Современный мир наполнен электроникой. Десятки электронных устройств окружают нас дома. Миллионы их трудятся на производстве.Сфера применения электроники постоянно расширяется. Практически каждая достаточно сложная техническая система оснащается электронными устройствами. Трудно назвать технологический процесс, управление которого осуществлялось бы без использования электроники. Функции устройств электроники становятся все более разнообразными.

Прежде чем приступить к созданию собственных электронных устройств, необходимо немного «подковаться» теоретически в этом вопросе.

В прошлых уроках ми создали простейшую электрическую схему “светящийся светодиод”.

После запуска симуляции светодиод загорался – мы получили свет с помощью электричества!

Но каким образом электричество заставило светодиод загореться? Здесь действует сочетание нескольких важных понятий:

• Электроны
• Ток
• Напряжение
• Сопротивление

Все эти понятия электричества связаны  друг с другом и их понимание является необходимым условием в изучении электроники.

Что же это?

Как известно, все тела состоят из мельчайших частиц – молекул, молекулы из атомов, атомы еще из более мелких протонов, нейтронов, электронов.

Электроны движутся вокруг ядра и находятся от него на различных расстояниях, поэтому взаимодействие  положительно заряженных протонов с отрицательно заряженными электронами неодинаково – оно ослабляется по мере удаления электрона от ядра. И, если воздействовать на вещество энергией, то электроны в нем начинают перемещаться от атома к атому. Наблюдается тенденция движения!

Электрический ток — направленное движение электрически заряженных частиц под воздействием электрического поля.

Электрический ток возникает тогда, когда на участке электрической цепи появляется электрическое поле, или разность потенциалов между двумя точками проводника. Разность потенциалов между двумя точками электрической цепи называют напряжением.

Что такое электрическое напряжение, поможет выяснить его сравнение с течением реки. Течение — это тоже поток. Оно образуется только потому, что вода течёт с высокого места в низкое. Существует разница высот между истоком и устьем. Эта разница обеспечивает течение реки по всей её длине. Можно сказать, разница высот между истоком и устьем реки — своего рода напряжение.

Подобно действуют источники электрического тока, например, батарейка. У батарейки есть два полюса: плюс (+) и минус (-). В отрицательном полюсе накапливаются свободные электроны, а в положительном полюсе электронов меньше. Поэтому существует разница в концентрации зарядов. Эта разница между обоими полюсами батарейки создаёт электрическое напряжение.

Присоединив к светодиоду батарейку, вы подали в цепь напряжение. Это напряжение, измеряемое в вольтах (В или V), толкает электроны в одном направлении, заставляет их двигаться по проводнику. Чем оно выше, тем больше электронов будет передвигаться, тем “сильнее” ток! Чем больше заряженных частиц, чем быстрее они движутся, тем больший заряд будет ими перенесён за одно и то же время. Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 секунду, определяет силу тока в цепи. Сила тока измеряется в амперах (А).

Как вода течет вниз по склону под действием силы тяготения, так ток в металлах течет от положительного вывода батарейки (+) к отрицательному (–). При этом сами электроны движутся в противоположном направлении — от отрицательного вывода к положительному.

В теории электрических цепей за направление тока в цепи взято направление движения положительно заряженных частиц от более высокого потенциала к более низкому. Такое направление было принято в самом начале развития электротехники и противоречит истинному направлению движения носителей заряда – электронов, движущихся в проводящих средах от минуса к плюсу.

Постоянным называют ток, который может изменяться по величине, но не изменяет своего направления сколь угодно долгое время.

Напряжение заставляет электроны двигаться и тем самым создает электрический ток, а сопротивление препятствует этому току. Электрическое сопротивление характеризует способность электрического проводника препятствовать прохождению электрического тока.

Причиной электрического сопротивления является тепловое движение образующих материал атомов или молекул. Частицы колеблются около своих мест и мешают перемещению электронов. Это можно сравнить с длинным коридором, в котором одновременно перемещается много людей. И насколько быстро можно двигаться вперед, зависит от различных причин.

Электрическое сопротивление характерно для всех веществ и зависит от:

Измеряется сопротивление в омах (Ом или Ω).

И, напоследок, осталось вспомнить еще о проводимости.

По способности передавать электрические заряды вещества делятся на проводники, полупроводники и непроводники электричества.

Проводники – это такие тела, которые обладают способностью передавать электрические заряды от заряженного тела к незаряженному.

Хорошие проводники электричества — это металлы, почва, вода с растворёнными в ней солями, кислотами или щелочами, графит.

Непроводники – это тела, которые не способны передавать заряды от заряженного тела к незаряженному.

Непроводниками электричества, или диэлектриками, являются эбонит, янтарь, фарфор, резина, различные пластмассы, шёлк, капрон, масла, воздух (газы). Изготовленные из диэлектриков тела называют изоляторами.

Полупроводниками называют тела, которые по способности передавать электрические заряды занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.

К полупроводникам относятся кремний, германий, селен и др. У полупроводников способность проводить электрические заряды резко увеличивается при повышении температуры.

Теперь мы сможем без проблем ответить на вопрос “Почему светодиод, в созданной нами ранее схеме, загорелся?”.

Ответ: Когда мы соединили светодиод с батарейкой, мы создали замкнутую электрическую цепь, т.е. создали путь для электрического тока. Создаваемое батарейкой напряжение заставляет электроны двигаться по цепи, частью которой является светодиод. Особенности строения светодиода позволяют нам видеть свет, излучаемый светодиодом при прохождении через него электрического тока.