| 21970318 23552 19854 932 1(т. е. внутри макроскопич. тел), и конвекционный ток - движение макроскопич. заряженных тел как целого (напр., заряженных капель дождя).
О наличии Э. т. в проводниках можно судить по тем действиям, к-рые он производит: нагреванию проводников, изменению их хим. состава, созданию магнитного поля. Магнитное действие тока проявляется у всех без исключения проводников; в сверхпроводниках не происходит выделения теплоты, а хим. действие тока наблюдается преимущественно в электролитах. Магнитное поле порождается не только током проводимости или конвекционным током, но и переменным электрическим полем в диэлектриках и вакууме. Величину, пропорциональную скорости изменения электрического поля, во времени, Дж. К.
Максвелл назвал током смещения. Ток смещения входит в Максвелла уравнения на равных правах с током, обусловленным движением зарядов. Поэтому полный Э. т., равный сумме тока проводимости и тока смещения, может быть определён как величина, от к-рой зависит интенсивность магнитного поля. Количественно Э. т. характеризуется скалярной величиной - силой тока I и векторной величиной - плотностью электрического тока j. При равномерном распределении плотности тока по сечению проводника сила тока 1 - jS = q0nvS, где qo - заряд частицы, п - концентрация частиц (число частиц в единице объёма), v - ср. скорость направленного движения частиц, S - площадь поперечного сечения проводника.
Для возникновения и существования Э. т. необходимо наличие свободных заряженных частиц (т. е. положительно или отрицательно заряженных частиц, не связанных в единую электрически нейтральную систему) и силы, создающей и поддерживающей их упорядоченное движение. Обычно силой, вызывающей такое движение, является сила со стороны электрич. поля внутри проводника, к-рое определяется электрическим напряжением на концах проводника. Если напряжение не меняется во времени, то в проводнике устанавливается постоянный ток, если меняется,- переменный ток.
Важнейшей характеристикой проводника является зависимость силы тока от напряжения - вольтамперная характеристика. Она имеет простейший вид для металлич. проводников и электролитов: сила тока прямо пропорциональна напряжению (Ома закон).
В зависимости от способности веществ проводить Э. т. они делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники, В проводниках имеется очень много свободных заряженных частиц, а в диэлектриках - очень мало. Поэтому сила тока в диэлектриках крайне мала даже при больших напряжениях, и они служат хорошими изоляторами. Промежуточную группу составляют полупроводники.
В металлах свободными заряженными частицами - носителями тока являются электроны проводимости, концентрация к-рых практически не зависит от темп-ры и составляет 1022-1023см-3. Их совокупность можно рассматривать как "электронный газ". Электронный газ в металлах находится в состоянии вырождения (см. Вырожденный газ), т. е. в нём отчётливо проявляются квантовые свойства. Квантовая теория металлов (см. Твёрдое тело) объясняет зависимость электрич. сопротивления металлов от темп-ры (линейное увеличение с ростом темп-ры) и прямую пропорциональность между силой тока и напряжением (см. Металлы).
В электролитах Э. т. обусловлен направленным движением положит, и отрицат. ионов. Ионы образуются в электролитах в результате электролитической диссоциации. С ростом темп-ры число молекул растворённого вещества, распадающихся на ионы, увеличивается и сопротивление электролитов падает. При прохождении тока через электролит ионы подходят к электродам и нейтрализуются. Масса выделившегося на электродах вещества определяется законами электролиза Фарадея.
Газы из нейтральных молекул являются диэлектриками. Э. т. проводят лишь ионизованные газы - плазма. Носителями тока в плазме служат положит, и отрицат. ионы (как в электролитах) и свободные электроны (как в металлах). Ионы и свободные электроны образуются в газе в результате сильного нагревания или внеш. воздействий {ультрафиолетового излучения, рентгеновских лучей, при соударениях быстрых электронов с нейтральными атомами или молекулами и т. д.; см. Ионизация).
Э. т. в электровакуумных приборах (электронных лампах, электроннолучевых трубках и т. д.) создаётся потоками электронов, испускаемых нагретым электродом - катодом (см. Термоэлектронная эмиссия). Электроны ускоряются электрич. полем и достигают другого электрода - анода.
В полупроводниках носителями тока являются электроны и дырки.
Лит.: Т а м м И. Е., Основы теории электричества, 9 изд., М., 1976, гл. 3, 6; К а-л а ш н и к о в С. Г., Электричество, 4 изд., М., 1977 (Общий курс физики), гл. 6, 14-16, 18. Г. Я. Мякишев.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ УГОРЬ (Electrophorus electricus), рыба сем. Electrophoridae отряда карпообразных. Обитает в пресных водах Центр, и Юж. Америки.
Тело голое, дл. до 3 м. Весит до 40 кг. Вдоль боков расположены электрические органы. Спинных и брюшных плавников нет. Анальное отверстие на горле; анальный плавник служит органом движения. Питается Э. у. мелкой рыбой. Размножение не изучено. Мясо Э. у. употребляют в пищу.
Лит.: Жизнь животных, т. 4, ч. 1, М., 1971.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР, электрич. устройство, в к-ром из спектра поданных на его вход электрич. колебаний выделяются (пропускаются на выход) составляющие, расположенные в заданной области частот, и не пропускаются все остальные составляющие. Э. ф. используются в системах многоканальной связи, радиоустройствах, устройствах автоматики, телемеханики, радиоизмерит. техники и т. д.- везде, где передаются электрич. сигналы при наличии др. (мешающих) сигналов и шумов, отличающихся от первых по частотному составу; они применяются также в выпрямителях тока для сглаживания пульсаций выпрямленного тока. Область частот, в к-рой лежат составляющие, пропускаемые (задерживаемые) Э. ф., наз. полосой пропускания (полосой задерживани я). Фильтрующие свойства Э. ф. количественно определяются относит, величиной вносимого им затухания в составляющие спектра электрич. колебаний: чем больше различие затуханий в полосе задерживания и полосе пропускания, тем сильнее выражены его фильтрующие свойства. По виду кривой зависимости затухания от частоты (по взаимному расположению полос пропускания и задерживания) различают Э. ф.: нижних частот (ФНЧ), пропускающие колебания с частотами не выше нек-рой граничной fB и задерживающие колебания с частотами выше fB; верхних частот (ФВЧ), в к-рых, наоборот, пропускаются колебания с частотами выше нек-рой fH и подавляются колебания ниже этой границы; полосно-пропускающие (ППФ), или полосовые, выделяющие колебания только в конечном интервале частот от fB до fu; полосно-задерживающие (ПЗФ), иначе режекторные фильтры, обратные ППФ по своим частотным характеристикам.
Конструкция Э. ф., технология их изготовления, а также принцип действия определяются прежде всего рабочим диапазоном частот и требуемым видом частотной характеристики. В диапазоне от единиц кгц до десятков Мгц (в отд. случаях - до единиц Ггц) получили распространение LC-фильтры (рис. 1, а, в, г), содержащие дискретные элементы - катушки индуктивности и электрич. конденсаторы; в диапазоне от долей гц до сотен кгц наиболее часто используют пассивные или активные КС-фильтры (рис. 1, б), выполненные на основе резисторов и конденсаторов (активный, кроме того, содержит усилитель электрических колебаний). Действие LC- и КС-фильтров основано на использовании зависимости сопротивления реактивного (ёмкостного и индуктивного) от частоты переменного тока. Для фильтрации сигналов, частота к-рых составляет доли гц, служат электротепловые фильтры (ЭТФ), конструктивно представляющие собой стержень с источником тепла и термоэлектрич. преобразователем; введение в ЭТФ усилителей с обратной связью позволяет реализовать электротепловые ФВЧ и ППФ. Известны также электромеханич. фильтры, выполненные на основе дисковых, цилиндрич., пластинчатых, гантельных и камертонных резонаторов. В таких Э. ф. используется явление механич. резонанса; применяются в диапазоне от неск. кгц до 1 Мгц. Высокими фильтрующими свойствами обладают пьезоэлектрич. ППФ и ПЗФ, материалом для изготовления к-рых служит пьезокварц или пьезоэлектрическая керамика (см. также Пьезоэлектричество). Таковы, напр., пьезокварцевые фильтры на дискретных элементах - кварцевых резонаторах в сочетании с катушками индуктивности и конденсаторами ; монолитные многорезонаторные пьезокварцевые фильтры. Связь между резонаторами в последних осуществляется посредством акустич. волн - объёмных (для фильтров, применяемых в диапазоне частот от неск. Мгц до десятков Мгц) либо поверхностных (в диапазоне от неск. Мгц до 1-2 Ггц). Особую группу Э. ф. составляют цифровые фильтры (рис. 2), часто выполняемые на интегральных схемах. В сверхвысоких частот технике Э. ф. реализуют на основе отрезков линий передачи (коаксиальных кабелей, полосковых линий, металлич. радиоволноводов и др.), являющихся по существу распределёнными колебательными системами. В диапазоне 100 Мгц - 10 Ггц применяют гребенчатые, шпилечные, встречно-стержневые, ступенчатые и др. Э. ф. из полосковых резонаторов (рис. 3). В диапазоне от неск. Ггц до неск. десятков Ггц распространены волноводные Э. ф., представляющие собой волноводную секцию с повышенной критич. частотой (вол-новодный ФВЧ), либо секцию, содержащую резонансные диафрагмы или объёмные резонаторы (волноводный ППФ). Лит.: Белецкий А. Ф., Теоретические основы электропроводной связи, ч. 3, М., 1959; его же, Основы теории линейных электрических цепей, М., 1967; Знаменский А. Е., Теплюк И. Н., Активные RC-фильтры, М., 1970; Алексеев Л. В., Знаменский А. Е., Л о т к о в а Е. Д., Электрические фильтры метрового и дециметрового диапазонов, М., 1976.
А. Е. Знаменский.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР, электрофильтр (в газоочистке), аппарат для удаления из пром. газов взвеш. жидких или твёрдых частиц путём ионизации этих частиц при прохождении газа через область коронного разряда и последующего осаждения на электродах. Э. ф. в большинстве случаев состоит из двух частей: собственно Э. ф.- осадительной камеры с коронирующими и осадительными электродами - и источника напряжения. В Э. ф. зоны ионизации и осаждения могут быть совмещены или отделены одна от другой. Работают Э. ф. только на постоянном электрич. токе высокого напряжения (40-70 кв); коронирующие электроды всегда подключены к отрицат. полюсу источника тока. По состоянию газовой среды Э. ф. делятся на мокрые (газы насыщены влагой до точки росы) и сухие. По способу удаления частиц Э. ф. подразделяются на периодич. и непрерывные. Работают Э. ф. как при атм. давлении, так и при давлении выше и ниже атмосферного; темп-pa газов может достигать 500 0С и более; степень очистки газов - до 99,9%. Э. ф. широко применяются для тонкой очистки дымовых газов тепловых электростанций, в чёрной и цветной металлургии и т. д.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ УСИЛИТЕЛЬ, устройство, предназначенное для повышения мощности электрич. сигналов. Поскольку усиливаемые электрич. сигналы представляют собой изменения (колебания) напряжения или тока во времени, то Э. с. у. по существу является усилителем электрических колебаний. Э. с. у. подразделяются на усилители низкой или высокой частоты, видеоусилители, постоянного тока усилители и т. д. К Э. с. у. относятся также измерительные усилители (ИУ), к-рые входят в состав различной измерит, аппаратуры - электронных вольтметров, осциллографов, потенциометров, приборов, выполненных на основе мостов измерительных, и др. ИУ позволяют повысить чувствительность и точность при измерениях электрич. и неэлектрич. величин. Осн. требование, предъявляемое к ИУ,- постоянство коэфф. усиления, достигаемое посредством глубокой отрицат. обратной связи. Кроме того, в ряде приборов (напр., вольтметрах, осциллографах) ИУ должен обеспечивать их нормальную работу в широком диапазоне частот, иногда от 0 до неск. Ггц.
Лит. см. при ст. Усилитель электрических колебаний. Г. В. Войшвилло.
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ВЗРЫВАНИЕ, осуществляется посредством электродетонаторов, включённых в электровзрывную сеть. Предложено в России П. Л. Шиллингом (1812) для взрывания пороховых зарядов при помощи разработанных им угольных запалов, к-рые в 1839 были заменены электровоспламенителями с металлич. мостиком накаливания. В 1840 для Э. в. были созданы гальванич. батареи, в 1843 - первая взрывная машинка (магнитоэлектрическая).
При Э. в. электродетонаторы соединяются между собой и с источником тока посредством проводов. В зависимости от условий взрывных работ применяют схемы последовательного, параллельного или смешанного соединения.
Э. в. широко применяется в горном деле, стр-ве и военно-инж. работах. Совр. средства и приборы для Э. в. обеспечивают безопасность Э. в. в условиях блуждающих токов, статич. электричества, вблизи электролиний высокого напряжения, радиопередатчиков и радаров. Конденсаторные взрывные машинки позволяют инициировать электровзрывные сети с числом электродетонаторов до 1500.
Лит.: Лурье А. И., Электрическое взрывание зарядов, 2 изд., М., 1963.
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ (U) между двумя точками электрич. цепи или электрич. поля, равно работе электрич. поля по перемещению единичного положит, заряда из одной точки в другую. В потенциальном электрич. поле эта работа не зависит от пути, по к-рому перемещается заряд; в этом случае Э. н. между двумя точками совпадает с разностью потенциалов между ними.
Если поле непотенциально, то напряжение зависит от того пути, по к-рому перемещается заряд между точками. Непотенциальные силы, наз. сторонними, действуют внутри любого источника постоянного тока (генератора, аккумулятора, гальванич. элемента и др.). Под напряжением на зажимах источника тока всегда понимают работу электрич. поля по перемещению единичного положит, заряда вдоль пути, лежащего вне источника; в этом случае Э. н. равно разности потенциалов на зажимах источника и определяется Ома законом: U = IR-E, где / - сила тока, R - внутр. сопротивление источника, а E - его электродвижущая сила (эдс). При разомкнутой цепи (/ = 0) напряжение по модулю равно эдс источника. Поэтому эдс источника часто определяют как Э. н. на его зажимах при разомкнутой цепи.
В случае переменного тока Э. н. обычно характеризуется действующим (эффективным) значением, к-рое представляет собой среднеквадратичное за период значение напряжения. Напряжение на зажимах источника переменного тока или катушки индуктивности измеряется работой электрич. поля по перемещению единичного положит, заряда вдоль пути, лежащего вне источника или катушки. Вихревое (непотенциальное) электрич. поле на этом пути практически отсутствует, и напряжение равно разности потенциалов. Э. н. обычно измеряют вольтметром. Единица Э. н. в Между-нар. системе единиц - вольт.
Лит.: Т а м м И. Е., Основы теории электричества, 9 изд., М., 1976, гл. 3 и 6; Калашников С. Г., Электричество, 4 изд., М., 1977 (Общий курс физики), гл. 3, 7, 21. Г. Я. Мякишев.
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОТОПЛЕНИЕ, вид отопления, при к-ром обогрев помещений и поддержание в них заданной темп-ры обеспечиваются электрич. отопит, приборами, преобразующими электрич. энергию в тепловую. Наиболее распространены отопит, приборы, нагреват. элементом к-рых служит проводник с большим электрич. сопротивлением: открытый, непосредственно соприкасающийся с нагреваемым воздухом (напр., в электрокаминах и рефлекторах), или закрытый, помещённый внутри электронагревателя обычно трубчатого типа и передающий тепло на поверхность отопит, прибора (радиатора) через циркулирующий в нём теплоноситель (напр., жидкое масло). Приборы с закрытым нагреват. элементом исключают возможность ожогов и пригорания пыли.
В совр. стр-ве находят применение отопит, приборы, в к-рых электрич. ток нагревает теплоаккумулирующий материал; последний, в свою очередь, отдаёт тепло отапливаемому помещению. Такие приборы обычно потребляют электроэнергию в те часы суток, когда уменьшается её расход на др. нужды. В качестве теплоаккумуляционных отопит, приборов используют также строит, конструкции (напр., железобетонные панели перекрытий), прокладывая в них электро-нагреват. кабели. В нек-рых случаях для Э. о. применяют изделия из токопроводящей резины, токопроводящие обои и т. п.
Существенное преимущество Э. о. перед др. видами отопления - простота и надёжность автоматического регулирования темп-ры, что позволяет более экономно расходовать электроэнергию. Однако стоимость электроэнергии ещё достаточно высока, поэтому Э. о. в СССР широкого распространения не получило.
Лит.: Отопление и вентиляция, 3 изд., ч. 1, М., 1975; Ливчак И. Ф., Квартирное отопление, М., 1977. И. Ф. Ливчак.
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, частная форма проявления (наряду с магнитным полем) электромагнитного поля, определяющая действие на электрич. заряд силы, не зависящей от скорости его движения. Представление об Э. п. было введено в науку М. Фарадеем в 30-х гг. 19 в. Согласно Фарадею, каждый покоящийся заряд создаёт в окружающем пространстве Э. п. Поле одного заряда действует на др. заряд, и наоборот; так осуществляется взаимодействие зарядов (концепция близкодействия). Осн. количеств, характеристика Э. п.- напряжённость электрического поля Е, к-рая определяется как отношение силы F, действующей на заряд, к величине заряда q, Е = F/q. Э. п. в среде наряду с напряжённостью характеризуется вектором электрич. индукции (см. Индукция электрическая и магнитная). Распределение Э. п. в пространстве наглядно изображается с помощью силовых линий напряжённости Э. п. Силовые линии потенциального Э. п., порождаемого электрическими зарядами, начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных. Силовые линии вихревого Э. п., порождаемого переменным магнитным полем, замкнуты.
Напряжённость Э. п. удовлетворяет принципу суперпозиции, согласно к-рому в данной точке пространства напряжённость поля Е, создаваемого несколькими зарядами, равна сумме напряжённостей полей (Ei, Ei, Ез, . . .) отд. зарядов: Е = E1 + Е2 + Ез + ... Суперпозиция полей вытекает из линейности Максвелла г/равнений.
Лит.: Т а м м И. Е., Основы теории электричества, 9 изд., М., 1976, гл. 1, 6; К алашниковС. Г., Электричество, 4 изд., М., 1977 (Общий курс физики), гл. 2, 13.
Г. Я. Мякишев.
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ АТМОСФЕРЫ, стационарное электрич. поле, создаваемое электрическими объёмными зарядами в атмосфере, собственным зарядом Земли и зарядами, индуцированными в атмосфере. Характеристики Э. п. а.- напряжённость поля и его потенциал - зависят также от распределения проводимости атмосферы, а следовательно, от метеорологич. факторов: туманов, облаков, осадков, метелей, за-пыления и ионизации атмосферы, вулка-нич. извержений и т. д. Поэтому Э. п. а. в разных точках атмосферы различно и испытывает значит, изменения во времени. Вблизи земной поверхности напряжённость Э. п. а. зависит от формы рельефа - она усиливается около выступающих элементов ландшафта, строений, высотных мачт и ослабевает во впадинах рельефа, на улицах городов и т. д. См. Атмосферное электричество.
Лит.: Имянитов И. М., Ч у б а р и на Е. В., Электричество свободной атмосферы, Л., 1965; Имянитов И. М., Ч у-барина Е. В., Шварц Я. М., Электрич чество облаков, Л., 1971; Ч а л м е р с Дж. А., Атмосферное электричество, пер. с англ., Л., 1974. И. М. Имянитов.
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ, естественное электрич. поле Земли как планеты, к-рое наблюдается в твёрдом теле Земли, в морях, в атмосфере и магнитосфере. Э. п. 3. обусловлено сложным комплексом геофизич. явлений. Распределение потенциала поля несёт в себе определённую информацию о строении Земли, о процессах, протекающих в нижних слоях атмосферы, в ионосфере, магнитосфере, а также в ближнем межпланетном пространстве и на Солнце.
Методика измерения Э. п. 3. определяется той средой, в к-рой наблюдается поле. Наиболее универсальный способ - определение разности потенциалов при помощи разнесённых в пространстве электродов. Этот способ применяется при регистрации земных токов (см. Теллурические токи), при измерении с летательных аппаратов электрич. поля атмосферы, а с космич. аппаратов - магнитосферы и космич. пространства (при этом расстояние между электродами должно превышать дебаевский радиус экранирования в космич. плазме, т. е. составлять сотни метров).
Существование электрич. поля в атмосфере Земли связано в основном с процессами ионизации воздуха и пространственным разделением возникающих при ионизации положительных и отрицательных электрич. зарядов. Ионизация воздуха происходит под действием космич. лучей; ультрафиолетового излучения Солнца; излучения радиоактивных веществ, имеющихся на поверхности Земли и в воздухе; электрических разрядов в атмосфере и т. д. Многие атм. процессы: конвекция, образование облаков, осадки и другие - приводят к частичному разделению разноимённых электрич. зарядов и возникновению атм. электрич. полей (см. Атмосферное электричество). Относительно атмосферы поверхность Земли заряжена отрицательно.
Существование электрич. поля атмосферы приводит к возникновению токов, разряжающих электрич. "конденсатор" атмосфера - Земля. В обмене зарядами между поверхностью Земли и атмосферой значит, роль играют осадки. В среднем осадки приносят положит, зарядов в 1,1-1,4 раза больше, чем отрицательных. Утечка зарядов из атмосферы восполняется также за счёт токов, связанных с молниями и отеканием зарядов с остроконечных предметов (острий). Баланс электрич. зарядов, приносимых на земную поверхность площадью 1 км2 за год, можно характеризовать следующими данными:
Ток проводимости ....
+60 к1(км2 * год)
+20
Разряды молний ....
-20
Токи с остриёв .....
-100
Всего . . .
-40 к/(км2 * год)
На значит, части земной поверхности - над океанами - токи с остриёв исключаются, и здесь будет положит, баланс. Существование статического отрицат. заряда на поверхности Земли (ок. 5,7 * *105к) говорит о том, что эти токи в среднем сбалансированы.
Электрич. поля в ионосфере обусловлены процессами, протекающими как в верх, слоях атмосферы, так и в магнитосфере. Приливные движения возд. масс, ветры, турбулентность - всё это является источником генерации электрич. поля в ионосфере благодаря эффекту гидромагнитного динамо (см. Земной магнетизм). Примером может служить солнечно-суточная электрич. токовая система, к-рая вызывает на поверхности Земли суточные вариации магнитного поля. Величина напряжённости электрич. поля в ионосфере зависит от местоположения точки наблюдения, времени суток, общего состояния магнитосферы и ионосферы, от активности Солнца. Она колеблется от неск. единиц до десятков мв/м, а в высокоширотной ионосфере достигает ста и более мв/м. При этом сила тока доходит до сотен тысяч ампер. Из-за высокой электропроводности плазмы ионосферы и магнитосферы вдоль силовых линий магнитного поля Земли электрич. поля ионосферы переносятся в магнитосферу, а магнитосферные поля в ионосферу.
Одним из непосредственных источников электрич. поля в магнитосфере является солнечный ветер. При обтекании магнитосферы солнечным ветром возникает эдс Е = v*b1, где b1 - нормальная компонента магнитного поля на поверхности магнитосферы, v - ср. скорость частиц солнечного ветра.
Эта эдс вызывает электрич. токи, замыкающиеся обрат |
