Содержание

Как правильно заряжать аккумулятор автомобиля зарядным устройством и другими способами

Перед тем как купить новый аккумулятор, стоит изучить тему о наиболее распространённых АКБ. Это позволит впоследствии не жалеть о поспешном выборе и со знанием дела приступить к его правильному использованию. В этом материале мы расскажем о том, как правильно заряжать аккумулятор в зависимости от его технических особенностей.

Как определить, что АКБ нуждается в зарядке?

Обычно после установки новой батареи владелец автомобиля забывает о ней. Если АКБ необслуживаемая, то при правильной эксплуатации её хватит на несколько лет исправной работы.

Если не возникает проблем с электропитанием, заряжать АКБ практически не требуется. Если по какой-то причине она разрядится (длительное питание потребителей тока без зарядки, сульфатация пластин от старости и т. п.), то это моментально обернётся невозможностью завести машину.

При более глубоком разряде не будут нормально работать и другие приборы. В этой ситуации нужно, прежде всего, определить степень разряда. Чтобы уметь быстро устанавливать причину, следует запомнить несколько чисел:

  • 100% заряду батареи соответствует напряжение 12,7 В;
  • при 50 % заряде эта величина составляет 12,2 В;
  • о нулевом заряде свидетельствует напряжение ниже 11,7 В.

Ещё точнее можно установить степень разряженности АКБ по уровню плотности электролита, которую определяют ареометром. Правда, этот замер можно сделать только на обслуживаемых моделях, имеющих пробки. Простейшая таблица соответствия, которую можно запомнить, выглядит так:

  • 100 % заряду соответствует плотность электролита выше 1,27 г/см³
  • 50 % — 1, 20 г/см³
  • 0 % — 1,00 г/см³.

С обслуживаемой АКБ нужно обращаться более внимательно. Необходимо периодически (летом — не реже одного раза в неделю) проверять уровень электролита, пополнять банки дистиллированной водой, нейтрализовать щелочным раствором (соды, например) верхнюю панель батареи для предотвращения саморазряда.

Чтобы АКБ любого типа прослужила дольше, нужно контролировать степень разряда и вовремя подзаряжать её. Особое внимание следует уделять кальциевым батареям, плохо переносящим глубокий разряд.

Вопросы, связанные с методикой зарядки АКБ, и ответы на них

Далее мы разберём самые распространённые вопросы, связанные с обслуживанием автомобильных аккумуляторных батарей.

Можно ли заряжать батарею, не снимая её с автомобиля?

Правильно зарядить аккумулятор автомобиля можно и без демонтажа с ТС. Нужно лишь отсоединить обе клеммы от массы и плюсового провода автомобиля. В противном случае могут быть повреждены штатные электроприборы.

Что заряжает лучше — генератор или ЗУ (зарядное устройство)?

Если рассматривать полноту и качество зарядки, то в выигрыше будет зарядное устройство. Оно позволяет управлять параметрами процесса. С помощью ЗУ можно получить наилучшие результаты для АКБ разных типов, сроков эксплуатации и степеней разряда. Зарядным устройством можно зарядить батарею до 100 % её ёмкости, что в ряде случаев недостижимо для генератора.

Однако зарядка АКБ посредством ЗУ требует определённой трудоёмкости, особенно при её демонтаже. Далеко не все автолюбители готовы тратить своё время на такую операцию. По этим причинам наибольшая часть владельцев предпочитает зарядку источника от машинного генератора. Тем более что она осуществляется автоматически и не требует временных и трудовых затрат.

Можно ли заряжать АКБ на морозе?

Такая операция не рекомендуется. Если в электролите образовалась ледяная шуга, то АКБ заряжаться не будет. Ещё хуже, если электролит полностью замёрз. Такое изделие теряет ёмкость и даже после восстановления неспособно крутить стартер.

Зарядка на морозе возможна только в случае крайней необходимости при условии, что электролит находится в жидком (полужидком) состоянии. Зарядить АКБ удастся лишь частично, и процесс будет продолжаться достаточно долго. Сначала ток будет разогревать саму батарею, только потом начнётся её заряд.

Правильно зарядить аккумулятор зарядным устройством можно только в тёплом помещении (температура выше +20 ºС). При этом АКБ необходимо предварительно выдержать в тепле несколько часов, чтобы весь лёд растаял.

Можно ли «прикуривать» от другой машины?

Это вполне допустимо, но с соблюдением некоторых условий:

  • двигатель машины-«донора» должен перед «прикуриванием» поработать пять минут на двух тысячах оборотов, чтобы подзарядить свой аккумулятор;
  • один из проводов машины-«донора» нужно отсоединить от аккумулятора;
  • соблюдая полярность, следует соединить специальными проводами с зажимами плюсовые и минусовые клеммы обоих аккумуляторов;
  • недопустимо «прикуривание» без отсоединения аккумулятора «донора» от самой машины, тем более при работающем двигателе «донора».

Невыполнение указанных требований может привести к выходу из строя электроники «донорской» машины. При проведении операции нужно соизмерять энергетические возможности аккумулятора с характеристиками запускаемого им двигателя. В частности, не стоит пытаться заводить двигатель трёхлитрового внедорожника аккумулятором ёмкостью 45 А·ч.

Как заряжать кальциевые батареи

Пластины кальциевых моделей также состоят из свинца, но в него добавляют до 0,1 % кальция. Это делается для снижения электролиза воды, повышения коррозийной стойкости и прочности пластин. Результат — увеличение долговечности АКБ, отдача более высокой мощности.

Сегодня наибольшее распространение у автомобилистов получили именно кальциевые батареи. Их относят к типу «поставил и забыл», производители анонсируют их срок службы не менее пяти лет. Однако, как обстоит дело в реальности, нужно исследовать дополнительно.

Для кальциевых батарей характерен один существенный недостаток, о котором производители не забывают информировать покупателей. Он заключается в том, что кальциевые модели не переносят глубокого разряда. При падении ЭДС до уровня 11,7 В и ниже они полностью разряжаются. Даже после заряда батареи до нормального напряжения часть её ёмкости утрачивается безвозвратно.

Считается, что 2-3 цикла глубокого разряда могут полностью вывести её из эксплуатации. Изготовители рекомендуют раз в месяц проверять напряжение (ЭДС) на клеммах и при необходимости подзаряжать её. Если этого не делать, то срабатывает схема — чем меньше времени уделять батарее, тем чаще её приходится менять.

Мнения специалистов разделяются насчёт того, как правильно заряжать кальциевые батареи. Наиболее крупные поставщики таких АКБ в России — словенские бренды TAB и Topla — констатируют, что напряжение заряда кальциевых батарей не должно превышать 14,8 В. При зарядке от ЗУ нужно устанавливать ток, численно равный десятой части от значения ёмкости (например, 5 А для АКБ ёмкостью 50 А·ч.). Именно 14,8 В (максимум) выдаёт с генератора на батарею регулятор напряжения любого авто.

Напряжением 14,8 В кальциевая батарея заряжается только до 50 % ёмкости. Полную зарядку даёт напряжение 16,1 В, которое на втором этапе нужно подавать на клеммы до тех пор, пока ток не упадёт до величины 0,5 А. С этого момента рекомендуют, не изменяя напряжения, продолжить зарядку в течение двух часов, затем её прекратить. АКБ будет заряжена на 100 % ёмкости.

Аккумулятор также можно считать полностью заряженным, если напряжение на клеммах составляет 12,7 В через 8-12 часов после прекращения зарядки.

Ещё проще заряжать кальциевый аккумулятор специально предназначенным для этого типа АКБ зарядным устройством с программируемыми режимами. В конце цикла устройство попеременно подаёт на батарею напряжение в 16,1 В и в 13,2 В. По мере зарядки длительность импульсов напряжения меняется, результатом становится более быстрое получение 100 % заряда.

Как заряжать гибридные АКБ

Гибридной батарея называется потому, что производится по технологиям малосурьмянистой и кальциевой АКБ одновременно. Одни пластины — это сплав свинца с сурьмой, другие — свинца с кальцием.

Аккумуляторы этого вида получают всё большую популярность. Они не боятся глубокого разряда, отличаются высокими пусковыми токами и доступными ценами. Особых правил зарядки для гибридных АКМ нет. Ток устанавливают в пределах, не превышающих 10-30 % численного значения ёмкости батареи (для АКБ в 50 А·ч ток заряда — 5-15 А). В то же время специалисты считают, что лучше заряжать их током в 2 А. Сигнал того, что устройство заряжено, — напряжение 14,2 В, а ток — 0,3-0,5 А.

Как заряжать гелевые АКБ

Гелевый АКБ — современный вторичный источник, в котором электролит находится в состоянии геля. Он отличается высокой токоотдачей, большим количеством циклов зарядки и минимальным током саморазряда. Гелевый АКБ боится перезаряда — напряжение свыше 15 В для него губительно.

Для зарядки таких аккумуляторов используют обычные ЗУ. Зарядный ток можно устанавливать в пределах 10-30 % от ёмкости АКБ при условии, что напряжение не будет превышать 15 В. Более высокое напряжение приводит к плавлению геля с потерей функциональных свойств.

Информация о том, как правильно заряжать аккумулятор гелевого типа, всегда указана на его корпусе. Эти сведения устанавливают предельные значения напряжения и тока зарядки. Например, напряжение ограничивается диапазоном 14,4–15,0 В, ток — значением 2,1 А. Чтобы избежать превышения напряжения выше 15,0 В, стоит пользоваться электронными зарядными устройствами, автоматически поддерживающими параметры в заданных режимах.

Как заряжать AGM аккумуляторы

Преимуществами аккумуляторов, выполненных по технологии AGM, являются высокие пусковые токи (500-900 А), длительный срок службы (на 3-5 лет больше обычной АКБ) и быстрая зарядка. Сам процесс должен производиться напряжением не выше 15,2 В с силой тока в 10-30 % от значения ёмкости. Для выполнения этих условий лучше пользоваться электронными ЗУ.

Зарядка необслуживаемых АКБ

Они заряжаются так же, как и обслуживаемые, однако, в отличие от последних, в них невозможно отследить уровень электролита. Необслуживаемые АКБ нельзя перезаряжать, поскольку при этом начинается интенсивное газовыделение. Пары электролита сбрасываются через предохранительный клапан, уровень жидкости в банках понижается. Со временем могут обнажиться пластины, что уменьшит ёмкость АКБ.

Чтобы не допустить перезаряда и правильно заряжать новый аккумулятор необслуживаемого типа, нужно уметь точно рассчитывать и соблюдать время заряда. Так, если напряжение на АКБ ёмкостью 60 А·ч перед зарядкой составляет 12,2 В, значит она заряжена на 50 %. Для полного заряда нужно передать ей 30 А·ч ёмкости. Это означает, что током в 6 А её нужно заряжать не более пяти часов.

Технически грамотное обслуживание и правильно выполняемая зарядка аккумуляторной батареи — залог того, что водитель никогда не попадёт в дорожную ситуацию с неработающим двигателем машины, который сложно или невозможно завести.

Можно ли заряжать смартфон, наушники или часы более мощной зарядкой? Вольты и амперы для "чайников"

Оценка этой статьи по мнению читателей:

Я часто встречаю в интернете одни и те же вопросы, связанные с зарядкой гаджетов. Звучат они примерно так:

— У меня есть телефон, с которым шла зарядка на 5 вольт и 1 ампер (5V и 1A). Можно ли заряжать его от более мощного блока питания на 5V и 3A? Не вредно ли это?

— Мои Bluetooth-наушники шли без блока питания в комплекте, а в инструкции сказано, что заряжать их нужно от USB-разъема компьютера, мощностью 5V и 0.5A. Что будет если я подключу к ним блок питания на 5V и 2A? Не сгорят ли наушники?

Если вы также задавались подобными вопросами, то, скорее всего, находили ответ, который звучал примерно так:

Устройство можно заряжать любой зарядкой на 5 вольт, вне зависимости от количества ампер. Оно не возьмет больше тока, чем ему нужно.

Несмотря на то, что это правильный ответ, многих он не удовлетворяет, так как не совсем понятно, что значит фраза «не возьмет больше ампер, чем нужно».

Значит ли это, что блок питания на 5V и 3A будет силой «заталкивать» в несчастный смартфон очень много тока, но смартфон будет сопротивляться этому, временами нагреваясь, как печка? А может всё дело в «умном» блоке питания, который вначале «спросит» устройство, сколько ампер ему нужно, а затем выдаст соответствующий ток?

Если мы выбираем первый вариант, то как-то не очень радует такая перспектива. Начинаешь прямо ощущать то давление, которое испытывает гаджет, сопротивляясь сильному току. Кажется, рано или поздно он не выдержит этого и даст сбой.

А если выбирать второй вариант, то появляется сомнение — а действительно ли моя зарядка достаточно умная и будет ли она что-то выяснять с устройством? А если она глупая или мое устройство «не говорит» на ее языке и тогда она просто начнет заталкивать силой 3 ампера тока?

На самом деле, какой бы из этих вариантов вы ни выбрали, это представление будет неверным. В реальности из блока питания в USB-кабель просто не выйдет больше тока (больше ампер), чем нужно смартфону, часам или наушникам. И дело не в умном блоке питания, а в законах природы.

Об этом, собственно, я бы и хотел рассказать подробнее, чтобы не просто дать короткий ответ и оставить сомнения, а объяснить на фундаментальном уровне, что в действительности происходит, когда мы подключаем более мощный блок питания, чем тот, на который рассчитано наше устройство.

Она просто упала и напоролась на нож. И так восемь раз подряд!

Не так давно по интернету гуляло шокирующее открытие. Оказалось, человека убивают не 220 вольт из розетки, а количество ампер! Это «открытие» сразу же напомнило мне анекдот о тёще, которая поскользнулась и упала на нож, и так 8 раз подряд…

Естественно, убивает нож (амперы). Но сам по себе нож совершенно безопасен, если только его не возьмет в руку человек, способный нанести удар. И чем сильнее будут его мышцы (вольты), тем опаснее будет нож (амперы). В слабых ручках годовалого ребенка (очень мало вольт) даже острый нож (очень много ампер) не будет представлять для человека никакой угрозы.

И чтобы продолжить разговор, нам нужно сразу же определиться с терминами. Если вы хорошо знаете, что такое вольты и амперы, а также прекрасно понимаете закон Ома, тогда не думаю, что эта статья будет вам интересна. Да и вопросов таких у вас не должно возникать. Поэтому сразу предупреждаю, фраза «для чайников» в заголовке указана неспроста.

Что такое ток?

Представьте себе обычный кусок провода. Скажите, в нем есть ток? Думаю, вы не станете проводить эксперименты, подключая этот провод к лампочке, чтобы ответить на мой вопрос. Очевидно, там нет никакого тока.

Но что вообще такое ток?

Думаю, многие знают, что ток — это движение электронов. Если по проводу потекут/поползут электроны, в нем автоматически появится и ток. Но откуда тогда берутся электроны в проводе? Их туда заталкивает блок питания или батарейка?

На самом деле, электроны, которые будут ползти по нашему проводу, уже находятся внутри него. Ведь провод, как и всё в нашем мире, состоит из атомов. И эти атомы, словно детальки конструктора, бывают разными.

Взять, к примеру, золото. Вот вы держите в руке слиток золота и всем сразу понятно, что это не кусок алюминия. Но если дробить этот кусок на более мелкие кусочки, то до каких пор вещество будет оставаться золотом? Правильный ответ — до размера одного атома! И посмотрев на два разных атома, мы без проблем определим, где из них — золото, а где — алюминий.

И дело не в том, что атом золота желтый или блестит на солнце, а атом водорода — жидкий и прозрачный. Конечно нет. Всё дело в ядре атома, а точнее, в количестве протонов, из которых это ядро состоит. Если в атоме будет 79 протонов, мы знаем, что это золото, а если — 29 протонов, то это медь. И сколько бы электронов мы ни отрывали от атома, атом всегда остается золотом или медью.

Если бы мы смогли как-то добавить 4 протона к атому меди, их бы стало 33 и этот атом уже бы не имел никакого отношения к меди, он стал бы мышьяком. К слову, эти циферки (количество протонов) и указываются в таблице Менделеева возле каждого элемента.

Ядро атома

Так вот, протоны (синие шарики на картинке выше) имеют определенный заряд, мы условно называем его положительным («плюсом»). А вокруг ядра парят электроны, также обладающие зарядом, но противоположным заряду протона. Мы называем его отрицательным («минусом»). Именно благодаря электронам атомы и могут соединяться друг с другом, создавая все предметы, вещества и материю. Эти электроны, как липучки, склеивают атомы друг с другом:

Протоны всегда притягивают к себе электроны («плюс» и «минус» всегда притягиваются). Но чем больше энергии у электрона, тем дальше он может отлетать от ядра с протонами. А чем дальше он от ядра, тем слабее с ним связь. Такой электрон может вообще оторваться от ядра и улететь с концами, ведь его отталкивают другие электроны («минус» и «минус» всегда отталкиваются).

Так вот, если мы повлияем на провод какой-то силой, электроны, расположенные дальше всего от ядра, начнут отрываться от атомов, проползать небольшое расстояние и присоединяться к другим атомам, а их электроны, соответственно, оторвутся и отлетят к следующим атомам:

Кусок провода и его атомы

Повторюсь, это движение электронов, направленное в одну сторону, и называется током.

Что такое амперы и вольты?

Ток — это движение электронов. Но как нам описывать силу тока? Можно, конечно, просто называть количество проползающих по проводу электронов за одну секунду.

Например, говорить: «Не касайся этого провода, там за секунду проплывает 12 миллионов триллионов электронов!», или писать на табличке: «Осторожно, здесь проползает за секунду 30 квинтиллионов электронов».

Согласитесь, звучит как-то странно. Мы даже не можем осознать или представить эти миллионы триллионов или квинтиллионы.

Поэтому мы решили не считать электроны по одному, а сразу учитывать их группами или «пачками». Ведь что толку нам от заряда одного электрона? Он ничтожно мал и не способен проделать никакой полезной работы.

В такую «пачку» (группу) включили 6 241 509 074 460 762 607 электронов. И суммарный заряд этих ~6 квинтиллионов электронов, проходящих по проводу за 1 секунду, решили назвать ампером:

Если мы говорим, что по проводу идет ток 2 ампера (2А), это значит, что там физически за 1 секунду проползает около 12 квинтиллионов электронов (2*6.241).

Кстати, вы наверное заметили, что я использую разные слова для описания движения электронов: проползают, проплывают, пролетают и т.д. Делаю я это потому, что не знаю, каким словом лучше описать такое движение.

Кто-то может подумать, что электроны движутся по проводу с сумасшедшей скоростью, ведь лампочка включается моментально, как только мы прикасаемся к выключателю. На самом же деле, называть эту скорость «сумасшедшей», мягко говоря, не совсем правильно.

Когда вы включаете блок питания в розетку и подключаете по кабелю свой смартфон, то один конкретный электрон, «вылетевший» в это мгновение из блока питания в провод, попадет непосредственно в сам смартфон где-то через 33 минуты. Да, он будет продвигаться вперед не более, чем на полмиллиметра в секунду.

Но почему тогда ток моментально попадает из точки А в точку Б? Ровно по той же причине, почему вода в вашем кране начинает течь мгновенно, как только вы открываете кран, хотя в реальности она должна пройти очень длинный путь.

Электроны уже находятся в проводе и как только первый электрон «заходит» в провод, он выталкивает ближайший электрон, уже находившийся там, а тот сразу же «толкает» следующий. Получается, что ровно в тот момент, когда первый электрон «залетал» в провод, на другом конце вылетал последний (крайний) электрон.

1 ампер — это много или мало? Или поговорим о

вольтах

Блок питания на мы считаем слабым, называя такую зарядку «медленной». Но на самом деле, хватит и 5% от этого тока (0,05А), чтобы убить человека. Тем не менее, даже блок питания на 5А (в 100 раз больше электронов, чем нужно для остановки сердца) для нас совершенно безопасен. Почему же так происходит?

Думаю, вы обратили внимание, что я постоянно говорил о какой-то силе, которая нужна, чтобы толкать электроны вперед по проводу. Эта сила называется напряжением и измеряется она в вольтах.

Вспомните, что одинаковые заряды отталкиваются («минус» и «минус» или два электрона). Так вот, если мы каким-то образом соберем очень много одинаковых зарядов (электронов) в одном месте, они будут пытаться оттолкнуться друг от друга. Чем больше их будет, тем сильнее будет сила, которая будет пытаться их вытолкнуть. И как только мы подключим к этому месту провод, эта сила моментально начнет выталкивать электроны, которых собралось в избытке.

Один ампер — это очень много тока. Его хватит, чтобы наверняка убить человека, но для этого нужно сначала как-то «протолкнуть» эти 6 квинтиллионов электронов внутрь тела через кожу. И не просто протолкнуть, а сделать это за одну секунду.

Потребуется толкать электроны очень усердно. Нужно напряжение не 5 вольт, а что-то ближе к 3000 вольт. И это еще сильно зависит от состояния кожи, влажности и других условий. Если же мы хотим протолкнуть за 1 секунду всего 0,05 ампер (что уже может быть опасной «дозой» электронов), то хватит и напряжения в 150 вольт.

В нескольких штатах Америки до сих пор применяется смертная казнь в виде электрического стула. Так вот, с его помощью пытаются протолкнуть в тело человека за 1 секунду 5 ампер тока. Чтобы упростить задачу, на голову осужденному кладут губку, смоченную токопроводящим раствором, чтобы электронам было легче пройти через кожу. И при всём этом требуется 2700 вольт напряжения!

Таким образом, вольты и амперы неразрывно связаны друг с другом. Амперы — это множество электронов, проходящих через точку за 1 секунду, а вольты — это сила, с которой эти электроны выталкиваются.

Можно ли заряжать смартфон или фитнес-браслет более мощной зарядкой?

Теперь, понимая что такое амперы и вольты, мы подошли к главному вопросу.

Если смартфон, наушники или фитнес-браслет выдерживают максимум 1А, тогда что произойдет с таким устройством, если мы сможем как-то заталкивать в него по 2 ампера в секунду? Естественно, такое устройство просто сгорит.

Но вся загвоздка в том, что сделать это невозможно. Как невозможно спрыгнуть с крыши дома и «ползти» вниз по воздуху со скоростью 1 сантиметр в час, так и невозможно затолкнуть в устройство больше ампер.

Чтобы осознать это, давайте на секундочку забудем о сложной технике и возьмем банальный крохотный светодиод («лампочку»). Чтобы нагляднее продемонстрировать, я придумал светодиод, который работает от 5 вольт (для реальных светодиодов нужно в среднем 2-3 вольта):

Он будет работать исправно, если через него будет проходить ток с силой около 10 мА (1 миллиампер — это одна тысячная доля ампера или 0.001А).

А теперь давайте подключим к нему блок питания мощностью 5V и 2A. Как вы думаете, что произойдет?

Логика подсказывает, что от такого блока питания нашу лампочку просто разорвет! Ведь сила тока блока питания превышает допустимый ток лампочки в 200 раз (светодиоду нужен ток 10 мА или 0.01А, а блок питания рассчитан на 2000 мА или 2А).

Но в реальности лампочка будет прекрасно работать, не ощущая никакого дискомфорта! Ведь по ней будет протекать ток 10 мА вместо ожидаемых 2000 мА! В чем же здесь подвох? Неужели блок питания настолько умный, что как-то согласовал нужный ток и вместо 2А отправил к лампочке 0.01А!? Конечно же, нет.

Дело в том, что лампочка сопротивляется движению электронов. И всё, что нас окружает, в той или иной степени сопротивляется движению электронов.

Когда мы подключили лампочку к блоку питания на 5 вольт, он моментально со всей своей силы (с напряжением в 5 вольт) начал толкать все электроны (2 ампера) по проводу к лампочке. Первый электрон, попав в провод, ударил по второму, тот — по третьему и так до тех пор, пока не дошло дело до электронов в лампочке.

И вот тут электроны столкнулись с проблемой. Оказывается, двигаться по проводу было очень легко, настолько легко, что силы в 5 вольт хватало для проталкивания по проводу двух ампер тока. Но когда электроны начали проползать по лампочке, что-то начало им мешать. Возможно, атомы внутри расположены более плотно или они немного вибрируют и электроны чаще с ними сталкиваются, что затормаживает всё движение.

Главное — лампочка оказалась не такой «гладкой трассой» для электронов, как провод.

Чтобы лучше это понять, представьте, что вам нужно толкнуть вперед 20-килограммовый ящик, который лежит на очень гладкой поверхности (на рисунке показана синим цветом):

Вашей силы хватит только для того, чтобы передвигать этот ящик каждую секунду на полметра. Ваша сила — это и есть те самые 5 вольт блока питания, а ящик — это 2 ампера электронов. Гладкая поверхность — это провод.

Но теперь представьте, что часть поверхности стала зыбкой, как песок (показано красным цветом):

Естественно, именно на этих участках движение ящика замедлится очень сильно, ведь ваших сил хватало на то, чтобы двигать 20 кг по гладкой поверхности со скоростью полметра в секунду.

Но важно то, что скорость замедлилась не конкретно на участке с песком, а вообще вдоль дороги, так как ящик одновременно лежит и на гладкой, и на песчаной поверхности. Получается, если бы вся дорога была гладкой, вы бы за секунду передвигали ящик на полметра, теперь же эти 20 кг передвигаются за секунду на 30 см.

И связано это не с тем, что вы что-то изменили. Вы ничего не меняли, вы продолжаете толкать ящик с одинаковой силой, но теперь движение замедлилось. Если бы вы заменили 20-килограмовый ящик на 50-килограмовый, то вам бы удавалось передвигать больше груза, но скорость упала бы еще сильнее.

Точно то же происходит и в примере с лампочкой. У блока питания есть определенная сила (5 вольт) и он мог бы проталкивать 2 ампера тока, если бы по всему участку не встречалось никаких преград.

Но как только мы ставим лампочку, она сразу же замедляет всё движение тока на определенное значение. Блоку питания уже не хватает сил (5 вольт), чтобы толкать максимальное количество электронов с той же скоростью (каждую секунду — 2 ампера). Теперь, из-за сопротивления вдоль движения он будет толкать не более 0.01А (1 миллиампер) в секунду.

Смартфон, фитнес-трекер и наушники подчиняются закону Ома

Итак, закон Ома — это и есть та причина, по которой вы можете без малейшего опасения подключать к своему телефону или наушникам блок питания хоть на 5 вольт и 1000 ампер.

Вот как это работает. Сопротивление измеряется в Омах. Первая лампочка имела сопротивление току 500 Ом. Мы узнали это потому, что 5-вольтовый блок питания смог протолкнуть только 0.01 ампер тока. Разделив 5В на 0.01А, мы получили значение 500 Ом.

Делить вольты (обозначаются буквой V) на амперы (обозначаются буквой I), чтобы узнать сопротивление (обозначается буквой R) нам и подсказал тот самый закон Ома:

R=V/I

Теперь возьмем другую лампочку и представим, что ее сопротивление составляет 50 Ом. Получается, она в 10 раз меньше сопротивляется движению электронов. Как и первая лампочка, вторая также работает нормально только при силе тока в 10 мА (0,01А).

Но что произойдет, если мы подключим ее к нашему блоку питания на 5 вольт и 2 ампера? Так как сопротивление лампочки снизилось в 10 раз, логично предположить, что блок питания при той же силе (5 вольт) будет толкать больше электронов. Это как убрать песок с дороги, сделав ее более гладкой и скользкой, чтобы толкать груз быстрее.

Мы даже можем узнать, сколько именно тока (ампер) будет проходить через нашу новую лампочку. Для этого снова воспользуемся законом Ома: I=V/R. То есть, нужно напряжение (5 вольт) поделить на сопротивление (50 Ом) и получим 0.1А или 100 миллиампер.

Теперь тот же блок питания на 5V и 2A будет пропускать через лампочку уже не 10 миллиампер, а 100! Естественно, наша лампочка сразу же сгорит.

Так и было задумано!

Блок питания остался тем же, но с новой лампочкой он выдал вместо 10 целых 100 миллиампер! Если бы мы, как разработчики лампочки, предполагали, что ее подключат к блоку питания на 5 вольт, то нам нужно было заранее побеспокоиться о том, чтобы этой силы (5 вольт) никогда не хватило для протекания 100 мА.

Нужно было просто добавить к лампочке немножко материала, который бы увеличил ее сопротивление до 500 Ом. И тогда она бы никогда не пропустила ток свыше 10 мА при использовании 5-вольтового блока питания.

Когда производитель делает схему смартфона или наушников, каждая его деталь (каждый транзистор, резистор, конденсатор и пр.) оказывает какое-то сопротивление току. То есть, можете представить всю схему, как длинный маршрут с разным типом покрытия. Это покрытие придумывает разработчик на этапе проектирования.

Если устройство рассчитано на 5 вольт, сколько бы ампер ни выдавал 5-вольтовый блок питания — это не будет иметь никакого значения, так как общее сопротивление току всех деталей будет таким, что через схему будет протекать заранее известное (безопасное) количество ампер.

Мир вокруг нас

Чтобы окончательно разобраться с этим вопросом, просто посмотрите вокруг себя. Нас окружает множество электроприборов: лампочки, чайники, кофемашины, тостеры. Как вы думаете, почему они не сгорают сразу, как только вы подключаете их к сети 220 вольт? Ведь обычная розетка выдает 16 ампер и ~220 вольт!

Естественно, через лампочку на 100 Ватт и, скажем, микроволновку на 1000 Ватт должно проходить совершенно разное количество электронов (разное количество ампер). Как же розетка знает, какому прибору и сколько ампер выдать под напряжением 220 вольт?

Да никак! Просто у лампочки на 100 ватт будет гораздо выше сопротивление току и она будет при напряжении 220 вольт пропускать через себя только 0.45А (100 ватт/220 вольт), а через микроволновку на 1000 Ватт будет за секунду проходить 4.5А (1000 ватт/220 вольт).

Выходит, сопротивление у лампочки — 480 Ом (220V/0.45А), а у микроволновки — 48 Ом (220V/4.5A).

Более того, если лампочка и микроволновка — это единственные работающие электрические приборы в вашем доме, тогда несмотря на розетку в 220 вольт и 16 ампер, из нее в общем будет выходить 4.95 ампер тока в секунду (4.5А микроволновки+0.45А лампочки). Сила в 220 вольт просто не способна протолкнуть больше тока, учитывая сопротивление, которое оказывают эти два прибора (лампочка на 480 Ом и микроволновка на 48 Ом).

Ровно то же касается и смартфона, фитнес-трекера или другого гаджета. У каждого из них есть свое внутреннее сопротивление, и до тех пор, пока вы будете заталкивать в них ток под давлением в 5 вольт, из блока питания будет выходить столько ампер, сколько сможет физически протолкнуть сила (или давление) в 5 вольт.

Но проблемы начнутся в том случае, если вы вздумаете увеличить напряжение и воспользоваться блоком питания, скажем, на 12 вольт. Вот тогда его силы хватит, чтобы при том же сопротивлении устройства протолкнуть гораздо больше тока. Это как с толканием ящика. Да, поверхность осталась песчаной, но теперь ящик толкают 3 человека вместо одного.

Но мой смартфон заряжается быстрее от 2А, чем от 1А! И при этом еще греется сильнее!

Многие пользователи замечали, что при использовании более мощного блока питания (вместо 5В и 1А, например, 5В и 2А), телефон заряжается быстрее и греется сильнее.

Так действительно может быть. Но, опять-таки, лишь по одной причине — производителем был предусмотрен ток до 2 ампер. Компания разрабатывала свое устройство под напряжение 5 вольт и для этого ей необходимо было контролировать сопротивление на каждом участке схемы, чтобы «давление» в 5 вольт не вызвало выход из строя конкретного блока.

Производителю было важно лишь то, чтобы блок питания выдавал достаточное количество ампер. Верхняя планка его совершенно не волнует. И чтобы вместо одного ампера смартфон принимал 2A, нужно было изменить соответствующим образом сопротивление внутри смартфона. То есть, производитель заложил в устройство механизм снижения сопротивления, чтобы пропустить больше тока.

В противном случае, по законам нашей вселенной оно не сможет принять ни на миллиампер больше тока, какой бы блок питания вы ни подключали, хоть на миллион ампер. Естественно, это справедливо только в том случае, если напряжение не превышает 5 вольт.

И последнее. Конечно, при большем количестве ампер, устройство будет греться сильнее, так как банально через одни и те же детали за 1 секунду будет проходить больше электронов, соответственно, будет больше столкновений с атомами, больше вибраций атомов и сильнее нагрев.

Но, опять-таки, производитель посчитал это нормальным, раз позволил смартфону снизить свое внутреннее сопротивление и пропустить больше тока. Это решил производитель на этапе проектирования схемы, а не более мощный блок питания.

Алексей, глав. редактор Deep-Review

 

P.S. Мы открыли Telegram-канал и сейчас готовим для публикации очень интересные материалы! Подписывайтесь в Telegram на первый научно-популярный сайт о смартфонах и технологиях, чтобы ничего не пропустить!

 

Надо ли заряжать телефон до 100%?

Смартфон надо обязательно заряжать до 100% и разряжать до 0, чтобы сохранять подольше максимальную ёмкость аккумулятора — об этом часто говорят, но так ли оно на самом деле? В Музее истории телефона знают об аппаратах связи всё, в том числе и когда появилось это правило. 

 

 

Когда то телефоны нужно было разряжать до 0 и заряжать до 100, потому что аккумуляторы были никель-кадмиевые и обладали “эффектом памяти”. С тех пор аккумуляторы изменили состав — стали литий-ионными, ушёл и “эффект памяти”. Но многие по-прежнему стараются заряжать смартфон максимально — особенно в пути, например, за рулём — ведь у нас столько “прожорливых” в смысле энергии приложений. Только надо ли это делать?

Проведём опыт: лето, жара, а телефон заряжается в салоне авто. Доктор физико-математических наук Владимир Решетов запускает навигатор, видеозвонок, соцсети… Из-за одновременного заряда и расхода энергии гаджет греется. В день эксперимента было прохладно, поэтому поверхность, имитирующую приборную панель автомобиля, нагреваем с помощью плитки до 60 градусов (в жару она бывает и горячее). Кладем гаджет, продолжая заряжать и использовать, для чистоты эксперимента отключаем плитку. Глядя на тепловизор, можно подумать, что мы жарим телефон, но на самом деле — наоборот: гаджет блестящий, из-за этого прибор видит уменьшенное тепловое излучение, но точно показывает температуру матовой темной поверхности вокруг. В реальности смартфон горячее, а тепло снизу лишь не дает ему остывать. Чтобы доказать это, учёный разбивает яйцо.  Температура торпедо была недостаточной, чтобы получить яичницу, а на самом телефоне хорошо видно, что возникла белая корочка. Батарейка — самое уязвимое место современного телефона и именно она погибает при высоких температурах в первуюю очередь. Многие смартфоны о перегреве предупреждают и просят охлаждения, которое обычно решает проблему. Но что, если усилить воздействие — зарядить телефон до 100% под кондиционером, а потом бросить на жаре? В сети пишут, что может быть взрыв! Чтобы проверить, мы немного усугубили ситуацию: зарядили гаджет в холодильнике, накрыли колпаком и положили под горячий прожектор. Однако телефон так и не взорвался: миф из интернета о том, что батарейка в таких условиях опасно перезаряжается, опровергает и наш эксперт. Но и без жары попытки максимально зарядить могут закончиться плохо: пользователи в сети показывают свои сгоревшие именно от этого телефоны. Так бывает при поломке контроллера, который должен вовремя остановить заряд. Мы ещё для одного своего опыта заранее вывели этот элемент из строя, чтобы “аппетит” смартфона ничто не ограничивало, и заряжали — очень долго. Похоже, если нет редкого заводского брака, аппарату и в этих условиях ничего не грозит. Лишь при подключении очень мощного источника питания (обычно таким запускают автомобили) аккумулятор загорелся — при подаче тока силой 100 ампер вместо допустимых для телефона двух.

Итак, заряжать до 100 вполне безопасно. Но надо ли расходовать энергию до нуля? В интернете очень популярен запрос “телефон разрядился и не включается”, но почему так происходит?

Батарее надо всегда сохранять небольшой заряд, чтобы поддерживать жизнеспособность системы. Но если телефон сел и отключился, а пользователь снова запускает его, чтобы отправить важное сообщение или позвонить, а потом ещё аппарат долго лежит без зарядки, из аккумулятора выкачиваются последние соки. 

Разряд до 0 современному смартфону не нужен, порой это, наоборот, губительно для батареи. Эксперты советуют поддерживать запас энергии в аккумуляторе не ниже 40%. В идеале ещё и не доводить до 100 — именно жизнь в диапазоне от 40 до 90, по мнению большинства специалистов и согласно рекомендациям производителей, максимально продлевает жизнь батареям современных смартфонов. И не стоит включать телефон в розетку, когда запущены тяжелые приложения — это приводит к нагреву, который для аккумулятора хуже всего. 

 


Благодарим за помощь в съёмке сюжета:

  • Парусный клуб «Водник» — любимое место отдыха нашей программы, один из самых известных клубов, взрастивший множество профессиональных спортсменов, почитаемый любителями романтичного и активного отдыха среди волн за гостеприимство, предоставление живописной локации и всестороннюю помощь
  • Постоянного эксперта нашей программы, доктора физико-математических наук «Института лазерных и плазменных технологий» НИЯУ МИФИ Владимира Решетова, проводившего эксперимент, за высочайший профессионализм и преданность науке
  • Сервисного инженера Сергея Шишкина за профессиональную поддержку — опыт работы  — с  2007 года. Сергей ремонтирует буквально все виды бытовой техники, а особенно — платы управления  на компонентном уровне
  • Самый лучший магазин «Рыбка Дома», где есть красоты на любой вкус — рыбки, растения, улитки, креветки, аквариумы, декор, корма и многое другое за предоставление чудных рыбок для съёмок и украшения сюжета
  • Музей телефонов, фонды которого представляют собой крупнейшее в Европе собрание раритетных телефонных аппаратов и аксессуаров конца XIX – середины ХХ веков, за интересное погружение в историю, качественное интервью и очень приятное сотрудничество
  • Midea — производителя крупной бытовой техники номер 1 в мире за предоставление холодильника MR1049S, компактные размеры которого позволят установить его где это действительно удобно, для съемок программы @midea_rus
  • Постоянного партнера — компанию «Тэсто Рус», производящую портативные и стационарные измерительные приборы, за надёжное партнёрство, высокое качество продукции и  предоставление тепловизора для съёмок программы

Полный выпуск «Чуда техники с Сергеем Малозёмовым» от 4 октября доступен по ссылке.

Все полные выпуски программы «Чудо техники» находятся здесь

 

Можно ли заряжать автомобильный аккумулятор в квартире – не опасно ли это?

Фото: hyundai-discount.ru

При наступлении сильных морозов даже ещё не старый аккумулятор может внезапно потерять заряд. Чаще всего это выясняется утром, когда нужно ехать по делам, а автомобиль отказывается заводиться. На этот случай у многих автолюбителей дома припасена специальная зарядка для АКБ. Но можно ли заражать автомобильную батарею в квартире? Насколько это безопасно?

На зарядку становись!

Большинство водителей заряжает аккумулятор от своей машины прямо в квартире, поставив его в уголке, в прихожей. Однако АКБ - это не сотовый телефон, и её нельзя просто так подключать к заряднику в любом удобном для себя месте. Всё дело в конструкции самой батареи. Кроме свинцовых пластин, в неё залит и электролит, проще говоря, кислота. В процессе зарядки этот электролит начинает кипеть и испаряться. Кроме того, из-за протекающих внутри батареи химических процессов из неё может выходить так называемый гремучий газ, который очень легко воспламеняется.

Фото: autodels.ua

Можно ли заряжать дома?

Заряжать автомобильный аккумулятор в домашних условиях нужно с очень большой осторожностью. А если на корпусе батареи есть белый налёт, то от зарядки в квартире лучше вообще отказаться, так как есть большой риск возгорания испаряющегося газа. Этот газ может полыхнуть, даже если с АКБ кто-то рядом курит, настолько он горючий. Замечены случаи не просто возгорания, но и взрывов аккумуляторов, в этом случае всё в радиусе нескольких метров будет залито кислотой.

Если других вариантов, как заряжать аккумулятор дома больше нет, то лучше всего делать это, соблюдая особую осторожность. Лучше всего разместить батарею на балконе с открытыми окнами, чтобы все испарения сразу же уходили на улицу. В том случае, если балкона нет, то некоторые водители рекомендуют накрыть АКБ тряпкой и поставить его у открытого окна, подальше от людей. Стоящую на зарядке батарею категорически нельзя оставлять без присмотра, чтобы в случае чего сразу отключить от неё зарядное устройство.

При использовании любых материалов необходима активная ссылка на DRIVENN.RU

Можно ли телефон на Андроид заряжать зарядкой от Айфона, Айпада или Макбука

Существует много мифов о зарядке смартфона. Одни говорят, что заряжать их нужно медленно, не пользуясь мощными блоками питания, другие уверяют, что зарядка в течение ночи может сгубить аккумулятор раньше, а третьи искренне верят, что использовать можно только комплектный зарядник и никакой другой. В особо запущенных случаях все эти рекомендации совпадают. Но ведь откуда-то люди, которые так считают, берут эту информацию, не так ли? Стало быть, нам нужно её либо подтвердить, либо опровергнуть.

На зарядку смартфонов на Android от зарядников Apple нет никаких ограничений

Можно ли измерить давление смарт-часами? Спойлер: да

Недавно один знакомый спросил меня, а можно ли заряжать Android-смартфон зарядником от iPhone, iPad или MacBook? Причём его интересовало сразу два аспекта. Во-первых, совместимы ли зарядники Apple с устройствами сторонних производителей вроде Samsung или Xiaomi. А, во-вторых, не нанесёт ли их использование в паре какого-либо вреда. Попробуем разобраться.

Будет ли зарядник Apple заряжать Android-смартфон

Зарядники Apple бывают разные, но зачастую не подходят Android-смартфонам из-за малой мощности

Ну, на самом деле никаких ограничений на использование зарядников Apple с Android-смартфонами нет. Об этом не пишет ни сама Apple, ни остальные производители. Так что поводов для сомнений тут быть не может – используйте их в паре и не бойтесь. Ничего страшного гарантированно не случится.

В принципе, я понимаю, откуда пошла теория о несовместимости зарядных устройств Apple и смартфонов под управлением Android. Поводом для этого стала несовместимость адаптеров питания компании из Купертино с контрафактными кабелями, которые просто блокировались при подключении к устройству. Это было сделано из соображений безопасности, чтобы некачественный кабель не мог повредить устройство или блок питания.

Можно ли превратить телефон на Android в проектор

Другое дело, что кое-какие советы по совместному использованию зарядных устройств Apple и смартфонов под управлением Android всё-таки есть:

  • Не используйте для зарядки Android-смартфонов 5-ваттные блоки питания (от старых iPhone). Они недостаточно мощны и будут заряжать ваш аппарат часа 4, а то и 5.
  • Не используйте 27-ваттный адаптер питания от MacBook, он поддерживает только 2 профиля электропитания, которые скорее всего не раскачают аккумулятор вашего смартфона.
  • Выбирайте зарядные устройства с поддержкой стандарта USB-PD (Power Delivery) – только они позволят заряжать ваш смартфон на максимальной мощности.
  • Лучше всего для быстрой зарядки Android-смартфона от зарядного устройства Apple использовать собственный кабель Apple с USB-C на USB-C.

Что нужно знать о зарядке смартфона

Для себя я бы выбрал универсальный адаптер от Baseus на 65 Вт

Несмотря на то что практических ограничений на совместное использование Android-смартфонов в паре с зарядными устройствами Apple нет, существуют технические особенности, которые банально не позволят вам зарядить свой аппарат на максимальной скорости. Мало того, что большинство блоков питания Apple имеют малую мощность, а Android-смартфоны сегодня поддерживают и 60, и 80, и даже 120 Вт, так ещё и профили электропитания у них зачастую не совпадают.

Можно ли увеличить оперативную память на телефоне

О том, что такое профили электропитания, почему они важны и почему именно из-за них, казалось бы, мощный зарядник блок оказывается не в силах зарядить обычный смартфон, мы рассказывали тут. Обязательно почитайте, это очень интересно и, что самое главное, полезно для понимания процессов, которые происходят в процессе зарядки. Поэтому я бы рекомендовал не гнаться за собственными зарядными блоками Apple, а купить что-нибудь более универсальное и мощное. Например, как этот адаптер от Baseus.

Купить универсальный зарядник для Android

А теперь ещё раз тезисно:

  • Заряжать Android-смартфоны адаптерами питания Apple — можно, никаких запретов на это не существует;
  • Адаптеры питания Apple зачастую обладают недостаточно высокой мощностью, так что вряд ли прокачают аккумуляторы флагманских смартфонов на Android;
  • Выбирайте зарядные устройства как можно мощнее, но смотрите, чтобы они поддерживали наиболее широкий спектр профилей электропитания;
  • Собственные адаптеры питания Apple зачастую не поддерживают левые кабели, поэтому лучше использовать фирменные кабели Apple c USB-C на USB-C;
  • Если зарядка смартфона от адаптера питания Apple идёт медленно, лучше заменить его на более универсальный блок.

Как правильно заряжать электросамокаты?

Как правильно заряжать электросамокат. 

Зарядить электросамокат очень просто, с этим справиться ребёнок школьного возраста! Существует несколько основных правил для зарядки электросамоката:

Сначала включать в розетку блок питания, а потом подключать его к устройству. При включении блока питания в розетку, загорится индикатор зеленого света. После этого можно подключать зарядку к специальному разъёму в электросамокате. По завершению зарядки выньте блок питания сначала из розетки, а затем из устройства, что бы ни оставалось остаточное напряжение в блоке питания.

Гнездо для зарядки электросамоката

Нарушать последовательно не стоит, так как из-за перепада напряжения может повредиться разъём зарядки устройства. 

Сколько времени заряжать электросамокат?

На этот вопрос нет однозначного ответа, так как емкость аккумулятора у всех электросамокатов разная. Если у Вас  устройство с ёмкость аккумулятора 10 000 mA. То время для полной зарядки составит примерно 4-5 часов. Практически на всех электросамокатах существует индикатор заряда, ориентируйтесь на него, если индикатора нет, то ориентируйтесь на световой сигнал на блоке питания. При подключении зарядки он будет светиться красным, по окончанию зарядки он загорится зелёным.  Не стоит оставлять заряжаться своё устройство на ночь, так как это повредит батарею, что в последующем приведет к уменьшению времени работы и дальности поездок.

От каких розеток можно заряжать электросамокат?

Заряжать электросамокат можно от стандартной розетки на 220W. В этом есть плюсы: вы можете делать это в кафе, на работе, в гостях и, конечно же, дома. 

Если у Вас разрядился электросамокат на улице, вы можете подзарядить его в любом кафе, пока вы будите пить свой «Тыквенный латте» ваш электросамокат зарядиться процентов на 25-30, что позволит, продолжит прогулку на свежем воздухе.

Схема организации процесса зарядки

Блок зарядки состоит из классической вилки для розетки на 220W, 

и специального зарядного разъема, который подключается к электросамокату.

Фиксация в разъём зарядки на устройстве может быть 2 типов:                                                     

  1. Винтовое крепление, очень надежно фиксирует разъём зарядки, но требует чуть больше времени для подключения.
  2. Жесткая фиксация, производиться намного быстрей,                                                                     чем винтовая, так как не требует дополнительных действий. Вы просто вставляете разъём зарядки в ваше устройство и все, заряд пошёл. 

На некоторых зарядных устройствах электросамокатов стоит европейская вилка, она не подходит к стандартной розетке в России, поэтому Вам в комплект должны положить переходник, для того что бы вы без труда смогли зарядить своё устройство.

Европейская вилка

Хранение электросамоката зимой!

В холодное время года, когда вы не пользуетесь своим устройством продолжительный период времени, его необходимо иногда заряжать.

С какой целью это делать?

Аккумулятор электросамоката разряжается, даже если он находиться в выключенном состоянии. Это процесс очень долгий. Если вы оставите полностью заряженное устройство в выключенном состоянии, то до полного разряда пройдет от 1 до 3 недель, в зависимости от того на сколько у Вас хорошо сохранилась батарея. 

Поэтому в период, когда вы не пользуетесь электросамокатом его необходимо подзаряжать примерно 1 раз в неделю, держа заряд батареи примерно на 40-50%. В таком режиме вы продлите срок службу вашего устройства.

Эксперт рассказал, можно ли держать смартфон на зарядке всю ночь

МОСКВА, 27 мая — ПРАЙМ. Без крайней необходимости лучше не оставлять аппарат на зарядке на всю ночь – это может негативно отразиться на его работе. Если же это произошло, лучше включить на смартфоне режим полета, рассказал агентству "Прайм" руководитель отдела аналитических и IT-исследований Высшей школы управления финансами Михаил Коган.

"Производители рекомендуют не опускать уровень заряда ниже 20-30% и уж тем более доводить телефон до полного выключения, если есть желание продлить срок его эксплуатации. Также не стоит часто доводить телефон до полной зарядки, что также приводит к быстрому износу аккумулятора", — сказал он.

По данным специализированного агентства Battery University, оптимальным является поддержание заряда в диапазоне 30-80%, что увеличит число полных циклов заряда-разряда как минимум вдвое. Отслеживать ситуацию можно при помощи специальных утилит, которые автоматически остановят заряд на указанном пользователем значении. 

Однако и это решение может не быть панацеей, если оставлять телефон на ночь, так как нагрузка на элементы питания сохранится. Особенно если учесть, что самые последние модели телефонов заряжаются крайне быстро. По этой причине лучше заряжать телефон перед сном либо сразу же после пробуждения и ставить себе специальные напоминания, советует эксперт.

По его словам, современные смартфоны несут меньший риск здоровью своим владельцам, чем те, которыми мы пользовались еще несколько лет назад. Тогда вместо литий-полимерных аккумуляторов использовались их никель-кадмиевые аналоги. Именно последние чаще приводили к перегреву телефона и к пожароопасной ситуации, если телефон был оставлен на зарядку на всю ночь и к тому же упрятан под подушку. В современных аккумуляторах процесс регулируется микрочипом, что позволяет поддерживать комфортную работу со смартфоном даже при низкой зарядке. 

В отношении вреда здоровья человеку, если он находится рядом с оставленным на зарядку телефоном, нет однозначных выводов. Специалисты рекомендуют не допускать подобной ситуации в отношении детей, мозг которых только формируется и может быть восприимчив к электромагнитному излучению. Также находящийся рядом смартфон может повлиять на качество сна для наиболее чувствительных граждан. В целом же однозначного ответа на вред здоровью смартфонов до сих пор не получено. Критики исследований, которые зафиксировали рост числа онкологических заболеваний, считают, что они базируются на данных, когда применялись предыдущие стандарты связи 1G и 2G. 

"Также за последние годы в целом возросла чувствительность специализированной аппаратуры для обнаружения заболеваний. К тому же человека окружают более серьезные излучения, исходящие от компьютеров, телевизоров и СВЧ-печей. В то же время для подстраховки перед сном смартфон все же стоит переключать в режим полета, чтобы ограничить излучение сигналов, и не класть его под подушку, а в сознательном состоянии – пользоваться гарнитурой", — заключил Коган.

Учебное пособие по физике: Зарядка проводимостью

В двух предыдущих разделах Урока 2 были описаны и объяснены процессы зарядки за счет трения и зарядки за счет индукции. В этом разделе Урока 2 будет обсуждаться третий метод зарядки - , заряд проводимости . Как и в случае зарядки трением и зарядки индукцией, процесс проводимости будет описан и объяснен с использованием многочисленных примеров электростатических демонстраций и лабораторных экспериментов.

Заряд проводимостью включает контакт заряженного объекта с нейтральным объектом. Предположим, что положительно заряженная алюминиевая пластина касается нейтрального металлического шара. Нейтральный металлический шар становится заряженным в результате контакта с заряженной алюминиевой пластиной. Или предположим, что отрицательно заряженный металлический шар касается верхней пластины нейтрального игольчатого электроскопа. Нейтральный электроскоп становится заряженным в результате контакта с металлической сферой.И, наконец, предположим, что незаряженный студент-физик стоит на изолирующей платформе и касается отрицательно заряженного генератора Ван де Граафа. Нейтральный студент-физик заряжается в результате контакта с генератором Ван де Граафа. Каждый из этих примеров включает контакт между заряженным объектом и нейтральным объектом. В отличие от индукции, когда заряженный объект приближается, но никогда не контактирует с заряжаемым объектом, кондуктивный заряд включает в себя физическое соединение заряженного объекта с нейтральным объектом.Поскольку зарядка проводимостью связана с контактом, ее часто называют зарядкой при контакте .


Заряд проводимостью с использованием отрицательно заряженного объекта

Чтобы объяснить процесс зарядки при контакте, мы сначала рассмотрим случай использования отрицательно заряженной металлической сферы для зарядки нейтрального игольчатого электроскопа. Понимание процесса требует, чтобы вы понимали, что одинаковые заряды отталкиваются, и имели сильное желание уменьшить их отталкивание, распространяясь как можно дальше.Отрицательно заряженный металлический шар имеет избыток электронов; эти электроны находят друг друга отталкивающими и отдаляются друг от друга как можно дальше. Периметр сферы - это крайняя граница, до которой они могут зайти. Если бы когда-либо существовал проводящий путь к более просторному участку недвижимости, можно было бы быть уверенным, что электроны будут на этом пути к более зеленой траве за ним. Говоря человеческим языком, электроны, живущие в одном доме, презирают друг друга и всегда ищут собственный дом или, по крайней мере, дом с большим количеством комнат.

Учитывая такое понимание электрон-электронного отталкивания, нетрудно предсказать, какие избыточные электроны на металлической сфере были бы склонны делать, если бы сфера коснулась нейтрального электроскопа. Как только сфера соприкасается с электроскопом, бесчисленное количество избыточных электронов из сферы перемещаются на электроскоп и распространяются по системе сфера-электроскоп. В общем, объектом, который предлагает больше всего места для «зависания», будет объект, в котором содержит наибольшее количество избыточных электронов.Когда процесс заряда проводимостью завершен, электроскоп приобретает избыточный отрицательный заряд из-за движения на него электронов от металлической сферы. Металлический шар по-прежнему заряжен отрицательно, только он имеет меньше избыточного отрицательного заряда, чем он имел до процесса заряда проводимости.


Заряд проводимостью с использованием положительно заряженного объекта

Предыдущий пример заряда проводимостью включал прикосновение отрицательно заряженного объекта к нейтральному объекту.При контакте электроны перемещались с отрицательно заряженного объекта на нейтральный объект. По завершении оба объекта были заряжены отрицательно. Но что произойдет, если положительно заряженный объект коснется нейтрального объекта? Чтобы исследовать этот вопрос, мы рассмотрим случай, когда положительно заряженная алюминиевая пластина используется для зарядки нейтральной металлической сферы в процессе проводимости.

На приведенной ниже диаграмме показано прикосновение положительно заряженной алюминиевой пластины к нейтральной металлической сфере.Положительно заряженная алюминиевая пластина имеет избыток протонов. Если смотреть с точки зрения электронов, положительно заряженная алюминиевая пластина испытывает нехватку электронов. Говоря человеческими словами, мы могли бы сказать, что каждый лишний протон довольно недоволен. Он не удовлетворяется, пока не найдет отрицательно заряженный электрон, с которым он может сосуществовать. Однако, поскольку протон прочно связан в ядре атома, он не может покинуть атом в поисках того желанного электрона. Однако он может притягивать к себе мобильный электрон.И если между скоплением электронов и избыточным протоном проложен проводящий путь, можно быть уверенным, что существует, вероятно, электрон, который захочет пройти этот путь. Поэтому, когда положительно заряженная алюминиевая пластина касается нейтральной металлической сферы, бесчисленные электроны на металлической сфере мигрируют к алюминиевой пластине. Происходит массовая миграция электронов до тех пор, пока положительный заряд в системе алюминиевая пластина-металлический шар не перераспределится. После потери электронов на положительно заряженной алюминиевой пластине возникает нехватка электронов на сфере и общий положительный заряд.Алюминиевая пластина все еще заряжена положительно; только теперь у него меньше избыточного положительного заряда, чем было до начала процесса зарядки.

Приведенное выше объяснение может вызвать довольно трудный вопрос: почему электрон на ранее нейтральной металлической сфере вообще хотел бы уйти от металлической сферы? Металлический шар нейтрален; каждый электрон на нем должен быть удовлетворен, поскольку присутствует соответствующий протон. Что могло бы побудить электрон пройти через миграцию на другую территорию, чтобы получить то, что у него уже есть?

Лучший способ ответить на этот вопрос требует понимания концепции электрического потенциала.Но поскольку эта концепция не возникнет до следующего раздела «Класс физики», будет принят другой подход к ответу. В итоге электроны и протоны не так независимы и индивидуализированы, как мы могли бы подумать. С человеческой точки зрения электроны и протоны нельзя рассматривать как независимых граждан в системе государственного управления со свободным предпринимательством. Электроны и протоны на самом деле не делают то, что лучше для себя, но должны быть более социально ориентированными. Они должны действовать как граждане государства, где верховенство закона заключается в том, чтобы вести себя таким образом, чтобы общие отталкивающие аффекты в обществе в целом были уменьшены, а общие привлекательные аффекты были максимальными.Электроны и протоны будут мотивированы не тем, что хорошо для них, а, скорее, тем, что хорошо для страны . И в этом смысле граница страны простирается до периметра материала проводника, внутри которого находится избыточный электрон. И в этом случае электрон в металлической сфере - это часть страны, которая простирается за пределы самой сферы и включает в себя всю алюминиевую пластину. Таким образом, перемещаясь от металлической сферы к алюминиевой пластине, электрон может уменьшить общее количество отталкивающих воздействий в этой стране.Он служит для распределения избыточного положительного заряда по большей площади поверхности, тем самым уменьшая общее количество сил отталкивания между избыточными протонами.

Закон сохранения заряда

В каждом из других методов зарядки, обсуждаемых в Уроке 2 - зарядки трением и зарядки индукцией - был проиллюстрирован закон сохранения заряда. Закон сохранения заряда гласит, что заряд сохраняется всегда.Когда все задействованные объекты рассматриваются до и после данного процесса, мы замечаем, что общая сумма заряда между объектами до начала процесса такая же, как и после его завершения. Такой же закон сохранения наблюдается при зарядке за счет проводимости. Если отрицательно заряженный металлический шар используется для зарядки нейтрального электроскопа, общий заряд до начала процесса будет таким же, как и общий заряд, когда процесс закончится. Таким образом, если до начала процесса зарядки металлический шар имеет 1000 единиц отрицательного заряда, а электроскоп нейтрален, общий заряд двух объектов в системе составляет -1000 единиц.Возможно, в процессе зарядки 600 единиц отрицательного заряда переместились от металлической сферы к электроскопу. Когда процесс будет завершен, электроскоп будет иметь 600 единиц отрицательного заряда, а металлический шар будет иметь 400 единиц отрицательного заряда (исходные 1000 единиц минус 600 единиц, которые он передал в электроскоп). Общий заряд двух объектов в системе по-прежнему составляет -1000 единиц. Общий заряд до начала процесса такой же, как и общий заряд после его завершения.Заряд не создается и не уничтожается; он просто передается от одного объекта к другому в виде электронов.


Зарядка на проводимость требует проводника

Во всех приведенных выше примерах процесс зарядки путем проводимости включал касание двух проводников. Должна ли контактная зарядка происходить через контакт двух проводников? Может ли изолятор проводить заряд к другому объекту при прикосновении? А может ли изолятор заряжаться проводимостью? Полное обсуждение этих вопросов может оказаться беспорядочным и довольно часто приводит к разделению волос на из-за определения проводимости и различия между проводниками и изоляторами.Здесь принято убеждение, что только проводник может проводить заряд к другому проводнику. Процесс заметной зарядки объекта при контакте включает в себя два соприкасающихся объекта, мгновенно разделяющих чистый избыточный заряд. Избыточному заряду просто дается большая площадь, по которой он распространяется, чтобы уменьшить общее количество сил отталкивания между ними. Этот процесс требует, чтобы объекты были проводниками, чтобы электроны могли перемещаться и перераспределяться. Изолятор препятствует такому перемещению электронов между соприкасающимися объектами и поверхностями объектов.Это наблюдается, если алюминиевую тарелку для пирога поместить на заряженную пластину из пенопласта. Когда нейтральная алюминиевая пластина помещается на заряженную пластину из вспененного материала, пластина из вспененного материала не проводит заряд по алюминию. Несмотря на то, что две поверхности соприкасались, заряда за счет контакта или проводимости не происходило. (Или, по крайней мере, любая передача заряда, которая могла бы произойти, не была заметна с помощью обычных средств использования электроскопа, использования лампы для проверки заряда или проверки ее отталкивания с помощью одноименно заряженного объекта.)

Многие могут быстро предположить, что они использовали заряженный изолятор для зарядки нейтрального электроскопа (или другого объекта) путем контакта. Фактически, отрицательно заряженная пластиковая трубка для гольфа может использоваться для зарядки электроскопа. Пластиковая трубка прикасается к верхней пластине электроскопа. В большинстве случаев пластиковая трубка даже теряется или перекатывается по пластине электроскопа? Разве это не будет считаться зарядкой по проводимости? Нет, не совсем. В этом случае более чем вероятно, что заряд произошел в результате какого-либо процесса, кроме проводимости.Между пластиковой трубкой и металлическими частями электроскопа не было разделения заряда. Конечно, как только электроскоп получает некоторый избыточный заряд, этот избыточный заряд распределяется по поверхности электроскопа. Однако заряд распределяется между двумя объектами неравномерно. Протоны и электроны в пластиковой трубке для гольфа и в электроскопе не действуют вместе, разделяя избыточный заряд и уменьшая общее количество сил отталкивания.

Заряд электроскопа при контакте с отрицательно заряженной трубкой для гольфа (или любым заряженным изолирующим объектом) лучше всего описать как заряд от молнии .Вместо того, чтобы быть процессом, в котором два объекта действуют вместе, чтобы разделить избыточный заряд, этот процесс лучше всего можно было бы описать как успешную попытку электронов прорваться через пространство (воздух) между объектами. Наличие отрицательно заряженной пластиковой трубки способно ионизировать воздух, окружающий трубку, и позволять избыточным электронам на пластиковой трубке проходить через воздух к электроскопу. Эта передача заряда может происходить как с прикосновением, так и без него. Фактически, в сухой зимний день процесс зарядки металлического электроскопа заряженным изолятором часто происходит, когда изолятор находится на некотором расстоянии.Сухой воздух легче ионизируется, и большее количество электронов способно прорваться через пространство между двумя объектами. В таких случаях часто слышен потрескивающий звук и видна вспышка света, если комната затемнена. Это явление, возникающее на расстоянии нескольких сантиметров, определенно не подходит для описания зарядки контактов.

Заряженный изолирующий объект, безусловно, способен передавать свой заряд другому объекту. Результат переноса заряда будет таким же, как и при зарядке за счет проводимости.Оба объекта будут иметь одинаковый тип заряда, и поток электронов будет в одном направлении. Однако процесс и лежащие в основе объяснения существенно различаются. В случае зарядки объекта заряженным изолятором контакт не существенен. Прикосновение к объекту просто уменьшает пространственное разделение между соприкасающимися атомами и позволяет заряду образовывать дугу и искры между объектами. Трение или перекатывание изолирующего предмета по поверхности проводника облегчает процесс зарядки, поскольку большее количество атомов на изоляторе находится в непосредственной близости от проводника, принимающего заряд.Два материала не прилагают никаких усилий ни для разделения заряда, ни для того, чтобы действовать как единый объект (с однородным электрическим потенциалом), чтобы уменьшить отталкивающие воздействия.

Является ли это различие между зарядкой проводимостью и зарядкой молнией расщеплением волос? Возможно. Несомненно, каждый процесс включает в себя передачу заряда от одного объекта к другому, что дает один и тот же результат - два одинаково заряженных объекта. Тем не менее, различие между двумя формами зарядки больше соответствует общепринятой точке зрения, согласно которой изоляторы не являются проводниками заряда.Это также объясняет, почему некоторые изоляторы не всегда передают свой заряд при контакте. Это явление зарядки от молнии будет еще раз рассмотрено в Уроке 4 при обсуждении электрических полей и грозовых разрядов.

Мы хотели бы предложить ... Иногда просто прочитать об этом недостаточно. Вы должны с ним взаимодействовать! И это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивных материалов The Physics Classroom.Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего интерактивного зарядного устройства. Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Charging Interactive - это электростатическая «игровая площадка», которая позволяет учащемуся исследовать различные концепции, связанные с зарядом, взаимодействиями зарядов, процессами зарядки и заземлением. Как только вы освоитесь с концепциями, коснитесь кнопки «Играть» своим игровым лицом.

Проверьте свое понимание

Используйте свое понимание заряда, чтобы ответить на следующие вопросы.По завершении нажмите кнопку, чтобы просмотреть ответы.

1. Нейтральный металлический шар касается отрицательно заряженного металлического стержня. В результате сфера будет ____, а металлический стержень ____. Выберите два ответа в их соответствующем порядке.

а. положительно заряженный

г. отрицательно заряженный

г. нейтральный

г. намного более массивный

e. ... недостаточно информации, чтобы сказать


2.К нейтральной металлической сфере прикасается отрицательно заряженный металлический стержень. Во время этого процесса электроны переносятся с _____ на _____, и сфера приобретает заряд _____.

а. нейтральная сфера, заряженный стержень, отрицательный

г. нейтральная сфера, заряженный стержень, плюс

г. заряженный стержень, нейтральная сфера, отрицательный

г. заряженный стержень, нейтральная сфера, положительный

e. ... ерунда! Ничто из этого не описывает, что происходит.

3. К нейтральной металлической сфере касается положительно заряженный металлический стержень. Во время этого процесса протоны переносятся с _____ на _____, и сфера приобретает заряд _____.

а. заряженный стержень, нейтральная сфера, отрицательный

г. заряженный стержень, нейтральная сфера, положительный

г. нейтральная сфера, заряженный стержень, отрицательный

г.нейтральная сфера, заряженный стержень, плюс

e. ... ерунда! Ничто из этого не описывает, что происходит.

4. Металлический шар электрически нейтрален. К нему прикасается положительно заряженный металлический стержень. В результате металлический шар заряжается положительно. Что из следующего происходит в процессе? Перечислите все подходящие варианты.

а. Металлический шар получает несколько протонов.,/п.

г. Электроны переходят от сферы к стержню.

г. Металлический шар теряет электроны.

г. Общий заряд системы сохраняется.

e. Протоны переносятся от стержня к сфере.

ф. Положительные электроны перемещаются между двумя объектами.

Проводники и изоляторы | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определите проводник и изолятор, объясните разницу и приведите примеры каждого из них.
  • Опишите три метода зарядки объекта.
  • Объясните, что происходит с электрической силой, когда вы удаляетесь от источника.
  • Определите поляризацию.

Рис. 1. В этом адаптере питания используются металлические провода и разъемы для передачи электричества от настенной розетки к портативному компьютеру. Проводящие провода позволяют электронам свободно перемещаться по кабелям, которые защищены резиной и пластиком. Эти материалы действуют как изоляторы, не позволяющие электрическому заряду выходить наружу.(Источник: Эван-Амос, Wikimedia Commons)

Некоторые вещества, такие как металлы и соленая вода, позволяют зарядам относительно легко проходить через них. Некоторые электроны в металлах и подобных проводниках не связаны с отдельными атомами или участками в материале. Эти свободных электронов могут двигаться сквозь материал так же, как воздух движется через рыхлый песок. Любое вещество, которое имеет свободные электроны и позволяет заряду относительно свободно перемещаться по нему, называется проводником .Движущиеся электроны могут сталкиваться с неподвижными атомами и молекулами, теряя некоторую энергию, но они могут двигаться в проводнике. Сверхпроводники позволяют заряду перемещаться без потери энергии. Соленая вода и другие подобные проводящие материалы содержат свободные ионы, которые могут перемещаться через них. Ион - это атом или молекула с положительным или отрицательным (отличным от нуля) полным зарядом. Другими словами, общее количество электронов не равно общему количеству протонов.

Другие вещества, например стекло, не позволяют зарядам проходить через них.Это изоляторы . Электроны и ионы в изоляторах связаны в структуре и не могут легко перемещаться - в 10 23 раз медленнее, чем в проводниках. Например, чистая вода и сухая поваренная соль являются изоляторами, а расплавленная соль и соленая вода - проводниками.

Зарядка по контакту

На рис. 2 показан электроскоп, который заряжается при прикосновении к нему положительно заряженным стеклянным стержнем. Поскольку стеклянный стержень является изолятором, он должен фактически касаться электроскопа, чтобы передавать заряд на него или от него.(Обратите внимание, что дополнительные положительные заряды остаются на поверхности стеклянного стержня в результате протирания его шелком перед началом эксперимента.) Поскольку в металлах движутся только электроны, мы видим, что они притягиваются к верхней части электроскопа. Там некоторые из них переносятся на положительный стержень на ощупь, оставляя электроскоп с чистым положительным зарядом.

Рис. 2. Электроскоп - излюбленный инструмент на демонстрациях физики и в студенческих лабораториях. Обычно он изготавливается из листьев золотой фольги, подвешенных к (проводящему) металлическому стержню, и изолирован от воздуха в помещении в контейнере со стеклянными стенками.(а) Положительно заряженный стеклянный стержень подносят к кончику электроскопа, притягивая электроны к вершине и оставляя чистый положительный заряд на листьях. Словно заряды в легких гибких золотых листах отталкиваются, разделяя их. (b) Когда стержень касается шара, электроны притягиваются и переносятся, уменьшая общий заряд стеклянного стержня, но оставляя электроскоп заряженным положительно. (c) Избыточные заряды равномерно распределяются в стержне и листьях электроскопа после удаления стеклянного стержня.

Электростатическое отталкивание в листах заряженного электроскопа разделяет их. Электростатическая сила имеет горизонтальную составляющую, которая приводит к раздвижению листьев, а также вертикальную составляющую, которая уравновешивается гравитационной силой. Точно так же электроскоп может получить отрицательный заряд при контакте с отрицательно заряженным объектом.

Индукционная зарядка

Необязательно переносить излишек заряда непосредственно на объект для его начисления.На фиг.3 показан метод индукции , в котором заряд создается в соседнем объекте без прямого контакта. Здесь мы видим две нейтральные металлические сферы, контактирующие друг с другом, но изолированные от остального мира. Положительно заряженный стержень приближается к одному из них, притягивая отрицательный заряд к этой стороне, оставляя другую сферу заряженной положительно.

Это пример наведенной поляризации нейтральных объектов. Поляризация - это разделение зарядов в объекте, который остается нейтральным.Если сферы теперь разделены (до того, как стержень вытащен), каждая сфера будет иметь чистый заряд. Обратите внимание, что объект, ближайший к заряженному стержню, получает противоположный заряд при индукционной зарядке. Также обратите внимание, что заряд не удаляется с заряженного стержня, так что этот процесс можно повторить без истощения запаса избыточного заряда.

Рисунок 3. Зарядка индукционным способом. (а) Две незаряженные или нейтральные металлические сферы контактируют друг с другом, но изолированы от остального мира.(b) Положительно заряженный стеклянный стержень приближается к сфере слева, притягивая отрицательный заряд и оставляя другую сферу заряженной положительно. (c) Сферы разделяются перед удалением стержня, таким образом разделяя отрицательный и положительный заряд. (d) Сферы сохраняют чистые заряды после удаления индукционного стержня - даже при отсутствии прикосновения к заряженному объекту.

Другой метод индукционной зарядки показан на рисунке 4. Нейтральная металлическая сфера поляризуется, когда заряженный стержень приближается к ней.Затем сфера заземляется, что означает, что от сферы к земле проходит проводящий провод. Поскольку земля большая и большая часть земли является хорошим проводником, она может легко подавать или принимать избыточный заряд. В этом случае электроны притягиваются к сфере через провод, называемый заземляющим проводом, потому что он обеспечивает проводящий путь к земле. Заземление разрывается перед удалением заряженного стержня, в результате чего в сфере остается избыточный заряд, противоположный заряду стержня. Опять же, при индукционной зарядке достигается противоположный заряд, и заряженный стержень не теряет своего избыточного заряда.

Рисунок 4. Индукционная зарядка с заземлением. (а) Положительно заряженный стержень приближается к нейтральной металлической сфере, поляризуя ее. (б) Сфера заземлена, что позволяет электронам притягиваться из достаточного количества источников земли. (c) Разрыв заземления. (d) Положительный стержень удаляется, оставляя сферу с индуцированным отрицательным зарядом.

Нейтральные объекты могут быть привлечены к любому заряженному объекту. Кусочки соломы, притянутые к полированному янтарю, например, нейтральны.Если провести по волосам пластиковой расческой, заряженная расческа соберет нейтральные кусочки бумаги. На рисунке 5 показано, как поляризация атомов и молекул в нейтральных объектах приводит к их притяжению к заряженному объекту.

Рис. 5. И положительные, и отрицательные объекты притягивают нейтральный объект за счет поляризации его молекул. (а) Положительный объект, поднесенный к нейтральному изолятору, поляризует его молекулы. Наблюдается небольшой сдвиг в распределении электронов, вращающихся вокруг молекулы: разнородные заряды приближаются, а одинаковые - удаляются.Поскольку электростатическая сила уменьшается с расстоянием, возникает чистое притяжение. (б) Отрицательный объект производит противоположную поляризацию, но снова притягивает нейтральный объект. c) такой же эффект наблюдается и с проводником; поскольку разноименные заряды ближе, возникает чистое притяжение.

Когда заряженный стержень приближается к нейтральному веществу, в данном случае изолятору, распределение заряда в атомах и молекулах немного смещается. Противоположный заряд притягивается к внешнему заряженному стержню, в то время как аналогичный заряд отталкивается.Поскольку электростатическая сила уменьшается с расстоянием, отталкивание одинаковых зарядов слабее, чем притяжение разнородных зарядов, и поэтому возникает чистое притяжение. Таким образом, положительно заряженный стеклянный стержень притягивает нейтральные кусочки бумаги, как и отрицательно заряженный резиновый стержень. Некоторые молекулы, например вода, являются полярными молекулами. Полярные молекулы обладают естественным или внутренним разделением зарядов, хотя в целом они нейтральны. На полярные молекулы особенно влияют другие заряженные объекты, и они демонстрируют более сильные поляризационные эффекты, чем молекулы с естественным однородным распределением заряда.

Проверьте свое понимание

Можете ли вы объяснить притяжение воды к заряженному стержню на рисунке 6?

Рисунок 6.

Решение

Молекулы воды поляризованы, что дает им слегка положительные и слегка отрицательные стороны. Это делает воду еще более восприимчивой к притяжению заряженного стержня. Когда вода течет вниз, из-за силы тяжести заряженный проводник оказывает чистое притяжение к противоположным зарядам в потоке воды, притягивая его ближе.

Исследования PhET: Джон Траволтаж

Заставьте искры летать с Джоном Травольтэджем. Шевелите ногой Джонни, и он подбирает заряды с ковра. Поднесите руку к дверной ручке и избавьтесь от лишнего заряда.

Щелкните, чтобы запустить моделирование.

Краткое содержание раздела

  • Поляризация - это разделение положительных и отрицательных зарядов в нейтральном объекте.
  • Проводник - это вещество, которое позволяет заряду свободно проходить через его атомную структуру.
  • Изолятор удерживает заряд в своей атомной структуре.
  • Объекты с одинаковыми зарядами отталкиваются друг от друга, а объекты с разными зарядами притягиваются друг к другу.
  • Проводящий объект называется заземленным, если он соединен с землей посредством проводника. Заземление позволяет передавать заряд в большой земной резервуар и обратно.
  • Объекты можно заряжать, соприкасаясь с другим заряженным объектом, и получить такой же заряд знака.
  • Если объект временно заземлен, он может заряжаться индукцией и приобретает заряд противоположного знака.
  • У поляризованных объектов положительный и отрицательный заряды сосредоточены в разных областях, что придает им несимметричный заряд.
  • Полярным молекулам присуще разделение зарядов.

Концептуальные вопросы

  1. Эксцентричный изобретатель пытается левитировать, сначала помещая на себя большой отрицательный заряд, а затем помещая большой положительный заряд на потолок своей мастерской. Вместо этого, при попытке наложить на себя большой отрицательный заряд, его одежда слетает.Объяснять.
  2. Если вы зарядили электроскоп от контакта с положительно заряженным объектом, опишите, как вы могли бы использовать его для определения заряда других объектов. В частности, что будут делать створки электроскопа, если к его ручке поднести другие заряженные объекты?
  3. Когда стеклянный стержень натирают шелком, он становится положительным, а шелк - отрицательным, но при этом оба притягивают пыль. Есть ли у пыли третий тип заряда, который притягивается как к положительному, так и к отрицательному? Объяснять.
  4. Почему автомобиль всегда притягивает пыль сразу после полировки? (Обратите внимание, автомобильный воск и автомобильные шины являются изоляторами.)
  5. Опишите, как положительно заряженный объект можно использовать для придания другому объекту отрицательного заряда. Как называется этот процесс?
  6. Что такое заземление? Как это действует на заряженный проводник? На заряженном изоляторе?

Задачи и упражнения

  1. Предположим, пылинка в электрофильтре имеет 1.0000 × 10 12 протонов в нем и имеет чистый заряд –5,00 нКл (очень большой заряд для маленькой точки). Сколько в нем электронов?
  2. Амеба имеет 1,00 × 10 16 протонов и чистый заряд 0,300 пКл. а) На сколько электронов меньше, чем протонов? б) Если объединить их в пары, какая часть протонов не будет иметь электронов?
  3. Шар из меди весом 50,0 г имеет чистый заряд 2,00 мкм Кл. Какая часть электронов меди была удалена? (У каждого атома меди 29 протонов, а атомная масса меди 63.5.)
  4. Какой чистый заряд вы поместите на 100-граммовый кусок серы, если вы поместите дополнительный электрон на 1 из 10 12 его атомов? (Сера имеет атомную массу 32,1.)
  5. Сколько кулонов положительного заряда содержится в 4,00 кг плутония, учитывая его атомную массу 244 и каждый атом плутония имеет 94 протона?

Глоссарий

свободный электрон: электрон, который может свободно уходить со своей атомной орбиты

проводник: материал, который позволяет электронам двигаться отдельно от их атомных орбит

.

изолятор: материал, который надежно удерживает электроны на их атомных орбитах

с заземлением: , когда проводник подключен к Земле, что позволяет заряду свободно течь в и из неограниченного резервуара Земли

индукция: процесс, при котором электрически заряженный объект, поднесенный к нейтральному объекту, создает заряд в этом объекте

поляризация: небольшое смещение положительных и отрицательных зарядов на противоположные стороны атома или молекулы

электростатическое отталкивание: явление двух объектов с одинаковыми зарядами, отталкивающих друг друга

Избранные решения проблем и упражнения

1.1,03 × 10 12

3. 9.09 × 10 −13

5. 1,48 × 10 8 С

Как работает статическое электричество?

Ответ

Нарушение баланса между отрицательными и положительными зарядами в объектах.

Две девочки «наэлектризованы» во время эксперимента в Центре науки о свободе «Camp-in», 5 февраля 2002 г. «История Америки», Библиотека Конгресса.

Вы когда-нибудь шли через комнату, чтобы погладить свою собаку, но вместо этого получали шок? Возможно, вы сняли шляпу в засушливый зимний день и испытали на себе «волосы дыбом»! Или, может быть, вы прилепили воздушный шарик к стене после того, как потерлись им о свою одежду?

Почему это происходит? Это волшебство? Нет, это не волшебство; это статическое электричество!

Прежде чем понять статическое электричество, нам сначала нужно понять основы атомов и магнетизма.

Молодой человек сидит рядом с машиной электростатического воздействия Хольца, Колледж Дикинсона, 1889 год. Каталог эстампов и фотографий, Библиотека Конгресса.

Все физические объекты состоят из атомов. Внутри атома находятся протоны, электроны и нейтроны. Протоны заряжены положительно, электроны заряжены отрицательно, а нейтроны нейтральны.

Следовательно, все состоит из зарядов. Противоположные заряды притягиваются друг к другу (от отрицательного к положительному).Одинаковые заряды отталкиваются друг от друга (от положительного к положительному или от отрицательного к отрицательному). В большинстве случаев положительный и отрицательный заряды уравновешиваются в объекте, что делает его нейтральным.

Статическое электричество является результатом дисбаланса между отрицательными и положительными зарядами в объекте. Эти заряды могут накапливаться на поверхности объекта, пока не найдут способ высвободиться или разрядиться. Один из способов разрядить их - через цепь.

Группа молодых женщин, изучающих статическое электричество в обычной школе, Вашингтон, округ Колумбия.К. Фрэнсис Бенджамин Джонстон, фотограф, около 1899 г. Отдел эстампов и фотографий, Библиотека Конгресса

При трении определенных материалов друг о друга могут передаваться отрицательные заряды или электроны. Например, если вы потереть обувь о ковер, ваше тело собирает лишние электроны. Электроны цепляются за ваше тело до тех пор, пока их не освободят. Когда вы дотрагиваетесь до своего пушистого друга, вы испытываете шок. Не волнуйтесь, это только избыточные электроны, которые вы передаете своему ничего не подозревающему питомцу.

А как насчет того опыта «пробуждения волос»? Когда вы снимаете шляпу, электроны переходят от шляпы к волосам, создавая интересную прическу! Помните, объекты с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга. Поскольку у них одинаковый заряд, у вас волосы встанут дыбом. Ваши волосы просто пытаются уйти как можно дальше друг от друга!

Морской пехотинец использует жезл статического разряда для снятия избыточного статического электричества перед тем, как прикрепить гаубицу M777 к вертолету CH-53E Super Stallion во время комплексной тренировки с перегрузкой в ​​базовом лагере морской пехоты в Пендлтоне, 12 апреля 2017 года.Капрал Фрэнк Кордова, фотограф. Галерея изображений Министерства обороны США

Когда вы трете воздушный шар о свою одежду, и он прилипает к стене, вы добавляете избыток электронов (отрицательные заряды) на поверхность воздушного шара. Стена теперь заряжена более положительно, чем воздушный шар. Когда они соприкасаются, воздушный шар будет прилипать из-за правила притяжения противоположностей (от положительного к отрицательному).

Дополнительную информацию о статическом электричестве и экспериментах см. В разделах «Интернет-ресурсы» и «Дополнительная литература».

ВМС США выпускают пороховые фляги из латуни для предотвращения случайного воспламенения пороха из-за искр или статического электричества. Поле битвы в Уилсон-Крик, 2010 г. Служба национальных парков США, NP Gallery

Опубликовано: 19 ноября 2019 г. Автор: Справочная секция по науке, Библиотека Конгресса

Определение заряда с помощью электроскопа

Эммет Кокс
Координатор по управлению продуктами по физическим наукам

Серия трибоэлектрических приборов даст вам отправную точку для определения того, какая комбинация материалов обеспечивает хороший результат при попытке создать статический заряд.В следующих разделах содержится немного больше информации о том, как проверить статическое электричество и как определить, какие объекты имеют положительный или отрицательный заряд.


Отзыв

Студенты уже должны быть знакомы со следующей базовой информацией о статическом электричестве.

  1. Электричество (статическое или текущее) является результатом количества заряда . Заряд - это физическое свойство материи, такое же, как масса или объем. Заряженные объекты испытывают силу при помещении в электрическое поле.
  2. Есть 2 типа заряда: положительный и отрицательный.
  3. Одинаковые заряды отталкиваются, а разные - притягиваются (рис. 1).


    Заряд обнаруживается, когда один заряженный объект оказывает силу на другой объект. Несколько факторов влияют на количество силы между двумя заряженными объектами, например, количество заряда на каждом объекте и расстояние между объектами.
  4. Заряд - это результат наличия в атоме субатомных частиц. Атом состоит из протонов и нейтронов (которые составляют ядро) и электронов (которые вращаются вокруг ядра).Протоны имеют положительный заряд. У нейтронов нет заряда. Электроны имеют отрицательный заряд.


Тестирование заряда

Проверить, заряжен ли объект, довольно просто. На рис. 2 отрицательно заряженный воздушный шар приближается к листу бумаги. Бумага обычно нейтральная, с равномерно распределенными положительными и отрицательными зарядами. Однако, когда отрицательно заряженный воздушный шар приближается к бумаге, воздушный шар отталкивает электроны в бумаге к противоположной стороне бумаги, оставляя сторону рядом с воздушным шаром слегка положительной.Сила притяжения между отрицательными зарядами на воздушном шаре и положительными зарядами на верхней поверхности бумаги заставляет бумагу двигаться к воздушному шарику и прилипать к нему.

На рис. 3 кусок стекла с положительным зарядом подносят к листу бумаги. В этом случае электроны притягиваются к стеклу и перемещаются к верхней поверхности бумаги. Это явление называется зарядкой индукцией .

Еще одним полезным инструментом для обнаружения статического заряда является электроскоп (рис.4). Когда отрицательно заряженный объект приближается к металлическому концу прицела (рис. 5), отрицательные заряды в металле прицела перемещаются к листам, которые становятся отрицательно заряженными и отталкиваются друг от друга. Когда положительно заряженный объект приближается к электроскопу (рис. 6), отрицательные заряды в металле прицела перемещаются к положительному объекту, заставляя листья иметь положительный заряд, а листья отталкиваются друг от друга. Чем сильнее заряд, тем больше отделяются листья.


Определение полярности

Трибоэлектрическая серия поможет вам выбрать материалы из вашего набора для электростатики, которые создают сильный заряд на объекте. Электроскоп позволит вам обнаружить заряд.

Как узнать, заряжен ли объект положительно или отрицательно? Выполните следующие действия:

  1. Выберите пару материалов из серии трибоэлектрических. Зарядите объекты, затем выберите 1 для использования в эксперименте. На рис.С 7 по 11 ниже, объект имеет отрицательный заряд .
  2. Поднесите объект к электроскопу, как показано на рис. 7 . Листья разделятся, показывая, что объект, который вы тестируете, заряжен.
  3. Когда объект находится рядом с электроскопом, прикоснитесь к контакту электроскопа пальцем. Это заземляет электроскоп. На рис. 8 , линия от электроскопа представляет путь к земле (3 горизонтальные линии на конце «провода» являются символом заземления).Когда отрицательный объект приближается к электроскопу, некоторые электроны, как и раньше, отталкиваются к листьям, но некоторые проходят этот альтернативный путь через ваш палец и покидают электроскоп. Прикрепление электроскопа к «земле» по существу означает прикрепление электроскопа к земле, которая может действовать как бесконечный источник (или сток) для электронов.
  4. Пока отрицательно заряженный объект все еще находится рядом с электроскопом, уберите палец, отсоединив электроскоп от земли.Часть электронов покинула электроскоп через провод заземления. Листья будут двигаться навстречу друг другу.
  5. Наконец, отодвиньте отрицательно заряженный объект от электроскопа. Электроскоп теперь заряжен положительно. Листья будут отталкивать друг друга.

Теперь электроскоп позволит вам определить, заряжен ли объект положительно или отрицательно. Если вы поднесете отрицательный объект к электроскопу, электроны в телескопе будут отталкиваться к листьям, уравновешивая заряд.Листья будут двигаться навстречу друг другу.

Если вы поднесете положительный объект к электроскопу, он будет притягивать электроны к клемме. Листья будут отдаляться друг от друга.

Вы также можете использовать этот процесс с положительным предметом для зарядки электроскопа. В этом случае заземление электроскопа пальцем позволит лишним электронам переместиться к электроскопу, который станет отрицательно заряженным.


Дальнейшее расследование

Статическое электричество - интересное явление, и, вероятно, это все, о чем многие из нас думают - это интересно, но не очень полезно.Однако мы знаем, что без электричества, которое использовалось бы для питания наших домов, компьютеров и сотовых телефонов, наша жизнь была бы совсем другой. Электрические технологии, на которые мы полагаемся каждый день, не могли бы быть созданы без какого-либо раннего ученого, заинтересованного статическим электричеством.

Статическое электричество может быть полезным или вредным. В некоторых дымовых трубах используются электростатические устройства, называемые скрубберами, для удаления твердых частиц из дыма. Статическое электричество может повредить схемы некоторых электронных устройств.Поэтому детали для компьютера могут быть отправлены в специальной упаковке, чтобы предотвратить повреждение статическим электричеством.

Какие еще применения статического электричества нашли ученые? Можете ли вы провести эксперимент по разработке собственной трибоэлектрической серии?


Предлагаемые материалы

Эти материалы могут помочь в исследовании статического электричества.

Статическое электричество - Science World

Цели

  • Опишите движение электронов от одного материала к другому.

  • Определите результирующий заряд двух материалов, трущихся друг о друга.

  • Объясните, как статический заряд заставляет материалы притягиваться или отталкиваться друг от друга.

Материалы

Фон

Все, что мы видим, состоит из крошечных частиц материи, называемых атомами .Атомы состоят из еще более мелких частей, называемых протонами, электронами и нейтронами. В атоме обычно одинаковое количество протонов и электронов, но иногда электроны можно отодвинуть от своих атомов.

Если вы, например, расчесываете волосы, электроны покидают атомы и молекулы в волосах и переходят к пластиковому гребню. Расческа, покрытая отрицательно заряженными электронами, также становится отрицательно заряженной, а ваши волосы остаются с положительным зарядом. Это «разделение зарядов» является причиной совокупности эффектов, которые мы называем статическим электричеством .

Если два объекта имеют разные заряды, они притягиваются (или притягиваются) друг к другу. Если два объекта имеют одинаковый заряд, они отталкиваются (или отталкиваются) друг от друга. После того, как вы причесались, все волосы будут заряжены одинаковым положительным зарядом. Поскольку вещи с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга, волосы пытаются отойти друг от друга, вставая вверх и от всех остальных волос, в результате получается очень забавная прическа!

Другой пример: если вы идете по ковру, электроны переходят с ковра на вас.Теперь у вас есть лишние электроны. Если на вас накапливаются лишние электроны, они вылетят, когда вы коснетесь такого объекта, как дверная ручка, и сотрясете вас. Поражение происходит в результате быстрого получения или потери электрического заряда.

Когда заряженный объект приближается к нейтральному материалу, электроны на нейтральном материале будут двигаться либо к заряженному объекту (если он имеет положительный заряд), либо от заряженного объекта (если он имеет отрицательный заряд). Другими словами, нейтральный материал «набирает» заряд на своей ближней и дальней стороне, относящийся к заряженному объекту.Это явление называется индуцированным зарядом . В результате обычно нейтральный материал будет иметь небольшой заряд, когда он находится рядом с заряженным объектом, и этого достаточно для притяжения двух.
Электростатические заряды не возникают из-за трения, хотя многие предполагают, что это так.

Если вы потрете воздушным шариком о голову или волочите ногу по ковру, то накопится заряд, как и при обычной ходьбе или многократном касании головы воздушным шариком! Это простой контакт между двумя разными материалами, который заставляет заряд перемещаться от одного объекта к другому.Трение материалов друг в друга может помочь переместить заряд быстрее, потому что контактирует с большей площадью поверхности. Трение тут ни при чем.

При выполнении любого из этих действий важно учитывать погоду: влажность в воздухе может затруднить накопление зарядов, что приведет к неожиданному поведению экспериментов!

Лучшая «статичная» погода - ясная, солнечная и прохладная.

Словарь

атом - частица материи, состоящая из протонов, электронов и нейтронов
электрон - субатомная частица с отрицательным электрическим зарядом.
Электроскоп - Устройство, обнаруживающее электрический заряд.
индуцированный заряд - Разделение зарядов внутри нейтрального объекта, вызванное близостью заряженного объекта.
протон - субатомная частица, имеющая положительный электрический заряд.
статическое электричество - Электрические эффекты, вызванные дисбалансом заряда между отрицательно заряженным объектом и положительно заряженным объектом.
Трибоэлектрическая серия - Список, в котором различные материалы ранжируются в соответствии с их тенденцией приобретать или терять электроны.

Другие ресурсы

г. до н.э. Hydro | Power Smart для школ

Как работает материал | Как работают генераторы Ван де Граафа

Для приобретения мухобойки или генератора Ван де Граафа: Arbor Scientific

В. Что такое «статическое электричество» и как я могу увидеть его влияние?

Когда электрические заряды движутся по проводу, возникает электрический ток или, проще говоря, электричество.По проводу движутся только отрицательные заряды (электроны). Но у вас может быть накопление отрицательных или положительных зарядов в объекте, и тогда этот объект будет электрически заряжен. Если эти заряды никуда не движутся (пока), мы говорим, что существует статический заряд или статическое электричество . Имеет смысл, правда? Лично мне не нравится термин статическое электричество , потому что мы обычно думаем об электричестве как о включении электрического тока, а в случае статического электричества тока нет.Но статическое электричество - популярный термин, поэтому мы используем его в младших классах. В более высоких классах мы будем называть его электрическим зарядом или электростатическим зарядом . Вы можете столкнуться с этими условиями, если прочтете об этом больше.

Ключевым моментом является то, что если у объекта больше электронов, чем протонов, т. Е. Больше отрицательных зарядов, чем положительных, то у объекта общий отрицательный заряд. Если у объекта больше протонов, чем электронов, то есть положительных зарядов больше, чем отрицательных, то он имеет общий положительный заряд.Когда ученики натирают воздушные шары о шерстяной свитер или волосы, электроны переносятся с шерсти или волос на воздушный шар. Таким образом, воздушный шар получает чистый отрицательный заряд, а свитер или волосы, потеряв отрицательный заряд, получают чистый положительный заряд. А поскольку притягиваются противоположные заряды, воздушный шар будет прилипать к свитеру или к чьим-то волосам после того, как его потерли. Если ученик с длинными волосами потирает воздушный шарик о свою голову, а затем медленно оттягивает воздушный шарик, ученики могут увидеть волосы, тянущиеся к воздушному шарику.Это подтверждает, что воздушный шар и волосы имели противоположные заряды. Фактически, каждый раз, когда воздушный шар прилипает к чему-либо (при условии, что вы не прикрепили его липкой лентой), это происходит потому, что у вас есть противоположные заряды.

Если заряженный объект касается другого объекта, особенно хорошего проводника, такого как металл, заряды могут внезапно вылететь из объекта, оставив его без заряда. Ваши ученики, вероятно, испытали на себе ходьбу по ковру (особенно если они небрежно волочат ноги), а затем испытали шок при прикосновении к дверной ручке.Если они ходили по шерстяному ковру в обуви на резиновой подошве, электроны переходили с ковра на их обувь (и тела), поэтому они создавали отрицательный заряд (рис. 6). При прикосновении к дверной ручке заряды внезапно прыгали на металл, создавая ощущение шока. Теперь вы знаете, почему у вас такая возбуждающая личность!

Общие сведения о молниях: электрификация от грозы

Хотя точные детали процесса зарядки все еще изучаются, ученые в целом сходятся во мнении относительно некоторых основных концепций электрификации грозы.Основная зона зарядки во время грозы возникает в центральной части шторма, где воздух быстро движется вверх (восходящий поток), а температура колеблется от -15 до -25 градусов Цельсия (Рисунок 1) .

В этом месте сочетание температуры и быстрого восходящего движения воздуха дает смесь из переохлажденных облачных капель (маленькие капли воды ниже точки замерзания), мелких кристаллов льда и мягкого града (крупа). Восходящий поток несет вверх переохлажденные облачные капли и очень маленькие кристаллы льда.В то же время крупа, которая значительно больше и плотнее, имеет тенденцию падать или зависать в поднимающемся воздухе. Различия в движении осадков вызывают столкновения. Когда поднимающиеся кристаллы льда сталкиваются с крупой, кристаллы льда становятся положительно заряженными, а крупа - отрицательно заряженной (рис. 2) .

Восходящий поток уносит положительно заряженные кристаллы льда вверх к вершине грозового облака. Более крупная и плотная крупа либо висит в середине грозового облака, либо падает в нижнюю часть грозового облака.В результате верхняя часть грозового облака становится положительно заряженной, а средняя и нижняя часть грозового облака становится отрицательно заряженной ( Рисунок 3) .

Восходящие движения внутри шторма и ветры на более высоких уровнях в атмосфере, как правило, приводят к тому, что маленькие кристаллы льда (и положительный заряд) в верхней части грозового облака распространяются горизонтально на некотором расстоянии от основания грозового облака. Эта часть грозового облака называется наковальней.Хотя это основной процесс зарядки грозового облака, некоторые из этих зарядов могут перераспределяться за счет движения воздуха внутри шторма (восходящие и нисходящие потоки). Кроме того, в нижней части грозового облака наблюдается небольшое, но важное накопление положительного заряда из-за осадков и более высоких температур.

На заряды на земле влияют заряды, накапливающиеся в облаках. Обычно земля имеет небольшой отрицательный заряд, однако, когда гроза идет прямо над головой, большой отрицательный заряд в середине грозового облака отталкивает отрицательные заряды на земле под грозой.Это приводит к тому, что земля и любые предметы (или люди) на земле непосредственно под штормом становятся положительно заряженными (Рисунки 4 и 5) .

Когда отрицательный заряд в облаке увеличивается, земля в ответ становится более положительно заряженной. Точно так же положительный заряд в наковальне может вызвать накопление отрицательного заряда на земле под наковальней (который может распространяться далеко от основания грозы).


Рисунок 4

Рисунок 5

Узнайте о типах вспышек или вернитесь на страницу содержания

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 3

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *