L'elettricità è usata ovunque, ed è "sempre stata" per la stragrande maggioranza delle persone. Ma difficilmente molti pensavano alla natura di questo fenomeno. Tra i termini elettrici di base, i più difficili da capire, nonostante la loro apparente semplicità, sono "differenza di potenziale" e "tensione nel circuito".
Contenuto
- Potenziale concetto
- Modello idraulico
- Misure del circuito
Potenziale concetto
Affinché gli elettroni possano viaggiare attraverso il circuito, è necessaria energia, in grado di metterli in movimento lungo un circuito elettrico. Ad esempio, nel caso dell'elettricità statica, è la forza prodotta da uno squilibrio di carica elettrica negli oggetti.
L'esperienza scolastica con lo sfregamento di un bastoncino di ebano sulla lana illustra la creazione di elettroni in eccesso nell'ebano (carica negativa) e una carenza di elettroni nella lana (carica positiva) con il dispendio di energia meccanica per sfregamento.
Tra gli elettrodi isolati, questo squilibrio si manifesta solo nell'attrazione reciproca di oggetti elettrificati. Se sono collegati da un conduttore, gli elettroni lo attraverseranno dall'ebanite alla lana, compensando il deficit.
Questa è la corrente elettrica nel circuito, e il grado di elettrificazione dei corpi è la quantitàchiamato potenziale. Per semplificare la comprensione di quella che viene chiamata tensione, puoi considerare questo valore come una potenziale differenza tra gli oggetti.
Modello idraulico
Il processo per ottenere cariche nei materiali strofinati l'uno contro l'altro è simile al riempimento di un serbatoio d'acqua in altezza da un serbatoio libero. Rispetto allo specchio di una piscina all'aperto, il serbatoio dell'acqua posto sopra può essere considerato un accumulatore di energia. Le forze gravitazionali conferiscono all'acqua ad un'altitudine la possibilità di svuotare il serbatoio quando è depressurizzato. Se i serbatoi descritti sono collegati da un tubo, l'acqua sotto l'influenza della gravità creerà un flusso in esso, liberando l'energia accumulata dall'iniezione preliminare verso l'alto.
Come un liquido immobile in un serbatoio alto, l'energia immagazzinata negli oggetti strofinati chiamato potenziale - ha la capacità (potenziale) di essere realizzato dal movimento degli elettroni lungo conduttore.
Nel caso dell'elettricità statica, quella che viene chiamata tensione può essere espressa così: è l'unità di lavoro richiesta per spostare un'unità di carica da un luogo all'altro, superando una forza che cerca di mantenere in equilibrio i potenziali.
Una misura dell'energia potenziale (lavoro richiesto) per unità di carica per spostarla lungo un conduttore è ecco come apparirà una descrizione di come apparirà la tensione come definizione applicabile all'elettrico Catene.
L'elenco delle grandezze fisiche che descrivono il fenomeno dello stress:
- differenza di potenziale - misurata in volt (V);
- carica elettrica - Coulomb (C);
- lavorare sullo spostamento della carica - Joule (J).
Per circuiti elettrici con alimentazioni galvaniche, reti a tensione alternata o fenomeni elettrostatici, non c'è differenza nella misura della tensione elettrica. In tutti i casi, l'indicatore è considerato una differenza di potenziale ed è determinato in volt. L'unità di misura può essere rappresentata come segue: 1V = 1J / 1C. Un dispositivo di misurazione della tensione è chiamato voltmetro.
Misure del circuito
L'energia nel circuito esterno è creata da una sorgente che funge da pompa (in analogia con i serbatoi d'acqua). È fornito forzatamente dal funzionamento di un campo elettrico nel circuito interno a seguito della trasformazione delle reazioni chimiche nelle celle galvaniche o dell'energia meccanica nei generatori.
Nei circuiti elettrici esterni, il movimento della carica avviene in modo naturale tra i potenziali ed è accompagnato da perdite di energia per garantire questo movimento.
A questo proposito, l'alimentazione costante deve fornire continuamente l'energia necessaria per mantenere la differenza potenziali alle due estremità del circuito esterno, creando un'elevata pressione elettrica (per analogia con idraulica esempio).
Quando la carica viaggia attraverso il circuito esterno, si scontra con vari elementi del circuito, ognuno dei quali è un dispositivo di conversione dell'energia. Questi possono essere lampadine, motori, elementi riscaldanti. Ad esempio, in una lampada ad incandescenza, l'energia del potenziale elettrico viene convertita in radiazione luminosa e termica. Pertanto, si verifica una potenziale perdita, cioè sarà diversa prima del carico (lampada) e dopo di esso. La perdita di potenziale elettrico quando passa attraverso gli elementi del circuito è chiamata caduta di tensione. Questo è uno degli indicatori più importanti per monitorare il funzionamento dei dispositivi in un circuito.
L'elenco delle leggi e delle formule di base della tensione elettrica, che descrivono il fenomeno nei circuiti, si presenta così:
- La formula per calcolare la tensione: U = A / q, dove q è la carica (C), A è il lavoro di trasferimento della carica (J).
- Legge di Ohm: U = IR, dove I è la corrente nel circuito, R è la resistenza del conduttore ai capi del quale viene misurata la tensione.
- Differenza di potenziale tra elementi di circuito successivi: U = U1 + U2 + U3 +… + Un.
È importante capire che la tensione non può in alcun modo essere una misura della corrente. La differenza di potenziale e la corrente elettrica sono due fenomeni quasi non correlati. In teoria, è possibile creare una corrente priva di tensione cortocircuitando nel vuoto e un normale condensatore carico può servire come esempio opposto. L'ipotesi che la corrente abbia tensione è un malinteso comune. Vale la pena ricordare di comprendere la fisica dei fenomeni descritti.
