Voitko kuvitella elämäsi ilman sähköä? Nykyihminen on tiukasti ympäröinyt itsensä kodinkoneilla, jotka auttavat elämää. Emme voi enää kuvitella itseämme ja elämäämme ilman älykkäitä kodin avustajia.
Teknologia siirtyy yhä enemmän sähkön käyttöön. Myös liikenne siirtyy vähitellen sähkömoottoreihin, mikä voi vähentää merkittäviä luonnonhaittoja.
Tänään yritämme vastata seuraaviin kysymyksiin:
- Mikä on sähkövirta?
- Mikä on sähköjännite?
- Miten määritetään jännite?
- Missä jännite mitataan?
Mikä on tällä hetkellä?
Sähköntutkimuksen kynnyksellä se saatiin hankaamalla kehoa toista vasten. Ukkosmyrskyn aikana voitaisiin saada suurempi varausmäärä luonnollisella purkauksella - salamalla. Tiedetään, että tämä menetelmä maksoi M. V. Lomonosovin opiskelijan hengen - Richter.
Lataa itsessään on vaikea ja järjetön käyttää. On tarpeen saada sen suunnattu liike - sähkövirta. Nykyiset ominaisuudet:
- johtimen lämmitys;
- kemiallinen vaikutus;
- mekaaninen toiminta;
- magneettinen toiminta.
Ne ovat käytössä jokapäiväisessä elämässä ja tekniikassa. Virran olemassaolon välttämätön edellytys on virtalähteen läsnäolo, vapaat sähkövaraukset ja suljettu johdin.
Tausta
Vuonna 1792 kuuluisa italialainen fyysikko, fysiologi ja keksijä Alessandro Volta kiinnostui maanmiehensä Luigi Galvanin päätelmistä eläinten elinten virtaimpulssien luonteesta. Pitkäaikainen tarkkailu metallikoukkuihin kiinnitettyjen sammakonjalkojen käyttäytymisestä antoi hänelle mahdollisuuden päätellä, että sähkön lähde ei ole elävä organismi, vaan erilaisten metallien kosketus. Juuri tämä seikka edistää sähkön virtausta, ja hermopäätteiden reaktio on vain virran fysiologinen vaikutus.
Ainutlaatuinen löytö johti maailman ensimmäisen tasavirtalähteen luomiseen, nimeltään Voltaic Pillar. Erilaiset metallit (Volta väitti, että ne pitäisi poistaa toisistaan kemiallisten alkuaineiden sarjassa) levitetään paperilla, joka on kyllästetty nestemäisellä "toisen tyyppisellä johtimella".
Tämä laite oli ensimmäinen jatkuvan jännitteen lähde. Sähköjännitteen yksikkö ikuisti Alessandro Voltan nimen.
DC-virtalähde
Sähköpiirin pääelementti on virtalähde. Sen tarkoituksena on luoda sähkökenttä, jonka vaikutuksesta vapaat varautuneet hiukkaset (elektronit, ionit) tulevat suunnattuun liikkeeseen. Kertynyt päällelähdevarausten yksittäisillä elementeillä (niitä kutsutaan navoiksi) on erilaiset merkit. Varaus itsessään jakautuu uudelleen lähteen sisällä ei-sähköisten voimien (mekaanisten, kemiallisten, magneettisten, termisten ja niin edelleen) vaikutuksesta. Virtalähteen ulkopuolella olevien napojen luoma sähkökenttä suorittaa varauksen siirtämisen suljetussa johtimessa. Alessandro Volta puhui suljetun piirin tarpeesta tasavirran luomiseksi.
Koska varaus liikkuu lähteissä ei-sähköisten voimien vaikutuksesta, voidaan väittää, että nämä voimat toimivat. Kutsukaamme heitä ulkopuolisiksi. Ulkoisten voimien työn suhdetta varauksen siirtoon virtalähteen sisällä varauksen suuruuteen kutsutaan sähkömoottorivoimaksi.
Tämän suhteen matemaattinen merkintä:
- Ε=Ast: q,
jossa E on sähkömotorinen voima (EMF), Aston ulkoisten voimien työ, q on ulkoisten voimien lähteessä kuljettama varaus.
EMF kuvaa lähteen kykyä luoda virtaa, mutta lähteen pääominaisuutena pidetään joskus sähköjännitettä (potentiaalieroa).
Jännite
Kentän työn suhdetta johtimessa olevan varauksen siirtämiseen varauksen suuruuteen kutsutaan sähköjännitteeksi.
Määrittääksesi sen, sinun on jaettava kenttätyön arvo latausarvolla. Olkoon A työ, jonka virtalähteen sähkökenttä siirtää varauksen q siirtämiseksi. U - sähköjännite. Vastaavan kaavan matemaattinen merkintä:
U=A: q
Kuten kaikilla fyysisillä suureilla, jännitteellä on mittayksikkö. Miten jännite mitataan? Maailman ensimmäisen tasavirtalähteen keksijän Alessandro Voltan nimen mukaan tälle arvolle annettiin oma mittayksikkö. Kansainvälisessä järjestelmässä jännite mitataan voltteina (V).
1 V:n jännite on sähkökentän jännite, joka toimii 1 J ja siirtää 1 C:n varauksen.
V=J/C=N•m/(A•s)=kg•m/(A•s3).
SI-perusyksiköissä sähköjännitteen yksikkö:
kg•m/(A•s3).
Pakollinen arvo
Miksi virran voimakkuuden käsitteen käyttöönotto ei riitä virran luonnehtimiseen? Tehdään ajatuskoe. Otetaan kaksi erilaista lamppua: tavallinen kotitalouslamppu ja taskulamppu. Kun kytket ne eri virtalähteisiin (kaupunkiverkko ja akku), saat täsmälleen saman virta-arvon. Samalla kotitalouslamppu antaa enemmän valoa, eli siinä olevan virran työ on paljon suurempi.
Eri virtalähteillä on erilaiset jännitteet. Siksi tämä arvo on välttämätön.
Hyödyllinen analogia
Sähköjännitteen fyysisen merkityksen ymmärtäminen tulee mielenkiintoisesta analogiasta. Yhteyksissä olevissa suonissa neste virtaa putkesta putkeen, jos niissä on paine-ero. Nesteen virtaus pysähtyy tasa-arvon sattuessapaine.
Jos nestevirtaa verrataan sähkövarauksen virtaukseen, nestepatsaiden paine-erolla on sama rooli kuin virranlähteen potentiaalierolla.
Niin kauan kuin napojen varauksen uudelleenjakautumiseen liittyvät prosessit tapahtuvat virtalähteen sisällä, se pystyy muodostamaan virran johtimeen. Sähkövirran jännite mitataan voltteina, paine-erolla on mittayksikkö pascal.
Vaihtovirta
Sähkövirtaa, joka muuttaa suuntaaan ajoittain, kutsutaan muuttuvaksi. Se syntyy vaihtojännitelähteestä. Useimmiten se on generaattori. Yritetään selittää: mikä on AC-jännitteen mittaus?
Virranmuodostuksen periaate perustuu sähkömagneettisen induktion ilmiöön. Suljetun piirin pyöriminen magneettikentässä johtaa potentiaalieron ilmenemiseen johtimessa. Jännite mitataan voltteina ja jos virta vaihtelee.
Voidaanko väittää, että jännite ei muutu? Ilmeisesti ääriviivan tason ja sen normaalin välisen kulman muutoksen vuoksi generoitu jännite muuttuu ajan myötä. Sen arvo kasvaa nollasta johonkin maksimiarvoon ja putoaa sitten jälleen nollaan. Tietystä arvosta ei tarvitse puhua. Syötä niin sanottu tehollinen jännitearvo:
- Ud=U: √2.
Mikä laite mittaa jännitettä?
Laite sähköjännitteen mittaamiseen - volttimittari. Sen toimintaperiaate perustuu piirin vuorovaikutukseen virran ja magneettikentän kanssakestomagneetti. Tiedetään, että virtapiiri pyörii magneettikentässä. Piirin virran määrästä riippuen kiertokulma muuttuu.
Jos kiinnität nuolen piiriin, se poikkeaa nollasta, kun virta kulkee piirissä (yleensä kelassa). Sen mukaan, millä jännite mitataan, laitteen asteikko on asteikko. On mahdollista käyttää osa- ja kerrannaisia.
Matalissa arvoissa sähköjännite mitataan millivoltteina tai mikrovoltteina. Päinvastoin, suurjänniteverkoissa käytetään useita yksiköitä.
Mikä tahansa volttimittari on kytketty rinnan sen piirin osan kanssa, jossa jännite mitataan. Laitepiirin pääominaisuutta voidaan kutsua korkeaksi ohmiseksi resistanssiksi. Volttimittarin, riippumatta siitä, missä jännite mitataan, ei pitäisi vaikuttaa piirin virranvoimakkuuteen. Sen läpi kulkee pieni virta, joka ei merkittävästi vaikuta pääarvoon.
Jännitetaulukko
| Fyysinen laite | Jännite sen koskettimissa, V |
| Volttinapa | 1, 1 |
| Taskulamppuakku | 1, 5 |
| Alkaliparisto | 1, 25 |
| Happolakku | 2 |
| Kaupunkiverkosto | 220 |
| Korkea jännitevoimajohdot | 500 000 |
| Pilvien välissä ukkosmyrskyssä | Jopa 100 000 000 |
Vinttimittarin käytännön sovellus
Jotta voit käyttää volttimittaria tehokkaasti, sinun tulee oppia käyttämään sitä. Uteliasta kokeilijaa voidaan neuvoa ottamaan yhteyttä koulun opettajiin.
Koulujen fysiikan luokkahuoneet on varustettu laboratorio- ja demonstraatioinstrumenteilla jännitysten mittaamiseen.
Käytä mitä tahansa volttimittaria varoen noudattaen yksinkertaisia sääntöjä:
- Volttimittarilla on enimmäismittausraja. Tämä on hänen mittakaavansa korkein arvo. Älä kytke sitä piiriin, joka sisältää korkeamman jännitteen elementin.
- Jos muuta lähdettä tai volttimittaria ei ole, voit käyttää lisävastusjärjestelmää. Tällöin myös volttimittarin asteikko on vaihdettava.
- Sähkölaitteet kytketään tasavirtapiiriin sen liittimissä olevien latausmerkin merkintöjen mukaan. Virtalähteen positiivinen napa on kytkettävä volttimittarin positiiviseen napaan, negatiivinen napa negatiiviseen napaan. Jos laitteen nuolet sekoittuvat, ne voivat taipua, mikä on erittäin epätoivottavaa.
- Kaikki liitännät tehdään yksinomaan jännitteettömään piiriin.
Epäterveellistä
Sähkövirran toiminta voi olla vaarallista ihmisille. Alle 24 V katsotaan vaarattomaksi.
Virran vaikutus kaupunkiverkon jännitteen (220 V) alla on varsin havaittavissa. Koskettamalla paljaita koskettimia seuraa merkittävä "shokki".
Jännite ukkosmyrskyn aikana kuljettaa niin suuren virran ihmiskehon läpi, että se uhkaa tappaa hänet. Älä vaaranna henkeäsi ja terveyttäsi.
