Este posibil să-ți imaginezi viața fără electricitate? Omul modern s-a înconjurat strâns de aparate electrocasnice care ajută în viață. Nu ne mai putem imagina pe noi înșine și viețile noastre fără asistenți inteligenti pentru acasă.
Tehnologia trece din ce în ce mai mult la utilizarea energiei electrice. Chiar și transportul este transferat treptat către motoarele electrice, ceea ce poate reduce daunele semnificative aduse naturii.
Astăzi vom încerca să răspundem la următoarele întrebări:
- Ce este curentul electric?
- Ce este tensiunea electrică?
- Cum se determină tensiunea?
- În ce se măsoară tensiunea?
Ce este curent?
În zorii studiului electricității, aceasta a fost obținută prin frecarea unui corp de altul. O sursă mai mare de încărcare ar putea fi obținută în timpul unei furtuni folosind o descărcare naturală - fulger. Se știe că această metodă a costat viața unui student al lui M. V. Lomonosov - Richter.
Taxa în sine este dificil și irațional de utilizat. Este necesar să se obțină mișcarea sa direcționată - un curent electric. Proprietăți curente:
- incalzirea conductorului;
- acțiune chimică;
- acțiune mecanică;
- acțiune magnetică.
Sunt folosite în viața de zi cu zi și în tehnologie. O condiție necesară pentru existența curentului este prezența unei surse de curent, a sarcinilor electrice libere și a unui conductor închis.
Context
În 1792, celebrul fizician, fiziolog și inventator italian Alessandro Volta a devenit interesat de concluziile compatriotului său Luigi Galvani despre natura impulsurilor actuale în organele animalelor. Observarea pe termen lung a comportamentului picioarelor de broaște, fixate pe cârlige metalice, i-a permis să concluzioneze că sursa de electricitate nu este un organism viu, ci contactul cu metale diferite. Această circumstanță este cea care contribuie la fluxul de electricitate, iar reacția terminațiilor nervoase este doar un efect fiziologic al curentului.
O descoperire unică a dus la crearea primei surse de curent continuu din lume, numită Stâlpul Voltaic. Metalele diferite (Volta a susținut că ar trebui îndepărtate unul de celăl alt într-o serie de elemente chimice) sunt așezate cu hârtie impregnată cu un „conductor de al doilea fel” lichid.
Acest dispozitiv a fost prima sursă de tensiune constantă. Unitatea de tensiune electrică a imortalizat numele lui Alessandro Volta.
sursă de curent continuu
Elementul principal al circuitului electric este o sursă de curent. Scopul său este de a crea un câmp electric, sub influența căruia particulele încărcate libere (electroni, ioni) intră în mișcare direcționată. Acumulat peelementele individuale ale sarcinilor sursei (se numesc poli) au semne diferite. Sarcina însăși este redistribuită în interiorul sursei sub acțiunea unor forțe de natură neelectrică (mecanică, chimică, magnetică, termică etc.). Câmpul electric creat de polii din afara sursei de curent face munca de deplasare a sarcinii într-un conductor închis. Alessandro Volta a vorbit despre necesitatea unui circuit închis pentru a crea curent continuu.
Deoarece sarcina se mișcă în surse sub acțiunea forțelor neelectrice, se poate argumenta că aceste forțe funcționează. Să-i numim străini. Raportul dintre munca forțelor externe pentru transferul sarcinii în interiorul sursei de curent și mărimea sarcinii se numește forță electromotoare.
Notație matematică pentru acest raport:
- Ε=Ast: q,
unde E este forța electromotoare (EMF), Asteste munca forțelor externe, q este sarcina purtată de forțele externe în sursă.
EMF caracterizează capacitatea unei surse de a crea un curent, dar caracteristica principală a unei surse este uneori considerată o tensiune electrică (diferență de potențial).
Tensiune
Raportul dintre munca câmpului pentru a muta sarcina în conductor și mărimea sarcinii se numește tensiune electrică.
Pentru a-l determina, trebuie să împărțiți valoarea muncii pe teren la valoarea taxei. Fie A munca efectuată de câmpul electric al sursei de curent pentru a muta sarcina q. U - tensiune electrică. Notarea matematică a formulei corespunzătoare:
U=A: q
Ca orice mărime fizică, tensiunea are o unitate de măsură. Cum se măsoară tensiunea? Pe numele inventatorului primei surse de curent continuu din lume, Alessandro Volta, această valoare a primit propria unitate de măsură. În sistemul internațional, tensiunea este măsurată în volți (V).
O tensiune de 1 V este tensiunea unui câmp electric care lucrează de 1 J pentru a muta o sarcină de 1 C.
V=J/C=N•m/(A•s)=kg•m/(A•s3).
În unitățile SI de bază, unitatea de tensiune electrică:
kg•m/(A•s3).
Valoare obligatorie
De ce nu este suficient, caracterizând curentul, să introducem conceptul de putere a curentului? Să facem un experiment de gândire. Să luăm două lămpi diferite: o lampă obișnuită de uz casnic și o lampă dintr-o lanternă. Când le conectați la diferite surse de curent (rețea orașului și baterie), puteți obține exact aceeași valoare a curentului. În același timp, o lampă de uz casnic oferă mai multă lumină, adică lucrul curentului din ea este mult mai mare.
Surse de curent diferite au tensiuni diferite. Prin urmare, această valoare este esențială.
Analogie utilă
Înțelegerea semnificației fizice a tensiunii electrice provine dintr-o analogie interesantă. În vasele comunicante, fluidul curge din tub în tub dacă există o diferență de presiune în ele. Curgerea fluidului se oprește în caz de egalitatepresiune.
Dacă curentul de lichid este comparat cu fluxul de sarcină electrică, atunci diferența de presiune a coloanelor de lichid joacă același rol ca diferența de potențial din sursa de curent.
Atâta timp cât procesele care însoțesc redistribuirea sarcinii pe poli au loc în interiorul sursei de curent, aceasta este capabilă să creeze un curent în conductor. Tensiunea curentului electric se măsoară în volți, diferența de presiune are o unitate de măsură - pascal.
Curentul alternativ
Curentul electric, schimbându-și periodic direcția, se numește variabil. Este creat de o sursă de tensiune alternativă. Cel mai adesea este un generator. Să încercăm să explicăm: care este măsurarea tensiunii AC?
Însuși principiul generării curentului se bazează pe fenomenul inducției electromagnetice. Rotirea unui circuit închis într-un câmp magnetic duce la apariția unei diferențe de potențial în conductor. Tensiunea se măsoară în volți și în cazul curentului variabil.
Se poate argumenta că tensiunea nu se schimbă? Evident, din cauza unei modificări a unghiului dintre planul conturului și normala acestuia, tensiunea generată se modifică în timp. Valoarea sa crește de la zero la o valoare maximă, apoi scade din nou la zero. Nu este nevoie să vorbim despre o anumită valoare. Introduceți așa-numita valoare a tensiunii efective:
- Ud=U: √2.
Ce instrument măsoară tensiunea?
Un dispozitiv pentru măsurarea tensiunii electrice - un voltmetru. Principiul funcționării sale se bazează pe interacțiunea unui circuit cu curentul și un câmp magneticmagnet permanent. Se știe că un circuit cu curent se rotește într-un câmp magnetic. În funcție de cantitatea de curent din circuit, unghiul de rotație se modifică.
Dacă atașați o săgeată la circuit, atunci aceasta se abate de la zero atunci când curentul curge în circuit (de obicei bobina). În funcție de ce tensiune este măsurată, scara dispozitivului este gradată. Este posibil să folosiți submultipli și multipli.
În cazul valorilor scăzute, tensiunea electrică se măsoară în milivolți sau microvolți. Dimpotrivă, mai multe unități sunt utilizate în rețelele de în altă tensiune.
Orice voltmetru este conectat în paralel la acea parte a circuitului în care se măsoară tensiunea. Proprietatea principală a circuitului dispozitivului poate fi numită rezistență ohmică ridicată. Un voltmetru, indiferent în ce tensiune este măsurată, nu ar trebui să afecteze puterea curentului în circuit. Prin el trece un curent mic, care nu afectează semnificativ valoarea principală.
Tabelul tensiunii
| Dispozitiv fizic | Tensiune pe contactele sale, V |
| stâlp de volt | 1, 1 |
| Bateria lanternă | 1, 5 |
| Baterie alcalină | 1, 25 |
| Bateria cu acid | 2 |
| Rețea urbană | 220 |
| Tensiune în altălinii electrice | 500.000 |
| Între nori într-o furtună | Până la 100.000.000 |
Aplicarea practică a unui voltmetru
Pentru a utiliza eficient voltmetrul, ar trebui să înveți cum să-l folosești. Un experimentator curios poate fi sfătuit să contacteze profesorii școlii.
Clasele de fizica scolara sunt echipate cu instrumente de laborator si demonstrative pentru masurarea tensiunilor.
Operați orice voltmetru cu precauție, urmând reguli simple:
- Voltmetrul are o limită maximă de măsurare. Aceasta este cea mai mare valoare de pe scara lui. Nu-l conectați la un circuit care conține un element de tensiune mai mare.
- Dacă nu există altă sursă sau voltmetru, puteți utiliza un sistem de rezistență suplimentară. În acest caz, trebuie schimbată și scara voltmetrului.
- Aparatele electrice sunt conectate la circuitul DC în funcție de indicațiile semnului de încărcare de pe bornele acestuia. Borna pozitivă a sursei de curent trebuie conectată la borna pozitivă a voltmetrului, borna negativă la borna negativă. Dacă sunt amestecate, săgețile dispozitivului se pot îndoi, ceea ce este extrem de nedorit.
- Toate conexiunile sunt realizate exclusiv la un circuit dezactivat.
Nesănătos
Acțiunea curentului electric poate fi nesigură pentru oameni. Mai puțin de 24 V este considerat inofensiv.
Acțiunea curentului sub tensiunea rețelei orașului (220 V) este destul de vizibilă. Atingerea contactelor goale este însoțită de un „șoc” semnificativ.
Tensiunea în timpul unei furtuni trece un curent atât de mare prin corpul uman încât amenință să-l omoare. Nu vă riscați viața și sănătatea.
