Na današnjem srečanju bomo govorili o elektriki, ki je postala sestavni del moderna civilizacija. Električna energija je vdrla v vsa področja našega življenja. In prisotnost gospodinjskih aparatov, ki uporabljajo električni tok v vsakem domu, je tako naraven in sestavni del vsakdanjega življenja, da ga jemljemo za samoumevnega.
Našim bralcem so torej na voljo osnovne informacije o električnem toku.
Kaj je električni tok
Električni tok pomeni usmerjeno gibanje nabitih delcev. Snovi, ki vsebujejo zadostno število prostih nabojev, imenujemo prevodniki. Zbirka vseh naprav, ki so med seboj povezane z žicami, se imenuje električni tokokrog.
IN vsakdanjem življenju uporabljamo elektriko, ki prehaja skozi kovinske vodnike. Nosilci naboja v njih so prosti elektroni.
Običajno kaotično hitijo med atomi, vendar jih električno polje prisili, da se premikajo v določeno smer.
Kako se zgodi
Pretok elektronov v vezju lahko primerjamo s tokom vode, ki pada iz visoki ravni na nizko. Vlogo nivoja v električnih tokokrogih igra potencial.
Da tok teče v vezju, je treba na njegovih koncih vzdrževati konstantno potencialno razliko, tj. napetost.
Običajno je označen s črko U in merjen v voltih (B).
Zahvaljujoč uporabljeni napetosti se v tokokrogu vzpostavi električno polje, ki daje elektronom smerno gibanje. Višja kot je napetost, močnejše je električno polje in s tem intenzivnost toka smerno premikajočih se elektronov.
Hitrost širjenja električnega toka je enaka hitrosti vzpostavitve električnega polja v tokokrogu, to je 300.000 km/s, vendar hitrost elektronov komaj doseže le nekaj mm na sekundo.
Splošno sprejeto je, da tok teče od točke z višjim potencialom, to je od (+) do točke z nižjim potencialom, to je do (-). Napetost v tokokrogu vzdržuje vir toka, na primer baterija. Znak (+) na njegovem koncu pomeni pomanjkanje elektronov, znak (-) pomeni njihov presežek, saj so elektroni nosilci negativnega naboja. Takoj, ko se tokokrog s tokovnim virom sklene, elektroni hitijo z mesta, kjer jih je presežek, na pozitivni pol tokovnega vira. Njihova pot poteka skozi žice, porabnike, merilne instrumente in druge elemente vezja.
Upoštevajte, da je smer toka nasprotna smeri gibanja elektronov.
Preprosto, smer toka je bila po dogovoru znanstvenikov določena, preden je bila ugotovljena narava toka v kovinah.
Nekatere količine, ki označujejo električni tok
Moč toka. Električni naboj, ki prehaja skozi prečni prerez prevodnika v 1 sekundi, se imenuje jakost toka. Za označevanje se uporablja črka I in se meri v amperih (A).
Odpornost. Naslednja količina, ki jo morate poznati, je odpornost. Nastane zaradi trkov smerno gibajočih se elektronov z ioni kristalne mreže. Zaradi takih trkov elektroni prenesejo del svoje kinetične energije na ione. Zaradi tega se prevodnik segreje in jakost toka se zmanjša. Upor je označen s črko R in se meri v ohmih (ohm).
Čim daljši je prevodnik in čim manjši je njegov presek, tem večji je upor kovinskega vodnika. Pri enaki dolžini in premeru žice imajo najmanjši upor vodniki iz srebra, bakra, zlata in aluminija. Iz očitnih razlogov se v praksi uporabljajo žice iz aluminija in bakra.
Moč. Pri izvajanju izračunov za električna vezja je včasih treba določiti porabo energije (P).
Da bi to naredili, je treba tok, ki teče skozi vezje, pomnožiti z napetostjo.
Enota za moč je vat (W).
Enosmerni in izmenični tok
Tok, ki ga zagotavljajo različne baterije in akumulatorji, je konstanten. To pomeni, da se jakost toka v takem tokokrogu lahko spremeni le v velikosti s spreminjanjem na različne načine njegov upor, njegova smer pa ostane nespremenjena.
Ampak Večina električnih naprav porablja izmenični tok, to je tok, katerega velikost in smer se nenehno spreminjata po določenem zakonu.
Ustvarja se v elektrarnah in nato po visokonapetostnih daljnovodih potuje v naše domove in podjetja.
V večini držav je frekvenca obračanja toka 50 Hz, kar pomeni, da se pojavi 50-krat na sekundo. V tem primeru se jakost toka vsakič postopoma poveča, doseže maksimum, nato pa se zmanjša na 0. Nato se ta postopek ponovi, vendar z nasprotno smerjo toka.
V ZDA vse naprave delujejo na frekvenci 60 Hz. Zanimiva situacija razvit na Japonskem. Tam tretjina države uporablja izmenični tok s frekvenco 60 Hz, ostalo pa 50 Hz.
Pozor - elektrika
Električni udar lahko nastane pri uporabi električnih naprav in zaradi udara strele, saj Človeško telo je dober prevodnik toka. Električne poškodbe pogosto povzročijo, če stopite na žico, ki leži na tleh, ali z rokami odrinete razrahljane električne žice.
Napetost nad 36 V velja za nevarno za ljudi. Če tok le 0,05 A prehaja skozi telo osebe, lahko povzroči nehoteno krčenje mišic, kar osebi ne bo omogočilo, da bi se samostojno odtrgala od vira lezije. Tok 0,1 A je smrtonosen.
Izmenični tok je še toliko bolj nevaren, ker ima več močan vpliv na osebo. Ta naš prijatelj in pomočnik se v nekaterih primerih spremeni v neusmiljenega sovražnika, ki povzroča težave z dihanjem in delovanjem srca, celo do popolnega srčnega zastoja. Na telesu pušča strašne sledi v obliki hudih opeklin.
Kako pomagati žrtev? Najprej izklopite vir škode. In potem poskrbite za zagotavljanje prve pomoči.
Naše spoznavanje z elektriko se bliža koncu. Naj dodamo le nekaj besed o morska bitja, ki ima "električno orožje". To so nekatere vrste rib, ugor in ožigalka. Najbolj nevaren med njimi je ugor.
Ne smete plavati manj kot 3 metre od njega. Njegov udarec ni usoden, lahko pa izgubi zavest.
Če bi bilo to sporočilo koristno za vas, bi bil vesel vašega obiska
Tok in napetost sta kvantitativna parametra, ki se uporabljata v električni diagrami. Najpogosteje se te količine spreminjajo skozi čas, sicer ne bi imelo smisla delovati električni tokokrog.
Napetost
Običajno je napetost označena s črko "U". Delo, porabljeno za premikanje enote naboja od točke nizkega potenciala do točke visokega potenciala, je napetost med tema dvema točkama. Z drugimi besedami, to je energija, ki se sprosti, ko se enota naboja premakne z visokega na nizek potencial.
Napetost lahko imenujemo tudi potencialna razlika, pa tudi elektromotorna sila. Ta parameter se meri v voltih. Za premik 1 kulona naboja med dvema točkama, ki imata napetost 1 volt, je treba opraviti 1 joul. Merijo se kuloni električni naboji. 1 kulon je enak naboju 6x10 18 elektronov.
Napetost je razdeljena na več vrst, odvisno od vrste toka.
- Konstantna napetost . Prisoten je v elektrostatičnih in enosmernih tokokrogih.
- AC napetost
. To vrsto napetosti najdemo v tokokrogih s sinusnim in izmeničnim tokom. V primeru sinusnega toka se upoštevajo naslednje karakteristike napetosti:
amplituda nihanj napetosti– to je njegov največji odklon od osi x;
trenutna napetost, ki se izrazi v določenem trenutku;
efektivna napetost, je določen z opravljenim aktivnim delom v 1. polciklu;
povprečna popravljena napetost, določeno z absolutno vrednostjo popravljene napetosti v eni harmonski periodi.
Pri prenosu električne energije po nadzemnih vodih so zasnova nosilcev in njihove dimenzije odvisne od velikosti uporabljene napetosti. Napetost med fazami se imenuje omrežna napetost , napetost med zemljo in vsako fazo pa je fazna napetost . To pravilo velja za vse vrste nadzemnih vodov. V Rusiji je v gospodinjskih električnih omrežjih standard trifazna napetost z linearno napetostjo 380 voltov in fazno napetostjo 220 voltov.
Električni tok
Tok v električnem tokokrogu je hitrost gibanja elektronov na določeni točki, merjena v amperih in označena v diagramih s črko " jaz" Uporabljajo se tudi izpeljane enote ampera z ustreznimi predponami mili-, mikro-, nano itd. Tok 1 ampera nastane s premikanjem enote naboja 1 kulona v 1 sekundi.
Običajno velja, da tok teče v smeri od pozitivnega potenciala do negativnega. Vendar pa je iz tečaja fizike znano, da se elektron premika v nasprotni smeri.
Vedeti morate, da se napetost meri med 2 točkama na vezju, tok pa teče skozi eno določeno točko v vezju ali skozi njen element. Torej, če nekdo uporabi izraz "napetost v odporu", potem je to napačno in nepismeno. Toda pogosto govorimo o napetosti na določeni točki v vezju. To se nanaša na napetost med tlemi in to točko.
Napetost nastane zaradi izpostavljenosti električnim nabojem v generatorjih in drugih napravah. Tok nastane z uporabo napetosti na dveh točkah v vezju.
Da bi razumeli, kaj sta tok in napetost, bi bilo pravilneje uporabiti. Na njem lahko vidite tok in napetost, ki s časom spreminjata svoje vrednosti. V praksi so elementi električnega tokokroga povezani z vodniki. Na določenih točkah imajo elementi vezja svojo vrednost napetosti.
Tok in napetost upoštevata pravila:
- Vsota tokov, ki vstopajo v točko, je enaka vsoti tokov, ki zapuščajo točko (pravilo ohranjanja naboja). To pravilo je Kirchhoffov zakon za tok. Točka vstopa in izstopa toka se v tem primeru imenuje vozlišče. Posledica tega zakona je naslednja izjava: v zaporednem električnem tokokrogu skupine elementov je trenutna vrednost enaka za vse točke.
- IN vzporedno vezje elementih je napetost na vseh elementih enaka. Z drugimi besedami, vsota padcev napetosti v zaprtem krogu je nič. Ta Kirchhoffov zakon velja za napetosti.
- Delo, ki ga na enoto časa opravi vezje (moč), je izraženo kot sledi: P = U*I. Moč se meri v vatih. 1 joul dela, opravljenega v 1 sekundi, je enak 1 vatu. Moč se porazdeli v obliki toplote, porabi za opravljanje mehanskega dela (v elektromotorjih) in se pretvori v sevanje. različne vrste, se nabira v posodah ali baterijah. Pri načrtovanju kompleksnih električnih sistemov je eden od izzivov toplotna obremenitev sistema.
Značilnosti električnega toka
Predpogoj za obstoj toka v električnem tokokrogu je sklenjen tokokrog. Če je tokokrog prekinjen, se tok ustavi.
Vsi v elektrotehniki delujejo po tem principu. S premičnimi mehanskimi kontakti prekinejo električni tokokrog in s tem ustavijo tok ter izklopijo napravo.
V energetiki nastaja električni tok znotraj tokovnih vodnikov, ki so izdelani v obliki zbiralk in drugih delov, ki prevajajo tok.
Obstajajo tudi drugi načini za ustvarjanje notranjega toka v:
- Tekočine in plini zaradi gibanja nabitih ionov.
- Vakuum, plin in zrak z uporabo termionske emisije.
- , zaradi gibanja nosilcev naboja.
Pogoji za nastanek električnega toka
- Ogrevanje prevodnikov (ne superprevodnikov).
- Uporaba potencialne razlike na nosilce naboja.
- Kemična reakcija, ki sprošča nove snovi.
- Vpliv magnetnega polja na prevodnik.
Trenutne valovne oblike
- Ravna črta.
- Spremenljivi harmonični sinusni val.
- Meander, podoben sinusnemu valu, vendar ima ostri koti(včasih so lahko vogali zglajeni).
- Pulzirajoča oblika ene smeri, z amplitudo, ki se po določenem zakonu spreminja od nič do največje vrednosti.
Vrste dela električnega toka
- Svetlobno sevanje, ki ga ustvarjajo svetlobne naprave.
- Pridobivanje toplote z uporabo grelnih elementov.
- Mehanska dela (vrtenje elektromotorjev, delovanje drugih električnih naprav).
- Ustvarjanje elektromagnetnega sevanja.
Negativni pojavi, ki jih povzroča električni tok
- Pregrevanje kontaktov in delov pod napetostjo.
- Pojav vrtinčnih tokov v jedrih električnih naprav.
- Elektromagnetno sevanje v zunanje okolje.
Ustvarjalci električnih naprav in različnih vezij morajo pri načrtovanju upoštevati zgoraj navedene lastnosti električnega toka. Na primer, škodljivi učinki vrtinčnih tokov v elektromotorjih, transformatorjih in generatorjih se zmanjšajo s fuzijo jeder, ki se uporabljajo za prehajanje magnetnih tokov. Laminacija jedra je njegova proizvodnja ne iz enega samega kosa kovine, temveč iz niza posameznih tankih plošč posebnega električnega jekla.
Toda po drugi strani se vrtinčni tokovi uporabljajo za delovanje mikrovalovnih pečic in pečic, ki delujejo na principu magnetne indukcije. Zato lahko rečemo, da vrtinčni tokovi niso le škodljivi, ampak tudi koristni.
Izmenični tok s signalom v obliki sinusoide se lahko razlikuje po frekvenci nihanj na enoto časa. V naši državi je industrijska frekvenca električnega toka standardna in enaka 50 hertzov. V nekaterih državah se uporablja trenutna frekvenca 60 hercev.
Za različne namene v elektrotehniki in radijski tehniki se uporabljajo druge frekvenčne vrednosti:
- Nizkofrekvenčni signali z nižjo tokovno frekvenco.
- Visokofrekvenčni signali, ki so veliko višji od frekvence industrijskega toka.
Menijo, da električni tok nastane zaradi gibanja elektronov znotraj prevodnika, zato se imenuje prevodni tok. Vendar obstaja še ena vrsta električnega toka, ki se imenuje konvekcija. Nastane, ko se naelektrena makrotelesa, kot so dežne kaplje, premikajo.
Električni tok v kovinah
Gibanje elektronov pod vplivom konstantne sile primerjamo s padalcem, ki se spusti na tla. V teh dveh primerih pride do enakomernega gibanja. Na padalca deluje sila težnosti, nasproti pa ji je sila zračnega upora. Na gibanje elektronov vpliva sila električnega polja, ioni kristalnih mrež pa se temu gibanju upirajo. Povprečna hitrost elektronov doseže konstantno vrednost, prav tako hitrost padalca.
V kovinskem prevodniku je hitrost gibanja enega elektrona 0,1 mm na sekundo, hitrost električnega toka pa približno 300 tisoč km na sekundo. To je zato, ker električni tok teče samo tam, kjer je napetost uporabljena za nabite delce. Zato je doseženo visoka hitrost trenutni tok.
Ko se elektroni premikajo v kristalni mreži, obstaja naslednji vzorec. Elektroni ne trčijo z vsemi prihajajočimi ioni, temveč le z vsakim desetim. To pojasnjujejo zakoni kvantne mehanike, ki jih lahko poenostavimo na naslednji način.
Gibanje elektronov ovirajo veliki ioni, ki nudijo upor. To je še posebej opazno pri segrevanju kovin, ko se težki ioni "zibljejo", povečujejo in zmanjšujejo električno prevodnost kristalnih mrež prevodnikov. Zato se pri segrevanju kovin njihov upor vedno poveča. Z nižanjem temperature se poveča električna prevodnost. Ko temperatura kovine pade na absolutna ničla mogoče doseči učinek superprevodnosti.
Prva odkritja, povezana z delovanjem elektrike, so se začela v 7. stoletju pr. Filozof Stara Grčija Thales iz Mileta je odkril, da ko jantar drgnemo po volni, lahko pritegne lahke predmete. "Elektrika" je iz grščine prevedena kot "jantar". Leta 1820 je André-Marie Ampère uvedel zakon enosmernega toka. Kasneje se je velikost toka ali meritev električnega toka začela označevati v amperih.
Pomen izraza
Koncept električnega toka je mogoče najti v katerem koli učbeniku fizike. Električni tok- to je urejeno gibanje električno nabitih delcev v smeri. Da bi navadnemu človeku razumeli, kaj je električni tok, bi morali uporabiti slovar električarja. V njem izraz pomeni gibanje elektronov skozi prevodnik ali ionov skozi elektrolit.
Glede na gibanje elektronov ali ionov znotraj prevodnika ločimo: 
vrste tokov:
- konstantna;
- spremenljivka;
- periodično ali pulzirajoče.
Osnovne merske količine
Moč električnega toka- glavni indikator, ki ga električarji uporabljajo pri svojem delu. Moč električnega toka je odvisna od količine naboja, ki teče skozi električni krog v določenem časovnem obdobju. Večje kot je število elektronov, ki tečejo od enega začetka vira do konca, večji bo naboj, ki ga prenesejo elektroni.
Količina, ki se meri z razmerjem med električnim nabojem, ki teče skozi prečni prerez delcev v prevodniku, in časom njegovega prehoda. Naboj se meri v kulonih, čas se meri v sekundah, ena enota električnega toka pa je določena z razmerjem med nabojem in časom (kulon na sekundo) ali amperi. Določitev električnega toka (njegove moči) se pojavi z zaporedno povezavo dveh sponk v električnem tokokrogu.
Ko deluje električni tok, se gibanje nabitih delcev izvaja z uporabo električnega polja in je odvisno od sile gibanja elektronov. Vrednost, od katere je odvisno delo električnega toka, se imenuje napetost in je določena z razmerjem med delom toka v določenem delu vezja in nabojem, ki poteka skozi isti del. Merska enota volti se meri z voltmetrom, ko sta dva priključka naprave vzporedno povezana v vezje.
Količina električnega upora je neposredno odvisna od vrste uporabljenega prevodnika, njegove dolžine in preseka. Meri se v ohmih.
Moč je določena z razmerjem med delom, ki ga opravi gibanje tokov, in časom, ko se je to delo zgodilo. Moč se meri v vatih.
Fizikalna količina, kot je kapacitivnost, je določena z razmerjem med nabojem enega prevodnika in potencialno razliko med istim prevodnikom in sosednjim. Nižja kot je napetost, ko vodniki prejmejo električni naboj, večja je njihova zmogljivost. Meri se v faradih.
Količina dela, ki ga opravi električna energija v določenem intervalu v verigi, se ugotovi z zmnožkom toka, napetosti in časovnega obdobja, v katerem je bilo delo opravljeno. Slednji se meri v joulih. Delovanje električnega toka ugotavljamo z merilnikom, ki povezuje odčitke vseh veličin, in sicer napetosti, sile in časa.
Tehnike električne varnosti
Poznavanje pravil električne varnosti bo pomagalo preprečiti izredne razmere in zaščititi zdravje in življenje ljudi. Ker elektrika teži k segrevanju prevodnika, vedno obstaja možnost situacije, nevarne za zdravje in življenje. Za zagotovitev varnosti doma je treba upoštevati naslednji preprosti, vendar pomembna pravila:
- Omrežna izolacija mora biti vedno v dobrem stanju, da preprečite preobremenitve ali možnost kratkega stika.
- Vlaga ne sme priti na električne naprave, žice, plošče itd. Tudi vlažno okolje povzroča kratke stike.
- Ozemljite vse električne naprave.
- Izogibajte se preobremenitvi električne napeljave, saj obstaja nevarnost, da se žice vnamejo.
Varnostni ukrepi pri delu z elektriko vključujejo uporabo gumijastih rokavic, palčnikov, preprog, razelektritvenih naprav, ozemljitvenih naprav za delovna mesta, odklopnikov ali varovalk s toplotno in tokovno zaščito.
Izkušeni električarji, ko obstaja možnost električnega udara, delajo z eno roko, drugo pa imajo v žepu. Na ta način se tokokrog roka-roka prekine v primeru nenamernega dotika oklopa ali druge ozemljene opreme. Če zagori oprema, ki je priključena na omrežje, gasite izključno z gasilnimi aparati na prah ali ogljikov dioksid.
Uporaba električnega toka
Električni tok ima številne lastnosti, ki omogočajo njegovo uporabo na skoraj vseh področjih človekove dejavnosti. Načini uporabe električnega toka:
Elektrika je danes najbolj okolju prijazna čist videz energije. V pogojih moderno gospodarstvo razvoj elektroenergetike ima planetarni pomen. Če bo v prihodnosti primanjkovalo surovin, bo električna energija prevzela vodilno mesto kot neizčrpen vir energije.
Ko se je človek naučil ustvarjati in uporabljati električni tok, se je njegova kakovost življenja dramatično povečala. Zdaj se pomen električne energije vsako leto povečuje. Da bi se naučil razumeti več kompleksna vprašanja v zvezi z elektriko morate najprej razumeti, kaj je električni tok.
Kaj je trenutno
Opredelitev električnega toka je njegova predstavitev v obliki usmerjenega toka gibajočih se nosilcev, pozitivno ali negativno nabitih. Nosilci polnjenja so lahko:
- elektroni, nabiti z znakom minus, ki se gibljejo v kovinah;
- ioni v tekočinah ali plinih;
- pozitivno nabite luknje zaradi premikajočih se elektronov v polprevodnikih.
Kaj je tok, določa tudi prisotnost električnega polja. Brez tega ne bo nastal usmerjen tok nabitih delcev.
Pojem električnega tokaNe bi bilo popolno, če ne bi navedli njegovih manifestacij:
- Vsak električni tok spremlja magnetno polje;
- Prevodniki se med prehodom segrejejo;
- Elektroliti spremenijo kemično sestavo.
Prevodniki in polprevodniki
Električni tok lahko obstaja samo v prevodnem mediju, vendar je narava njegovega toka drugačna:
- Kovinski vodniki vsebujejo proste elektrone, ki se začnejo premikati pod vplivom električnega polja. Ko se temperatura poveča, se poveča tudi upor prevodnikov, saj toplota poveča gibanje atomov v kaotičnem redu, kar moti proste elektrone;
- V tekočem mediju, ki ga tvorijo elektroliti, nastalo električno polje povzroči proces disociacije – nastanek kationov in anionov, ki se glede na predznak naboja premikajo proti pozitivnemu in negativnemu polu (elektrodam). Ogrevanje elektrolita povzroči zmanjšanje odpornosti zaradi aktivnejše razgradnje molekul;
Pomembno! Elektrolit je lahko trden, vendar je narava toka v njem enaka tekočemu.
- Za plinasti medij je značilna tudi prisotnost ionov, ki se premikajo. Nastane plazma. Sevanje proizvaja tudi proste elektrone, ki sodelujejo pri usmerjenem gibanju;
- Ko se v vakuumu ustvari električni tok, se elektroni, ki se sprostijo na negativni elektrodi, premaknejo proti pozitivni elektrodi;
- V polprevodnikih so prosti elektroni, ki pri segrevanju prekinejo vezi. Na njihovih mestih ostanejo luknje z nabojem z znakom "plus". Luknje in elektroni so sposobni ustvarjati usmerjeno gibanje.
Neprevodni mediji se imenujejo dielektriki.
Pomembno! Smer toka ustreza smeri gibanja delcev nosilcev naboja s predznakom plus.
Vrsta toka
- Konstanta. Zanj je značilna konstantna kvantitativna vrednost toka in smeri;
- Spremenljivka. Sčasoma občasno spreminja svoje značilnosti. Razdeljen je na več vrst, odvisno od parametra, ki se spreminja. V glavnem se kvantitativna vrednost toka in njegova smer spreminjata vzdolž sinusoide;
- Vrtinčni tokovi. Pojavijo se, ko se spremeni magnetni tok. Oblikujte zaprta vezja brez premikanja med poli. Vrtinčni tokovi povzročajo intenzivno nastajanje toplote, posledično pa se povečajo izgube. V jedrih elektromagnetnih tuljav so omejeni z uporabo izvedbe posameznih izoliranih plošč namesto trdne.
Električne značilnosti
- Moč toka. To je kvantitativna meritev naboja, ki prehaja na enoto časa vzdolž prečnega prereza prevodnikov. Naboji se merijo v kulonih (C), časovna enota je sekunda. Jakost toka je C/s. Nastalo razmerje so poimenovali amper (A), ki meri kvantitativno vrednost toka. Merilna naprava je ampermeter, zaporedno vezan na električni priključni tokokrog;
- Moč. Električni tok v prevodniku mora premagati upor medija. Delo, porabljeno za njegovo premagovanje v določenem časovnem obdobju, bo moč. V tem primeru se električna energija pretvori v druge vrste energije - delo je opravljeno. Moč je odvisna od toka in napetosti. Njihov produkt bo določil aktivno moč. Ko se pomnoži s časom, dobimo porabo energije - tisto, kar pokaže števec. Moč se lahko meri v volt-amperih (VA, kVA, mVA) ali v vatih (W, kW, mW);
- Napetost. Ena izmed treh najpomembnejših lastnosti. Da tok teče, je treba ustvariti potencialno razliko med dvema točkama v sklenjenem krogu električnih povezav. Za napetost je značilno delo, ki ga opravi električno polje, ko se premika en nosilec naboja. Po formuli je enota za napetost J/C, kar ustreza voltu (V). Merilna naprava je voltmeter, povezan vzporedno;
- Odpornost. Označuje sposobnost prevodnikov, da prepuščajo električni tok. Določeno z materialom prevodnika, dolžino in površino prečnega prereza. Meritev je v ohmih (Ohm).
Zakoni za električni tok
Električna vezja se izračunajo po treh glavnih zakonih:
- Ohmov zakon. Študiral in oblikoval ga je fizik iz Nemčije v začetku 19. stoletja za enosmerni tok, nato pa so ga uporabili tudi za izmenični tok. Vzpostavi razmerje med tokom, napetostjo in uporom. Skoraj vsak električni tokokrog je izračunan na podlagi Ohmovega zakona. Osnovna formula: I = U/R ali tok je premo sorazmeren z napetostjo in obratno sorazmeren z uporom;
- Faradayev zakon. Nanaša se na elektromagnetno indukcijo. Pojav induktivnih tokov v prevodnikih nastane zaradi vpliva magnetnega pretoka, ki se skozi čas spreminja zaradi indukcije EMF (elektromotorne sile) v zaprti zanki. Velikost inducirane emf, merjena v voltih, je sorazmerna s hitrostjo spreminjanja magnetnega pretoka. Zahvaljujoč zakonu indukcije generatorji proizvajajo elektriko;
- Joule-Lenzov zakon. Pomemben je pri izračunu ogrevanja vodnikov, ki se uporablja za načrtovanje in izdelavo ogrevalnih, svetlobnih naprav in druge električne opreme. Zakon nam omogoča, da določimo količino toplote, ki se sprosti med prehodom električnega toka:
kjer je I jakost tekočega toka, R je upor, t je čas.
Elektrika v ozračju
V ozračju lahko obstaja električno polje in pride do ionizacijskih procesov. Čeprav narava njihovega pojava ni popolnoma jasna, obstajajo različne razlage hipotez. Najbolj priljubljen je kondenzator, kot analog za predstavitev električne energije v atmosferi. Njegove plošče je mogoče označiti zemeljsko površje in ionosfera, med katerima kroži dielektrik – zrak.
Vrste atmosferske elektrike:
- Razelektritve strele. Strele z vidnim sijem in grmenjem. Napetost strele doseže stotine milijonov voltov pri toku 500.000 A;
- Ogenj svetega Elma. Koronska razelektritev električne energije, ki nastane okoli žic, drogov;
- Kroglasta strela. Izpust v obliki krogle, ki se premika po zraku;
- Polarni sij. Večbarvni sijaj zemeljske ionosfere pod vplivom nabitih delcev, ki prodirajo iz vesolja.
Uporablja človek koristne lastnosti električni tok na vseh področjih življenja:
- razsvetljava;
- prenos signala: telefon, radio, televizija, telegraf;
- električni promet: vlaki, električni avtomobili, tramvaji, trolejbusi;
- ustvarjanje udobne mikroklime: ogrevanje in klimatizacija;
- medicinska oprema;
- gospodinjska uporaba: električni aparati;
- računalniki in mobilne naprave;
- industrija: stroji in oprema;
- elektroliza: proizvodnja aluminija, cinka, magnezija in drugih snovi.
Električna nevarnost
Neposreden stik z električnim tokom brez zaščitne opreme je za človeka smrtonosen. Možnih je več vrst vplivov:
- toplotna opeklina;
- elektrolitska razgradnja krvi in limfe s spremembo njene sestave;
- konvulzivno mišične kontrakcije lahko izzove srčno fibrilacijo, dokler ne preneha popolnoma, in moti delovanje dihalnega sistema.
Pomembno! Tok, ki ga čuti oseba, se začne z vrednostjo 1 mA; če je trenutna vrednost 25 mA, so možne resne negativne spremembe v telesu.
Najbolj glavna značilnost električni tok – lahko izvaja koristno delo za osebo: osvetliti hišo, oprati in posušiti perilo, skuhati večerjo, ogreti dom. Dandanes zavzema pomembno mesto njegova uporaba pri prenosu informacij, ki pa ne zahteva velike porabe energije.
Video
To je urejeno gibanje določenih nabitih delcev. Za kompetentno uporabo celotnega potenciala električne energije je treba jasno razumeti vsa načela strukture in delovanja električnega toka. Torej, ugotovimo, kaj sta delo in trenutna moč.
Od kod sploh prihaja električni tok?
Kljub navidezni preprostosti vprašanja le redki znajo nanj dati razumljiv odgovor. Seveda v teh dneh, ko se tehnologija razvija z neverjetno hitrostjo, ljudje ne razmišljajo veliko o tako osnovnih stvareh, kot je princip delovanja električnega toka. Od kod prihaja elektrika? Zagotovo bodo mnogi odgovorili: "No, iz vtičnice, seveda," ali pa preprosto skomignili z rameni. Medtem je zelo pomembno razumeti, kako tok deluje. To bi morali vedeti ne le znanstveniki, ampak tudi ljudje, ki niso v nikakršni povezavi s svetom znanosti, za njihov vsesplošen raznovrsten razvoj. Toda vsi ne morejo kompetentno uporabljati načela delovanja toka.
Torej, najprej morate razumeti, da se električna energija ne pojavi od nikoder: proizvajajo jo posebni generatorji, ki se nahajajo v različnih elektrarnah. Zahvaljujoč vrtenju turbinskih lopatic para, ki nastane pri segrevanju vode s premogom ali oljem, proizvaja energijo, ki se nato s pomočjo generatorja pretvori v električno energijo. Zasnova generatorja je zelo preprosta: v središču naprave je ogromen in zelo močan magnet, ki prisili električne naboje, da se premikajo po bakrenih žicah.
Kako električni tok doseže naše domove?
Ko se z uporabo energije (toplotne ali jedrske) ustvari določena količina električnega toka, se ta lahko dovaja ljudem. Ta dobava električne energije deluje na naslednji način: da bi elektrika uspešno dosegla vsa stanovanja in podjetja, jo je treba »potiskati«. In za to boste morali povečati silo, ki bo to storila. Imenuje se napetost električnega toka. Načelo delovanja je naslednje: tok prehaja skozi transformator, kar poveča njegovo napetost. Nato električni tok teče po kablih, ki so nameščeni globoko pod zemljo ali na višini (ker napetost včasih doseže 10.000 voltov, kar je za človeka smrtno nevarno). Ko tok doseže cilj, mora ponovno iti skozi transformator, ki bo zdaj zmanjšal njegovo napetost. Nato gre skozi žice do nameščenih stikalnih plošč stanovanjske zgradbe ali druge zgradbe.
Električna energija, ki se prenaša po žicah, se lahko uporablja zahvaljujoč sistemu vtičnic, ki nanje povezujejo gospodinjske aparate. V stenah so dodatne žice, skozi katere teče električni tok, zahvaljujoč temu pa deluje razsvetljava in vsa oprema v hiši.
Kaj je trenutno delo?
Energija, ki jo prenaša električni tok, se sčasoma pretvori v svetlobo ali toploto. Na primer, ko prižgemo svetilko, se električna oblika energije spremeni v svetlobo.
Preprosto povedano, delo toka je dejanje, ki ga proizvede sama elektrika. Poleg tega ga je mogoče zelo enostavno izračunati s formulo. Na podlagi zakona o ohranitvi energije lahko sklepamo, da se električna energija ni izgubila, temveč je v celoti ali delno prešla v drugo obliko in pri tem oddala določeno količino toplote. Ta toplota je delo, ki ga opravi tok, ko gre skozi prevodnik in ga segreje (pride do izmenjave toplote). Takole izgleda Joule-Lenzova formula: A = Q = U*I*t (delo je enako količini toplote ali zmnožku trenutne moči in časa, v katerem ta teče skozi prevodnik).
Kaj pomeni enosmerni tok?
Električni tok Obstajata dve vrsti: spremenljiva in konstantna. Razlikujejo se po tem, da slednji ne spreminja svoje smeri, ima dve sponi (pozitivni "+" in negativni "-") in vedno začne svoje gibanje od "+". In izmenični tok ima dva priključka - fazo in nič. Prav zaradi prisotnosti ene faze na koncu vodnika se imenuje tudi enofazni.
Načela zasnove enofaznega izmeničnega in enosmernega električnega toka so popolnoma drugačna: za razliko od konstantnega, izmenični tok spremeni svojo smer (tvori tok tako od faze proti ničli kot od nič proti fazi) in svojo velikost. Na primer, izmenični tok periodično spreminja vrednost svojega naboja. Izkazalo se je, da pri frekvenci 50 Hz (50 nihajev na sekundo) elektroni natanko 100-krat spremenijo smer svojega gibanja.
Kje se uporablja DC?
Enosmerni električni tok ima nekaj značilnosti. Ker teče strogo v eno smer, ga je težje preoblikovati. Naslednji elementi se lahko štejejo za vire enosmernega toka:
- baterije (tako alkalne kot kislinske);
- navadne baterije, ki se uporabljajo v majhnih napravah;
- pa tudi različne naprave, kot so pretvorniki.
DC delovanje
Katere so njegove glavne značilnosti? To sta delo in trenutna moč, oba koncepta pa sta med seboj zelo tesno povezana. Moč se nanaša na hitrost dela na enoto časa (na 1 s). Po Joule-Lenzovem zakonu ugotovimo, da je delo, ki ga opravi enosmerni električni tok, enako zmnožku jakosti samega toka, napetosti in časa, v katerem je bilo opravljeno delo električnega polja za prenos nabojev. po vodniku.
To je formula za izračun dela toka ob upoštevanju Ohmovega zakona o uporu v prevodnikih: A = I 2 *R*t (delo je enako kvadratu toka, pomnoženemu z vrednostjo upora prevodnika in spet pomnoženo s časom, v katerem je bilo delo opravljeno).