Uploaded by mel-nik62

Электричество, эл.ток, напряжение. мощность

advertisement
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 – Вольтампер (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.
Связь между напряжением, силой тока, сопротивлением и мощностью.
Download