Учитель взял батарейку, сорвал с нее обертку, и мы увидели три одинаковых цинковых стаканчика — гальванических элемента. Учитель разрезал один стаканчик. Внутри находился угольный стержень, помещенный в мешочек, туго набитый черным порошком. На верхнем конце стержня мы увидели металлический колпачок, к которому был припаян выводной
провод. Мешочек вместе с угольным стержнем (он называется положительным электродом) находился в цинковом стаканчике, наполненном раствором нашатыря с крахмалом (цинковый стаканчик называется отрицательным электродом). К стаканчику был припаян второй выводной провод. Сверху элемент был покрыт картонкой и залит варом, чтобы раствор нашатыря не высыхал. Учитель обратил наше внимание на то, что внутри элемента происходит химическое взаимодействие (реакция) угля, нашатыря и цинка. За счет этого на отрицательном электроде (цинковом стаканчике) скапливается много свободных электронов, а на положительном электроде (угольном стержне) число свободных электронов уменьшается.
Свободные электроны любят простор. Они отталкиваются друг от друга, стремясь расположиться как можно дальше от своих соседей. Это происходит за счет электрических сил отталкивания, существующих между ними. Поэтому, когда к выводным концам элемента присоединена, например, лампочка, то электроны с отрицательного электрода (где им тесно), отталкиваясь друг от друга, устремляются к положительному электроду (где им просторнее). При этом через лампочку проходит электрический ток. Но реакция в элементе продолжается, и он снова и снова перегоняет свободные электроны с угольного стержня на цинковый стаканчик. Поэтому ток идет через лампочку до тех пор, пока внутри элемента происходит химическая реакция.
Химические вещества во время реакции расходуются: нашатырь разлагается, разъедается цинковый стаканчик. Реакция постепенно слабеет, и ток, проходящий через лампочку, уменьшается. Лампочка начинает светить все слабее, наконец гаснет, и батарейку приходится заменять новой.
— А теперь рассмотрим надписи на батарейке,— сказал учитель.— Что за знаки плюс и минус, вы, наверное, уже догадались. Знаком плюс обозначают положительный электрод, а знаком минус — отрицательный.
Буквы ЭДС — это сокращенное обозначение слов «электродвижущая сила». Именно эта сила и гонит электроны по проводам. Чем больше ЭДС, тем теснее свободным электронам на отрицательном электроде источника тока и тем больше силы их взаимного отталкивания. А на положительном электроде наоборот: с увеличением ЭДС электронам становится просторнее и они слабее отталкиваются друг от друга.
У разных источников тока ЭДС бывает разная. И для того чтобы можно было судить о том, большая ЭДС или маленькая, ее нужно измерять. Но в чем, в каких единицах измеряют ЭДС?
На батарейке написано: ЭДС 3,7 в. Буква «в» — это сокращенное обозначение слова «вольт». Так назвали единицу электродвижущей силы в честь итальянского ученого Алессандро Вольта, который в 1799 году создал первый гальванический элемент. ЭДС этого элемента и была принята за 1 вольт.
У нашей батарейки ЭДС равна 3,7 вольта. Это значит, что она в 3,7 раза больше, чем ЭДС элемента Вольта.
Электрическое напряжение так же, как и ЭДС, измеряется в вольтах. По величине напряжения можно судить о силе, которая действует на свободные электроны на выводных концах элемента, когда к нему присоединена лампочка или другой потребитель тока. Чем большая величина напряжения подводится к лампочке, тем большее число электронов проходит через ее нить, то есть тем больший ток идет через лампочку.
Для увеличения ЭДС или напряжения иногда берут не один элемент, а несколько. Вот почему в батарейке карманного фонаря три элемента соединены последовательно.
Величину электрического тока договорились измерять в амперах. Эта единица названа в честь знаменитого французского ученого Ампера, который первым исследовал законы электрического тока. Через лампочку карманного фонаря проходит ток в 0,3 ампера (0,3 а), через лампу уличного фонаря — 3 ампера (За), а через спираль электрической плитки — 5 ампер (5 а).
Итак,— заметил учитель,— нам осталось расшифровать еще одну надпись — «емкость 0,5 а • ч». Слово «емкость» всем вам знакомо, и вы знаете, как ее определить. Вот, например, для определения емкости бидона в него кружками наливают воду. Войдет в бидон три литровые кружки воды — значит, емкость бидона равна трем литрам. А емкость батарейки измеряют по-другому. Берут величину тока, потребляемого от нее, и умножают на время, в течение которого батарейка может отдавать этот ток.
Если к батарейке присоединена лампочка карманного фонаря, потребляющая ток 0,25 ампера, то она может гореть полным накалом всего 2 часа. Умножив
0, 25 ампера на 2 часа, получим 0,5 ампер-часа (то есть 0,5 а • ч). Эта величина емкости как раз и указана на батарейке.
Если же к батарейке присоединить другую лампочку, потребляющую ток 1 ампер, то энергии батарейки хватит всего на полчаса.
