Da li je moguće zamisliti svoj život bez struje? Savremeni čovjek se čvrsto okružio kućanskim aparatima koji pomažu u životu. Više ne možemo zamisliti sebe i svoje živote bez pametnih kućnih pomoćnika.
Tehnologija sve više prelazi na korištenje električne energije. Čak se i transport postepeno prenosi na elektromotore, što može smanjiti značajnu štetu po prirodu.
Danas ćemo pokušati odgovoriti na sljedeća pitanja:
- Šta je električna struja?
- Šta je električni napon?
- Kako odrediti napon?
- U čemu se mjeri napon?
Šta je trenutno?
U zoru proučavanja elektriciteta, dobija se trljanjem jednog tela o drugo. Veća zaliha naelektrisanja mogla bi se dobiti tokom grmljavine korišćenjem prirodnog pražnjenja - munje. Poznato je da je ova metoda koštala života studenta M. V. Lomonosova - Rihtera.
Samo punjenje je teško i neracionalno za korištenje. Potrebno je postići njegovo usmjereno kretanje - električnu struju. Trenutne nekretnine:
- grijanje provodnika;
- hemijsko djelovanje;
- mehanička akcija;
- magnetna akcija.
Koriste se u svakodnevnom životu i tehnologiji. Neophodan uslov za postojanje struje je prisustvo izvora struje, slobodnih električnih naboja i zatvorenog provodnika.
Pozadina
Godine 1792, čuveni italijanski fizičar, fiziolog i pronalazač Alessandro Volta zainteresovao se za zaključke svog sunarodnika Luigija Galvanija o prirodi trenutnih impulsa u životinjskim organima. Dugotrajno posmatranje 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 električne energije, a reakcija nervnih završetaka je samo fiziološki efekat struje.
Jedinstveno otkriće dovelo je do stvaranja prvog izvora jednosmjerne struje na svijetu, nazvanog Voltaic Stub. Različiti metali (Volta je tvrdio da ih treba ukloniti jedan od drugog u nizu hemijskih elemenata) polažu se papirom impregniranim tekućim "provodnikom druge vrste".
Ovaj uređaj je bio prvi izvor konstantnog napona. Jedinica za električni napon ovekovečila je ime Alessandra Volte.
DC napajanje
Glavni element električnog kola je izvor struje. Njegova svrha je stvaranje električnog polja pod čijim utjecajem 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 posao pomicanja naboja u zatvorenom provodniku. Alessandro Volta je govorio o potrebi zatvorenog kola za stvaranje jednosmerne struje.
Pošto se naelektrisanje kreće u izvorima pod dejstvom 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.
Matematička notacija 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 glavna karakteristika izvora ponekad smatra električnim naponom (razlika potencijala).
Napon
Odnos rada polja za pomeranje naelektrisanja u provodniku prema veličini naelektrisanja naziva se električni napon.
Da biste je odredili, trebate podijeliti vrijednost rada na terenu sa vrijednošću naplate. Neka je A rad koji izvrši električno polje izvora struje da pomjeri naboj q. U - električni napon. Matematička notacija odgovarajuće formule:
U=A: q
Kao i svaka fizička veličina, napon ima jedinicu mjere. Kako se mjeri napon? Po imenu izumitelja prvog svjetskog izvora jednosmjerne struje, Alessandra Volte, ova vrijednost je dobila svoju mjernu jedinicu. U međunarodnom sistemu, napon se mjeri u voltima (V).
A napon od 1 V je napon električnog polja koje radi od 1 J da pomjeri 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, karakterišući struju, uvesti koncept jačine struje? Uradimo misaoni eksperiment. Uzmimo dvije različite lampe: običnu kućnu lampu i lampu od baterijske lampe. Kada ih povežete na različite izvore struje (gradska mreža i baterija), možete dobiti potpuno istu vrijednost struje. Istovremeno, kućna lampa 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 komunikacionim sudovima, tečnost teče od cevi do cevi ako postoji razlika u pritisku u njima. Protok fluida se zaustavlja u slučaju jednakostipritisak.
Ako se struja tečnosti uporedi sa protokom električnog naboja, tada razlika pritiska u kolonama tečnosti 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 provodniku. Napon električne struje se mjeri u voltima, razlika tlaka ima mjernu jedinicu - paskal.
Naizmenična struja
Električna struja, koja periodično mijenja svoj smjer, naziva se promjenjiva. Nastaje od izvora naizmjeničnog napona. Najčešće je to generator. Pokušajmo objasniti: šta je mjerenje AC napona?
Sam princip generisanja struje zasniva se na fenomenu elektromagnetne indukcije. Rotacija zatvorenog kola u magnetskom polju dovodi do pojave razlike potencijala u vodiču. Napon se mjeri u voltima iu slučaju promjenjive struje.
Može li se tvrditi da se napon ne mijenja? Očigledno, zbog promjene ugla između ravnine konture i normale na nju, generirani napon se mijenja tokom vremena. Njegova vrijednost raste od nule do neke maksimalne vrijednosti, a zatim ponovo pada na nulu. Ne treba govoriti o određenoj vrijednosti. Unesite takozvanu efektivnu vrijednost napona:
- Ud=U: √2.
Koji instrument mjeri napon?
Uređaj za mjerenje električnog napona - voltmetar. Princip njegovog rada zasniva se na interakciji kola sa strujom i magnetnim poljempermanentni magnet. Poznato je da strujni krug rotira u magnetskom polju. U zavisnosti od količine struje u kolu, ugao rotacije se menja.
Ako pričvrstite strelicu na kolo, onda ona odstupa od nule kada struja teče u kolu (obično kalem). U zavisnosti od toga u čemu se meri napon, skala uređaja je stepenovana. Moguće je koristiti podmnoženike i višekratnike.
U slučaju niskih vrijednosti, električni napon se mjeri u milivoltima ili mikrovoltima. Naprotiv, u visokonaponskim mrežama se koristi više jedinica.
Bilo koji voltmetar je povezan paralelno sa onim dijelom kola 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 kolu. Kroz njega prolazi mala struja, koja ne utiče bitno na glavnu vrijednost.
naponski stol
| Fizički uređaj | Napon na svojim kontaktima, V |
| Voltni stub | 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 efikasno koristili voltmetar, trebali biste naučiti kako ga koristiti. Znatiželjnom eksperimentatoru se može savjetovati da kontaktira nastavnike škole.
Školske učionice fizike opremljene su laboratorijskim i demonstracionim instrumentima za mjerenje napona.
Upravljajte bilo kojim voltmetrom oprezno, slijedeći jednostavna pravila:
- Voltmetar ima maksimalno ograničenje mjerenja. Ovo je najveća vrijednost na njegovoj skali. Nemojte ga spajati na kolo koje sadrži element višeg napona.
- Ako ne postoji drugi izvor ili voltmetar, možete koristiti sistem dodatnog otpora. U ovom slučaju, skala voltmetra se također mora promijeniti.
- Električni uređaji se spajaju na DC kolo u zavisnosti od indikacija znaka punjenja na njegovim terminalima. Pozitivni terminal izvora struje mora biti spojen na pozitivni terminal voltmetra, negativni terminal na negativni terminal. Ako se pomiješaju, strelice uređaja se mogu saviti, što je vrlo nepoželjno.
- Sve veze su napravljene isključivo na kola 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 je praćeno značajnim "šokom".
Napon tokom grmljavine propušta tako veliku struju kroz ljudsko tijelo da prijeti da ga ubije. Ne rizikujte svoj život i zdravlje.
