Kolem elektrického proudu |
Obsah >>> |
Kdy prochází vodičem proud 1 A?
Jednotkou proudu je ampér. Tato jednotka byla pojmenována po průkopníkovi výzkumu elektřiny A. M. Ampérovi. Původně byl ampér definován na základě elektrolýzy - vylučování látek z elektrolytu průchodem elektrického proudu. Takto definovaná jednotka se nazývá mezinárodní ampér:
Mezinárodní ampér je definován jako elektrický proud, který vyloučí z roztoku dusičnanu stříbrného 1,11804 mg stříbra za 1 sekundu.Současná definice ampéru vychází z Ampérova zákona na základě vzájemného působení dvou rovnoběžných vodičů. Přesná definize zní:
AMPÉR je stálý elektrický proud, který při průchodu dvěma přímými rovnoběžnými nekonečně dlouhými vodiči zanedbatelného kruhového průřezu umístěnými ve vákuu ve vzájemné vzdálenosti 1 metr vyvolá mezi nimi stálou sílu 2.10-7 newtonu na 1 metr délky vodiče.Pokud by vám připadala tato definice příliš složitá, stačí dosadit do Ampérova zákona za I1 = 1 A, I2 = 1 A, za vzdálenost vodičů d = 1 m a za délku vodičů l = 1m. Pokud budou vodiče ve vakuu (k = 2.10-7 NA-2), naměříme mezi nimi sílu F = 2.10-7 N na každý metr jejich délky.
Rychlost proudu a rychlost elektronů
Elektrické spotřebiče začnou pracovat okamžitě po sepnutí spínače, i když je vedení dlouhé třeba mnoho kilometrů. Z toho je zřejmé, že elektrické signály se vodičem šíří obrovskou rychlostí (je to téměř 300.000 km/s, tedy rychlost světla). Volné elektrony se však v krystalové mřížce kovu pohybují od záporného ke kladnému pólu zdroje rychlostí jen několik milimetrů za sekundu. Tento paradox si můžeme zjednodušeně představit tak, že elektrony si obrovskou rychlostí předávají svou energii, zatímco samy putují vodičem jen velmi zvolna.
Galvanické články už před 2000 lety?
Začátkem 40. let minulého století objevili archeologové bagdádského muzea při vykopávkách u Khujut Rabu zachovalé nádoby z pálené hlíny s otvorem o průměru asi 3,3 cm, ve kterém byla zasunuta měděná trubička shora i zespodu utěsněná asfaltem. Horní zátkou procházela železná tyčinka zčásti už rozložená se stopami chemického působení. Kombinace mědi a železa by mohla ve spojení s kyselým elektrolytem představovat prastarý galvanický článek. Zajímavé je, že donedávna iráčtí stříbrotepci galvanicky pokovovali kovové ozdoby pomocí galvanických článků velmi podobných tomu, který objevili archeologové. Asie tak možná o 2000 let předběhla evropskou techniku. Podrobnosti najdete v knize E. Dänikena "Vzpomínky na budoucnost".
V Dänikenově knize najdeme ještě jedno "elektrické" téma - v bibli se údajně hovoří i o předchůdci dnešního kondenzátoru. Měla jím být Archa úmluvy, svatostánek Hospodina. Ve II. Knize Mojžíšově, kap. 25 je podrobně popsána její "konstrukce", která by při dobré vůli skutečně mohla představovat zvláštní typ kondenzátoru se zlatými polepy, oddělenými dřevěnou nevodivou stěnou:
10. Udělají také truhlu z dříví setim. Půl třetího lokte bude dlouhost její, půl druhého lokte širokost její, půl druhého také lokte vysokost její.
11. A obložíš ji zlatem čistým, vnitř i zevnitř obložíš ji; a uděláš nad ní vůkol korunu zlatou.
12. Sliješ k ní také čtyři kruhy zlaté, kteréž přiděláš ke čtyřem úhlům jejím, dva totiž kruhy po jedné straně její, a dva kruhy po druhé straně její.
13. Uděláš k tomu i sochory z dříví setim, a obložíš je zlatem.
14. I uvlečeš sochory do kruhů po stranách té truhly, aby na nich nošena byla truhla.
Řez olověným akumulátorem
Automobilový akumulátor má poměrně složitou konstrukci. Skládá se z šesti sériově zapojených článků. Olověné elektrody jednotlivých článků jsou vylisovány ve tvaru mřížek, aby měly co největší povrch. Kladné a záporné elektrody jsou v článku vzájemně izolovány separátorem a zapojeny paralelně, aby se zvýšila jeho kapacita. Články se vkládají do sekcí nádoby z tvrzené pryže. Elektrolytem je asi 37% roztok kyseliny sírové. V nabitém akumulátoru má kyselina hustotu 1,28 g/cm3, vybíjením se hustota zmenšuje a při poklesu pod 1,15 g/cm3 je třeba akumulátor znovu nabít.
Elektrolytický kondenzátor
Kapacita kondenzátoru je mj. tím větší, čím je menší tloušťka nevodivé vrstvičky mezi jeho elektrodami. Elektrolytický kondenzátor je tvořen malou hliníkovou nádobkou s elektrolytem (např. vodný roztok boraxu a kyseliny borité), do kterého je ponořena hliníková elektroda. Při výrobě se k této soustavě připojí zdroj napětí a elektrolýzou se na elektrodách vytvoří tenká vrstvička (asi 0,0001 mm) nevodivého oxidu hlinitého. Tím se dosáhne velké kapacity kondenzátoru i při jeho malých rozměrech.
Křemík
Křemík je druhým nejrozšířenějším prvkem na Zemi. Je základním stavebním kamenem zemské kůry - křemíku je v ní obsaženo 25,7%. V přírodě se křemík vyskytuje převážně ve formě oxidů a silikátů, nejrozšířenější nerost je oxid křemičitý SiO2 - křemen. Čistý křemík se získává náročnými a nákladnými fyzikálně chemickými postupy, například redukcí chloridu křemičitého zinkovými parami. Pak se čistí zonální tavbou a tažením se z taveniny připraví křemíkový monokrystal. Fáze tažení monokrystalu z taveniny znázorňuje následující série obrázků.
Křemík a několik dalších prvků s vlastnostmi polovodičů objevil v první polovině 19. století švédský vědec J. J. Berzelius.
Z historie polovodičových součástek
Diodový jev byl známý dávno před vynálezem tranzistoru. Využíval se například už ve 20. letech 20. století v nejjednodušších radiopřijímačích - krystalkách. Plošek krystalu galenitu se dotýkal jemný kovový hrot a v místě dotyku se vytvořil přechod PN, potřebný k usměrnění signálu. Výzkumu vlastností polovodičů se v Bellových laboratořích (USA) začali hned po 2. světové válce věnovat William Shockley, John Bardeen a Walter Brattain. Koncem roku 1947 při pokusech s krystaly germania objevili tzv. tranzistorový jev - možnost ovlivňování procházejícího proudu napětím připojeným k hrotové elektrodě. Jméno nové polovodičové součástky - tranzistor - vzniklo jako kobinace anglického označení transfer resistor (fotografie). S novým vynálezem se 23.12.1947 seznámilo vedení Bellových laboratoří a po dalším zdokonalení technologie a zpracování patentu byl v červnu 1948 vynález zveřejněn. Již za několik let našel tranzistor uplatnění, nejprve v naslouchacích přístrojích a zakrátko i v prvních tranzistorových přijímačích a dalších přístrojích. Začala nová éra elektroniky.
Polarografie
Jediným českým vědcem, který získal Nobelovu cenu, byl fyzikální chemik akademik Jaroslav Heyrovský (1890 - 1967). Vynalezl zcela originální metodu pro určování chemického složení látek. Polarografie je založena na elektrolýze: elektrolytem je roztok zkoumané látky, elektrody jsou rtuťové. Rtuť z nich neustále odkapává, aby byla zajištěna čistota elektrod, které by se jinak pokrývaly zplodinami chemických reakcí. Heyrovský zjistil, že změny proudu při zvyšování napětí mezi elektrodami mají souvislost s chemickým složením elektrolytu.