Как известно, все металлы, уголь, графит допускают свободное перемещение в них электронов и являются проводниками, другие материалы не допускают их движения, не пропускают электрический ток. Это — диэлектрики, изоляторы. Их используют для изоляции проводников. К ним относятся резина, слюда, стекло, лаки, фарфор, масла и др.
Существует еще третья группа материалов, которые обладают малой электрической проводимостью, а по ряду физических свойств занимают среднее положение между проводниками и диэлектриками. Такие материалы называют полупроводниками. К ним относят германий, кремний и др.
Некоторые полупроводники образуют на граничной поверхности с материалом так называемый запирающий слой, который пропускает ток только в одном направлении.
На автомобиле устанавливаются два источника тока: генератор и аккумуляторная батарея. У заряженной аккумуляторной батареи и работающего генератора на одном зажиме (минусовом) всегда избыток свободных электронов, создающих отрицательный заряд, а на другом (плюсовом) — их недостаток. Это создает положительный заряд. Неодинаковое количество свободных электронов на плюсовом и минусовом зажимах вызывает электродвижущую силу (ЭДС).
Если подключить металлический проводник к зажимам аккумулятора или генератора, то под действием ЭДС в проводнике возникает направленное движение свободных электронов от минусового зажима к плюсовому, т. е. по нему будет проходить электрический ток. Условно считают направление тока во внешней цепи от плюсового зажима источника к минусовому (противоположное движению электронов). Если ток в проводнике течет только в одном направлении, его называют постоянным током. Ток может быть только в замкнутой электрической цепи.
В электрическую цепь входят источник тока, потребители электрической энергии, проводники, их соединяющие, выключатели, предохранители и измерительные приборы. Электрическая цепь делится на внешнюю и внутреннюю. Внешняя цепь состоит из потребителей электрической энергии, соединенных проводниками с источником тока. К внутренней цепи относят путь прохождения тока внутри источника электрической энергии.
Потребителями являются все приборы, преобразующие электрическую энергию в другие виды энергии: например, в механическую — в электродвигателе, в тепловую — в нагревательных приборах, в световую и тепловую — в электрической лампочке, в химическую — в аккумуляторах при их заряде.
Электродвижущая сила источника тока измеряется в вольтах (В) при разомкнутой внешней цепи вольтметром. В замкнутой цепи ЭДС создает ток и преодолевает сопротивление внутренней и внешней цепей. Ту часть ЭДС, которая затрачивается на преодоление сопротивления внешней цепи, называют напряжением.
Электрический ток характеризуется напряжением, силой и мощностью. Напряжением называют разность электрических потенциалов на полюсах источника тока. Физический смысл легко понять из рис. 106, а и б. Уровень (потенциал) верхнего сосуда не изменяется и составляет 1 м над поверхностью пола. Скорость истечения воды зависит от разности уровней сосуда и сопла: чем больше разность уровней, тем больше напор воды. Точно также и в электрической цепи: чем больше разность электрических потенциалов, тем выше будет напряжение.
Рис. 106. Схема изменения напора жидкости
Силой тока называют количество электричества, проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени. Измеряют ее в амперах и обозначают буквой А. Физический смысл понятен из того же рисунка. Если шланг заменить более толстым (рис. 106, в), то при той же разности уровней воды (напоре) будет выходить большее количество воды. О величине напора можно судить по высоте фонтана.
Если взять более длинный шланг (рис. 106, г), чем в первом случае (см. рис. 106, а), то скорость истечения воды и напор на выходе уменьшаются. Это говорит об увеличении сопротивления движению воды. Точно также существует сопротивление прохождению электрического тока. Сопротивление проводника зависит от материала, из которого сделан проводник, его длины и поперечного сечения. Сопротивление проводника будет расти также при повышении его температуры. Сопротивление проводников измеряется в омах (Ом).
Между сопротивлением, напряжением и силой тока существует зависимость, которую установил немецкий ученый Ом: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
Мощность определяется как работа электрического тока в единицу времени. Мощность тока подсчитывают как произведение напряжения на силу тока. Единицей измерения мощности является ватт, равный произведению силы тока в 1 А на напряжение в 1 В. Мощность обозначается 1 Вт.
Электрический ток может быть постоянным и переменным. Постоянным называется такой ток, при котором электроны движутся только в одном направлении, переменным — когда ток периодически меняет величину и направление движения на противоположное.