Все про электричество: Что нужно знать об электричестве новичкам? Основы электротехники — начинаем путь в мир электричества Все об электричестве от а до я.

азы для начинающих электриков, сила тока и напряжение, как рассчитать

При выходе из строя какого-нибудь электроблока правильным решением будет вызвать специалиста, который быстро устранит проблему.

• Техника безопасности
• Виды цепей, напряжение и сила тока
• Переменная и постоянная величины
• Мощность и другие параметры
• Закон Ома

Если такой возможности нет, уроки для электриков помогут самостоятельно устранить ту или иную поломку.

При этом стоит помнить о технике безопасности, дабы избежать серьезных увечий.

Техника безопасности

Правила безопасности нужно выучить наизусть — это сохранит здоровье и жизнь при устранении проблем с электричеством. Вот самые важные азы электрики для начинающих:

• Первые работы с сетями лучше всего проводить под присмотром опытного электрика.
• Не рекомендуется работать с высоким напряжением одному. Рядом всегда должен кто-то быть, кто подстрахует в случае проблем — обесточит сеть, вызовет экстренные службы и окажет первую помощь.
• Все работы следует проводить с обесточенными сетями. Также нужно убедиться, что никто не подключит электричество во время монтажа.

Для выполнения монтажных работ необходимо приобрести датчик (индикатор фазы), похожий на отвертку или шило. Это устройство позволяет найти провод, находящийся под напряжением — при его обнаружении на датчике загорается индикатор. Приборы работают по-разному, например, когда пальцем прижат соответствующий контакт.

Перед началом работ необходимо с помощью индикатора удостовериться в том, что все провода не обесточены.

Дело в том, что иногда проводку прокладывают неправильно — автомат на входе отключает только один провод, не обесточивая всю сеть. Такая ошибка может привести к печальным последствиям, ведь человек надеется на полное отключение системы, в то время как некоторый участок может все еще быть активным.

Виды цепей, напряжение и сила тока

Электрические цепи могут быть связаны параллельно либо последовательно. В первом случае электрический ток распределяется по всем цепям, которые соединяются параллельно. Получается, что суммарная единица будет равна сумме тока в любой из цепей.

Параллельные соединения имеют одинаковое напряжение. В последовательной комбинации ток переходит из одной системы в другую. В итоге в каждой линии протекает одинаковый ток.

Не имеет смысла останавливаться на технических определениях напряжения и силы тока (А). Гораздо понятнее будет пояснение на примерах. Так, первый параметр влияет на то, насколько хорошо нужно изолировать различные участки. Чем оно больше, тем выше вероятность того, что в каком-то месте случится пробой. Из этого следует, что высокому напряжению необходима качественная изоляция. Оголенные соединения необходимо держать подальше друг от друга, от других материалов и от земли.

Электрическое напряжение (U) принято измерять в Вольтах.

Более мощное напряжение несет большую угрозу для жизни. Но не стоит полагать, будто низкое абсолютно безопасно. Опасность для человека зависит и от силы тока, которая проходит через организм. А этот параметр уже напрямую подчиняется сопротивлению и напряжению. При этом сопротивление организма связано с сопротивлением кожи, которое может меняться в зависимости от морального и физического состояния человека, влажности и многих других факторов. Бывали случаи, когда человек умирал от удара током всего 12 вольт.

Кроме того, в зависимости от силы тока подбираются различные провода. Чем выше A, тем толще нужен провод.

Переменная и постоянная величины

Когда электричество только зарождалось, потребителям поставляли постоянный ток. Однако выяснилось, что стандартную величину 220 вольт практически невозможно передать на большое расстояние.

С другой стороны, нельзя подводить тысячи вольт — во-первых, это опасно, во-вторых, тяжело и дорого изготавливать приборы, работающие на таком высоком напряжении. В результате было решено преобразовывать напряжение — до города доходит 10 вольт, а в дома уже попадает 220. Преобразование происходит при помощи трансформатора.

Что касается частоты напряжения, то она составляет 50 Герц. Это значит, что напряжение меняет свое состояние 50 раз в минуту. Оно стартует с нуля и вырастает до отметки в 310 вольт, затем падает до нуля, затем до -310 вольт и опять поднимается до нуля. Все работа протекает в циклическом ключе. В таких случаях напряжение в сети равняется 220 вольт — почему не 310, будет рассказано дальше. За границей встречаются разные параметры — 220, 127 и 110 вольт, а частота может быть 60 герц.

Мощность и другие параметры

Электрический ток необходим для выполнения какой-либо работы, например, для вращения двигателя или нагрева батарей. Можно вычислить, какую работу он совершит, умножая силу тока на напряжение. Например, электронагреватель, имеющий 220 вольт, и обладающий мощностью 2.2 кВт, будет расходовать ток в 10 А.

Стандартное измерение мощности происходит в ваттах (Вт). Электрический ток силой 1 ампер с напряжением 1 вольт может выделить мощность 1 ватт.

Вышеприведенная формула используется для обоих видов тока. Однако вычисление первого имеет некоторую сложность, — необходимо умножить силу тока на U в каждую единицу времени. А если учесть, что у переменного тока все время меняются показатели напряжения и силы, то придется брать интеграл. Поэтому было применено понятие действующего значения.

Грубо говоря, действующий параметр — это среднее значение силы тока и напряжения, выбранное специальным путем.

Переменный и постоянный ток имеет амплитудное и действующее состояние. Амплитудный параметр — максимальная единица, до которой может подниматься напряжение.

Для переменного вида амплитудное число равняется действующему, умноженному на √ 2. Этим объясняются показатели напряжения 310 и 220 В.

Закон Ома

Следующим понятием в основах электрики для начинающих является закон Ома. Он утверждает, что сила тока равна напряжению, поделенному на сопротивление. Этот закон действует как для переменного тока, так и для постоянного.

Сопротивление измеряют в омах. Так, сквозь проводник с сопротивлением 1 ом при напряжении 1 вольт проходит ток 1 ампер. Закон Ома порождает два интересных следствия:

• Если известна A, протекающая через систему, и сопротивление цепи, то можно вычислить мощность.
• Мощность также можно посчитать, зная действующее сопротивление и U.

При этом для определения мощности берется не напряжение сети, а U, примененное к проводнику. Получается, если какой-либо прибор включен в систему через удлинитель, то действие будет применено как к прибору, так и к проводам удлинительного устройства. В результате провода будут нагреваться.

Конечно, нежелательно, чтобы соединения нагревались, так как именно это приводит к различным нарушениям работы электропроводки.

Однако основные проблемы заключаются не в самом проводе, а в различных местах соединения. В этих точках сопротивление бывает в десятки раз выше, чем по периметру провода. Со временем в результате окисления сопротивление может лишь повышаться.

Особенно опасными являются места соединения различных металлов. В них процессы окисления проходят гораздо быстрее. Самые частые зоны соединений:

• Места скручивания проводов.
• Клеммы выключателей, розеток.
• Зажимные контакты.
• Контакты в распределительных щитках.
• Вилки и розетки.

Поэтому при ремонте первым делом стоит обратить внимание на эти участки. Они должны быть доступными для монтажа и контроля.

Выполняя вышеописанные правила, можно самостоятельно решать некоторые бытовые вопросы, связанные с электрикой в доме. Главное — помнить о технике безопасности.

Электричество. Основные понятия

В этой статье предлагаю вам вспомнить базовые понятия в электрике, без которых любая работа, связанная с электричеством становится проблематичной.

Итак, любая электрическая цепь представляет собой совокупность различных устройств, образующих путь для прохождения электрического тока. Простейшая электрическая цепь может состоять из источника энергии, нагрузки и проводников.

Проводники — вещества, проводящие электрический ток. Они обладают малым удельным сопротивлением( т.е оказывают наименьшее сопротивление прохождению тока) и способны проводить электрический ток практически без потерь. Лучшими проводниками являются золото, серебро, медь и алюминий. Наибольшее распространение, вследствии дороговизны золота и серебра, получили медь и алюминий. Медь наиболее часто встречающийся проводник, в отличии от алюминия, обладающий большей устойчивостью к окислению и физическим воздействиям: изгибу, скручеванию. Недостатком меди, по сравнению с алюминием, является более высокая стоимость.

Помимо проводников существуют также диэлектрики — вещества которые обладают большим удельным сопротивлением электрическому току (т.е являются непроводящими электрический ток). К ним относятся пластмассы, дерево, текстолит и т.д

Также надо отметить и еще один тип — полупроводники. По своему удельному сопротивлению они занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Проводимость этих материалов существенно меняется под влиянием внешних факторов. К числу полупроводников относятся многие химические элементы, но наибольшее распространение получили кремний и германий.

Источник энергии — это устройство, преобразующее механическую, химическую, тепловую и другие виды энергии в электрическую.

Нагрузка — потребитель электрической энергии, т.е любой электроприбор, который преобразовывает электрическую энергию в механическую, тепловую, химическую и т.д

Прохождение электрического тока возможно только при замкнутой цепи.

Электрическим током в электротехнике называют направленное движение заряженных частиц под действием электрического поля, создаваемого источником питания. Величина, характеризующая ток называется сила тока. Сила тока измеряется в Амперах и обозначается буквой А. Различают постоянный и переменный токи.

Постоянный ток ( DC, по-английски Direct Current) — это ток, свойства которого  и направление не меняются с течением времени. Обозначается постоянный ток и напряжение в виде короткой горизонтальной черточки или двух параллельных, одна из которых штриховая.

Переменный ток (AC по-английски Alternating Current) — это ток, который изменяется по величине и направлению с течением времени. На электроприборах обозначается отрезком синусоиды « ~ ». Основными параметрами переменного тока являются период, амплитуда и частота.

 

Период — промежуток времени, в течение которого ток совершает одно полное колебание.

Частота — величина, обратная периоду, число периодов в секунду, измеряется в герцах (Гц).

Ток и напряжение в нагрузке увеличиваются и уменьшаются, а разница между минимальным и максимальным их значением называется амплитудой.

Измерение тока проводится амперметром, который подключается последовательно нагрузке.

Любой проводник в цепи, в зависимости от сечения, длины, материала, оказывает сопротивление прохождению электрического тока. Свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока называют сопротивлением. Сопротивление измеряется в Омах (Ом).

Разность потенциалов на концах источника питания называется напряжением. Напряжение измеряют в Вольтах и обозначают буквой В (V). В трехфазной электрической сети различают такие понятия, как линейное и фазное напряжения. Линейное напряжение ( или иначе межфазное) — это напряжение между двумя фазными проводами (380V). Фазное напряжение — это напряжение между нулевым проводом и одним из фазных (220V). Измеряется напряжение вольтметром, который подключается параллельно нагрузке.

Еще одним важным понятием в электротехнике является понятие мощности. Мощность источника характеризует скорость передачи или преобразования электроэнергии. Мощность измеряется в Ваттах (Вт, W).

Суммарная мощность всех подключенных потребителей равна сумме потребляемых мощностей каждым потребителем. Робщ = Р1+Р2+…Рn

Различают понятия активной и реактивной мощности. P – активная мощность (эффективная), связана с той электрической энергией, которая может быть преобразована в другие виды энергии – тепловую, световую, механическую и др. , измеряется в ваттах (Вт), представляет собой полезную мощность, которую можно использовать для выполнения работы.

P = IUcosф – для однофазной цепи, P = √3IUcosф – для трехфазной цепи, P = U*I — в цепи, где есть только активное сопротивление.

Q – реактивная мощность, связана с обменом электрической энергией между источником и потребителем, измеряется в вольт-амперах реактивных (вар), когда среднее значение мощности за период равно нулю, активная мощность равна нулю, энергия накопленная магнитным полем индуктивности, возвращается назад к источнику, ток в цепи не совершает работы, реактивный ток бесполезно загружает источники энергии и провода линии передач. Источниками реактивной энергии могут являться элементы, обладающие индуктивностью — электродвигатели, трансформаторы. Для того, чтобы уменьшить реактивную мощность на зажимах потребителей подключают конденсаторы (последовательно или параллельно).

Q = IUsinф – для однофазной цепи, Q = √3IUsinф – для трехфазной цепи

Сдвиг по фазе между током и напряжением обозначается углом φ. Коэффициент мощности — это соотношение активной мощности к полной, величина cosф равная углу сдвига фаз между напряжением и током. Чем выше cos φ, тем меньше тока требуется для преобразования электроэнергии в другие виды энергии. Это приводит к уменьшению потерь электроэнергии, ее экономии.

На этом пока все, а в следующей части познакомимся с основными законами электротехники, которые необходимо знать любому человеку, связанному с электричеством.

Что такое электричество? – SparkFun Узнать

Авторы: Джимблом

Избранное Любимый 80

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 питая 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 крошечные , растягивающиеся максимум до 300 пикометров в длину (это 3×10 ^-10 или 0,0000000003 метра). Медный пенни (если он на самом деле сделан из 100% меди) содержал бы внутри 3,2×10 ²² 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.0015 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 антистатических браслетов (электростатических разрядов) или добавление специальных компонентов в цепи для защиты от очень высоких всплесков 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 изолирующих промежутков .

Если у вас есть провод, полный атомов меди, и вы хотите индуцировать поток электронов через него, все свободных электронов 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 заставить их течь в первую очередь? 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 изучать электрические поля, 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 (е-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 на значит значительно менее массивно), 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 пробный заряд, брошенный рядом с другим положительным зарядом , приведет к отталкиванию наружу, что означает, что мы рисуем стрелок, выходящих из 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 обеспечивают нас толкающей силой, необходимой 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 устройств, 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 кинетической энергии , 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

Подобно тому, как масса в гравитационном поле обладает гравитационной потенциальной энергией, заряды в электрическом поле обладают электрической потенциальной энергией . Электрическая потенциальная энергия заряда описывает, сколько 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 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 основан 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 , а не , 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 электричество течь. 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.

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 фактически сдвинулись очень мало — доли сантиметра. Однако энергия, производимая текущим потоком, составляет огромных , тем более что в этой цепи нет ничего, что замедляло бы течение или потребляло энергию. Подключать чистый проводник напрямую 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. Там еще тонна концепций осталась нераскрытой. Отсюда мы рекомендуем вам сразу перейти к нашему руководству по напряжению, току, сопротивлению и закону Ома. Теперь, когда вы знаете все об электрических полях (напряжении) и движущихся электронах (токе), вы уже на пути к пониманию закона, управляющего их взаимодействием.

Хотите узнать больше об основных темах?

Полный список основных тем, связанных с электротехникой, см. на нашей странице Engineering Essentials .

Отведи меня туда!

Для получения дополнительной информации и иллюстраций, объясняющих электричество, посетите этот сайт.

Вот еще несколько учебных пособий для начинающих, которые мы рекомендуем прочитать:

• Что такое схема?
• Электроэнергия
• Последовательные и параллельные цепи

Или, может быть, вы хотели бы узнать что-то практическое? В этом случае ознакомьтесь с некоторыми из этих руководств по навыкам базового уровня:

• Как пользоваться мультиметром
• Работа с проволокой
• Шитье проводящей нитью

ОШИБКА – 404 – НЕ НАЙДЕНА

• Главная
• ДОБРАТЬСЯ К ТА ЧОППА

Наши серверные гномы не смогли найти страницу, которую вы ищете.

Похоже, вы неправильно набрали URL-адрес в адресной строке или перешли по старой закладке.

Возможно, некоторые из них могут вас заинтересовать?

Jumper Wires Premium 6″ F/F Pack of 10

В наличии ПРТ-08430

1

Избранное Любимый 14

Список желаний

Тиски для печатных плат Stickvise

32 в наличии ТОЛ-17235

35,50 $

Избранное Любимый 8

Список желаний

МИКРОЭ ЦАП 4 Click

Нет в наличии DEV-19638

11,95 $

Избранное Любимый 0

Список желаний

МИКРОЭ Аксел 6 Клик

Нет в наличии СЕН-19970

16,95 $

Избранное Любимый 0

Список желаний

Новая шляпа Raspberry Pi PoE+

24 мая 2021 г.