Energia elektryczna odgrywa ogromną rolę w życiu współczesnego człowieka. Jednak nie wszyscy rozumieją zasady i wartość tego zjawiska. Głównymi cechami elektryczności są dwie zależne wielkości: napięcie i prąd. Aby wiedzieć, czym się od siebie różnią, musisz zrozumieć ich naturę. Zarówno to, jak i inne mogą mieć charakter zarówno stały, jak i zmienny.
Zadowolony
- manifestacje fizyczne
- Analogia z hydrauliką
- Zależność wielkości według prawa Ohma
- Stała i zmienna
manifestacje fizyczne
Osoba może fizycznie odczuwać przejawy elektryczności tylko pośrednio. Jeśli wypróbujesz baterię na języku, możesz poczuć mrowienie. Jest to konsekwencja przepływu niewielkiego prądu przez ciało. Wrażliwy błona śluzowa języka już odczuwa to podrażnienie. Między dwoma naładowanymi przedmiotami, takimi jak tkaniny syntetyczne lub w szkolnym eksperymencie na dynamo, można zobaczyć iskry elektryczności statycznej. Wszystko to jest konsekwencją akumulacji ładunku lub napięcia potencjalnego.
Aby dowiedzieć się, jaka jest aktualna siła, musisz zdecydować się na koncepcję ładunku. Jak wiesz, cała materia na świecie składa się z atomów. Z kolei atomy składają się z protonów, neutronów i elektronów. Wśród tych cząstek tylko neutrony są naładowane neutralnie. Protony i elektrony mają energię potencjalną - ładunek elektryczny, który w szczególności utrzymuje atomy w stanie nienaruszonym.
Protony i neutrony znajdują się w jądrze atomu. Z drugiej strony elektrony znajdują się daleko od jądra i poruszają się wokół niego po orbitach podobnych do orbit planet Układu Słonecznego. Im dalej elektron znajduje się od jądra, tym słabsze jest jego wiązanie ze środkiem atomu i tym łatwiej można go stracić. Elektrony zachowują się inaczej w różnych materiałach.
W metalach są one słabo związane z rdzeniem i swobodnie poruszają się w substancji. Jednak ich całkowita liczba w obiekcie z ładunkiem neutralnym musi zawsze odpowiadać liczbie protonów.
Jeśli elektrony opuszczają substancję w wyniku jakiegoś działania, zabierają ze sobą ładunek. W związku z tym ładunek pozostający w protonach substancji będzie akumulowany przez tę substancję. Elektrony mogą przenosić ładunek w następujących przypadkach:
- Tarcie dwóch substancji o siebie.
- Narażenie na promieniowanie ultrafioletowe lub promieniowanie.
- Szybki spadek temperatury.
W ten sposób między obiektami powstaje różnica potencjałów lub napięcie, które mogą wywołać iskrę. A iskra jest już przejawem prądu elektrycznego. Opłaty o różnych znakach zawsze przyciągają się do siebie. Jeśli elektrony przeszły z jednego materiału do drugiego, to jeden materiał zgromadził ładunek dodatni, a drugi ujemny.
Kiedy się zbliżą, elektrony zostaną przyciągnięte do dodatnio naładowanego ciała - i powstanie iskra. Oznacza to, że prąd elektryczny to ruch naładowanego cha
Analogia z hydrauliką
Słowo prąd pochodzi od słowa przepływ. W związku z tym można wyciągnąć analogię między przepływem cieczy a prądem elektrycznym. Przepływ cieczy z jednego miejsca do drugiego jest możliwy tylko wtedy, gdy istnieje siła, która to robi. W najprostszym przypadku jest to różnica poziomów płynów. To znaczy energia potencjalna, która powoduje przepływ substancji płynnej z wyższego poziomu na niższy.
Analogiem różnicy poziomów cieczy będzie różnica potencjałów lub napięcie. Analogiem prądu będzie ciśnienie przepływu wody wytworzone przez tę różnicę poziomów. Przykłady przepływów płynów:
- Wodospad.
- Przepływ generowany przez wieżę ciśnień.
- Rzeki płynące tam, gdzie jest zbocze terytorium.
Wszędzie woda płynie tam, gdzie poziom jest niższy, a prąd elektryczny – z wyższego napięcia na niższy.
Zależność wielkości według prawa Ohma
Wartości elektryczne zależą również od materiału, w którym płynie. Parametry te są określone przez opór elektryczny substancji. Rezystancja może być zarówno nieskończenie duża dla dielektryków, jak i może spaść prawie do zera w warunkach nadprzewodnictwa. Zależy to od kształtu przewodnika (jego długości i przekroju) oraz materiału, z którego jest wykonany.
W normalnych warunkach rezystancję określa się prawem Ohma jako stosunek napięcia do prądu w odcinku obwodu. Oznacza to, że różnicę potencjałów można znaleźć jako iloczyn siły prądu i oporu. Wiedza o tym, jak siła prądu różni się od napięcia, jest bardzo ważna w obliczeniach elektrycznych. Na tym opierają się wszystkie podstawy funkcjonowania obwodów elektrycznych.
Stała i zmienna
Prąd i napięcie mogą być stałe lub zmienne. Stałość wartości mówi o jej niezmienności w czasie. Wręcz przeciwnie, zmienne zmieniają swoją wartość okresowo w czasie. Jeśli napięcie zasilania okaże się zmienne, to wytwarzana przez nie siła prądu będzie zmienna. Oznacza to, że obie te wartości będą się zwiększać i zmniejszać. Przebieg może być inny:
- Sygnał sinusoidalny (płynny wzrost - spadek).
- Meandr (sygnał prostokątny, trójkątny), gdy wartość gwałtownie się zmienia.
- Pulsujący sygnał, który zmienia się płynnie, a potem ostro, zgodnie z pewnym prawem.
Niezależnie od tego, czy prąd jest stały czy zmienny, jego główna różnica od napięcia - fakt, że prąd jest ruchem nośników ładunku, a napięcie jest przyczyną tego ruchu.
