Je možné si predstaviť svoj život bez elektriny? Moderný človek sa pevne obklopil domácimi spotrebičmi, ktoré pomáhajú v živote. Už si nevieme predstaviť seba a svoj život bez inteligentných domácich asistentov.
Technológie čoraz viac prechádzajú na využívanie elektriny. Aj doprava sa postupne presúva na elektromotory, ktoré môžu znížiť značné škody na prírode.
Dnes sa pokúsime odpovedať na nasledujúce otázky:
- Čo je elektrický prúd?
- Čo je elektrické napätie?
- Ako určiť napätie?
- V čom sa meria napätie?
Čo je aktuálne?
Na úsvite štúdia elektriny sa získavala trením jedného tela o druhé. Väčšiu zásobu náboja bolo možné získať počas búrky pomocou prirodzeného výboja – blesku. Je známe, že táto metóda stála život študenta M. V. Lomonosova - Richtera.
Používanie samotného poplatku je náročné a iracionálne. Je potrebné získať jeho usmernený pohyb - elektrický prúd. Aktuálne vlastnosti:
- ohrievanie vodiča;
- chemické pôsobenie;
- mechanická činnosť;
- magnetická akcia.
Používajú sa v každodennom živote a technológiách. Nevyhnutnou podmienkou existencie prúdu je prítomnosť zdroja prúdu, voľných elektrických nábojov a uzavretého vodiča.
Pozadie
V roku 1792 sa slávny taliansky fyzik, fyziológ a vynálezca Alessandro Volta začal zaujímať o závery jeho krajana Luigiho Galvaniho o povahe prúdových impulzov v orgánoch zvierat. Dlhodobé pozorovanie správania sa žabích stehienok upevnených na kovových háčikoch mu umožnilo dospieť k záveru, že zdrojom elektriny nie je živý organizmus, ale kontakt odlišných kovov. Práve táto okolnosť prispieva k toku elektriny a reakcia nervových zakončení je len fyziologickým účinkom prúdu.
Unikátny objav viedol k vytvoreniu prvého zdroja jednosmerného prúdu na svete, nazývaného Voltaický stĺp. Nepodobné kovy (Volta tvrdila, že by mali byť od seba odstránené v sérii chemických prvkov) sú položené papierom impregnovaným tekutým "vodičom druhého druhu."
Toto zariadenie bolo prvým zdrojom konštantného napätia. Jednotka elektrického napätia zvečnila meno Alessandra Voltu.
Napájanie jednosmerným prúdom
Hlavným prvkom elektrického obvodu je zdroj prúdu. Jeho účelom je vytvoriť elektrické pole, pod vplyvom ktorého sa voľné nabité častice (elektróny, ióny) dostanú do riadeného pohybu. Nahromadené dňajednotlivé prvky zdrojových nábojov (nazývajú sa póly) majú rôzne znamienka. Samotný náboj sa prerozdeľuje vo vnútri zdroja pôsobením síl neelektrickej povahy (mechanických, chemických, magnetických, tepelných atď.). Elektrické pole vytvorené pólmi mimo zdroja prúdu vykonáva prácu pohybu náboja v uzavretom vodiči. Alessandro Volta hovoril o potrebe uzavretého okruhu na vytvorenie jednosmerného prúdu.
Keďže sa náboj pohybuje v zdrojoch pôsobením neelektrických síl, možno tvrdiť, že tieto sily fungujú. Nazvime ich outsideri. Pomer práce vonkajších síl na prenos náboja vo vnútri zdroja prúdu k veľkosti náboja sa nazýva elektromotorická sila.
Matematický zápis pre tento pomer:
- Ε=Ast: q,
kde E je elektromotorická sila (EMF), Astje práca vonkajších síl, q je náboj prenášaný vonkajšími silami v zdroji.
EMF charakterizuje schopnosť zdroja vytvárať prúd, ale za hlavnú charakteristiku zdroja sa niekedy považuje elektrické napätie (rozdiel potenciálov).
Napätie
Pomer práce poľa pri pohybe náboja vo vodiči k veľkosti náboja sa nazýva elektrické napätie.
Na jej určenie je potrebné vydeliť hodnotu práce v teréne hodnotou poplatku. Nech A je práca vykonaná elektrickým poľom zdroja prúdu na pohyb náboja q. U - elektrické napätie. Matematický zápis zodpovedajúceho vzorca:
U=A: q
Ako každá fyzická veličina, aj napätie má mernú jednotku. Ako sa meria napätie? Podľa mena vynálezcu prvého zdroja jednosmerného prúdu na svete Alessandra Voltu táto hodnota dostala vlastnú mernú jednotku. V medzinárodnom systéme sa napätie meria vo voltoch (V).
Napätie 1 V je napätie elektrického poľa, ktoré vykoná prácu 1 J na presun náboja o 1 C.
V=J/C=N•m/(A•s)=kg•m/(A•s3).
V základných jednotkách SI jednotka elektrického napätia:
kg•m/(A•s3).
Požadovaná hodnota
Prečo nestačí, charakterizujúc prúd, zaviesť pojem sila prúdu? Urobme myšlienkový experiment. Zoberme si dve rôzne lampy: obyčajnú domácu lampu a lampu z baterky. Pri ich pripojení k rôznym zdrojom prúdu (mestská sieť a batéria) môžete získať presne rovnakú aktuálnu hodnotu. Lampa pre domácnosť zároveň dáva viac svetla, to znamená, že práca prúdu v nej je oveľa väčšia.
Rôzne zdroje prúdu majú rôzne napätia. Preto je táto hodnota nevyhnutná.
Užitočná analógia
Pochopenie fyzikálneho významu elektrického napätia vychádza zo zaujímavej analógie. V prepojených cievach tekutina prúdi z rúrky do rúrky, ak je v nich rozdiel tlaku. V prípade rovnosti sa prietok tekutiny zastavítlak.
Ak sa prúd kvapaliny porovnáva s prietokom elektrického náboja, potom tlakový rozdiel v stĺpcoch kvapaliny hrá rovnakú úlohu ako potenciálny rozdiel v zdroji prúdu.
Pokiaľ procesy sprevádzajúce prerozdelenie náboja na póloch prebiehajú vo vnútri zdroja prúdu, je schopný vytvárať prúd vo vodiči. Napätie elektrického prúdu sa meria vo voltoch, tlakový rozdiel má meraciu jednotku - pascal.
Striedavý prúd
Elektrický prúd, ktorý periodicky mení svoj smer, sa nazýva premenlivý. Vytvára ho zdroj striedavého napätia. Najčastejšie ide o generátor. Pokúsme sa vysvetliť: čo je meranie striedavého napätia?
Samotný princíp súčasnej generácie je založený na fenoméne elektromagnetickej indukcie. Otáčanie uzavretého obvodu v magnetickom poli vedie k vzniku rozdielu potenciálov vo vodiči. Napätie sa meria vo voltoch a v prípade meniaceho sa prúdu.
Dá sa tvrdiť, že sa napätie nemení? Je zrejmé, že v dôsledku zmeny uhla medzi rovinou obrysu a normálou k nej sa generované napätie v priebehu času mení. Jeho hodnota rastie z nuly na určitú maximálnu hodnotu, potom opäť klesá na nulu. O určitej hodnote sa netreba baviť. Zadajte takzvanú hodnotu efektívneho napätia:
- Ud=U: √2.
Aký prístroj meria napätie?
Prístroj na meranie elektrického napätia - voltmeter. Princíp jeho činnosti je založený na interakcii obvodu s prúdom a magnetickým poľompermanentný magnet. Je známe, že obvod s prúdom sa otáča v magnetickom poli. V závislosti od množstva prúdu v obvode sa mení uhol natočenia.
Ak k obvodu pripojíte šípku, potom sa pri pretekaní prúdu obvodom (zvyčajne cievkou) odchyľuje od nuly. Podľa toho, v čom sa meria napätie, je stupnica prístroja odstupňovaná. Je možné použiť čiastkové a násobky.
V prípade nízkych hodnôt sa elektrické napätie meria v milivoltoch alebo mikrovoltoch. Naopak, vo vysokonapäťových sieťach sa používajú viaceré jednotky.
Akýkoľvek voltmeter je zapojený paralelne k tej časti obvodu, kde sa meria napätie. Hlavnou vlastnosťou obvodu zariadenia možno nazvať vysoký ohmický odpor. Voltmeter, bez ohľadu na to, v čom sa meria napätie, by nemal ovplyvniť silu prúdu v obvode. Preteká ním malý prúd, ktorý výrazne neovplyvňuje hlavnú hodnotu.
Tabuľka napätia
| Fyzické zariadenie | Napätie na jeho kontaktoch, V |
| Voltová tyč | 1, 1 |
| Bateria baterky | 1, 5 |
| Alkalická batéria | 1, 25 |
| Kyselinová batéria | 2 |
| Mestská sieť | 220 |
| Vysoké napätieelektrické vedenie | 500 000 |
| Medzi oblakmi v búrke | Až 100 000 000 |
Praktická aplikácia voltmetra
Ak chcete efektívne používať voltmeter, mali by ste sa naučiť, ako ho používať. Zvedavý experimentátor môže poradiť, aby kontaktoval učiteľov školy.
Školské učebne fyziky sú vybavené laboratórnymi a demonštračnými prístrojmi na meranie napätí.
Ovládajte akýkoľvek voltmeter opatrne a dodržiavajte jednoduché pravidlá:
- Voltmeter má maximálny limit merania. Toto je najvyššia hodnota na jeho stupnici. Nepripájajte ho k obvodu obsahujúcemu prvok s vyšším napätím.
- Ak neexistuje žiadny iný zdroj alebo voltmeter, môžete použiť systém dodatočného odporu. V tomto prípade je potrebné zmeniť aj stupnicu voltmetra.
- Elektrické spotrebiče sa pripájajú k obvodu jednosmerného prúdu v závislosti od označenia nabíjania na jeho svorkách. Kladná svorka zdroja prúdu musí byť pripojená ku kladnej svorke voltmetra, záporná svorka k zápornej svorke. Ak sa pomiešajú, šípky zariadenia sa môžu ohnúť, čo je veľmi nežiaduce.
- Všetky pripojenia sa vykonávajú výlučne do okruhu bez napätia.
Nezdravé
Pôsobenie elektrického prúdu môže byť pre ľudí nebezpečné. Menej ako 24 V sa považuje za neškodné.
Pôsobenie prúdu pod napätím mestskej siete (220 V) je dosť citeľné. Dotyk holých kontaktov sprevádza výrazný „šok“.
Napätie počas búrky prechádza ľudským telom takým vysokým prúdom, že hrozí, že ho zabije. Neriskujte svoj život a zdravie.
