Величина тока и напряжения
Основным фактором, влияющим на исход поражения человека электрическим током, является величина тока, которая согласно закону Ома зависит от величины приложенного напряжения и сопротивления тела человека.Эта зависимость не является линейной, так как при напряжениях около 100 В и выше наступает пробой верхнего рогового слоя кожи, вследствие чего электрическое сопротивление человека резко уменьшается (становится равнымrвн), а ток возрастает. При этом степень отрицательного воздействия электрического тока на организм человека увеличивается с ростом величины тока. Напряжение, приложенное к телу человека, также влияет на исход поражения, но лишь постольку, поскольку оно определяет значение тока, проходящего через человека.
Обычно человек начинает ощущать раздражающее действие переменного тока промышленной частоты 50 Гц при величине 0,6-1,5 мА и постоянного тока 5-7 мА. Эти токи называются
При переменных токах 5-10 мА раздражающее действие электрического тока становится более сильным, появляется боль в мышцах и непроизвольное их сокращение. При токах 10-15 мА боль в мышцах становится такой сильной, что человек уже не в состоянии самостоятельно освободиться от действия тока (не может разжать руку, отбросить от себя провод и т.д.). Переменные токи 10-15 мА и выше и постоянные токи 50-80 мА и выше называются неотпускающими токами.
Переменный ток 25 мА и выше (в зависимости от того где человек прикоснулся к токоведущим частям – в зависимости от пути прохождения тока) воздействует на мышцы грудной клетки, что может привести к параличу дыхания и вызвать смерть человека.
Электрический ток около 100 мА и более при частоте 50 Гц и 300 мА и более при постоянном напряжении за короткое время (1-2 с) поражает мышцу сердца человека и вызывает его фибрилляцию. Эти токи называются фибрилляционными.
Токи более 5 А вызывают паралич сердца и дыхания, минуя стадию фибрилляции сердца. Если действие электрического тока было кратковременным (1-2 с) и не вызвало повреждения сердца, то после отключения тока оно, как правило, самостоятельно возобновляет свою нормальную деятельность
При больших токах, даже в случае их кратковременного воздействия, наряду с остановкой сердца, происходит паралич дыхания, причём после отключения тока дыхание, как правило, самостоятельно не восстанавливается и требуется немедленная помощь пострадавшему в виде искусственного дыхания.
Ощутимый ток– электрический ток, вызывающий при прохождении через тело человека ощутимые раздражения.
Неотпускающий ток– электрический ток, вызывающий при прохождении через тело человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат провод.
Фибрилляционный ток– электрический ток, вызывающий при прохождении через тело человека фибрилляцию сердца.
Наименьшие значения этих токов называются пороговыми.
Пороговые значения ощутимого, неотпускающего, фибрилляционного токов, полученные в результате экспериментальных исследований, приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1.
studfiles.net
Ток и напряжение. Виды и правила. Работа и характеристики
Ток и напряжение являются количественными параметрами, применяемыми в электрических схемах. Чаще всего эти величины меняются с течением времени, иначе не было бы смысла в действии электрической схемы.
Напряжение
Условно напряжение обозначается буквой «U». Работа, затраченная на перемещение единицы заряда из точки, имеющей малый потенциал в точку с большим потенциалом, является напряжением между этими двумя точками. Другими словами, это энергия, освобождаемая после перехода единицы заряда от высокого потенциала к малому.
Напряжение еще могут называть разностью потенциалов, а также электродвижущей силой. Этот параметр измеряется в вольтах. Чтобы переместить 1 кулон заряда между двумя точками, которые имеют напряжение 1 вольт, нужно выполнить работу в 1 джоуль. Кулонами измеряются электрические заряды. 1 кулон равен заряду 6х10
Напряжение разделяется на несколько видов, в зависимости от видов тока.
- Постоянное напряжение. Оно присутствует в электростатических цепях и цепях постоянного тока.
- Переменное напряжение. Этот вид напряжения имеется в цепях с синусоидальными и переменными токами. В случае синусоидального тока рассматриваются такие характеристики напряжения, как:
• амплитуда колебаний напряжения – это максимальное его отклонение от оси абсцисс;
• мгновенное напряжение
• действующее напряжение, определяется по выполняемой активной работе 1-го полупериода;
• средневыпрямленное напряжение, определяемое по модулю величины выпрямленного напряжения за один гармонический период.
При передаче электроэнергии по воздушным линиям устройство опор и их размеры зависят от величины применяемого напряжения. Величина напряжения между фазами называется линейным напряжением, а напряжение между землей и каждой из фаз – фазным напряжением. Такое правило применимо для всех типов воздушных линий. В России в электрических бытовых сетях, стандартным является трехфазное напряжение с линейным напряжением 380 вольт, и фазным значением напряжения 220 вольт.
Электрический ток
Ток в электрической цепи является скоростью движения электронов в определенной точке, измеряется в амперах, и обозначается на схемах буквой «I». Также используются и производные единицы ампера с соответствующими приставками милли-, микро-, нано и т.д. Ток размером в 1 ампер образуется передвижением единицы заряда в 1 кулон за 1 секунду.
Условно считается, что ток в электрической цепи течет по направлению от положительного потенциала к отрицательному. Однако, из курса физики известно, что электрон движется в противоположном направлении.
Необходимо знать, что напряжение измеряется между 2-мя точками на схеме, а ток течет через одну конкретную точку схемы, либо через ее элемент. Поэтому, если кто-то употребляет выражение «напряжение в сопротивлении», то это неверно и неграмотно. Но часто идет речь о напряжении в определенной точке схемы. При этом имеется ввиду напряжение между землей и этой точкой.
Напряжение образуется от воздействия на электрические заряды в генераторах, батареях, солнечных элементах и других устройствах. Ток возникает путем приложения напряжения к двум точкам на схеме.
Чтобы понять, что такое ток и напряжение, правильнее будет воспользоваться
Ток и напряжение подчиняются правилам:
- Сумма токов, входящих в точку, равняется сумме токов, выходящих из точки (правило сохранения заряда). Такое правило является законом Кирхгофа для тока. Точка входа и выхода тока в этом случае называется узлом. Следствием из этого закона является следующее утверждение: в последовательной электрической цепи группы элементов величина тока для всех точек одинакова.
- В параллельной схеме элементов напряжение на всех элементах одинаково. Иначе говоря, сумма падений напряжений в замкнутом контуре равна нулю. Этот закон Кирхгофа применяется для напряжений.
- Работа, выполненная в единицу времени схемой (мощность), выражается следующим образом: Р = U*I. Мощность измеряется в ваттах. Работа величиной 1 джоуль, выполненная за 1 секунду, равна 1 ватту. Мощность распространяется в виде теплоты, расходуется на совершение механической работы (в электродвигателях), преобразуется в излучение различного вида, накапливается в емкостях или батареях. При проектировании сложных электрических систем, одной из проблем является тепловая нагрузка системы.
Характеристика электрического тока
Обязательным условием существования тока в электрической цепи является замкнутый контур. Если контур цепи разрывается, то ток прекращается.
По такому принципу действуют все защиты и выключатели в электротехнике. Они разрывают электрическую цепь подвижными механическими контактами, и этим прекращают течение тока, выключая устройство.
В энергетической промышленности электрический ток возникает внутри проводников тока, которые выполнены в виде шин, кабелей, проводов и других частей, проводящих ток.
Также существуют другие способы создания внутреннего тока в:
- Жидкостях и газах за счет передвижения заряженных ионов.
- Вакууме, газе и воздухе с помощью термоэлектронной эмиссии.
- Полупроводниках, вследствие движения носителей заряда.
Условия возникновения электрического тока
- Нагревание проводников (не сверхпроводников).
- Приложение к носителям заряда разности потенциалов.
- Химическая реакция с выделением новых веществ.
- Воздействие магнитного поля на проводник.
Формы сигнала тока
- Прямая линия.
- Переменная синусоида гармоники.
- Меандром, похожий на синусоиду, но имеющий острые углы (иногда углы могут сглаживаться).
- Пульсирующая форма одного направления, с амплитудой, колеблющейся от нуля до наибольшей величины по определенному закону.
Виды работы электрического тока
- Световое излучение, создающееся приборами освещения.
- Создание тепла с помощью нагревательных элементов.
- Механическая работа (вращение электродвигателей, действие других электрических устройств).
- Создание электромагнитного излучения.
Отрицательные явления, вызываемые электрическим током
- Перегрев контактов и токоведущих частей.
- Возникновение вихревых токов в сердечниках электрических устройств.
- Электромагнитные излучения во внешнюю среду.
Создатели электрических устройств и различных схем при проектировании должны учитывать вышеперечисленные свойства электрического тока в своих разработках. Например, вредное влияние вихревых токов в электродвигателях, трансформаторах и генераторах снижается путем шихтовки сердечников, применяемых для пропускания магнитных потоков. Шихтовка сердечника – это его изготовление не из цельного куска металла, а из набора отдельных тонких пластин специальной электротехнической стали.
Но, с другой стороны, вихревые токи используют для работы микроволновых печей, духовок, действующих по принципу магнитной индукции. Поэтому, можно сказать, что вихревые токи оказывают не только вред, но и пользу.
Переменный ток с сигналом в форме синусоиды может различаться частотой колебаний за единицу времени. В нашей стране промышленная частота тока электрических устройств стандартная, и равна 50 герцам. В некоторых странах используется частота тока 60 герц.
Для различных целей в электротехнике и радиотехнике используют другие значения частоты:
- Низкочастотные сигналы с меньшей величиной частоты тока.
- Высокочастотные сигналы, которые намного выше частоты тока промышленного использования.
Считается, что электрический ток возникает при движении электронов внутри проводника, поэтому он называется током проводимости. Но существует и другой вид электрического тока, который получил название конвекционного. Он возникает при движении заряженных макротел, например, капель дождя.
Электрический ток в металлах
Движение электронов при воздействии на них постоянной силы сравнивают с парашютистом, который снижается на землю. В этих двух случаях происходит равномерное движение. На парашютиста действует сила тяжести, а противостоит ей сила сопротивления воздуха. На движение электронов действует сила электрического поля, а сопротивляются этому движению ионы решеток кристаллов. Средняя скорость электронов достигает постоянного значения, так же как и скорость парашютиста.
В металлическом проводнике скорость движения одного электрона равна 0,1 мм в секунду, а скорость электрического тока около 300 тысяч км в секунду. Это объясняется тем, что электрический ток течет только там, где к заряженным частицам приложено напряжение. Поэтому достигается большая скорость протекания тока.
При перемещении электронов в кристаллической решетке существует следующая закономерность. Электроны сталкиваются не со всеми встречными ионами, а только с каждым десятым из них. Это объясняется законами квантовой механики, которые можно упрощенно объяснить следующим образом.
Движению электронов мешают большие ионы, которые оказывают сопротивление. Это особенно заметно при нагревании металлов, когда тяжелые ионы «качаются», увеличиваются в размерах и уменьшают электропроводность решеток кристаллов проводника. Поэтому при нагревании металлов всегда увеличивается их сопротивление. При снижении температуры повышается электрическая проводимость. При снижении температуры металла до абсолютного нуля можно добиться эффекта сверхпроводимости.
Похожие темы:
electrosam.ru
Величина тока и напряжения
Основным фактором, влияющим на исход поражения человека электрическим током, является величина тока, которая согласно закону Ома зависит от величины приложенного напряжения и сопротивления тела человека.Эта зависимость не является линейной, так как при напряжениях около 100 В и выше наступает пробой верхнего рогового слоя кожи, вследствие чего электрическое сопротивление человека резко уменьшается (становится равнымrвн), а ток возрастает. При этом степень отрицательного воздействия электрического тока на организм человека увеличивается с ростом величины тока. Напряжение, приложенное к телу человека, также влияет на исход поражения, но лишь постольку, поскольку оно определяет значение тока, проходящего через человека.
Обычно человек начинает ощущать раздражающее действие переменного тока промышленной частоты 50 Гц при величине 0,6-1,5 мА и постоянного тока 5-7 мА. Эти токи называются ощутимыми пороговыми токами. Они не представляют опасности для человека, и человек может самостоятельно отключиться от цепи.
При переменных токах 5-10 мА раздражающее действие электрического тока становится более сильным, появляется боль в мышцах и непроизвольное их сокращение. При токах 10-15 мА боль в мышцах становится такой сильной, что человек уже не в состоянии самостоятельно освободиться от действия тока (не может разжать руку, отбросить от себя провод и т.д.). Переменные токи 10-15 мА и выше и постоянные токи 50-80 мА и выше называются неотпускающими токами.
Переменный ток 25 мА и выше (в зависимости от того где человек прикоснулся к токоведущим частям – в зависимости от пути прохождения тока) воздействует на мышцы грудной клетки, что может привести к параличу дыхания и вызвать смерть человека.
Электрический ток около 100 мА и более при частоте 50 Гц и 300 мА и более при постоянном напряжении за короткое время (1-2 с) поражает мышцу сердца человека и вызывает его фибрилляцию. Эти токи называются фибрилляционными.
Токи более 5 А вызывают паралич сердца и дыхания, минуя стадию фибрилляции сердца. Если действие электрического тока было кратковременным (1-2 с) и не вызвало повреждения сердца, то после отключения тока оно, как правило, самостоятельно возобновляет свою нормальную деятельность.При длительном (несколько секунд) протекании тока более 5 А – происходят тяжелые ожоги, разрушение тканей организма человека.
При больших токах, даже в случае их кратковременного воздействия, наряду с остановкой сердца, происходит паралич дыхания, причём после отключения тока дыхание, как правило, самостоятельно не восстанавливается и требуется немедленная помощь пострадавшему в виде искусственного дыхания.
Ощутимый ток– электрический ток, вызывающий при прохождении через тело человека ощутимые раздражения.
Неотпускающий ток– электрический ток, вызывающий при прохождении через тело человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат провод.
Фибрилляционный ток– электрический ток, вызывающий при прохождении через тело человека фибрилляцию сердца.
Наименьшие значения этих токов называются пороговыми.
Пороговые значения ощутимого, неотпускающего, фибрилляционного токов, полученные в результате экспериментальных исследований, приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1.
studfiles.net
Величина тока и напряжения
Основным фактором, влияющим на исход поражения человека электрическим током, является величина тока, которая согласно закону Ома зависит от величины приложенного напряжения и сопротивления тела человека. Эта зависимость не является линейной, так как при напряжениях около 100 В и выше наступает пробой верхнего рогового слоя кожи, вследствие чего электрическое сопротивление человека резко уменьшается (становится равным rвн), а ток возрастает. При этом степень отрицательного воздействия электрического тока на организм человека увеличивается с ростом величины тока. Напряжение, приложенное к телу человека, также влияет на исход поражения, но лишь постольку, поскольку оно определяет значение тока, проходящего через человека.
Обычно человек начинает ощущать раздражающее действие переменного тока промышленной частоты 50 Гц при величине 0,6-1,5 мА и постоянного тока 5-7 мА. Эти токи называются ощутимыми пороговыми токами. Они не представляют опасности для человека, и человек может самостоятельно отключиться от цепи.
При переменных токах 5-10 мА раздражающее действие электрического тока становится более сильным, появляется боль в мышцах и непроизвольное их сокращение. При токах 10-15 мА боль в мышцах становится такой сильной, что человек уже не в состоянии самостоятельно освободиться от действия тока (не может разжать руку, отбросить от себя провод и т.д.). Переменные токи 10-15 мА и выше и постоянные токи 50-80 мА и выше называются неотпускающими токами.
Переменный ток 25 мА и выше (в зависимости от того где человек прикоснулся к токоведущим частям – в зависимости от пути прохождения тока) воздействует на мышцы грудной клетки, что может привести к параличу дыхания и вызвать смерть человека.
Электрический ток около 100 мА и более при частоте 50 Гц и 300 мА и более при постоянном напряжении за короткое время (1-2 с) поражает мышцу сердца человека и вызывает его фибрилляцию. Эти токи называются фибрилляционными.
Токи более 5 А вызывают паралич сердца и дыхания, минуя стадию фибрилляции сердца. Если действие электрического тока было кратковременным (1-2 с) и не вызвало повреждения сердца, то после отключения тока оно, как правило, самостоятельно возобновляет свою нормальную деятельность. При длительном (несколько секунд) протекании тока более 5 А – происходят тяжелые ожоги, разрушение тканей организма человека.
При больших токах, даже в случае их кратковременного воздействия, наряду с остановкой сердца, происходит паралич дыхания, причём после отключения тока дыхание, как правило, самостоятельно не восстанавливается и требуется немедленная помощь пострадавшему в виде искусственного дыхания.
Ощутимый ток – электрический ток, вызывающий при прохождении через тело человека ощутимые раздражения.
Неотпускающий ток – электрический ток, вызывающий при прохождении через тело человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат провод.
Фибрилляционный ток – электрический ток, вызывающий при прохождении через тело человека фибрилляцию сердца.
Наименьшие значения этих токов называются пороговыми.
Пороговые значения ощутимого, неотпускающего, фибрилляционного токов, полученные в результате экспериментальных исследований, приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1.
Похожие статьи:
poznayka.org
Основные электрические величины и единицы их измерения
Рассмотрим основные электрические величины, которые мы изучаем сначала в школе, затем в средних и высших учебных заведениях. Все данные для удобства сведем в небольшую таблицу. После таблицы будут приведены определения отдельных величин, на случай возникновения каких-либо непониманий.
| Величина | Единица измерения в СИ | Название электрической величины |
|---|---|---|
| q | Кл — кулон | заряд |
| R | Ом – ом | сопротивление |
| U | В – вольт | напряжение |
| I | А – ампер | Сила тока (электрический ток) |
| C | Ф – фарад | Емкость |
| L | Гн — генри | Индуктивность |
| sigma | См — сименс | Удельная электрическая проводимость |
| e0 | 8,85418781762039*10-12 Ф/м | Электрическая постоянная |
| φ | В – вольт | Потенциал точки электрического поля |
| P | Вт – ватт | Мощность активная |
| Q | Вар – вольт-ампер-реактивный | Мощность реактивная |
| S | Ва – вольт-ампер | Мощность полная |
| f | Гц — герц | Частота |
Существуют десятичные приставки, которые используются в названии величины и служат для упрощения описания. Самые распространенные из них: мега, мили, кило, нано, пико. В таблице приведены и остальные приставки, кроме названных.
| Десятичный множитель | Произношение | Обозначение (русское/международное) |
|---|---|---|
| 10-30 | куэкто | q |
| 10-27 | ронто | r |
| 10-24 | иокто | и/y |
| 10-21 | зепто | з/z |
| 10-18 | атто | a |
| 10-15 | фемто | ф/f |
| 10-12 | пико | п/p |
| 10-9 | нано | н/n |
| 10-6 | микро | мк/μ |
| 10-3 | милли | м/m |
| 10-2 | санти | c |
| 10-1 | деци | д/d |
| 101 | дека | да/da |
| 102 | гекто | г/h |
| 103 | кило | к/k |
| 106 | мега | M |
| 109 | гига | Г/G |
| 1012 | тера | T |
| 1015 | пета | П/P |
| 1018 | экза | Э/E |
| 1021 | зета | З/Z |
| 1024 | йотта | И/Y |
| 1027 | ронна | R |
| 1030 | куэкка | Q |
Сила тока в 1А – это величина, равная отношению заряда в 1 Кл, прошедшего за 1с времени через поверхность (проводник), к времени прохождения заряда через поверхность. Для протекания тока необходимо, чтобы цепь была замкнутой.
Сила тока измеряется в амперах. 1А=1Кл/1c
В практике встречаются
1кА = 1000А
1мА = 0,001А
1мкА = 0,000001А
Электрическое напряжение – разность потенциалов между двумя точками электрического поля. Величина электрического потенциала измеряется в вольтах, следовательно, и напряжение измеряется в вольтах (В).
1Вольт – напряжение, которое необходимо для выделения в проводнике энергии в 1Ватт при протекании по нему тока силой в 1Ампер.
1В=1Вт/1А.
В практике встречаются
1кВ = 1000В
1мВ = 0,001В
Электрическое сопротивление – характеристика проводника препятствовать протеканию по нему электрического тока. Определяется как отношение напряжения на концах проводника к силе тока в нем. Измеряется в омах (Ом). В некоторых пределах величина постоянная.
1Ом – сопротивление проводника при протекании по нему постоянного тока силой 1А и возникающем при этом на концах напряжении в 1В.
Из школьного курса физики все мы помним формулу для однородного проводника постоянного сечения:
R=ρlS – сопротивление такого проводника зависит от сечения S и длины l
где ρ – удельное сопротивление материала проводника, табличная величина.
Между тремя вышеописанными величинами существует закон Ома для цепи постоянного тока.
Ток в цепи прямо пропорционален величине напряжения в цепи и обратно пропорционален величине сопротивления цепи – закон Ома.
I=U/R
Электрической емкостью называется способность проводника накапливать электрический заряд.
Емкость измеряется в фарадах (1Ф).
1Ф = 1Кл/1В
1Ф – это емкость конденсатора между обкладками которого возникает напряжение 1В при заряде в 1Кл.
В практике встречаются
1пФ = 0,000000000001Ф
1нФ = 0,000000001Ф
Индуктивность – это величина, характеризующая способность контура, по которому протекает электрический ток, создавать и накапливать магнитное поле.
Индуктивность измеряется в генри.
1Гн = (В*с)/А
1Гн – величина, равная ЭДС самоиндукции, возникающей при изменении величины тока в контуре на 1А в течение 1секунды.
В практике встречаются
1мГн = 0, 001Гн
Электрическая проводимость – величина, показывающая способность тела проводить электрический ток. Обратная величина сопротивлению.
Электропроводность измеряется в сименсах.
1См = Ом-1
Сохраните статью или поделитесь с друзьями
pomegerim.ru
Эффективные значения тока и напряжения
Задание: Как связана мощность переменного тока на сопротивлении $R$ и эффективные значения тока и напряжения?
Решение:
Среднее значение мощности переменного тока в цепи равно
\[\left\langle P\right\rangle =\frac{A_T}{T}=\frac{U_mI_mcos\varphi }{2}\left(2.1\right),\]где $cos\varphi $- коэффициент мощности, который показывает эффективность передачи мощности от источника тока к потребителю. С другой стороны средние мощности тока на отдельных элементах цепи $\left\langle P_{tC}\right\rangle =0,\left\langle P_{tL}\right\rangle =0,\left\langle P_{tR}\right\rangle =\frac{1}{2}{I^2}_mR,$ а результирующая мощность может быть найдена как сумма мощностей:
\[\left\langle P\right\rangle =\left\langle P_{tC}\right\rangle +\left\langle P_{tL}\right\rangle +\left\langle P_{tR}\right\rangle \left(2.2\right).\]Следовательно, можно записать, что:
\[\left\langle P\right\rangle =P_{tR}=\frac{1}{2}{I^2}_mR=\frac{U_mI_mcos \varphi}{2}\left(2.3\right),\]где $I_m\ $- амплитуда силы тока, $U_m$ — амплитуда внешнего напряжения, $\varphi$ — разность фаз между силой тока и напряжением.
У постоянного тока мгновенная мощность совпадает со средней. Для $I_{ef}$=const можно положить $cos\varphi =1,\ $значит формулу (2.3) можно записать как:
\[P=I_{ef}U\ \left(2.4\right),\]если вместо амплитудных значений ($U_m\ и\ I_m$) использовать их эффективные (действующие) значения:
\[I_{ef}=\frac{I_m}{\sqrt{2}},\ U_{ef}=\frac{U_m}{\sqrt{2}}\left(2.5\right).\]Следовательно, мощность тока можно записать как:
\[P_{tR}=U_{ef}I_{ef}cos \varphi \left(2.6\right),\]где $cos \varphi$ — коэффициент мощности. В технике этот коэффициент делают как можно большим. При малом $cos\varphi $ для того, чтобы в цепи выделялась необходимая мощность нужно пропускать большой ток, что ведет к росту потерь в подводящих проводах.
Такую же мощность (как в выражении (2.3)) развивает постоянный ток, сила которого представлена в формуле (2.5).
Ответ: $P_{tR}=U_{ef}I_{ef}cos\varphi .$
spravochnick.ru
Что такое напряжение, ток, сопротивление: разбираемся на примерах
Не имея определенных начальных знаний об электричестве, тяжело себе представить, как работают электрические приборы, почему вообще они работают, почему надо включать телевизор в розетку, чтобы он заработал, а фонарику хватает маленькой батарейки, чтобы он светил в темноте.
И так будем разбираться во всем по порядку.
Электричество
Электричество – это природное явление, подтверждающее существование, взаимодействие и движение электрических зарядов. Электричество впервые было обнаружено еще в VII веке до н.э. греческим философом Фалесом. Фалес обратил внимание на то, что если кусочек янтаря потереть о шерсть, он начинает притягивать к себе легкие предметы. Янтарь на древнегреческом – электрон.
Вот так и представляю себе, сидит Фалес, трет кусок янтаря о свой гиматий (это шерстяная верхняя одежда у древних греков), а затем с озадаченным видом смотрит, как к янтарю притягиваются волосы, обрывки ниток, перья и клочки бумаги.
Данное явление называется статическим электричеством. Вы можете повторить данный опыт. Для этого хорошенько потрите шерстяной тканью обычную пластмассовую линейку и поднесите ее к мелким бумажным кусочкам.
Следует отметить, что долгое время это явление не изучалось. И только в 1600 году в своем сочинении «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле» английский естествоиспытатель Уильям Гилберт ввел термин – электричество. В своей работе он описал свои опыты с наэлектризованными предметами, а также установил, что наэлектризовываться могут и другие вещества.
Далее на протяжении трех веков самые передовые ученые мира исследуют электричество, пишут трактаты, формулируют законы, изобретают электрические машины и только в 1897 году Джозеф Томсон открывает первый материальный носитель электричества – электрон, частицу, благодаря которой возможны электрические процессы в веществах.
Электрон – это элементарная частица, имеет отрицательный заряд примерно равный -1,602·10-19 Кл (Кулон). Обозначается е или е–.
Напряжение
Чтобы заставить перемещаться заряженные частицы от одного полюса к другому необходимо создать между полюсами разность потенциалов или – Напряжение. Единица измерения напряжения – Вольт (В или V). В формулах и расчетах напряжение обозначается буквой V. Чтобы получить напряжение величиной 1 В нужно передать между полюсами заряд в 1 Кл, совершив при этом работу в 1 Дж (Джоуль).
Для наглядности представим резервуар с водой расположенный на некоторой высоте. Из резервуара выходит труба. Вода под естественным давлением покидает резервуар через трубу. Давайте условимся, что вода – это электрический заряд, высота водяного столба (давление) – это напряжение, а скорость потока воды – это электрический ток.
Таким образом, чем больше воды в баке, тем выше давление. Аналогично с электрической точки зрения, чем больше заряд, тем выше напряжение.
Начнем сливать воду, давление при этом будет уменьшаться. Т.е. уровень заряда опускается – величина напряжения уменьшается. Такое явление можно наблюдать в фонарике, лампочка светит все тусклее по мере того как разряжаются батарейки. Обратите внимание, чем меньше давление воды (напряжение), тем меньше поток воды (ток).
Электрический ток
Электрический ток – это физический процесс направленного движения заряженных частиц под действием электромагнитного поля от одного полюса замкнутой электрической цепи к другому. В качестве частиц, переносящих заряд, могут выступать электроны, протоны, ионы и дырки. При отсутствии замкнутой цепи ток невозможен. Частицы способные переносить электрические заряды существуют не во всех веществах, те в которых они есть, называются проводниками и полупроводниками. А вещества, в которых таких частиц нет – диэлектриками.
Принято считать направление тока от плюса к минусу, при этом электроны движутся от минуса к плюсу!
Единица измерения силы тока – Ампер (А). В формулах и расчетах сила тока обозначается буквой I. Ток в 1 Ампер образуется при прохождении через точку электрической цепи заряда в 1 Кулон (6,241·1018 электронов) за 1 секунду.
Вновь обратимся к нашей аналогии вода – электричество. Только теперь возьмем два резервуара и наполним их равным количеством воды. Отличие между баками в диаметре выходной трубы.
Откроем краны и убедимся, что поток воды из левого бака больше (диаметр трубы больше), чем из правого. Такой опыт – явное доказательство зависимости скорости потока от диаметра трубы. Теперь попробуем уравнять два потока. Для этого добавим в правый бак воды (заряд). Это даст большее давление (напряжение) и увеличит скорость потока (ток). В электрической цепи в роли диаметра трубы выступает сопротивление.
Проведенные эксперименты наглядно демонстрируют взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением. Подробнее о сопротивлении поговорим чуть позже, а сейчас еще несколько слов о свойствах электрического тока.
Если напряжение не меняет свою полярность, плюс на минус, и ток течет в одном направлении, то – это постоянный ток и соответственно постоянное напряжение. Если источник напряжения меняет свою полярность и ток течет то в одном направлении, то в другом – это уже переменный ток и переменное напряжение. Максимальные и минимальные значения (на графике обозначены как Io) – это амплитудные или пиковые значения силы тока. В домашних розетках напряжение меняет свою полярность 50 раз в секунду, т.е. ток колеблется то туда, то сюда, получается, что частота этих колебаний составляет 50 Герц или сокращенно 50 Гц. В некоторых странах, например в США принята частота 60 Гц.
Сопротивление
Электрическое сопротивление – физическая величина, определяющая свойство проводника препятствовать (сопротивляться) прохождению тока. Единица измерения сопротивления – Ом (обозначается Ом или греческой буквой омега Ω). В формулах и расчетах сопротивление обозначается буквой R. Сопротивлением в 1 Ом обладает проводник к полюсам которого приложено напряжение 1 В и протекает ток 1 А.
Проводники по-разному проводят ток. Их проводимость зависит, в первую очередь, от материала проводника, а также от сечения и длины. Чем больше сечение, тем выше проводимость, но, чем больше длина, тем проводимость ниже. Сопротивление – это обратное понятие проводимости.
На примере водопроводной модели сопротивление можно представить как диаметр трубы. Чем он меньше, тем хуже проводимость и выше сопротивление.
Сопротивление проводника проявляется, например, в нагреве проводника при протекании в нем тока. Причем, чем больше ток и меньше сечение проводника – тем сильнее нагрев.
Мощность
Электрическая мощность – это физическая величина, определяющая скорость преобразования электроэнергии. Например, вы не раз слышали: «лампочка на столько-то ватт». Это и есть мощность потребляемая лампочкой за единицу времени во время работы, т.е. преобразовании одного вида энергии в другой с некоторой скоростью.
Источники электроэнергии, например генераторы, также характеризуется мощностью, но уже вырабатываемой в единицу времени.
Единица измерения мощности – Ватт (обозначается Вт или W). В формулах и расчетах мощность обозначается буквой P. Для цепей переменного тока применяется термин Полная мощность, единица измерения – Вольт-ампер (В·А или V·A), обозначается буквой S.
И в завершение про Электрическую цепь. Данная цепь представляет собой некоторый набор электрических компонентов, способных проводить электрический ток и соединенных между собой соответствующим образом.
Что мы видим на этом изображении – элементарный электроприбор (фонарик). Под действием напряжения U (В) источника электроэнергии (батарейки) по проводникам и другим компонентам обладающих разными сопротивлениями R (Ом) от плюса к минусу течет электрический ток I (А) заставляющий светиться лампочку мощностью P (Вт). Не обращайте внимания на яркость лампы, это из-за плохого давления и малого потока воды батареек.
Фонарик, что представлен на фотографии, собран на базе конструктора «Знаток». Данный конструктор позволяет ребенку в игровой форме познать основы электроники и принцип работы электронных компонентов. Поставляется в виде наборов с разным количеством схем и разного уровня сложности.
imolodec.com