Nabíjanie v pohybe. Môže mať podobu náhleho výboja statickej elektriny, napríklad blesku. Alebo to môže byť riadený proces v generátoroch, batériách, solárnych alebo palivových článkoch. Dnes zvážime samotný pojem "elektrický prúd" a podmienky existencie elektrického prúdu.

Elektrická energia

Väčšina elektriny, ktorú používame, prichádza vo forme striedavého prúdu z elektrickej siete. Vytvárajú ho generátory, ktoré pracujú podľa Faradayovho zákona indukcie, vďaka čomu môže meniace sa magnetické pole indukovať vo vodiči elektrický prúd.

Generátory majú rotujúce cievky drôtu, ktoré pri rotácii prechádzajú cez magnetické polia. Keď sa cievky otáčajú, otvárajú a zatvárajú sa vzhľadom na magnetické pole a vytvárajú elektrický prúd, ktorý pri každom otočení mení smer. Prúd prechádza celým cyklom tam a späť 60-krát za sekundu.

Generátory môžu byť poháňané parnými turbínami vykurovanými uhlím, zemným plynom, ropou alebo jadrovým reaktorom. Z generátora prúd prechádza cez sériu transformátorov, kde sa zvyšuje jeho napätie. Priemer drôtov určuje množstvo a silu prúdu, ktoré môžu prenášať bez prehriatia a plytvania energiou a napätie je obmedzené iba tým, ako dobre sú vedenia izolované od zeme.

Je zaujímavé poznamenať, že prúd je prenášaný iba jedným drôtom, nie dvoma. Jeho dve strany sú označené ako pozitívne a negatívne. Keďže sa však polarita striedavého prúdu mení 60-krát za sekundu, majú iné názvy - horúce (hlavné elektrické vedenia) a uzemnené (prechádzajúce pod zemou, aby sa okruh dokončil).

Prečo je potrebná elektrina?

Elektrina má mnoho spôsobov využitia: dokáže osvetliť váš dom, vyprať a vysušiť oblečenie, zdvihnúť garážové dvere, prevariť vodu v rýchlovarnej kanvici a napájať ďalšie domáce potreby, ktoré nám veľmi uľahčujú život. Čoraz dôležitejšia je však schopnosť prúdu prenášať informácie.

Počítač po pripojení na internet využíva len malú časť elektrického prúdu, no to je niečo, bez čoho si moderný človek nevie predstaviť svoj život.

Pojem elektrického prúdu

Podobne ako riečny prúd, prúd molekúl vody, aj elektrický prúd je prúd nabitých častíc. Čo to spôsobuje a prečo to nejde vždy tým istým smerom? Keď počujete slovo flow, čo sa vám vybaví? Možno to bude rieka. Je to dobrá asociácia, pretože to je dôvod, prečo elektrický prúd dostal svoje meno. Je to veľmi podobné prúdeniu vody, len namiesto toho, aby sa molekuly vody pohybovali pozdĺž kanála, nabité častice sa pohybujú pozdĺž vodiča.

Medzi podmienky potrebné na existenciu elektrického prúdu patrí položka, ktorá zabezpečuje prítomnosť elektrónov. Atómy vo vodivom materiáli majú veľa týchto voľných nabitých častíc, ktoré plávajú okolo a medzi atómami. Ich pohyb je náhodný, takže nedochádza k žiadnemu toku v žiadnom danom smere. Čo je potrebné na existenciu elektrického prúdu?

Medzi podmienky existencie elektrického prúdu patrí prítomnosť napätia. Keď sa aplikuje na vodič, všetky voľné elektróny sa budú pohybovať rovnakým smerom a vytvárajú prúd.

Zaujíma vás elektrický prúd

Je zaujímavé, že keď sa elektrická energia prenáša cez vodič rýchlosťou svetla, samotné elektróny sa pohybujú oveľa pomalšie. V skutočnosti, ak by ste pokojne kráčali vedľa vodivého drôtu, vaša rýchlosť by bola 100-krát vyššia, ako sa pohybujú elektróny. Je to spôsobené tým, že nepotrebujú prekonávať obrovské vzdialenosti, aby si navzájom odovzdávali energiu.

Jednosmerný a striedavý prúd

Dnes sú široko používané dva rôzne typy prúdu - jednosmerný a striedavý. V prvom sa elektróny pohybujú jedným smerom, z "negatívnej" strany na "pozitívnu". Striedavý prúd tlačí elektróny tam a späť a mení smer toku niekoľkokrát za sekundu.

Generátory používané v elektrárňach na výrobu elektriny sú určené na výrobu striedavého prúdu. Pravdepodobne ste si nikdy nevšimli, že svetlo vo vašom dome skutočne bliká, keď sa mení aktuálny smer, ale deje sa to príliš rýchlo, aby to oči rozpoznali.

Aké sú podmienky pre existenciu jednosmerného elektrického prúdu? Prečo potrebujeme oba typy a ktorý z nich je lepší? Toto sú dobré otázky. Skutočnosť, že stále používame oba typy prúdu, naznačuje, že oba slúžia na špecifické účely. Už v 19. storočí bolo jasné, že efektívny prenos energie na veľké vzdialenosti medzi elektrárňou a domom je možný len pri veľmi vysokom napätí. Problémom však bolo, že posielanie skutočne vysokého napätia bolo pre ľudí mimoriadne nebezpečné.

Riešením tohto problému bolo znížiť stres mimo domova predtým, ako ho pošlete dovnútra. Dodnes sa jednosmerný elektrický prúd používa na prenos na veľké vzdialenosti, hlavne kvôli jeho schopnosti ľahko sa premieňať na iné napätia.

Ako funguje elektrický prúd

Medzi podmienky existencie elektrického prúdu patrí prítomnosť nabitých častíc, vodiča a napätia. Mnohí vedci študovali elektrinu a zistili, že existujú dva jej typy: statická a prúdová.

Je to druhý, ktorý hrá obrovskú úlohu v každodennom živote každého človeka, pretože ide o elektrický prúd, ktorý prechádza obvodom. Používame ho denne na napájanie našich domovov a ďalšie.

Čo je elektrický prúd?

Keď elektrické náboje cirkulujú v obvode z jedného miesta na druhé, vzniká elektrický prúd. Medzi podmienky existencie elektrického prúdu patrí okrem nabitých častíc aj prítomnosť vodiča. Najčastejšie ide o drôt. Jeho obvod je uzavretý obvod, v ktorom prúdi prúd zo zdroja energie. Keď je okruh otvorený, nemôže cestu dokončiť. Napríklad, keď je svetlo vo vašej izbe vypnuté, okruh je otvorený, ale keď je okruh zatvorený, svetlo svieti.

Aktuálny výkon

Podmienky existencie elektrického prúdu vo vodiči do značnej miery ovplyvňuje taká charakteristika napätia, ako je výkon. Toto je miera toho, koľko energie sa spotrebuje za dané časové obdobie.

Existuje mnoho rôznych jednotiek, ktoré možno použiť na vyjadrenie tejto charakteristiky. Elektrický výkon sa však takmer meria vo wattoch. Jeden watt sa rovná jednému joulu za sekundu.

Elektrický náboj v pohybe

Aké sú podmienky existencie elektrického prúdu? Môže mať podobu náhleho výboja statickej elektriny, ako je blesk alebo iskra z trenia o vlnenú handričku. Častejšie však, keď hovoríme o elektrickom prúde, máme na mysli viac kontrolovanú formu elektriny, vďaka ktorej fungujú svetlá a spotrebiče. Väčšinu elektrického náboja nesú negatívne elektróny a kladné protóny v atóme. Tie sú však väčšinou imobilizované vo vnútri atómových jadier, takže prácu na prenose náboja z jedného miesta na druhé vykonávajú elektróny.

Elektróny vo vodivom materiáli, ako je kov, sa môžu do značnej miery voľne pohybovať z jedného atómu na druhý pozdĺž svojich vodivých pásov, čo sú vyššie dráhy elektrónov. Dostatočná elektromotorická sila alebo napätie vytvára nerovnováhu náboja, ktorá môže spôsobiť pohyb elektrónov cez vodič vo forme elektrického prúdu.

Ak nakreslíme analógiu s vodou, vezmite si napríklad potrubie. Keď otvoríme ventil na jednom konci, aby sa voda dostala do potrubia, nemusíme čakať, kým sa voda dostane až na koniec potrubia. Na druhom konci dostaneme vodu takmer okamžite, pretože prichádzajúca voda tlačí vodu, ktorá je už v potrubí. To sa deje v prípade elektrického prúdu v drôte.

Elektrický prúd: podmienky existencie elektrického prúdu

Elektrický prúd sa zvyčajne považuje za tok elektrónov. Keď sú dva konce batérie navzájom spojené kovovým drôtom, táto nabitá hmota prechádza drôtom z jedného konca (elektródy alebo pólu) batérie na opačný. Nazvime teda podmienky existencie elektrického prúdu:

1. nabité častice.
2. Dirigent.
3. Zdroj napätia.

Nie všetko je však také jednoduché. Aké podmienky sú potrebné na existenciu elektrického prúdu? Na túto otázku možno podrobnejšie odpovedať zvážením nasledujúcich charakteristík:

• Potenciálny rozdiel (napätie). Toto je jeden z predpokladov. Medzi týmito 2 bodmi musí byť potenciálny rozdiel, čo znamená, že odpudivá sila, ktorú vytvárajú nabité častice na jednom mieste, musí byť väčšia ako ich sila v inom bode. Zdroje napätia sa v prírode spravidla nevyskytujú a elektróny sú v prostredí rozmiestnené pomerne rovnomerne. Napriek tomu sa vedcom podarilo vynájsť určité typy zariadení, kde sa tieto nabité častice môžu hromadiť, čím sa vytvorí veľmi potrebné napätie (napríklad v batériách).
• Elektrický odpor (vodič). Toto je druhá dôležitá podmienka, ktorá je nevyhnutná pre existenciu elektrického prúdu. Toto je dráha, po ktorej sa pohybujú nabité častice. Ako vodiče pôsobia len tie materiály, ktoré umožňujú voľný pohyb elektrónov. Tí, ktorí túto schopnosť nemajú, sa nazývajú izolanty. Napríklad kovový drôt bude vynikajúcim vodičom, zatiaľ čo jeho gumený plášť bude vynikajúcim izolantom.

Po starostlivom preštudovaní podmienok pre vznik a existenciu elektrického prúdu dokázali ľudia skrotiť tento silný a nebezpečný prvok a nasmerovať ho v prospech ľudstva.

Ak je izolovaný vodič umiestnený v elektrickom poli \(\overrightarrow(E)\), potom sila \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) bude pôsobiť na voľné náboje \(q\) V dôsledku toho, vodič, dochádza ku krátkodobému pohybu voľných nábojov. Tento proces sa skončí, keď vlastné elektrické pole nábojov, ktoré vznikli na povrchu vodiča, úplne kompenzuje vonkajšie pole. Výsledné elektrostatické pole vo vnútri vodiča bude nulové.

Vo vodičoch však za určitých podmienok môže nastať súvislý usporiadaný pohyb voľných nosičov elektrického náboja.

Usmernený pohyb nabitých častíc sa nazýva elektrický prúd.

Smer pohybu kladných voľných nábojov sa berie ako smer elektrického prúdu. Pre existenciu elektrického prúdu vo vodiči je potrebné vytvoriť v ňom elektrické pole.

Kvantitatívna miera elektrického prúdu je prúdová sila\(I\) je skalárna fyzikálna veličina rovnajúca sa pomeru náboja \(\Delta q\) preneseného cez prierez vodiča (obr. 1.8.1) za časový interval \(\Delta t\) , do tohto časového intervalu:

$$I = \frac(\Delta q)(\Delta t) $$

Ak sa sila prúdu a jeho smer s časom nemenia, potom sa takýto prúd nazýva trvalé .

V medzinárodnom systéme jednotiek SI sa prúd meria v ampéroch (A). Prúdová jednotka 1A je nastavená magnetickou interakciou dvoch paralelných vodičov s prúdom.

Konštantný elektrický prúd môže byť generovaný iba v uzavretý okruh , v ktorom voľné nosiče náboja cirkulujú po uzavretých dráhach. Elektrické pole v rôznych bodoch takéhoto obvodu je v priebehu času konštantné. V dôsledku toho má elektrické pole v jednosmernom obvode charakter zmrazeného elektrostatického poľa. Ale pri pohybe elektrického náboja v elektrostatickom poli po uzavretej dráhe je práca elektrických síl nulová. Preto pre existenciu jednosmerného prúdu je potrebné mať v elektrickom obvode zariadenie, ktoré dokáže vytvárať a udržiavať potenciálne rozdiely v úsekoch obvodu v dôsledku práce síl. neelektrostatického pôvodu. Takéto zariadenia sú tzv zdroje jednosmerného prúdu . Volajú sa sily neelektrostatického pôvodu pôsobiace na voľné nosiče náboja zo zdrojov prúdu vonkajšie sily .

Povaha vonkajších síl môže byť rôzna. V galvanických článkoch alebo batériách vznikajú v dôsledku elektrochemických procesov, v DC generátoroch vznikajú vonkajšie sily pri pohybe vodičov v magnetickom poli. Zdroj prúdu v elektrickom obvode hrá rovnakú úlohu ako čerpadlo, ktoré je potrebné na čerpanie kvapaliny v uzavretom hydraulickom systéme. Pod vplyvom vonkajších síl sa elektrické náboje pohybujú vo vnútri zdroja prúdu proti sily elektrostatického poľa, vďaka ktorým sa v uzavretom okruhu môže udržiavať konštantný elektrický prúd.

Keď sa elektrické náboje pohybujú po obvode jednosmerného prúdu, fungujú vonkajšie sily pôsobiace vo vnútri zdrojov prúdu.

Fyzikálna veličina rovnajúca sa pomeru práce \ (A_ (st) \) vonkajších síl pri pohybe náboja \ (q \) zo záporného pólu zdroja prúdu na kladný k hodnote tohto náboja sa nazýva zdrojová elektromotorická sila (EMF):

$$EMF=\varepsilon=\frac(A_(st))(q). $$

EMP je teda určené prácou vykonanou vonkajšími silami pri pohybe jedného kladného náboja. Elektromotorická sila, podobne ako potenciálny rozdiel, sa meria v Volty (V).

Keď sa jeden kladný náboj pohybuje pozdĺž uzavretého obvodu jednosmerného prúdu, práca vonkajších síl sa rovná súčtu EMF pôsobiacich v tomto obvode a práca elektrostatického poľa je nulová.

Jednosmerný obvod je možné rozdeliť na samostatné časti. Volajú sa tie úseky, na ktoré nepôsobia vonkajšie sily (t.j. úseky, ktoré neobsahujú zdroje prúdu). homogénne . Oblasti, ktoré zahŕňajú prúdové zdroje, sú tzv heterogénne .

Keď sa jednotkový kladný náboj pohybuje pozdĺž určitej časti obvodu, fungujú elektrostatické (Coulomb) aj vonkajšie sily. Práca elektrostatických síl sa rovná potenciálnemu rozdielu \(\Delta \phi_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)\) medzi počiatočným (1) a konečným (2) bodom nehomogénneho rezu. . Práca vonkajších síl je podľa definície elektromotorická sila \(\mathcal(E)\) pôsobiaca na tento úsek. Takže celková práca je

$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E)$$

hodnota U 12 sa nazýva napätie na časti reťaze 1-2. V prípade homogénneho úseku sa napätie rovná potenciálnemu rozdielu:

$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)$$

Nemecký fyzik G. Ohm v roku 1826 experimentálne zistil, že sila prúdu \ (I \) pretekajúceho homogénnym kovovým vodičom (t. j. vodičom, v ktorom nepôsobia žiadne vonkajšie sily) je úmerná napätiu \ (U \) pri konce vodiča:

$$I = \frac(1)(R)U; \: U = IR $$

kde \(R\) = konšt.

hodnota R volal elektrický odpor . Vodič s elektrickým odporom sa nazýva odpor . Tento pomer vyjadruje Ohmov zákon pre homogénna časť reťazca: Prúd vo vodiči je priamo úmerný použitému napätiu a nepriamo úmerný odporu vodiča.

V SI je jednotka elektrického odporu vodičov Ohm (Ohm). Odpor 1 ohm má časť obvodu, v ktorej sa pri napätí 1 V vyskytuje prúd 1 A.

Volajú sa vodiče, ktoré dodržiavajú Ohmov zákon lineárne . Grafická závislosť sily prúdu \ (I \) od napätia \ (U \) (takéto grafy sú tzv. voltampérové ​​charakteristiky , skrátene VAC) je znázornená priamkou prechádzajúcou počiatkom. Treba poznamenať, že existuje veľa materiálov a zariadení, ktoré nespĺňajú Ohmov zákon, ako napríklad polovodičová dióda alebo plynová výbojka. Dokonca aj pre kovové vodiče pri prúdoch dostatočne veľkých síl sa pozoruje odchýlka od Ohmovho lineárneho zákona, pretože elektrický odpor kovových vodičov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou.

Pre časť obvodu obsahujúcu EMF je Ohmov zákon napísaný v nasledujúcom tvare:

$$IR = U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E) = \Delta \phi_(12) + \mathcal(E)$$
$$\color(modrá)(I = \frac(U)(R))$$

Tento pomer sa nazýva zovšeobecnený Ohmov zákon alebo Ohmov zákon pre nehomogénny úsek reťaze.

Na obr. 1.8.2 znázorňuje uzavretý jednosmerný obvod. Reťazová časť ( cd) je homogénna.

Obrázok 1.8.2. DC obvod

Ohmov zákon

$$IR = \Delta\phi_(cd)$$

Zápletka ( ab) obsahuje zdroj prúdu s EMF rovným \(\mathcal(E)\).

Podľa Ohmovho zákona pre heterogénnu oblasť,

$$Ir = \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$

Pridaním oboch rovností dostaneme:

$$I(R+r) = \Delta\phi_(cd) + \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$

Ale \(\Delta\phi_(cd) = \Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab)\).

$$\color(modrá)(I=\frac(\mathcal(E))(R + r))$$

Tento vzorec vyjadruje Ohmov zákon pre úplný obvod : prúdová sila v kompletnom obvode sa rovná elektromotorickej sile zdroja, vydelená súčtom odporov homogénnych a nehomogénnych častí obvodu (vnútorný odpor zdroja).

Odpor r heterogénna oblasť na obr. 1.8.2 možno vidieť ako vnútorný odpor zdroja prúdu . V tomto prípade zápletka ( ab) na obr. 1.8.2 je vnútorná časť zdroja. Ak body a a b zatvorte vodičom, ktorého odpor je malý v porovnaní s vnútorným odporom zdroja (\ (R\ \ll r\)), potom obvod potečie skratový prúd

$$I_(kz)=\frac(\mathcal(E))(r)$$

Skratový prúd je maximálny prúd, ktorý je možné získať z daného zdroja s elektromotorickou silou \(\mathcal(E)\) a vnútorným odporom \(r\). Pri zdrojoch s nízkym vnútorným odporom môže byť skratový prúd veľmi veľký a spôsobiť zničenie elektrického obvodu alebo zdroja. Napríklad olovené batérie používané v automobiloch môžu mať skratový prúd niekoľko stoviek ampérov. Zvlášť nebezpečné sú skraty v osvetľovacích sieťach napájaných z rozvodní (tisíce ampérov). Aby sa predišlo deštruktívnemu účinku takýchto vysokých prúdov, sú v obvode zahrnuté poistky alebo špeciálne ističe.

V niektorých prípadoch, aby sa zabránilo nebezpečným hodnotám skratového prúdu, je k zdroju zapojený nejaký vonkajší odpor sériovo. Potom odpor r sa rovná súčtu vnútorného odporu zdroja a vonkajšieho odporu a v prípade skratu nebude sila prúdu nadmerne veľká.

Ak je vonkajší obvod otvorený, potom \(\Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab) = \mathcal(E)\), t.j. potenciálny rozdiel na póloch otvorenej batérie je rovný jeho EMF.

Ak odpor vonkajšieho zaťaženia R zapnuté a cez batériu preteká prúd ja, potenciálny rozdiel na jeho póloch sa rovná

$$\Delta \phi_(ba) = \mathcal(E) - Ir$$

Na obr. 1.8.3 je schematické znázornenie zdroja jednosmerného prúdu s EMF rovným \(\mathcal(E)\) a vnútorným odporom r v troch režimoch: "nečinnosť", práca na záťaži a režim skratu (skrat). Intenzita \(\overrightarrow(E)\) elektrického poľa vo vnútri batérie a sily pôsobiace na kladné náboje sú označené: \(\overrightarrow(F)_(e)\) - elektrická sila a \(\overrightarrow( F)_(st )\) je vonkajšia sila. V režime skratu elektrické pole vo vnútri batérie zmizne.

Na meranie napätí a prúdov v jednosmerných elektrických obvodoch sa používajú špeciálne zariadenia - voltmetre a ampérmetre.

Voltmeter navrhnutý na meranie rozdielu potenciálov aplikovaného na jeho svorky. On spája paralelnýúsek obvodu, na ktorom sa vykonáva meranie rozdielu potenciálov. Každý voltmeter má nejaký vnútorný odpor \(R_(V)\). Aby voltmeter po pripojení k meranému obvodu nezaviedol citeľné prerozdelenie prúdov, musí byť jeho vnútorný odpor veľký v porovnaní s odporom úseku obvodu, ku ktorému je pripojený. Pre obvod znázornený na obr. 1.8.4 je táto podmienka napísaná takto:

$$R_(B) \gg R_(1)$$

Táto podmienka znamená, že prúd \(I_(V) = \Delta \phi_(cd) / R_(V)\) pretekajúci voltmetrom je oveľa menší ako prúd \(I = \Delta \phi_(cd) / R_ (1 )\), ktorý preteká cez testovaný úsek obvodu.

Pretože vo vnútri voltmetra nepôsobia žiadne vonkajšie sily, potenciálny rozdiel na jeho svorkách sa podľa definície zhoduje s napätím. Preto môžeme povedať, že voltmeter meria napätie.

Ampérmeter určené na meranie prúdu v obvode. Ampérmeter je zapojený do série s prerušením elektrického obvodu tak, aby ním prechádzal celý meraný prúd. Ampérmeter má tiež nejaký vnútorný odpor \(R_(A)\). Na rozdiel od voltmetra musí byť vnútorný odpor ampérmetra dostatočne malý v porovnaní s celkovým odporom celého obvodu. Pre obvod na obr. 1.8.4 odpor ampérmetra musí spĺňať podmienku

$$R_(A) \ll (r + R_(1) + R(2))$$

takže pri zapnutí ampérmetra sa prúd v obvode nemení.

Meracie prístroje - voltmetre a ampérmetre - sú dvoch typov: ručné (analógové) a digitálne. Digitálne elektromery sú zložité elektronické zariadenia. Digitálne prístroje zvyčajne poskytujú vyššiu presnosť merania.

Bez určitej počiatočnej znalosti elektriny je ťažké si predstaviť, ako fungujú elektrospotrebiče, prečo vôbec fungujú, prečo je potrebné zapojiť televízor, aby fungoval a stačí malá batéria na to, aby svietila v tme baterka .

A tak pochopíme všetko v poriadku.

Elektrina

Elektrina je prírodný jav, ktorý potvrdzuje existenciu, interakciu a pohyb elektrických nábojov. Elektrina bola prvýkrát objavená už v 7. storočí pred naším letopočtom. grécky filozof Thales. Thales upozornil na skutočnosť, že ak sa kúsok jantáru otrie o vlnu, začne k sebe priťahovať ľahké predmety. Jantár v starej gréčtine je elektrón.

Takto si predstavujem Thalesa, ako sedí, šúcha si kus jantáru o svoje himation (toto je vlnené vrchné oblečenie starých Grékov) a potom sa nechápavým pohľadom pozerá na to, ako vlasy, kúsky nití, perie a útržky papiera priťahuje ich jantár.

Tento jav sa nazýva statická elektrina. Túto skúsenosť si môžete zopakovať. Aby ste to urobili, dôkladne utrite bežné plastové pravítko vlnenou handričkou a prineste ho na malé kúsky papiera.

Treba poznamenať, že tento jav sa dlho neskúmal. A až v roku 1600 anglický prírodovedec William Gilbert vo svojej eseji „O magnete, magnetických telesách a veľkom magnete – Zemi“ zaviedol termín – elektrina. Vo svojej práci opísal svoje experimenty s elektrifikovanými predmetmi a tiež zistil, že iné látky sa môžu stať elektrifikovanými.

Potom už tri storočia najpokročilejší vedci sveta skúmali elektrinu, písali pojednania, formulovali zákony, vymýšľali elektrické stroje a až v roku 1897 objavil Joseph Thomson prvý hmotný nosič elektriny – elektrón, časticu ktorým sú možné elektrické procesy v látkach.

Electron je elementárna častica, má záporný náboj približne rovný -1,602 10 -19 Cl (prívesok). Označené e alebo e -.

Napätie

Aby sa nabité častice pohybovali z jedného pólu na druhý, je potrebné vytvoriť medzi pólmi potenciálny rozdiel alebo - Napätie. Jednotka napätia - Volt (AT alebo V). Vo vzorcoch a výpočtoch je stres označený písmenom V . Ak chcete získať napätie 1 V, musíte medzi pólmi preniesť náboj 1 C a zároveň vykonať prácu 1 J (Joule).

Pre názornosť si predstavte nádrž s vodou umiestnenú v určitej výške. Z nádrže vychádza potrubie. Voda pod prirodzeným tlakom opúšťa nádrž potrubím. Zhodnime sa, že voda áno nabíjačka, výška vodného stĺpca (tlak) je Napätie a prietok vody je elektriny.

Čím viac vody v nádrži, tým vyšší tlak. Podobne z elektrického hľadiska platí, že čím väčší náboj, tým vyššie napätie.

Začneme vypúšťať vodu, zatiaľ čo tlak sa zníži. Tie. úroveň nabitia klesá - hodnota napätia klesá. Tento jav je možné pozorovať pri baterke, žiarovka svieti slabšie, keď sa vybijú batérie. Všimnite si, že čím nižší je tlak vody (napätie), tým nižší je prietok vody (prúd).

Elektrina

Elektrina- ide o fyzikálny proces usmerneného pohybu nabitých častíc pod vplyvom elektromagnetického poľa z jedného pólu uzavretého elektrického obvodu na druhý. Častice prenášajúce náboj môžu byť elektróny, protóny, ióny a diery. Pri absencii uzavretého okruhu nie je prúd možný. Častice schopné prenášať elektrický náboj neexistujú vo všetkých látkach, nazývame tie, v ktorých existujú vodičov a polovodičov. A látky, v ktorých nie sú žiadne takéto častice - dielektriká.

Jednotka merania sily prúdu - Ampere (ALE). Vo vzorcoch a výpočtoch je aktuálna sila označená písmenom ja . Prúd 1 Ampér sa vytvorí, keď náboj 1 Coulomb (6,241 10 18 elektrónov) prejde bodom v elektrickom obvode za 1 sekundu.

Vráťme sa k našej analógii voda-elektrina. Len teraz vezmime dve nádrže a naplňte ich rovnakým množstvom vody. Rozdiel medzi nádržami je v priemere výstupného potrubia.

Otvoríme kohútiky a presvedčíme sa, že prietok vody z ľavej nádrže je väčší (priemer potrubia je väčší) ako z pravej. Táto skúsenosť je jasným dôkazom závislosti prietoku od priemeru potrubia. Teraz sa pokúsime vyrovnať dva prúdy. Za týmto účelom pridajte vodu do pravej nádrže (nabite). Tým sa zvýši tlak (napätie) a zvýši sa prietok (prúd). V elektrickom obvode je priemer potrubia odpor.

Vykonané experimenty jasne demonštrujú vzťah medzi napätie, prúd a odpor. O odpore si povieme viac o niečo neskôr a teraz ešte pár slov o vlastnostiach elektrického prúdu.

Ak napätie nemení svoju polaritu plus na mínus a prúd tečie jedným smerom, potom je to tak D.C. a zodpovedajúcim spôsobom konštantný tlak. Ak zdroj napätia zmení svoju polaritu a prúd tečie jedným smerom, potom v druhom - to už je striedavý prúd a striedavé napätie. Maximálne a minimálne hodnoty (označené na grafe ako io ) - toto je amplitúda alebo špičkové prúdy. V domácich zásuvkách napätie mení svoju polaritu 50-krát za sekundu, t.j. prúd kmitá tam a späť, ukazuje sa, že frekvencia týchto kmitov je 50 Hertzov alebo skrátene 50 Hz. V niektorých krajinách, napríklad v USA, je frekvencia 60 Hz.

Odpor

Elektrický odpor- fyzikálna veličina, ktorá určuje vlastnosť vodiča brániť (odolať) prechodu prúdu. Odporová jednotka - Ohm(označené Ohm alebo grécke písmeno omega Ω ). Vo vzorcoch a výpočtoch je odpor označený písmenom R . Vodič má odpor 1 ohm, na póly ktorého je privedené napätie 1 V a tečie prúd 1 A.

Vodiče vedú prúd inak. ich vodivosť závisí predovšetkým od materiálu vodiča, ako aj od prierezu a dĺžky. Čím väčší je prierez, tým vyššia je vodivosť, ale čím väčšia je dĺžka, tým nižšia je vodivosť. Odpor je opakom vedenia.

Na príklade vodovodného modelu môže byť odpor reprezentovaný ako priemer potrubia. Čím je menšia, tým horšia je vodivosť a vyšší odpor.

Odpor vodiča sa prejaví napríklad zahrievaním vodiča, keď v ňom preteká prúd. Navyše, čím väčší je prúd a čím menší je prierez vodiča, tým silnejšie je zahrievanie.

Moc

Elektrická energia je fyzikálna veličina, ktorá určuje rýchlosť premeny elektriny. Napríklad ste už viackrát počuli: „žiarovka na toľko wattov“. Ide o výkon spotrebovaný žiarovkou za jednotku času počas prevádzky, t.j. premenou jednej formy energie na inú pri určitej rýchlosti.

Zdroje elektriny, ako sú generátory, sa tiež vyznačujú výkonom, ale už vyrobeným za jednotku času.

Pohonná jednotka - Watt(označené Ut alebo W). Vo vzorcoch a výpočtoch je výkon označený písmenom P . Pre striedavé obvody sa používa termín Plný výkon, jednotka - Volt-ampér (V A alebo VA), označený písmenom S .

A nakoniec o elektrický obvod. Tento obvod je súborom elektrických komponentov schopných viesť elektrický prúd a vzájomne prepojených vhodným spôsobom.

To, čo vidíme na tomto obrázku, je elementárny elektrický spotrebič (baterka). pod napätím U(B) zdroj elektriny (batérie) cez vodiče a iné komponenty s rôznym odporom 4,59 (220 hlasov)

Na dnešnom stretnutí sa budeme rozprávať o elektrine, ktorá sa stala neoddeliteľnou súčasťou modernej civilizácie. Energetika prenikla do každej oblasti nášho života. A prítomnosť domácich spotrebičov, ktoré využívajú elektrický prúd, v každej domácnosti je taká prirodzená a neoddeliteľná súčasť života, že to považujeme za samozrejmosť.

Pozornosť našich čitateľov teda ponúka základné informácie o elektrickom prúde.

Čo je elektrický prúd

Pod elektrickým prúdom sa myslí riadený pohyb nabitých častíc. Látky obsahujúce dostatočné množstvo voľných nábojov sa nazývajú vodiče. A súhrn všetkých zariadení prepojených pomocou drôtov sa nazýva elektrický obvod.

V každodennom živote používame elektrinu prechádzajúcu cez kovové vodiče. Nosiče náboja v nich sú voľné elektróny.

Zvyčajne sa náhodne ponáhľajú medzi atómami, ale elektrické pole ich núti pohybovať sa určitým smerom.

Ako sa to stane

Tok elektrónov v obvode možno prirovnať k toku vody klesajúcej z vysokej hladiny na nízku hladinu. Úlohu úrovne v elektrických obvodoch zohráva potenciál.

Aby prúd v obvode tiekol, musí byť na jeho koncoch udržiavaný konštantný potenciálny rozdiel, t.j. Napätie.

Zvyčajne sa označuje písmenom U a meria sa vo voltoch (B).

V dôsledku použitého napätia sa v obvode vytvorí elektrické pole, ktoré dáva elektrónom riadený pohyb. Čím vyššie je napätie, tým silnejšie je elektrické pole, a teda aj intenzita toku smerovo sa pohybujúcich elektrónov.

Rýchlosť šírenia elektrického prúdu sa rovná rýchlosti, ktorou sa v obvode vytvorí elektrické pole, t.j. 300 000 km/s, ale rýchlosť elektrónov sotva dosahuje len niekoľko mm za sekundu.

Všeobecne sa uznáva, že prúd tečie z bodu s veľkým potenciálom, t.j. z (+) do bodu s nižším potenciálom, t.j. do (-). Napätie v obvode je udržiavané zdrojom prúdu, napríklad batériou. Znamienko (+) na jeho konci znamená nedostatok elektrónov, znamienko (-) ich nadbytok, keďže elektróny sú nositeľmi práve záporného náboja. Akonáhle sa obvod so zdrojom prúdu uzavrie, elektróny sa rútia z miesta, kde sú v prebytku, na kladný pól zdroja prúdu. Ich cesta vedie cez vodiče, spotrebiče, meracie prístroje a ďalšie prvky obvodu.

Všimnite si, že smer prúdu je opačný ako smer elektrónov.

Práve smer prúdu bol po dohode vedcov určený skôr, ako bola stanovená povaha prúdu v kovoch.

Niektoré veličiny charakterizujúce elektrický prúd

Súčasná sila. Elektrický náboj, ktorý prejde prierezom vodiča za 1 sekundu, sa nazýva sila prúdu. Na jeho označenie sa používa písmeno I, merané v ampéroch (A).

Odpor.Ďalšou hodnotou, ktorú si treba uvedomiť, je odpor. Vzniká v dôsledku zrážok smerovo sa pohybujúcich elektrónov s iónmi kryštálovej mriežky. V dôsledku takýchto zrážok prenášajú elektróny časť svojej kinetickej energie na ióny. V dôsledku toho sa vodič zahrieva a prúd klesá. Odpor je označený písmenom R a meria sa v ohmoch (Ohm).

Odpor kovového vodiča je tým väčší, čím je vodič dlhší a čím menší je jeho prierez. Pri rovnakej dĺžke a priemere drôtu majú vodiče zo striebra, medi, zlata a hliníka najmenší odpor. Z pochopiteľných dôvodov sa v praxi používajú hliníkové a medené drôty.

Moc. Pri vykonávaní výpočtov pre elektrické obvody je niekedy potrebné určiť spotrebu energie (P).

Na tento účel by sa mal prúd pretekajúci obvodom vynásobiť napätím.

Jednotkou merania výkonu je watt (W).

Jednosmerný a striedavý prúd

Prúd daný rôznymi batériami a akumulátormi je konštantný. To znamená, že silu prúdu v takomto obvode je možné meniť vo veľkosti iba zmenou jeho odporu rôznymi spôsobmi, pričom jeho smer zostáva nezmenený.

ale väčšina domácich spotrebičov spotrebúva striedavý prúd, teda prúd, ktorého veľkosť a smer sa podľa určitého zákona plynule mení.

Vyrába sa v elektrárňach a potom sa prepravuje cez vysokonapäťové prenosové vedenia do našich domácností a podnikov.

Vo väčšine krajín je frekvencia obrátenia prúdu 50 Hz, t. j. vyskytuje sa 50-krát za sekundu. V tomto prípade sa zakaždým sila prúdu postupne zvyšuje, dosahuje maximum, potom klesá na 0. Potom sa tento proces opakuje, ale s opačným smerom prúdu.

V USA všetky spotrebiče pracujú s frekvenciou 60 Hz. Zaujímavá situácia sa vyvinula v Japonsku. Tam jedna tretina krajiny používa striedavý prúd s frekvenciou 60 Hz a zvyšok - 50 Hz.

Pozor - elektrina

Úraz elektrickým prúdom môže byť spôsobený používaním elektrických spotrebičov a údermi blesku, pretože Ľudské telo je dobrý vodič prúdu. K úrazom elektrickým prúdom často dochádza šliapaním na drôt ležiaci na zemi alebo odtláčaním visiacich elektrických drôtov rukami.

Napätie nad 36 V sa považuje za nebezpečné pre človeka. Ak ľudským telom prechádza prúd iba 0,05 A, môže to spôsobiť nedobrovoľnú svalovú kontrakciu, ktorá neumožní osobe samostatne sa odtrhnúť od zdroja poškodenia. Prúd 0,1 A je smrteľný.

Striedavý prúd je ešte nebezpečnejší, pretože na človeka pôsobí silnejšie. Tento náš priateľ a pomocník sa v mnohých prípadoch mení na nemilosrdného nepriateľa, ktorý spôsobuje narušenie dýchania a činnosti srdca až do úplného zastavenia. Na tele zanecháva hrozné stopy v podobe ťažkých popálenín.

Ako pomôcť obeti? V prvom rade vypnite zdroj poškodenia. A potom sa postarajte o prvú pomoc.

Naše zoznámenie s elektrinou sa končí. Dodajme len pár slov o morskom živote s „elektrickými zbraňami“. Ide o niektoré druhy rýb, morský úhor a rejnok. Najnebezpečnejší z nich je morský úhor.

Neplávajte k nemu na vzdialenosť menšiu ako 3 metre. Jeho úder nie je smrteľný, no vedomie môže prísť o život.

Ak bola táto správa pre vás užitočná, rád vás uvidím

Dnes je ťažké si predstaviť život bez takého fenoménu, akým je elektrina, a napokon, ľudstvo sa ju naučilo používať na svoje vlastné účely nie tak dávno. Štúdium podstaty a vlastností tohto zvláštneho druhu hmoty trvalo niekoľko storočí, no ani teraz sa nedá s istotou povedať, že o ňom vieme úplne všetko.

Pojem a podstata elektrického prúdu

Elektrický prúd, ako je známe zo školského kurzu fyziky, nie je nič iné ako usporiadaný pohyb akýchkoľvek nabitých častíc. Ako záporne nabité elektróny, tak ióny môžu pôsobiť ako ióny. Predpokladá sa, že tento typ hmoty môže vzniknúť iba v takzvaných vodičoch, ale zďaleka to tak nie je. Ide o to, že pri kontakte akýchkoľvek telies vždy vznikne určitý počet opačne nabitých častíc, ktoré sa môžu začať pohybovať. V dielektrikách je voľný pohyb tých istých elektrónov veľmi ťažký a vyžaduje si obrovské vonkajšie úsilie, preto sa hovorí, že nevedú elektrický prúd.

Podmienky existencie prúdu v obvode

Vedci si už dávno všimli, že tento fyzikálny jav nemôže sám o sebe vzniknúť a dlho pretrvávať. Podmienky existencie elektrického prúdu zahŕňajú niekoľko dôležitých ustanovení. Po prvé, tento jav je nemožný bez prítomnosti voľných elektrónov a iónov, ktoré zohrávajú úlohu prenášačov náboja. Po druhé, aby sa tieto elementárne častice začali pohybovať usporiadaným spôsobom, je potrebné vytvoriť pole, ktorého hlavnou črtou je potenciálny rozdiel medzi akýmikoľvek bodmi elektrikára. Napokon, po tretie, elektrický prúd nemôže dlho existovať iba pod vplyvom Coulombových síl, pretože potenciály sa budú postupne vyrovnávať. Preto sú potrebné určité komponenty, ktorými sú meniče rôznych druhov mechanickej a tepelnej energie. Nazývajú sa zdroje energie.

Otázka o súčasných zdrojoch

Zdroje elektrického prúdu sú špeciálne zariadenia, ktoré vytvárajú elektrické pole. Medzi najvýznamnejšie z nich patria galvanické články, solárne panely, generátory, batérie. charakterizované ich silou, výkonom a trvaním práce.

Prúd, napätie, odpor

Ako každý iný fyzikálny jav, aj elektrický prúd má množstvo charakteristík. Medzi najdôležitejšie z nich patrí jeho sila, napätie obvodu a odpor. Prvým z nich je kvantitatívna charakteristika náboja, ktorý prejde prierezom konkrétneho vodiča za jednotku času. Napätie (nazývané aj elektromotorická sila) nie je nič iné ako veľkosť potenciálneho rozdielu, vďaka ktorému prechádzajúci náboj vykoná určitú prácu. Nakoniec odpor je vnútorná charakteristika vodiča, ktorá ukazuje, koľko sily musí náboj vynaložiť, aby ním prešiel.