Je li moguće zamisliti svoj život bez struje? Suvremeni čovjek čvrsto se okružio kućanskim aparatima koji pomažu u životu. Ne možemo više zamisliti sebe i svoje živote bez pametnih kućnih pomoćnika.
Tehnologija sve više prelazi na korištenje električne energije. Čak se i transport postupno prenosi na električne motore, što može smanjiti značajnu štetu prirodi.
Danas ćemo pokušati odgovoriti na sljedeća pitanja:
- Što je električna struja?
- Što je električni napon?
- Kako odrediti napon?
- U čemu se mjeri napon?
Što je trenutno?
U zoru proučavanja elektriciteta, dobiveno je trljanjem jednog tijela o drugo. Veća zaliha naboja mogla bi se dobiti tijekom grmljavine korištenjem prirodnog pražnjenja - munje. Poznato je da je ova metoda koštala života studenta M. V. Lomonosova - Richtera.
Samo punjenje je teško i neracionalno za korištenje. Potrebno je dobiti njegovo usmjereno kretanje - električnu struju. Trenutna svojstva:
- grijanje vodiča;
- kemijsko djelovanje;
- mehaničko djelovanje;
- magnetsko djelovanje.
Koriste se u svakodnevnom životu i tehnologiji. Neophodan uvjet za postojanje struje je prisutnost izvora struje, slobodnih električnih naboja i zatvorenog vodiča.
Pozadina
Godine 1792., poznati talijanski fizičar, fiziolog i izumitelj Alessandro Volta zainteresirao se za zaključke svog sunarodnjaka Luigija Galvanija o prirodi trenutnih impulsa u životinjskim organima. Dugotrajno promatranje ponašanja žabljih nogu, pričvršćenih na metalne kuke, omogućilo mu je da zaključi da izvor električne energije nije živi organizam, već kontakt različitih metala. Upravo ta okolnost doprinosi protoku struje, a reakcija živčanih završetaka samo je fiziološki učinak struje.
Jedinstveno otkriće dovelo je do stvaranja prvog izvora istosmjerne struje na svijetu, nazvanog Voltaic Pillar. Različiti metali (Volta je tvrdio da ih treba ukloniti jedan od drugog u nizu kemijskih elemenata) polažu se papirom impregniranim tekućim "vodičem druge vrste".
Ovaj uređaj je bio prvi izvor konstantnog napona. Jedinica za električni napon ovjekovječila je ime Alessandra Volte.
DC napajanje
Glavni element električnog kruga je izvor struje. Svrha mu je stvaranje električnog polja, pod utjecajem kojeg slobodne nabijene čestice (elektroni, ioni) dolaze u usmjereno kretanje. Akumulirano napojedini elementi izvornih naboja (oni se nazivaju polovi) imaju različite predznake. Sam naboj se preraspoređuje unutar izvora pod djelovanjem sila neelektrične prirode (mehaničke, kemijske, magnetske, toplinske i tako dalje). Električno polje koje stvaraju polovi izvan izvora struje obavlja rad pomicanja naboja u zatvorenom vodiču. Alessandro Volta govorio je o potrebi za zatvorenim krugom za stvaranje istosmjerne struje.
Budući da se naboj kreće u izvorima pod djelovanjem neelektričnih sila, može se tvrditi da te sile rade. Nazovimo ih autsajderima. Omjer rada vanjskih sila za prijenos naboja unutar izvora struje i veličine naboja naziva se elektromotorna sila.
Matematički zapis za ovaj omjer:
- Ε=Ast: q,
gdje je E elektromotorna sila (EMF), Astje rad vanjskih sila, q je naboj koji nose vanjske sile u izvoru.
EMF karakterizira sposobnost izvora da stvori struju, ali se glavnom karakteristikom izvora ponekad smatra električni napon (potencijalna razlika).
Napon
Omjer rada polja za pomicanje naboja u vodiču prema veličini naboja naziva se električni napon.
Da biste to odredili, trebate podijeliti vrijednost rada na terenu s vrijednošću naplate. Neka je A rad koji izvrši električno polje izvora struje da pomakne naboj q. U - električni napon. Matematički zapis odgovarajuće formule:
U=A: q
Kao i svaka fizička veličina, napon ima mjernu jedinicu. Kako se mjeri napon? Po imenu izumitelja prvog svjetskog izvora istosmjerne struje, Alessandra Volte, ova je vrijednost dobila svoju mjernu jedinicu. U međunarodnom sustavu napon se mjeri u voltima (V).
A napon od 1 V je napon električnog polja koje radi od 1 J da pomakne naboj od 1 C.
V=J/C=N•m/(A•s)=kg•m/(A•s3).
U osnovnim SI jedinicama, jedinica za električni napon:
kg•m/(A•s3).
Zahtijevana vrijednost
Zašto nije dovoljno, karakterizirajući struju, uvesti pojam jačine struje? Napravimo misaoni eksperiment. Uzmimo dvije različite svjetiljke: običnu svjetiljku za kućanstvo i svjetiljku iz svjetiljke. Kada ih povežete na različite izvore struje (gradska mreža i baterija), možete dobiti potpuno istu vrijednost struje. Istovremeno, svjetiljka za kućanstvo daje više svjetla, odnosno rad struje u njoj je mnogo veći.
Različiti izvori struje imaju različite napone. Stoga je ova vrijednost bitna.
Korisna analogija
Razumijevanje fizičkog značenja električnog napona dolazi iz zanimljive analogije. U komunikacijskim posudama tekućina teče od cijevi do cijevi ako u njima postoji razlika tlaka. Protok tekućine prestaje u slučaju jednakostipritisak.
Ako se struja tekućine usporedi s protokom električnog naboja, tada razlika tlaka u stupovima tekućine igra istu ulogu kao i razlika potencijala u izvoru struje.
Sve dok se procesi koji prate preraspodjelu naboja na polovima odvijaju unutar izvora struje, on je u stanju stvoriti struju u vodiču. Napon električne struje mjeri se u voltima, razlika tlaka ima mjernu jedinicu - pascal.
Izmjenična struja
Električna struja, koja povremeno mijenja svoj smjer, naziva se promjenjiva. Stvara ga izvor izmjeničnog napona. Najčešće je to generator. Pokušajmo objasniti: što je mjerenje izmjeničnog napona?
Sam princip proizvodnje struje temelji se na fenomenu elektromagnetske indukcije. Rotacija zatvorenog kruga u magnetskom polju dovodi do pojave razlike potencijala u vodiču. Napon se mjeri u voltima iu slučaju različite struje.
Može li se tvrditi da se napon ne mijenja? Očito, zbog promjene kuta između ravnine konture i normale na nju, generirani napon se mijenja tijekom vremena. Njegova vrijednost raste od nule do neke maksimalne vrijednosti, a zatim opet pada na nulu. O određenoj vrijednosti ne treba govoriti. Unesite takozvanu efektivnu vrijednost napona:
- Ud=U: √2.
Koji instrument mjeri napon?
Uređaj za mjerenje električnog napona - voltmetar. Princip njegova rada temelji se na interakciji strujnog kruga i magnetskog poljatrajni magnet. Poznato je da strujni krug rotira u magnetskom polju. Ovisno o količini struje u krugu, kut rotacije se mijenja.
Ako pričvrstite strelicu na strujni krug, tada ona odstupa od nule kada struja teče u krugu (obično zavojnica). Ovisno o tome u čemu se mjeri napon, ljestvica uređaja je stupnjevana. Moguće je koristiti višekratnike i višekratnike.
U slučaju niskih vrijednosti, električni napon se mjeri u milivoltima ili mikrovoltima. Naprotiv, u visokonaponskim mrežama koristi se više jedinica.
Bilo koji voltmetar spojen je paralelno na dio strujnog kruga gdje se mjeri napon. Glavno svojstvo sklopa uređaja može se nazvati visokim omskim otporom. Voltmetar, bez obzira u kojem se naponu mjeri, ne bi trebao utjecati na jačinu struje u krugu. Kroz njega prolazi mala struja, koja ne utječe bitno na glavnu vrijednost.
naponski stol
| Fizički uređaj | Napon na njegovim kontaktima, V |
| voltni stup | 1, 1 |
| Baterija svjetiljke | 1, 5 |
| Alkalna baterija | 1, 25 |
| Kisela baterija | 2 |
| Gradska mreža | 220 |
| Visoki napondalekovodi | 500.000 |
| Između oblaka u grmljavini | Do 100.000.000 |
Praktična primjena voltmetra
Da biste učinkovito koristili voltmetar, trebali biste naučiti kako ga koristiti. Znatiželjnom eksperimentatoru se može savjetovati da se obrati školskim učiteljima.
Školske učionice fizike opremljene su laboratorijskim i demonstracionim instrumentima za mjerenje naprezanja.
Upravljajte bilo kojim voltmetrom oprezno, slijedeći jednostavna pravila:
- Voltmetar ima maksimalno ograničenje mjerenja. Ovo je najveća vrijednost na njegovoj ljestvici. Nemojte ga spajati na strujni krug koji sadrži element višeg napona.
- Ako ne postoji drugi izvor ili voltmetar, možete koristiti sustav dodatnog otpora. U tom slučaju, skala voltmetra također se mora promijeniti.
- Električni uređaji su spojeni na istosmjerni krug ovisno o indikacijama znaka punjenja na njegovim stezaljkama. Pozitivni terminal izvora struje mora biti spojen na pozitivni terminal voltmetra, negativni terminal na negativni terminal. Ako se pomiješaju, strelice uređaja mogu se saviti, što je vrlo nepoželjno.
- Sve veze su napravljene isključivo na krug bez napona.
Nezdravo
Djelovanje električne struje može biti nesigurno za ljude. Manje od 24 V smatra se bezopasnim.
Prilično je primjetno djelovanje struje pod naponom gradske mreže (220 V). Dodirivanje golih kontakata popraćeno je značajnim "šokom".
Napon tijekom grmljavine propušta tako veliku struju kroz ljudsko tijelo da prijeti da ga ubije. Nemojte riskirati svoj život i zdravlje.
