> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Электротехника

Электротехника

Электротехника. Современная Э., развившаяся на основе чисто физического учения об электричестве (смотрите LII, 9 сл.) и магнетизме (смотрите XXVII, прил., 579 сл.), представляет собою в настоящее время обширную область прикладного знания. Поэтому оказалось необходимым выделить два больших основных раздела: Э. слабых токов и Э. сильных токов. Хотя строгой границы между ними провести невозможно, все лее обычно к первому относят технику проволочной и беспроволочной связи: телеграфию (смотрите XLI, ч. 7,219 сл.), телефонию (смотрите XLI, ч. 7, 262 сл.) и радио (смотрите XXXV, 362 сл.), а также сигнализацию и блокировку. Э. сильных токов также распадается на ряд отделов. Здесь прежде всего нужно выделить общие отделы, подводящие базу под все области применения электричества и магнетизма в технике: теоретические основы Э., изучающие техническую интерпретацию физических законов и являющиеся как бы мостом между физикой и техникой; технику электрических измерений, включающую в себя приборы и способы измерений и учета как электрической энергии, так и факторов, ее создающих (тока, напряжения и так далее); электроматериаловедение, рассматривающее и изучающее свойства материалов, применяемых в Э.,— свойства, иногда резко отличающиеся от свойств обычных материалов; отдел электрических машин, рассматривающий аппараты для получения (генерирования), преобразования электрической энергии и превращения ее в механическую. Наоснове этих четырех отделов развивается и продолжает бурно расти прикладная Э., включающая в себя отделы: электростанции и сети, электромоторный привод, Э. в промышленности (с целым рядом разветвлений), Э. в сельском хозяйстве, Э. в оыту, электрический транспорт, электрическое освещение и так далее

I. Теоретические основы электротехники. Т. о. э. содержат в себе изложение методов количественного и качественного анализа электромагнитных явлений с точки зрения их технического использования. Т. о. э. пользуются трудами основоположников современного физического учения об электричестве (ем. электричество и магнетизм). Однако, здесьимеется ряд собственных основных вопросов, разработанных учеными и инженерами: Т. Г. Блекслей („Papers on alternating currents of electricity“, 1880), Ч. п/тейнметц (1893), А. Кеннелли, Г. Феррарис, Хевисайд, Н. Тесла, М. Доливо- Добровольский, Лакур,Брагштад,Фортескыо и др.Сюда относятся: метод векторных диаграмм, символический метод, метод инверсных диаграмм, метод суперпозиции, теория трехфазного тока, применение рядов Фурье, теория неустановившихся явлений и др.

Основные понятия: электрический ток и электрическое напряжение. Согласно воззрениям современной электронной теории, электрический ток представляет собой движение атомов электричества (электронов) с отрицательным зарядом, равным ~ 0,16.10—20 кулона. Электроны имеют значительно меньшую массу, чем атомное ядро, и от каждого атома могут быть отщеплены один или несколько электронов. Поеле такого отщепления атом (или группа атомов—молекула), оставаясь заряженным положительно, превращается в положительный ион (атом или молекула ионизируется); наоборот, при увеличении числа электронов получается отрицательная ионизация атома.В нейтральном состоянии число электронов равно числу элементарных положительно заряженных элементов ядра атома (протонов).

Указанный процесс ионизации может сопровождаться и такими явлениями

8юкогда целая группировка молекул, образующая молекулу какого-либо сложного вещества, расщепляется (диссоциируется) на части с избытком и недостатком электронов. Такой случай мы имеем гл. обр. в электролитах (проводящих жидкостях). Установлено, что при этом недостаток электронов получается у молекул металлов и водорода, которые и дают положительно заряженные ионы, называемые исторически ошибочно катионами, так как отлагаются на отрицательном полюсе (катоде) в электролитической ванне (рисунок 1). Отрицательно заряженные ионы с избытком электронов называются анионами (направляются к аноду).

Рисунок 1.

Принятое теперь нами направление электрического тока было взято именно из наблюдения над электролитическим выделением металлов. Как известно, применение электричества в промышленности началось с гальваностегии. Оказывается, что движение электронов и отрицательно заряженных ионов идет в направлении, обратном принятому нами направлению электрического тока.

В соответствии с описанным выше электрический ток может получаться лишь тогда, когда его цепь составлена из таких тел, в которых могут образоваться свободные (отщепленные) электроны или молекулярные ионы. При чем эта цепь должна быть замкнута, так как иначе в месте размыкания должны были бы непрерывно накопляться все большие и большие количества электронов или ионов, не соответствующие действующему в цепи источнику электрического напряжения (источнику энергии). В газах (и парах) указанная ионизация происходит под влиянием естественных и искусственных ионизаторов; сюда относятся: высокая температура, ультрафиолетовые и рентгеновские лучи, радиоактивные излучения,космические лучи. При вы соком напряжении эта начальная стадия ионизации переходит в самоионя-зацию толчком, которая приводит к электрическому разряду в газах по следующим стадиям: тихий разряд искровой и, наконец, дуговой. В жидкостях явление ионизации (ее принято называть электролитической диссоциацией) происходит под влиянием диссоциирующих свойств растворителей. В твердых телах движения ионов не происходит, а могут двигаться лишь отщепленные (свободные) электроны. Поэтому различают ионную проводимость газов, электролитическую проводимость жидкостей (электролитов) и электронную проводимость металлов (проводников, электродов). Существуют тела, в которых не только нет движения ионов, но также и не могут получаться в заметном количестве свободные электроны. Такие тела почти не обладают проводимостью и называются изоляторами. Однако, в них под действием электрического поля происходит электрическая поляризация атомных и молекулярных систем, происходящая гл. обр. за счет смещения орбит движения электронов, и поэтому они все же не остаются электрически инертными и называются диэлектриками. Строго говоря, во всех телах оба эти явления—проводимость и поляризация—происходят одновременно, но только в разной степени.

Для того, чтобы ионы и свободные электроны двигались, недостаточно, однако, одного только их наличия, а необходимо, чтобы они находились под действием электрических сил. К настоящему времени подробно еще не выяснена природа действия этих сил. Можно считать установленным лишь то, что: во-1) это действие связано с электромагнитными свойствами мирового пространства (или особой электромагнитной среды—мирового эфира в этом пространстве); во-2) это действие не распространяется мгновенно, а со скоростью порядка скорости света — 3.1010 см/сек., в зависимости от среды; и, наконец, в-3) что оно происходит от скопления положительных и отрицательных зарядов (недостаток или избыток электронов), причем это действие передается на любое расстояние. По последнему пункту говорят, что между данными областями среды (областями скоплений разноименных зарядов)— электрическими полюсами—действует электрическое напряжение. Причины возникновения таких полюсов разнообразны. В атмосфере, в условиях ионизированного воздуха такие скопления могут получиться на движущихся густых облаках (грозовые явления), на металлических остриях (атмосферные свечения). При прикосновении разных металлов непосредственно или черезтели энергии и соединительные проводники. Все эти элементы могут быть соединены последовательно, параллельно или смешанно (последовательно-параллельно; см. рисунок 2).

Между результирующим напряжением v, действующим в цепи, и силой тока г имеется простая пропорциональная зависимость, установленная германским физиком Омом и носящая название закона Ома:

α= гг.

Коэффициент пропорциональности г Ом назвал электрическим сопротивлением. Действительно, представляя- закон Ома в другой форме:

v

мы видим, что чем больше г, тем меньше сила тока i. Этот простой и в то же время фундаментальный закон является _для Э. в количественном отношении

Л Б в

L -

Рисунок 2.