Что такое напряжение

Что такое напряжение в электронике и электротехнике? Как его можно трактовать? Обо всем этом мы как раз и поговорим в нашей статье.

Напряжение с точки зрения гидравлики

Все вы видели и представляете, как выглядит водонапорная башня или просто водобашня. Грубо говоря, это большой высокий «бокал», заполненный водой.

Так вот, представим себе, что башня доверху наполнена водой. Получается, в данный момент на дне башни ого-го какое давление!

водобашня, заполненная водой

А что, если слить из башни воду хотя бы наполовину? Давление на дно башни уменьшится вдвое. А давайте-ка нальем в пустую башню одно ведро воды! Давление на дно башни будет мизерное.

Представьте такую ситуацию. У нас есть водонос, а шланг мы закупорили пробкой.

Вода вроде бы готова бежать, но бежать то некуда! Пробка туго закупоривает шланг. Но на саму пробку сейчас оказывается давление, которое создает насосная станция. От чего зависит давление на пробку? Думаю понятно, что от мощности насоса. Если мощность насоса будет большая, то пробка вылетит со скоростью пули, или давление порвет шланг, если пробка туго сидит в шланге. В данном случае давление создается с помощью насоса. То есть можно сказать, что это модель башни с водой в горизонтальном положении.

Все то же самое можно сказать и про водобашню. Здесь давление на дно создается уже гравитационной силой. Как я уже говорил, давление на дне башни зависит от того, сколько воды в башне в данный момент. Если башня наполнена водой под завязку, то и давление на дне башни будет большое, и наоборот.

А теперь представьте себе какое давление на дне океана, особенно в Марианской впадине! Что можно сказать про давление в этих двух случаях? Оно вроде как есть, но молекулы воды стоят на месте и никуда не двигаются. Запомните этот момент. Давление есть, а движухи — нет.

Электрическое напряжение

Это давление на дно и есть то самое напряжение (по аналогии с гидравликой). В данном случае, дно башни – это ноль, начальный уровень отсчёта. За начальный уровень отсчёта в электронике берут вывод батарейки или аккумулятора со знаком «минус». Можно даже сказать, что уровень «воды в башне» у 12-вольтового автомобильного аккумулятора выше, чем уровень воды 1,5 Вольтовой пальчиковой батарейки.

Так вот, по аналогии с электроникой, это давление называется напряжением. Например, вы, наверное, не раз слышали такое выражение, типа «блок питания может выдать от 0 и до 30 Вольт». Или говоря детским языком, создать «электрическое давление» на своих клеммах (отметил на фото) от 0 и до 30 Вольт. Нулевой уровень, откуда идет отсчет электрического давления, обозначается минусом.

источник питания постоянного тока

Электрическое напряжение — это еще не значит, что в электрической цепи течет электрический ток. Для того, чтобы появился электрический ток, электроны должны двигаться в одном направлении, а они в данный момент тупо стоят на месте. А раз нет движения электронов, то и нет электрического тока.

С точки зрения электроники, на одном щупе блока питания есть давление, а на другом его нет. То есть это земля, на которой стоит башня, если провести аналогию с гидравликой. Поэтому, положительный щуп блока питания да и вообще всех приборов стараются сделать красным, мол типа берегитесь, здесь высокое давление! А отрицательный щуп — черным или синим.

В электронике, чтобы указать, на каком выводе больше » электрическое давление», а на каком меньше проставляют два знака: плюс и минус, соответственно положительный и отрицательный. На плюсе избыточное «давление», а на минусе — ноль.

Поэтому, если замкнуть эти два вывода между собой, электрический ток устремится от плюса к минусу, но напрямую этого делать крайне не рекомендуется, так как это уже будет называться коротким замыканием.

Формула напряжения

В физике есть формула, хотя практического применения она не имеет. Официальная формула записывается так.

формула напряжения

A — это работа электрического поля по перемещению заряда по участку цепи, Джоули

U — напряжение на участке электрической цепи, Вольты

На практике напряжение на участке цепи выводится через закон Ома.

напряжение из закона Ома

Напряжение тока — что это означает?

Этот термин очень часто можно услышать в разговорной речи. Ток, в данном случае, это электрический ток. Получается, напряжение тока — это напряжение электрического тока. Просто у нас так сокращают. Как я уже говорил выше, ток бывает переменным и постоянным. Постоянный ток и постоянное напряжение — это синонимы, как и переменный ток и переменное напряжение. Получается фраза «напряжение тока» говорит нам о том, какое напряжение между двумя точками или проводами в электрической цепи.

Например, на вопрос «какое напряжение тока в розетке» вы можете смело ответить: переменный ток 220 Вольт», а на вопрос «какое напряжение тока тока у автомобильного аккумулятора», вы можете ответить «12 Вольт постоянного тока». Так что не стоит пугаться).

Постоянное и переменное напряжение

Напряжение бывает бывает постоянным и переменным. В разговорной речи часто можно услышать «постоянный ток» и «переменный ток. Постоянный ток и постоянное напряжение — это синонимы, то же что и переменный ток и переменное напряжение.

На примере выше мы с вами рассмотрели постоянное напряжение. То есть давление воды на дно башни в течение времени постоянно. Пока в башне есть вода, она оказывает давление на дно башни. Вроде бы все элементарно и просто. Но какое же напряжение называют переменным?

Все любят качаться на качелях:

Сначала вы летите в одном направлении, потом происходит торможение, а потом уже летите обратно спиной и весь процесс снова повторяется. Переменное напряжение ведёт себя точно так же. Сначала «электрическое давление» давит в одну сторону, потом происходит процесс торможения, потом оно давит в другую сторону, снова происходит торможение и весь процесс снова повторяется, как на качелях.

Тяжко для понимания? Тогда вот вам еще один пример из знаменитой книжки «Первые шаги в электронике» Шишкова. Берем замкнутую систему труб с водой и поршень. Поршень у нас находится в движении. Следовательно, молекулы воды у нас отклоняются то в одну сторону:

переменное напряжение

Так же ведут себя и электроны. В вашей домашней сети 220 В они колеблются 50 раз в секунду. Туда-сюда, туда-сюда. Столько-то колебаний в секунду называется Герцем. В литературе пишется просто «Гц». Тогда получается, что колебание напряжения в наших розетках 50 Гц, а в Америке 60 Гц. Это связано со скоростью вращения генератора на электростанциях. В разговорной речи постоянное напряжение называют «постоянкой», а переменное — «переменкой».

Осциллограммы постоянного и переменного напряжения

Давайте рассмотрим, как выглядит переменное и постоянное напряжение на экране осциллографа. Как вы знаете, осциллограф показывает изменение напряжения во времени. Если на щуп осциллографа не подавать никакое напряжение, то на осциллограмме мы увидим простую прямую линию на нулевом уровне по оси Y. Ось Y — это значение напряжения, а ось Х — это время.

осциллограмма нулевого напряжения

Давайте подадим постоянное напряжение. Как вы могли заметить, осциллограмма постоянного напряжения — это также прямая линия, параллельная оси времени. Это говорит нам о том, что с течением времени значение постоянного напряжение не меняется, о чем нам лишний раз доказывает осциллограмма.

осциллограмма постоянного напряжения

А вот так выглядит осциллограмма переменного напряжения. Как вы видите, напряжение со временем меняет свое значение. То оно больше нуля, то оно меньше нуля.

осциллограмма переменного напряжения

Про параметры переменного напряжения можете прочитать в этой статье.

Также отличное объяснение темы можно посмотреть в этом видео.

Источник

Конспект занятия «Что такое электричество?»

Альбина Бакай
Конспект занятия «Что такое электричество?»

Конспект №2

Тема занятия: «Что такое электричество?»

Давайте поприветствуем друг друга.Педагог просит детей встать в круг и произносит:

Плещут в олны океана:

(Встречные движения рук, словно волны)

(Соединим большие пальцы и все остальные, поднимая руки вверх)

И звенят задорно птицы:

(Руки согнуты в локтях, пересекаются друг с другом, машем кистями рук, словно крылья птиц)

(Руками перед собой создаём круг)

С высоты кивают горы:

(Руки прямые подняты над головой, ладоши соединены, немного наклоняемся вперёд)

И в твоё окошко ветер

(Слегка хлопаем в ладоши)

Постучится на рассвете:

(Машем себе в лицо ладошками)

2. Вступительная часть

Материал: Фрагмент мультфильма о электричестве из серии «Уроки осторожности. Электричество. Уроки тётушки Совы»; Игрушка, например «попугай», работающая на батарейках.

— Ребята, к вам в гости пришла игрушка- попугай. Давайте с ней поиграем. Почему попугай не разговаривает? Что случилось? (высказывания детей)

— Игрушка не разговаривает, потому что в ней нет батареек.

— Найдите место, куда нужно вставлять батарейку. А как правильно вставить батарейку? (Минус к минусу, плюс к плюсу)

— Игрушка заработала, заговорила!

— А что такое электричество? Давайте поговорим.

– Электрический ток бежит по проводам и заставляет электрические приборы работать. Электрический ток чем-то похож на реку, только в реке течет вода, а по проводам текут маленькие частицы-электроны. Давайте послушаем, что нам расскажет про это Тетушка Сова из научного дупла.

Фрагмент мультфильма о электричестве из серии «Уроки осторожности. Электричество. Уроки тётушки Совы».

– Тетушка Сова сказала, что электричество есть в каждом доме.

– Ребята, как вы думаете, в нашей группе есть электричество? По каким предметам вы можете догадаться о наличии электричества? (Розетки, выключатели, провода и т. д.)

– Откуда электричество поступает в наши дома? Верно, ток вырабатывается на электростанциях и по проводам поступает в наши дома.

3. Динамическая пауза

-Разомнемся немного. Выполняйте движения со мной.

Ток бежит по проводам,

(топчем ножками на месте)

Свет несет в квартиру нам.

(выпрямляем руки перед собой «ладони направленны вверх», затем сгибаем их, направляя к себе)

Чтоб работали приборы,

(выпрямляем руки перед собой «ладони направленны в низ»)

(сжимаем ладонь в кулак, при назывании следующего прибора, разжимаем)

(сжимаем ладонь в кулак, при назывании следующего прибора, разжимаем)

Ток энергию принес.

Материал: воздушные шарики по количеству детей; и один шарик на стену, пульверизаторы, нитки, и четыре воздушных шарика для второго опыта.

Электричество в жизни человека играет большую роль. Электрические приборы –это наши друзья, с которыми нужно всегда быть внимательными и осторожными. Но есть электричество неопасное, тихое незаметное, оно живет повсюду само по себе. И если его поймать, то с ним можно поиграть.

-Предлагаю отправиться в путешествие в страну «Волшебных предметов».

Дети стоят в кругу, взявшись за руки. (Отправляются в путешествие)

— Почему этот шарик висит, а ваши шарики падают? (Предположения детей)

— А хотите ваши шарики превратить в волшебные? Посмотрите как! Надо шарик потереть о волосы и приложить к стене той стороной, которой натирали. Все шарики висят. Вот и наши шарики стали волшебными.

Как вы их сделали такими? (Ответы детей)

Вывод: В наших волосах живет электричество, мы его поймали, когда стали натирать шарик о волосы, он стал электрическим, поэтому притянулся к стене.

— Что происходит с волосами? (Волосы электризуются, становятся непослушными, торчат в разные стороны). Это еще раз доказывает, что в волосах живет электричество.

— Они одинаковые, оба электрические, поэтому поссорились, не хотят дружить друг с другом.

— Что произошло с шариками? (Они притянулись друг к другу, помирились) Почему?

Вывод: Когда два шарики наэлектризованы, они отталкиваются, а чтобы они притянулись, надо один шарик смочить водой и они притянуться друг к другу.

5. Динамическая пауза

— есть электричество неопасное, тихое, незаметное.

Оно живёт повсюду, само по себе, и если его поймать, то с ним можно даже поиграть.

Хотите узнать, как оно появляется? Послушайте.

Жили-были маленькие-премаленькие заряды-попрыгунчики.

Красные заряды-попрыгунчики – ленивые,

Красные – плюсы, синие – минусы.

Заряды-плюсы притягиваются к зарядам-минусам, и между ними проходит электрический разряд, то есть появляется неопасное, незаметное электричество.

6. Природные явления

Материалы: иллюстрации электрического ската, угря и молнии.

Электрический угорь – всё тело, которого электрический заряд.

Молния – это тоже мощный заряд электричества. Молнию создаёт электричество, которое рождается в тучах. Тёмная мрачная туча состоит из капелек воды и кристалликов льда они трутся друг о друга и электризуются. А в результате этого трения возникает электрический разряд огромной силы.

7. Основы безопасности

Материал: иллюстрации, где дети не выполняют правила безопасности.

-Ребята, а где можно встретить электричество? (различные варианты детей)

-Какие вы знаете электрические приборы?

-Чего нельзя делать, чтобы вас не ударило током?

• НЕ прикасайся к электрическим розеткам

• НЕ используй электроприборы без родителей

• НЕ прикасайся к электроприборам мокрыми руками

• НЕ играй вблизи проводов

• НЕ вставлять в розетку никакие предметы.

Ты, малыш,запомнить должен:

Будь с розеткой осторожен!

С ней никак нельзя играть,

Гвоздики в неё совать.

Сунешь гвоздик ненароком –

И тебя ударит током,

Так ударит, что, прости,

Могут даже не спасти.

Дело кончится бедой –

Ток в розетке очень злой!

(во время чтения стихотворения, показывать детям картинки, что бывает с детьми, когда они не следуют данным правилам)

8. Динамическая пауза

Материал: шнур с узелками

Игра называется – «Ток бежит по проводам».

Подойдите все к шнуру, посмотрите на нем узелки. Давайте представим, что это частицы электрического тока, и они бегут по проводам. Положите руки на узелки, мы превращаемся в частицы электрического тока и будем двигаться по кругу, шнур двигать нельзя, руки переставлять только на узелки.

Мы будем идти по кругу вначале медленно, а затем все быстрее и быстрее, при этом произносим знакомые нам слова про электричество.

Дети, перехватывают правой и левой рукой узелки на шнуре,говорят:

«Ток бежит по проводам,

Свет несет в квартиру нам.

Чтоб работали приборы,

Ток энергию принес.»

Материал: авторучки, полоски бумаги

— Порвите полоску бумаги на мелкие кусочки. (Дети выполняют)

— Поднесите расческу к бумаге.

— Как заставить бумагу притянутся к расческе? (Предположения детей)

— Сейчас мы сделаем эти обычные расчески волшебными, электрическими. Возьмите кусочек шерстяного материала и натрите им расческу. Медленно поднесите ее к кусочкам бумаги.

— Что происходит с бумагой? (Бумага притянулась к расческе).

— Как расческа стала электрической? (Её натерли шерстяной тканью.)

Вывод: Электричество живет не только в волосах, но и в одежде.

Молодцы! Вы опять поймали электричество.

10. Заключительная часть

— Ребята, вы молодцы! Сегодня вы научились делать предметы волшебными.

-Какое электричество опасно? Где мы можем его встретить? (различные электрические приборы, розетки, оголенные провода)

-Какие правила вы запомнили, чтобы вас не ударило опасным током? (НЕ прикасайся к электрическим розеткам. НЕ используй электроприборы без родителей. НЕ прикасайся к электроприборам мокрыми руками. НЕ играй вблизи проводов. НЕ вставлять в розетку никакие предметы)

— Нам пора прощаться со страной волшебных предметов. А давайте на память возьмем воздушные шарики, которые висят на стене. Но взять их можно только тогда, когда они опять станут обыкновенными неэлектрическими.

— Как снять электричество с шариков? (Смочить водой). (Дети брызгают на шарики воду)

— А теперь возьмите шарики, прижмите их к себе. Они помогут нам вернуться в класс. Сядьте удобнее, закройте глазки. (Звучит спокойная музыка). Представьте себе, что вы летите на воздушном шарике. Ярко светит солнышко, дует легкий ветерок, мы вдыхаем его чистый, свежий воздух, нам хорошо и приятно. Открываем глазки. Вот мы и в детском саду.

— Вам понравилось наше путешествие?

11. Домашнее задание

Материал: Педагог озвучивает его и раздаёт каждому листы с домашним заданием (домашнее задание заранее подготовить в печатном виде)

№1 Раздать памятки о правилах безопасности с электричеством (выучить их)

№2 Выучить стихотворение на второй памятке («вредные мыши с розеткой играли…»)

№3 Провести дома опыт:

Материал: пластмассовые линейка или ручка, пёрышко, шерстяная перчатка (или любая другая шерстяная одежда)

Где еще живет доброе электричество?

Предлагаю взять пластмассовые линейки или ручки и прикоснуться ими к перышкам

Ничего не происходит. А теперь делаем предметы волшебными.

Дети трут о шерстяную перчатку пластмассовые предметы и подносят к перышкам.

Перышки притянулись, прилипли.

Вывод: «доброе» электричество живет не только в волосах, но и в одежде.

Конспект занятия-игры с элементами ТРИЗ-технологии «Что такое хорошо и что такое плохо» Игра с элементами ОТСМ – ТРИЗ – РТВ – технологии «Что такое «хорошо» и что такое «плохо»Еременко Е. А., воспитатель ГБОУ СОШ №14 СПДС №18.

Конспект непосредственно образовательной деятельности «Волшебное электричество. Беседа о добрых помощниках» Ребенок и окружающий мир Конспект непосредственно образовательной деятельности Тема: «Волшебное электричество» Беседа о «добрых помощниках».

Конспект занятия по духовно-нравственному воспитанию детей второй младшей группы «Что такое хорошо, что такое плохо?» Конспект по духовно-нравственному воспитанию детей второй младшей группы Тема: «Что такое хорошо, что такое плохо?» В рамках тематической.

Конспект занятия «Волшебное электричество» НОД ПОДГОТОВИТЕЛЬНАЯ ГРУППА ‘’ БАБОЧКА ‘’ ВОСПИТАТЕЛЬ Быликина Е. А Конспект занятия «Волшебное электричество» Цель: расширять представления.

Конспект занятия для детей старшего дошкольного возраста «Что такое хорошо и что такое плохо» Цель: Воспитание духовно – нравственной культуры детей на основе светских норм поведения. Задачи: 1. В игровой форме уточнить и закрепить.

Образовательная деятельность по коммуникации «Что такое весна?» Муниципальное бюджетное дошкольное образование учреждение «Детский сад комбинированного вида № 6 «Звездочка» с. Обильного» Георгиевского.

Конспект занятия по ознакомлению с окружающим миром «Опасное и «доброе» электричество» Программное содержание: уточнить и расширить представления детей о том, где «живет» опасное электричество и как оно помогает человеку; закрепить.

Технологическая карта урока. Тема урока «Электричество. Невидимая сила» ФИО учителя Кузнецова Елена Александровна ОУ МКОУ «Лебединская СОШ» Тема урока: Невидимая сила. Электричество Тип урока: Урок «открытия».

Источник

Про электрический ток, напряжение и мощность из советской книжки для детей: просто и понятно

В Советском Союзе, который достиг очень серьезных успехов в развитии науки и техники, широкий размах получило радиолюбительское движение. В радиокружках и радиоклубах, располагающих специальной технической литературой, приборами и инструментами, под руководством инструкторов изучали радиотехнику многие тысячи молодых граждан. Многие из них в будущем стали квалифицированными инженерами, конструкторами, учёными.

Для таких радиокружков выпускалась научно-популярная литература, в которой простым языком с большим количеством иллюстраций очень качественно и подробно объяснялись различные вопросы физики, механики, электротехники и электроники.

Саму книгу можно скачать здесь: Азбука радиолюбителя (divu)

Такого типа книги в 60-х годах не относились к узкоспециализированной литературе. Они выпускались тиражами в десятки тысяч экземпляров и были рассчитаны на массового читателя.

Р аз радио столь всесторонне применя лось в повседневной жизни людей, то в то время считалось, что нельзя ограничиваться одним только умением вращать ручки приём ника. И любой образованный человек должен изучить радио так, чтобы понимать, как осуществляются радиопередача и радиоприём, ознакомиться с основными электрическими и магнитными явлениями, представляющими собой ключ к теории радиотехники. Нужно также, хотя бы в общих чертах, ознакомиться с системами и конструкциями приёмных устройств.

Давайте посмотрим вместе и оценим, как в то время умели объяснять сложные вещи простыми картинками.

Начинающий радиолюбитель нашего времени:

Об электрическом токе

Все вещества в мире и, следовательно, все окружающие нас предметы, горы, моря, воздух, растения, животные, люди состоят из неизмеримо малых частиц, молекул, а последние в свою очередь — из атомов. Кусок железа, капля воды, ничтожно малое количество кислорода представляют собой скопление миллиардов атомов, одного рода в железе, иного — в воде или в кислороде.

Если смотреть на лес издали, то он кажется тёмной полосой, представляющей собой одно целое (сравним его, например, с куском железа). Когда подходят к краю леса, видны отдельные деревья (в куске железа — атомы железа). Лес состоит из деревьев; подобно этому вещество (например, железо) состоит из атомов.

В хвойном лесу деревья иные, чем в лиственном ; равным образом молекулы какого-либо одного химического элемента состоят из иных атомов, чем молекулы других химических элементов. Итак, атомы железа иные, чем, например, атомы кислорода.

Подойдя еще ближе к деревьям, мы видим, что каждое из них состоит из ствола и листьев. Подобно этому и атомы вещества состоят из так называемого ядра (ствола) и электронов (листьев).

Ствол тяжелый, и ядро тяжелое ; оно составляет положительный электрический заряд (+) атома. Листья легкие, и электроны легкие ; они образуют отрицательный электрический заряд (—) атома.

У разных деревьев стволы имеют неодинаковое количество ветвей, и количество листьев у них неодинаковое. Равным образом и атом в зависимости от химического элемента, который он представляет, состоит (в простейшем его виде) из ядра (ствола) с несколькими положительными зарядами — так называемыми протонами (ветвями) и некоторого количества отрицательных зарядов — электронов (листьев).

В лесу, на земле между деревьями, скапливается много опавших листьев. Ветер поднимает с земли эти листья, и они кружатся между деревьями. Так и в веществе (например, металле) среди отдельных атомов находится некоторое количество свободных электронов, не принадлежащих ни одному из атомов; эти электроны беспорядочно движутся среди атомов.

Если к концам куска металла (например, стального крюка) присоединить провода, идущие от электрической батарейки: один его конец соединить с плюсом батарейки — подвести к нему так называемый положительный электрический потенциал (+), а другой конец с минусом батарейки — подвести отрицательный электрический потенциал (—), то свободные электроны (отрицательные заряды) начнут продвигаться между атомами внутри металла, устремляясь к плюсу батарейки.

Это объясняется следующим свойством электрических зарядов: разноимённые заряды, т. е. положительный и отрицательный заряды притягиваются друг к другу; одноимённые заряды, т. е. положительные заряды или отрицательные заряды, наоборот, отталкиваются друг от друга.

Свободные электроны (отрицательные заряды) в металле притягиваются к положительно заряженному (+) выводу батарейки (источника тока) и поэтому движутся внутри металла уже не хаотически, а по направлению к плюсу источника тока.

Как нам уже известно, электрон представляет собой электрический заряд. Большое количество электронов, движущихся внутри металла в одном направлении, составляет поток электронов, т. е. электрических зарядов. Эти перемещающиеся внутри металла электрические заряды (электроны) образуют электрический ток.

Как уже говорилось, электроны движутся в проводах от минуса к плюсу. Однако условились считать, что ток течёт в обратном направлении: от плюса к минусу, т. е. как бы по проводам перемещаются не отрицательные, а положительные заряды (такие положительные заряды притягивались бы к минусу источника тока).

Чем больше листьев в лесу гонит ветер, тем гуще они заполняют воздух; подобно этому, чем большее количество зарядов протекает в металле, тем больше величина электрического тока.

Не во всяком веществе электрический ток может протекать с одинаковой лёгкостью. Свободные электроны легко перемещаются, например, в металлах.

Материалы, в которых электрические заряды движутся легко, называют проводниками электрического тока. В некоторых же материалах, называемых изоляторами, свободных электронов нет, и поэтому электрический ток через изоляторы не протекает. К изоляторам принадлежат, в числе других материалов, стекло, фарфор, слюда, пластмассы.

Свободные электроны, которые имеются в веществе, проводящем электрический ток, можно также сравнить с каплями воды.

Отдельные капли, находящиеся в состоянии покоя, не создают водного потока. Большое количество их в движении образует ручей или реку, текущую в одном направлении. Капли воды в этом ручье или реке движутся потоком, сила которого тем больше, чем больше разность уровней русла на его пути и, следовательно, чем больше разность «потенциалов» (высоты) отдельных отрезков этого пути.

Величина электрического тока

Чтобы помочь понять явления, вызываемые электрическим током, сравним его с потоком воды. В ручьях протекают незначительные количества воды, в реках — большие ее массы.

Положим, что величина водного потока в ручье равна 1; величину потока в речке примем, например, за 10. Наконец, у мощной реки величина водного потока равна, скажем, 100, т. е. в сто раз больше величины потока в ручье.

Слабый водный поток может приводить в движение колесо лишь одной мельницы. Величину этого потока примем равной 1.

Вдвое больший водный поток может приводить в действие две такие мельницы. Величина водного потока при этом равна 2.

Впятеро больший водный поток может приводить в действие пять таких же мельниц; величина водного потока равна теперь 5. Течение водного потока в реке можно наблюдать; электрический же ток протекает по проводам невидимо для наших глаз.

На следующем рисунке изображён один электродвигатель (электромотор), приводимый в действие электрическим током. Примем в этом случае величину электрического тока равной 1.

Когда электрический ток приводит в действие два таких электродвигателя, то величина тока, протекающего по главному проводу, будет в два раза больше, т. е. равна 2. И, наконец, когда электрический ток питает пять таких же электродвигателей, то по главному проводу течёт ток в пять раз больше, чем в первом случае; следовательно, величина его равна 5.

Практической единицей измерения величины потока воды или какой-либо другой жидкости (т. е. её количества, протекающего в единицу времени, например в секунду, через поперечное сечение русла реки, трубы и т. п.) является литр в секунду.

Для измерения величины электрического тока, т. е. количества зарядов, протекающих через поперечное сечение проводника в единицу времени, в качестве практической единицы принят ампер. Таким образом, величина электрического тока определяется в амперах. Сокращённо ампер обозначается буквой а.

Источником электрического тока может быть, например, гальваническая батарея или электрический аккумулятор.

От размеров батареи или аккумулятора зависит величина электрического тока, который они могут отдать, и продолжительность их действия.

Для измерения величины электрического тока в электротехнике пользуются специальными приборами, амперметрами (А). Через различные электрические устройства протекают различные количества электрического тока.

Вторая электрическая величина, тесно связанная с величиной тока, это напряжение. Чтобы легче было понять, что такое напряжение электрического тока, сравним его с разностью уровней русла (перепадом воды в реке) подобно тому, как электрический ток мы сравнивали с водным потоком. При небольшой разности уровней русла перепад примем равным 1.

Если разность уровней русла более значительна, то перепад воды соответственно больше. Положим, например, что он равен 10, т. е. в десять раз больше, чем в первом случае. Наконец, при ещё большей разности уровней перепада воды равен, скажем, 100.

Если поток воды падает с незначительной высоты, то он может привести в действие только одну мельницу. При этом перепад воды примем равным 1.

Тот же поток, падая с высоты, вдвое большей, может вращать колёса двух таких же мельниц. Перепад воды при этом равен 2.

Если разность уровней русла в пять раз больше, то тот же поток приводит в движение пять таких мельниц. Перепад воды равен 5.

Подобные же явления наблюдаются при рассмотрении электрического напряжения. Достаточно термин «перепад воды» заменить термином «электрическое напряжение», чтобы понять, какое значение оно имеет в следующих примерах.

Пусть горит только одна лампочка. Положим, что к ней приложено напряжение, равное 2.

Для того чтобы горело пять таких лампочек, соединённых между собой подобным же образом, напряжение должно быть равно 10.

Когда горят две такие же лампочки, последовательно соединённые между собой (как соединяют обычно лампочки в гирляндах для новогодних ёлок), то напряжение равно 4.

Во всех рассмотренных случаях через каждую лампочку протекает одинаковый по величине электрический ток и к каждой из них приложено одинаковое напряжение, составляющее часть общего напряжения (напряжения аккумулятора), которое в каждом отдельном примере различно.

Пусть речка впадает в озеро. Уровень воды в озере условно примем за нулевой. Тогда уровень русла речки около второго дерева по отношению к уровню воды в озере равен 1 м, а уровень русла около третьего дерева составит 2 м. Уровень русла около третьего дерева на 1 м выше его уровня около второго дерева, т. е. разность уровней русла между этими деревьями равняется 1 м.

Разность уровней русла измеряют единицами длины, например как мы и делали, метрами. В электротехнике уровню русла речки в какой-либо его точке по отношению к некоторому нулевому уровню (в нашем примере уровню воды в озере) соответствует электрический потенциал.

Разность электрических потенциалов называется напряжением. Электрический потенциал и напряжение измеряют одной и той же единицей — вольт, сокращённо обозначаемой буквой в. Таким образом, единицей измерения электрического напряжения является вольт.

Для измерения электрического напряжения служат специальные измерительные приборы, называемые вольтметрами (V).

Широко известен такой источник электрического тока, как аккумулятор. Один элемент так называемого свинцового аккумулятора (в котором свинцовые пластины погружены в водный раствор серной кислоты) в заряженном состоянии имеет напряжение примерно 2 в.

Анодная батарея, которую используют для питания батарейных радиоприёмников электрическим током, обычно состоит из нескольких десятков сухих гальванических элементов, каждый напряжением примерно 1,5 в.

Эти элементы соединены последовательно (т. е. плюс первого элемента соединён с минусом второго, плюс второго — с минусом третьего и т. д.). При этом общее напряжение батареи равно сумме напряжений элементов, из которых она составлена.

Следовательно, батарея напряжением 150 в содержит 100 таких элементов, последовательно соединённых между собой.

В розетку осветительной сети напряжением 220 в можно включить одну лампочку накаливания, рассчитанную на напряжение 220 в, или же 22 последовательно соединённые одинаковые ёлочные лампочки, каждая из которых рассчитана на напряжение 10 в. В этом случае на каждую лампочку придётся лишь 1/22 часть напряжения сети, т. е. 10 в.

Напряжение, действующее на том или ином электрическом приборе, в нашем случае на лампочке, называют падением напряжения. Если лампочка на 220 в потребляет такой же по величине ток, что и лампочка на 10 в, то общий ток, потребляемый от сети гирляндой, будет таким же по величине, как и ток, текущий через лампочку на 220 в.

Из сказанного ясно, что в сеть напряжением 220 в можно включить, например, две одинаковые лампочки на 110 в каждая, последовательно соединённые между собой.

Накаливать радиолампы, рассчитанные на напряжение 6,3 в, можно, например, от аккумулятора, состоящего из трёх последовательно соединённых элементов; лампы же, которые рассчитаны на напряжение накала 2 в, можно питать от одного элемента.

Напряжение накала радиоламп указывается округлённо в начале условного обозначения лампы: 1,2 в — цифрой 1; 4,4 в — цифрой 4; 6,3 в — цифрой 6; 5 в — цифрой 5.

О причине, вызывающей электрический ток

Если какие-либо две местности на поверхности земли, даже далеко отстоящие одна от другой, лежат на разных уровнях, то может возникнуть водный поток. Вода потечёт от высшей точки к низшей.

Так и электрический ток. Он может протекать только в том случае, если существует разность электрических уровней (потенциалов). На метеорологической карте высший барометрический уровень (высокое давление) обозначен знаком « + », а низший уровень — знаком «—».

Выравнивание уровней будет происходить в направлении стрелки. Ветер будет дуть в направлении местности с низшим барометрическим уровнем. К тому моменту, когда давление выровняется, кончится движение воздуха. Так и протекание электрического тока прекратится, если электрические потенциалы выравняются.

Во время грозы происходит выравнивание электрических потенциалов между тучами и землёй или между тучами. Оно проявляется в виде молнии.

Между выводами (полюсами) каждого гальванического элемента или аккумулятора также имеется разность потенциалов. Поэтому, если присоединить к нему, например, лампочку, то через неё потечёт ток. Со временем разность потенциалов уменьшается (происходит выравнивание потенциалов), и величина протекающего тока также падает.

Если включить в электросеть осветительную лампочку, то через неё тоже потечёт электрический ток, так как между гнёздами розетки существует разность потенциалов. Однако в отличие от гальванического элемента или аккумулятора эта разность потенциалов постоянно поддерживается, — до тех пор, пока работает электростанция.

Между электрическим напряжением и величиной тока существует тесная связь. От величин напряжения и тока зависит величина электрической мощности. Поясним это следующими примерами.

С небольшой высоты падает вишня: Небольшая высота — небольшое напряжение. Небольшая сила удара — небольшая электрическая мощность.

С небольшой высоты (по отношению к месту, куда забрался мальчик) падает кокосовый орех: Большой предмет — большой ток. Небольшая высота — небольшое напряжение. Сравнительно большая сила удара — относительно большая мощность.

С большой высоты падает маленький горшочек с цветком: Небольшой предмет — небольшой ток. Большая высота падения — большое напряжение. Большая сила удара — большая мощность.

С большой высоты обрушивается снежная лавина: Большие массы снега — большой ток. Большая высота падения — большое напряжение. Большая разрушительная сила снежной лавины — большая электрическая мощность.

При токе большой величины и большом напряжении получается большая электрическая мощность. Но такую же мощность можно получить при большей величине тока и соответственно меньшем напряжении или, наоборот, при меньшей величине тока и большем напряжении.

Электрическая мощность постоянного тока равна произведению величин напряжения и тока. Электрическую мощность выражают в ваттах и обозначают буквами вт.

Уже говорилось о том, что водный поток определённой величины может привести в действие одну мельницу, вдвое больший поток — две мельницы, в четыре раза больший поток — четыре мельницы и т. д., несмотря на то, что перепад воды (напряжение) будет одним и тем же.

На рисунке показан небольшой водный поток (соответсвующий электрическому току), вращающий колёса четырёх мельниц благодаря тому, что перепад воды (соответствующий электрическому напряжению) достаточно велик.

Для вращения колёс этих четырёх мельниц можно было бы использовать вдвое больший поток воды при высоте падения, уменьшенной наполовину. Тогда мельницы были бы устроены несколько иначе, но результат получился бы такой же.

На следующем рисунке показаны две лампы, включённые параллельно в осветительную сеть напряжением 110 в. Через каждую из них протекает ток величиной 1 а. Проходящий через обе лампы ток составляет в сумме 2 а.

Произведение величин напряжения и тока определяет мощность, которую эти лампы потребляют от сети.

110 в х 2а = 220 вт.

Если напряжение осветительной сети равно 220 в, те же лампы следует включить последовательно, а не параллельно (как это было в предыдущем примере), чтобы сумма падений напряжений на них равнялась напряжению сети. Протекающий в этом случае через обе лампы ток равен 1 а.

Произведение величин напряжения и тока, текущего в цепи, даст нам мощность, потребляемую этими лампами 220 в х 1а=220 вт, т. е. ту же, что и в первом случае. Это и понятно, так как во втором случае ток, отбираемый от сети, меньше в два раза, но зато в два раза больше напряжение в сети.

Ватт, киловатт, киловатт-час

Каждый электрический прибор или машина (звонок, осветительная лампа, электродвигатель и т. д.) потребляет от осветительной сети определённую электрическую мощность.

Для измерения электрической мощности применяют специальные приборы, называемые ваттметрами.

Мощность, например, осветительной лампы, электродвигателя и т. д. можно определить и без помощи ваттметра, если известны напряжение сети и величина тока, который протекает через включённый в сеть потребитель электрической энергии.

Равным образом, если известны потребляемая от сети мощность и напряжение сети, то может быть определена величина тока, протекающего через потребитель.

Например, в осветительную сеть напряжением 110 в включена 50-ваттная лампа. Какой ток протекает через неё?

Так как произведение напряжения, выраженного в вольтах, и тока, выраженного в амперах, равно мощности, выраженной в ваттах (для постоянного тока), то, проделав обратный расчёт, т. е. разделив число ватт на число вольт (напряжение сети), получим величину тока в амперах, протекающего через лампу,

т. е. ток равен 50 вт / 110 в = 0,45 а (приблизительно).

Таким образом, через лампу, которая потребляет мощность 50 вт и включена в электрическую сеть напряжением 110 в, протекает ток величиной около 0,45 а.

Если в осветительную сеть комнаты включены люстра с четырьмя 50-ваттными лампочками, настольная лампа с одной 100-ваттной лампочкой и утюг мощностью 300 вт, то мощность всех потребителей энергии составляет в сумме 50 вт х 4+100 вт + 300 вт = 600 вт.

Так как напряжение сети равно 220 в, то по общим осветительным проводам, подходящим к этой комнате, протекает электрический ток, равный 600 вт / 220 в = 2,7 а (приблизительно).

Пусть электродвигатель потребляет от сети мощность 5000 ватт или, как говорят, 5 киловатт.

1000 ватт = 1 киловатт подобно тому, как 1000 грамм = 1 килограмм. Киловатт сокращённо обозначают буквами квт. Поэтому об электродвигателе и можно сказать, что он потребляет мощность 5 квт.

Чтобы определить, какое количество энергии потребил какой-либо электрический прибор, необходимо принять во внимание продолжительность времени, в течение которого эта энергия потреблялась.

Если осветительная лампа мощностью 10 вт горит в течение двух часов, то расход электрической энергии составляет 100 ватт х 2 часа = 200 ватт-часов, или 0,2 киловатт-часа. Если осветительная лампа мощностью 100 вт горит в течение 10 часов, то количество израсходованной энергии равно 100 ватт х 10 часов = 1000 ватт-часов, или 1 киловатт-час. Киловатт-час обозначают сокращённо буквами квт-ч.

В этой книге ещё масса интересного, но даже эти примеры показывают, насколько ответственно и с душой подходили к своей работе авторы того времени, особенно в случае обучения детей.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник