Är det möjligt att föreställa sig ditt liv utan el? Den moderna människan har omgivet sig hårt med hushållsapparater som hjälper till i livet. Vi kan inte längre föreställa oss oss själva och våra liv utan smarta hemassistenter.
Teknik går allt mer över till att använda el. Även transporter överförs gradvis till elmotorer, vilket kan minska betydande skador på naturen.
Idag kommer vi att försöka svara på följande frågor:
- Vad är elektrisk ström?
- Vad är elektrisk spänning?
- Hur bestämmer man spänningen?
- Vad mäts spänning i?
Vad är aktuellt?
I början av studiet av elektricitet erhölls den genom att gnugga en kropp mot en annan. Ett större utbud av laddning kunde erhållas under ett åskväder med hjälp av en naturlig urladdning - blixtnedslag. Det är känt att denna metod kostade livet för en elev av M. V. Lomonosov - Richter.
Själva laddningen är svår och irrationell att använda. Det är nödvändigt att få sin riktade rörelse - en elektrisk ström. Nuvarande fastigheter:
- värma ledaren;
- kemisk verkan;
- mekanisk åtgärd;
- magnetisk action.
De används i vardagen och i tekniken. En nödvändig förutsättning för existensen av ström är närvaron av en strömkälla, fria elektriska laddningar och en sluten ledare.
Bakgrund
År 1792 blev den berömde italienske fysikern, fysiologen och uppfinnaren Alessandro Volta intresserad av slutsatserna från sin landsman Luigi Galvani om arten av nuvarande impulser i djurorgan. Långvarig observation av beteendet hos grodlår, fixerade på metallkrokar, gjorde det möjligt för honom att dra slutsatsen att källan till elektricitet inte är en levande organism, utan kontakten med olika metaller. Det är denna omständighet som bidrar till flödet av elektricitet, och nervändarnas reaktion är bara en fysiologisk effekt av strömmen.
En unik upptäckt ledde till skapandet av världens första likströmskälla, kallad Voltaic Pillar. Olika metaller (Volta hävdade att de borde avlägsnas från varandra i en serie kemiska element) läggs med papper impregnerat med en flytande "ledare av det andra slaget."
Denna enhet var den första källan till konstant spänning. Enheten för elektrisk spänning förevigade namnet på Alessandro Volta.
DC-strömförsörjning
Huvudelementet i den elektriska kretsen är en strömkälla. Dess syfte är att skapa ett elektriskt fält, under påverkan av vilket fria laddade partiklar (elektroner, joner) kommer i riktad rörelse. Ackumulerat påindividuella element i källladdningarna (de kallas poler) har olika tecken. Själva laddningen omfördelas inuti källan under inverkan av krafter av icke-elektrisk natur (mekanisk, kemisk, magnetisk, termisk, och så vidare). Det elektriska fältet som skapas av polerna utanför strömkällan gör jobbet med att flytta laddningen i en sluten ledare. Alessandro Volta talade om behovet av en sluten krets för att skapa likström.
Eftersom laddningen rör sig i källor under inverkan av icke-elektriska krafter, kan det hävdas att dessa krafter fungerar. Låt oss kalla dem utomstående. Förhållandet mellan externa krafters arbete för att överföra laddning inuti strömkällan och storleken på laddningen kallas den elektromotoriska kraften.
Matematisk notation för detta förhållande:
- Ε=Ast: q,
där E är den elektromotoriska kraften (EMF), Astär verk av yttre krafter, q är laddningen som bärs av externa krafter i källan.
EMF kännetecknar en källas förmåga att skapa en ström, men huvudkaraktäristiken för en källa anses ibland vara en elektrisk spänning (potentialskillnad).
Voltage
Förhållandet mellan fältets arbete för att flytta laddningen i ledaren och laddningens storlek kallas elektrisk spänning.
För att bestämma det måste du dividera fältarbetsvärdet med laddningsvärdet. Låt A vara det arbete som görs av strömkällans elektriska fält för att flytta laddningen q. U - elektrisk spänning. Matematisk notation av motsvarande formel:
U=A: q
Som alla fysiska storheter har spänning en måttenhet. Hur mäts spänningen? Genom namnet på uppfinnaren av världens första likströmskälla, Alessandro Volta, fick detta värde en egen måttenhet. I det internationella systemet mäts spänningen i volt (V).
En spänning på 1 V är spänningen för ett elektriskt fält som fungerar på 1 J för att flytta en laddning på 1 C.
V=J/C=N•m/(A•s)=kg•m/(A•s3).
I grundläggande SI-enheter, enheten för elektrisk spänning:
kg•m/(A•s3).
Obligatoriskt värde
Varför räcker det inte att känneteckna strömmen att introducera begreppet strömstyrka? Låt oss göra ett tankeexperiment. Låt oss ta två olika lampor: en vanlig hushållslampa och en lampa från en ficklampa. När du kopplar dem till olika strömkällor (stadsnät och batteri) kan du få exakt samma strömvärde. Samtidigt ger en hushållslampa mer ljus, det vill säga strömmens arbete i den är mycket större.
Olika strömkällor har olika spänningar. Därför är detta värde viktigt.
Användbar analogi
Förstå den fysiska innebörden av elektrisk spänning kommer från en intressant analogi. I kommunicerande kärl strömmar vätska från rör till rör om det finns en tryckskillnad i dem. Vätskeflödet stannar vid jämställdhettryck.
Om vätskeströmmen jämförs med flödet av elektrisk laddning, så spelar tryckskillnaden i vätskekolonnerna samma roll som potentialskillnaden i strömkällan.
Så länge de processer som följer med omfördelningen av laddning på polerna sker inuti strömkällan, kan den skapa en ström i ledaren. Elektrisk strömspänning mäts i volt, tryckskillnaden har en måttenhet - pascal.
Växelström
Elektrisk ström, som periodiskt ändrar dess riktning, kallas variabel. Den skapas av en växelspänningskälla. Oftast är det en generator. Låt oss försöka förklara: vad är mätningen av AC-spänning?
Själva principen för strömgenerering är baserad på fenomenet elektromagnetisk induktion. Rotationen av en sluten krets i ett magnetfält leder till uppkomsten av en potentialskillnad i ledaren. Spänningen mäts i volt och vid varierande ström.
Kan det hävdas att spänningen inte ändras? Uppenbarligen, på grund av en förändring i vinkeln mellan konturens plan och normalen till det, förändras den genererade spänningen över tiden. Dess värde växer från noll till något maxvärde och faller sedan igen till noll. Det finns ingen anledning att prata om ett visst värde. Ange det så kallade effektiva spänningsvärdet:
- Ud=U: √2.
Vilket instrument mäter spänning?
En enhet för att mäta elektrisk spänning - en voltmeter. Principen för dess funktion är baserad på interaktionen mellan en krets med ström och ett magnetfältpermanentmagnet. Det är känt att en krets med ström roterar i ett magnetfält. Beroende på mängden ström i kretsen ändras rotationsvinkeln.
Om du fäster en pil på kretsen så avviker den från noll när ström flyter i kretsen (vanligtvis spolen). Beroende på vad spänningen mäts i, graderas enhetens skala. Det är möjligt att använda submultiplar och multiplar.
Vid låga värden mäts den elektriska spänningen i millivolt eller mikrovolt. Tvärtom, flera enheter används i högspänningsnät.
Vilken voltmeter som helst kopplas parallellt till den del av kretsen där spänningen mäts. Huvudegenskapen hos enhetskretsen kan kallas hög ohmsk resistans. En voltmeter, oavsett vad spänningen mäts i, ska inte påverka strömstyrkan i kretsen. En liten ström passerar genom den, som inte nämnvärt påverkar huvudvärdet.
Spänningstabell
| Fysisk enhet | Spänning på dess kontakter, V |
| Voltstolpe | 1, 1 |
| Ficklampsbatteri | 1, 5 |
| Alkaliskt batteri | 1, 25 |
| syrabatteri | 2 |
| Stadsnätverk | 220 |
| Högspänningkraftledningar | 500 000 |
| Mellan molnen i ett åskväder | Upp till 100 000 000 |
Praktisk användning av en voltmeter
För att använda voltmetern effektivt bör du lära dig hur du använder den. En nyfiken experimenterare kan rekommenderas att kontakta skollärare.
Klassrummen i skolans fysik är utrustade med laboratorie- och demonstrationsinstrument för att mäta spänningar.
Använd vilken voltmeter som helst med försiktighet, följ enkla regler:
- Voltmetern har en maximal mätgräns. Detta är det högsta värdet på hans skala. Anslut den inte till en krets som innehåller ett högre spänningselement.
- Om det inte finns någon annan källa eller voltmeter kan du använda ett system med extra motstånd. I detta fall måste voltmeterns skala också ändras.
- Elektriska apparater är anslutna till DC-kretsen beroende på indikationerna på laddningsskylten på dess terminaler. Strömkällans positiva pol måste anslutas till voltmeterns positiva pol, minuspolen till minuspolen. Om de blandas ihop kan pilarna på enheten böjas, vilket är högst oönskat.
- Alla anslutningar görs uteslutande till en strömlös krets.
Ohälsosamt
Inverkan av elektrisk ström kan vara osäker för människor. Mindre än 24 V anses ofarligt.
Strömmens verkan under stadsnätets spänning (220 V) är ganska märkbar. Att röra blotta kontakter åtföljs av en betydande "chock".
Spänning under ett åskväder passerar en så hög ström genom människokroppen att den hotar att döda honom. Riskera inte ditt liv och din hälsa.
