Контрольная работа по "Физике"

Вопрос  №1      

Что такое электрический  ток? В учебнике физики есть определение:  
      ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК - это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц - электронов. Я обращаю внимание всех физиков на это определение, которое написано в учебниках физики средней школы!  
      Заряд электронов отрицателен.  
      Есть и неподвижные частицы:  
      протоны - частицы с положительным зарядом;  
      нейтроны - с нейтральным зарядом.  
      СИЛА ТОКА – это количество тех самых электронов протекающих через поперечное сечение проводника.                      

Все физические вещества, в том числе металлы состоят  из молекул, состоящих из атомов, которые  в свою очередь состоят из ядер и вращающихся вокруг них электронов. Во время химических реакций электроны  переходят от одних атомов к другим, поэтому, атомы одного вещества испытывают недостаток в электронах, а атомы  другого вещества имеют их избыток. Это означает, что вещества имеют  разноименные заряды. В случае их контакта, электроны будут стремиться перейти  из одного вещества в другое. Именно это перемещение электронов и  есть ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. Ток, который будет течь, до тех пор, пока заряды этих двух веществ не уравняются. Разность зарядов этих веществ можно назвать разностью потенциалов, или НАПРЯЖЕНИЕМ.       

Вроде как то не понятно. Проводник – это в  простейшем случае - проволока, сделанная  из металла (чаще применяется медь). Масса электрона равна 9,10938215(45)×10^-31 кг. Если электрон имеет массу, то это означает, что он материален. Но проводник сделан из металла, а металл то, твёрдый, как по нему текут какие то, электроны?

Недостоверность официальной теории электрического тока

 
      Рассмотрим понятие электрического тока, подойдя к этому логически, не нарушая других простых аксиом физики и химии. Если электроны движутся направленно, значит, они "покидают" свой атом, а это означает, что  будет теряться атомарная масса  и как следствие, меняться и химический состав проводника. Почему тогда проводники под действием электрического тока не превращаются в другие химические вещества с более лёгкой атомарной  массой, или просто не рассыпаются? Да потому, что понятие электрического тока, при котором движутся электроны, является лишь одним из вариантов объяснить людям, что такое электрический ток и как он течёт. Для того, чтобы хоть как то, оправдать свою теорию, придумали понятие "свободные электроны" - те которые находятся на "высокой орбите" атома и имеют с атомом слабую связь, но это понятие всё равно ничего не проясняет.  
      Мне задали вопрос: Почему, по моему мнению, должен меняться химический состав проводника при покидании электронами его атомов? Ведь число электронов равное числу протонов лишь обеспечивает его нейтральность, а сам химический элемент определяется количеством протонов и нейтронов исходя из периодического закона Менделеева. Если чисто теоретически отнять от массы любого химического элемента все его электроны, он практически не приблизится к массе ближайшего химического элемента. Слишком большая разница между массами электрона и ядра (масса только 1-го протона примерно в 1836 больше массы электрона). А уменьшение или увеличение числа электронов должно приводить лишь к изменению общего заряда атома. Число электронов у отдельно взятого атома всегда переменно. Они, то покидают его, вследствие теплового движения, то возвращаются обратно, потеряв энергию.  
      Теоретически, это утверждение соответствует законам и представлениям классической физики, а практически, нет необходимости иметь даже гуманитарное образование, чтобы задуматься над тем, а разве бывают химические элементы без электронов? Если Вы сомневаетесь, отвечу – не бывает! Кто, и каким способом смог определить, что число электронов у отдельно взятого атома всегда переменно? Это только теория, а практические наблюдения с помощью новых методов спектроскопии доказывают, что это научное заблуждение.       

Неопровержимым  доказательством хлипкости официальной  теории электрического тока, в котором  электроны движутся, покидая свои атомы, является объяснение работы электровакуумных приборов.  
      Напомню, что по официальной теории во время действия электрического тока в обычном проводнике, электрон, покидая своё место, оставляет там «дырку», которая затем заполняется электроном от другого атома, где в свою очередь так же образуется дырка, в последствии заполняемая другим электроном. Весь процесс движения электронов происходит в одну сторону, а движение «дыр», в противоположную. То есть дырка – явление временное, она заполняется всё равно. Заполнение необходимо для сохранения равновесия заряда в атоме.  
      А теперь рассмотрим работу электровакуумного прибора. Для примера возьмём простейший диод – кенотрон. Электроны в диоде во время действия электрического тока испускаются катодом в направлении анода. Все электронно-вакуумные приборы имеют срок службы, который в основном определяется состоянием катода. Пока прибор новый, поверхность его катода насыщена электронами. Говорят «катод обогащён электронами». В ходе эксплуатации прибора, электроны через вакуум двигаются к аноду. Через некоторое время работы прибора наступает такое состояние, при котором, на катоде «заканчиваются» электроны и прибор теряет свои свойства проводимости. Про такое состояние катода говорят «катод обеднён». И такой электронно-вакуумный прибор попросту выкидывают. А если прибор дорогой, его восстанавливают. Для его восстановления колбу распаивают, заменяют катод на обогащённый, после чего колбу обратно запаивают.  
      Если верить тому, что электроны в проводнике двигаются "перенося на себе" электрический ток, то катод должен был пополняться электронами от проводника, подключенного к катоду, но этого не происходит.  
      Поэтому можно сделать вывод, что определение:  
      «Электрический ток – это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц – электронов» правильно только для электрического тока в вакууме, а точнее - электровакуумных приборах.  
      Альтернативой классическому понятию Электрического тока в проводнике является дипольная атомарная модель. При воздействии энергии источника электрического тока, все диполи атомов проводника поворачиваются, ориентируясь своими одноимёнными полюсами в одном направлении, обеспечивающем мгновенную (со скоростью света), передачу энергии на противоположный конец проводника.  
      Тогда определение электрического тока для проводников будет выглядеть так:  
      «Электрический ток – это способность атомов проводника осуществлять перенос электрических зарядов, путём магнитной ориентации под воздействием энергии источника электрического тока».  
      Не понятно, что является носителем электрического заряда? Ведь диполи, не перемещаются вдоль проводника, они лишь ориентируются по магнитному полю, поворачиваясь на месте. А заряд это свойство материальных тел и в свою очередь без носителя существовать не может.  
      А носителя энергии, перемещающегося по проводнику на самом деле и нет! Энергия перемещается в виде фотонов – точечных электромагнитных колебаний имеющих чёткую геометрическую форму и поляризацию. Так как фотон не имеет массу, он способен двигаться со скоростью света – подобно радиосигналу, поскольку и свет, и радиосигнал – это тоже поток фотонов. При этом, двигаясь с такой огромной скоростью он, при отсутствии массы способен резко (без инерции) менять своё направление. Если это движение доверить электронам, то они "пробивали" бы металлы, разрушая их на молекулярном уровне, подобно мелкому космическому "мусору", вращающемуся на космической скорости на околоземных орбитах, и периодически выводящему из строя дорогие космические аппараты, "прошивая" обшивку аппаратов насквозь. Кстати, в электровакуумных приборах, где носителями энергии действительно выступают электроны, такое явление наблюдается.  
      "Пристанью" для фотонов, или по другому – хранителями энергии являются электроны. При отсутствии внешнего воздействия, для уравновешивания зарядов атомов проводника, электроны соседних атомов делятся своей энергией, передавая друг другу фотоны энергии. При нагревании, фотоны хаотично перемещаются между атомами проводника, а конкретнее - электронами. При воздействии электрического поля вызванного разностью потенциалов между разными сторонами проводника от источника напряжения, или магнитного поля, движение фотонов приобретает определённое направление.  
      Таким образом, можно сделать вывод, что электроны движутся в пределах атома не покидая его.       

Учебники физики учат, что скорость движения электрического тока равна скорости света (300 000 км/с), а опыты доказывают не соответствие этой скорости и классического понимания  скорости движения электронов, согласно которого, на основе экспериментов  посчитана скорость упорядоченного движения электронов вдоль медного  проводника, которая оказалась равной 0,007 мм/с. Это скорость перенесения  электрических зарядов "свободными электронами". А электрический  ток действительно движется со скоростью  света, разрушая "фундаментальное  определение тока" изложенное в  учебниках физики средней школы. Понимая хлипкость теории тока, в  некоторых, более "умных" учебниках  пишут, что ток переносится не электронами, а электромагнитным полем, которое "мгновенно" приводит в  движение свободные электроны, которые  в свою очередь движутся со скоростью "черепахи". При этом не объясняется  происхождение этого самого поля, и при чём тут "медленные" свободные электроны? И какая  разница "медленным" электронам, насколько "мгновенно" они придут в движение, если они медленные? А  не объясняется потому, что это  не возможно объяснить с точки  зрения классической физики.       

Эту тему можно продолжать и дальше, но я ограничусь тем, что  уже написал. Если у Вас есть желание  изучить это глубже, то Вы можете поискать материал в библиотеках, а  может что-нибудь найдёте и в  интернете. Я не один ставлю под сомнение "Определение ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА", есть много других научных деятелей согласных со мной. Я не занимаюсь  доказательством своей правоты, это не входит в мои планы. Такие  вопросы слишком наукоёмки и  времязатратны. У меня нет для  этого времени.       

Всё вышеописанное  абсолютно не помешает Вам в дальнейшем, разбираться в классических законах  электроники, я только хотел дать Вам толчок к осознанию того, что  даже в, казалось, простых вещах, в  которых люди разобрались, не всё  так просто.

Давайте теперь разберёмся, что такое СИЛА ТОКА

.  
      Представим картину: Проходит парад-маскарад. По улицам двигаются демонстранты. Сначала они шли по широкой улице, места было достаточно, чтобы выстроиться по десять человек на одной линии, потом они пошли по узкой улице, поэтому они стали двигаться по пять человек. При этом, они не меняли ни ширину, ни скорость своего шага. Поэтому вся маскарадная колонна широкую улицу прошла за половину часа, а узкую улицу, такой же длины она проходила целый час.  
      Поток демонстрантов можно сравнить с электрическим током, и провести аналогии:  
  1. Чем шире улица (толще провод), тем больший поток демонстрантов (СИЛУ ТОКА), она может обеспечить.  
  2. На широкой улице (в толстом проводе) демонстранты могли построиться и по пять человек – сделать поток уже (силу тока – меньше), в таком случае, время прохождения колонны увеличилось бы и сравнялось с временем прохождения по узкой улице.  
  3. Узкая улица (тонкий провод) способна пропустить колонну только по пять человек, для большего количества людей она представляет препятствие (СОПРОТИВЛЕНИЕ).  
  4. Количество демонстрантов в колоне можно сравнить с НАПРЯЖЕНИЕМ электрического тока.  
  5. Чем шире улица (меньше сопротивление), тем больший поток демонстрантов (СИЛУ ТОКА), она может обеспечить.  
  6. Чем шире улица (меньше сопротивление), тем большее количество демонстрантов (НАПРЯЖЕНИЕ), она может пропустить за определённое время.  
      Путём перечисленных аналогий, мы пришли к «ЗАКОНУ ОМА», который ещё называется Законом Ома для участка цепи. Изобразим его в виде формулы:

 
      где I – сила тока, U – напряжение (разность потенциалов), R – сопротивление.  
      По-простому, это звучит так: Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.       

Сила  электрического тока измеряется прибором называемым Амперметром. Как вы догадались, величина электрического тока (количество переносимого заряда) измеряется в амперах. Для увеличения диапазона обозначений единицы изменения существуют такие приставки кратности как микро - микроампер (мкА), мили – миллиампер (мА). Другие приставки в повседневном обиходе не используются. Например: Говорят и пишут «десять тысяч ампер», но никогда не говорят и не пишут 10 килоампер. Такие значения в обычной жизни не реальны. То же самое можно сказать про наноампер. Обычно говорят и пишут 1×10^-9 Ампер.       

Электрическое напряжение (электрический потенциал) измеряется прибором называемым Вольтметром, как вы догадались, напряжение, т. е. разность потенциалов, которая заставляет течь ток, измеряется в Вольтах (В). Так же, как для тока, для увеличения диапазона обозначений, существуют кратные приставки: (микро - микровольт (мкВ), мили – милливольт (мВ), кило – киловольт (кВ), мега – мегавольт (МВ). Напряжение ещё называют ЭДС – электродвижущей силой.       

Электрическое сопротивление измеряется прибором называемым Омметром, как вы догадались, единица измерения сопротивления – Ом (Ом). Так же, как для тока и напряжения, существуют приставки кратности: кило – килоом (кОм), мега – мегаом (МОм). Другие значения в обычной жизни не реальны.       

Ранее, Вы узнали, что  сопротивление проводника напрямую зависит от диаметра проводника. К  этому можно добавить, что если к тонкому проводнику приложить  большой электрический ток, то он будет не способен его пропустить, из-за чего будет сильно греться  и, в конце концов, может расплавиться. На этом принципе основана работа плавких  предохранителей.       

В соответствии с  классической теорией электрического тока, атомы любого вещества располагаются  на некотором расстоянии друг от друга. В металлах расстояния между атомами  настолько малы, что электронные  оболочки практически соприкасаются. Это дает возможность электронам свободно блуждать от ядра к ядру, создавая при этом электрический ток, поэтому  металлы, а также некоторые другие вещества являются ПРОВОДНИКАМИ электричества. Другие вещества – наоборот, имеют  далеко расставленные атомы, электроны, прочно связанные с ядром, которые  не могут свободно перемещаться. Такие  вещества не являются проводниками и  их принято называть ДИЭЛЕКТРИКАМИ, самым известным из которых является резина. Это и есть ответ на вопрос, почему электрические провода делают из металла. Аналогию с неклассической теорией можете провести сами.       

О наличии электрического тока говорят следующие действия или явления, которые его сопровождают:  
  1. Проводник, по которому течет ток, может нагреваться;  
  2. Электрический ток может изменять химический состав проводника;  
  3. Ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела.       

При отделении электронов от ядер освобождается некоторое  количество энергии, которое нагревает  проводник. По неклассической теории, нагрев вызывает не отрыв электронов от ядер, а превышение максимально  возможного уровня заряда электронов. "Нагревательную" способность  тока принято называть мощностью  и измерять в ваттах. Такой же единицей принято измерять и механическую энергию, преобразованную из электрической  энергии.

Опасные свойства электричества и техника  безопасности

 
      Электрический ток нагревает проводник, по которому течёт. Поэтому:  
  1. Если бытовая электрическая сеть испытывает перегрузку, изоляция постепенно обугливается и осыпается. Возникает возможность короткого замыкания, которое очень опасно.  
  2. Электрический ток, протекая по проводам и бытовым приборам, встречает сопротивление, поэтому "выбирает" путь с наименьшим сопротивлением.  
  3. Если происходит короткое замыкание, сила тока резко возрастает. При этом выделяется большое количество тепла, способное расплавить металл.  
  4. Короткое замыкание может произойти и из-за влаги. Если в случае с коротким замыканием происходит пожар, то в случае с воздействием влаги на электроприборы в первую очередь страдает человек.  
  5. Удар электричеством очень опасен, вероятен смертельный исход. При протекании электрического тока через организм человека, сопротивление тканей резко уменьшается. В организме происходят процессы нагревания тканей, разрушения клеток, отмирания нервных окончаний.       

Чтобы обезопасить  себя от воздействия электрического тока, используют средства защиты от поражения  электрическим током: работают в  резиновых перчатках, используют резиновый  коврик, разрядные штанги, устройства заземления аппаратуры, рабочих мест. Автоматические выключатели с тепловой защитой и защитой по току, так  же являются не плохим средством защиты от поражения током, способным сохранить  жизнь человека. Когда я не уверен в отсутствии опасности поражения  электрическим током, при выполнении не сложных операций в электрощитовых, блоках аппаратуры, я как правило  работаю одной рукой, а другую руку ложу в карман. Тем самым  исключается возможность поражения  током по пути рука-рука, в случае случайного прикосновения к корпусу  щита, или другим массивным заземлённым  предметам. Для тушения пожара, возникшего на электрооборудовании используют только порошковые или углекислотные  огнетушители. Порошковые тушат лучше, но после засыпания аппаратуры пылью  из огнетушителя, эту аппаратуру не всегда возможно восстановить.