление у меди.

За единицу сопротивления принят один ом. Сопротивлением в один ом обладает проводник, по которому протекает электрический ток в один ампер при напряжении в один вольт.