§ 31. Джерела електричного струму

Підтримувати електричне поле в провіднику можна за рахунок перетворення інших видів енергії в енергію електричного поля.

Для чого потрібне джерело струму.

Необхідною умовою існування електричного струму в провіднику є наявність у ньому електричного поля, під дією якого вільні заряджені частинки рухатимуться у напрямі дії на них електричних сил.

Щоб електричний струм, тобто напрямлений рух вільних заряджених частинок під дією сил електричного поля, існував тривалий час, необхідно весь цей час підтримувати в ньому електричне поле.

Електричне поле в провідниках створюється і може тривалий час підтримуватися джерелами електричного струму (Рис. 114).

Джерело струму — це пристрій, який виробляє електричну енергію, перетворюючи в неї інші види енергії (механічну, хімічну, теплову, електромагнітного випромінювання тощо). Розрізняють хімічні джерела струму; це гальванічні елементи і акумулятори та фізичні джерела струму, що перетворюють в електричну всі інші види енергії.

Розділення зарядів у джерелі струму.

Хоч би якими були джерела струму, але у будь-якому з них виконується робота розділення позитивно і негативно заряджених частинок, які накопичуються на полюсах джерела струму. Полюсами називають місця, до яких за допомогою клем або затискачів під’єднують провід-

ники. Таке розділення заряджених частинок відбувається у вже відомій вам електрофорній машині (рис. 115). Один полюс джерела струму заряджається позитивно, другий негативно. Якщо полюси джерела з’єднати провідником, то частинки в провіднику рухатимуться, виникне електричний струм.

Перетворення енергії в джерелах струму. Які б не були за конструкцією джерела струму, їх об’єднує те, що в процесі виконання роботи по розділенню електричних зарядів, інші види енергії (механічна, теплова, хімічна тощо) перетворюються в електричну. Так, в електрофорній машині (рис. 115) в електричну енергію перетворюється механічна енергія обертання дисків. Якщо спаяти дві дротини, виготовлені з різних металів, і нагріти місце спаю, то в дротинках виникне електричний струм (рис. 116). В такому джерелі струму, який називають термоелементом, енергія нагрівника перетворюється в електричну енергію. При освітленні речовини (селену, оксиду міді (І), кремнію) світлова енергія може безпосередньо перетворюватися в електричну. На цьому ґрунтується будова і дія фотоелементів (рис. 117).

Перетворення хімічної енергії в електричну відбувається у гальванічних джерелах струму, до яких належать гальванічні елементи (рис. 118) та акумулятори.

Подумайте і дайте відповідь

1.    Яке призначення джерела струму в електричному колі?

2.    Від якого полюса джерела і до якого прийнято визначати напрям струму?

3.    Накресліть електричну схему кишенькового ліхтарика і назвіть частини цього кола.

4.    Накресліть схему кола, що складається з одного гальванічного елемента, вимикачів і двох електричних лампочок, кожну з яких можна вмикати окремо.

Фізичне знання в техніці

Гальванічні елементи. Акумулятори.

Будова гальванічного елемента. Найпоширеніший гальванічний елемент складається з цинкової посудини (1), в яку вставлено вугільний стержень (2) (рис. 119). Стержень вміщують у полотняний мішечок (3), наповнений сумішшю оксиду марганцю з вугіллям. Мішечок з стержнем вміщують у цинкову посудину, наповнену густим клейстером (4), що виготовлений з борошна на розчині нашатирю. Цинкову посудину встановлюють у картонну коробку і заливають шаром смоли (5). Внаслідок взаємодії нашатирю з цинком від цинку відокремлюються позитивні йони і він стає негативно зарядженим, а вугільний стержень - позитивно зарядженим. Вугільний стержень і цинкова посудина є електродами.

Між електродами виникає електричне поле. Якщо електроди з’єднати провідником, то в провіднику проходитиме електричний струм.

Акумулятор (від латинського accumulator -збирач). Найпростіший акумулятор складається з двох свинцевих пластин (електродів), вміщених у водний розчин сірчаної кислоти. Щоб акумулятор став джерелом струму, через нього пропускають струм від якого-небудь джерела. Цей процес називається «зарядкою акумулятора». У процесі заряджання внаслідок хімічних реакцій один електрод стає позитивно зарядженим, а інший - негативно Після заряджання акумулятор можна використати як самостійне джерело струму (Рис. 120).

Із історії фізики: вчені і факти

Відкриття хімічних джерел струму

У другій половині XVIII ст. проводились різноманітні досліди з виявлення впливу електрики на організм тварин і людини. Так, під впливом електричного струму спостерігались скорочення м’язів лапок жаби.

Досліди з лапками жаби проводив у 1786 р. італійський лікар Луїджі Гальвані (1737-1798 рр.). Одного разу він підвісив на мідних крючках задні лапки жаби до залізних ґрат свого балкону. Яким же було його здивування, коли він виявив, що м’язи лапок скорочувались, якщо він надавлював на мідні крючки. Гальвані дав невірне пояснення відкритому ним явищу виникнення електричного струму між мідними крючками і залізними ґратами балкону. Зокрема, він вважав, що у лапках виникає так звана «тваринна» електрика.

Правильне пояснення відкритого Гальвані явища дав його співвітчизник Алессандро Вольта. Він установив, що це явище пов’язане з наявністю двох різних металів (мідь гачка і залізний стержень), котрі дотикаються до електроліту (рідини в жаб’ячій лапці), і що жаб’яча лапка лише відіграє роль чутливого приладу, який виявляє наявність електричного струму. Відкриті пізніше джерела струму були названі іменем Гальвані - гальванічними елементами.

Гальванічні елементи є хімічними джерелами струму.

Домашнє експериментальне завдання

Найпростіше хімічне джерело струму

Чи можна власноруч зробити найпростіший гальванічний елемент? Виявляється, можна.

Для виготовлення такого джерела необхідно два електроди - це смужка цинку і вугільна паличка. Смужку цинку і вугільну паличку можна взяти із відпрацьованої батарейки кишенькового ліхтарика. Електроди втикаються в солоний огірок (або солоний помідор). Перевірити дію такого джерела струму можна на шкільному гальванометрі або дію такого елемента можна також перевірити за допомогою магнітної стрілки, наприклад, компаса. На циліндричну трубку, вирізану з пластикової пляшки, намотати до ЗО витків мідного дроту шириною 5-10 мм (число витків підбирається дослідним шляхом). Діаметр пластикового циліндра мусить бути більшим за діаметр компаса.

Компас розмістіть усередині котушки із витками дроту. Зорієнтуйте площину котушки з дротом з напрямом магнітної стрілки. Приєднайте кінці дроту до джерела струму. Внаслідок магнітної дії струму магнітна стрілка відхилиться (спробуйте розмістити котушку так, щоб магнітна стрілка знаходилась під витками. Використайте для дослідів батарейку кишенькового ліхтаря).

Це матеріал з підручника Фізика 8 клас Шут