Глосарій

Домішка, атоми якої мають три валентні електрони (бор, алюміній, індій). Вони можуть утворити лише три ковалентні зв'язки замість чотирьох, через що виникає дірка — створює провідність p-типу, де основні носії заряду — дірки.

Група з двох або більше конденсаторів, з'єднаних між собою певним способом (паралельно, послідовно або змішано), яка розглядається як один пристрій із певною загальною (еквівалентною) ємністю.

Процес перетворення змінного електричного струму на постійний за допомогою діодів. Однопівперіодне випрямлення виконує один діод, двопівперіодне — мостова схема з чотирьох діодів. В основі випрямлення лежить однобічна провідність p–n-переходу.

Провідність хімічно чистого напівпровідника, зумовлена утворенням пар «електрон — дірка». Кількість електронів провідності дорівнює кількості дірок, оскільки кожен розірваний ковалентний зв'язок дає одну пару.

Опір самого джерела струму (електроліту, електродів, обмоток генератора). Позначається r, одиниця — ом (Ом). Через внутрішній опір напруга на затискачах джерела під навантаженням менша за ЕРС.

Одиниця вимірювання потенціалу, різниці потенціалів і напруги в СІ. 1 В = 1 Дж/Кл. Названа на честь італійського фізика Алессандро Вольти.

Вольт-амперна характеристика (ВАХ) — це графік залежності сили струму I від напруги U для певного провідника або елемента кола. Для лінійних резисторів ВАХ є прямою лінією, що проходить через початок координат; її нахил дорівнює 1/R.

Нанесення тонкого шару металу на поверхню виробу за допомогою електролізу для захисту від корозії або декоративного оздоблення. Виріб слугує катодом в електролітичній ванні.

Речовина, у якій майже немає вільних зарядів; ізолятор. У зовнішньому електричному полі в діелектрику відбувається поляризація — зміщення зв'язаних зарядів, що призводить до послаблення поля в ε разів, але не до повного зникнення поля всередині.

Безрозмірна величина ε, яка показує, у скільки разів сила електростатичної взаємодії зарядів у даному середовищі менша, ніж у вакуумі. Для вакууму ε = 1, для повітря ≈ 1, для води ≈ 81.

Вакантне місце в ковалентному зв'язку, де бракує електрона. Дірка поводиться як додатний заряд, хоча не є реальною частинкою. Її «рух» кристалом — це переміщення сусідніх електронів на вільне місце, через що вакансія зміщується в протилежному напрямку.

Провідність напівпровідника після додавання невеликої кількості атомів іншого елемента (легування). Залежно від типу домішки розрізняють провідність n-типу (донорна домішка) і p-типу (акцепторна домішка). Домішкова провідність може бути в тисячі разів більшою за власну.

Домішка, атоми якої мають п'ять валентних електронів (фосфор, миш'як, сурма). Чотири електрони утворюють ковалентні зв'язки, а п'ятий стає вільним — створює провідність n-типу, де основні носії заряду — електрони.

Ємність одного уявного конденсатора, яким можна замінити цілу батарею конденсаторів, не змінюючи електричних характеристик кола (загального заряду й напруги). Обчислюється за формулами паралельного або послідовного з'єднання.

Опір одного резистора, яким можна замінити групу резисторів, не змінюючи сили струму й напруги на решті кола. Для послідовного з'єднання це сума опорів, для паралельного — обернена величина до суми обернених опорів.

Поверхня, всі точки якої мають однаковий потенціал. Робота електричного поля з переміщення заряду по такій поверхні дорівнює нулю. Лінії напруженості перпендикулярні до еквіпотенціальних поверхонь.

Електрична стала (ε₀) — фундаментальна фізична стала, що входить до закону Кулона і формули ємності плоского конденсатора. Її значення приблизно дорівнює 8,85·10⁻¹² Ф/м.

Особлива форма матерії, яка існує навколо заряджених тіл і діє на інші заряджені тіла з певною силою. Виявляється через силову дію на пробний заряд.

Фізична величина, яка є мірою здатності тіл до електромагнітної взаємодії. У природі існує два роди зарядів: додатний і від'ємний. Одиниця в СІ — кулон (Кл).

Електричний струм — це впорядкований (напрямлений) рух заряджених частинок. У металах носіями струму є вільні електрони, в електролітах — йони, у газах — йони та електрони, у напівпровідниках — електрони й дірки.

Електроємність — фізична величина, що характеризує здатність провідника або системи провідників накопичувати електричний заряд. Для конденсатора визначається як відношення заряду однієї обкладки до напруги між обкладками: C = q/U.

Фізико-хімічний процес, що відбувається на електродах під час проходження електричного струму через електроліт: на катоді відновлюються катіони, на аноді окиснюються аніони, і речовина виділяється на електродах.

Речовина (розчин або розплав), яка проводить електричний струм унаслідок електролітичної дисоціації — розпаду молекул на йони. Типові електроліти: розчини солей, кислот і лугів.

Процес розпаду молекул речовини на йони під час розчинення або плавлення. Завдяки дисоціації електроліт набуває здатності проводити електричний струм.

Позасистемна одиниця енергії, яку набуває електрон, пройшовши різницю потенціалів 1 В. 1 еВ = 1,6·10⁻¹⁹ Дж. Широко використовується в атомній та ядерній фізиці.

Сукупність вільних електронів у кристалічній ґратці металу, які хаотично рухаються між додатно зарядженими йонами. Ці електрони належать усьому кристалу, а не окремим атомам, і забезпечують електропровідність металу.

Вакуумний прилад, який формує вузький пучок електронів за допомогою електронної гармати, відхиляє його електричним або магнітним полем і створює світлове зображення на люмінесцентному екрані.

Фізична величина, що дорівнює роботі сторонніх сил з переміщення одиничного додатного заряду всередині джерела струму. Позначається ℰ, одиниця — вольт (В). ЕРС є характеристикою самого джерела й дорівнює напрузі на його затискачах у розімкненому колі.

Найпростіший прилад для виявлення електричного заряду. Складається з металевого стрижня з двома легкими металевими листочками. Під час дотику зарядженим тілом листочки набувають однойменного заряду й розходяться.

Перерозподіл електричних зарядів у провіднику під дією зовнішнього електричного поля без безпосереднього контакту із зарядженим тілом. На одному кінці провідника виникає надлишок заряду одного знака, на протилежному — іншого. Також називається електризацією через вплив.

Явище відсутності електричного поля всередині порожнини в провіднику, навіть якщо ззовні діє сильне поле. Також називається кліткою Фарадея. Використовується для захисту чутливих приладів і людей від зовнішніх електричних полів.

Фізична величина k, яка показує, яка маса речовини виділяється на електроді під час проходження через електроліт одиниці заряду (1 Кл). Вимірюється в кг/Кл. Обчислюється за формулою k = M/(nF).

Найменший електричний заряд, який існує у вільному стані: e ≈ 1,6·10⁻¹⁹ Кл. Електрон має заряд −e, протон +e. Будь-який заряд кратний елементарному: q = N·e.

Енергія, зосереджена в електричному полі між обкладками зарядженого конденсатора. Густина цієї енергії пропорційна квадрату напруженості поля: w = ε₀εE²/2.

Енергія, яку накопичує конденсатор під час заряджання; зосереджена в електричному полі між обкладками. Обчислюється за формулами W = C·U²/2 = q·U/2 = q²/(2C).

Закон Джоуля–Ленца визначає кількість теплоти, що виділяється в провіднику з електричним струмом: Q = I²·R·t. Кількість теплоти прямо пропорційна квадрату сили струму, опору провідника та часу проходження струму.

У замкненій (ізольованій) системі алгебраїчна сума електричних зарядів залишається сталою. Заряд не створюється й не зникає, а лише переходить від одного тіла до іншого.

Основний закон електростатики: сила взаємодії двох точкових нерухомих зарядів прямо пропорційна добутку модулів зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані між ними, помноженому на діелектричну проникність середовища: F = k·|q₁|·|q₂|/(ε·r²), k = 9·10⁹ Н·м²/Кл².

Закон Ома для ділянки кола: сила струму I на ділянці кола прямо пропорційна напрузі U на кінцях цієї ділянки й обернено пропорційна її електричному опору R: I = U/R. Закон дослідно встановив німецький фізик Георг Ом у 1827 році.

Область на межі p- і n-напівпровідників, збіднена на вільні носії заряду. Утворюється внаслідок дифузії електронів і дірок; містить нерухомі йони домішок, що створюють внутрішнє електричне поле. Запірний шар має великий опір і не проводить струм у зворотному напрямку.

Процес накопичення електричних зарядів на обкладках конденсатора під дією зовнішнього джерела напруги. Під час заряджання зовнішні сили виконують роботу, яка перетворюється на енергію електричного поля.

Зовнішні контакти (полюси) джерела струму, до яких під'єднують зовнішнє коло. Напругу на затискачах вимірюють вольтметром; у розімкненому колі вона дорівнює ЕРС, а під навантаженням — менша за ЕРС на величину падіння напруги на внутрішньому опорі.

З'єднання провідників, у якому одночасно є і послідовні, і паралельні ділянки. Розраховується поетапним спрощенням: спочатку замінюють прості групи еквівалентними опорами, потім знаходять струми й напруги, рухаючись назад від спрощеної схеми до початкової.

Процес відриву одного або кількох електронів від нейтрального атома чи молекули, унаслідок чого утворюються вільні електрони та позитивні йони.

Кіловат-година (кВт·год) — це одиниця енергії (роботи), яку широко використовують для обліку електроенергії. 1 кВт·год = 1000 Вт · 3600 с = 3,6·10⁶ Дж = 3,6 МДж.

Конденсатор — система двох провідників (обкладок), розділених шаром діелектрика. Обкладки мають однакові за модулем, але протилежні за знаком заряди. Зарядом конденсатора називають модуль заряду однієї обкладки.

Режим роботи джерела, коли зовнішній опір практично дорівнює нулю (R → 0). Струм короткого замикання I_кз = ℰ / r може сягати сотень ампер, що спричиняє перегрівання й пожежу. Для захисту використовують запобіжники.

Температура T_кр, нижче якої матеріал переходить у надпровідний стан і його електричний опір стає точно нульовим. Для ртуті T_кр ≈ 4,2 К, для високотемпературних надпровідників — вище 77 К. Вище T_кр матеріал повертається до звичайної провідності.

Лінії, які наочно зображують електричне поле: починаються на додатних зарядах, закінчуються на від'ємних (або йдуть у нескінченність), ніколи не перетинаються. Дотична до лінії збігається з напрямом вектора напруженості, а густина ліній показує силу поля.

Нагрівальний елемент — це частина електронагрівального приладу, виготовлена з матеріалу з великим питомим опором і високою температурою плавлення (наприклад, ніхрому). У ньому електрична енергія перетворюється на теплоту за законом Джоуля–Ленца.

Явище повного зникнення електричного опору провідника нижче критичної температури T_кр. Відкрите Камерлінг-Оннесом 1911 року в ртуті. У надпровідному кільці струм може текти роками без зовнішнього джерела. Надпровідність — квантове явище, перехід відбувається стрибком.

Речовина, яка за питомим опором займає проміжне місце між провідниками й діелектриками. За кімнатної температури питомий опір напівпровідників становить приблизно від 10⁻³ до 10⁷ Ом·м. Типові напівпровідники: кремній (Si), германій (Ge), селен (Se).

Напівпровідниковий прилад з одним p–n-переходом і двома виводами — анодом (від p-області) і катодом (від n-області). Пропускає струм лише в одному напрямку: від анода до катода (пряме вмикання). Використовується для випрямлення змінного струму, детектування сигналів і захисту від неправильної полярності.

Різниця потенціалів між двома точками електричного поля; дорівнює роботі поля з переміщення одиничного заряду між цими точками: U = A/q. В однорідному полі пов'язана з напруженістю: U = Ed. Одиниця — вольт (В).

Силова характеристика електричного поля; векторна величина, що дорівнює відношенню сили, яка діє на пробний заряд, до цього заряду: E = F/q. В однорідному полі пов'язана з напругою співвідношенням E = U/d. Одиниця — В/м або Н/Кл.

Електричний струм у газі, який існує лише за дії зовнішнього іонізатора й припиняється, коли дія іонізатора припиняється.

Сплав нікелю та хрому з великим питомим опором (близько 1,1 Ом·мм²/м). Використовується для виготовлення нагрівальних елементів (праски, плитки, обігрівачі) завдяки високому опору та стійкості до високих температур.

Обкладки — провідні пластини конденсатора, між якими створюється електричне поле. В плоскому конденсаторі обкладки — дві паралельні металеві пластини. Заряди обкладок однакові за модулем і протилежні за знаком.

Електричне поле, в усіх точках якого вектор напруженості однаковий за модулем і напрямом. Створюється між паралельними різнойменно зарядженими пластинами (плоским конденсатором) далеко від їхніх країв.

Електричний опір R — це властивість провідника перешкоджати проходженню електричного струму. Обчислюється за формулою R = U/I. Одиниця вимірювання в СІ — ом (Ом). Опір не залежить від напруги чи сили струму, а визначається матеріалом, довжиною, площею поперечного перерізу та температурою провідника.

Міра перешкоди, яку провідник створює для електричного струму. Виникає через зіткнення вільних електронів з йонами кристалічної ґратки. Обчислюється за формулою R = ρl/S, де ρ — питомий опір, l — довжина, S — площа поперечного перерізу. Одиниця — Ом.

Спосіб з'єднання елементів кола (провідників, конденсаторів), за якого кожен елемент приєднано одним кінцем до однієї точки кола, а другим — до іншої. Напруга на всіх елементах однакова. Для провідників: I = I1 + I2 + ... + In, 1/R = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/Rn. Для конденсаторів загальна ємність дорівнює сумі ємностей: C = C1 + C2 + ... + Cn.

Фізична величина, що характеризує здатність матеріалу чинити опір електричному струму. Чисельно дорівнює опору провідника довжиною 1 м і площею поперечного перерізу 1 м². Позначається ρ, одиниця в СІ — Ом·м. Не плутати з густиною, яку позначають тією самою літерою.

Плавкий запобіжник — це пристрій захисту електричного кола, що являє собою тонкий дріт із легкоплавкого металу. Коли сила струму перевищує допустиму, дріт нагрівається, плавиться й розмикає коло, запобігаючи перегріву та пожежі.

Частково або повністю іонізований газ, у якому кількість додатних і від'ємних зарядів приблизно однакова (квазінейтральність); четвертий агрегатний стан речовини.

Система двох паралельних металевих пластин, заряджених різнойменно. Між пластинами, далеко від країв, створюється однорідне електричне поле. Ємність плоского конденсатора залежить від площі пластин, відстані між ними та діелектричної проникності.

Площа перерізу провідника площиною, перпендикулярною до напряму струму. Для круглого дроту обчислюється за формулою S = πd²/4, де d — діаметр. Впливає на опір: чим більша площа, тим менший опір.

Замкнене електричне коло, що складається з джерела струму (з ЕРС ℰ і внутрішнім опором r) та зовнішньої ділянки (навантаження з опором R). Струм у повному колі визначається законом Ома: I = ℰ / (R + r).

Зміщення зв'язаних зарядів у діелектрику під дією зовнішнього електричного поля. У результаті на поверхнях діелектрика виникають нескомпенсовані зв'язані заряди, які створюють внутрішнє поле, напрямлене проти зовнішнього, що послаблює сумарне поле в ε разів.

Діелектрик, молекули якого мають постійний дипольний момент — центри позитивних і негативних зарядів у молекулі не збігаються. У зовнішньому електричному полі такі молекули-диполі повертаються вздовж силових ліній поля. Приклади: вода, спирт, аміак.

Спосіб з'єднання елементів кола (провідників, конденсаторів) один за одним, ланцюжком, без розгалужень. Для провідників сила струму в усіх однакова, а U = U1 + U2 + ... + Un і R = R1 + R2 + ... + Rn. Для конденсаторів однаковий заряд на всіх, а обернена загальна ємність дорівнює сумі обернених ємностей: 1/C = 1/C1 + 1/C2 + ... + 1/Cn.

Скалярна енергетична характеристика електричного поля, що дорівнює потенціальній енергії одиничного додатного заряду в даній точці поля: φ = Wп/q. Одиниця — вольт (В).

Потужність електричного струму — це фізична величина, яка дорівнює роботі струму за одиницю часу: P = A/t = U·I. Вимірюється у ватах (Вт). За законом Ома P = I²R = U²/R.

Принцип, згідно з яким напруженість електричного поля, створеного кількома зарядами, дорівнює векторній сумі напруженостей полів кожного заряду окремо: E = E₁ + E₂ + ... (векторне додавання).

Прискорення, якого набуває заряджена частинка масою m із зарядом q в однорідному електричному полі напруженістю E: a = qE/m. Обчислюється за другим законом Ньютона, оскільки сила F = qE.

Додатний точковий заряд, розміри якого дуже малі, а величина настільки мала, що він практично не спотворює досліджуване електричне поле. Використовується для виявлення й вимірювання поля.

Речовина, у якій є вільні носії електричного заряду (електрони в металах, йони в електролітах), здатні переміщуватися під дією електричного поля. У стані електростатичної рівноваги всередині провідника напруженість поля дорівнює нулю, а надлишковий заряд розташовується на поверхні.

Прилад із плавно змінним електричним опором. Складається з дроту з великим питомим опором, намотаного на каркас, і повзунка, який змінює довжину ввімкненої в коло частини дроту. Використовується для регулювання сили струму.

Фізична величина, що дорівнює різниці значень потенціалу між двома точками електричного поля: U = φ1 − φ2. Визначає роботу поля з переміщення заряду між цими точками: A = qU. Одиниця — вольт (В).

Робота електричного струму — це фізична величина, яка дорівнює добутку напруги на ділянці кола, сили струму та часу проходження струму: A = U·I·t. Вимірюється в джоулях (Дж).

Точка електричного кола, у якій струм ділиться на два або більше окремих шляхів (віток). У місці розгалуження виконується правило: сума струмів, що входять у вузол, дорівнює сумі струмів, що виходять.

Процес втрати накопичених зарядів конденсатором через з'єднання його обкладок провідником. Енергія електричного поля під час розряджання переходить в інші форми: теплоту, світло, механічну роботу.

Електричний розряд у газі, який триває без зовнішнього іонізатора завдяки ударній іонізації (електронній лавині) та вибиванню електронів із катода позитивними йонами.

Напівпровідниковий діод, який при прямому вмиканні випромінює світло. Світло виникає внаслідок рекомбінації електронів і дірок у p–n-переході. Колір світіння залежить від матеріалу напівпровідника. Світлодіоди значно енергоефективніші за лампи розжарювання.

Сила струму I — це фізична величина, яка дорівнює заряду q, що проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу t: I = q/t. Одиниця вимірювання в СІ — ампер (А).

Фундаментальна фізична стала F, що дорівнює заряду одного моля електронів: F = e·N_a ≈ 9,65·10^4 Кл/моль. Використовується в другому законі електролізу Фарадея.

Сили неелектричного походження, які діють у джерелі струму й розділяють заряди. У гальванічному елементі це хімічні сили, у генераторі — магнітні, у фотоелементі — дія світла (поглинуті фотони розділяють заряди внаслідок фотоефекту). Робота сторонніх сил створює ЕРС джерела.

Фізична величина α, яка показує, на скільки відносно змінюється опір провідника за зміни температури на 1 К (або 1 °C). Для чистих металів α ≈ 4·10⁻³ К⁻¹, для сплавів (константан, манганін) α дуже малий.

Явище випускання електронів розжареним металом (катодом), яке використовують для створення носіїв заряду у вакуумі.

Напівпровідниковий резистор, опір якого сильно залежить від температури. Найчастіше має від'ємний температурний коефіцієнт опору: під час нагрівання опір різко падає. Застосовують у термометрах, датчиках пожежі, автоматиці.

Напівпровідниковий прилад із двома p–n-переходами й трьома виводами: емітер, база, колектор. Малий струм бази керує великим струмом колектора, що дає змогу підсилювати сигнали та працювати як електронний перемикач. Існує два типи: n–p–n і p–n–p.

Фарад — одиниця електроємності в СІ. Один фарад дорівнює ємності такого провідника, який заряджається до напруги 1 В, коли йому надають заряд 1 Кл: 1 Ф = 1 Кл/В. На практиці використовують мікрофаради (1 мкФ = 10⁻⁶ Ф), нанофаради (1 нФ = 10⁻⁹ Ф) і пікофаради (1 пФ = 10⁻¹² Ф).

Середня швидкість упорядкованого (дрейфового) руху електронів у провіднику під дією електричного поля. Обчислюється за формулою v = I/(n·e·S) і становить порядку десятих часток міліметра за секунду — набагато менша за швидкість поширення електричного поля (≈ 3·10⁸ м/с).

Тонкий шар на межі напівпровідників p-типу (з надлишком дірок) і n-типу (з надлишком електронів). У цьому шарі утворюється внутрішнє електричне поле, яке перешкоджає рухові основних носіїв заряду. Головна властивість p–n-переходу — однобічна (вентильна) провідність.