Μπορείτε να φανταστείτε τη ζωή σας χωρίς ηλεκτρικό ρεύμα; Ο σύγχρονος άνθρωπος έχει περικυκλωθεί σφιχτά με οικιακές συσκευές που βοηθούν στη ζωή. Δεν μπορούμε πλέον να φανταστούμε τον εαυτό μας και τη ζωή μας χωρίς έξυπνους οικιακούς βοηθούς.
Η τεχνολογία στρέφεται όλο και περισσότερο στη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας. Ακόμη και οι μεταφορές μεταφέρονται σταδιακά σε ηλεκτρικούς κινητήρες, γεγονός που μπορεί να μειώσει σημαντικές βλάβες στη φύση.
Σήμερα θα προσπαθήσουμε να απαντήσουμε στις ακόλουθες ερωτήσεις:
- Τι είναι ηλεκτρικό ρεύμα;
- Τι είναι η ηλεκτρική τάση;
- Πώς να προσδιορίσετε την τάση;
- Με τι μετράται η τάση;
Τι είναι τρέχον;
Στην αυγή της μελέτης του ηλεκτρισμού, λήφθηκε τρίβοντας το ένα σώμα πάνω στο άλλο. Μια μεγαλύτερη παροχή φόρτισης θα μπορούσε να επιτευχθεί κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας χρησιμοποιώντας μια φυσική εκκένωση - κεραυνό. Είναι γνωστό ότι αυτή η μέθοδος στοίχισε τη ζωή ενός μαθητή του M. V. Lomonosov - Richter.
Η ίδια η χρέωση είναι δύσκολη και παράλογη στη χρήση. Είναι απαραίτητο να αποκτήσετε την κατευθυνόμενη κίνησή του - ένα ηλεκτρικό ρεύμα. Τρέχουσες ιδιότητες:
- θέρμανση του αγωγού;
- χημική δράση;
- μηχανική δράση;
- μαγνητική δράση.
Χρησιμοποιούνται στην καθημερινή ζωή και την τεχνολογία. Απαραίτητη προϋπόθεση για την ύπαρξη ρεύματος είναι η ύπαρξη πηγής ρεύματος, ελεύθερων ηλεκτρικών φορτίων και κλειστού αγωγού.
Φόντο
Το 1792, ο διάσημος Ιταλός φυσικός, φυσιολόγος και εφευρέτης Alessandro Volta ενδιαφέρθηκε για τα συμπεράσματα του συμπατριώτη του Luigi Galvani σχετικά με τη φύση των τρεχουσών παρορμήσεων στα όργανα των ζώων. Η μακροχρόνια παρατήρηση της συμπεριφοράς των ποδιών βατράχου, στερεωμένα σε μεταλλικούς γάντζους, του επέτρεψε να συμπεράνει ότι η πηγή ηλεκτρικής ενέργειας δεν είναι ένας ζωντανός οργανισμός, αλλά η επαφή ανόμοιων μετάλλων. Είναι αυτή η περίσταση που συμβάλλει στη ροή του ηλεκτρισμού και η αντίδραση των νευρικών απολήξεων είναι μόνο μια φυσιολογική επίδραση του ρεύματος.
Μια μοναδική ανακάλυψη οδήγησε στη δημιουργία της πρώτης πηγής συνεχούς ρεύματος στον κόσμο, που ονομάζεται Voltaic Pillar. Ανόμοια μέταλλα (η Volta υποστήριξε ότι πρέπει να αφαιρεθούν το ένα από το άλλο σε μια σειρά χημικών στοιχείων) επιστρώνονται με χαρτί εμποτισμένο με υγρό "αγωγό δεύτερου είδους."
Αυτή η συσκευή ήταν η πρώτη πηγή σταθερής τάσης. Η μονάδα ηλεκτρικής τάσης απαθανάτισε το όνομα του Alessandro Volta.
Τροφοδοσία DC
Το κύριο στοιχείο του ηλεκτρικού κυκλώματος είναι μια πηγή ρεύματος. Σκοπός του είναι να δημιουργήσει ένα ηλεκτρικό πεδίο, υπό την επίδραση του οποίου ελεύθερα φορτισμένα σωματίδια (ηλεκτρόνια, ιόντα) έρχονται σε κατευθυνόμενη κίνηση. Συσσωρεύτηκε στιςμεμονωμένα στοιχεία των φορτίων πηγής (ονομάζονται πόλοι) έχουν διαφορετικά πρόσημα. Το ίδιο το φορτίο ανακατανέμεται μέσα στην πηγή υπό τη δράση δυνάμεων μη ηλεκτρικής φύσης (μηχανικές, χημικές, μαγνητικές, θερμικές κ.λπ.). Το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται από τους πόλους έξω από την πηγή ρεύματος κάνει το έργο της μετακίνησης του φορτίου σε έναν κλειστό αγωγό. Ο Alessandro Volta μίλησε για την ανάγκη για ένα κλειστό κύκλωμα για τη δημιουργία συνεχούς ρεύματος.
Δεδομένου ότι το φορτίο κινείται σε πηγές υπό τη δράση μη ηλεκτρικών δυνάμεων, μπορεί να υποστηριχθεί ότι αυτές οι δυνάμεις λειτουργούν. Ας τους πούμε ξένους. Ο λόγος του έργου των εξωτερικών δυνάμεων για τη μεταφορά φορτίου μέσα στην πηγή ρεύματος προς το μέγεθος του φορτίου ονομάζεται ηλεκτροκινητική δύναμη.
Μαθηματική σημειογραφία για αυτήν την αναλογία:
- Ε=Ast: q,
όπου E είναι η ηλεκτροκινητική δύναμη (EMF), Astείναι το έργο των εξωτερικών δυνάμεων, q είναι το φορτίο που μεταφέρεται από εξωτερικές δυνάμεις στην πηγή.
Το EMF χαρακτηρίζει την ικανότητα μιας πηγής να δημιουργεί ρεύμα, αλλά το κύριο χαρακτηριστικό μιας πηγής θεωρείται μερικές φορές ηλεκτρική τάση (διαφορά δυναμικού).
Τάση
Η αναλογία του έργου του πεδίου για τη μετακίνηση του φορτίου στον αγωγό προς το μέγεθος του φορτίου ονομάζεται ηλεκτρική τάση.
Για να το προσδιορίσετε, πρέπει να διαιρέσετε την τιμή της εργασίας πεδίου με την τιμή χρέωσης. Έστω A το έργο που κάνει το ηλεκτρικό πεδίο της πηγής ρεύματος για να μετακινήσει το φορτίο q. U - ηλεκτρική τάση. Μαθηματική σημειογραφία του αντίστοιχου τύπου:
U=A: q
Όπως κάθε φυσικό μέγεθος, η τάση έχει μια μονάδα μέτρησης. Πώς μετριέται η τάση; Με το όνομα του εφευρέτη της πρώτης πηγής συνεχούς ρεύματος στον κόσμο, Alessandro Volta, αυτή η τιμή έλαβε τη δική της μονάδα μέτρησης. Στο διεθνές σύστημα, η τάση μετριέται σε βολτ (V).
Μια τάση 1 V είναι η τάση ενός ηλεκτρικού πεδίου που λειτουργεί 1 J για να μετακινήσει ένα φορτίο 1 C.
V=J/C=N•m/(A•s)=kg•m/(A•s3).
Σε βασικές μονάδες SI, η μονάδα ηλεκτρικής τάσης:
kg•m/(A•s3).
Απαιτούμενη τιμή
Γιατί δεν αρκεί, χαρακτηρίζοντας το ρεύμα, να εισαγάγουμε την έννοια της ισχύος ρεύματος; Ας κάνουμε ένα πείραμα σκέψης. Ας πάρουμε δύο διαφορετικούς λαμπτήρες: μια συνηθισμένη οικιακή λάμπα και μια λάμπα από φακό. Όταν τα συνδέετε σε διαφορετικές πηγές ρεύματος (δίκτυο πόλης και μπαταρία), μπορείτε να λάβετε ακριβώς την ίδια τρέχουσα τιμή. Ταυτόχρονα, ένας οικιακός λαμπτήρας δίνει περισσότερο φως, δηλαδή το έργο του ρεύματος σε αυτό είναι πολύ μεγαλύτερο.
Διαφορετικές πηγές ρεύματος έχουν διαφορετικές τάσεις. Επομένως, αυτή η τιμή είναι απαραίτητη.
Χρήσιμη αναλογία
Η κατανόηση της φυσικής σημασίας της ηλεκτρικής τάσης προέρχεται από μια ενδιαφέρουσα αναλογία. Στα δοχεία επικοινωνίας, το υγρό ρέει από σωλήνα σε σωλήνα εάν υπάρχει διαφορά πίεσης σε αυτά. Η ροή του υγρού σταματά σε περίπτωση ισότηταςπίεση.
Αν το υγρό ρεύμα συγκριθεί με τη ροή του ηλεκτρικού φορτίου, τότε η διαφορά πίεσης των στηλών του υγρού παίζει τον ίδιο ρόλο με τη διαφορά δυναμικού στην πηγή ρεύματος.
Εφόσον οι διαδικασίες που συνοδεύουν την ανακατανομή του φορτίου στους πόλους λαμβάνουν χώρα εντός της πηγής ρεύματος, είναι σε θέση να δημιουργήσει ρεύμα στον αγωγό. Η τάση ηλεκτρικού ρεύματος μετριέται σε βολτ, η διαφορά πίεσης έχει μια μονάδα μέτρησης - πασκάλ.
Εναλλασσόμενο ρεύμα
Το ηλεκτρικό ρεύμα, που αλλάζει περιοδικά την κατεύθυνσή του, ονομάζεται μεταβλητό. Δημιουργείται από μια πηγή εναλλασσόμενης τάσης. Τις περισσότερες φορές είναι μια γεννήτρια. Ας προσπαθήσουμε να εξηγήσουμε: ποια είναι η μέτρηση της τάσης AC;
Η ίδια η αρχή της παραγωγής ρεύματος βασίζεται στο φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Η περιστροφή ενός κλειστού κυκλώματος σε ένα μαγνητικό πεδίο οδηγεί στην εμφάνιση διαφοράς δυναμικού στον αγωγό. Η τάση μετριέται σε βολτ και σε περίπτωση μεταβαλλόμενου ρεύματος.
Μπορεί να υποστηριχθεί ότι η τάση δεν αλλάζει; Προφανώς, λόγω αλλαγής της γωνίας μεταξύ του επιπέδου του περιγράμματος και του κανονικού σε αυτό, η παραγόμενη τάση αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Η τιμή του αυξάνεται από το μηδέν σε κάποια μέγιστη τιμή και μετά πέφτει ξανά στο μηδέν. Δεν χρειάζεται να μιλήσουμε για μια συγκεκριμένη αξία. Εισαγάγετε τη λεγόμενη τιμή πραγματικής τάσης:
- Ud=U: √2.
Ποιο όργανο μετρά την τάση;
Μια συσκευή για τη μέτρηση της ηλεκτρικής τάσης - ένα βολτόμετρο. Η αρχή της λειτουργίας του βασίζεται στην αλληλεπίδραση ενός κυκλώματος με το ρεύμα και ένα μαγνητικό πεδίομόνιμος μαγνήτης. Είναι γνωστό ότι ένα κύκλωμα με ρεύμα περιστρέφεται σε μαγνητικό πεδίο. Ανάλογα με την ποσότητα του ρεύματος στο κύκλωμα, η γωνία περιστροφής αλλάζει.
Αν προσαρτήσετε ένα βέλος στο κύκλωμα, τότε αυτό αποκλίνει από το μηδέν όταν ρέει ρεύμα στο κύκλωμα (συνήθως στο πηνίο). Ανάλογα με το σε τι μετράται η τάση, βαθμολογείται η κλίμακα της συσκευής. Είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν υποπολλαπλάσια και πολλαπλάσια.
Σε περίπτωση χαμηλών τιμών, η ηλεκτρική τάση μετράται σε millivolt ή microvolt. Αντίθετα, πολλαπλές μονάδες χρησιμοποιούνται σε δίκτυα υψηλής τάσης.
Οποιοδήποτε βολτόμετρο συνδέεται παράλληλα με εκείνο το τμήμα του κυκλώματος όπου μετράται η τάση. Η κύρια ιδιότητα του κυκλώματος της συσκευής μπορεί να ονομαστεί υψηλή ωμική αντίσταση. Ένα βολτόμετρο, ανεξάρτητα από τη μέτρηση της τάσης, δεν πρέπει να επηρεάζει την ισχύ του ρεύματος στο κύκλωμα. Ένα μικρό ρεύμα διέρχεται από αυτό, το οποίο δεν επηρεάζει σημαντικά την κύρια τιμή.
Πίνακας τάσης
| Φυσική συσκευή | Τάση στις επαφές του, V |
| Πόλος βολτ | 1, 1 |
| Μπαταρία φακού | 1, 5 |
| Αλκαλική μπαταρία | 1, 25 |
| Μπαταρία οξέος | 2 |
| Δίκτυο πόλης | 220 |
| Υψηλή τάσηηλεκτροφόρα καλώδια | 500.000 |
| Ανάμεσα στα σύννεφα σε μια καταιγίδα | Έως 100.000.000 |
Πρακτική εφαρμογή βολτομέτρου
Για να χρησιμοποιήσετε το βολτόμετρο αποτελεσματικά, θα πρέπει να μάθετε πώς να το χρησιμοποιείτε. Ένας περίεργος πειραματιστής μπορεί να συμβουλευτεί να επικοινωνήσει με τους δασκάλους του σχολείου.
Οι σχολικές τάξεις φυσικής είναι εξοπλισμένες με εργαστηριακά όργανα και όργανα επίδειξης για τη μέτρηση τάσεων.
Λειτουργείτε οποιοδήποτε βολτόμετρο με προσοχή, ακολουθώντας απλούς κανόνες:
- Το βολτόμετρο έχει μέγιστο όριο μέτρησης. Αυτή είναι η υψηλότερη τιμή στην κλίμακα του. Μην το συνδέετε σε κύκλωμα που περιέχει στοιχείο υψηλότερης τάσης.
- Αν δεν υπάρχει άλλη πηγή ή βολτόμετρο, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα σύστημα πρόσθετης αντίστασης. Σε αυτήν την περίπτωση, η κλίμακα του βολτόμετρου πρέπει επίσης να αλλάξει.
- Οι ηλεκτρικές συσκευές συνδέονται στο κύκλωμα DC ανάλογα με τις ενδείξεις του σήματος φόρτισης στους ακροδέκτες του. Ο θετικός ακροδέκτης της πηγής ρεύματος πρέπει να συνδεθεί στον θετικό ακροδέκτη του βολτόμετρου, ο αρνητικός ακροδέκτης στον αρνητικό ακροδέκτη. Εάν ανακατευτούν, τα βέλη της συσκευής μπορεί να λυγίσουν, κάτι που είναι εξαιρετικά ανεπιθύμητο.
- Όλες οι συνδέσεις γίνονται αποκλειστικά σε ένα κύκλωμα που δεν λειτουργεί.
Ανθυγιεινό
Η δράση του ηλεκτρικού ρεύματος μπορεί να είναι επικίνδυνη για τον άνθρωπο. Λιγότερο από 24 V θεωρείται αβλαβές.
Η δράση του ρεύματος υπό την τάση του δικτύου της πόλης (220 V) είναι αρκετά αισθητή. Το άγγιγμα γυμνών επαφών συνοδεύεται από ένα σημαντικό «σοκ».
Η τάση κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας περνάει ένα τόσο υψηλό ρεύμα μέσα από το ανθρώπινο σώμα που απειλεί να τον σκοτώσει. Μην διακινδυνεύετε τη ζωή και την υγεία σας.
