Ar įmanoma įsivaizduoti savo gyvenimą be elektros? Šiuolaikinis žmogus tvirtai apsupo save buitine technika, kuri padeda gyvenime. Nebeįsivaizduojame savęs ir savo gyvenimo be išmaniųjų namų pagalbininkų.
Technologijos vis labiau pereina prie elektros energijos naudojimo. Net transportas palaipsniui perkeliamas į elektros variklius, o tai gali sumažinti didelę žalą gamtai.
Šiandien pabandysime atsakyti į šiuos klausimus:
- Kas yra elektros srovė?
- Kas yra elektros įtampa?
- Kaip nustatyti įtampą?
- Kokia įtampa matuojama?
Kas yra dabar?
Elektros tyrimo pradžioje ji buvo gauta trynant vieną kūną į kitą. Didesnę įkrovą galima gauti per perkūniją naudojant natūralų išlydį – žaibą. Yra žinoma, kad šis metodas kainavo M. V. Lomonosovo mokinio Richterio gyvybę.
Patį įkrovimą sunku ir neracionalu naudoti. Būtina gauti jo kryptingą judėjimą - elektros srovę. Dabartinės savybės:
- laidininko šildymas;
- cheminis veiksmas;
- mechaninis veiksmas;
- magnetinis veiksmas.
Jie naudojami kasdieniame gyvenime ir technologijose. Būtina srovės egzistavimo sąlyga yra srovės š altinio buvimas, laisvi elektros krūviai ir uždaras laidininkas.
Fonas
1792 m. garsus italų fizikas, fiziologas ir išradėjas Alessandro Volta susidomėjo savo tautiečio Luigi Galvani išvadomis apie srovės impulsų gyvūnų organuose prigimtį. Ilgalaikis varlių kojų, pritvirtintų ant metalinių kabliukų, elgesio stebėjimas leido daryti išvadą, kad elektros š altinis yra ne gyvas organizmas, o skirtingų metalų kontaktas. Būtent ši aplinkybė prisideda prie elektros tekėjimo, o nervų galūnėlių reakcija yra tik fiziologinis srovės poveikis.
Dėl unikalaus atradimo buvo sukurtas pirmasis pasaulyje nuolatinės srovės š altinis, vadinamas Volto stulpu. Skirtingi metalai (Volta įrodinėjo, kad juos reikia pašalinti vienas nuo kito naudojant daugybę cheminių elementų) klojami popieriumi, įmirkytu skystu „antros rūšies laidininku“.
Šis įrenginys buvo pirmasis nuolatinės įtampos š altinis. Elektros įtampos vienetas įamžino Alessandro Voltos vardą.
DC maitinimo š altinis
Pagrindinis elektros grandinės elementas yra srovės š altinis. Jo paskirtis – sukurti elektrinį lauką, kurio įtakoje į kryptingą judėjimą patenka laisvai įkrautos dalelės (elektronai, jonai). Sukaupta antatskiri š altinio krūvių elementai (jie vadinami poliais) turi skirtingus ženklus. Pats krūvis perskirstomas š altinio viduje, veikiant neelektrinėms jėgoms (mechaninėms, cheminėms, magnetinėms, šiluminėms ir kt.). Elektrinis laukas, kurį sukuria poliai už srovės š altinio ribų, atlieka krūvio judėjimo uždarame laidininke darbą. Alessandro Volta kalbėjo apie uždaros grandinės poreikį nuolatinei srovei sukurti.
Kadangi krūvis juda š altiniuose veikiamas neelektrinių jėgų, galima teigti, kad šios jėgos veikia. Pavadinkime juos pašaliniais. Išorinių jėgų, perduodančių krūvį srovės š altinio viduje, darbo ir krūvio dydžio santykis vadinamas elektrovaros jėga.
Matematinis šio santykio žymėjimas:
- Ε=Ast: q,
kur E yra elektrovaros jėga (EMF), Astyra išorinių jėgų darbas, q yra išorinių jėgų įkrovimas š altinyje.
EMF apibūdina š altinio gebėjimą sukurti srovę, tačiau pagrindine š altinio charakteristika kartais laikoma elektros įtampa (potencialų skirtumas).
Įtampa
Lauko darbo, perkeliančio krūvį laidininke, ir krūvio dydžio santykis vadinamas elektros įtampa.
Norėdami ją nustatyti, lauko darbo vertę turite padalyti iš įkrovos vertės. Tegu A darbas, kurį atlieka srovės š altinio elektrinis laukas, judindamas krūvį q. U - elektros įtampa. Atitinkamos formulės matematinis žymėjimas:
U=A: q
Kaip ir bet kuris fizinis dydis, įtampa turi matavimo vienetą. Kaip matuojama įtampa? Pirmojo pasaulyje nuolatinės srovės š altinio išradėjo Alessandro Volta vardu šiai vertei buvo suteiktas atskiras matavimo vienetas. Tarptautinėje sistemoje įtampa matuojama voltais (V).
1 V įtampa yra elektrinio lauko įtampa, kuri veikia 1 J, kad išjudintų 1 C krūvį.
V=J/C=N•m/(A•s)=kg•m/(A•s3).
Pagrindiniuose SI vienetuose elektros įtampos vienetas:
kg•m/(A•s3).
Būtina vertė
Kodėl, apibūdinant srovę, nepakanka įvesti srovės stiprumo sąvoką? Padarykime minties eksperimentą. Paimkime dvi skirtingas lempas: paprastą buitinę lempą ir lempą iš žibintuvėlio. Jungdami juos prie skirtingų srovės š altinių (miesto tinklo ir akumuliatoriaus), galite gauti lygiai tokią pačią srovės vertę. Tuo pačiu metu buitinė lempa suteikia daugiau šviesos, tai yra, srovės darbas joje yra daug didesnis.
Skirtingi srovės š altiniai turi skirtingą įtampą. Todėl ši vertė yra būtina.
Naudinga analogija
Fizinės elektros įtampos reikšmės supratimas kyla iš įdomios analogijos. Susisiekiančiuose induose skystis teka iš vamzdelio į vamzdelį, jei juose yra slėgio skirtumas. Skysčio srautas sustoja esant lygybeispaudimas.
Jei skysčio srovę lyginame su elektros krūvio srautu, tada skysčio kolonėlių slėgio skirtumas atlieka tą patį vaidmenį kaip ir potencialų skirtumas srovės š altinyje.
Kol procesai, susiję su krūvio perskirstymu ant polių, vyksta srovės š altinio viduje, jis gali sukurti srovę laidininke. Elektros srovės įtampa matuojama voltais, slėgio skirtumas turi matavimo vienetą paskalis.
Kinamoji srovė
Elektros srovė, periodiškai keičianti savo kryptį, vadinama kintamąja. Jį sukuria kintamos įtampos š altinis. Dažniausiai tai yra generatorius. Pabandykime paaiškinti: koks yra kintamosios srovės įtampos matavimas?
Pats srovės generavimo principas pagrįstas elektromagnetinės indukcijos reiškiniu. Uždarosios grandinės sukimasis magnetiniame lauke lemia potencialų skirtumo atsiradimą laidininke. Įtampa matuojama voltais ir kintančios srovės atveju.
Ar galima teigti, kad įtampa nekinta? Akivaizdu, kad pasikeitus kampui tarp kontūro plokštumos ir normalios jam, generuojama įtampa laikui bėgant kinta. Jo vertė auga nuo nulio iki tam tikros didžiausios vertės, tada vėl nukrenta iki nulio. Apie tam tikrą vertę kalbėti nereikia. Įveskite vadinamąją efektyviosios įtampos vertę:
- Ud=U: √2.
Koks prietaisas matuoja įtampą?
Įrenginys elektros įtampai matuoti – voltmetras. Jo veikimo principas pagrįstas grandinės sąveika su srove ir magnetiniu laukunuolatinis magnetas. Yra žinoma, kad grandinė su srove sukasi magnetiniame lauke. Priklausomai nuo srovės kiekio grandinėje, sukimosi kampas kinta.
Jei prie grandinės pritvirtinate rodyklę, ji nukrypsta nuo nulio, kai grandinėje teka srovė (dažniausiai ritė). Priklausomai nuo to, kokia įtampa matuojama, prietaiso skalė yra graduota. Galima naudoti pogrupius ir kartotinius.
Esant mažoms vertėms, elektros įtampa matuojama milivoltais arba mikrovoltais. Priešingai, aukštos įtampos tinkluose naudojami keli įrenginiai.
Bet kuris voltmetras yra prijungtas lygiagrečiai su ta grandinės dalimi, kurioje matuojama įtampa. Pagrindinė įrenginio grandinės savybė gali būti vadinama dideliu ominiu atsparumu. Voltmetras, nesvarbu, kokia įtampa matuojama, neturėtų turėti įtakos srovės stiprumui grandinėje. Per jį praleidžiama nedidelė srovė, kuri neturi didelės įtakos pagrindinei vertei.
Įtampos lentelė
| Fizinis įrenginys | Jo kontaktų įtampa, V |
| Voltas | 1, 1 |
| Žibintuvo baterija | 1, 5 |
| Šarminis akumuliatorius | 1, 25 |
| Acid baterija | 2 |
| Miesto tinklas | 220 |
| Aukšta įtampaelektros linijos | 500 000 |
| Tarp debesų perkūnijoje | Iki 100 000 000 |
Praktinis voltmetro pritaikymas
Norėdami efektyviai naudoti voltmetrą, turėtumėte išmokti jį naudoti. Smalsiems eksperimentuotojams galima patarti susisiekti su mokyklos mokytojais.
Mokyklos fizikos kabinetuose įrengti laboratoriniai ir demonstraciniai įtempių matavimo prietaisai.
Bet kurį voltmetrą naudokite atsargiai, laikydamiesi paprastų taisyklių:
- Voltmetras turi maksimalią matavimo ribą. Tai didžiausia jo skalės vertė. Nejunkite jo prie grandinės, kurioje yra aukštesnės įtampos elementas.
- Jei nėra kito š altinio ar voltmetro, galite naudoti papildomos varžos sistemą. Tokiu atveju taip pat reikia pakeisti voltmetro skalę.
- Elektros prietaisai prijungiami prie nuolatinės srovės grandinės, atsižvelgiant į įkrovos ženklo rodmenis ant jos gnybtų. Teigiamas srovės š altinio gnybtas turi būti prijungtas prie teigiamo voltmetro gnybto, neigiamas - prie neigiamo. Jei susimaišysite, įrenginio rodyklės gali sulinkti, o tai labai nepageidautina.
- Visos jungtys atliekamos tik prie išjungtos grandinės.
nesveika
Elektros srovės veikimas gali būti nesaugus žmonėms. Mažesnė nei 24 V įtampa laikoma nekenksminga.
Srovės poveikis esant miesto tinklo įtampai (220 V) yra gana pastebimas. Liečiant plikus kontaktus, patiriamas didelis „šokas“.
Perkūnijos metu įtampa žmogaus kūnu praleidžia tokią didelę srovę, kad gali jį nužudyti. Nerizikuokite savo gyvybe ir sveikata.
