Електроприлади

Тривалий час магнітні й електричні взаємодії вважали явищами, що не пов’язані між собою. І лише в 1820 році Ганс Крістіан Ерстед виявив дію електричного струму на магнітну стрілку, а в 1831 році Майкл Фарадей відкрив явище електромагнітної індукції.

Ця взаємодія лягла в основу електротехніки, що вможливило побудову електродвигунів і генераторів електричного струму.

Найпліднішою спробою пояснення властивостей та походження електричних і магнітних полів на спільному підґрунті виявилися теоретичні дослідження Джеймса Максвелла, який у 1864 році передбачив існування електромагнітних хвиль. Через 10 років після смерті Максвелла фізик Генріх Рудольф Герц (1857-1894, Німеччина) підтвердив на дослідах усі висновки теорії Максвелла.

Відкриття електромагнітних хвиль, а також застосування напівпровідників стали відправною точкою розвитку радіотехніки й електроніки, що згодом привело до створення комп’ютерної техніки та засобів комунікування.

Основні фундаментальні віхи на шляху розвитку радіотехніки (мал. 3.11): телеграф (1753), телефон (1870), радіо (1895), бездротовий телеграф (1922), телебачення (1930), інтернет (1969), мобільний телефон (1973), 5G-модем для смартфонів (2018).

Мал. 3.11. Так відбувався розвиток радіоприймачів, плеєрів, телевізорів, пультів ДУ й телефонів

Як відомо, проходження електричного струму супроводжують теплова, світлова, хімічна й магнітна дії. Ці дії електричного струму використовують в електроприладах, зокрема й побутових (мал. 3.12).

Мал. 3.12. Дії електричного струму, використовувані в побутових електроприладах

За якими діями згруповано прилади, зображені на малюнку 3.12?

Теплову дію струму пояснюють тим, що сила електричного поля розганяє заряджені частинки, збільшуючи їхню кінетичну енергію, що приводить до нагрівання. Для деяких речовин таке нагрівання може зумовити й світлову дію. Наприклад, в електричних лампах розжарювання, де розжарена вольфрамова нитка яскраво світить (мал. 3.13, а).

Перевагою лампи розжарювання є випромінювання постійного (не мерехтливого) світіння. Проте в них є низка суттєвих недоліків, серед яких — велике енергоспоживання, відносно короткий термін роботи та мала ефективність. Наприклад, частка спожитої електричної енергії, що перетворюється на світло, становить лише 5 % , а решта 95 % — перетворюється в теплоту. Від 1981 року почали використовувати газорозрядні лампи (мал. 3.13, б). У них електричний струм проходить не металевим провідником, а крізь суміш газів, які внаслідок цього випромінюють світло. Газорозрядну лампу названо енергозберігальною тому, що, споживаючи потужність 20 Вт, вона дає такий самий світловий потік, як лампа розжарювання, що споживає 100 Вт. Термін роботи сучасних енергозберігальних ламп становить близько 10 000 год, і 70 % спожитої ними електричної енергії перетворюється на світло. Проте й на зміну газорозрядним лампам приходять нові — LED лампи (мал. 3.13, в). LED лампа (від англ. lightemitting diode — діод, що випромінює світло) — це напівпровідниковий пристрій. Коли електричний струм проходить через нього, він випромінює світло. Такі пристрої ще називають світлодіодними лампами. Їхніми перевагами є те, що близько 90 % спожитої електричної енергії перетворюється на світлову. Виготовляють лампи, які випромінюють світло певного кольору. Колір світла, випромінюваного світлодіодом, залежить від хімічного складу напівпровідника, що використаний у ньому. Світлодіоди застосовують в індикаційній техніці, в інформаційних табло, світлофорах, ліхтариках, електричних гірляндах тощо.

Мал. 3.13. Електричні лампи: розжарювання, газорозрядні, світлодіодна

Теплову дію струму використовують у різних електронагрівальних приладах — технічних засобах, призначених для перетворення електричної енергії на теплову. Наразі в побуті широко використовують електричні нагрівні прилади: праски, плити, чайники, каміни, рефлектори тощо.

Мікрохвильова піч також є популярним нагрівним побутовим електроприладом, проте на відміну від електричних варильних панелей і духових шаф нагрівального елемента в ній немає. Без зайвого деталізування суті фізичних процесів, які відбуваються, принцип дії мікрохвильової печі можна пояснити так. Нагрівання їжі відбувається завдяки дії електромагнітних хвиль на молекули води, що містяться в продуктах. Молекули води починають обертатися, виникає «міжмолекулярне тертя», у результаті чого виділяється теплота.

На магнітній дії, що спричинює обертання рамки, якою проходить електричний струм, ґрунтується функціонування різноманітних електричних двигунів. Електричний двигун перетворює електричну енергію на механічну роботу. Обертовий рух передається на виконавчий орган інструментів і побутових електроприладів. В електрифікованих машинах є три основні частини: електричний двигун, передавальний механізм та виконавчий орган.

Зміст