Elképzelhető az életed áram nélkül? A modern ember szorosan körülvette magát háztartási gépekkel, amelyek segítenek az életben. Már nem tudjuk elképzelni magunkat és életünket okosotthoni asszisztensek nélkül.
A technológia egyre inkább átáll az elektromosság használatára. Még a közlekedést is fokozatosan áthelyezik villanymotorokra, ami jelentősen csökkentheti a természet károsítását.
Ma a következő kérdésekre próbálunk választ adni:
- Mi az elektromos áram?
- Mi az elektromos feszültség?
- Hogyan határozható meg a feszültség?
- Miben mérik a feszültséget?
Mi a jelenlegi?
Az elektromosság tanulmányozásának hajnalán úgy állították elő, hogy egyik testet a másikhoz dörzsölték. Természetes kisüléssel – villámlás – zivatar idején nagyobb töltést lehetett elérni. Ismeretes, hogy ez a módszer M. V. Lomonoszov (Richter) tanítványának az életébe került.
Maga a töltés nehezen és irracionálisan használható. Meg kell szerezni annak irányított mozgását - elektromos áramot. Jelenlegi tulajdonságok:
- a vezető melegítése;
- kémiai hatás;
- mechanikus hatás;
- mágneses hatás.
Használják a mindennapi életben és a technológiában. Az áram létezésének szükséges feltétele az áramforrás, a szabad elektromos töltések és a zárt vezető megléte.
Háttér
1792-ben a híres olasz fizikus, fiziológus és feltaláló, Alessandro Volta érdeklődni kezdett honfitársa, Luigi Galvani következtetései iránt az állati szervekben áramló impulzusok természetéről. A fémkampókra rögzített békalábak viselkedésének hosszú távú megfigyelése lehetővé tette számára, hogy arra a következtetésre jutott, hogy az elektromosság forrása nem élő szervezet, hanem különböző fémek érintkezése. Ez a körülmény járul hozzá az elektromosság áramlásához, és az idegvégződések reakciója csak az áram élettani hatása.
Egy egyedülálló felfedezés vezetett a világ első egyenáramú forrásának, a Voltaic Pillarnak a létrehozásához. A különböző fémeket (Volta amellett érvelt, hogy kémiai elemek sorozatával el kell távolítani őket) egy folyékony "második típusú vezetővel" impregnált papírral helyezik el.
Ez az eszköz volt az első állandó feszültségforrás. Az elektromos feszültség mértékegysége Alessandro Volta nevét örökítette meg.
DC tápegység
Az elektromos áramkör fő eleme egy áramforrás. Célja olyan elektromos tér létrehozása, amelynek hatására a szabad töltésű részecskék (elektronok, ionok) irányított mozgásba kerülnek. Felhalmozódotta forrástöltések egyes elemei (ezeket pólusoknak nevezik) eltérő előjelűek. Maga a töltés újraeloszlik a forráson belül nem elektromos jellegű erők hatására (mechanikai, kémiai, mágneses, termikus stb.). Az áramforráson kívüli pólusok által létrehozott elektromos tér végzi a töltés mozgatását egy zárt vezetőben. Alessandro Volta arról beszélt, hogy az egyenáram létrehozásához zárt áramkörre van szükség.
Mivel a töltés nem elektromos erők hatására mozog a forrásokban, vitatható, hogy ezek az erők működnek. Nevezzük őket kívülállóknak. A külső erők áramforráson belüli töltésátvitelre gyakorolt hatásának és a töltés nagyságának arányát elektromotoros erőnek nevezzük.
Ennek az aránynak a matematikai jelölése:
- Ε=Ast: q,
ahol E az elektromotoros erő (EMF), Asta külső erők munkája, q a külső erők által a forrásban hordozott töltés.
Az EMF a forrás azon képességét jellemzi, hogy áramot hozzon létre, de a forrás fő jellemzőjét néha elektromos feszültségnek (potenciálkülönbségnek) tekintik.
feszültség
A vezetőben lévő töltést mozgató mező munkájának a töltés nagyságához viszonyított arányát elektromos feszültségnek nevezzük.
A meghatározásához el kell osztani a szántóföldi munka értékét a töltés értékével. Legyen A az áramforrás elektromos tere által a q töltés mozgatására végzett munka. U - elektromos feszültség. A megfelelő képlet matematikai jelölése:
U=A: q
Mint minden fizikai mennyiségnek, a feszültségnek is van mértékegysége. Hogyan mérik a feszültséget? A világ első egyenáramú forrásának feltalálója, Alessandro Volta nevével ez az érték saját mértékegységet kapott. A nemzetközi rendszerben a feszültséget voltban (V) mérik.
Az 1 V-os feszültség annak az elektromos mezőnek a feszültsége, amely 1 J erőt fejt ki az 1 C-os töltés mozgatására.
V=J/C=N•m/(A•s)=kg•m/(A•s3).
Alapvető SI-mértékegységekben az elektromos feszültség mértékegysége:
kg•m/(A•s3).
Kötelező érték
Miért nem elég az áramot jellemzően bevezetni az áramerősség fogalmát? Végezzünk egy gondolatkísérletet. Vegyünk két különböző lámpát: egy közönséges háztartási lámpát és egy lámpát egy zseblámpából. Különböző áramforrásokhoz (városi hálózathoz és akkumulátorhoz) csatlakoztatva pontosan azonos áramértéket kaphat. Ugyanakkor egy háztartási lámpa több fényt ad, vagyis sokkal nagyobb a benne lévő áram munkája.
A különböző áramforrások eltérő feszültséggel rendelkeznek. Ezért ez az érték elengedhetetlen.
Hasznos hasonlat
Az elektromos feszültség fizikai jelentésének megértése egy érdekes analógiából származik. A kommunikáló erekben a folyadék csőről csőre áramlik, ha nyomáskülönbség van bennük. A folyadék áramlása egyenlőség esetén leállnyomás.
Ha a folyadékáramot összehasonlítjuk az elektromos töltés áramlásával, akkor a folyadékoszlopok nyomáskülönbsége ugyanazt a szerepet játszik, mint az áramforrás potenciálkülönbsége.
Amíg a pólusokon a töltés újraeloszlását kísérő folyamatok az áramforráson belül zajlanak, az képes áramot létrehozni a vezetőben. Az elektromos áram feszültségét voltban mérik, a nyomáskülönbségnek van egy mértékegysége - pascal.
Váltóáram
Az irányát időszakosan változó elektromos áramot változónak nevezzük. Váltakozó feszültségforrás hozza létre. Leggyakrabban egy generátor. Próbáljuk meg elmagyarázni: mi az AC feszültség mérése?
Az áramtermelés alapelve az elektromágneses indukció jelenségén alapul. A zárt áramkör mágneses térben való forgása potenciálkülönbség megjelenéséhez vezet a vezetőben. A feszültség mérése voltban történik, változó áram esetén.
Azzal lehet érvelni, hogy a feszültség nem változik? Nyilvánvaló, hogy a kontúr síkja és a normálsík közötti szög változása miatt a generált feszültség idővel változik. Értéke nulláról valamilyen maximum értékre nő, majd ismét nullára esik. Nem kell egy bizonyos értékről beszélni. Adja meg az úgynevezett effektív feszültség értéket:
- Ud=U: √2.
Milyen műszer méri a feszültséget?
Egy készülék elektromos feszültség mérésére – voltmérő. Működésének elve az áramkör és az áram és a mágneses tér kölcsönhatásán alapulállandómágnes. Ismeretes, hogy egy áramkör mágneses térben forog. Az áramkörben lévő áramerősségtől függően változik a forgásszög.
Ha nyilat rögzít az áramkörre, akkor az eltér a nullától, amikor áram folyik az áramkörben (általában a tekercsben). Attól függően, hogy miben mérik a feszültséget, a készülék skálája fokozatos. Lehetséges rész- és többszörösek használata.
Alacsony értékek esetén az elektromos feszültséget millivoltban vagy mikrovoltban mérik. Éppen ellenkezőleg, a nagyfeszültségű hálózatokban több egységet használnak.
Bármely voltmérő párhuzamosan csatlakozik az áramkör azon részéhez, ahol a feszültséget mérik. Az eszközáramkör fő tulajdonsága nagy ohmos ellenállásnak nevezhető. A voltmérő, függetlenül attól, hogy milyen feszültségben mérik, nem befolyásolhatja az áramerősséget az áramkörben. Kis áram halad át rajta, ami nem befolyásolja jelentősen a fő értéket.
Feszültségtábla
| Fizikai eszköz | Feszültség az érintkezőkön, V |
| Voltoszlop | 1, 1 |
| Zseblámpa akkumulátor | 1, 5 |
| Alkáli elem | 1, 25 |
| Savakkumulátor | 2 |
| Városhálózat | 220 |
| Magas feszültségelektromos vezetékek | 500 000 |
| Felhők között zivatarban | Legfeljebb 100 000 000 |
A voltmérő gyakorlati alkalmazása
A voltmérő hatékony használatához meg kell tanulnia a használatát. A kíváncsi kísérletezőnek azt tanácsolhatjuk, hogy vegye fel a kapcsolatot az iskolai tanárokkal.
Az iskolai fizika tantermek laboratóriumi és bemutató műszerekkel vannak felszerelve a feszültségek mérésére.
Minden voltmérőt óvatosan használjon, az egyszerű szabályok betartásával:
- A voltmérőnek van egy maximális mérési határa. Ez a legmagasabb érték a skáláján. Ne csatlakoztassa olyan áramkörhöz, amely nagyobb feszültségű elemet tartalmaz.
- Ha nincs más forrás vagy voltmérő, használhat további ellenállási rendszert. Ebben az esetben a voltmérő skáláját is módosítani kell.
- Az elektromos készülékek az egyenáramú áramkörre a kapcsokon lévő töltésjelzéstől függően csatlakoznak. Az áramforrás pozitív pólusát a voltmérő pozitív, a negatív pólusát a negatív pólushoz kell kötni. Ha összekeverik, a készülék nyilai elhajolhatnak, ami nagyon nem kívánatos.
- Minden csatlakozás kizárólag feszültségmentesített áramkörhöz történik.
Egészségtelen
Az elektromos áram hatása nem biztonságos az emberek számára. A 24 V-nál kisebb feszültség ártalmatlannak minősül.
Az áram hatása a városi hálózat feszültsége alatt (220 V) eléggé észrevehető. A csupasz érintkezők megérintését jelentős "sokk" kíséri.
A zivatar alatti feszültség olyan erős áramot vezet át az emberi testen, hogy az halállal fenyeget. Ne kockáztassa életét és egészségét.
