Napięcie w fizyce jest jednostką miary. Pomiar prądu elektrycznego: napięcie

W praktyce pomiary napięcia trzeba wykonywać dość często. Napięcie jest mierzone w inżynierii radiowej, urządzeniach elektrycznych i obwodach itp. Pogląd prąd przemienny może być pulsacyjny lub sinusoidalny. Źródła napięcia są albo generatorami prądu.

Napięcie prądu udarowego ma parametry napięcia szczytowego i średniego. Źródłem takiego napięcia mogą być generatory impulsów. Napięcie jest mierzone w woltach i oznaczone jako „V” lub „V”. Jeśli napięcie jest zmienne, symbol „ ~ ", Dla stałego napięcia wyświetlany jest symbol" - ". Napięcie przemienne w domowej sieci domowej jest oznaczone ~ 220 V.

Są to urządzenia przeznaczone do pomiaru i kontroli charakterystyk sygnałów elektrycznych. Oscyloskopy działają na zasadzie odchylania wiązki elektronów, która wyświetla wartości zmiennych na wyświetlaczu.

Pomiar napięcia AC

Zgodnie z dokumentami regulacyjnymi napięcie w sieci domowej powinno wynosić 220 woltów z dokładnością do 10% odchyleń, to znaczy napięcie może zmieniać się w przedziale 198-242 woltów. Jeśli oświetlenie w twoim domu stało się ciemniejsze, lampy zaczęły często ulegać awarii lub urządzenia gospodarstwa domowego zaczęły działać niestabilnie, to aby dowiedzieć się i wyeliminować te problemy, najpierw musisz zmierzyć napięcie w sieci.

Przed pomiarem należy przygotować do użytku posiadane urządzenie pomiarowe:

• Sprawdź integralność izolacji przewodów sterujących za pomocą sond i końcówek.
• Ustaw przełącznik na napięcie AC, z górną granicą 250 woltów lub wyższą.
• Na przykład włóż końcówki przewodów testowych do gniazd urządzenia pomiarowego. Aby się nie pomylić, lepiej przyjrzeć się oznaczeniom gniazd na obudowie.
• Włącz urządzenie.

Z rysunku widać, że na testerze wybrano limit pomiaru 300 woltów, a na multimetrze 700 woltów. Niektóre urządzenia wymagają pomiaru napięcia, aby ustawić kilka różnych przełączników w żądanej pozycji: rodzaj prądu, rodzaj pomiaru, a także włożyć końcówki przewodów do określonych gniazd. Koniec czarnej końcówki w multimetrze wkłada się do gniazda COM (wspólne gniazdo), czerwoną końcówkę wkłada się do gniazda oznaczonego „V”. To gniazdo jest wspólne do pomiaru wszelkiego rodzaju napięcia. Gniazdo oznaczone „ma” służy do pomiaru małych prądów. Gniazdo oznaczone „10 A” służy do pomiaru znacznej ilości prądu, który może osiągnąć 10 amperów.

Jeśli zmierzysz napięcie przewodem podłączonym do gniazda „10 A”, urządzenie ulegnie awarii lub spali się bezpiecznik. Dlatego podczas wykonywania prac pomiarowych należy zachować ostrożność. Najczęściej błędy występują w przypadkach, gdy najpierw mierzono rezystancję, a następnie, zapominając o przełączeniu na inny tryb, rozpoczyna się pomiar napięcia. W takim przypadku wypala się rezystor wewnątrz urządzenia, który odpowiada za pomiar rezystancji.

Po przygotowaniu urządzenia można przystąpić do mierzenia. Jeśli po włączeniu multimetru na wskaźniku nic się nie pojawia, oznacza to, że bateria znajdująca się wewnątrz urządzenia wygasła i należy ją wymienić. Najczęściej w multimetrach jest „Krona”, dająca napięcie 9 woltów. Jego żywotność wynosi około roku, w zależności od producenta. Jeśli multimetr nie był używany przez długi czas, koronka może nadal być uszkodzona. Jeśli bateria jest dobra, multimetr powinien pokazywać jeden.

Sondy przewodowe muszą być podłączone do gniazdka lub dotykać gołych przewodów.

Wyświetlacz multimetru natychmiast pokaże wartość napięcia sieciowego w forma cyfrowa... Na urządzeniu wskazującym strzałka będzie odchylać się o określony kąt. Tester wskaźników ma kilka stopniowanych skal. Jeśli przyjrzysz się im uważnie, wszystko stanie się jasne. Każda waga przeznaczona jest do określonych pomiarów: prądu, napięcia lub rezystancji.

Limit pomiaru na urządzeniu został ustawiony na 300 woltów, dlatego należy odczytywać na drugiej skali, która ma limit 3, natomiast odczyty urządzenia należy pomnożyć przez 100. Skala ma wartość podziałki równą 0,1 woltów, więc otrzymujemy wynik pokazany na rysunku, około 235 woltów. Ten wynik mieści się w dopuszczalnych granicach. Jeśli odczyty liczników ciągle się zmieniają podczas pomiaru, możliwe jest, że występuje słaby styk w połączeniach przewodów elektrycznych, co może prowadzić do wyładowań łukowych i wadliwego działania sieci.

Pomiar napięcia stałego

Źródłem stałego napięcia są akumulatory, niskonapięciowe lub baterie, których napięcie nie przekracza 24 woltów. Dlatego dotykanie biegunów akumulatora nie jest niebezpieczne i nie ma potrzeby stosowania specjalnych środków bezpieczeństwa.

Aby ocenić wydajność akumulatora lub innego źródła, konieczne jest zmierzenie napięcia na jego biegunach. W przypadku baterii palcowych bieguny zasilania znajdują się na końcach obudowy. Biegun dodatni jest oznaczony „+”.

Prąd stały jest mierzony w taki sam sposób jak prąd przemienny. Jedyną różnicą jest ustawienie urządzenia w odpowiedni tryb i przestrzeganie biegunowości zacisków.

Napięcie baterii jest zwykle oznaczone na obudowie. Ale wynik pomiaru nie wskazuje jeszcze na stan akumulatora, ponieważ mierzona jest siła elektromotoryczna akumulatora. Czas pracy urządzenia, w którym zostanie zainstalowana bateria, zależy od jego pojemności.

W celu dokładnej oceny wydajności akumulatora niezbędny jest pomiar napięcia przy podłączonym obciążeniu. Do bateria do latarki jako ładunek nadaje się zwykła żarówka latarki 1,5 V. Jeśli napięcie spadnie nieznacznie, gdy żarówka jest włączona, czyli nie więcej niż 15%, akumulator nadaje się do pracy. Jeśli napięcie spadnie znacznie bardziej, taka bateria nadal może służyć tylko w zegarze ściennym, który zużywa bardzo mało energii.

Jednostka napięcia nosi nazwę wolt (V) na cześć włoskiego naukowca Alessandro Volty, który stworzył pierwsze ogniwo galwaniczne.

Za jednostkę napięcia przyjmuje się takie napięcie elektryczne na końcach przewodnika, przy którym praca przemieszczania ładunku elektrycznego o wartości 1 C wzdłuż tego przewodnika jest równa 1 J.

1 V = 1 J / C

Oprócz woltów używane są jednostki ułamkowe i wielokrotne: miliwolt (mV) i kilowolt (kV).

1 mV = 0,001 V;
1 kV = 1000 V.

Wysokie (wysokie) napięcie zagraża życiu. Załóżmy, że napięcie między jednym przewodem linii przesyłowej wysokiego napięcia a ziemią wynosi 100 000 V. Jeżeli przewód ten jest połączony jakimś przewodem z ziemią, to przy przejściu przez niego ładunku elektrycznego o wartości 1 C praca jest równa 100 000 J. utworzy ładunek o masie 1000 kg spadając z wysokości 10 m. Może to spowodować wielkie zniszczenia. Ten przykład pokazuje, dlaczego prądy o wysokim napięciu są tak niebezpieczne.

Volta Alessandro (1745-1827)
Włoski fizyk, jeden z twórców teorii prądu elektrycznego, stworzył pierwsze ogniwo galwaniczne.

Ale należy zachować ostrożność podczas pracy z niższymi napięciami. W zależności od warunków napięcia rzędu nawet kilkudziesięciu woltów mogą być niebezpieczne. W przypadku pracy w pomieszczeniach napięcie nie większe niż 42 V jest uważane za bezpieczne.

Ogniwa galwaniczne wytwarzają niskie napięcie. Dlatego w sieci oświetleniowej wykorzystuje się prąd elektryczny z generatorów, które wytwarzają napięcia 127 i 220 V, czyli generują znacznie więcej energii.

pytania

1. Co jest traktowane jako jednostka napięcia?
2. Jakie napięcie jest używane w sieci oświetleniowej?
3. Jakie jest napięcie na biegunach ogniwa suchego i akumulatora kwasowego?
4. Jakie jednostki napięcia oprócz woltów są używane w praktyce?

Bez podstawowej wiedzy na temat elektryczności trudno sobie wyobrazić, jak działają urządzenia elektryczne, dlaczego w ogóle działają, dlaczego trzeba podłączyć telewizor do gniazdka, aby działał, a wystarczy mała bateria, aby świeciła latarka ciemność.

I tak zrozumiemy wszystko w porządku.

Elektryczność

Elektryczność Jest naturalnym zjawiskiem potwierdzającym istnienie, oddziaływanie i ruch ładunków elektrycznych. Elektryczność po raz pierwszy odkryto w VII wieku p.n.e. przez greckiego filozofa Talesa. Thales zwrócił uwagę na to, że jeśli kawałek bursztynu ociera się o wełnę, zaczyna przyciągać do siebie lekkie przedmioty. Bursztyn w starożytnej grece to elektron.

Tak wyobrażam sobie, że Tales siedzi, wyciera kawałek bursztynu o swój himation (to wełniane okrycie wierzchnie wśród starożytnych Greków), a potem patrzy zdziwiony, jak włosy, strzępy nici, pióra i skrawki papieru przyciągają do bursztyn.

Zjawisko to nazywa się elektryczność statyczna... Możesz powtórzyć to doświadczenie. Aby to zrobić, przetrzyj zwykłą plastikową linijkę wełnianą szmatką i przytrzymaj ją nad małymi kawałkami papieru.

Należy zauważyć, że zjawisko to nie było badane od dawna. I dopiero w 1600 roku w swoim eseju „Na magnesie, ciała magnetyczne i duży magnes – Ziemia” angielski przyrodnik William Gilbert wprowadził termin – elektryczność. W swojej pracy opisał swoje eksperymenty z naelektryzowanymi przedmiotami, a także odkrył, że inne substancje również mogą zostać naelektryzowane.

Co więcej, przez trzy wieki najbardziej zaawansowani naukowcy świata badali elektryczność, pisali traktaty, formułowali prawa, wymyślali maszyny elektryczne i dopiero w 1897 roku Joseph Thomson odkrył pierwszy materialny nośnik elektryczności – elektron, cząstkę dzięki jakie procesy elektryczne w substancjach są możliwe.

Elektron Jest cząstką elementarną, ma ładunek ujemny w przybliżeniu równy -1,602 10 -19 Cl (wisiorek). Oznaczone mi lub e-.

Napięcie

Aby naładowane cząstki przemieszczały się z jednego bieguna na drugi, konieczne jest tworzenie między biegunami potencjalna różnica lub - Napięcie... Jednostka napięcia - Wolt (V lub V). We wzorach i obliczeniach napięcie jest oznaczone literą V ... Aby uzyskać napięcie 1 V, musisz przenieść ładunek o wartości 1 C między biegunami, wykonując jednocześnie pracę 1 J (dżul).

Dla jasności wyobraźmy sobie zbiornik na wodę znajdujący się na określonej wysokości. Ze zbiornika wychodzi rura. Woda pod naturalnym ciśnieniem opuszcza zbiornik rurą. Umówmy się, że woda jest ładunek elektryczny, wysokość słupa wody (ciśnienie) wynosi Napięcie, a natężenie przepływu wody wynosi Elektryczność.

Zatem im więcej wody w zbiorniku, tym wyższe ciśnienie. Podobnie, z elektrycznego punktu widzenia, im wyższy ładunek, tym wyższe napięcie.

Zaczynamy spuszczać wodę, a ciśnienie spada. Te. spada poziom naładowania - spada wartość napięcia. Zjawisko to można zaobserwować w latarce, światło słabnie w miarę rozładowywania się baterii. Zauważ, że im niższe ciśnienie wody (napięcie), tym mniejszy przepływ wody (prąd).

Elektryczność

Elektryczność Jest fizycznym procesem ukierunkowanego ruchu naładowanych cząstek pod wpływem elektro pole magnetyczne od jednego bieguna zamkniętego obwodu elektrycznego do drugiego. Cząstkami przenoszącymi ładunek mogą być elektrony, protony, jony i dziury. W przypadku braku obwodu zamkniętego prąd nie jest możliwy. Cząstki zdolne do przenoszenia ładunki elektryczne nie istnieją we wszystkich substancjach, te w których są nazywane przewodnicy oraz półprzewodniki... I substancje, w których nie ma takich cząstek - dielektryki.

Aktualna jednostka - Amper (A). We wzorach i obliczeniach aktualna siła jest oznaczona literą i ... Prąd o natężeniu 1 A jest generowany, gdy ładunek 1 Kulomba (6,241 · 10 18 elektronów) przechodzi przez punkt w obwodzie elektrycznym w ciągu 1 sekundy.

Wróćmy do naszej analogii woda-elektryczność. Dopiero teraz weźmy dwa zbiorniki i napełnijmy je równą ilością wody. Różnica między zbiornikami tkwi w średnicy rury wylotowej.

Otwórzmy krany i upewnijmy się, że przepływ wody z lewego zbiornika jest większy (średnica rury jest większa) niż z prawego. To doświadczenie jest wyraźnym dowodem zależności natężenia przepływu od średnicy rury. Spróbujmy teraz wyrównać oba strumienie. Aby to zrobić, dodaj wodę do odpowiedniego zbiornika (ładowanie). To da większe ciśnienie (napięcie) i zwiększy natężenie przepływu (prąd). W obwodzie elektrycznym średnica rury wynosi opór.

Przeprowadzone eksperymenty wyraźnie pokazują związek między napięcie, wstrząśnięty oraz opór... O oporze porozmawiamy nieco później, a teraz jeszcze kilka słów o właściwościach prądu elektrycznego.

Jeśli napięcie nie zmienia swojej polaryzacji, plus lub minus, a prąd płynie w jednym kierunku, to jest Waszyngton i odpowiednio stałe ciśnienie... Jeśli źródło napięcia zmienia swoją polaryzację i prąd płynie w jednym kierunku, to w drugim - to już jest prąd przemienny oraz Napięcie AC... Wartości maksymalne i minimalne (wskazane na wykresie jako Io ) - to jest amplituda lub wartości prądu szczytowego. W gniazdkach domowych napięcie odwraca swoją polaryzację 50 razy na sekundę, tj. prąd waha się tu i tam, okazuje się, że częstotliwość tych oscylacji wynosi 50 Hz, w skrócie 50 Hz. W niektórych krajach, na przykład w USA, częstotliwość wynosi 60 Hz.

Opór

Opór elektryczny- wielkość fizyczna, która określa właściwość przewodnika w zakresie zapobiegania (odporności) na przepływ prądu. Jednostka oporu - Om(oznaczony przez Om lub grecka litera omega Ω ). We wzorach i obliczeniach opór jest oznaczony literą r ... Przewodnik ma rezystancję 1 oma do biegunów, do których przykładane jest napięcie 1 V i płynie prąd 1 A.

Przewodniki przewodzą prąd inaczej. Ich przewodność zależy przede wszystkim od materiału przewodnika, a także od przekroju i długości. Im większy przekrój, tym wyższa przewodność, ale im dłuższa długość, tym niższa przewodność. Opór jest przeciwieństwem przewodnictwa.

Na przykładzie modelu zaopatrzenia w wodę opór można przedstawić jako średnicę rury. Im jest mniejszy, tym gorsze przewodnictwo i wyższa rezystancja.

Opór przewodnika objawia się na przykład nagrzewaniem przewodnika, gdy przepływa przez niego prąd. Co więcej, im większy prąd i mniejszy przekrój przewodu, tym silniejsze nagrzewanie.

Moc

Energia elektryczna Jest wielkością fizyczną, która określa szybkość konwersji energii elektrycznej. Na przykład słyszałeś więcej niż raz: „żarówka na tyle watów”. Jest to moc pobierana przez żarówkę na jednostkę czasu podczas pracy, tj. przekształcanie jednego rodzaju energii w inny w określonym tempie.

Źródła energii elektrycznej, na przykład generatory, również charakteryzują się mocą, ale już generowaną w jednostce czasu.

Jednostka mocy - Wat(oznaczony przez W lub W). We wzorach i obliczeniach moc jest oznaczona literą P ... W przypadku obwodów prądu przemiennego termin ten jest używany Pełna moc , jednostka - Wolt-amper (B A lub V A), oznaczony literą S .

I na zakończenie około Obwód elektryczny... Obwód ten to zestaw elementów elektrycznych zdolnych do przewodzenia prądu elektrycznego i połączonych w odpowiedni sposób.

To, co widzimy na tym obrazie, to elementarne urządzenie elektryczne (latarka). Pod wpływem stresu U(V) źródło zasilania (baterie) przez przewodniki i inne elementy o różnych impedancjach 4,59 (223 Głosy)

Ta strona podsumowuje główne wielkości prądu elektrycznego. W razie potrzeby strona zostanie uzupełniona o nowe wartości i formuły.

Aktualna siła- ilościowy pomiar prądu elektrycznego płynącego przez przekrój przewodu. Im grubszy przewodnik, tym więcej prądu może przez niego przepływać. Prąd jest mierzony przez urządzenie zwane amperomierzem. Jednostką miary jest amper (A). Aktualna siła jest oznaczona literą - i.

Należy dodać, że prąd stały i przemienny niskiej częstotliwości przepływa przez cały przekrój przewodu. Prąd przemienny o wysokiej częstotliwości płynie tylko po powierzchni przewodnika - warstwie naskórka. Im wyższa częstotliwość prądu, tym cieńszy warstwa skóry przewodnik, przez który przepływa prąd o wysokiej częstotliwości. Dotyczy to wszelkich elementów o wysokiej częstotliwości - przewodników, cewek indukcyjnych, falowodów. Dlatego w celu zmniejszenia rezystancji czynnej przewodnika na prąd o wysokiej częstotliwości wybierany jest przewodnik o dużej średnicy, dodatkowo jest to srebro (jak wiadomo srebro ma bardzo niską rezystancję właściwą).

Napięcie (spadek napięcia)- ilościowa miara różnicy potencjałów (energii elektrycznej) między dwoma punktami obwodu elektrycznego. Napięcie źródła prądu to różnica potencjałów na zaciskach źródła prądu. Napięcie mierzone jest woltomierzem. Jednostką miary jest wolt (V). Napięcie jest oznaczone literą - U, napięcie zasilania (synonim - siła elektromotoryczna) można oznaczyć literą - mi.

gdzie U- spadek napięcia na elemencie obwodu elektrycznego, i- prąd przepływający przez element obwodu.

Rozproszona (pochłonięta) moc elementu obwodu elektrycznego- wartość mocy rozpraszanej na elemencie obwodu, którą element może pochłonąć (wytrzymać) bez zmiany swoich parametrów nominalnych (awaria). Rozpraszanie mocy rezystorów jest wskazane w jego nazwie (na przykład: rezystor 2 wat - OMLT-2, 10 watów rezystor drutowy,- PEV-10). Podczas obliczania schematy ideowe, wartość wymaganej mocy rozproszonej elementu obwodu jest obliczana ze wzorów:

Dla niezawodnej pracy wartość mocy rozpraszanej elementu określoną wzorami mnoży się przez współczynnik 1,5, biorąc pod uwagę fakt, że musi być zapewniona rezerwa mocy.

Przewodność elementu obwodu- zdolność elementu obwodu do przewodzenia prądu elektrycznego. Jednostką miary przewodnictwa jest siemens (cm). Przewodność jest oznaczona literą - σ ... Przewodnictwo jest odwrotnością oporu i wiąże się z nim wzorem:

Jeśli rezystancja przewodu wynosi 0,25 Ohm (lub 1/4 Ohm), wówczas przewodność wyniesie 4 Siemens.

Częstotliwość prądu elektrycznego- miara ilościowa, która charakteryzuje szybkość zmian kierunku prądu elektrycznego. Koncepcje odbywają się - częstotliwość kołowa (lub cykliczna) - ω wyznaczanie szybkości zmian wektora fazowego pola elektrycznego (magnetycznego) oraz częstotliwość prądu elektrycznego - f, charakteryzujący szybkość zmian kierunku prądu elektrycznego (czasy lub oscylacje) w ciągu jednej sekundy. Częstotliwość jest mierzona przez przyrząd zwany miernikiem częstotliwości. Jednostką miary jest herc (Hz). Obie częstotliwości są powiązane ze sobą wyrażeniem:

Okres prądu elektrycznego- odwrotność częstotliwości, pokazująca, jak długo prąd elektryczny powoduje jedną cykliczną oscylację. Okres jest mierzony, zwykle za pomocą oscyloskopu. Jednostką okresu jest sekunda (s). Okres oscylacji prądu elektrycznego jest oznaczony literą - T... Okres związany jest z częstotliwością prądu elektrycznego wyrażeniem:

Długość fali pola elektromagnetycznego wysokiej częstotliwości- wielkość wymiarowa charakteryzująca jeden okres oscylacji pola elektromagnetycznego w przestrzeni. Długość fali jest mierzona w metrach (m). Długość fali jest oznaczona literą - λ ... Długość fali jest powiązana z częstotliwością i jest określana poprzez prędkość propagacji światła:

Reakcja cewki indukcyjnej (dławik)- wartość rezystancji wewnętrznej cewki indukcyjnej na przemienny prąd harmoniczny o określonej częstotliwości. Reaktancja cewki jest wskazywana przez X L i jest określany wzorem:

Częstotliwość rezonansowa obwodu oscylacyjnego- częstotliwość harmonicznego prądu przemiennego, przy której obwód oscylacyjny ma wyraźną charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową (AFC). Częstotliwość rezonansowa obwodu oscylacyjnego jest określona wzorem.

Energia elektryczna jest przez nas postrzegana jako dana i mało kto myśli o tym, czym jest napięcie elektryczne i jaka jest jego fizyczna istota, gdy włącza światło, komputer czy pralka... W rzeczywistości zasługuje na znacznie większą uwagę i to nie tylko dlatego, że może być zabójcza, ale także dlatego, że ludzkość, opanowując ten rodzaj energii, dokonała jakościowego skoku cywilizacyjnego.

Przypomnijmy jeden z najciekawszych momentów szkolnej lekcji fizyki, kiedy nauczyciel obracał tarczą maszyny elektrycznej, a między metalowymi kulkami przeskoczyła iskra. Jest to widoczne odbicie naturalnego zjawiska zwanego prądem elektrycznym. Wynika to z faktu, że na jednej kulce jest więcej jonów naładowanych ujemnie, a mniej na drugiej, co powoduje różnicę potencjałów, czyli fakt naruszający podstawowe prawo Natury - zachowanie energii.

Ujemnie naładowane cząstki mają tendencję do przemieszczania się tam, gdzie jest ich mniej, tym samym niwelując różnicę. Oczywiście elektrony nie przechodzą przez całą drogę między naładowanymi kulami zwanymi biegunami. Ich zasięg ograniczony jest siecią krystaliczną, z której węzłów nie mogą opuścić. Są jednak w stanie uderzać w sąsiednie cząstki i dalej przenosić pęd wzdłuż łańcucha, tworząc efekt domina. Każde takie zderzenie generuje impuls energii, dzięki któremu układ przechodzi ze stanu spoczynku do stanu wzbudzonego, który potocznie nazywany jest napięciem elektrycznym.

Wymuś napędzanie naładowanych cząstek

Aby wykorzystać napięcie i prąd elektryczny, człowiek musiał znaleźć siłę, która mogłaby odnowić różnicę potencjałów między biegunami, generując ciągłe zderzenia cząstek sieci krystalicznej. Były ich trzy:

1. Indukcja elektromagnetyczna - występowanie prądu w wyniku współzależnego ruchu metali w polu magnetycznym. Stosowany w generatorach AC i DC.
2. Oddziaływania elektrochemiczne generowane przez różnicę potencjałów sieci krystalicznych substancji. Stosowany w akumulatorach, bateriach DC.
3. Reakcja termochemiczna, która w wyniku ogrzewania zwiększa aktywność elektronów.

Siła generująca ruch naładowanych cząstek otrzymała nazwę „elektromotywa” (skrót EMF) i jest oznaczona na schematach literą „E”, towarzyszącą zwykle symbolom mnemonicznym złączy, do których podłączone jest źródło zasilania.

Wolty i ampery

Pole elektromagnetyczne i napięcie mierzone są w woltach - konwencjonalna jednostka nazwana na cześć włoskiego Alessandro Volta, oficjalnie uznanego wynalazcy bateria galwaniczna- źródło prądu stałego. Jest to ilość pracy, która jest wykonywana podczas przenoszenia jednostki ładunku (kulomba), jeśli zużyty został 1 dżul energii warunkowej.

Istnieje jednak druga jednostka do pomiaru prądu elektrycznego - amper, nazwana na cześć francuskiego fizyka André-Marie Ampere. Tradycyjnie nazywa się to siłą prądu, chociaż bardziej poprawne jest użycie terminu „siła magnetomotoryczna”, która najpełniej odzwierciedla podwójną fizyczną istotę naładowanej cząstki.

Magnetyczne i pole elektryczne elektron ma tendencję do wzajemnej kompensacji, a ich zależność jest określona przez prawo Ohma, opisane wzorem I = U / R. Jeśli opór ośrodka gwałtownie spada (na przykład podczas zwarcia), prąd rośnie wykładniczo. Powoduje to spadek napięcia odpowiedzi, w wyniku którego układ dochodzi do stanu równowagi. Podobny efekt można zaobserwować podczas pracy transformatora spawalniczego, gdy w momencie wystąpienia łuku żarówki prawie gasną.

Jest jeszcze inny efekt: przy wysokiej rezystancji ośrodka ładunek o tym samym znaku gromadzi się na dowolnej powierzchni, aż napięcie osiągnie poziom krytyczny, po czym następuje przebicie (pojawia się prąd) w kierunku powierzchni o największym potencjale różnica. Napięcie statyczne jest niezwykle niebezpieczne, ponieważ w momencie rozładowania może generować prądy o natężeniu setek amperów. Dlatego konstrukcje metalowe, które przez długi czas znajdują się w polu magnetycznym, muszą być uziemione.

Stała czy zmienna?

Napięcie jest składową statyczną elektryczności, a siła prądu jest dynamiczna, ponieważ jego kierunek zmienia się wraz z polaryzacją na końcach przewodnika. I ta nieruchomość okazała się bardzo przydatna do dystrybucji energii elektrycznej na całym świecie. Faktem jest, że każdy prąd jest tłumiony z powodu wewnętrznego oporu ośrodka, zgodnie z tym samym prawem zachowania energii. Okazało się jednak, że bardzo trudno jest wzmocnić przepływ elektronów poruszających się w jednym kierunku, a kierunek zmieniający się cyklicznie jest prosty, do tego stosuje się transformator z dwoma uzwojeniami na jednym rdzeniu.

Aby uzyskać prąd przemienny, należy odwrócić zasadę odkrytą przez Faradaya, który w swoim prototypie generatora elektrycznego obracał miedziany dysk w polu działania magnesu trwałego. Nikola Tesla zrobił coś przeciwnego - umieścił obracający się elektromagnes w uzwojeniu stacjonarnym, otrzymując nieoczekiwany efekt: w chwili, gdy bieguny przechodzą przez neutralne pole magnetyczne, amplituda napięcia spada do zera, a następnie ponownie rośnie, ale z inny znak. Podczas jednego obrotu kierunek ruchu elektronów w przewodniku zmienia się dwukrotnie, tworząc fazę roboczą. Dlatego prąd przemienny jest również nazywany prądem fazowym. A generowane przez nie napięcie jest sinusoidalne.

Nikola Tesla stworzył generator z dwoma uzwojeniami umieszczonymi pod kątem 90 0 względem siebie, a rosyjski inżynier M.O. Dolivo-Dobrovolsky poprawił go, umieszczając trzy na stojanie, co zwiększyło stabilność maszyny elektrycznej. W rezultacie przemysłowy prąd przemienny stał się trójfazowy.

Dlaczego 220 V 50 Hz?

W naszym kraju gospodarstwo domowe sieć jednofazowa ma oceny 220 woltów i 50 herców. Powód pojawienia się tych liczb jest bardzo interesujący.

Palma w rozwoju elektryczności w gospodarstwach domowych należy do Thomasa Edisona. Używał wyłącznie prądu stałego, ponieważ genialny wynalazek Nikoli Tesli dotyczący prądu przemiennego jeszcze nie nastąpił.

Pierwszym urządzeniem elektrycznym była żarówka z żarnikiem węglowym. Doświadczalnie stwierdzono, że działa najlepiej przy napięciu 45 woltów i oporniku balastowym zawartym w obwodzie, aby rozproszyć kolejne dwadzieścia. Dopuszczalny czas pracy zapewniono poprzez sekwencyjne włączanie dwóch lamp. Według Edisona suma w sieci domowej powinna wynosić 110 woltów.

Przesyłowi prądu stałego z elektrowni do odbiorców towarzyszyły jednak duże trudności: po jednej lub dwóch milach całkowicie zanikł. Zgodnie z prawem Joule'a-Lenza ilość ciepła rozpraszanego przez przewodnik podczas przepływu prądu jest obliczana według następującego wzoru: Q = R. ja 2. Aby zmniejszyć straty czterokrotnie, napięcie zwiększono do 220 woltów, a linię energetyczną zbudowano z trzech przewodów - z dwoma „plusami” i jednym „minusem”. Konsument otrzymał te same 110 woltów.

Konfrontacja Nikoli Tesli i Thomasa Edisona, zwana „Wojną prądów”, została przesunięta na korzyść naprzemiennej, ponieważ mogła być przenoszona na duże odległości przy minimalnych stratach. Niemniej jednak napięcie między przewodami zasilającymi pozostało 220, a napięcie liniowe dostarczane do konsumenta wynosiło 127 woltów, ponieważ z powodu przesunięcia fazowego o 120 stopni amplitudy napięcia nie sumują się arytmetycznie, ale są mnożone przez 1,73 - kwadrat pierwiastek z trzech.

W ZSRR do początku lat 60. stosowano nominalną wartość sieci 127 woltów w jednej fazie. W trakcie ulepszania linii elektrycznych, prowadzonego w celu zwiększenia przesyłanej mocy, konstruktorzy poszli tą samą drogą co Edison - zwiększyli napięcie.

Punktem wyjścia było 220 woltów, które zmierzono między fazami. Stało się codziennością. A przemysłowe napięcie międzyfazowe 380 woltów uzyskano mnożąc 220 przez 1,73. Częstotliwość 50 Hz to 3 tysiące drgań na minutę, czyli optymalna liczba obrotów wału korbowego silnika Diesla lub innego silnika spalinowego napędzającego samochód AC.

Teraz wiesz, jakie są napięcie i prąd elektryczny, w jakich jednostkach są mierzone i jak są od siebie zależne, a także dlaczego w twoim gniazdku jest 220 woltów. Te fakty nie są akademickie i nie twierdzą, że są ostateczną prawdą. Możesz dowiedzieć się więcej o naturze tego zjawiska z podręczników elektrotechniki.