Je li moguće zamisliti svoj život bezstruja? Suvremeni čovjek čvrsto se okružio kućanskim aparatima koji pomažu u životu. Više ne možemo zamisliti sebe i svoj život bez pametnih kućnih pomoćnika.
U tehnologiji se sve više prebacuju na upotrebu električne energije. Čak se i transport postupno prenosi na električne motore, što omogućuje smanjenje značajne štete po prirodu.
Danas ćemo pokušati odgovoriti na sljedeća pitanja:
U zoru studije o električnoj energiji primljena jetrljajući jedno tijelo o drugo. Veća zaliha naboja mogla bi se dobiti tijekom grmljavinske oluje pomoću prirodnog pražnjenja - munje. Poznato je da je ova metoda koštala života učenika M. V. Lomonosova Richtera.
Samo punjenje teško je i neracionalno koristiti. Potrebno je dobiti njegovo usmjereno kretanje - električnu struju. Trenutna svojstva:
Koriste se u svakodnevnom životu i tehnologiji. Nužan uvjet za postojanje struje je prisutnost izvora struje, slobodnih električnih naboja i zatvorenog vodiča.
1792. poznati talijanski fizičar, fiziologa izumitelj Alessandro Volta zainteresirao se za zaključke svog sunarodnjaka Luigija Galvanija o prirodi trenutnih impulsa u životinjskim organima. Dugotrajno promatranje ponašanja žabljih nogu, učvršćenih na metalnim kukama, omogućilo mu je da zaključi da izvor električne energije nije živi organizam, već kontakt različitih metala. Ta okolnost potiče protok električne energije, a reakcija živčanih završetaka samo je fiziološki učinak struje.
Jedinstveno otkriće dovelo je do stvaranja prvog usvijet izvora istosmjerne struje, nazvan "voltajski stup". Različiti metali (Volta je tvrdio da se međusobno moraju uklanjati u nizu kemijskih elemenata) prekrivaju se papirom impregniranim tekućim "vodičem druge vrste".
Ovaj je uređaj bio prvi izvor stalnog napona. Jedinica za mjerenje električnog napona ovekovečila je ime Alessandro Volta.
Glavni element električnog kruga je izvorTrenutno. Njegova je svrha stvoriti električno polje pod čijim utjecajem slobodne nabijene čestice (elektroni, ioni) dolaze u usmjereno kretanje. Naboji nakupljeni na pojedinim elementima izvora (zovu se polovi) imaju različite znakove. Sam se naboj distribuira unutar izvora pod utjecajem sila neelektrične prirode (mehaničke, kemijske, magnetske, toplinske i tako dalje). Električno polje stvoreno polovima izvan izvora struje obavlja pomicanje naboja u zatvorenom vodiču. Alessandro Volta govorio je o potrebi zatvorenog kruga za stvaranje istosmjerne struje.
Budući da se u izvorima pod utjecajem silaneelektrične prirode, naboj se pomiče, što znači da se može tvrditi da te sile djeluju. Nazovimo ih trećim stranama. Odnos rada vanjskih sila na prijenosu naboja unutar izvora struje i količine naboja naziva se elektromotorna sila.
Matematički zapis ovog omjera:
gdje je E - elektromotorna sila (EMF), Asv Je li rad vanjskih sila, q je naboj koji vanjske sile nose u izvoru.
EMF karakterizira sposobnost izvora da stvara struju, ali glavnom karakteristikom izvora ponekad se smatra električni napon (razlika potencijala).
Odnos rada polja za pomicanje naboja u vodiču i količine naboja naziva se električni napon.
Da biste ga odredili, potreban vam je rad na poljupodijeljeno s iznosom naplate. Neka je A rad električnog polja izvora struje za pomicanje naboja q. U je električni napon. Matematički zapis odgovarajuće formule:
Kao i svaka fizička veličina, stres imajedinica mjere. Kako se mjeri napon? Po imenu izumitelja prvog svjetskog izvora istosmjerne struje, Alessandra Volte, ta je vrijednost dobila vlastitu mjernu jedinicu. U međunarodnom sustavu napon se mjeri u voltima (V).
Napon od 1 V je napon električnog polja koje izvodi rad od 1 J za pomicanje naboja od 1 C.
U osnovnim jedinicama SI sustava mjerna jedinica električnog napona:
Zašto nije dovoljno, karakterizirajući struju, uvestipojam jačine struje? Napravimo misaoni eksperiment. Uzmite dvije različite svjetiljke: običnu svjetiljku za kućanstvo i lampu sa baterijskom svjetiljkom. Kada ih povezujete s različitim trenutnim izvorima (gradska mreža i baterija), možete dobiti potpuno istu trenutnu vrijednost. Istodobno, svjetiljka za kućanstvo daje više svjetlosti, odnosno rad struje u njoj je mnogo veći.
Različiti izvori napajanja imaju različite napone. Stoga je ova vrijednost izuzetno potrebna.
Razumijevanje fizičkog značenja električnognapetost dolazi iz zanimljive analogije. U komunikacijskim posudama tekućina teče od cijevi do cijevi ako u njima postoji razlika u tlaku. Protok fluida se zaustavlja kad su tlakovi jednaki.
Ako se tekuća tekućina uspoređuje s protokom električnog naboja, tada razlika tlaka između stupova tekućine igra istu ulogu kao i razlika potencijala u izvoru struje.
Dok se procesi odvijaju unutar trenutnog izvora,prateći preraspodjelu naboja na polovima, u stanju je stvoriti struju u vodiču. Napon električne struje mjeri se u voltima, razlika tlaka ima mjernu jedinicu - paskal.
Električna struja, povremeno mijenja svojusmjer naziva se promjenljivim. Stvara ga izvor izmjeničnog napona. Najčešće je ovo generator. Pokušajmo pojasniti: koji je izmjereni izmjenični napon?
Sam princip trenutne generacije temelji se na fenomenuelektromagnetska indukcija. Rotacija zatvorene petlje u magnetskom polju dovodi do pojave razlike potencijala u vodiču. Napon se mjeri u voltima i u slučaju promjene struje.
Može li se tvrditi da se napon ne mijenja?Očito se, zbog promjene kuta između ravnine konture i normale na nju, generirano naprezanje mijenja s vremenom. Njegova vrijednost raste od nule do određene maksimalne vrijednosti, a zatim se vraća na nulu. O određenoj vrijednosti nije potrebno govoriti. Unesite takozvanu vrijednost r.m.s. napona:
Uređaj za mjerenje električnog napona -voltmetar. Njegov se princip rada temelji na interakciji kruga sa strujom i magnetskim poljem trajnog magneta. Poznato je da se krug s strujom okreće u magnetskom polju. Ovisno o količini struje u krugu, mijenja se kut rotacije.
Ako na konturu pričvrstite strelicu, onda jeodstupa od nule kada u krugu teče struja (obično zavojnica). Ovisno o tome u kojem se naponu mjeri, razmjera uređaja se kalibrira. Moguća je upotreba podmnožnika i višekratnika.
Za male vrijednosti napon se mjeri u milivoltima ili mikrovoltima. Suprotno tome, višestruke jedinice koriste se u visokonaponskim mrežama.
Bilo koji voltmetar spojen je paralelno s timpresjek kruga na kojem se mjeri napon. Glavno svojstvo sklopa uređaja je visoki omski otpor. Voltmetar, bez obzira u kojem se naponu mjeri, ne bi trebao utjecati na struju u krugu. Kroz njega se prolazi mala struja, što ne utječe značajno na glavnu vrijednost.
Fizički uređaj | Napon na njegovim kontaktima, V |
Voltov stup | 1,1 |
Baterija svjetiljke | 1,5 |
Alkalna baterija | 1,25 |
Kisela baterija | 2 |
Gradska mreža | 220 |
Visokonaponski dalekovodi | 500 000 |
Između oblaka u grmljavinskoj oluji | Do 100 000 000 |
Za učinkovitu upotrebu voltmetra vrijedi naučiti kako ga koristiti. Znatiželjnom eksperimentatoru može se savjetovati da se obrati školskim učiteljima.
Učionice fizike opremljene su laboratorijskim i demonstracijskim instrumentima za mjerenje napona.
Bilo kojim voltmetrom treba raditi oprezno, slijedeći jednostavna pravila:
Električni udar može biti nesiguran za ljude. Napon manji od 24V smatra se bezopasnim.
Djelovanje struje pod naponom gradske mreže (220 V) prilično je primjetno. Dodirivanje golih kontakata popraćeno je značajnim "šokom".
Napon tijekom grmljavinske oluje prolazi tako jaku struju kroz ljudsko tijelo da mu prijeti smrću. Ne biste trebali riskirati svoj život i zdravlje.
