Elektrina sa používa všade a pre veľkú väčšinu ľudí „bola vždy“. Ale sotva mnohí premýšľali o povahe tohto javu. Zo základných elektrických pojmov sú najťažšie na pochopenie, napriek ich zjavnej jednoduchosti, „rozdiel potenciálov“ a „napätie v obvode“.
Obsah
- Potenciálny koncept
- Hydraulický model
- Merania obvodu
Potenciálny koncept
Na to, aby elektróny prešli obvodom, je potrebná energiaschopné uviesť ich do pohybu pozdĺž elektrického obvodu. Napríklad v prípade statickej elektriny je to sila produkovaná nerovnováhou elektrického náboja v predmetoch.
Školská skúsenosť s trením ebenovej tyčinky o vlnu ilustruje tvorbu prebytočných elektrónov v ebenu (záporný náboj) a nedostatok elektrónov vo vlne (kladný náboj) s výdajom mechanickej energie na trenie.
Medzi izolovanými elektródami sa táto nerovnováha prejavuje iba priťahovaním elektrifikovaných predmetov k sebe. Ak sú spojené vodičom, elektróny ním prejdú z ebonitu do vlny, čím kompenzujú deficit.
Toto je elektrický prúd v obvode a stupeň elektrifikácie telies je množstvo
nazývaný potenciál. Na zjednodušenie pochopenia toho, čo sa nazýva napätie, môžete túto hodnotu považovať za potenciálny rozdiel medzi objektmi.Hydraulický model
Proces získavania nábojov v materiáloch, ktoré sa o seba otierajú, je podobný ako pri plnení vodnej nádrže vo výške z voľnej nádrže. V porovnaní so zrkadlom vonkajšieho bazéna možno vyššie umiestnenú nádrž na vodu považovať za akumulátor energie. Gravitačné sily dodávajú vode v nadmorskej výške potenciál vyprázdniť nádrž, keď je bez tlaku. Ak sú opísané nádrže spojené potrubím, voda pod vplyvom gravitácie v nej vytvorí prúdenie a uvoľní energiu nahromadenú z predbežného vstrekovania smerom nahor.
Energia uložená v trených predmetoch ako nehybná kvapalina vo vysokej nádrži nazývaný potenciál - má schopnosť (potenciál) realizovať sa pohybom elektrónov pozdĺž vodič.
V prípade statickej elektriny sa to, čo sa nazýva napätie, dá vyjadriť takto: je to jednotka práce, ktorá je na to potrebná presun jednotky náboja z jedného miesta na druhé, prekonanie sily, ktorá sa snaží udržať potenciály v rovnováhe.
Miera potenciálnej energie (potrebná práca) na jednotku náboja na jej pohyb pozdĺž vodiča je takto bude vyzerať popis napätia ako definícia aplikovateľná na elektriku reťaze.
Zoznam fyzikálnych veličín, ktoré popisujú fenomén stresu:
- potenciálny rozdiel - meraný vo voltoch (V);
- elektrický náboj - Coulomb (C);
- práca na pohybe náboja - Joule (J).
Pre elektrické obvody s galvanickým napájaním, siete so striedavým napätím alebo elektrostatické javy nie je rozdiel v tom, aké elektrické napätie sa meria. Vo všetkých prípadoch sa indikátor považuje za potenciálny rozdiel a určuje sa vo voltoch. Jednotka merania môže byť reprezentovaná nasledovne: 1V = 1J / 1C. Zariadenie na meranie napätia sa nazýva voltmeter.
Merania obvodu
Energiu vo vonkajšom okruhu vytvára zdroj, ktorý funguje ako čerpadlo (podobne ako pri vodných nádržiach). Je násilne zabezpečovaná pôsobením elektrického poľa vo vnútornom obvode v dôsledku premeny chemických reakcií v galvanických článkoch alebo mechanickej energie v generátoroch.
Vo vonkajších elektrických obvodoch dochádza k pohybu náboja prirodzeným spôsobom medzi potenciálmi a je sprevádzaný energetickými stratami na zabezpečenie tohto pohybu.
V tomto smere musí konštantné napájanie nepretržite dodávať potrebnú energiu na udržanie rozdielu potenciály na dvoch koncoch vonkajšieho okruhu, čím sa vytvára vysoký elektrický tlak (analogicky s hydraulickým príklad).
Keď náboj prechádza vonkajším obvodom, naráža na rôzne prvky obvodu, z ktorých každý je zariadením na premenu energie. Môžu to byť žiarovky, motory, vykurovacie telesá. Napríklad v žiarovke sa energia elektrického potenciálu premieňa na svetelné a tepelné žiarenie. Dochádza teda k potenciálnej strate, to znamená, že bude iná pred záťažou (lampa) a po nej. Strata elektrického potenciálu pri prechode prvkami obvodu sa nazýva pokles napätia. Toto je jeden z najdôležitejších ukazovateľov na monitorovanie činnosti zariadení v obvode.
Zoznam základných zákonov a vzorcov elektrického napätia, ktoré popisujú jav v obvodoch, vyzerá takto:
- Vzorec na výpočet napätia: U = A / q, kde q je náboj (C), A je práca pri prenose náboja (J).
- Ohmov zákon: U = IR, kde I je prúd v obvode, R je odpor vodiča, na koncoch ktorého sa meria napätie.
- Potenciálny rozdiel medzi po sebe nasledujúcimi prvkami obvodu: U = U1 + U2 + U3 +… + Un.
Je dôležité tomu rozumieť napätie nemôže byť v žiadnom prípade mierou prúdu. Potenciálny rozdiel a elektrický prúd sú dva takmer nesúvisiace javy. Teoreticky je možné skratovaním vo vákuu vytvoriť beznapäťový prúd a ako opačný príklad môže slúžiť obyčajný nabitý kondenzátor. Predpoklad, že prúd má napätie, je bežnou mylnou predstavou. Stojí za to pamätať na pochopenie fyziky opísaných javov.
