Электрический ток может возникать только в том случае, когда для него есть проводящий путь (проводящая среда), который позволяет электрическим зарядам по нему перемещаться. К этому перемещению их побуждает сила, называемая напряжением или разностью потенциалов. В качестве проводящего пути могут быть металлы, определенные жидкости и некоторые газы. Рассмотрим этот вопрос подробнее, а также в каком виде мы можем наблюдать электрический ток на автомобиле.
Электрический ток в металлах
Большинство металлов являются очень хорошими проводниками электрического тока. Вызвано это тем, что структура металлов представляет собой кристаллическую решетку, внутри которой атомы крепко связаны между собой. Между тем электроны атомов могут свободно отрываться от них и перемещаться по решетке в любом направлении, т.е. они гуляют сами по себе. Стоит поместить кусок металлического провода в разность потенциалов, например, присоединить к аккумуляторной батарее, сразу начнется направленное движение электронов.
Таким образом, в металлах электрический ток образуется электронами.
Вся электропроводка автомобиля выполнена из медного провода, кузов автомобиля также металлический. Благодаря хорошей проводимости металла аккумуляторная батарея и генератор практически без потерь обеспечивают все электрооборудование электроэнергией.
Электрический ток в жидкостях
Чем отличается электрический ток в жидкостях? Рассмотрим на примере обыкновенной пищевой соли, которую мы употребляем. Химическая формула молекулы соли выражается так: NaCl. Состоит из атомов натрия Na и атомов хлора Cl. Соль представляет собой тоже кристаллическую структуру. Растворяя кристаллы соли в воде, мы разрушаем ее кристаллическую решетку. Молекулы соли в воде распадаются (диссоциируют) на положительно заряженные ионы натрия и отрицательно заряженные ионы хлора. Ион – это частица, в которую превращается атом при отдаче или присоединении электронов.
Если теперь в эту жидкость опустить два электрода, например, куски проводов, присоединенных к клеммам аккумуляторной батареи, то в растворе за счет разности потенциалов возникнет электрический ток.
Таким образом, в жидкостях электрический ток образуется ионами.
Где на автомобиле мы видим это явление? Конечно, внутри свинцовой аккумуляторной батареи. Позже об аккумуляторах будем говорить подробнее, сейчас же я пока только обозначу процесс возникновения электрического тока внутри аккумулятора.
Аккумулятор заполнен электролитом, т.е. раствором серной кислоты H2SO4 и дистиллированной воды. В растворе кислота диссоциирует на положительно заряженные ионы водорода (катионы) и отрицательно заряженные ионы кислотного остатка (анионы). При присоединении к клеммам аккумулятора какой-либо нагрузки, внутри батареи под действием разницы потенциалов возникает электрический поток ионов, аккумуляторная батарея начинает разряжаться.
Электрический ток в газах
Электрический ток может возникать и в газах. Я думаю, что не открою большого секрета, если скажу, что мы находимся в каждый момент времени под воздействием потока космических частиц. Эти частицы пронизывают воздух, пронизывают нашу Землю насквозь, и летят куда-то дальше. Для них Земля совершенно не препятствие. Как известно, воздух состоит по большей части из молекул азота N2. Космические частицы, ударяя по нейтральным молекулам азота, вызывают ионизацию газа, в результате которого происходит отщепление электронов от молекул и возникновение положительных ионов. Оторвавшийся электрон начинает свободно перемещаться в междумолекулярном пространстве газа, и может сохранять относительно долго «самостоятельность» своего движения. Или, наоборот, он может быстро проникнуть в нейтральную молекулу, превратив ее в отрицательный ион.
Если создать определенные условия, например, поместить газ в емкость и подать с помощью электродов напряжение (разницу потенциалов), то в газах также возможно образование электрического тока.
Таким образом, электрический ток в газах – это направленное движение ионов и электронов.
Где мы видим на автомобиле электрический ток в газах? Пожалуйста, это электрический пробой на свече зажигания. При запуске двигателя, а также при работе двигателя для воспламенения паров бензина на свечи зажигания подается очень большое напряжение величиной до нескольких тысяч вольт (до 40 кВ). Благодаря такой разнице потенциалов между электродами свечи в воздушном пространстве возникает электрическая дуга в виде искры.
Также, как пример, можно привести ксеноновые лампы в фарах автомобиля. В них источником света является электрическая дуга внутри лампы. Поэтому ксеноновые лампочки относят к типу газоразрядных. Для создания электрического разряда в них нужно высокое напряжение в несколько десятков киловольт, поэтому для работы ксеноновой лампы требуется отдельное устройство – блок розжига.