Is het mogelijk om je leven voor te stellen zonder elektriciteit? De moderne mens heeft zich stevig omringd met huishoudelijke apparaten die helpen in het leven. We kunnen onszelf en ons leven niet langer voorstellen zonder slimme thuisassistenten.
Technologie schakelt steeds meer over op het gebruik van elektriciteit. Zelfs transport wordt geleidelijk aan overgeschakeld op elektrische motoren, wat aanzienlijke schade aan de natuur kan verminderen.
Vandaag zullen we proberen de volgende vragen te beantwoorden:
- Wat is elektrische stroom?
- Wat is elektrische spanning?
- Hoe de spanning te bepalen?
- Waarin wordt spanning gemeten?
Wat is actueel?
Aan het begin van de studie van elektriciteit werd het verkregen door het ene lichaam tegen het andere te wrijven. Tijdens een onweersbui kan een grotere ladingsvoorraad worden verkregen met behulp van een natuurlijke ontlading - bliksem. Het is bekend dat deze methode het leven heeft gekost van een student van M. V. Lomonosov - Richter.
De lading zelf is moeilijk en irrationeel om te gebruiken. Het is noodzakelijk om zijn gerichte beweging te verkrijgen - een elektrische stroom. Huidige eigenschappen:
- verwarmen van de geleider;
- chemische actie;
- mechanische actie;
- magnetische actie.
Ze worden gebruikt in het dagelijks leven en in de technologie. Een noodzakelijke voorwaarde voor het bestaan van stroom is de aanwezigheid van een stroombron, vrije elektrische ladingen en een gesloten geleider.
Achtergrond
In 1792 raakte de beroemde Italiaanse natuurkundige, fysioloog en uitvinder Alessandro Volta geïnteresseerd in de conclusies van zijn landgenoot Luigi Galvani over de aard van stroomimpulsen in dierlijke organen. Door langdurige observatie van het gedrag van kikkerbilletjes, bevestigd aan metalen haken, kon hij concluderen dat de bron van elektriciteit niet een levend organisme is, maar het contact van verschillende metalen. Het is deze omstandigheid die bijdraagt aan de stroom van elektriciteit, en de reactie van zenuwuiteinden is slechts een fysiologisch effect van de stroom.
Een unieke ontdekking leidde tot de oprichting van 's werelds eerste gelijkstroombron, de Voltaic Pillar. Verschillende metalen (Volta beweerde dat ze van elkaar verwijderd moesten worden in een reeks chemische elementen) worden gelegd met papier dat geïmpregneerd is met een vloeibare "geleider van de tweede soort".
Dit apparaat was de eerste bron van constante spanning. De eenheid van elektrische spanning vereeuwigde de naam van Alessandro Volta.
DC voeding
Het belangrijkste element van het elektrische circuit is een stroombron. Het doel is om een elektrisch veld te creëren, onder invloed waarvan vrij geladen deeltjes (elektronen, ionen) in gerichte beweging komen. geaccumuleerd opindividuele elementen van de bronladingen (ze worden polen genoemd) hebben verschillende tekens. De lading zelf wordt herverdeeld in de bron onder invloed van krachten van niet-elektrische aard (mechanisch, chemisch, magnetisch, thermisch, enzovoort). Het elektrische veld dat door de polen buiten de stroombron wordt gecreëerd, doet het werk van het verplaatsen van de lading in een gesloten geleider. Alessandro Volta sprak over de noodzaak van een gesloten circuit om gelijkstroom te creëren.
Aangezien de lading in bronnen beweegt onder invloed van niet-elektrische krachten, kan worden gesteld dat deze krachten wel werken. Laten we ze buitenstaanders noemen. De verhouding van het werk van externe krachten om lading binnen de stroombron over te dragen tot de grootte van de lading wordt de elektromotorische kracht genoemd.
Wiskundige notatie voor deze verhouding:
- Ε=Ast: q,
waar E de elektromotorische kracht (EMV) is, is Asthet werk van externe krachten, q is de lading gedragen door externe krachten in de bron.
EMF kenmerkt het vermogen van een bron om een stroom te creëren, maar het belangrijkste kenmerk van een bron wordt soms beschouwd als een elektrische spanning (potentiaalverschil).
Spanning
De verhouding van de arbeid van het veld om de lading in de geleider te verplaatsen tot de grootte van de lading wordt elektrische spanning genoemd.
Om het te bepalen, moet u de veldwerkwaarde delen door de kostenwaarde. Laat A het werk zijn dat wordt gedaan door het elektrische veld van de stroombron om de lading q te verplaatsen. U - elektrische spanning. Wiskundige notatie van de bijbehorende formule:
U=A: q
Zoals elke fysieke grootheid, heeft spanning een maateenheid. Hoe wordt spanning gemeten? Met de naam van de uitvinder van 's werelds eerste gelijkstroombron, Alessandro Volta, kreeg deze waarde zijn eigen meeteenheid. In het internationale systeem wordt spanning gemeten in volt (V).
Een spanning van 1 V is de spanning van een elektrisch veld dat een werk van 1 J doet om een lading van 1 C te verplaatsen.
V=J/C=N•m/(A•s)=kg•m/(A•s3).
In basis SI-eenheden, de eenheid van elektrische spanning:
kg•m/(A•s3).
Vereiste waarde
Waarom is het niet voldoende om, kenmerkend voor de stroom, het concept van stroomsterkte te introduceren? Laten we een gedachte-experiment doen. Laten we twee verschillende lampen nemen: een gewone huishoudlamp en een lamp uit een zaklamp. Als je ze aansluit op verschillende stroombronnen (stadsnetwerk en batterij), kun je precies dezelfde stroomwaarde krijgen. Tegelijkertijd geeft een huishoudlamp meer licht, dat wil zeggen, het werk van de stroom erin is veel groter.
Verschillende stroombronnen hebben verschillende spanningen. Daarom is deze waarde essentieel.
Handige analogie
Het begrijpen van de fysieke betekenis van elektrische spanning komt uit een interessante analogie. In communicerende vaten stroomt vloeistof van buis naar buis als er een drukverschil in zit. De vloeistofstroom stopt bij gelijkheiddruk.
Als de vloeistofstroom wordt vergeleken met de stroom van elektrische lading, dan speelt het drukverschil van de vloeistofkolommen dezelfde rol als het potentiaalverschil in de stroombron.
Zolang de processen die gepaard gaan met de herverdeling van de lading op de polen plaatsvinden in de stroombron, is het in staat om een stroom in de geleider te creëren. Elektrische stroomspanning wordt gemeten in volt, het drukverschil heeft een meeteenheid - pascal.
Wisselstroom
Elektrische stroom, die periodiek van richting verandert, wordt variabel genoemd. Het wordt gecreëerd door een wisselspanningsbron. Meestal is het een generator. Laten we proberen uit te leggen: wat is de meting van wisselspanning?
Het principe van de huidige generatie is gebaseerd op het fenomeen van elektromagnetische inductie. De rotatie van een gesloten circuit in een magnetisch veld leidt tot het optreden van een potentiaalverschil in de geleider. Spanning wordt gemeten in volt en in het geval van variërende stroom.
Kan men stellen dat de spanning niet verandert? Het is duidelijk dat als gevolg van een verandering in de hoek tussen het vlak van de contour en de normaal daarop, de gegenereerde spanning in de loop van de tijd verandert. De waarde ervan groeit van nul tot een maximale waarde en da alt dan weer tot nul. Over een bepaalde waarde hoeft niet te worden gesproken. Voer de zogenaamde effectieve spanningswaarde in:
- Ud=U: √2.
Welk instrument meet de spanning?
Een apparaat voor het meten van elektrische spanning - een voltmeter. Het principe van zijn werking is gebaseerd op de interactie van een circuit met stroom en een magnetisch veldpermanente magneet. Het is bekend dat een stroomkring draait in een magnetisch veld. Afhankelijk van de hoeveelheid stroom in het circuit, verandert de rotatiehoek.
Als je een pijl aan het circuit bevestigt, wijkt deze af van nul wanneer er stroom in het circuit vloeit (meestal de spoel). Afhankelijk van waarin de spanning wordt gemeten, is de schaal van het apparaat gegradueerd. Het is mogelijk om subveelvouden en veelvouden te gebruiken.
Bij lage waarden wordt de elektrische spanning gemeten in millivolt of microvolt. Integendeel, in hoogspanningsnetwerken worden meerdere units gebruikt.
Elke voltmeter is parallel aangesloten op dat deel van het circuit waar de spanning wordt gemeten. De belangrijkste eigenschap van het apparaatcircuit kan een hoge ohmse weerstand worden genoemd. Een voltmeter, ongeacht de spanning waarin wordt gemeten, mag de stroomsterkte in het circuit niet beïnvloeden. Er wordt een kleine stroom doorheen geleid, die de hoofdwaarde niet significant beïnvloedt.
Spanningstabel
| Fysiek apparaat | Spanning op zijn contacten, V |
| Voltpool | 1, 1 |
| Zaklamp batterij | 1, 5 |
| Alkalinebatterij | 1, 25 |
| Zuurbatterij | 2 |
| Stadsnetwerk | 220 |
| Hoogspanninghoogspanningslijnen | 500.000 |
| Tussen de wolken in een onweersbui | Tot 100.000.000 |
Praktische toepassing van een voltmeter
Om de voltmeter effectief te gebruiken, moet je leren hoe je hem moet gebruiken. Een nieuwsgierige experimentator kan worden geadviseerd contact op te nemen met schoolleraren.
De klaslokalen voor natuurkunde op school zijn uitgerust met laboratorium- en demonstratie-instrumenten voor het meten van spanningen.
Bedien elke voltmeter voorzichtig, volgens eenvoudige regels:
- De voltmeter heeft een maximale meetlimiet. Dit is de hoogste waarde op zijn schaal. Sluit het niet aan op een circuit dat een element met een hogere spanning bevat.
- Als er geen andere bron of voltmeter is, kunt u een systeem met extra weerstand gebruiken. In dit geval moet ook de schaal van de voltmeter worden gewijzigd.
- Elektrische apparaten zijn aangesloten op het DC-circuit, afhankelijk van de indicaties van het laadbord op de klemmen. De positieve pool van de stroombron moet worden aangesloten op de positieve pool van de voltmeter, de negatieve pool op de negatieve pool. Bij verwisseling kunnen de pijlen van het apparaat verbuigen, wat zeer ongewenst is.
- Alle aansluitingen worden uitsluitend gemaakt op een spanningsloos circuit.
Ongezond
De werking van elektrische stroom kan onveilig zijn voor mensen. Minder dan 24 V wordt als ongevaarlijk beschouwd.
De actie van de stroom onder de spanning van het stadsnetwerk (220 V) is behoorlijk merkbaar. Het aanraken van blote contacten gaat gepaard met een flinke "schok".
Spanning tijdens een onweersbui laat zo'n hoge stroom door het menselijk lichaam gaan dat het hem dreigt te doden. Zet je leven en gezondheid niet op het spel.
