Сколько заряжается xiaomi power bank 16000. Электрический ток в твердых телах: металлах, полупроводниках и диэлектриках

Мое первое портативное зарядное устройство (внешний аккумулятор или повер банк) - Xiaomi Mi Power bank 16000 mAh - достался мне в подарок от мужа. И сделан этот подарок был не просто так, а после нескольких неприятных случаев разрядки моего смартфона в самый неподходящий момент

(наверное, многим знакома ситуация, когда телефон или планшет "умирает" именно тогда, когда он наиболее необходим для работы, завершения разговора, связи с любимым, фото и т.д.)

Об ощущениях…

По началу я была совсем не в восторге, т.к. вес данного «малыша» составляет 350 г., ну и по размену он достаточно внушительный (145х60,4х22 мм). Эдакий кирпичик, которым (если что) можно стукнуть подозрительного человечка в темном переулке (шутка). Если серьёзно, то в дамский клатч мой Xiaomi′16 помещается с трудом, а вот в рабочей сумке вполне нашел свое место, однако вес ее заметно увеличился:0.

По характеристикам…

Дистрибьюторы обещают:

«Литий-полимерный аккумулятор.
Емкость батареи - 16000 mAh (миллиампер-часов);
На выходе: 5.0 В, 2.1 А (макс);
На входе: DC 5В, 2.0 А (макс).
Время зарядки: 8 часов с зарядкой 5V/2A
и 20 часов с зарядкой 5V/1A
есть светодиодный индикатор заряда;
материал: анодированный алюминий
в комплекте: Micro USB-кабель белого цвета »
А также:
«Сверхмощный универсальный аккумулятор станет дополнительным источником заряда для вашего смартфона или планшета и поможет решить проблему отсутствия постоянного источника питания именно в то время, когда это будет наиболее необходимо.
Для устройства подобного типа, Xiaomi Mi Power Bank 16000 мА*ч обладает достаточно компактным размером и удивительно малым весом. Благодаря этому аккумулятор несложно транспортировать, что сможет прекрасно выручить вас, к примеру, при длительной поездке за город на природу. Xiaomi Mi Power Bank 16000 мА*ч совместим практически со всеми возможными устройствами, поддерживающими подключение через порт USB. Аккумулятор имеет два USB-выхода. Каждый из USB-выходов по отдельности обеспечивает 2.1 А. Одновременно же оба порта на выходе суммарно дают ток 3.6 А. Мощный Power Bank изготовлен в анодированном алюминиевом корпусе с использованием технологий изготовления корпусов Apple продукции. В отличие от многих аккумуляторов подобного типа Xiaomi Mi Power Bank 16000 мА*ч разработан таким образом, что совершенно не перегревается во время работы. Отдельного упоминания заслуживает также защитная система, оберегающая подключенные к аккумулятору устройства от резких скачков и перепадов напряжения. А благодаря системе внутренней защиты, будучи полностью заряженным, аккумулятор отключается самостоятельно. »

Кстати, очень часто в продаже можно встретить подделки продукции Xiaomi на рынке. Поэтому, проверяйте свои устройства на оригинальность по IMEI или S/N (серийный номер) тут: [ссылка]

О минусах…

1. О габаритах уже сказано выше (вес и размер). Хотя дистрибьютором заявлено, что это огромное достижение вместить такую емкость в такой «небольшой» размер. Тут спорить не буду, но ощущения не обманешь.

Кроме того, еще не упомянула:

2. длительность полной зарядки самого устройства – около 19 часов от ноутбука через разъем USB2;

3. неприятно удивило отсутствие в комплекте читабельной инструкции (есть только на китайском). Но если немного порыть в Нете, то вуаля: [ссылка]

О плюсах…

1. Быстродействие (смартфончик заряжается быстрее, чем от сети через родную зарядку);
2. емкость (хватает на 4 полные зарядки современного смартфона на Android 6.0 без дополнительных подзарядок банка.);
3. морозоустойчивость (не особо разряжается при минусовой температуре);
4. 4 светодиода, отображающих уровень заряда (благодаря им Вы узнаете, на сколько зарядок еще хватит Вашего банка);
5. 2 USB выхода, что позволяет заряжать одновременно несколько гаджетов (если у Вас есть свой дополнительный micro USB-кабель);
6. совместим с разными гаджетами (по опыту – со сматфоном на Android, планшетом, фотоапаратом);
7. качество сборки и отличный внешний вид (хотя банк и китайский, но сделан он на совесть, и вид у него добротный и солидный).

В комплекте к портативному зарядному устройству сразу шел чехолчик с держателем кабеля (чтобы вы случайно не потеряли свой микро-USB кабелечек . Чехол выглядит неплохо, но белый вариант (мне в подарок достался именно такой) достаточно быстро пачкается, собирает все ворсинки и пылинки из сумки. Но, думаю, такой чехол защитит ваш power bаnk от царапин и при падении.

Резюме:

Итак, Xiaomi Power Bank 16000 mah - действительно незаменимая штука, упрощающая жизнь человека в эру современных технологий, обеспечивая своевременную дозу энергии для Вашего гаджета.

Этот Power Bank со своими преимуществами вполне достоен называться лайфхаком для гаджетов. С учетом веса и габаритов он подойдет больше мужчинам, которые являются владельцами смартфонов и используют их в полную силу. Девушкам же подойдут менее емкие и габаритные собратья Xiaomi Power Bank 10000 и 5000 mah. Кстати, упомянутые банки есть даже розового цвета

Поносив пару дней Xiaomi 16000 в сумке, я забыла о его неудобных габаритах и оценила его неслабые возможности. Но все же отдала его мужу, а для себя планирую приобрести маленького собрата Xiaomi 5000 mah.

Спасибо, что заглянули. Удачных Вам покупок

Наступила зима, если вдруг кто не заметил, а это означает, что через час использования телефона на улице он превращается в тыкву. Для предотвращения оного события издревле используются внешние аккумуляторы, ака PowerBank, ака «банки».

Но с нынешним курсом доллара купить хорошую банку стало несколько, эм, рискованно из-за угрозы амфибиотропной асфиксии, ибо только один хороший аккумулятор типа 18650 стоит больше 8 долларов. А для действительно ёмкой банки их надо 6. Плюс кейс - ещё прибавить долларов 8-12. Итого ~60 долларов.

Да, есть китайские магазины, которые торгуют типа оригинальными Xiaomi долларов за 25. Но вся проблема в том что они именно что «типа оригинальные», а что на самом деле приедет - не известно никому.

задача дешёвых китайских банок заключается в том чтобы показать вот-такенные цифры, а засада в том что они набиты отвратительного качества аккумуляторами.

Lithium-Ion батареи, как ни странно, весьма и весьма высокотехнологичны. А поэтому требуют совершенно определённых условий производства и ещё более строгого соблюдения состава электролита и компонент для сборки. Поэтому, здесь точно так же, как в любом общепите: «Быстро, вкусно, недорого - выбирайте любые два». По отношению к батареям это можно перефразировать как «Ёмко, надёжно, недорого». Китайские банки в 19% случаев идут как «ёмко+недорого», а ещё в 70% - только «недорого» поэтому они и либо значительно теряют ёмкость, либо изначально её не имеют, и практически все мрут через пару десятков циклов заряда.

Классический образец китайского фуфла с одним реальным 1А USB-портом, распараллеленным на два разъёма. А сзади надпись про 30000mAh

Что же делать обычному человеку, чтобы не оказаться гордым владельцем зарядного устройства, которое через месяц можно будет выкинуть в помойку?

Вариантов два: купить банку у проверенного продавца за адекватные деньги, либо собрать банку самому из заведомо хороших компонентов, благо, DIY-наборы продаются во многих местах.

Но «проверенных» продавцов у меня знакомых нет, а отзывам на китайских сайтах я доверяю только если денег не очень жалко. Так что я пошёл по второму пути.

После долгих поисков и нескольких купленных некачественных корпусов был найден подходящий по всем параметрам корпус для банки с приличной электронной начинкой, которая действительно даёт заявленные характеристики. В подобные корпуса ещё очень любят паковаться некоторые отечественные бренды сравнительно неплохих банок.

Осталось придумать, чем же её набить. Абсолютным чемпионом по соотношению цена-качество на рынке «пальцев» типа 18650 являются батареи Panasonic NCR18650B. Аккумулятор на 2600mAh отличного качества. Тем, кто сейчас собирается сказать мне, что есть классные аккумуляторы большей ёмкости и дешевле я снова напомню - «выбирайте любые два». А палят эти аккумуляторы со страшной силой - как Smirnoff и Finlandia в перестроечные времена - поэтому покупать их довольно рискованное предприятие, если не знать где, а я не знаю.

После поиска в сети данных аккумуляторов я загрустил, потому что жаба моя спит чутко и мгновенно просыпается от ощущения необоснованных трат или высоких рисков. Поэтому поиски продолжились и, внезапно, они завершились обнаружением вот такой штуки:

Да, это ноутбучная батарея от MacbookAir. Если аккуратно выковырять из неё батарейные блоки, то пять штук, уложенные в стопку идеально ложатся в коробку. А уж в качестве батарей от Apple сомневаться не приходится. И, главное, у меня обнаружился доступ к таким сравнительно дешёвым батареям!

Итого, в банке 5 батарей по 14Wh каждая. Это больше, чем можно набить «пальцами», потому что нет пустот, обусловленных цилиндрами. В результате тестирования был получен практически максимально-достижимый для данного объёма результат: почти 17000mAh.

Достижения этого устройства простые, но понятные:

• неделя автономки с телефоном LG G3 в глухих лесах в зоне неуверенного приёма
• несколько всеночных, часов по 10, забегов по нерезиновой, играя в Ingress
• множество раз, когда вся компания в баре заряжает от этой банки телефоны и планшеты

У вас почти наверняка нет доступа к недорогим аккумуляторам от Apple. Но в 100% хороших брендовых РС-ноутов батарея набрана из хороших 18650 аккумуляторов. Можно добыть такую батарею, разобрать, и, если напряжение аккумуляторов не ниже 2В, то можно попробовать их зарядить и собрать почти такую же банку.

Xiaomi PowerBank 5000 мАч (NDY-02-AM)

• Емкость аккумуляторов: 5000 мАч
• Заявленная минимальная эффективная емкость: 3300 мАч
• Время полной зарядки аккумулятора: около 3.5 часов от зарядного устройства 5В/2А
• Габариты: 125 x 69 x 9.9 мм
• Вес: 156 грамм

В линейке аккумуляторов Xiaomi уже есть модель с емкостью 5200 мАч на основе батарей типоразмера 18650, которые также использовались в 10400 и 16000 мАч аккумуляторах компании. Однако в Xiaomi резонно решили: если есть спрос на компактные аккумуляторы, идею нужно развивать. Так появился еще один аккумулятор схожей емкости – на 5000 мАч.

Аккумулятор представили 24 ноября 2014 года, а перед презентацией в китайских СМИ и блогах стала проскакивать вот такая картинка:

а также фразы про тонкость.

Описать новую идею проще всего вот этой короткой анимацией:

В ролике парень вытаскивает из кармана джинсов аккумулятор Xiaomi PowerBank 5200 и говорит, что он слишком толстый и не помещается в карманах, на что Lin Bin, один из сооснователей Xiaomi, отвечает: «Слишком толстый? А так?» и ударяет по аккумулятору сковородой, превращая его в новый, тонкий PowerBank.

C точки зрения дизайна и используемых материалов, новый Xiaomi PowerBank 5000 не отличается от других моделей компании. Корпус изготовлен из анодированного алюминия, компания сравнивает его с алюминием, используемым Apple в «макбуках». Аксессуар способен выдержать до 50 кг веса. Края корпус немного закруглены для удобства хвата. В целом, выглядит новый аккумулятор очень просто и, в то же время, красиво. Чего уж скрывать, у Xiaomi получился очередной аксессуар с хорошим, пускай и напоминающим продукцию Apple дизайном. Однако если в случае со смартфонами или некоторыми другими приборами (очистителем воздуха, например) можно говорить о практически полном копировании, то в случае с «пауэрбанками» мы видим именно отголоски Apple, а не бездумное копирование. Заметно, что в Xiaomi вдохновлялись именно продуктами этой компании. И, кстати, забегая вперед, скажу, что именно поэтому новый Xiaomi PowerBank отлично подойдет в качестве подарка обладателям смартфонов и планшетов Apple.

Корпус серебристого цвета, неокрашенный, все новые аккумуляторы этих серий (5000 и 16000) компания будет выпускать только в таком виде, хотя изменить их внешний вид вы по-прежнему можете с помощью фирменных чехлов.

Для PowerBank 5000 доступен чехол из микрофибры трех цветов: черного, красного и серого. Вынимать и вставлять аккумулятор в чехол первый раз сложно, он едва помещается внутрь, однако потом доставать аксессуар из чехла уже проще. Покупать ли чехол, каждый решает для себя сам, но используемый в корпусе алюминий быстро изнашивается без чехла. На нем появляются царапины, потертости, да и окружающие предметы, если вы носите батарею в рюкзаке, допустим, могут получить повреждения об острые края корпуса аккумулятора. Стоит чехол 20 юаней, это примерно 190-200 рублей.

Сказать что-то плохое про чехол не могу – он защищает как корпус аккумулятора от повреждений, так и предметы, рядом с которыми вы носите батарею, он красивый и простой, можно выбрать яркий красный цвет. Цена, на мой взгляд, вполне в пределах разумного.

На корпусе аккумулятора, на одном из торцов, расположена индикация текущего уровня заряда в виде четырех светодиодов, немного утопленная внутрь корпуса кнопка для проверки уровня заряда (достаточно просто нажать ее и отпустить), а также microUSB-разъем для зарядки аксессуара и один USB-выход, куда вставляется кабель для зарядки смартфона. Включать аккумулятор для запуска зарядки не нужно, как только вы подключаете смартфон, электроника определяет модель смартфона (заявлены устройства от Xiaomi, Apple, Samsung, HTC, Google и BlackBerry) и подает правильное напряжение.

В устройстве используется тонкий аккумулятор производства ATL/Lishen с маркировкой H994406L (18.1 Вт\ч). Заявленная минимальная эффективная емкость АКБ составляет 3300 мАч, время зарядки аксессуара – около 3.5 часов от зарядного устройства 5В/2А. В качестве примеров Xiaomi приводит возможности зарядки разных устройств. Полностью заряженного PowerBank 5000 мАч хватит, чтобы зарядить:

• Xiaomi RedMi Note 4G (3100 мАч) – 1 раз
• Apple iPhone 6 – (1810 мАч) – 1.8 раз
• Apple iPhone 5S (1560 мАч) – 2.2 раза

Я заряжал с помощью аккумулятора свой Meizu MX4 Pro, и мне хватало полностью заряженного Xiaomi PowerBank, чтобы довести уровень заряда батареи в смартфоне примерно с 9-10 процентов до 70-80 процентов. Я обычно ставлю на зарядку смартфон, когда он достигает порога в 10 процентов заряда. При этом нужно учитывать, что заряжая аппарат, я не выключал его. Если оставлять смартфон заряжаться в выключенном состоянии, думаю, уровень заряда от внешнего аккумулятора доходил бы в нем до 90-95 процентов.

В фирменном магазине Xiaomi новый тонкий аккумулятор стоит 50 юаней, это около 500 рублей. Вместе с чехлом получается примерно 700 рублей. При заказе на разных сторонних сайтах стоимость можно сразу увеличивать вдвое, если искать где-то в интернет-магазинах уже в России – примерно в три-четыре раза. Но даже в этом случае этот «пауэрбанк» не теряет своей привлекательности в качестве подарка или покупки для себя, если вам нужен тонкий и легкий внешний аккумулятор для подстраховки и возможности зарядить смартфон, когда он сел в самый неподходящий момент.

Xiaomi PowerBank 16000 мАч (NDY-02-AL)

• Напряжение: 5/5.1В (вход/выход), ток 2/2.1А (вход/выход)
• Емкость аккумуляторов: 16000 мАч (3.75В)
• Любой из двух USB-портов обеспечивает 5.1В/2.1A на выход
• Одновременно оба USB-порта обеспечивают 5,1В/3.6A на выход
• Заявленная минимальная эффективная емкость: 10000 мАч
• Время полной зарядки аккумулятора: около 9 часов (5В/2A), около 14,5 часов (5В/1A)
• Диапазон рабочих температур: -20 градусов – +60 градусов
• Габариты: 145 x 60.4 x 22 мм
• Вес: 350 грамм

Самый мощный внешний аккумулятор в линейке Xiaomi – 16000 мАч. Выпуск этой модели напрашивался, особенно учитывая тот факт, что предыдущие батареи компании, включая модель на 10400 мАч, оснащались только одним ISB-разъемом. Здесь разъема два, и они способны выдавать до 3.6А вместе или же по 2.1, если используется только один порт.

С точки зрения дизайна этот аккумулятор похож на модели с емкостью 5200 (не путать с рассмотренным выше на 5000 мАч) и 10400 мАч. Внутри такие же аккумуляторы от LG типоразмера 18650 (LGABE11865), только увеличено их количество (пять штук) и изменен порядок расположения. Корпус из анодированного алюминия, серебристого цвета, цветных моделей нет, зато есть силиконовый чехол, три штуки: белый, коричневый и голубой. Чехол стоит 20 юаней (около 200 рублей) и защищает корпус аккумулятора от повреждений. Опять же, чехол полезен, если вы планируете носить аккумулятор в кармане рюкзака с множеством других предметов.

Несколько прорезей на спинке чехла для этого аккумулятора по неграмотности я принял за крепление на ремень или что-то такое. Оказалось, по задумке разработчиков, это прорези для хранения комплектного кабеля или нескольких кабелей, используемых для зарядки смартфонов от аккумулятора.

Выглядит это примерно так.

На одном из торцов АКБ располагаются кнопка включения, индикация уровня заряда (в виде четырех светодиодов), а также microUSB-разъем для зарядки аккумулятора и два USB-порта для зарядки устройств: смартфонов и планшетов. Включать аккумулятор для запуска зарядки не нужно, как только вы подключаете смартфон, электроника определяет модель смартфона (заявлены устройства от Xiaomi, Apple, Samsung, HTC, Google и BlackBerry) и подает правильное напряжение. На мой взгляд, этой модели очень недостает нормальной индикации уровня заряда аккумуляторов. Если в аккумуляторах с емкостью 5000 или 5200 мАч вполне подойдет и индикация светодиодами, то в таком могучем устройстве с емкостью 16000 мАч хочется видеть что-то более точное, нежели четыре «точки», символизирующие меньше 25, около 50, около 75 и почти полный заряд. Я себе очень хорошо представляю здесь небольшой e-ink экран, например. Смотрелось бы совершенно космически и при этом удобно.

Аккумулятор тяжелый (350 грамм), довольно крупный, так что покупать его для каждодневного использования едва ли имеет смысл, скорее он будет очень полезен в поездках, будь то командировка или путешествие. Здесь раскрывается весь потенциал 16000 мАч. Да, заявленная минимальная эффективная емкость этой модели – 10000 мАч, но в реальности он «отдает» большую емкость.

По информации Xiaomi, полностью заряженного PowerBank 16000 мАч хватит, чтобы зарядить:

• Xiaomi RedMi Note 4G (3100 мАч) – 3.5 раза
• Apple iPhone 6 – (1810 мАч) – 5 раз
• Apple iPad mini (4430 мАч) – 2.5 раза

Я заряжал от PowerBank 16000 мАч Meizu MX4 Pro – в среднем у меня выходило три зарядки с учетом того факта, что я не отключал смартфон в процессе подзарядки.

Стоимость аккумулятора – 130 юаней, это примерно 1 200 рублей. Однако здесь нужно учитывать следующий момент. В линейке аккумуляторов Xiaomi есть модель с емкостью 10400 мАч, я рассказывал о ней в предыдущем обзоре аксессуаров компании , стоит она 70 юаней, что равно примерно 650-700 рублям. То есть перед покупкой аккумулятора большой емкости от Xiaomi вам нужно подумать – остановиться на одном аккумуляторе с емкостью 16000 мАч, двумя разъемами, весом 350 грамм и ощутимыми габаритами или на двух аккумуляторах емкостью 10400 мАч и суммарным весом 500 грамм? Выбор, на самом деле, не совсем очевидный.

С 16000 мАч вы получаете больше удобств (одно устройство, меньше вес, не нужно покупать два чехла), с двумя 10400 мАч вы серьезно выигрываете в емкости. Лично я остановился на первом варианте и сейчас использую в поездках модель на 16000 мАч, а вариант с 10400 мАч у меня остался на ежедневное применение и практически не покидает рюкзака.

P.S. В заключении я хотел бы процитировать комментарий нашего читателя Максима Катенеева, в котором он простым языком объясняет, почему при заявленной емкости аккумулятора, допустим, 5000 мАч, он способен зарядить смартфон с батареей в 3000-3500 мАч всего один раз. Надеюсь, эта информация поможет вам при выборе аккумуляторов в дальнейшем.

1. Реальная емкость аккумулятора, как правило, бывает несколько ниже заявленной. Это нормально, номинальная емкость рассчитывается, исходя из очень щадящих условий, в реальной жизни аккумулятор, как правило, отключается несколько раньше, нежели отдаст весь свой заряд, да и заряжается, бывает, не совсем до конца (тут зависит от качества настройки зарядного устройства и логики работы электроники, ограничивающей его разряд).

2. Аккумуляторные ячейки в «пауэрбанке» почти наверняка соединены параллельно, а это значит, фактически, что реальная емкость соответствует емкости самой слабой ячейки, умноженной на количество ячеек.

3. Чтобы выдавать на-гора нужные 5В, напряжение с аккумуляторной батареи подвергается повышающему преобразованию, КПД такого преобразователя далеко не 100%, да и меняется в зависимости от разности между входным и выходным напряжениями, то есть изменяется по мере разряда аккумуляторов в «пауэрбанке».

4. Эффективнее было бы соединить аккумуляторные ячейки не параллельно, а последовательно, и на выходе понижать, а не повышать напряжение (КПД был бы больше), но тогда усложняется схема заряда «пауэрбанка», уже в этом месте пришлось бы ставить повышающий преобразователь.

5. На входе в телефоне тоже стоит преобразователь, превращающий входные 5В в нужные для зарядки 4.2 Вольта. Здесь тоже потери, и не самые маленькие.

6. Существует так называемый КПД заряда аккумулятора, то есть не все, что аккумулятор получил, он превращает в собственный заряд, часть уходит в тепло. Небольшая, но все же. Так что и тут потери.

В итоге от заявленной емкости «пауэрбанка» нужно отнять 20-30 или даже более (до 40) процентов, чтобы прикинуть, какую именно суммарную емкость аккумуляторов в устройстве он будет в состоянии зарядить.

Мало того, не забывайте, что литий-ионные аккумуляторы поставляются в так называемом "ингибированном" состоянии, что позволяет их хранить после производства долгое время без потери емкости. Ингибитор снижает емкость, и для того, чтобы его действие прекратилось, нужно сделать два-три цикла заряда-разряда, то есть через некоторое время после начала эксплуатации реальная емкость «пауэрбанка» слегка вырастет. После этого емкость начинает падать уже просто со временем, это общее свойство всех литиевых аккумуляторов. Даже если вы его вообще не используете.

Современному комфорту нашей жизни мы обязаны именно электрическому току. Он освещает наши жилища, генерируя излучение в видимом диапазоне световых волн, готовит и подогревает пищу в разнообразных устройствах вроде электроплиток, микроволновых печей, тостеров, избавляя нас от необходимости поиска топлива для костра. Благодаря ему мы быстро перемещаемся в горизонтальной плоскости в электричках, метро и поездах, перемещаемся в вертикальной плоскости на эскалаторах и в кабинах лифтов. Теплу и комфорту в наших жилищах мы обязаны именно электрическому току, который течёт в кондиционерах, вентиляторах и электрообогревателях. Разнообразные электрические машины, приводимые в действие электрическим током, облегчают наш труд, как в быту, так и на производстве. Воистину мы живём в электрическом веке, поскольку именно благодаря электрическому току работают наши компьютеры и смартфоны, Интернет и телевидение, и другие умные электронные устройства. Недаром человечество столько усилий прилагает для выработки электричества на тепловых, атомных и гидроэлектростанциях - электричество само по себе является самой удобной формой энергии.

Как бы это парадоксально не звучало, но идеи практического использования электрического тока одними из первых взяла на вооружение самая консервативная часть общества - флотские офицеры. Понятно, пробиться наверх в этой закрытой касте было сложным делом, трудно было доказать адмиралам, начинавшим юнгами на парусном флоте, необходимость перехода на цельнометаллические корабли с паровыми двигателями, поэтому младшие офицеры всегда делали ставку на нововведения. Именно успех применения брандеров во время русско-турецкой войны в 1770 году, решившими исход сражения в Чесменской бухте, поставил вопрос о защите портов не только береговыми батареями, но и более современными на тот день средствами защиты - минными заграждениями.

Разработка подводных мин различных систем велась с начала 19-го века, наиболее удачными конструкциями стали автономные мины, приводимые в действие электричеством. В 70-х гг. 19-го века немецким физиком Генрихом Герцем было изобретено устройство для электрической детонации якорных мин с глубиной постановки до 40 м. Её модификации знакомы нам по историческим фильмам на военно-морскую тематику - это печально известная «рогатая» мина, в которой свинцовый «рог», содержащий ампулу, наполненную электролитом, сминался при контакте с корпусом судна, в результате чего начинала работать простейшая батарея, энергии которой было достаточно для детонации мины.

Моряки первыми оценили потенциал тогда ещё несовершенных мощных источников света - модификаций свечей Яблочкова, у которых источником света служила электрическая дуга и светящийся раскалённый положительный угольный электрод - для использования в целях сигнализации и освещения поля боя. Использование прожекторов давало подавляющее преимущество стороне, применивших их в ночных сражениях или просто использующих их как средство сигнализации для передачи информации и координации действий морских соединений. А оснащённые мощными прожекторами маяки упрощали навигацию в прибрежных опасных водах.

Не удивительно, что именно флот принял на ура способы беспроводной передачи информации - моряков не смущали большие размеры первых радиостанций, поскольку помещения кораблей позволяли разместить столь совершенные, хотя на тот момент и весьма громоздкие, устройства связи.

Электрические машины помогали упростить заряжание корабельных пушек, а электрические силовые агрегаты поворота орудийных башен повышали маневренность нанесения пушечных ударов. Команды, передаваемые по корабельному телеграфу, повышали оперативность взаимодействия всей команды, что давало немалое преимущество в боевых столкновениях.

Самым ужасающим применением электрического тока в истории флота было использование рейдерских дизель-электрических подлодок класса U Третьим Рейхом. Субмарины «Волчьей стаи» Гитлера потопили много судов транспортного флота союзников - достаточно вспомнить о печальной судьбе конвоя PQ-17.

Британским морякам удалось добыть несколько экземпляров шифровальных машин «Энигма» (Загадка), а британская разведка успешно расшифровала её код. Один из выдающихся ученых, который над этим работал - Алан Тьюринг, известный своим вкладом в основы информатики. Получив доступ к радиодепешам адмирала Дёница, союзный флот и береговая авиация смогли загнать «Волчью стаю» обратно к берегам Норвегии, Германии и Дании, поэтому операции с применением подлодок с 1943 года были ограничены краткосрочными рейдами.

Гитлер планировал оснастить свои подлодки ракетами Фау-2 для атак на восточное побережье США. К счастью, стремительные атаки союзников на Западном и Восточном фронтах не позволили этим планам осуществиться.

Современный флот немыслим без авианосцев и атомных подводных лодок, энергонезависимость которых обеспечивается атомными реакторами, удачно сочетающими в себе технологии 19-го века пара, технологии 20-го века электричества, и атомные технологии 21-го века. Реакторы атомоходов генерируют электрический ток в количестве, достаточном для обеспечения жизнедеятельности целого города.

Помимо этого, моряки вновь обратили своё внимание на электричество и апробируют применение рельсотронов - электрических пушек для стрельбы кинетическими снарядами, имеющими огромную разрушительную силу.

Историческая справка

С появлением надёжных электрохимических источников постоянного тока, разработанных итальянским физиком Алессандро Вольта, целая плеяда замечательных учёных из разных стран занялись исследованием явлений, связанных с электрическим током, и разработкой его практического применения во многих областях науки и техники. Достаточно вспомнить немецкого учёного Георга Ома, сформулировавшего закон протекания тока для элементарной электрической цепи; немецкого физика Густава Роберта Кирхгофа, разработавшего методы расчёта сложных электрических цепей; французского физика Андре Мари Ампера, открывшего закон взаимодействия для постоянных электрических токов. Работы английского физика Джеймса Прескотта Джоуля и российского учёного Эмиля Христиановича Ленца, привели, независимо друг от друга, к открытию закона количественной оценки теплового действия электрического тока.

Дальнейшим развитием исследования свойств электрического тока были работы британского физика Джеймса Кларка Максвелла, заложившего основы современной электродинамики, которые ныне известны как уравнения Максвелла. Также Максвелл разработал электромагнитную теорию света, предсказав многие явления (электромагнитные волны, давление электромагнитного излучения). Позднее немецкий учёный Генрих Рудольф Герц экспериментально подтвердил существование электромагнитных волн; его работы по исследованию отражения, интерференции, дифракции и поляризации электромагнитных волн легли в основу создания радио.

Работы французских физиков Жана-Батиста Био и Феликса Савара, экспериментально открывшими проявления магнетизма при протекании постоянного тока, и замечательного французского математика Пьера-Симона Лапласа, обобщившего их результаты в виде математической закономерности, впервые связали две стороны одного явления, положив начало электромагнетизму. Эстафету от этих учёных принял гениальный британский физик Майкл Фарадей, открывший явление электромагнитной индукции и положивший начало современной электротехнике.

Огромный вклад в объяснение природы электрического тока внёс нидерландский физик-теоретик Хендрик Антон Лоренц, создавший классическую электронную теорию и получивший выражение для силы, действующей на движущийся заряд со стороны электромагнитного поля.

Электрический ток. Определения

Электрический ток - направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц. В силу этого ток определяется как количество зарядов, прошедшее через сечение проводника в единицу времени:

I = q / t где q - заряд в кулонах, t - время в секундах, I - ток в амперах

Другое определение электрического тока связано со свойствами проводников и описывается законом Ома:

I = U/R где U - напряжение в вольтах, R - сопротивление в омах, I - ток в амперах

Электрический ток измеряется в амперах (А) и его десятичных кратных и дольных единицах - наноамперах (миллиардная доля ампера, нА), микроамперах (миллионная доля ампера, мкА), миллиамперах (тысячная доля ампера, мА), килоамперах (тысячах ампер, кА) и мегаамперах (миллионах ампер, МА).

Размерность тока в системе СИ определяется как

[А] = [Кл] / [сек]

Особенности протекания электрического тока в различных средах. Физика явлений

Электрический ток в твердых телах: металлах, полупроводниках и диэлектриках

При рассмотрении вопроса протекания электрического тока надо учитывать наличие различных носителей тока - элементарных зарядов - характерных для данного физического состояния вещества. Само по себе вещество может быть твёрдым, жидким или газообразным. Уникальным примером таких состояний, наблюдаемых в обычных условиях, могут служить состояния дигидрогена монооксида, или, иначе, гидроксида водорода, а попросту - обыкновенной воды. Мы наблюдаем её твердую фазу, доставая кусочки льда из морозильника для охлаждения напитков, основой для большей части которых является вода в жидком состоянии. А при заварке чая или растворимого кофе мы заливаем его кипятком, причём готовность последнего контролируется появлением тумана, состоящего из капелек воды, которая конденсируется в холодном воздухе из газообразного водяного пара, выходящего из носика чайника.

Существует также четвёртое состояние вещества, называемое плазмой, из которой состоят верхние слои звёзд, ионосфера Земли, пламя, электрическая дуга и вещество в люминесцентных лампах. Высокотемпературная плазма с трудом воспроизводится в условиях земных лабораторий, поскольку требует очень высоких температур - более 1 000 000 K.

С точки зрения структуры твёрдые тела подразделяются на кристаллические и аморфные. Кристаллические вещества имеют упорядоченную геометрическую структуру; атомы или молекулы такого вещества образуют своеобразные объёмные или плоские решётки; к кристаллическим материалам относятся металлы, их сплавы и полупроводники. Та же вода в виде снежинок (кристаллов разнообразных не повторяющих форм) прекрасно иллюстрирует представление о кристаллических веществах. Аморфные вещества кристаллической решётки не имеют; такое строение характерно для диэлектриков.

В обычных условиях ток в твёрдых материалах протекает за счёт перемещения свободных электронов, образующихся из валентных электронов атомов. С точки зрения поведения материалов при пропускании через них электрического тока, последние подразделяются на проводники, полупроводники и изоляторы. Свойства различных материалов, согласно зонной теории проводимости, определяются шириной запрещённой зоны, в которой не могут находиться электроны. Изоляторы имеют самую широкую запрещённую зону, иногда достигающую 15 эВ. При температуре абсолютного нуля у изоляторов и полупроводников электронов в зоне проводимости нет, но при комнатной температуре в ней уже будет некоторое количество электронов, выбитых из валентной зоны за счет тепловой энергии. В проводниках (металлах) зона проводимости и валентная зона перекрываются, поэтому при температуре абсолютного нуля имеется достаточно большое количество электронов - проводников тока, что сохраняется и при более высоких температурах материалов, вплоть до их полного расплавления. Полупроводники имеют небольшие запрещённые зоны, и их способность проводить электрический ток сильно зависит от температуры, радиации и других факторов, а также от наличия примесей.

Отдельным случаем считается протекание электрического тока через так называемые сверхпроводники - материалы, имеющие нулевое сопротивление протеканию тока. Электроны проводимости таких материалов образуют ансамбли частиц, связанные между собой за счёт квантовых эффектов.

Изоляторы, как следует из их названия, крайне плохо проводят электрический ток. Это свойство изоляторов используется для ограничения протекания тока между проводящими поверхностями различных материалов.

Помимо существования токов в проводниках при неизменном магнитном поле, при наличии переменного тока и связанного с ним переменного магнитного поля возникают эффекты, связанные с его изменением или так называемые «вихревые» токи, иначе называемые токами Фуко. Чем быстрее изменяется магнитный поток, тем сильнее вихревые токи, которые не текут по определённым путям в проводах, а, замыкаясь в проводнике, образуют вихревые контуры.

Вихревые токи проявляют скин-эффект, сводящийся к тому, что переменный электрический ток и магнитный поток распространяются в основном в поверхностном слое проводника, что приводит к потерям энергии. Для уменьшения потерь энергии на вихревые токи применяют разделение магнитопроводов переменного тока на отдельные, электрически изолированные, пластины.

Электрический ток в жидкостях (электролитах)

Все жидкости, в той или иной мере, способны проводить электрический ток при приложении электрического напряжения. Такие жидкости называются электролитами. Носителями тока в них являются положительно и отрицательно заряженные ионы - соответственно катионы и анионы, которые существуют в растворе веществ вследствие электролитической диссоциации. Ток в электролитах за счёт перемещения ионов, в отличие от тока за счёт перемещения электронов, характерного для металлов, сопровождается переносом вещества к электродам с образованием вблизи них новых химических соединений или осаждением этих веществ или новых соединений на электродах.

Это явление заложило основу современной электрохимии, дав количественные определения грамм-эквивалентам различных химических веществ, тем самым превратив неорганическую химию в точную науку. Дальнейшее развитие химии электролитов позволило создать однократно заряжаемые и перезаряжаемые источники химического тока (сухие батареи, аккумуляторы и топливные элементы), которые, в свою очередь, дали огромный толчок в развитии техники. Достаточно заглянуть под капот своего автомобиля, чтобы увидеть результаты усилий поколений учёных и инженеров-химиков в виде автомобильного аккумулятора.

Большое количество технологических процессов, основанных на протекании тока в электролитах, позволяет не только придать эффектный вид конечным изделиям (хромирование и никелирование), но и защитить их от коррозии. Процессы электрохимического осаждения и электрохимического травления составляют основу производства современной электроники. Ныне это самые востребованные технологические процессы, число изготавливаемых компонентов по этим технологиям исчисляется десятками миллиардов единиц в год.

Электрический ток в газах

Электрический ток в газах обусловлен наличием в них свободных электронов и ионов. Для газов, в силу их разрежённости, характерна большая длина пробега до столкновения молекул и ионов; из-за этого протекание тока в нормальных условиях через них относительно затруднено. То же самое можно утверждать относительно смесей газов. Природной смесью газов является атмосферный воздух, который в электротехнике считается неплохим изолятором. Это характерно и для других газов и их смесей при обычных физических условиях.

Протекание тока в газах очень сильно зависит от различных физических факторов, как-то: давления, температуры, состава смеси. Помимо этого, действие оказывают различного рода ионизирующие излучения. Так, например, будучи освещёнными ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами, или находясь под действием катодных или анодных частиц или частиц, испускаемых радиоактивными веществами, или, наконец, под действием высокой температуры, газы приобретают свойство лучше проводить электрический ток.

Эндотермический процесс образования ионов в результате поглощения энергии электрически нейтральными атомами или молекулами газа называется ионизацией. Получив достаточную энергию, электрон или несколько электронов внешней электронной оболочки, преодолевая потенциальный барьер, покидают атом или молекулу, становясь свободными электронами. Атом или молекула газа становятся при этом положительно заряженными ионами. Свободные электроны могут присоединяться к нейтральным атомам или молекулам, образуя отрицательно заряженные ионы. Положительные ионы могут обратно захватывать свободные электроны при столкновении, становясь при этом опять электрически нейтральными. Этот процесс называется рекомбинацией.

Прохождение тока через газовую среду сопровождается изменением состояния газа, что предопределяет сложный характер зависимости тока от приложенного напряжения и, в общем, подчиняется закону Ома только при малых токах.

Различают несамостоятельный и самостоятельные разряды в газах. При несамостоятельном разряде ток в газе существует только при наличии внешних ионизирующих факторов, при их отсутствии сколь-нибудь значительного тока в газе нет. При самостоятельном разряде ток поддерживается за счёт ударной ионизации нейтральных атомов и молекул при столкновении с ускоренными электрическим полем свободными электронами и ионами даже после снятия внешних ионизирующих воздействий.

Несамостоятельный разряд при малом значении разности потенциалов между анодом и катодом в газе называется тихим разрядом. При повышении напряжения сила тока сначала увеличивается пропорционально напряжению (участок ОА на вольт-амперной характеристике тихого разряда), затем рост тока замедляется (участок кривой АВ). Когда все частицы, возникшие под действием ионизатора, уходят за то же время на катод и на анод, усиления тока с ростом напряжения не происходит (участок графика ВС). При дальнейшем повышении напряжения ток снова возрастает, и тихий разряд переходит в несамостоятельный лавинный разряд. Разновидность несамостоятельного разряда - тлеющий разряд, который создаёт свет в газоразрядных лампах различного цвета и назначения.

Переход несамостоятельного электрического разряда в газе в самостоятельный разряд характеризуется резким увеличением тока (точка Е на кривой вольт-амперной характеристики). Он называется электрическим пробоем газа.

Все вышеперечисленные типы разрядов относятся к установившимся типам разрядов, основные характеристики которых не зависят от времени. Помимо установившихся разрядов, существуют разряды неустановившиеся, возникающие обычно в сильных неоднородных электрических полях, например у заостренных и искривлённых поверхностей проводников и электродов. Различают два типа неустановившихся разрядов: коронный и искровой разряды.

При коронном разряде ионизация не приводит к пробою, просто он представляет собой повторяющийся процесс поджига несамостоятельного разряда в ограниченном пространстве возле проводников. Примером коронного разряда может служить свечение атмосферного воздуха вблизи высоко поднятых антенн, громоотводов или высоковольтных линий электропередач. Возникновение коронного разряда на линиях электропередач приводит к потерям электроэнергии. В прежние времена это свечение на верхушках мачт было знакомо морякам парусного флота как огоньки святого Эльма. Коронный разряд применяется в лазерных принтерах и электрографических копировальных устройствах, где он формируется коротроном - металлической струной, на которую подано высокое напряжение. Это необходимо для ионизации газа с целью нанесения заряда на фоточувствительный барабан. В данном случае коронный разряд приносит пользу.

Искровой разряд, в отличие от коронного, приводит к пробою и имеет вид прерывистых ярких разветвляющихся, заполненных ионизированным газом нитей-каналов, возникающих и исчезающих, сопровождаемые выделением большого количества теплоты и ярким свечением. Примером естественного искрового разряда может служить молния, где ток может достигать значений в десятки килоампер. Образованию собственно молнии предшествует создание канала проводимости, так называемого нисходящего «тёмного» лидера, образующего совместно с индуцированным восходящим лидером проводящий канал. Молния представляет собой обычно многократный искровой разряд в образованном канале проводимости. Мощный искровой разряд нашёл своё техническое применение также и в компактных фотовспышках, в которых разряд происходит между электродами трубки из кварцевого стекла, наполненной смесью ионизированных благородных газов.

Длительный поддерживаемый пробой газа носит название дугового разряда и применяется в сварочной технике, являющейся краеугольным камнем технологий создания стальных конструкций нашего времени, от небоскрёбов до авианосцев и автомобилей. Он применяется как для сварки, так и для резки металлов; различие в процессах обусловлено силой протекающего тока. При относительно меньших значениях тока происходит сварка металлов, при более высоких значениях тока дугового разряда - идёт резка металла за счёт удаления расплавленного металла из-под электрической дуги различными методами.

Другим применением дугового разряда в газах служат газоразрядные лампы освещения, которые разгоняют тьму на наших улицах, площадях и стадионах (натриевые лампы) или автомобильные галогенные лампы, которые сейчас заменили обычные лампы накаливания в автомобильных фарах.

Электрический ток в вакууме

Вакуум является идеальным диэлектриком, поэтому электрический ток в вакууме возможен только при наличии свободных носителей в виде электронов или ионов, которые генерируются за счёт термо- или фотоэмиссии, или иными методами.

Основным методом получения тока в вакууме за счёт электронов является метод термоэлектронной эмиссии электронов металлами. Вокруг разогретого электрода, называемого катодом, образуется облако из свободных электронов, которые и обеспечивают протекание электрического тока при наличии второго электрода, называемого анодом, при условии наличия между ними соответствующего напряжения требуемой полярности. Такие электровакуумные приборы называются диодами и обладают свойством односторонней проводимости тока, запираясь при обратном напряжении. Это свойство применяется для выпрямления переменного тока, преобразуемого системой из диодов в импульсный ток постоянного направления.

Добавление дополнительного электрода, называемого сеткой, расположенной вблизи катода, позволяет получить усилительный элемент триод, в котором малые изменения напряжения на сетке относительно катода позволяют получить значительные изменения протекающего тока, и, соответственно, значительные изменения напряжения на нагрузке, включённой последовательно с лампой относительно источника питания, что и используется для усиления различных сигналов.

Применение электровакуумных приборов в виде триодов и приборов с большим числом сеток различного назначения (тетродов, пентодов и даже гептодов), произвело революцию в деле генерации и усиления радиочастотных сигналов, и привело к созданию современных систем радио и телевещания.

Исторически первым было развитие именно радиовещания, так как методы преобразования относительно низкочастотных сигналов и их передача, равно как и схемотехника приёмных устройств с усилением и преобразованием радиочастоты и превращением её в акустический сигнал были относительно просты.

При создании телевидения для преобразования оптических сигналов применялись электровакуумные приборы - иконоскопы, где электроны эмитировались за счёт фотоэмиссии от падающего света. Дальнейшее усиление сигнала выполнялось усилителями на электронных лампах. Для обратного преобразования телевизионного сигнала служили кинескопы, дающие изображение за счёт флюоресценции материала экрана под воздействием электронов, разгоняемых до высоких энергий под воздействием ускоряющего напряжения. Синхронизированная система считывания сигналов иконоскопа и система развёртки изображения кинескопа создавали телевизионное изображение. Первые кинескопы были монохромными.

В дальнейшем были созданы системы цветного телевидения, в котором считывающие изображение иконоскопы реагировали только на свой цвет (красный, синий или зелёный). Излучающие элементы кинескопов (цветной люминофор), за счёт протекания тока, вырабатываемого так называемыми «электронными пушками», реагируя на попадание в них ускоренных электронов, излучали свет в определённом диапазоне соответствующей интенсивности. Чтобы лучи от пушек каждого цвета попадали на свой люминофор, использовали специальные экранирующие маски.

Современная аппаратура телевидения и радиовещания выполняется на более прогрессивных элементах с меньшим энергопотреблением - полупроводниках.

Одним из широко распространённых методов получения изображения внутренних органов является метод рентгеноскопии, при котором эмитируемые катодом электроны получают столь значительное ускорение, что при попадании на анод генерируют рентгеновское излучение, способное проникать через мягкие ткани тела человека. Рентгенограммы дают в руки медиков уникальную информацию о повреждениях костей, состоянии зубов и некоторых внутренних органов, выявляя даже такое грозное заболевание, как рак лёгких.

Вообще, электрические токи, сформированные в результате движения электронов в вакууме, имеют широчайшую область применения, к которой относятся все без исключения радиолампы, ускорители заряженных частиц, масс-спектрометры, электронные микроскопы, вакуумные генераторы сверхвысокой частоты, в виде ламп бегущей волны, клистронов и магнетронов. Именно магнетроны, кстати, подогревают или готовят нам пищу в микроволновых печах.

Большое значение в последнее время имеет технология нанесения плёночных покрытий в вакууме, которые играют роль как защитно-декоративного, так и функционального покрытия. В качестве таких покрытий применяются покрытия металлами и их сплавами, и их соединениями с кислородом, азотом и углеродом. Такие покрытия изменяют электрические, оптические, механические, магнитные, коррозионные и каталитические свойства покрываемых поверхностей, либо сочетают сразу несколько свойств.

Сложный химический состав покрытий можно получать только с использованием техники ионного распыления в вакууме, разновидностями которой являются катодное распыление или его промышленная модификация - магнетронное распыление. В конечном итоге именно электрический ток за счёт ионов производит осаждение компонентов на осаждаемую поверхность, придавая ей новые свойства.

Именно таким способом можно получать так называемые ионные реактивные покрытия (плёнки нитридов, карбидов, оксидов металлов), обладающих комплексом экстраординарных механических, теплофизических и оптических свойств (с высокой твёрдостью, износостойкостью, электро- и теплопроводностью, оптической плотностью), которые невозможно получить иными методами.

Электрический ток в биологии и медицине

Знание поведения токов в биологических объектах даёт в руки биологов и медиков мощный метод исследования, диагностики и лечения.

С точки зрения электрохимии все биологические объекты содержат электролиты, вне зависимости от особенностей структуры данного объекта.

При рассмотрении протекания тока через биологические объекты необходимо учитывать их клеточное строение. Существенным элементом клетки является клеточная мембрана - внешняя оболочка, ограждающая клетку от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды за счёт ее избирательной проницаемости для различных веществ. С точки зрения физики, клеточную мембрану можно представить себе в виде параллельного соединения конденсатора и нескольких цепочек из соединенных последовательно источника тока и резистора. Это предопределяет зависимость электропроводности биологического материала от частоты прилагаемого напряжения и формы его колебаний.

Биологическая ткань состоит из клеток собственно органа, межклеточной жидкости (лимфы), кровеносных сосудов и нервных клеток. Последние в ответ на воздействие электрического тока отвечают возбуждением, заставляя сокращаться и расслабляться мышцы и кровеносные сосуды животного. Следует отметить, что протекание тока в биологической ткани носит нелинейный характер.

Классическим примером воздействия электрического тока на биологический объект могут служить опыты итальянского врача, анатома, физиолога и физика Луиджи Гальвани, ставшего одним из основателей электрофизиологии. В его опытах пропускание электрического тока через нервы лапки лягушки приводило к сокращению мышц и подергиванию ножки. В 1791 году в «Трактате о силах электричества при мышечном движении» было описано сделанное Гальвани знаменитое открытие. Сами явления, открытые Гальвани, долгое время в учебниках и научных статьях назывались «гальванизмом». Этот термин и доныне сохраняется в названии некоторых аппаратов и процессов.

Дальнейшее развитие электрофизиологии тесно связано с нейрофизиологией. В 1875 году независимо друг от друга английский хирург и физиолог Ричард Кэтон и русский физиолог В. Я. Данилевский показали, что мозг является генератором электрической активности, то есть были открыты биотоки мозга.

Биологические объекты в ходе своей жизнедеятельности создают не только микротоки, но и большие напряжения и токи. Значительно раньше Гальвани английский анатом Джон Уолш доказал электрическую природу удара ската, а шотландский хирург и анатом Джон Хантер дал точное описание электрического органа этого животного. Исследования Уолша и Хантера были опубликованы в 1773 году.

В современной биологии и медицине применяются различные методы исследования живых организмов, как инвазивные, так и неинвазивные.

Классическим примером инвазивных методов является лабораторная крыса с пучком вживлённых в мозг электродов, бегающая по лабиринтам или решающая другие задачки, поставленные перед ней учёными.

К неинвазивным методам относятся такие, всем знакомые исследования, как снятие энцефалограммы или электрокардиограммы. При этом электроды, считывающие биотоки сердца или мозга, снимают токи прямо с кожи обследуемого. Для улучшения контакта с электродами кожа смачивается физиологическим раствором, который является неплохим проводящим электролитом.

Помимо применения электрического тока при научных исследованиях и техническом контроле состояния различных химических процессов и реакций, одним из самых драматических моментов его применения, известного широкой публике, является запуск «остановившегося» сердца какого-либо героя современного фильма.

Действительно, протекание кратковременного импульса значительного тока лишь в единичных случаях способно запустить остановившееся сердце. Чаще всего происходит восстановление его нормального ритма из состояния хаотичных судорожных сокращений, называемого фибрилляцией сердца. Приборы, применяющиеся для восстановления нормального ритма сокращений сердца, называются дефибрилляторами. Современный автоматический дефибриллятор сам снимает кардиограмму, определяет фибрилляцию желудочков сердца и самостоятельно решает – бить током или не бить – может быть достаточно пропустить через сердце небольшой запускающий импульс. Существует тенденция установления автоматических дефибрилляторов в общественных местах, что может существенно сократить количество смертей из-за неожиданной остановки сердца.

У практикующих врачей скорой помощи не возникает никакого сомнения по поводу применения метода дефибрилляции – обученные быстро определять физическое состояние пациента по кардиограмме, они принимают решение значительно быстрее автоматического дефибриллятора, предназначенного для широкой публики.

Тут же уместно будет упомянуть об искусственных водителях сердечного ритма, иначе называемых кардиостимуляторами. Эти приборы вживляются под кожу или под грудную мышцу человека, и такой аппарат через электроды подаёт на миокард (сердечную мышцу) импульсы тока напряжением около 3 В, стимулируя нормальную работу сердца. Современные электрокардиостимуляторы способны обеспечить бесперебойную работу в течение 6–14 лет.

Характеристики электрического тока, его генерация и применение

Электрический ток характеризуется величиной и формой. По его поведению с течением времени различают постоянный ток (не изменяющийся с течением времени), апериодический ток (произвольно изменяющийся с течением времени) и переменный ток (изменяющийся с течением времени по определённому, как правило, периодическому закону). Иногда для решения различных задач требуется одновременное наличие постоянного и переменного тока. В таком случае говорят о переменном токе с постоянной составляющей.

Исторически первым появился трибоэлектрический генератор тока, который вырабатывал ток за счёт трения шерсти о кусок янтаря. Более совершенные генераторы тока такого типа сейчас называются генераторами Ван де Граафа, по имени изобретателя первого технического решения таких машин.

Как указывалось выше, итальянским физиком Алессандро Вольта был изобретён электрохимический генератор постоянного тока, ставший предшественником сухих батарей, аккумуляторов и топливных элементов, которые мы пользуемся и поныне как удобными источниками тока для разнообразных устройств - от наручных часов и смартфонов до просто автомобильных аккумуляторов и тяговых аккумуляторов электромобилей Tesla.

Помимо этих генераторов постоянного тока, существуют генераторы тока на прямом ядерном распаде изотопов и магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы) тока, которые пока имеют ограниченное применение в силу своей маломощности, слабой технологической основы для широкого применения и по другим причинам. Тем не менее, радиоизотопные источники энергии широко применяются там, где нужна полная автономность: в космосе, на глубоководных аппаратах и гидроакустических станциях, на маяках, бакенах, а также на Крайнем Севере, в Арктике и Антарктике.

В электротехнике генераторы тока подразделяются на генераторы постоянного тока и генераторы переменного тока.

Все эти генераторы основаны на явлении электромагнитной индукции, открытой Майклом Фарадеем в 1831 году. Фарадей построил первый маломощный униполярный генератор, дающий постоянный ток. Первый генератор переменного тока был предложен анонимным автором под латинскими инициалами Р.М. в письме к Фарадею в 1832 году. После опубликования письма, Фарадей получил благодарственное письмо от того же анонима со схемой усовершенствованного генератора в 1833 году, в котором использовалось дополнительное стальное кольцо (ярмо) для замыкания магнитных потоков сердечников обмоток.

Однако в то время для переменного тока еще не нашлось применения, так как для всех практических применений электричества того времени (минная электротехника, электрохимия, только что зародившаяся электромагнитная телеграфия, первые электродвигатели) требовался постоянный ток. Поэтому в последующем изобретатели направили свои усилия на построение генераторов, дающих постоянный электрический ток, разрабатывая для этих целей разнообразные коммутационные устройства.

Одним из первых генераторов, получившим практическое применение, был магнитоэлектрический генератор российского академика Б. С. Якоби. Этот генератор был принят на вооружение гальванических команд русской армии, использовавших его для воспламенения минных запалов. Улучшенные модификации генератора Якоби до сих пор используются для удалённого приведения в действие минных зарядов, что нашло широкое отображение в военно-исторических фильмах, в которых диверсанты или партизаны подрывают мосты, поезда или другие объекты.

В дальнейшем борьба между генерацией постоянного или переменного тока с переменным успехом велась среди изобретателей и инженеров–практиков, приведшая к апогею противостояния титанов современной электроэнергетики: Томаса Эдисона с компанией Дженерал Электрик с одной стороны, и Николой Тесла с компанией Вестингауз, с другой стороны. Победил мощный капитал, и разработки Тесла в области генерации, передачи, и трансформации переменного электрического тока стали общенациональным достоянием американского общества, что, в немалой степени, позднее способствовало технологическому доминированию США.

Помимо собственно генерации электричества для разнообразных нужд, основанной на преобразовании механического движения в электричество, за счёт обратимости электрических машин появилась возможность обратного преобразования электрического тока в механическое движение, реализуемая электродвигателями постоянного и переменного тока. Пожалуй, это самые распространённые машины современности, включающие в себя стартеры автомобилей и мотоциклов, приводы промышленных станков и разнообразных бытовых устройств. Используя различные модификации подобных устройств, мы стали мастерами на все руки, мы умеем строгать, пилить, сверлить и фрезеровать. А в наших компьютерах, благодаря миниатюрным прецизионным двигателям постоянного тока, крутятся приводы жёстких и оптических дисков.

Кроме привычных электромеханических двигателей, за счёт протекания электрического тока работают ионные двигатели, использующие принцип реактивного движения при выбросе ускоренных ионов вещества, Пока, в основном, они применяются в космическом пространстве на малых спутниках для выведения их на нужные орбиты. А фотонные двигатели 22-го века, которые существуют пока только в проекте и которые понесут наши будущие межзвёздные корабли с субсветовой скоростью, скорее всего, тоже будут работать на электрическом токе.

Для создания электронных элементов и при выращивании кристаллов различного назначения по технологическим причинам требуются сверхстабильные генераторы постоянного тока. Такие прецизионные генераторы постоянного тока на электронных компонентах называются стабилизаторами тока.

Измерение электрического тока

Необходимо отметить, что приборы для измерения тока (микроамперметры, миллиамперметры, амперметры) весьма отличаются друг от друга в первую очередь по типу конструкций и принципам действия - это могут быть приборы постоянного тока, переменного тока низкой частоты и переменного тока высокой частоты.

По принципу действия различают электромеханические, магнитоэлектрические, электромагнитные, магнитодинамические, электродинамические, индукционные, термоэлектрические и электронные приборы. Большинство стрелочных приборов для измерения токов состоит из комбинации подвижной/неподвижной рамки с намотанной катушкой и неподвижного/подвижного магнитов. Вследствие такой конструкции типичный амперметр имеет эквивалентную схему из последовательно соединённых индуктивности и сопротивления, шунтированных ёмкостью. Из-за этого частотная характеристика стрелочных амперметров имеет завал по высоким частотам.

Основой для них является миниатюрный гальванометр, а различные пределы измерения достигаются применением дополнительных шунтов - резисторов с малым сопротивлением, которое на порядки ниже сопротивления измерительного гальванометра. Таким образом, на основе одного прибора могут быть созданы приборы для измерения токов различных диапазонов – микроамперметры, миллиамперметры, амперметры и даже килоамперметры.

Вообще, в измерительной практике важно поведение измеряемого тока - он может быть функцией времени и иметь различную форму - быть постоянным, гармоническим, негармоническим, импульсным и так далее, и его величиной принято характеризовать режимы работ радиотехнических цепей и устройств. Различают следующие значения токов:

• мгновенное,
• амплитудное,
• среднее,
• среднеквадратичное (действующее).

Мгновенное значение тока I i - это значение тока в определенный момент времени. Его можно наблюдать на экране осциллографа и определять для каждого момента времени по осциллограмме.

Амплитудное (пиковое) значение тока I m - это наибольшее мгновенное значение тока за период.

Среднее квадратичное (действующее) значение тока I определяется как корень квадратный из среднего за период квадрата мгновенных значений тока.

Все стрелочные амперметры обычно градуируются в среднеквадратических значениях тока.

Среднее значение (постоянная составляющая) тока - это среднее арифметическое всех его мгновенных значений за время измерения.

Разность между максимальным и минимальным значениями тока сигнала называют размахом сигнала.

Сейчас, в основном, для измерения тока используются как многофункциональные цифровые приборы, так и осциллографы - на их экранах отображается не только форма напряжения/тока, но и существенные характеристики сигнала. К таким характеристикам относится и частота изменения периодических сигналов, поэтому в технике измерений важен частотный предел измерений прибора.

Измерение тока с помощью осциллографа

Иллюстрацией к вышесказанному будет серия опытов по измерению действующего и пикового значения тока синусоидального и треугольного сигналов с использованием генератора сигналов, осциллографа и многофункционального цифрового прибора (мультиметра).

Общая схема эксперимента №1 представлена ниже:

Генератор сигналов (FG) нагружен на последовательное соединение мультиметра (MM), сопротивление шунта R s =100 Ом и сопротивление нагрузки R в 1 кОм. Осциллограф OS подключен параллельно сопротивлению шунта R s . Значение сопротивления шунта выбирается из условия R s <

Опыт 1

Подадим на сопротивление нагрузки сигнал синусоидальной формы с генератора частотой 60 Герц и амплитудой 9 Вольт. Нажмем очень удобную кнопку Auto Set и будем наблюдать на экране сигнал, показанный на рис. 1. Размах сигнала - около пяти больших делений при цене деления 200 мВ. Мультиметр при этом показывает значение тока в 3,1 мА. Осциллограф определяет среднеквадратичное значение напряжения сигнала на измерительном резисторе U=312 мВ. Действующее значение тока через резистор R s определяется по закону Ома:

I RMS = U RMS /R = 0,31 В / 100 Ом = 3,1 мА,

что соответствует показаниям мультиметра (3,10 мА). Отметим, что размах тока через нашу цепь из включенных последовательно двух резисторов и мультиметра равен

I P-P = U P-P /R = 0,89 В / 100 Ом = 8,9 мА

Известно, что пиковое и действующее значения тока и напряжения для синусоидального сигнала отличаются в √2 раз. Если умножить I RMS = 3,1 мА на √2, получим 4,38. Удвоим это значение и мы получим 8,8 мА, что почти соответствует току, измеренному с помощью осциллографа (8,9 мА).

Опыт 2

Уменьшим сигнал от генератора вдвое. Размах изображения на осциллографе уменьшится ровно приблизительно вдвое (464 мВ) и мультиметр покажет приблизительно уменьшенное вдвое значение тока 1,55 мА. Определим показания действующего значения тока на осциллографе:

I RMS = U RMS /R = 0,152 В / 100 Ом = 1,52 мА,

что приблизительно соответствует показаниям мультиметра (1,55 мА).

Опыт 3

Увеличим частоту генератора до 10 кГц. При этом изображение на осциллографе изменится, но размах сигнала останется прежним, а показания мультиметра уменьшатся - сказывается допустимый рабочий частотный диапазон мультиметра.

Опыт 4

Вернёмся к исходной частоте 60 Герц и напряжению 9 В генератора сигналов, но изменим форму его сигнала с синусоидальной на треугольную. Размах изображения на осциллографе остался прежним, а показания мультиметра уменьшились по сравнению со значением тока, которое он показывал в опыте №1, так как изменилось действующее значение тока сигнала. Осциллограф также показывает уменьшение среднеквадратичного значения напряжения, измеренного на резисторе R s =100 Ом.

Техника безопасности при измерении тока и напряжения

• Поскольку в зависимости от класса безопасности помещения и его состояния при измерении токов даже относительно невысокие напряжения уровня 12–36 В могут представлять опасность для жизни, необходимо выполнять следующие правила:
• Не проводить измерения токов, требующих определённых профессиональных навыков (при напряжении свыше 1000 В).
• Не производить измерения токов в труднодоступных местах или на высоте.
• При измерениях в бытовой сети применять специальные средства защиты от поражения электрическим током (резиновые перчатки, коврики, сапоги или боты).
• Пользоваться исправным измерительным инструментом.
• В случае использования многофункциональных приборов (мультиметров), следить за правильной установкой измеряемого параметра и его величины перед измерением.
• Пользоваться измерительным прибором с исправными щупами.
• Строго следовать рекомендациям производителя по использованию измерительного прибора.

Итак, наконец-то у вас есть мобильное зарядное устройство (Power Bank) .

Поздравляем! Купить Power Bank в Украине - очень правильное решение!

(Если же вы только думаете над такой покупкой - , в котором будете заказывать)

Конечно же, вам бы хотелось, чтобы зарядка служила как можно дольше и радовала вечным «онлайном» ваши гаджеты. Для этого необходимо знать некоторые особенности Li-Ion батарей и соблюдать несколько простых правил использования:

1. После покупки внешнего аккумулятора сразу же зарядите его полностью.

Идеальный процесс зарядки (как ПоверБанка, так и батареи вашего телефона/планшета) включает в себя и так называемую "капельную" зарядку - зарядка гаджета ещё некоторое время после того, как индикаторы показывают, что устройство заряжено на 100%, при этом заряд продолжается очень слабым током.

Для смартфонов и планшетов созданы специальные приложения, распознающие «капельную» зарядку:

http://bit.ly/battery-doc - для Android

http://bit.ly/battery-doc2 - для Apple (приложение уже не доступно в AppStore)

Раньше, чтобы узнать когда «капельная» зарядка закончилась, вам нужно было специальное измерительное оборудование (амперметр, вольтметр - тестер). Как вся эта техника работает, знает довольно узкий круг радиолюбителей, и вникать во все эти детали захочет далеко не каждый (даже ради увеличения срока жизни батарей).

Именно поэтому стали такой радостной и спасительной новинкой для всех.

С помощью этого маленького устройства вы можете видеть не только напряжение и силу тока, но и количество Ah (ампер/час - единица измерения ёмкости для всех батарей), которое прошло через USB-тестер . Следовательно, вы всегда будете знать в каком состоянии находится батарея вашего телефона, планшета или, поскольку мы говорим о Power Bank, ёмкость Power Bank .

()

Обычно зарядка Power Bank идёт силой тока 1-1,5А. Чем ближе к окончанию зарядки, тем меньше количество Ампер. «Капельная» зарядка - это 0,1-0,05А. Для того, чтобы ваша батарея имела максимальную ёмкость максимально долго, дождитесь окончания «капельной» зарядки. Как только ваш USB-тестер покажет 0,00А - зарядка полностью завершена и устройство можно отключать от сети.

2. Для того, чтобы ваш Power Bank набрал свою максимальную ёмкость - необходимо сделать 2-3 цикла полного заряда/разряда.

Также, если в будущем Power Bank стал разряжаться быстрее, чем обычно, стоит повторить этот цикл из 2-3 повторений и тем самым переписать статистику аккумулятора.

3. ВСЕГДА заряжайте Li-Ion батареи до 100%!

Старайтесь никогда не прекращать зарядку раньше времени - только после того, как батарея зарядится на 100%. Да, многие скажут, что "современные Li-Ion батареи не имеют "эффекта памяти". Да, производители тоже это утверждают. Но, исходя из нашей практики и опыта, это не совсем так: в Li-Ion батареях этот эффект намного меньше, но всё-таки присутствует (это касается и телефонов, и любых других гаджетов).

4. Не разряжайте PowerBank полностью (до 0%)

Современные Li-Ion батареи, которыми комплектуются мобильные аккумуляторы не требуют этого. Более того, постоянный их разряд до 0% сокращает срок службы. Заряжайте Power Bank, когда в нём ещё есть 10-20% заряда.

Во внешних зарядных устройствах с процентной индикацией уровня разряда/заряда узнать это очень просто, в устройствах с LED-индикацией - придётся делать это «на глаз».

(устройства с %-ной индикацией вы можете найти )

5. Этот пункт противоречит предыдущему, но тем не менее он также очень важен: время от времени полностью разряжайте батарею (раз в 1-3 месяца) .

Это позволяет обнулить границы заряда (верхнюю и нижнюю - откалибровать Power Bank).

6. Если вы не планируете использовать внешний аккумулятор на протяжении долгого времени - разрядите его примерно на половину.

Хранить полностью заряженный (как и полностью разряженный) аккумулятор очень вредно для него и существенно сокращает срок его службы.

7. Используйте только оригинальные сетевые адаптеры или такие, какие имеют требуемые характеристики (если PowerBank рекомендуют заряжать силой тока в 2А, то пользуйтесь таким зарядным устройством, которое даёт 2А).

О сетевых адаптерах стоит сказать отдельно: с ними настоящая беда. Найти такой, который выдаёт заявленный ток - задача из раздела очень сложных. Даже покупая дорогой адаптер в фирменном магазине, очень часто вы получите на выходе не 1А, а 0,5А. И это ещё пол-беды (просто ваш телефон/планшет при этом будет заряжаться в 2-4 раза дольше). Намного хуже, если на деле он выдаёт намного бОльшую силу тока и при этом не сглаживает значительные скачки напряжения - это уже может сильно сокращать срок службы батареи вашего гаджета, а иногда и к его выходу из строя.

Проблема в том, что если у вас нет USB-тестера, вы никак не можете узнать, нормальная у вас зарядка или нет. Телефон заряжается - вроде бы всё в порядке. Именно на это и расчитывают недобросовестные производители и продавцы (то же можно сказать и про кабели - даже если зарядка выдаёт 1А, кабель плохого качества может терять до 80% тока, а вы, опять-таки, без тестера об этом никак не узнаете).

Именно поэтому мы почти всегда рекоммендуем нашим клиентам заказывать сразу же и USB-тестер. Эта покупка окупит затраты на неё не один раз! Здесь вы найдёте различные : дороже и дешевле, более и менее информативные. Но какой бы вы ни выбрали - это будет одной из самых полезных и умных ваших покупок!

К слову об адаптерах:

долгое время мы не продавали их вообще именно из-за этого: не могли найти надёжного поставщика, у которого хорошее и (что очень важно) постоянное качество. Однако покупатели постоянно спрашивали, и мы не переставали искать. После многих контрольных закупок удалось-таки найти. Сейчас вы найдёте у нас множество высококачественных оригинальных 2. Сетевое зарядное устройство UGREEN QC3.0 Qualcomm CD122 (1 USB) - сертифицирован Apple, поддерживает режим быстрой зарядки Qualcomm 3.0 (1 Output)