Работа современного автомобиля невозможна без электрического тока. Благодаря электрическому току происходит зажигание рабочей смеси в камерах сгорания цилиндров двигателя, работают световая и звуковая Сигнализации, контрольно-измерительные приборы, освещение и дополнительное оборудование.
Электрический ток представляет собой направленное движение заряженных частиц в проводнике. Сила тока, под действием которой происходит такое движение, называется электродвижущей силой (ЭДС).
Источниками электрического тока называются приборы или механизмы, в которых происходит превращение механической или какой-либо другой энергии в электрическую.
Для получения электрического тока на автомобиле установлены генератор и аккумуляторная батарея. Генератор превращает механическую энергию в электрическую.
Аккумуляторная батарея превращает химическую энергию в электрическую.
Потребителями называются приборы, которые превращают электрическую энергию в другой вид энергии. К таким приборам относятся лампы освещения, стартер, электродвигатели стеклоочистителей, вентилятора,
контрольно-измерительные приборы и т.д.
Материалы, которые проводят электрический ток, создавая небольшое сопротивление, называются проводниками. К проводникам относятся металлы, уголь, водные растворы солей и кислот. Для соединения электрооборудования чаще всего применяют алюминиевую или медную проволоку.
Материалы, которые не проводят электрический ток, называются изоляторами. К таким материалам относятся пластмасса, стекло, резина, эбонит и т. д.
Вещества, которые по проводимости занимают промежуточное положение, называются полупроводниками. Некоторые полупроводники способны образовывать на границе поверхности между полупроводником и металлом запирающий слой, который пропускает электричество только в одном направлении. Полупроводники применяются при изготовлении фотоэлементов, терристоров и т. Д. В качестве полупроводников чаще всего применяют селен, кремний, германий т. д.
Источники тока вместе с потребителями и соединяющими их проводами образуют электрическую цепь. Существует внутренняя и внешняя электрическая цепь. Внутренняя электрическая цепь образуется в самом источнике тока. К внешней электрической цепи относятся потребители электрического тока и соединяющие их проводники. Характерной особенностью внешней электрической цепи автомобиля является то, что одним проводом является масса (металлические части автомобиля), а другим изолированные провода. Поэтому электрическая цепь автомобиля называется однопроводной.
Часть ЭДС источника тока, которая затрачивается на преодоление проводников и потребителей электрической цепи, называется напряжением. Напряжение измеряется в вольтах (В).
Сила тока представляет собой количество электричества, которое проходит через поперечное сечение проводника за 1 секунду. Сила тока измеряется в амперах (А).
В проводнике при прохождении по нему электрического тока возникает сопротивление, это сопротивление измеряется омами (Ом). Между силой тока, напряжением и сопротивлением существует зависимость: сила прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
Мощностью называется работа электрического тока, которая совершается за единицу времени. Мощность измеряется в ваттах (Вт).
При прохождении электрического тока проводник нагревается. Количество тепла, которое выделяется при этом, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.
Постоянным током называется ток, который движется только в одном направлении, переменный ток двигается то в одном, то в другом направлении. На автомобилях все приборы работают от постоянного тока.
В каждом источнике постоянного электрического тока существуют два полюса: положительный (+) и отрицательный (-). Условно считают, что во внешней цепи происходит движение тока от положительного полюса к отрицательному. На автомобилях отрицательный полюс соединяется с массой.
Элементы электрической цепи могут быть соединены между собой последовательно или параллельно. При последовательном соединении отрицательный полюс одного элемента соединяется с положительным полюсом другого элемента. Таким способом соединяются шесть аккумуляторов в аккумуляторной батарее, в результате такого соединения удается получить общее напряжение, которое равно сумме напряжений всех элементов. При параллельном соединении соединяются одноименные полюса. При таком соединении общее напряжение будет оставаться таким же, как и у одного источника тока.
В природе встречается Железная руда, которая обладает магнитными свойствами, такая руда называется природным магнитом. Если к магниту приложить стальные или чугунные детали, то они тоже приобретают магнитные свойства. Детали из углеродистой стали способны сохранять магнитные свойства после воздействия на них магнита. Такие стальные предметы называют искусственными магнитами. Вокруг магнита располагается магнитное поле, благодаря которому магнит способен притягивать и удерживать стальные предметы не только при контакте, но и на расстоянии. Каждый магнит имеет два полюса: северный и южный. Одноименные полюса разных магнитов отталкиваются, а разноименные притягиваются. Магнитное поле состоит из магнитных силовых линий, которые направлены от северного полюса к южному. С увеличением расстояния напряженность магнитного поля снижается.
Когда через проводник проходит электрический ток, то вокруг него образуется кольцевое магнитное поле. Кольцевое магнитное поле не обладает выраженными полюсами. Когда электрический ток проходит по проводнику, свернутому в спираль, то магнитное поле, складываясь, образует на концах спирали два полюса. Если в центр такой спирали поместить сердечник из малоуглеродистой стали, то получится электромагнит, который обладает такими же свойствами, что и природный магнит. Силу магнитного поля электромагнита можно увеличивать или уменьшать, меняя Количество витков и силу тока в проводнике. Электромагниты имеют широкое применение в приборах электрооборудования.
Если в магнитное поле поместить проводник с током, то в результате взаимодействия магнитных полей проводник начнет перемещаться. На этом принципе основана работа электродвигателей. В электродвигателе происходит превращение электрической энергии в механическую. Превращение механической энергии в электрическую происходит в результате электромагнитной индукции. Если замкнутый проводник поместить в электромагнитное поле и пересечь им силовые электромагнитные линии, то в результате этого в проводнике возникнет электрический ток.
Сила индукционного тока зависит от:
1) длины проводника, помещенного в электромагнитное поле;
2) скорости пересечения проводником электромагнитного поля;
3) плотности электромагнитного поля;
4) угла, под которым проводник пересекает силовые электромагнитные линии.
На принципе электромагнитной индукции основана работа генератора. В генераторах тока проводники выполнены в виде петель. Ток начинает вырабатываться в том случае, если такую петлю поместить в электромагнитное поле и начать вращать.
На автомобилях установлены генераторы, которые способны вырабатывать однофазный или трехфазный ток. Однофазный ток вырабатывается в генераторе, проводники которого образуют одну обмотку. Трехфазный ток вырабатывается в генераторе, проводники которого образуют три одинаковые обмотки, расположенные под углом 120°.
Кроме этого ЭДС может индуцироваться взаимоиндукцией. Взаимоиндукция заключается в том, что при прохождении электрического тока в первичной обмотке какой-либо из катушек вокруг нее создается электромагнитное поле, которое охватывает также и витки вторичной обмотки, в результате этого во вторичной обмотке катушки возникает ЭДС. На этом принципе основана работа катушки зажигания. Кроме этого, исчезающее и появляющееся электромагнитное поле пересекает также витки первичной обмотки, в результате этого возникает дополнительная ЭДС.
В системе зажигания автомобиля применяют полупроводниковые приборы, к которым относятся диоды и триоды (транзисторы). Полупроводниковый диод способен пропускать электрический ток только в одном направлении. Конструкция полупроводникового диода включает в себя пластинку кремния или германия, в которую вплавляется кусочек алюминия или индия. На границе между этими веществами образуется запирающий слой, который способен пропускать электрический ток только в одном направлении. Такие диоды часто применяют в качестве выпрямителей переменного тока.
Транзистор состоит из полупроводниковой пластины (например, германия), которая составляет базу транзистора и двух наплавленных на нее капель алюминия или кремния. Наплавленные капли образуют две зоны проводимости. Электрод (наплавленная капля), на который подается напряжение, называется эмиттером, а электрод, с которого снимается напряжение, — коллектором. При помощи электрического тока, подводимого к базе, осуществляется управление проводимостью транзистора. Транзисторы широко применяются для прерывания' или для усиления электрического тока.