|
Абсолютное большинство электротехнических работ, востребованных населением с точки зрения электрика-профессионала, вовсе не являются сложной работой.
И по-правде говоря, рядовой гражданин, без электротехнического образования, но имеющий
достаточно подробную инструкцию, вполне может справиться с ее выполнением сам, своими руками. Первоначально, этот сайт и задумывался как подборка подобных инструкций, относительно наиболее часто возникающих проблем в этой области. Но в дальнейшем, для людей абсолютно никогда не сталкившимися с решением подобных вопросов, был добавлен курс ” молодого электрика” из 6-ти практических занятий. Перейти к 1-му занятию Ниже, расположено краткое описание содержания страниц сайта, – статьи в помощь начинающему электрику.
Минимум теории, максимум практики.
Розетки.Особенности монтажа электрических розеток скрытой и открытой проводки. Розетки для электрической кухонной плиты. Подключение электроплиты своими руками.
Выключатели.Замена, монтаж электрических выключателей, скрытой и открытой проводки.
Автоматы и УЗО. Принцип работы Устройств Защитного Отключения и
автоматических выключателей. Электрические счетчики.Инструкция по самостоятельной установке и подключению
однофазного счетчика.
Замена проводки.Электромонтаж в помещении. Особенности монтажа,в зависимости от материала стен и вида их отделки. Электропроводка в деревянном доме.
Светильники.Установка настенных светильников. Люстры. Монтаж точечных светильников. Контакты и соединения.Некоторые виды соединения проводников, наиболее чаще встречающиеся в “домашней” электрике. Электротехника-основы теории.Понятие электрического сопротивления. Закон Ома. Законы Кирхгофа. Параллельное и последовательное соединение. Провода и кабели.
Описание наиболее распространенных проводов и кабелей.
Как пользоваться мультиметром.Иллюстрированная инструкция по работе с цифровым универсальным электроизмерительным прибором.
Лампы.Про лампы – лампы накаливания, люминесцентные, светодиодные. Работа электромонтера вообще, в настоящее время не особо престижна. Но если говорить именно, о сфере электромонтажа, бытового и промышленного тем не менее – остается востребованной.
Высокооплачиваемый но физически
тяжелый и подчас – весьма пыльный, труд электромонтера-монтажника несомненно, достоин всяческого уважения. В независимости от того, как в дальнейшем он будет строить свою карьеру, можно быть уверенным – практические знания, полученные таким образом пригодятся обязательно. 
В начало. Использование каких – либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт “Электрика это просто”. |
Классификация автоматических выключателей.
Базовые понятия в электрике – основные понятия в электрике
Прежде чем приступить к работам, связанным с электричеством, необходимо немного «подковаться» теоретически в этом вопросе. Если говорить просто, то обычно под электричеством подразумевается это движение электронов под действием электромагнитного поля. Главное — понять, что электричество — энергия мельчайших заряженных частиц, которые движутся внутри проводников в определенном направлении (рис, 1.1). Постоянный ток практически не меняет своего направления и величины во времени. Допустим, в обычной батарейке постоянный ток.
Переменный ток — это ток, который с определенной периодичностью меняет направление движения и величину. Представьте ток как поток воды, текущий по трубе. Через какой-то промежуток времени (например, 5 с) вода будет устремляться то в одну сторону, то в другую. С током это происходит намного быстрее — 50 раз в секунду (частота 50 Гц). В течение одного периода колебания величина тока повышается до максимума, затем проходит через ноль, а потом происходит обратный процесс, но уже с другим знаком. На вопрос, почему так происходит и зачем нужен такой ток, можно ответить, что получение и передача переменного тока намного проще, чем постоянного. Получение и передача переменного тока тесно связаны с таким устройством, как трансформатор (рис. Рис 1.2. Трансформатор на подстанции понижает напряжение от высоковольтной линии для передачи в бытовую сеть При помощи трансформатора (специального устройства в видек атушек) переменный ток преобразуется с низкого напряжения на высокое и наоборот, как это представлено на иллюстрации (рис. 1.3). |
1.2). Генератор, который вырабатывает переменный ток, по устройству гораздо проще, чем генератор постоянного тока. Кроме того, для передачи энергии на дальнее расстояние переменный ток подходит лучше всего. С его помощью при этом теряется меньше энергии.Рис. 1.3. Передача на расстояние переменного тока |
Именно по этой причине большинство приборов работает от сети, в которой ток переменный. Однако постоянный ток так-же применяется достаточно широко — во всех видах батарей, в химической промышленности и некоторых других областях.
Многие слышали такие загадочные слова, как одна фаза, три фазы, ноль, заземление или земля, и знают, что это важные понятия в мире электричества.
Однако не все понимают, что они обозначают и какое отношение имеют к окружающей действительности. Тем не менее знать это обязательно.
Не углубляясь в технические подробности, которые не нужны домашнему мастеру, можно сказать, что трехфазная сеть — это такой способ передачи электрического тока, когда переменный ток течет по трем проводам, а по одному возвращается назад. Вышесказанное надо немного пояснить. Любая электрическая цепь состоит из двух проводов. По одному ток идет к потребителю (например, к чайнику), а по другому возвращается обратно. Если разомкнуть такую цепь, то ток идти не будет. Вот и все описание однофазной цепи (рис. 1.4).
Тот провод, по которому ток идет, называется фазовым, или просто фазой, а по которому возвращается — нолевым, или нолем. Трехфазная цепь состоит из трех фазовых проводов и одного обратного. Такое возможно потому, что
фаза переменного тока в каждом из трех проводов сдвинута по отношению к соседнему на 120 °С (рис.
Рис. 1.5. Схема трехфазной цепи |
Передача переменного тока происходит именно при помощи трехфазных сетей. Это выгодно экономически — не нужны еще два нолевых провода. Подходя к потребителю, ток разделяется на три фазы, и каждой из них дается по нолю. Так он попадает в квартиры и дома. Хотя иногда трехфазная сеть заводится прямо в дом. Как правило, речь идет о частном секторе, и такое положение дел имеет свои плюсы и минусы. Об этом будет рассказано позднее.
Земля, или, правильнее сказать, заземление — третий провод в однофазной сети. В сущности, рабочей нагрузки он не несет, а служит своего рода предохранителем.
Это можно объяснить на примере. В случае когда электричество выходит из-под контроля (например, короткое замыкание), возникает угроза пожара или удара током. Чтобы этого не произошло (то есть значение тока не должно превышать безопасный для человека и приборов уровень), вводится заземление.
По этому проводу избыток электричества в буквальном смысле слова уходит в землю (рис. 1.6).
Рис. 1.6. Простейшая схема заземления |
Еще один пример. Допустим, в работе электродвигателя стиральной машины возникла небольшая поломка и часть электрического тока попадает на внешнюю металлическую оболочку прибора. Если заземления нет, этот заряд так и будет блуждать по стиральной машине. Когда человек прикоснется к ней, он моментально станет самым удобным выходом для данной энергии, то есть получит удар током. При наличии провода заземления в этой ситуации излишний заряд стечет по нему, не причинив никому вреда. В дополнение можно сказать, что нолевой проводник также может быть заземлением и, в принципе, им и является, но только на электростанции.
Ситуация, когда в доме нет заземления, небезопасна. Как с ней справиться, не меняя всю проводку в доме, будет рассказано в дальнейшем.
ВНИМАНИЕ!
Некоторые умельцы, полагаясь на начальные знания по электротехнике, устанавливают нолевой провод как заземляющий. Никогда так не делайте. При обрыве нолевого провода корпуса заземленных приборов окажутся под напряжением 220 В.
электрических сокращений | YourDictionary
ОПИСАНИЕ
Фото электрощита крупным планом
РАЗРЕШЕНИЕ
Договор на подписку ЛТК
Общие электрические сокращения и акронимы
Электромонтажные работы требуют ограниченного пространства для многих устройств и панелей.
Поскольку нет смысла каждый раз записывать полные термины, используются более короткие сокращения для различных цепей, каналов, размеров, стандартизированных инструментов и т. д. Вот несколько примеров общепринятых сокращений для электропроводки:
- A – ампер, иногда сокращаемый до «ампер», основная единица измерения электрического тока
- AC – переменный ток (в отличие от постоянного тока) или кондиционер (в зависимости от контекста). )
- AF — звуковая частота или слышимая частота, обычно измеряемая в единицах СИ в герцах (Гц)
- ANSI — Американский национальный институт стандартов
- BEV — миллиарды электрон-вольт разница между верхней и нижней границей полосы частот
- CBI – Complementary Binary, относящаяся к системе кодов
- CFL – Компактная люминесцентная лампа или Компактная люминесцентная лампа
- дБ — децибелы, единица измерения и шкала для измерения уровня звука или сигнала
- Постоянный ток — постоянный ток, однонаправленный поток электрического заряда, как в батарее
- e — КПД, относящийся к полезной выходной мощности с учетом общей потребляемой мощности, выражается в дробях
- ЭДС – электромагнитное поле или электродвижущая сила
- EV – электронвольт, единица энергии, аналогичная джоулю
- FDC – кривая продолжительности потока, описывающая взаимосвязь между величиной и продолжительностью потоков
- FCEV — электромобиль на топливных элементах
- G — проводимость, обратная электрическому сопротивлению (R)
- GFCI — прерыватель цепи замыкания на землю, тип автоматического выключателя
- H — общий напор, определяющий максимальную мощность, которая может быть произведенный
- ч – чистый напор, также известный как эффективный напор
- Гц – единица частоты в системе СИ, определяемая как один цикл в секунду
- I – ток, поток электрического заряда
- Дж – джоуль в системе СИ единица энергии, равная одному ватту за одну секунду
- кВт – Киловатт, эквивалентный 1000 Вт электрической мощности
- LF – Низкочастотный, относящийся к диапазону радиочастот от 30 до 300 кГц
- Li-ion – Литий-ионный, тип перезаряжаемой батареи
- MAD – Среднегодовой Разряд
- МВт – мегаватт, равный одному миллиону ватт, обычно указывается по отношению к выходной мощности электростанции
- OCV – напряжение холостого хода, разность электрических потенциалов при отключении от цепи
- POV – пиковое рабочее напряжение
- Q – заряд, обозначающий количество электричества, выраженное в кулонах (Кл)
- R – сопротивление, измеренное и выраженное в омах (Ом)
- RF – радиочастота, описывающая скорость колебаний
- SW – коротковолновая или Короткие волны, как и в случае с коротковолновыми диапазонами и коротковолновым радио
- В – напряжение/вольт, единица электродвижущей силы
- ВА – вольт-ампер, единица электрической мощности
- ВОМ – вольтомметр, также известное устройство как мультиметр или мультитестер
Реклама
Сокращения цветов проводов
Различные электрические провода выполняют разные задачи.
Цветные провода встречаются в ответвлениях цепей, которые представляют собой проводку между автоматическим выключателем или другим защитным устройством и электрической нагрузкой. Если вы не уверены в цвете провода, с которым работаете, взгляните на эти сокращения и определения.
Цвета для более низкого напряжения
В большинстве домов и офисов используются системы электропроводки на 120, 208 и 240 вольт переменного тока. Эти системы находятся в розетках или других электрических цепях по всему дому. Цвета этих проводов более низкого напряжения включают:
- Черный (BK) — провод под напряжением, включает два провода под напряжением (120 В каждый) и один нейтральный провод
- Красный (RD) — вторичный провод под напряжением в системе 240 В или переключаемый источник питания в системе 120 В
- Синий (BU) — провод под напряжением, протянутый через кабелепровод, часто используемый в качестве проводника для многопозиционных переключателей
- Зеленый (GN), зеленый с желтой полосой и неизолированные провода — только заземляющие провода
- Белый (WH) — нейтральный проводник
Реклама
Цвета высокого напряжения
Тяжелое промышленное оборудование работает при более высоком напряжении (277/480 вольт).
По этой причине вы найдете маркировку этих проводов разными цветами, чем на стенах вашего дома или офиса. Эти цвета проводов:
- Коричневый (BN) — провод под напряжением. Как и черный провод выше, он имеет два горячих провода и один нейтральный провод, но с более высоким напряжением.
- Оранжевый (OG) — вторичный провод под напряжением или коммутируемое питание (например, красный), фаза 2 — оранжевый
- Желтый (YE) — провод под напряжением, протянутый через кабелепровод, часто используемый в качестве ножки переключателя, соединяющего переключатели с источником электропитания
- Зеленый (GN), зеленый с желтой полосой и оголенные провода — только заземляющие провода
- Серый (GY) — нулевой провод
Даже если вы имеете дело с проводом, который, по вашему мнению, не находится под напряжением, лучше оставить его в покое. Проконсультируйтесь с электриком или другим специалистом, если вы не уверены в своей системе электропроводки.
Рекламное объявление
Дополнительные ресурсы по электроэнергии
Если вы хотите узнать больше об электричестве и электрической энергии, есть много полезных статей, которые направят вас в правильном направлении.
Вы можете найти повседневные примеры электроэнергии со списком предметов домашнего обихода. Или, если вас интересуют другие виды кинетической энергии, ознакомьтесь с ресурсом, в котором больше рассказывается о механической, лучистой, тепловой и звуковой энергии.
Что такое электричество? – SparkFun Узнать
Авторы: Джимблом
Избранное Любимый 84
Приступая к работе
Электричество окружает нас повсюду, питая такие технологии, как мобильные телефоны, компьютеры, фонари, паяльники и кондиционеры. Избежать этого в нашем современном мире очень сложно. Даже когда вы пытаетесь убежать от электричества, оно все равно работает в природе, от молнии во время грозы до синапсов внутри нашего тела. А что именно это электричество? Это очень сложный вопрос, и по мере того, как вы копаете глубже и задаете новые вопросы, на самом деле нет окончательного ответа, а есть только абстрактные представления о том, как электричество взаимодействует с нашим окружением.
Электричество — это природное явление, которое встречается повсюду в природе и принимает множество различных форм. В этом уроке мы сосредоточимся на текущем электричестве: материале, который питает наши электронные гаджеты. Наша цель — понять, как электричество течет от источника питания по проводам, зажигая светодиоды, вращая двигатели и приводя в действие наши устройства связи.
Электричество кратко определяется как поток электрического заряда, , но за этим простым утверждением скрывается так много всего. Откуда берутся обвинения? Как мы их перемещаем? Куда они переезжают? Как электрический заряд вызывает механическое движение или зажигает свет? Так много вопросов! Чтобы начать объяснять, что такое электричество, нам нужно перейти от материи и молекул к атомам, из которых состоит все, с чем мы взаимодействуем в жизни.
Этот учебник основан на некотором базовом понимании физики, силы, энергии, атомов и [полей] (http://en.wikipedia.org/wiki/Field_(physics)) в частности.
Мы коснемся основ каждой из этих физических концепций, но также может оказаться полезным обратиться к другим источникам.
Становимся атомными
Чтобы понять основы электричества, нам нужно начать с изучения атомов, одного из основных строительных блоков жизни и материи. Атомы существуют в более чем сотне различных форм в виде химических элементов, таких как водород, углерод, кислород и медь. Атомы многих типов могут объединяться, образуя молекулы, которые создают материю, которую мы можем физически увидеть и потрогать.
Атомы — это крошечные , максимально растягивающиеся примерно до 300 пикометров в длину (это 3×10 -10 или 0,0000000003 метра). Медный пенни (если бы он на самом деле был сделан из 100% меди) содержал бы внутри 3,2×10 90 171 22 90 172 атомов (32 000 000 000 000 000 000 000 атомов) меди.
Даже атом недостаточно мал, чтобы объяснить действие электричества. Нам нужно нырнуть еще на один уровень вниз и посмотреть на строительные блоки атомов: протоны, нейтроны и электроны.
Строительные блоки атомов
Атом состоит из комбинации трех отдельных частиц: электронов, протонов и нейтронов. Каждый атом имеет центральное ядро, в котором плотно упакованы протоны и нейтроны. Вокруг ядра находится группа вращающихся электронов.
Очень простая модель атома. Это не в масштабе, но полезно для понимания того, как построен атом. Ядро ядра протонов и нейтронов окружено вращающимися электронами.
В каждом атоме должен быть хотя бы один протон. Количество протонов в атоме важно, потому что оно определяет, какой химический элемент представляет собой атом. Например, атом с одним протоном — это водород, атом с 29 протонами — это медь, а атом с 94 протонами — это плутоний. Это число протонов называется числом 9 атомов.0159 атомный номер .
Партнер ядра протона, нейтрон, служит важной цели; они удерживают протоны в ядре и определяют изотоп атома. Они не имеют решающего значения для нашего понимания электричества, поэтому давайте не будем о них беспокоиться в этом уроке.
Электроны имеют решающее значение для работы электричества (обратите внимание на общую тему в их названиях?) В наиболее стабильном, сбалансированном состоянии атом будет иметь такое же количество электронов, как и протоны. Как и в приведенной ниже модели атома Бора, ядро с 29протонов (что делает его атомом меди) окружено равным количеством электронов.
По мере того, как развивалось наше понимание атомов, развивался и наш метод их моделирования. Модель Бора — очень полезная модель атома, когда мы изучаем электричество.
Электроны атома не навсегда связаны с атомом. Электроны на внешней орбите атома называются валентными электронами. При достаточной внешней силе валентный электрон может уйти с орбиты атома и стать свободным. Свободные электроны позволяют нам перемещать заряды, а это и есть электричество. Говоря о заряде…
Текущие заряды
Как мы упоминали в начале этого урока, электричество определяется как поток электрического заряда.
Заряд — это свойство материи, такое же, как масса, объем или плотность. Это измеримо. Точно так же, как вы можете количественно определить массу чего-либо, вы можете измерить и его заряд. Ключевой концепцией заряда является то, что он может быть двух типов: положительный (+) или отрицательный (-) .
Для перемещения заряда нам нужно носителей заряда , и здесь нам пригодятся наши знания об атомных частицах, особенно об электронах и протонах. Электроны всегда несут отрицательный заряд, а протоны всегда положительно заряжены. Нейтроны (в соответствии со своим названием) нейтральны, у них нет заряда. И электроны, и протоны несут один и тот же заряд , только разного типа.
Модель атома лития (3 протона) с помеченными зарядами.
Заряд электронов и протонов важен, потому что он дает нам возможность воздействовать на них силой. Электростатическая сила!
Электростатическая сила
Электростатическая сила (также называемая законом Кулона) — это сила, действующая между зарядами.
Он гласит, что заряды одного типа отталкиваются друг от друга, а заряды противоположного типа притягиваются друг к другу. Противоположности притягиваются, а подобное отталкивается .
Величина силы, действующей на два заряда, зависит от того, насколько они удалены друг от друга. Чем ближе два заряда, тем больше становится сила (либо сталкивающая, либо отталкивающая).
Благодаря электростатической силе электроны будут отталкивать другие электроны и притягиваться к протонам. Эта сила является частью «клея», который удерживает атомы вместе, но это также и инструмент, который нам нужен, чтобы заставить электроны (и заряды) течь!
Обеспечение потока платежей
Теперь у нас есть все инструменты для обеспечения потока платежей. Электроны в атомах могут действовать как наши носители заряда , потому что каждый электрон несет отрицательный заряд. Если мы сможем освободить электрон от атома и заставить его двигаться, мы сможем создать электричество.
Рассмотрим атомную модель атома меди, одного из предпочтительных источников элементов для потока заряда. В сбалансированном состоянии медь имеет 29 протонов в ядре и такое же количество электронов, вращающихся вокруг него. Электроны вращаются на разных расстояниях от ядра атома. Электроны ближе к ядру испытывают гораздо более сильное притяжение к центру, чем те, которые находятся на дальних орбитах. Самые внешние электроны атома называются валентными электронами , они требуют наименьшего количества силы, чтобы освободиться от атома.
Это схема атома меди: 29 протонов в ядре, окруженные полосами вращающихся электронов. Электроны, находящиеся ближе к ядру, трудно удалить, в то время как валентному (внешнему кольцу) электрону требуется относительно небольшая энергия для выброса из атома.
Применяя достаточную электростатическую силу к валентному электрону — либо отталкивая его другим отрицательным зарядом, либо притягивая его положительным зарядом, — мы можем сбросить электрон с орбиты вокруг атома, создав свободный электрон.
Теперь рассмотрим медную проволоку: вещество, наполненное бесчисленными атомами меди. Поскольку наш свободный электрон плавает в пространстве между атомами, его притягивают и толкают окружающие заряды в этом пространстве. В этом хаосе свободный электрон в конце концов находит новый атом, за который можно зацепиться; при этом отрицательный заряд этого электрона выбрасывает из атома другой валентный электрон. Теперь новый электрон дрейфует в свободном пространстве, пытаясь сделать то же самое. Этот цепной эффект может продолжаться и дальше, создавая поток электронов, называемый электрический ток .
Очень упрощенная модель зарядов, протекающих через атомы для создания тока.
Проводимость
Некоторые типы атомов лучше других выделяют свои электроны. Чтобы получить наилучший возможный поток электронов, мы хотим использовать атомы, которые не очень сильно удерживают свои валентные электроны. Электропроводность элемента измеряет, насколько прочно электрон связан с атомом.
Элементы с высокой проводимостью, которые имеют очень подвижные электроны, называются проводники . Это типы материалов, которые мы хотим использовать для изготовления проводов и других компонентов, способствующих электронному потоку. Такие металлы, как медь, серебро и золото, обычно являются лучшими проводниками.
Элементы с низкой проводимостью называются изоляторами . Изоляторы служат очень важной цели: они предотвращают поток электронов. Популярные изоляторы включают стекло, резину, пластик и воздух.
Прежде чем мы двинемся дальше, давайте обсудим две формы электричества: статическое или электрическое. При работе с электроникой токовое электричество будет гораздо более распространенным, но также важно понимать статическое электричество.
Статическое электричество
Статическое электричество возникает при накоплении противоположных зарядов на объектах, разделенных изолятором. Статическое (как в «покое») электричество существует до тех пор, пока две группы противоположных зарядов не найдут путь друг к другу, чтобы сбалансировать систему.
Когда заряды находят способ выравнивания, происходит статический разряд . Притяжение зарядов становится настолько сильным, что они могут течь даже через самые лучшие изоляторы (воздух, стекло, пластмассу, резину и т. д.). Статические разряды могут быть вредными в зависимости от того, через какую среду проходят заряды и на какие поверхности они переносятся. Выравнивание зарядов через воздушный зазор может привести к видимому удару, поскольку движущиеся электроны сталкиваются с электронами в воздухе, которые возбуждаются и выделяют энергию в виде света.
Воспламенители с искровым разрядником используются для создания контролируемого статического разряда. Противоположные заряды накапливаются на каждом из проводников, пока их притяжение не становится настолько большим, что заряды могут течь по воздуху.
Одним из наиболее ярких примеров статического разряда является молния . Когда облачная система набирает достаточно заряда по сравнению с другой группой облаков или земной поверхностью, заряды будут пытаться выровняться.
Когда облако разряжается, огромное количество положительных (а иногда и отрицательных) зарядов распространяется по воздуху от земли к облаку, вызывая видимый эффект, с которым мы все знакомы.
Статическое электричество также знакомо нам, когда мы трём о голову шарики, чтобы волосы встали дыбом, или когда мы шаркаем по полу пушистыми тапочками и бьём током домашнего кота (случайно, конечно). В каждом случае трение от трения различных типов материалов передает электроны. Объект, теряющий электроны, становится положительно заряженным, а объект, приобретающий электроны, становится отрицательно заряженным. Два объекта притягиваются друг к другу, пока не найдут способ уравнять.
Работая с электроникой, нам обычно не приходится иметь дело со статическим электричеством. Когда мы это делаем, мы обычно пытаемся защитить наши чувствительные электронные компоненты от статического разряда. Профилактические меры против статического электричества включают ношение браслетов ESD (электростатического разряда) или добавление специальных компонентов в цепи для защиты от очень высоких скачков заряда.
Текущее электричество
Текущее электричество — это форма электричества, которая делает возможными все наши электронные штуковины. Эта форма электричества существует, когда заряды способны постоянно течет . В отличие от статического электричества, где заряды собираются и остаются в покое, текущее электричество динамично, заряды всегда в движении. Мы сосредоточимся на этой форме электричества в оставшейся части урока.
Цепи
Для того, чтобы течь электричеству, требуется цепь: замкнутая, бесконечная петля из проводящего материала. Цепь может быть такой же простой, как токопроводящий провод, соединенный встык, но полезные цепи обычно содержат смесь проводов и других компонентов, которые контролируют поток электричества. Единственное правило, когда дело доходит до создания цепей, это не может иметь в себе изолирующих промежутков .
Если у вас есть провод, полный атомов меди, и вы хотите вызвать поток электронов через него, все свободных электрона должны куда-то течь в одном и том же общем направлении.
Медь — отличный проводник, идеально подходящий для протекания зарядов. Если цепь медного провода разорвана, заряды не могут течь по воздуху, что также предотвратит перемещение любых зарядов к середине.
С другой стороны, если бы провод был соединен встык, все электроны имели бы соседний атом и все могли бы течь в одном и том же общем направлении.
Теперь мы понимаем, как могут течь электронов, но как нам вообще заставить их течь? Затем, когда электроны текут, как они производят энергию, необходимую для освещения лампочек или вращающихся двигателей? Для этого нам нужно понять электрические поля.
Электрические поля
У нас есть представление о том, как электроны проходят через материю, создавая электричество. Вот и все, что касается электричества. Ну, почти все. Теперь нам нужен источник, чтобы индуцировать поток электронов. Чаще всего этот источник электронного потока исходит от электрического поля.
Что такое поле?
Поле — это инструмент, который мы используем для моделирования физических взаимодействий, не связанных с наблюдаемым контактом .
Поля нельзя увидеть, так как они не имеют физической формы, но эффект, который они производят, вполне реален.
Мы все подсознательно знакомы с одним конкретным полем: гравитационное поле Земли, эффект притяжения массивного тела к другим телам. Гравитационное поле Земли можно смоделировать набором векторов, указывающих на центр планеты; независимо от того, где вы находитесь на поверхности, вы почувствуете силу, толкающую вас к ней.
Сила или интенсивность полей неодинакова во всех точках поля. Чем дальше вы находитесь от источника поля, тем меньше его влияние. Величина гравитационного поля Земли уменьшается по мере удаления от центра планеты.
Продолжая изучение электрических полей, вспомните, в частности, как работает гравитационное поле Земли. Оба поля имеют много общего. Гравитационные поля воздействуют на объекты с массой, а электрические поля воздействуют на объекты с зарядом.
Электрические поля
Электрические поля (электронные поля) являются важным инструментом для понимания того, как возникает и продолжает течь электричество.
Электрические поля описывают тянущую или толкающую силу в пространстве между зарядами . По сравнению с гравитационным полем Земли электрические поля имеют одно существенное отличие: в то время как поле Земли обычно притягивает только другие объекты массы (поскольку все значит значительно менее массивные), электрические поля отталкивают заряды так же часто, как и притягивают их.
Направление электрических полей всегда определяется как направление, в котором положительный пробный заряд сместится , если его уронить в поле. Пробный заряд должен быть бесконечно мал, чтобы его заряд не влиял на поле.
Мы можем начать с построения электрических полей для одиночных положительных и отрицательных зарядов. Если вы поместите положительный тестовый заряд рядом с отрицательным зарядом, тестовый заряд притянется к отрицательному заряду . Итак, для одного отрицательного заряда мы нарисуем наши стрелки электрического поля направлен внутрь во всех направлениях.
Тот же тестовый заряд, брошенный рядом с другим 90 159 положительным зарядом 90 160, приведет к отталкиванию наружу, что означает, что мы рисуем 90 159 стрелок, выходящих из 90 160 положительного заряда.
Электрические поля одиночных зарядов. Отрицательный заряд имеет внутреннее электрическое поле, потому что он притягивает положительные заряды. Положительный заряд имеет внешнее электрическое поле, отталкивающее заряды.
Группы электрических зарядов можно комбинировать для создания более полных электрических полей.
Однородное электрическое поле вверху направлено от положительных зарядов к отрицательным. Представьте крошечный положительный тестовый заряд, упавший в электронное поле; он должен следовать направлению стрелок. Как мы видели, электричество обычно связано с потоком электронов — отрицательных зарядов — которые текут против электрических полей.
Электрические поля дают нам толкающую силу, необходимую для индукции электрического тока.
Электрическое поле в цепи похоже на электронный насос: большой источник отрицательных зарядов, который может двигать электроны, которые будут течь по цепи к положительному заряду.
Электрический потенциал (энергия)
Когда мы используем электричество для питания наших цепей, устройств и гаджетов, мы действительно преобразуем энергию. Электронные схемы должны иметь возможность накапливать энергию и передавать ее в другие формы, такие как тепло, свет или движение. Запасенная энергия цепи называется электрической потенциальной энергией.
Энергия? Потенциальная энергия?
Чтобы понять потенциальную энергию, нам нужно понять энергию в целом. Энергия определяется как способность объекта делать работать с другим объектом, что означает перемещение этого объекта на некоторое расстояние. Энергия приходит в многих формах , некоторые мы можем видеть (например, механические), а другие мы не можем (например, химические или электрические).
Независимо от того, в какой форме она находится, энергия существует в одном из двух состояний : кинетическом или потенциальном.
Объект имеет кинетическую энергию , когда он находится в движении. Количество кинетической энергии объекта зависит от его массы и скорости. Потенциальная энергия , с другой стороны, равна накопленная энергия , когда объект находится в состоянии покоя. Он описывает, какую работу может выполнить объект, если его привести в движение. Это энергия, которую мы обычно можем контролировать. Когда объект приводится в движение, его потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию.
Вернемся к примеру с гравитацией. Шар для боулинга, неподвижно сидящий на вершине башни Халифа, имеет много потенциальной (запасенной) энергии. После падения мяч, притягиваемый гравитационным полем, с ускорением устремляется к земле. По мере ускорения мяча потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию (энергию движения).
В конце концов вся энергия мяча преобразуется из потенциальной в кинетическую, а затем передается тому, во что он попадает. Когда мяч находится на земле, его потенциальная энергия очень мала.
Электрическая потенциальная энергия
Так же, как масса в гравитационном поле обладает гравитационной потенциальной энергией, заряды в электрическом поле имеют электрическую потенциальную энергию . Электрическая потенциальная энергия заряда описывает, сколько накопленной энергии он имеет, когда он приводится в движение электростатической силой, эта энергия может стать кинетической, и заряд может совершать работу.
Подобно шару для боулинга, находящемуся на вершине башни, положительный заряд в непосредственной близости от другого положительного заряда обладает высокой потенциальной энергией; оставленный свободным двигаться, заряд будет отталкиваться от такого же заряда. Положительный тестовый заряд, помещенный рядом с отрицательным зарядом, будет иметь низкую потенциальную энергию, аналогичную шару для боулинга на земле.
Чтобы наделить что-либо потенциальной энергией, мы должны выполнить работу , переместив это на некоторое расстояние. В случае с шаром для боулинга работа заключается в том, чтобы поднять его на 163 этажа против поля гравитации. Точно так же необходимо совершить работу, чтобы оттолкнуть положительный заряд от стрелок электрического поля (либо к другому положительному заряду, либо от отрицательного заряда). Чем дальше вверх по полю уходит заряд, тем больше работы вам предстоит сделать. Точно так же, если вы попытаетесь вытащить отрицательный заряд вдали от положительного заряда — против электрического поля — вы должны совершить работу.
Для любого заряда, находящегося в электрическом поле, его электрическая потенциальная энергия зависит от типа (положительный или отрицательный), количества заряда и его положения в поле. Электрическая потенциальная энергия измеряется в джоулях ( Дж ).
Электрический потенциал
Электрический потенциал основывается на электрическом потенциале энергии , чтобы помочь определить, сколько энергии хранится в электрических полях .
Это еще одна концепция, которая помогает нам моделировать поведение электрических полей. Электрический потенциал равен 90 153, а не 90 154. То же самое, что электрическая потенциальная энергия!
В любой точке электрического поля электрический потенциал равен количеству потенциальной электрической энергии, деленному на количество заряда в этой точке. Это убирает количество заряда из уравнения и оставляет нам представление о том, сколько потенциальной энергии могут обеспечить определенные области электрического поля. Электрический потенциал измеряется в джоулях на кулон ( J/C ), который мы определяем как вольт (В).
В любом электрическом поле есть две точки электрического потенциала, представляющие для нас значительный интерес. Есть точка с высоким потенциалом, где положительный заряд будет иметь максимально возможную потенциальную энергию, и есть точка с низким потенциалом, где заряд будет иметь наименьшую возможную потенциальную энергию.
Одним из наиболее распространенных терминов, которые мы обсуждаем при оценке электричества, является напряжение . Напряжение – это разность потенциалов между двумя точками в электрическом поле. Напряжение дает нам представление о том, какой толкающей силой обладает электрическое поле.
Имея за плечами потенциал и потенциальную энергию, у нас есть все ингредиенты, необходимые для производства электроэнергии. Давай сделаем это!
Электричество в действии!
Изучив физику элементарных частиц, теорию поля и потенциальную энергию, мы теперь знаем достаточно, чтобы заставить течь электричество. Сделаем цепь!
Сначала мы рассмотрим ингредиенты, необходимые для производства электричества:
- Определение электричества – это поток заряда . Обычно наши заряды переносятся свободно текущими электронами.
- Отрицательно заряженные электронов слабо связаны с атомами проводящих материалов.
С небольшим толчком мы можем освободить электроны от атомов и заставить их течь в основном в одном направлении. - Замкнутая цепь из проводящего материала обеспечивает путь для непрерывного потока электронов.
- Заряды приводятся в движение электрическим полем . Нам нужен источник электрического потенциала (напряжения), который толкает электроны из точки с низкой потенциальной энергией в точку с более высокой потенциальной энергией.
С небольшим толчком мы можем освободить электроны от атомов и заставить их течь в основном в одном направлении.Короткое замыкание
Батареи являются распространенными источниками энергии, которые преобразуют химическую энергию в электрическую. У них есть две клеммы, которые подключаются к остальной части цепи. На одном выводе избыток отрицательных зарядов, а на другом сливаются все положительные заряды. Это разность электрических потенциалов, которая только и ждет, чтобы подействовать!
Если мы подключим наш провод, полный проводящих атомов меди, к батарее, это электрическое поле будет влиять на отрицательно заряженные свободные электроны в атомах меди.
Одновременно отталкиваемые отрицательной клеммой и притягиваемые положительной клеммой, электроны в меди будут перемещаться от атома к атому, создавая поток заряда, который мы знаем как электричество.
После секунды прохождения тока электроны действительно сдвинулись очень на доли сантиметра. Однако энергия, производимая текущим потоком, огромна , тем более что в этой цепи нет ничего, что замедляло бы течение или потребляло энергию. Подсоединение чистого проводника непосредственно к источнику энергии — плохая идея . Энергия очень быстро перемещается по системе и превращается в тепло в проводе, которое может быстро превратиться в плавление провода или огонь.
Зажигание лампочки
Вместо того, чтобы тратить всю эту энергию впустую, не говоря уже о разрушении батареи и проводов, давайте создадим схему, которая сделает что-нибудь полезное! Обычно электрическая цепь преобразует электрическую энергию в какую-либо другую форму — свет, тепло, движение и т.
д. Если мы подключим лампочку к батарее проводами между ними, мы получим простую функциональную цепь.
Схема: Батарея (слева) подключается к лампочке (справа), цепь замыкается, когда выключатель (вверху) замыкается. Когда цепь замкнута, электроны могут течь от отрицательной клеммы батареи через лампочку к положительной клемме.
В то время как электроны движутся со скоростью улитки, электрическое поле почти мгновенно воздействует на всю цепь (мы говорим о скорости света). Электроны по всей цепи, будь то с самым низким потенциалом, с самым высоким потенциалом или прямо рядом с лампочкой, находятся под влиянием электрического поля. Когда переключатель замыкается и электроны подвергаются воздействию электрического поля, все электроны в цепи начинают течь, казалось бы, в одно и то же время. Ближайшие к лампочке заряды сделают один шаг по цепи и начнут преобразовывать электрическую энергию в световую (или тепловую).
Ресурсы и дальнейшие действия
В этом уроке мы раскрыли лишь малую часть верхушки пресловутого айсберга.