Vai ir iespējams iedomāties savu dzīvi bez elektrības? Mūsdienu cilvēks ir cieši ieskauj sevi ar sadzīves tehniku, kas palīdz dzīvē. Mēs vairs nevaram iedomāties sevi un savu dzīvi bez gudriem mājas palīgiem.
Tehnoloģijas arvien vairāk pāriet uz elektroenerģijas izmantošanu. Pat transports pamazām tiek pārcelts uz elektromotoriem, kas var samazināt būtisku kaitējumu dabai.
Šodien mēs centīsimies atbildēt uz šādiem jautājumiem:
- Kas ir elektriskā strāva?
- Kas ir elektriskais spriegums?
- Kā noteikt spriegumu?
- Kā mēra spriegumu?
Kas ir aktuāls?
Elektrības izpētes rītausmā to ieguva, berzējot vienu ķermeni pret otru. Lielāku lādiņu krājumu varēja iegūt pērkona negaisa laikā, izmantojot dabisko izlādi – zibeni. Ir zināms, ka šī metode maksāja dzīvību M. V. Lomonosova studentam - Rihteram.
Pašu lādiņu ir grūti un neracionāli izmantot. Ir nepieciešams iegūt tā virzīto kustību - elektrisko strāvu. Pašreizējie īpašumi:
- vada sildīšana;
- ķīmiska iedarbība;
- mehāniska darbība;
- magnētiska darbība.
Tās tiek izmantotas ikdienā un tehnoloģijās. Nepieciešams nosacījums strāvas pastāvēšanai ir strāvas avota klātbūtne, brīvi elektriskie lādiņi un slēgts vadītājs.
Fons
1792. gadā slavenais itāļu fiziķis, fiziologs un izgudrotājs Alesandro Volta sāka interesēties par sava tautieša Luidži Galvani secinājumiem par strāvas impulsu būtību dzīvnieku orgānos. Ilgstoši novērojot uz metāla āķiem nostiprinātu varžu kāju uzvedību, viņš secināja, ka elektrības avots nav dzīvs organisms, bet gan atšķirīgu metālu saskarsme. Tieši šis apstāklis veicina elektrības plūsmu, un nervu galu reakcija ir tikai strāvas fizioloģiska ietekme.
Unikāla atklājuma rezultātā tika izveidots pasaulē pirmais līdzstrāvas avots, ko sauc par Volta pīlāru. Atšķirīgus metālus (Volta apgalvoja, ka tie ir jānoņem viens no otra virknē ķīmisko elementu) tiek uzklāti ar papīru, kas piesūcināts ar šķidru "otrā veida vadītāju".
Šī ierīce bija pirmais pastāvīga sprieguma avots. Elektriskā sprieguma mērvienība iemūžināja Alesandro Volta vārdu.
līdzstrāvas barošanas avots
Elektriskās ķēdes galvenais elements ir strāvas avots. Tās mērķis ir radīt elektrisko lauku, kura ietekmē brīvi lādētas daļiņas (elektroni, joni) nonāk virzītā kustībā. Uzkrāts uzatsevišķiem avota lādiņu elementiem (tos sauc par poliem) ir dažādas zīmes. Pats lādiņš tiek pārdalīts avota iekšpusē neelektrisku spēku (mehānisko, ķīmisko, magnētisko, termisko un tā tālāk) iedarbībā. Elektriskais lauks, ko rada stabi ārpus strāvas avota, veic lādiņa pārvietošanas darbu slēgtā vadītājā. Alesandro Volta runāja par nepieciešamību pēc slēgtas ķēdes, lai radītu līdzstrāvu.
Tā kā lādiņš pārvietojas avotos neelektrisku spēku iedarbībā, var apgalvot, ka šie spēki darbojas. Sauksim viņus par nepiederošām personām. Ārējo spēku darba attiecību, lai pārnestu lādiņu strāvas avotā, un lādiņa lielumu sauc par elektromotora spēku.
Šīs attiecības matemātiskais apzīmējums:
- Ε=Ast: q,
kur E ir elektromotora spēks (EMF), Astir ārējo spēku darbs, q ir lādiņš, ko avotā nes ārējie spēki.
EMF raksturo avota spēju radīt strāvu, bet par galveno avota raksturlielumu dažreiz uzskata elektrisko spriegumu (potenciāla starpību).
Spriegums
Lauka darba attiecību, lai pārvietotu lādiņu vadītājā, un lādiņa lielumu sauc par elektrisko spriegumu.
Lai to noteiktu, lauka darba vērtība ir jāsadala ar uzlādes vērtību. Apzīmēsim A darbu, ko veic strāvas avota elektriskā lauks, lai pārvietotu lādiņu q. U - elektriskais spriegums. Atbilstošās formulas matemātiskais apzīmējums:
U=A: q
Tāpat kā jebkuram fiziskam lielumam, arī spriegumam ir mērvienība. Kā mēra spriegumu? Pēc pasaulē pirmā līdzstrāvas avota izgudrotāja Alesandro Volta vārda šai vērtībai tika piešķirta sava mērvienība. Starptautiskajā sistēmā spriegumu mēra voltos (V).
1 V spriegums ir elektriskā lauka spriegums, kas darbojas 1 J, lai pārvietotu 1 C lādiņu.
V=J/C=N•m/(A•s)=kg•m/(A•s3).
SI pamatvienībās elektriskā sprieguma mērvienība:
kg•m/(A•s3).
Nepieciešamā vērtība
Kāpēc, raksturojot strāvu, nepietiek ar strāvas stipruma jēdzienu? Veiksim domu eksperimentu. Ņemsim divas dažādas lampas: parastu sadzīves lampu un lampu no lukturīša. Savienojot tos ar dažādiem strāvas avotiem (pilsētas tīkls un akumulators), jūs varat iegūt tieši tādu pašu pašreizējo vērtību. Tajā pašā laikā mājsaimniecības lampa dod vairāk gaismas, tas ir, strāvas darbs tajā ir daudz lielāks.
Dažādiem strāvas avotiem ir atšķirīgs spriegums. Tāpēc šī vērtība ir būtiska.
Noderīga analoģija
Elektriskā sprieguma fiziskās nozīmes izpratne izriet no interesantas analoģijas. Komunikācijas traukos šķidrums plūst no caurules uz cauruli, ja tajos ir spiediena atšķirība. Vienlīdzības gadījumā šķidruma plūsma apstājasspiediens.
Ja šķidruma strāvu salīdzina ar elektriskā lādiņa plūsmu, tad šķidruma kolonnu spiediena starpībai ir tāda pati loma kā potenciālajai atšķirībai strāvas avotā.
Kamēr procesi, kas pavada lādiņa pārdali uz poliem, notiek strāvas avota iekšpusē, tas spēj radīt strāvu vadītājā. Elektriskās strāvas spriegumu mēra voltos, spiediena starpībai ir mērvienība - paskals.
Maiņstrāva
Elektrisko strāvu, periodiski mainot virzienu, sauc par mainīgo. To rada mainīga sprieguma avots. Visbiežāk tas ir ģenerators. Mēģināsim paskaidrot: kāds ir maiņstrāvas sprieguma mērījums?
Pats strāvas ģenerēšanas princips ir balstīts uz elektromagnētiskās indukcijas fenomenu. Slēgtas ķēdes rotācija magnētiskajā laukā noved pie potenciālu starpības parādīšanās vadītājā. Spriegumu mēra voltos un mainīgas strāvas gadījumā.
Vai var apgalvot, ka spriegums nemainās? Acīmredzot, mainoties leņķim starp kontūras plakni un tās normālu, ģenerētais spriegums laika gaitā mainās. Tā vērtība pieaug no nulles līdz noteiktai maksimālajai vērtībai, pēc tam atkal nokrītas līdz nullei. Par noteiktu vērtību nav jārunā. Ievadiet tā saukto efektīvā sprieguma vērtību:
- Ud=U: √2.
Kāds instruments mēra spriegumu?
Ierīce elektriskā sprieguma mērīšanai - voltmetrs. Tās darbības princips ir balstīts uz ķēdes mijiedarbību ar strāvu un magnētisko laukupastāvīgais magnēts. Ir zināms, ka ķēde ar strāvu griežas magnētiskajā laukā. Atkarībā no strāvas daudzuma ķēdē mainās griešanās leņķis.
Ja pievienojat ķēdei bultiņu, tad tā novirzās no nulles, kad ķēdē (parasti spolē) plūst strāva. Atkarībā no tā, kādā spriegumā tiek mērīts, ierīces skala ir graduēta. Ir iespējams izmantot apakškārtīgus un reizinātājus.
Zemu vērtību gadījumā elektrisko spriegumu mēra milivoltos vai mikrovoltos. Gluži pretēji, augstsprieguma tīklos tiek izmantotas vairākas vienības.
Jebkurš voltmetrs ir pievienots paralēli tai ķēdes daļai, kurā mēra spriegumu. Ierīces ķēdes galveno īpašību var saukt par augstu omu pretestību. Voltmetrs neatkarīgi no tā, kādā spriegumā tiek mērīts, nedrīkst ietekmēt strāvas stiprumu ķēdē. Caur to tiek izlaista neliela strāva, kas būtiski neietekmē galveno vērtību.
Sprieguma tabula
| Fiziskā ierīce | Spriegums tā kontaktos, V |
| Voltu stabs | 1, 1 |
| Kabatas lukturīša akumulators | 1, 5 |
| Sārma akumulators | 1, 25 |
| Skābes akumulators | 2 |
| Pilsētas tīkls | 220 |
| Augstspriegumselektropārvades līnijas | 500 000 |
| Starp mākoņiem pērkona negaisā | Līdz 100 000 000 |
Praktisks voltmetra pielietojums
Lai efektīvi izmantotu voltmetru, jums jāiemācās to lietot. Ziņkārīgam eksperimentētājam var ieteikt sazināties ar skolas skolotājiem.
Skolas fizikas kabineti ir aprīkoti ar laboratorijas un demonstrācijas instrumentiem spriegumu mērīšanai.
Lietojiet jebkuru voltmetru piesardzīgi, ievērojot vienkāršus noteikumus:
- Voltmetram ir maksimālā mērījumu robeža. Tā ir augstākā vērtība viņa mērogā. Nepievienojiet to ķēdei, kurā ir augstāka sprieguma elements.
- Ja nav cita avota vai voltmetra, varat izmantot papildu pretestības sistēmu. Šajā gadījumā jāmaina arī voltmetra skala.
- Elektriskās ierīces tiek pievienotas līdzstrāvas ķēdei atkarībā no uzlādes zīmes norādēm uz tās spailēm. Strāvas avota pozitīvajam spailem jābūt savienotam ar voltmetra pozitīvo spaili, negatīvo - ar negatīvo spaili. Sajaukšanās gadījumā ierīces bultiņas var saliekties, kas ir ļoti nevēlami.
- Visi savienojumi tiek veikti tikai ķēdei, kurā nav strāvas.
Neveselīgs
Elektriskās strāvas darbība var būt nedroša cilvēkiem. Mazāks par 24 V tiek uzskatīts par nekaitīgu.
Strāvas darbība zem pilsētas tīkla sprieguma (220 V) ir diezgan pamanāma. Pieskaroties tukšiem kontaktiem, tiek pavadīts ievērojams "šoks".
Spriegums pērkona negaisa laikā izlaiž cauri cilvēka ķermenim tik lielu strāvu, ka tas draud viņu nogalināt. Neriskējiet ar savu dzīvību un veselību.
