§ 25. Електричний струм. Дії електричного струму

Без електричного струму уявити собі існування людського суспільства сьогодні вже неможливо. Здається, що ми повернемося в кам'яний вік, якщо раптом з якихось причин електричний струм зникне з нашого життя — згаснуть вогні міст, зупиниться транспорт, усе прийде в повний хаос. Що ж таке електричний струм? Які його дії? Як він працює на благо людини? Відповіді на ці та багато інших запитань ви отримаєте при вивченні цього розділу.

Що таке електричне поле? Як воно може бути створено?

Вираз «електричний струм» досить часто використовується в житті. Наприклад, коли запалюється лампочка, то кажуть, що по її спіралі проходить електричний струм. При нагріванні води в електричному чайнику або нагріванні електричної праски кажуть, що по їхніх нагрівальних елементах також проходить електричний струм.

Що ж таке електричний струм? Що необхідно для його виникнення та існування? Спробуємо в цьому розібратися.

Перш за все, слово «струм» означає течію (рух) чого-небудь. Нам зрозуміло, коли говорять про течію в певному напрямку води або іншої рідини в трубах, про потік води в руслі річки і т. ін.

Але що ж може переміщуватися в електричних проводах?

Пригадаймо, що слово «електрика» пов’язане з поняттям «електричний заряд». Отже, електричний струм пов’язаний з рухом електричних зарядів.

Отже, електричним струмом називають упорядкований рух заряджених частинок.

Зверніть увагу на дуже важливе слово в цьому визначенні: упорядкований. Інакше кажучи, не всякий рух заряджених частинок е електричним струмом. Наприклад, у металах за нормальних умов вільні електрони рухаються хаотично, тобто в усіх напрямках (рис. 72, а). Для того, щоб в цьому шматочку металу виник струм, електрони повинні почати рух в одному певному напрямку (рис. 72, б).

Як же можна створити такі умови, за яких усі заряджені частинки почали б рухатися в одному напрямку?

З найпростішим випадком виникнення електричного струму в провіднику ви вже зустрічалися. Заряджений електроскоп достатньо з’єднати провідником з незарядженим (див. рис. 51), і заряди будуть перетікати з зарядженого тіла на незаряджене, тобто почнеться впорядкований рух заряджених частинок. Але як тільки заряди на кулях стануть рівними, струм припиниться.

У загальному ж випадку, щоб отримати електричний струм у провіднику, треба створити в ньому електричне поле. Заряджені частинки під дією поля почнуть рухатися в напрямку дії на них електричних сил, тобто в провіднику виникне електричний струм. При цьому струм буде іс-нувати так довго, як довго буде діяти електричне поле на заряджені частинки. Електричним струмом у металах є напрямлений рух електронів, а в розчинах солей і кислот — напрямлений рух іонів.

Таким чином, для того, щоб в провіднику існував електричний струм, необхідна наявність електрично заряджених частинок і електричного поля, під дією якого частинки приходять в напрямлений рух.

Як ви вже знаєте, побачити заряди (електрони, позитивно або негативно заряджені іони) неможливо. Вони дуже малі. Але існують процеси, які нас переконують в їхній реальності. Це, перш за все, різні процеси, які викликані рухомими зарядженими частинками, тобто електричний струм. Такі процеси прийнято називати діями електричного струму. До числа найбільш очевидних належать теплова, хімічна та магнітна дії струму.

Розглянемо теплову дію електричного струму. Піднесіть руку до палаючої електричної лампи, і ви відразу ж відчуєте біля неї тепло. Нагріта електричним струмом лампа випромінює енергію. А чому взагалі світиться електрична лампа? Тонкий вольфрамовий дріт усередині лампи, який добре видно через прозоре скло, нагрівається при проходженні через нього електричного струму, розжарюється і починає світитися.

Можна виконати простий дослід, який демонструє теплову дію струму. Будемо пропускати електричний струм через тонкий дріт, краще залізний або нікеліновий (рис. 73). Через деякий час цей дріт спочатку трохи провисне (він нагрівся і подовжився), потім почне розжарюватися і червоніти.

Теплова дія електричного струму лежить в основі роботи найрізноманітніших побутових нагрівальних приладів. Це і електрична праска, і електричний чайник або кавоварка, і електроплитка або електрокамін, і багато іншого.

Приклад з лампою розжарювання показує, що, крім теплової дії, в ряді випадків можна спостерігати і світлову дію електричного струму.

Хімічна дія електричного струму проявляється при проходженні його в рідинах.

У посудину з розчином мідного купоросу опустимо два вугільних електроди (два стержні) і під’єднаємо їх до джерела струму (рис. 74). Якщо пропускати електричний струм через цей розчин і через кілька хвилин вийняти вугільні електроди, то на одному з них — катоді — можна виявити шар чистої міді.

Таким чином, хімічна дія електричного струму проявляється в тому, що при йото проходженні через розчин солей (кислот, лугів) на електродах виділяється речовина.

Хімічна дія електричного струму лежить в основі хромування і нікелювання металевих предметів. Ним користуються в промисловості для отримання чистих металів (міді, алюмінію й ін.).

Магнітну дію електричного струму найпростіше спостерігати на наступному досліді.

Візьмемо великий залізний цвях і намотаємо на нього тонкий ізольований дріт. Кінці дроту з’єднаємо з джерелом струму (рис. 75). Якщо коло замкнути, то цвях набуде магнітних властивостей, або, як кажуть, намагнітиться. Цвяшки, шпильки, металеві скріпки, піднесені до магніту, відразу ж до нього притягнуться.

Магнітна дія струму лежить в основі роботи промислових підйомних кранів, які можуть піднімати дуже важкі залізні предмети.

Розглянемо взаємодію провідника зі струмом і магніту.

Помістимо між полюсами підковоподібного магніту металеву рамку, з’єднану з джерелом струму, як показано на рисунку 76. Рамка перебуває в спокої, доки в колі немає електричного струму. При наявності електричного струму рамка повернеться.

На основі цього досліду можна говорити про механічну дію струму, прикладом застосування якої є електродвигуни.

На рисунку 77 зображено прилад, який називають гальванометром. За допомогою гальванометра можна судити про наявність струму, його напрямок. В основі роботи гальванометра лежить взаємодія котуш-

ки зі струмом і магнітом. Стрілка приладу з’єднана з рухомою котушкою, і коли у котушці з’являється струм, стрілка відхиляється.

Запитання для самоперевірки

1. Що таке електричний струм?

Q. Що означає «упорядкований рух заряджених частинок»?

3.    Які умови існування електричного струму?

4.    Чи є блискавка електричним струмом?

5.    Які явища підтверджують існування електричного струму?

6.    Як проявляється теплова дія струму? На якому досліді можна показати теплову дію струму?

Наведіть приклади магнітної дії струму.

8. У чому проявляється хімічна дія струму? Як можна на досліді спостерігати хімічну дію струму?

Завдання 25

1. Укажіть, які дії електричного струму використовуються в наступних випадках: а) освітлення кімнати електричною лампою; б) хромування столового наряддя; в) нагрівання води в склянці електричним кип’ятильником; г) робота електричної швейної машинки; д) нагрівання електропраски; е) позолочення або посріблення ювелірних виробів; ж) робота акумулятора автомобіля; з) приготування їжі на електроплиті. Перенесіть таблицю 11 в зошит і запишіть в неї ці приклади. Додайте в таблицю свої приклади.

Таблиця 11

V.Як ви думаєте, чи зміниться дія електричного струму, якщо поміняти місцями провідники на полюсах джерела струму на рисунках 74 і 75? Відповідь поясніть.

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Пістун