Възможно ли е да си представим живота си без електричество? Съвременният човек се е обградил плътно с домакински уреди, които помагат в живота. Вече не можем да си представим себе си и живота си без интелигентни домашни асистенти.
Технологиите все повече преминават към използването на електричество. Дори транспортът постепенно се прехвърля към електрически двигатели, които могат да намалят значителните вреди за природата.
Днес ще се опитаме да отговорим на следните въпроси:
- Какво е електрически ток?
- Какво е електрическо напрежение?
- Как да определим напрежението?
- В какво се измерва напрежението?
Какво е в момента?
В зората на изследването на електричеството, то се получава чрез триене на едно тяло в друго. По-голям запас от заряд може да се получи по време на гръмотевична буря, като се използва естествен разряд - мълния. Известно е, че този метод струва живота на ученик на М. В. Ломоносов - Рихтер.
Самото таксуване е трудно и нерационално за използване. Необходимо е да се получи насоченото му движение - електрически ток. Текущи имоти:
- нагряване на проводника;
- химическо действие;
- механично действие;
- магнитно действие.
Те се използват в ежедневието и технологиите. Необходимо условие за съществуването на ток е наличието на източник на ток, свободни електрически заряди и затворен проводник.
Фон
През 1792 г. известният италиански физик, физиолог и изобретател Алесандро Волта се интересува от заключенията на своя сънародник Луиджи Галвани за природата на токовите импулси в животинските органи. Дългосрочното наблюдение на поведението на жабешките крака, закрепени върху метални куки, му позволи да заключи, че източникът на електричество не е жив организъм, а контактът на различни метали. Именно това обстоятелство допринася за потока на електричество, а реакцията на нервните окончания е само физиологичен ефект на тока.
Уникално откритие доведе до създаването на първия в света източник на постоянен ток, наречен Voltaic Pillar. Различни метали (Волта твърди, че те трябва да бъдат отстранени един от друг в серия от химични елементи) се полагат с хартия, импрегнирана с течен „проводник от втория вид“.
Това устройство беше първият източник на постоянно напрежение. Единицата за електрическо напрежение увековечи името на Алесандро Волта.
DC захранване
Основният елемент на електрическата верига е източник на ток. Целта му е да създаде електрическо поле, под въздействието на което свободните заредени частици (електрони, йони) влизат в насочено движение. Натрупани наотделните елементи на изходните заряди (те се наричат полюси) имат различни знаци. Самият заряд се преразпределя вътре в източника под действието на сили от неелектрическо естество (механични, химически, магнитни, термични и т.н.). Електрическото поле, създадено от полюсите извън източника на ток, извършва работата по преместване на заряда в затворен проводник. Алесандро Волта говори за необходимостта от затворена верига за създаване на постоянен ток.
Тъй като зарядът се движи в източниците под действието на неелектрически сили, може да се твърди, че тези сили работят. Да ги наречем аутсайдери. Съотношението на работата на външните сили за прехвърляне на заряд вътре в източника на ток към големината на заряда се нарича електродвижеща сила.
Математическа нотация за това съотношение:
- Ε=Ast: q,
където E е електродвижещата сила (EMF), Astе работата на външни сили, q е зарядът, пренесен от външни сили в източника.
EMF характеризира способността на източника да създава ток, но основната характеристика на източника понякога се счита за електрическо напрежение (потенциална разлика).
Напрежение
Съотношението на работата на полето за преместване на заряда в проводника към големината на заряда се нарича електрическо напрежение.
За да го определите, трябва да разделите стойността на полевата работа на стойността на таксата. Нека A е работата, извършена от електрическото поле на източника на ток, за да премести заряда q. U - електрическо напрежение. Математическа нотация на съответната формула:
U=A: q
Като всяка физическа величина, напрежението има мерна единица. Как се измерва напрежението? От името на изобретателя на първия в света източник на постоянен ток, Алесандро Волта, тази стойност получи собствена мерна единица. В международната система напрежението се измерва във волтове (V).
A напрежението от 1 V е напрежението на електрическо поле, което извършва работа от 1 J, за да премести заряд от 1 C.
V=J/C=N•m/(A•s)=kg•m/(A•s3).
В основните SI единици, единицата за електрическо напрежение:
kg•m/(A•s3).
Задължителна стойност
Защо не е достатъчно, характеризирайки тока, да се въведе понятието сила на тока? Нека направим мисловен експеримент. Да вземем две различни лампи: обикновена домакинска лампа и лампа от фенерче. Когато ги свържете към различни източници на ток (градска мрежа и батерия), можете да получите точно същата стойност на тока. В същото време една домакинска лампа дава повече светлина, тоест работата на тока в нея е много по-голяма.
Различните източници на ток имат различни напрежения. Следователно тази стойност е от съществено значение.
Полезна аналогия
Разбирането на физическото значение на електрическото напрежение идва от интересна аналогия. В комуникационните съдове течността тече от тръба към тръба, ако има разлика в налягането в тях. Потокът на течността спира в случай на равенствоналягане.
Ако течният ток се сравни с потока на електрически заряд, тогава разликата в налягането на течните колони играе същата роля като потенциалната разлика в източника на ток.
Докато процесите, съпътстващи преразпределението на заряда върху полюсите, се извършват вътре в източника на ток, той е в състояние да създаде ток в проводника. Напрежението на електрическия ток се измерва във волтове, разликата в налягането има мерна единица - паскал.
Променлив ток
Електрически ток, периодично променящ посоката си, се нарича променлив. Създава се от източник на променливо напрежение. Най-често това е генератор. Нека се опитаме да обясним: какво е измерването на променливотоково напрежение?
Самият принцип на текущото генериране се основава на феномена на електромагнитната индукция. Въртенето на затворена верига в магнитно поле води до появата на потенциална разлика в проводника. Напрежението се измерва във волтове и в случай на променлив ток.
Може ли да се твърди, че напрежението не се променя? Очевидно, поради промяна в ъгъла между равнината на контура и нормалата към него, генерираното напрежение се променя с течение на времето. Стойността му нараства от нула до някаква максимална стойност, след което отново пада до нула. Няма нужда да се говори за определена стойност. Въведете така наречената стойност на ефективното напрежение:
- Ud=U: √2.
Какъв инструмент измерва напрежението?
Уред за измерване на електрическо напрежение - волтметър. Принципът на неговото действие се основава на взаимодействието на верига с ток и магнитно полепостоянен магнит. Известно е, че верига с ток се върти в магнитно поле. В зависимост от количеството тока във веригата, ъгълът на въртене се променя.
Ако прикачите стрелка към веригата, тогава тя се отклонява от нула, когато ток тече във веригата (обикновено бобината). В зависимост от това в какво се измерва напрежението, скалата на устройството се градуира. Възможно е да се използват подмножители и кратни.
В случай на ниски стойности, електрическото напрежение се измерва в миливолта или микроволта. Напротив, множество единици се използват във високоволтови мрежи.
Всеки волтметър е свързан паралелно към тази част от веригата, където се измерва напрежението. Основното свойство на веригата на устройството може да се нарече високо омично съпротивление. Волтметър, независимо в какво напрежение се измерва, не трябва да влияе на силата на тока във веригата. През него преминава малък ток, който не влияе значително на основната стойност.
Таблица за напрежение
| Физическо устройство | Напрежение на неговите контакти, V |
| Волтов полюс | 1, 1 |
| батерия за фенерче | 1, 5 |
| Алкална батерия | 1, 25 |
| Киселинна батерия | 2 |
| Градска мрежа | 220 |
| Високо напрежениеелектропроводи | 500 000 |
| Между облаците в гръмотевична буря | До 100 000 000 |
Практическо приложение на волтметър
За да използвате волтметъра ефективно, трябва да се научите как да го използвате. Любопитен експериментатор може да бъде посъветван да се свърже с училищните учители.
Училищните класни стаи по физика са оборудвани с лабораторни и демонстрационни инструменти за измерване на напреженията.
Работете с всеки волтметър с повишено внимание, като следвате прости правила:
- Волтметърът има максимална граница на измерване. Това е най-високата стойност в неговата скала. Не го свързвайте към верига, съдържаща елемент с по-високо напрежение.
- Ако няма друг източник или волтметър, можете да използвате система за допълнително съпротивление. В този случай трябва да се промени и скалата на волтметъра.
- Електрическите уреди се свързват към веригата за постоянен ток в зависимост от индикацията на знака за зареждане на нейните клеми. Положителният извод на източника на ток трябва да бъде свързан към положителния извод на волтметъра, отрицателният извод към отрицателния извод. Ако се смесят, стрелките на устройството може да се огънат, което е крайно нежелателно.
- Всички връзки са направени изключително към изключена верига.
Нездравословно
Действието на електрическия ток може да е опасно за хората. По-малко от 24 V се счита за безвредно.
Действието на тока под напрежението на градската мрежа (220 V) е доста забележимо. Докосването до голи контакти е придружено от значителен "шок".
Напрежението по време на гръмотевична буря пропуска толкова висок ток през човешкото тяло, че заплашва да го убие. Не рискувайте живота и здравето си.
