Despre curent electric, tensiune și putere dintr-o carte sovietică pentru copii: simplu și clar

În Uniunea Sovietică, care a obținut succese foarte serioase în dezvoltarea științei și tehnologiei, mișcarea radioamatorilor s-a răspândit. Multe mii de tineri cetățeni au studiat ingineria radio sub îndrumarea instructorilor din cercurile radio și cluburile de radio care au literatură tehnică specială, instrumente și instrumente. Mulți dintre ei au devenit în viitor ingineri calificați, designeri, oameni de știință.

A fost publicată literatură științifică populară pentru astfel de circuite radio, în care diferite probleme de fizică, mecanică, inginerie electrică și electronică au fost explicate într-un limbaj simplu, cu un număr mare de ilustrații.

Unul dintre exemplele de astfel de cărți este cartea lui Cheslov Klimchevsky „Alfabetul unui radioamator”, publicată de editura „Svyazizdat” în 1962. Prima secțiune a cărții se numește „Inginerie electrică”, a doua secțiune este „Radio”. Inginerie”, a treia este „Sfaturi practice”. , a patra secțiune — „Ne instalăm pe noi înșine”.

Cartea în sine poate fi descărcată de aici: Alfabetul radioamatorilor (sălbatic)

Acest tip de carte în anii 1960 nu aparținea literaturii de specialitate.Au fost emise în tiraje de zeci de mii de exemplare și erau destinate unui cititor de masă.

Radioul Raz a fost aplicat atât de complet în viața de zi cu zi a oamenilor, așa că la acea vreme se credea că nu poți fi limitat doar de capacitatea de a roti butoanele.Nika. Și fiecare persoană educată ar trebui să studieze radioul pentru a înțelege cum se realizează transmisia radio și recepția radio, pentru a se familiariza cu fenomenele electrice și magnetice de bază care sunt cheia teoriei ingineriei radio. De asemenea, este necesar, în general, să vă familiarizați cu sistemele și designul dispozitivelor de recepție.

Să ne uităm împreună și să judecăm cum la vremea aceea știau să explice lucruri complexe cu imagini simple.

Un radioamator novice al vremurilor noastre:

Despre curentul electric

Toate substanțele din lume și, în consecință, toate obiectele din jurul nostru, munți, mări, aer, plante, animale, oameni, constau din particule nemăsurat de mici, molecule, iar acestea din urmă, la rândul lor, din atomi. O bucată de fier, o picătură de apă, o cantitate nesemnificativă de oxigen, sunt o acumulare de miliarde de atomi, un fel în fier, altul în apă sau oxigen.

Dacă privești pădurea de la distanță, arată ca o fâșie întunecată care este dintr-o bucată (compara-o, de exemplu, cu o bucată de fier). Pe măsură ce se apropie de marginea pădurii, pot fi văzuți copaci individuali (într-o bucată de fier - atomi de fier). O pădure este formată din copaci; în mod similar, o substanță (cum ar fi fierul) este formată din atomi.

Într-o pădure de conifere, copacii sunt altfel decât într-o pădure de foioase; la fel, moleculele fiecărui element chimic sunt compuse din atomi diferiți de moleculele altor elemente chimice. Deci, atomii de fier sunt diferiți de, să zicem, atomii de oxigen.

Apropiindu-ne și mai mult de copaci, vedem că fiecare dintre ei este format dintr-un trunchi și frunze. În același mod, atomii substanței constau din așa-numitele Nucleu (trunchi) și electroni (foi).

Trunchiul este greu, iar miezul este greu; reprezintă sarcina electrică pozitivă (+) a atomului. Frunzele sunt lumină, iar electronii sunt lumină; ele formează o sarcină electrică negativă (-) asupra atomului.

Arborii diferiți au trunchiuri cu un număr diferit de ramuri și numărul de frunze nu este același.La fel, un atom, în funcție de elementul chimic pe care îl reprezintă, este format (în forma sa cea mai simplă) dintr-un nucleu (trunchi) cu mai multe sarcini pozitive — așa-numiții protoni (ramuri) și un număr de sarcini negative — electroni (foi).

În pădure, pe pământul dintre copaci, se acumulează multe frunze căzute. Vântul ridică aceste frunze de pe pământ și circulă printre copaci. Deci, într-o substanță (de exemplu, un metal) printre atomii individuali există o anumită cantitate de electroni liberi care nu aparțin niciunuia dintre atomi; acești electroni se mișcă aleatoriu printre atomi.

Dacă conectați firele care provin de la o baterie electrică la capetele unei piese de metal (de exemplu, un cârlig de oțel): conectați un capăt al acestuia la plusul bateriei - aduceți așa-numitul potențial electric pozitiv (+) la ea, iar celălalt capăt la minusul bateriei — aduce potențialul electric negativ (-), apoi electronii liberi (sarcinile negative) vor începe să se miște între atomii din interiorul metalului, grăbindu-se spre partea pozitivă a bateriei.

Acest lucru se explică prin următoarea proprietate a sarcinilor electrice: sarcinile opuse, adică sarcinile pozitive și negative se atrag reciproc; asemenea sarcini, adică pozitive sau negative, dimpotrivă, se resping reciproc.

Electronii liberi (sarcini negative) din metal sunt atrași de borna încărcată pozitiv (+) a bateriei (sursa de curent) și, prin urmare, se deplasează în metal nu se mai mută la întâmplare, ci spre partea plus a sursei de curent.

După cum știm deja, un electron este o sarcină electrică. Un număr mare de electroni care se mișcă într-o singură direcție în interiorul metalului formează fluxul de electroni, de exemplu. sarcini electrice. Aceste sarcini electrice (electroni) care se deplasează în metal formează un curent electric.

După cum am menționat deja, electronii se deplasează de-a lungul firelor de la minus la plus. Cu toate acestea, am convenit să considerăm că curentul curge în direcția opusă: de la plus la minus, adică ca și cum nu ar fi negativ, dar sarcinile pozitive se deplasează de-a lungul firelor (astfel de sarcini pozitive ar fi atrase de minusul sursei de curent) .

Cu cât mai multe frunze din pădure sunt împinse de vânt, cu atât mai dese umplu aerul; de asemenea, cu cât curge mai multe sarcini în metal, cu atât este mai mare cantitatea de curent electric.

Nu orice substanță poate transporta un curent electric cu aceeași ușurință. Electronii liberi se mișcă ușor, de exemplu în metale.

Materialele în care sarcinile electrice se mișcă ușor sunt numite conductoare de curent electric. Unele materiale, numite izolatori, nu au electroni liberi și, prin urmare, nu circulă curent electric prin izolatori. Izolatoarele includ, printre alte materiale, sticla, portelan, mica, materiale plastice.

Electronii liberi care sunt prezenți într-o substanță care conduce un curent electric pot fi, de asemenea, comparați cu picăturile de apă.

Picăturile individuale în repaus nu creează un flux de apă. Un număr mare dintre ei în mișcare formează un pârâu sau un râu care curge într-o direcție. Picăturile de apă din acest pârâu sau râu se mișcă într-un debit a cărui forță este mai mare, cu atât diferența dintre nivelurile canalului de-a lungul traseului său este mai mare și, prin urmare, cu atât diferența de „potențiale” (înălțimi) individului este mai mare. indivizi segmente ale acestui drum.

Mărimea curentului electric

Pentru a înțelege fenomenele cauzate de curentul electric, comparați-l cu fluxul de apă. Cantități mici de apă curg în pâraie, în timp ce mase mari de apă curg în râuri.

Să presupunem că valoarea debitului de apă în curs de apă este egală cu 1; Să luăm, de exemplu, valoarea debitului în râu ca fiind 10. În cele din urmă, pentru un râu puternic, valoarea debitului de apă este, să zicem, 100, adică de o sută de ori valoarea debitului din râu.

Un curent slab de apă poate conduce roata unei singure mori. Vom lua valoarea acestui flux egală cu 1.

De două ori debitul de apă poate conduce două dintre aceste mori. În acest caz, valoarea debitului de apă este egală cu 2.

De cinci ori fluxul de apă poate conduce cinci mori identice; valoarea debitului de apă este acum 5. Se poate observa debitul debitului de apă în râu; curentul electric circulă prin fire invizibile pentru ochii noștri.

Figura următoare prezintă un motor electric (motor electric) acționat de curent electric. Să luăm în acest caz valoarea curentului electric egală cu 1.

Când un curent electric antrenează două astfel de motoare electrice, atunci cantitatea de curent care curge prin firul principal va fi de două ori mai mare, adică egală cu 2.În cele din urmă, atunci când un curent electric alimentează cinci dintre aceleași motoare electrice, atunci curentul pe firul principal este de cinci ori mai mare decât în ​​primul caz; prin urmare magnitudinea sa este 5.

O unitate practică pentru măsurarea cantității de debit de apă sau alt lichid (adică cantitatea de apă care curge pe unitatea de timp, de exemplu, pe secundă, prin secțiunea transversală a albiei unui râu, conductei etc.) este litru pe secundă.

Pentru a măsura mărimea curentului electric, adică cantitatea de sarcini care curge prin secțiunea transversală a firului pe unitatea de timp, amperul este luat ca unitate practică.Astfel, mărimea curentului electric este determinată în amperi. Amperul prescurtat este indicat de litera a.

Sursa de curent electric poate fi, de exemplu, o baterie galvanică sau un acumulator electric.

Dimensiunea bateriei sau acumulatorului determină cantitatea de curent electric pe care o pot furniza și durata acțiunii lor.

Pentru a măsura magnitudinea curentului electric în inginerie electrică, utilizați dispozitive speciale, ampermetre (A). Dispozitivele electrice diferite transportă cantități diferite de curent electric.

Voltaj

A doua mărime electrică strâns legată de mărimea curentului este tensiunea. Pentru a înțelege mai ușor care este tensiunea unui curent electric, să o comparăm cu diferența de niveluri ale canalului (căderea apei în râu), așa cum am comparat curentul electric cu debitul apei. Cu o mică diferență de niveluri de canal, vom lua diferența egală cu 1.

Dacă diferența dintre nivelurile canalelor este mai semnificativă, atunci căderea apei este în mod corespunzător mai mare. Să presupunem, de exemplu, că este egal cu 10, adică de zece ori mai mult decât în ​​primul caz.În cele din urmă, cu o diferență și mai mare a nivelurilor de cădere a apei, este, să zicem, 100.

Dacă fluxul de apă cade de la o înălțime mică, atunci poate conduce doar o moară. În acest caz, vom lua o picătură de apă egală cu 1.

Același curent care cade de la două ori înălțimea poate întoarce roțile a două mori similare. În acest caz, picătura de apă este egală cu 2.

Dacă diferența dintre nivelurile canalelor este de cinci ori mai mare, atunci același debit antrenează cinci astfel de mori. Picătura de apă este de 5.

Fenomene similare se observă atunci când se ia în considerare tensiunea electrică. Este suficient să înlocuiți termenul „picătură de apă” cu termenul „tensiune electrică” pentru a înțelege ce înseamnă acesta în următoarele exemple.

Lasă o singură lampă să ardă. Să presupunem că i se aplică o tensiune egală cu 2.

Pentru ca cinci astfel de becuri conectate în același mod să ardă, tensiunea trebuie să fie egală cu 10.

Când două becuri identice conectate în serie între ele sunt aprinse (deoarece becurile sunt de obicei conectate în ghirlande de brad), tensiunea este 4.

În toate cazurile luate în considerare, un curent electric de aceeași mărime trece prin fiecare bec și la fiecare dintre ele se aplică aceeași tensiune, care face parte din tensiunea totală (tensiunea bateriei), care este diferită în fiecare exemplu individual.

Lasă râul să se scurgă în lac. Condițional, vom lua nivelul apei din lac ca zero. Apoi nivelul canalului râului lângă al doilea copac în raport cu nivelul apei din lac este egal cu 1 m, iar nivelul canalului râului lângă al treilea copacul va avea 2 m. Nivelul canalului în apropierea celui de-al treilea copac este cu 1 m mai mare decât nivelul său din apropierea celui de-al doilea copac, adică. între acești copaci este egală cu 1 m.

Diferența dintre nivelurile canalelor este măsurată în unități de lungime, de exemplu, așa cum am făcut noi, în metri. În inginerie electrică, nivelul albiei râului în orice punct față de un anumit nivel zero (în exemplul nostru nivelul apei lacului) corespunde unui potențial electric.

Diferența de potențial electric se numește tensiune. Potențialul electric și tensiunea sunt măsurate de aceeași unitate - voltul, prescurtat cu litera c. Astfel, unitatea de măsurare a tensiunii electrice este voltul.

Pentru măsurarea tensiunii electrice se folosesc dispozitive speciale de măsurare numite voltmetre (V).

O astfel de sursă de curent electric ca o baterie este cunoscută pe scară largă. O celulă a așa-numitei baterii plumb-acid (în care plăcile de plumb sunt scufundate într-o soluție apoasă de acid sulfuric) când este încărcată, are o tensiune de aproximativ 2 volți.

O baterie cu anod, care este folosită pentru alimentarea aparatelor radio cu baterii cu curent electric, constă de obicei din câteva zeci de celule galvanice uscate, fiecare cu o tensiune de aproximativ 1,5 V.

Aceste elemente sunt conectate secvențial (adică plusul primului element este conectat la minusul celui de-al doilea, plusul celui de-al doilea — la minusul celui de-al treilea etc.). În acest caz, tensiunea totală a bateriei este egală cu suma tensiunilor celulelor din care este compusă.

Prin urmare, o baterie de 150 V conține 100 de astfel de celule conectate în serie între ele.

În priza rețelei de iluminat cu o tensiune de 220 V, puteți conecta un bec incandescent proiectat pentru o tensiune de 220 V sau 22 de lumini identice pentru brad de Crăciun conectate în serie, fiecare dintre acestea fiind proiectat pentru o tensiune de 10 V.În acest caz, fiecare bec va avea doar 1/22 din tensiunea de linie, adică 10 volți.

Tensiunea care acționează asupra unui anumit dispozitiv electric, în cazul nostru un bec, se numește cădere de tensiune. Dacă un bec de 220 V consumă același curent ca un bec de 10 V, atunci curentul total extras din rețea de către ghirlandă va fi aceeași ca mărime cu curentul care circulă prin becul de 220 V.

Din cele spuse, este clar că, de exemplu, două becuri identice de 110 volți pot fi conectate la o rețea de 220 V, conectate în serie între ele.

Este posibilă încălzirea tuburilor radio proiectate pentru o tensiune de 6,3 V, de exemplu, dintr-o baterie formată din trei celule conectate în serie; lămpile care sunt proiectate pentru o tensiune de filament de 2 V pot fi alimentate de o singură celulă.

Tensiunea de filament a tuburilor radioelectrice este indicată sub formă rotunjită la începutul simbolului lămpii: 1,2 V — cu numărul 1; 4,4 in — numărul 4; 6,3 in — numărul 6; 5 c - numărul 5.

Pentru cauza care provoacă curent electric

Dacă două zone ale suprafeței pământului, chiar și îndepărtate, se află la niveluri diferite, atunci poate apărea curgerea apei. Apa va curge din punctul cel mai înalt în cel mai jos.

La fel și curentul electric. Poate curge numai dacă există o diferență de niveluri electrice (potenţiale). Pe o hartă meteorologică, cel mai înalt nivel barometric (presiune înaltă) este marcat cu semnul „+”, iar nivelul cel mai scăzut cu semnul „-”.

Nivelurile vor fi aliniate în direcția săgeții. Vântul va sufla în direcția zonei cu nivelul barometric cel mai scăzut. Când presiunea se egalizează, mișcarea aerului se va opri. Astfel, fluxul de curent electric se va opri dacă potențialele electrice se egalează.

În timpul unei furtuni are loc o egalizare a potențialelor electrice între nori și sol sau între nori. Apare sub formă de fulger.

Există, de asemenea, o diferență de potențial între bornele (polii) fiecărei celule galvanice sau baterie. Prin urmare, dacă atașați, de exemplu, un bec, atunci curentul va curge prin el. În timp, diferența de potențial scade (se produce egalizarea potențialului) și scade și cantitatea de curent care curge.

Dacă conectați un bec la rețea, atunci va curge și un curent electric prin el, deoarece există o diferență de potențial între prizele prizei. Cu toate acestea, spre deosebire de o celulă galvanică sau o baterie, această diferență de potențial este menținută în mod constant - atâta timp cât centrala funcționează.

Energie electrica

Există o relație strânsă între tensiunea electrică și curent. Cantitatea de putere electrică depinde de cantitatea de tensiune și curent. Să explicăm acest lucru cu următoarele exemple.

Cireșul cade de la o înălțime mică: Înălțime mică - tensiune ușoară. Forță de impact scăzută - putere electrică scăzută.

O nucă de cocos cade de la o înălțime mică (față de locul unde s-a cățărat băiatul): Obiect mare - curent mare. Altitudine joasă - stres scăzut. Forță de impact relativ mare - putere relativ mare.

Un ghiveci mic cade de la o înălțime mare: Un obiect mic este un curent mic. Înălțimea mare a căderii este un stres mare. Forță mare de impact - putere mare.

Avalanșă căzută de la o înălțime mare: mase mari de zăpadă — un curent mare. Înălțimea mare a căderii este un stres mare. Marea putere distructivă a unei avalanșe este o mare putere electrică.

La curent și tensiune înaltă se obține o putere electrică mare.Dar aceeași putere poate fi obținută cu un curent mai mare și, în mod corespunzător, o tensiune mai mică sau, dimpotrivă, cu un curent mai mic și o tensiune mai mare.

Puterea electrică de curent continuu este egală cu produsul dintre valorile tensiunii și curentului. Puterea electrică este exprimată în wați și este notă cu literele W.

S-a spus deja că un debit de apă de o anumită mărime poate antrena o moară, de două ori debitul - două mori, de patru ori debitul - patru mori etc., în ciuda faptului că scăderea de apă (tensiunea) va fi aceeași. .

Figura prezintă un mic debit de apă (corespunzător unui curent electric) care rotește roțile a patru mori datorită faptului că picătura de apă (corespunzătoare unei tensiuni electrice) este suficient de mare.

Roțile acestor patru mori se pot întoarce cu debitul de apă de două ori mai mare la jumătate din înălțimea căderii. Atunci morile ar fi aranjate ușor diferit, dar rezultatul ar fi același.

Figura următoare prezintă două lămpi conectate în paralel la o rețea de iluminat de 110V. Prin fiecare dintre ele trece un curent de 1 A. Curentul care trece prin cele două lămpi este în total de 2 amperi.

Produsul valorilor tensiunii și curentului determină puterea pe care aceste lămpi o consumă din rețea.

110V x 2a = 220W.

Dacă tensiunea rețelei de iluminat este de 220 V, aceleași lămpi trebuie conectate în serie, nu în paralel (cum era în exemplul anterior), astfel încât suma căderilor de tensiune de pe ele să fie egală cu tensiunea reţea. Curentul care circulă în acest caz prin cele două lămpi este de 1 A.

Produsul valorilor tensiunii și curentului care curge prin circuit ne va oferi puterea consumată de aceste lămpi 220 V x 1a = 220 W, adică la fel ca în primul caz.Acest lucru este de înțeles, deoarece în al doilea caz curentul preluat din rețea este de două ori mai mic, dar de două ori tensiunea din rețea.

Watt, kilowatt, kilowatt oră

Orice aparat sau mașină electrică (clopot, bec, motor electric etc.) consumă o anumită cantitate de energie electrică din rețeaua de iluminat.

Pentru măsurarea puterii electrice se folosesc dispozitive speciale numite watmetre.

Puterea, de exemplu, a unei lămpi de iluminat, a unui motor electric etc., poate fi determinată fără ajutorul unui wattmetru, dacă tensiunea rețelei și cantitatea de curent care circulă prin consumatorul de energie electrică conectat la rețea sunt cunoscut.

În mod similar, dacă sunt cunoscute consumul de energie și tensiunea rețelei, atunci cantitatea de curent care curge prin consumator poate fi determinată.

De exemplu, o rețea de iluminat de 110 volți include o lampă de 50 de wați. Ce curent trece prin el?

Deoarece produsul dintre tensiunea exprimat în volți și curentul exprimat în amperi este egal cu puterea exprimată în wați (pentru curent continuu), atunci după ce faceți calculul invers, adică împărțiți numărul de wați la numărul de volți ( tensiune de rețea), obținem cantitatea de curent în amperi care curge prin lampă,

a = w / b,

curentul este de 50 W / 110 V = 0,45 A (aprox.).

Astfel, prin lampă circulă un curent de aproximativ 0,45 A, care consumă 50 W de energie și este conectată la o rețea electrică de 110 V.

Dacă în rețeaua de iluminat a încăperii sunt incluse un candelabru cu patru becuri de 50 de wați, o lampă de masă cu un bec de 100 de wați și un fier de călcat de 300 de wați, atunci puterea tuturor consumatorilor de energie este de 50 W x 4 + 100 W. + 300 W = 600 W.

Deoarece tensiunea de la rețea este de 220 V, un curent electric egal cu 600 W / 220 V = 2,7 A (aproximativ) circulă prin firele de iluminat comune potrivite pentru această încăpere.

Lăsați motorul electric să consume 5000 de wați de putere din rețea sau, după cum se spune, 5 kilowați.

1000 de wați = 1 kilowatt, la fel ca 1000 de grame = 1 kilogram. Kilowați sunt abreviați ca kW. Prin urmare, despre motorul electric putem spune că acesta consumă o putere de 5 kW.

Pentru a determina câtă energie este consumată de orice dispozitiv electric, este necesar să se țină cont de durata de timp în care a fost consumată acea energie.

Dacă un bec de 10 wați este aprins timp de două ore, atunci consumul de energie electrică este de 100 wați x 2 ore = 200 wați-oră sau 0,2 kilowați-oră. Dacă un bec de 100 wați este aprins timp de 10 ore, atunci cantitatea de energie consumată este de 100 wați x 10 ore = 1000 wați-oră sau 1 kilowatt-oră. Kilowați-ora sunt abreviate ca kWh.

Sunt mult mai multe lucruri interesante în această carte, dar chiar și aceste exemple arată cât de responsabil și sincer și-au abordat lucrările autorii de atunci, mai ales în cazul educației copiilor.