Elektryczność jest używana wszędzie i „zawsze była” dla ogromnej większości ludzi. Ale mało kto myślał o naturze tego zjawiska. Wśród podstawowych terminów elektrycznych najtrudniejsze do zrozumienia, mimo pozornej prostoty, są „różnica potencjałów” i „napięcie w obwodzie”.
Zadowolony
- Potencjalna koncepcja
- Model hydrauliczny
- Pomiary obwodów
Potencjalna koncepcja
Aby elektrony mogły podróżować przez obwód, potrzebna jest energia, zdolne do wprawienia ich w ruch wzdłuż obwodu elektrycznego. Na przykład w przypadku elektryczności statycznej jest to siła wytworzona przez nierównowagę ładunku elektrycznego w obiektach.
Doświadczenie szkolne z pocieraniem hebanowego kija o wełnę ilustruje powstawanie nadmiaru elektronów w hebanu (ładunek ujemny) i niedobór elektronów w wełnie (ładunek dodatni) przy wydatku energii mechanicznej dla tarcie.
Pomiędzy izolowanymi elektrodami ta nierównowaga przejawia się jedynie w przyciąganiu do siebie naelektryzowanych obiektów. Jeśli są połączone przewodem, to elektrony przejdą przez niego od ebonitu do wełny, kompensując deficyt.
To jest prąd elektryczny w obwodzie i stopień zelektryfikowania ciał to ilośćzwany potencjałem. Aby uprościć zrozumienie tego, co nazywa się napięciem, możesz uznać tę wartość za potencjalną różnicę między obiektami.
Model hydrauliczny
Proces uzyskiwania ładunków w materiałach ocierających się o siebie jest podobny do napełniania zbiornika wody na wysokości ze zbiornika wolnego. W porównaniu z lustrem basenu zewnętrznego, znajdujący się powyżej zbiornik na wodę można uznać za akumulator energii. Siły grawitacyjne nadają wodzie na wysokości możliwość opróżnienia zbiornika, gdy jest on pozbawiony ciśnienia. Jeżeli opisane zbiorniki połączy się rurą, to woda pod wpływem grawitacji wytworzy w niej przepływ, uwalniając w górę energię nagromadzoną z wtrysku wstępnego.
Jak nieruchoma ciecz w wysokim zbiorniku, energia zmagazynowana w potartych przedmiotach zwany potencjałem - ma zdolność (potencjał) do realizacji przez ruch elektronów wzdłuż konduktor.
W przypadku elektryczności statycznej to, co nazywamy napięciem, można wyrazić w następujący sposób: jest to jednostka pracy wymagana do przenoszenie jednostki ładunku z jednego miejsca na drugie, pokonywanie siły, która stara się utrzymać równowagę potencjałów.
Miarą energii potencjalnej (wymaganej pracy) na jednostkę ładunku do przemieszczenia jej wzdłuż przewodnika jest w ten sposób opis tego, jak będzie wyglądało napięcie jako definicja mająca zastosowanie do elektryki więzy.
Lista wielkości fizycznych opisujących zjawisko stresu:
- różnica potencjałów - mierzona w woltach (V);
- ładunek elektryczny - kulomb (C);
- praca nad przeniesieniem ładunku - Joule (J).
W przypadku obwodów elektrycznych z zasilaczami galwanicznymi, sieci napięcia przemiennego lub zjawisk elektrostatycznych nie ma różnicy w mierzonym napięciu elektrycznym. We wszystkich przypadkach wskaźnik jest uważany za różnicę potencjałów i jest określany w woltach. Jednostka miary może być przedstawiona w następujący sposób: 1V = 1J / 1C. Urządzenie do pomiaru napięcia nazywa się woltomierzem.
Pomiary obwodów
Moc w obwodzie zewnętrznym wytwarza źródło pełniące rolę pompy (analogicznie do zbiorników wodnych). Wymuszone jest to działaniem pola elektrycznego w obwodzie wewnętrznym w wyniku przemiany reakcji chemicznych w ogniwach galwanicznych lub energii mechanicznej w generatorach.
W zewnętrznych obwodach elektrycznych ruch ładunku zachodzi w sposób naturalny pomiędzy potencjałami i towarzyszą mu straty energii zapewniające ten ruch.
W związku z tym stałe zasilanie musi stale dostarczać niezbędną energię, aby utrzymać różnicę potencjały na dwóch końcach obwodu zewnętrznego, tworząc wysokie ciśnienie elektryczne (analogicznie do układu hydraulicznego) przykład).
Gdy ładunek przemieszcza się przez zewnętrzną pętlę, zderza się z różnymi elementami obwodu, z których każdy jest urządzeniem do konwersji energii. Mogą to być żarówki, silniki, elementy grzejne. Na przykład w lampie żarowej energia potencjału elektrycznego jest zamieniana na światło i promieniowanie cieplne. W ten sposób występuje potencjalna strata, to znaczy będzie inna przed obciążeniem (lampą) i po nim. Utrata potencjału elektrycznego podczas przechodzenia przez elementy obwodu nazywana jest spadkiem napięcia. Jest to jeden z najważniejszych wskaźników monitorowania pracy urządzeń w obwodzie.
Lista podstawowych praw i wzorów napięcia elektrycznego, opisujących zjawisko w obwodach, wygląda następująco:
- Wzór na obliczenie napięcia: U = A / q, gdzie q jest ładunkiem (C), A jest pracą przeniesienia ładunku (J).
- Prawo Ohma: U = IR, gdzie I jest prądem w obwodzie, R jest rezystancją przewodu, na którego końcach mierzone jest napięcie.
- Różnica potencjałów na kolejnych elementach obwodu: U = U1 + U2 + U3 +… + Un.
Ważne jest, aby to zrozumieć napięcie nie może być w żaden sposób miarą prądu. Różnica potencjałów i prąd elektryczny to dwa niemal niepowiązane ze sobą zjawiska. Teoretycznie możliwe jest wytworzenie prądu beznapięciowego poprzez zwarcie w próżni, a zwykły naładowany kondensator może służyć jako przeciwny przykład. Założenie, że prąd ma napięcie, jest powszechnym błędem. Warto pamiętać o zrozumieniu fizyki opisywanych zjawisk.
