Elektrizität spielt im Leben eines modernen Menschen eine große Rolle. Nicht jeder versteht jedoch die Prinzipien und den Wert dieses Phänomens. Die Hauptmerkmale von Elektrizität sind zwei abhängige Größen: Spannung und Strom. Um zu wissen, wie sie sich voneinander unterscheiden, müssen Sie ihre Natur verstehen. Sowohl dieser als auch ein anderer können sowohl permanenten als auch variablen Charakter haben.
Inhalt
- Körperliche Manifestationen
- Analogie zur Hydraulik
- Verhältnis der Größen nach dem Ohmschen Gesetz
- Konstant und variabel
Körperliche Manifestationen
Eine Person kann die Manifestationen der Elektrizität nur indirekt physisch spüren. Wenn Sie eine Batterie auf Ihrer Zunge ausprobieren, können Sie ein Kribbeln spüren. Dies ist eine Folge des Fließens eines kleinen Stroms durch den Körper. Empfidlich die Zungenschleimhaut spürt diese Reizung bereits. Funken statischer Elektrizität können zwischen zwei geladenen Objekten, wie beispielsweise synthetischen Stoffen, oder in einem Schuldynamo-Experiment gesehen werden. All dies ist eine Folge der Akkumulation von Ladung oder potentieller Spannung.
Um herauszufinden, wie hoch die Stromstärke ist, müssen Sie sich für das Ladekonzept entscheiden. Wie Sie wissen, besteht alle Materie der Welt aus Atomen. Atome wiederum bestehen aus Protonen, Neutronen und Elektronen. Von diesen Teilchen sind nur Neutronen neutral geladen. Protonen und Elektronen haben potentielle Energie - eine elektrische Ladung, die insbesondere Atome in einem festen Zustand hält.
Protonen und Neutronen befinden sich im Kern eines Atoms. Elektronen hingegen befinden sich weit vom Kern entfernt und bewegen sich in Bahnen ähnlich den Bahnen der Planeten des Sonnensystems um ihn herum. Je weiter das Elektron vom Kern entfernt ist, desto geringer ist seine Bindung zum Atomzentrum und desto leichter kann es verloren gehen. Elektronen verhalten sich in verschiedenen Materialien unterschiedlich.
In Metallen sind sie schwach an den Kern gebunden und bewegen sich frei im Stoff. Ihre Gesamtzahl in einem neutral geladenen Objekt muss jedoch immer der Anzahl der Protonen entsprechen.
Wenn Elektronen die Substanz durch eine Aktion verlassen, tragen sie die Ladung mit sich. Dementsprechend wird die in den Protonen einer Substanz verbleibende Ladung von dieser Substanz akkumuliert. Elektronen können in folgenden Fällen eine Ladung abtransportieren:
- Reibung zweier Stoffe gegeneinander.
- Exposition gegenüber Ultraviolett oder Strahlung.
- Schneller Temperaturabfall.
Dadurch entsteht zwischen Objekten eine Potentialdifferenz oder Spannung, die einen Funken verursachen kann. Und ein Funke ist bereits eine Manifestation eines elektrischen Stroms. Ladungen unterschiedlicher Vorzeichen ziehen sich immer gegenseitig an. Wenn Elektronen von einem Material zum anderen übergegangen sind, hat ein Material eine positive Ladung und das andere eine negative Ladung angesammelt.
Wenn sie sich nähern, werden Elektronen von einem positiv geladenen Körper angezogen – und es entsteht ein Funke. Das heißt, ein elektrischer Strom ist die Bewegung von geladenem Cha
Analogie zur Hydraulik
Wort Strom leitet sich aus dem Wort Fluss ab. Dementsprechend kann eine Analogie zwischen dem Fluss einer Flüssigkeit und einem elektrischen Strom gezogen werden. Der Flüssigkeitsfluss ist von einem Ort zum anderen nur möglich, wenn eine Kraft vorhanden ist, die ihn dazu veranlasst. Im einfachsten Fall ist es der Unterschied der Flüssigkeitsstände. Das heißt, die potentielle Energie, die eine flüssige Substanz dazu zwingt, von einem höheren Niveau zu einem niedrigeren zu fließen.
Ein Analogon zum Unterschied der Flüssigkeitsstände ist die Potentialdifferenz oder Spannung. Das Analogon zum Strom ist der Druck des Wasserflusses, der durch diesen Höhenunterschied erzeugt wird. Beispiele für Flüssigkeitsströme:
- Wasserfall.
- Die vom Wasserturm erzeugte Strömung.
- Flüsse, die dort fließen, wo es einen Hang des Territoriums gibt.
Überall fließt Wasser dorthin, wo das Niveau niedriger ist, und der elektrische Strom - von höherer Spannung zu niedriger.
Verhältnis der Größen nach dem Ohmschen Gesetz
Elektrische Werte hängen auch vom Material ab, in dem es fließt. Diese Parameter werden durch den elektrischen Widerstand des Stoffes bestimmt. Der Widerstand kann sowohl für Dielektrika unendlich groß sein als auch unter supraleitenden Bedingungen auf fast Null absinken. Sie hängt von der Form des Leiters (Länge und Querschnitt) und dem Material ab, aus dem er besteht.
Unter normalen Bedingungen wird der Widerstand durch das Ohmsche Gesetz als das Verhältnis von Spannung zu Strom in einem Abschnitt eines Stromkreises bestimmt. Das heißt, die Potentialdifferenz kann als Produkt aus Stromstärke und Widerstand ermittelt werden. Für elektrische Berechnungen ist es sehr wichtig zu wissen, wie sich die Stromstärke von der Spannung unterscheidet. Darauf basieren alle Grundlagen der Funktionsweise elektrischer Schaltungen.
Konstant und variabel
Strom und Spannung können entweder konstant oder variabel sein. Die Konstanz des Wertes spricht für seine Invariabilität über die Zeit. Im Gegenteil, Variablen ändern ihren Wert im Laufe der Zeit periodisch. Stellt sich heraus, dass die Versorgungsspannung variabel ist, dann ist die von ihr erzeugte Stromstärke variabel. Dies bedeutet, dass diese beiden Werte steigen und sinken. Die Wellenform kann unterschiedlich sein:
- Sinusförmiges Signal (sanfter Anstieg - Abfall).
- Ein Mäander (rechteckiges, dreieckiges Signal), wenn sich der Wert stark ändert.
- Ein pulsierendes Signal, das sich nach einem bestimmten Gesetz sanft und dann steil ändert.
Unabhängig davon, ob der Strom konstant oder wechselnd ist, ist es Hauptunterschied zur Spannung - die Tatsache, dass der Strom die Bewegung von Ladungsträgern ist und die Spannung der Grund für diese Bewegung ist.
