Kā Darbojas Elektrība

{h1}

Elektrība mūs ieskauj, un to var izmantot tūkstošiem dažādu veidu. Uzziniet par elektrības pamatiem, sākot no ģeneratoriem un elektriskajām ķēdēm līdz spriegumam un strāvām.

Cilvēkiem ir intīmas attiecības ar elektrību līdz tādam līmenim, ka praktiski nav iespējams atdalīt savu dzīvi no tā. Protams, jūs varat bēgt no krustām šķērsojošu elektropārvades līniju pasaules un dzīvot savu dzīvi pilnīgi ārpus tīkla, taču pat vientuļākajos pasaules nostūros elektrība pastāv. Ja tas negaisot negaisa mākoņus virs galvas vai sprakšķot statiskā dzirkstelē pa rokai, tas pārvietojas pa cilvēka nervu sistēmu, rosinot smadzeņu gribu katrā uzplaukumā, elpā un nedomājot par sirdsdarbību.

Kad tas pats noslēpumainais spēks aktivizē mīļotā pieskārienu, zibens spērienu un Džordža Foremana Grilu, rodas ziņkārīgs divkosīgums: Mēs vienu sekundi uztveram kā pašsaprotamu elektrību un nākamreiz skatāmies uz tās jaudu. Ir pagājuši vairāk nekā divarpus gadsimti, kopš Bendžamins Franklins un citi pierādīja, ka zibens ir sava veida elektrība, taču joprojām ir grūti nemirgot, kad horizonts iedegas īpaši vardarbīgā zibspuldzē. No otras puses, neviens nekad vasks poētiski pār mobilo telefonu lādētāju.

Elektrība dod spēku mūsu pasaulei un ķermenim. Tās enerģijas izmantošana ir gan iedomātas burvības, gan necilās ikdienas dzīves joma - sākot no imperatora Palpatine grauzdēšanas Luke Skywalker un beidzot ar vienkāršu diska "Zvaigžņu kari" izdzīšanu no datora. Neskatoties uz mūsu zināšanām par tā iedarbību, daudzi cilvēki precīzi nesaprot, kas ir elektrība - visuresoša enerģijas forma, kas rodas uzlādētu daļiņu, piemēram, elektronu, kustības rezultātā. Jautājumā pat atzītais izgudrotājs Tomass Edisons to vienkārši definēja kā “kustības veidu” un “vibrāciju sistēmu”.

Šajā rakstā mēs centīsimies sniegt ne tik slidenu atbildi. Mēs izgaismosim tikai to, kas ir elektrība, no kurienes tā nāk un kā cilvēki to saliec pēc savas gribas.

Pirmā pietura mēs dosimies uz Grieķiju, kur zinātkārie senie ļaudis mulsināja par tām pašām parādībām, kas jūs satrauc, kad jūs pieskaraties metāla priekšmetam pēc tam, kad aukstā, sausā dienā pārkrītat virs paklāja.

Elektrostatika un Kulona likums

Leyden burka ilustrācija

Leyden burka ilustrācija

Pat ja viņi to pilnībā nesaprata, senie cilvēki zināja par elektrību. Thales of Miletus, grieķu filozofs, kurš pazīstams kā viens no leģendārajiem septiņiem gudrajiem, iespējams, bija pirmais cilvēks, kurš pētīja elektrību, aptuveni 600 B.C. Berzējot dzintaru - pārakmeņojušos koku sveķus - ar kažokādu, viņš spēja piesaistīt putekļus, spalvas un citus vieglus priekšmetus. Šie bija pirmie eksperimenti ar elektrostatika, stacionāro elektrisko lādiņu vai statiskās elektrības izpēte. Faktiski vārds elektrība nāk no grieķu valodas elektron, kas nozīmē dzintaru.

Eksperimenti neturpināsies līdz 17. gadsimtam. Tajā laikā angļu ārsts un amatieru zinātnieks Viljams Gilberts sāka pētīt magnētismu un statisko elektrību. Viņš atkārtoja Miletus Thales pētījumu, berzējot objektus kopā un uzlādējot tos ar berzi. Kad viens objekts pievilka vai atgrūda otru, viņš apzīmēja terminu “elektrisks”, lai aprakstītu spēkus darbā. Viņš sacīja, ka šie spēki attīstījās tāpēc, ka berzēšanas darbība no viena objekta izņēma šķidrumu jeb “humoru”, atstājot ap to “izsvīdumu” jeb atmosfēru.

Šī koncepcija - ka elektrība pastāvēja kā šķidrums - pastāvēja 1700. gados. 1729. gadā angļu zinātnieks Stefans Grejs novēroja, ka daži materiāli, piemēram, zīds, nevada elektrību. Viņa skaidrojums bija tāds, ka Gilberta aprakstītais noslēpumainais šķidrums var ceļot pa objektiem vai kavēt ceļošanu. Zinātnieki pat būvēja burkas, lai noturētu šo šķidrumu un izpētītu tā iedarbību. Holandiešu instrumentu veidotāji Evalds fon Kleists un Pīters van Musschenbroeks izveidoja to, kas tagad pazīstams kā a Leyden burka, stikla burka ar ūdeni un nagu, kas varētu uzglabāt elektrisko lādiņu. Pirmoreiz, kad Musschenbroek izmantoja burku, viņš saņēma milzīgu šoku.

Līdz vēlākajiem 1700. gadiem zinātniskā sabiedrība sāka gūt skaidrāku priekšstatu par elektrības darbību. Bendžamins Franklins 1752. gadā veica savu slaveno pūķu eksperimentu, pierādot, ka zibens dabā ir elektrisks. Viņš arī iepazīstināja ar ideju, ka elektrībai ir pozitīvi un negatīvi elementi un ka plūsma bija no pozitīva uz negatīvu. Aptuveni 30 gadus vēlāk franču zinātnieks ar Čārlza Augustina de Kulona vārdu veica vairākus eksperimentus, lai noteiktu mainīgos lielumus, kas ietekmē elektrisko spēku. Viņa darba rezultātā Kulona likums, kurā teikts, ka līdzīgi lādiņi atgrūž un pretējie lādiņi piesaista ar spēku, kas ir proporcionāls lādiņu rezultātam un apgriezti proporcionāls attāluma starp tām kvadrātam.

Kulona likums ļāva aprēķināt elektrostatisko spēku starp jebkuriem diviem uzlādētiem objektiem, taču tas neatklāja šo lādiņu fundamentālo raksturu. Kāds bija pozitīvo un negatīvo lādiņu avots? Kā mēs redzēsim nākamajā sadaļā, zinātnieki varēja atbildēt uz šo jautājumu 1800. gados.

Elektroenerģija un atomu struktūra

Atoma iekšpusē

Atoma iekšpusē

19. gadsimta beigās zinātne strauji pieauga iespaidīgā tempā. Automobiļi un lidmašīnas atradās uz robežas, lai mainītu pasaules pārvietošanās veidu, un elektroenerģija vienmērīgi ienāca arvien vairāk mājās. Tomēr pat mūsdienu zinātnieki elektrību joprojām uzskatīja par kaut ko neskaidru mistisku. Tikai 1897. gadā zinātnieki atklāja elektronu esamību - un šeit sākas mūsdienu elektrības laikmets.

Materiāls, kā jūs droši vien zināt, sastāv no atomiem. Sadaliet kaut ko pietiekami mazos gabaliņos, un jūs nokļūsit kodolā, kuru riņķo viens vai vairāki elektroni, katrs ar negatīvu lādiņu. Daudzos materiālos elektroni ir cieši saistīti ar atomiem. Koks, stikls, plastmasa, keramika, gaiss, kokvilna - tie visi ir materiālu piemēri, kuros elektroni pielīp ar atomiem. Tā kā šie atomi tik ļoti nevēlas dalīties ar elektroniem, šie materiāli, ja vispār, nevar ļoti labi vadīt elektrību. Šie materiāli ir elektriskie izolatori.

Lielākajai daļai metālu tomēr ir elektroni, kas var atdalīties no atomiem un riņķot. Tos sauc brīvie elektroni. Vaļīgie elektroni atvieglo elektrības plūsmu caur šiem materiāliem, tāpēc tos sauc par elektrības vadītāji. Viņi vada elektrību. Kustīgie elektroni pārraida elektrisko enerģiju no viena punkta uz otru.

Dažiem no mums vietnē WordsSideKick.com patīk domāt par atomiem kā lolojumdzīvniekiem un elektroniem kā pret blusām. Suņi, kas dzīvoja norobežotā teritorijā vai iekšpusē, tādējādi turot nepatīkamās blusas, būtu līdzvērtīgi elektriskajam izolatoram. Bezmaksas viesabonēšanas mutanti tomēr būtu elektrības vadītāji. Kāda grupa, pēc jūsu domām, varētu visātrāk izplatīt blusu uzliesmojumu, ja jums būtu viena iekštelpu, lutinātu mopšu apkārtne un viena nepaaugstinātu bassethaitu apkārtne, kas aiziet savvaļā?

Tātad, lai pārvietotos, elektrībai ir nepieciešams vads. Ir jābūt arī kaut kam, lai elektrība caur vadītāju plūst no viena punkta uz otru. Viens veids, kā panākt elektrības plūsmu, ir ģeneratora izmantošana.

Svētā elektrība

19. gadsimta beigās elektrībai patiesi bija cildena vai pat dievišķa reputācija - tiktāl, ciktāl zinātniskās kopienas locekļi protestēja pret elektriskā krēsla ideju kā gan elektrības pasliktināšanos, gan zinātniskiem atklājumiem, kas elektriskās strāvas veikšanu padarīja iespējamu noziedznieku. Ko šie kritiķi varēja padomāt par tik moderniem brīnumiem kā ar akumulatoru darbināms melngalvju noņēmējs vai deju grīdas šausmas, kas pazīstamas kā elektriskais slidkalniņš?

Ģeneratori

Kā darbojas elektrība: elektrība

Ja jūs kādreiz esat pārvietojis papīra saspraudes ar magnētu vai nokavējis laiku, sakārtojot metāla skaidas bārdā uz "Wooly Willy" rotaļlietas, tad jūs esat iedziļinājies pat vissarežģītāko elektroģeneratoru pamatprincipos. Magnētiskais lauks, kas atbild par visu šo mazo metāla gabalu salikšanu pareizā Mohawk matu griezumā, ir saistīts ar elektronu kustību. Virziet magnētu uz papīra saspraudi un jūs piespiedīsit saspraudē esošos elektronus kustēties. Tāpat, ja jūs ļaujat elektroniem pārvietoties pa metāla stiepli, ap stiepli veidosies magnētiskais lauks.

Pateicoties Wooly Willy, mēs redzam, ka pastāv noteikta saikne starp elektrības un magnētisma parādībām. A ģenerators ir vienkārši ierīce, kas pārvieto magnētu pie stieples, lai izveidotu vienmērīgu elektronu plūsmu. Darbība, kas piespiež šo kustību, ir ļoti dažāda, sākot no rokas kloķiem un tvaika dzinējiem līdz kodolskaldīšanai, taču princips paliek tāds pats.

Viens vienkāršs veids, kā domāt par ģeneratoru, ir iedomāties, ka tas darbojas kā sūknis, kas caur cauruli izspiež ūdeni. Tikai tā vietā, lai stumtu ūdeni, ģenerators izmanto magnētu, lai stumtu elektronus. Tas ir neliels pārspīlējums, bet tas ģeneratorā sniedz noderīgu priekšstatu par īpašībām darbā. Ūdens sūknis pārvieto noteiktu skaitu ūdens molekulu un uz tām izdara noteiktu spiedienu. Tādā pašā veidā ģeneratorā esošais magnēts nospiež noteiktu skaitu elektronu un piemēro elektroniem noteiktu daudzumu "spiediena".

Elektriskā ķēdē kustībā esošo elektronu skaitu sauc par strāvas stiprums vai pašreizējais, un to mēra ampēri. "Spiedienu", kas stumj elektronus gar, sauc par spriegums un to mēra volti. Piemēram, ģenerators, kas griežas ar ātrumu 1000 apgriezieniem minūtē, var radīt 1 ampēru ar 6 voltiem. 1 ampērs ir kustīgo elektronu skaits (1 ampērs fiziski nozīmē, ka 6,24 x 1018 elektroni pārvietojas pa vadu katru sekundi), un spriegums ir spiediena lielums, kas atrodas aiz šiem elektroniem.

Ģeneratori ir mūsdienu elektrostacijas sirds. Nākamajā sadaļā mēs apskatīsim, kā darbojas viena no šīm stacijām.

Faraday: elektroenerģijas patrons

Deviņpadsmitā gadsimta britu fiziķis un ķīmiķis Maikls Faradejs pavēra ceļu mūsu modernajai, uz elektrību balstītajai pasaulei. Slavenais izgudrotājs izveidoja pirmo elektrisko ģeneratoru, ko sauca par dinamo, kā arī pirmo elektromotoru. Lai uzzinātu vairāk par iesaistīto tehnoloģiju, izlasiet rakstu Kā darbojas elektromotori un kā darbojas elektromagnēti.

Elektrības izgatavošana

Niagāras ūdenskritums: Tam ir skaistums un ļoti daudz kinētiskās enerģijas, kuru mēs gribētu izmantot hidroelektrostacijai.

Niagāras ūdenskritums: Tam ir skaistums un ļoti daudz kinētiskās enerģijas, kuru mēs gribētu izmantot hidroelektrostacijai.

Maikla Faradija ģeneratorā vara stieples spoles, kas rotē starp magnēta poliem, rada vienmērīgu elektrības strāvu. Viens veids, kā pagriezt disku, ir to pagriezt ar rokām, taču tas nav praktisks elektrības ražošanas veids. Vēl viena iespēja ir ģeneratora vārpstu piestiprināt pie turbīnas un pēc tam ļaut kādam citam enerģijas avotam darbināt turbīnu. Krītošais ūdens ir viens no šādiem enerģijas avotiem, un faktiski pirmā lielākā iekārta, kas jebkad uzbūvēta, izmantoja milzīgo kinētisko enerģiju, ko piegādāja Niagāras ūdenskritums.

Džordžs Vestingshouse šo rūpnīcu atvēra 1895. gadā, taču kopš tā darbības principi nav daudz mainījušies. Pirmkārt, inženieri uzbūvē aizsprostu pāri upei, lai izveidotu uzkrātā ūdens rezervuāru. Viņi novieto ūdens ņemšanas vietu aizsprosta sienas apakšā, kas ļauj ūdenim plūst no rezervuāra un caur šauru kanālu, ko sauc par penskoks. Turbīna - iedomājieties milzīgu dzenskrūvi - sēž pusloka galā. Vārpsta no turbīnas iet uz augšu ģeneratorā. Kad ūdens pārvietojas pāri turbīnai, tas griežas, pagriežot vārpstu un, savukārt, pagriežot ģeneratora vara spoles. Kad vara spirāles griežas magnētos, tiek ražota elektrība. Ar ģeneratoru savienotās elektropārvades līnijas no elektrostacijas nogādā elektrību mājām un uzņēmumiem. Westinghouse Niagāras ūdenskrituma rūpnīca spēja transportēt elektrību vairāk nekā 200 jūdzes (322 kilometri).

Ne visas elektrostacijas paļaujas uz krītošu ūdeni. Daudzi izmanto tvaika priekšrocības, kas darbojas kā šķidrums un tāpēc var nodot enerģiju turbīnai un, visbeidzot, ģeneratoram. Populārākais tvaika pagatavošanas veids ir ūdens sildīšana, sadedzinot ogles. Ir iespējams arī izmantot kontrolētas kodolreakcijas, lai ūdeni pārvērstu tvaikā. Jūs varat lasīt par dažāda veida elektrostacijām sadaļā Kā darbojas hidroelektrostacijas, kā darbojas vēja enerģija un kā darbojas kodolenerģija. Vienkārši paturiet prātā, ka viņi visi darbojas pēc viena un tā paša pamatprincipa - mehāniskās enerģijas - turbīnas vērpšanas - pārvēršana elektriskajā enerģijā.

Protams, ģeneratora izmantošana elektrības ražošanai ir tikai sākums. Pēc elektronu pārvietošanās jums būs nepieciešama elektriskā ķēde, lai ar to kaut ko izdarītu. Uzziniet, kāpēc nākamais.

Elektriskās ķēdes

Baterijas

Baterijas

Ielādējot akumulatoru elektroniskā ierīcē, jūs vienkārši neizlaižat elektrību un nesūtāt to veikt kādu uzdevumu. Negatīvi uzlādēti elektroni vēlas nokļūt līdz pozitīvajai akumulatora daļai - un, ja viņiem vajadzēs atjaunināt jūsu personīgo elektrisko skuvekli, lai nokļūtu tur, viņi to arī darīs. Ļoti vienkāršā līmenī tas ir līdzīgi kā ūdens, kas tek pa straumi un ir spiests pagriezt ūdens riteni, lai nokļūtu no punkta A uz punktu B.

Neatkarīgi no tā, vai elektrības ražošanai izmantojat akumulatoru, degvielas elementu vai saules bateriju, trīs lietas vienmēr ir vienādas:

  1. Elektroenerģijas avotam jābūt diviem spailēm: pozitīvajam un negatīvajam.
  2. Elektroenerģijas avots (vai tas ir ģenerators, akumulators vai kaut kas cits) ar noteiktu spriegumu vēlēsies elektronus izstumt no tā negatīvā spailes. Piemēram, viena AA baterija parasti vēlas izstumt elektronus ar 1,5 voltu spriegumu.
  3. Elektroniem vajadzēs plūst no negatīvā termināla uz pozitīvo spaili caur vara vadu vai kādu citu vadītāju. Kad ir ceļš, kas iet no negatīvā uz pozitīvo galu, jums ir a ķēde, un caur vadu var plūst elektroni.

Ķēdes vidū varat piestiprināt jebkura veida kravas, piemēram, spuldzi vai motoru. Elektroenerģijas avots darbinās slodzi, un slodze veiks jebkuru uzdevumu, kas paredzēts tā veikšanai, sākot no vārpstas griešanās līdz gaismas ģenerēšanai.

Elektriskās ķēdes var kļūt diezgan sarežģītas, taču principā jums vienmēr ir elektrības avots (piemēram, akumulators), slodze un divi vadi, lai pārvadātu elektrību starp diviem. Elektroni pārvietojas no avota caur slodzi un atpakaļ uz avotu.

Kustīgajiem elektroniem ir enerģija. Tā kā elektroni pārvietojas no viena punkta uz otru, viņi var strādāt. Piemēram, kvēlspuldzē siltuma radīšanai izmanto elektronu enerģiju, un siltums savukārt rada gaismu. Elektromotorā enerģija elektronos rada magnētisko lauku, un šis lauks var mijiedarboties ar citiem magnētiem (caur magnētisko pievilcību un atgrūšanos), lai radītu kustību. Tā kā motori ir tik svarīgi ikdienas darbībās un tāpēc, ka tie būtībā ir ģeneratori, kas darbojas apgriezti, mēs tos tuvāk apskatīsim nākamajā sadaļā.

Elektromotori

Lūk, lielais pakavs elektromagnēts, ko ap 1830. gadu izmantoja angļu fiziķis un ķīmiķis Maikls Faraday.

Lūk, lielais pakavs elektromagnēts, ko ap 1830. gadu izmantoja angļu fiziķis un ķīmiķis Maikls Faraday.

Kā mēs jau runājām, ģenerators mehānisko enerģiju pārvērš elektrībā. Motors darbojas pēc tiem pašiem principiem, bet pretējā virzienā - tas pārveido elektrisko enerģiju mehāniskajā enerģijā. Lai to izdarītu, motoram nepieciešams īpaša veida magnēts, kas pazīstams kā elektromagnēts. Vienkāršākajā formā tas sastāv no dzelzs stieņa, kas ietīts stieples spolē. Ja caur vadu izlaižat elektrisko strāvu, dzelzs stienī veidojas magnētiskais lauks, un tas kļūst par magnētu ar noteiktiem ziemeļu un dienvidu poliem. Izslēdziet strāvu, un magnētiskās īpašības pazūd.

Paši par sevi elektromagnēti ir noderīgas lietas. Jūs varat tos izmantot, lai paņemtu metāla priekšmetus, nēsātu priekšmetus kaut kur un pēc tam nomestu tos, vienkārši izslēdzot strāvu. Piemēram, jumiķi tos izmanto, lai savāktu nagus, kas nejauši iekrituši mājas īpašnieka pagalmā. Un sagraušanas laukumos ir celtņi ar iebūvētiem elektromagnētiem, kas ir pietiekami spēcīgi, lai paņemtu un pārvietotu veselas automašīnas.

Elektromagnēti ir īpaši noderīgi, ja tos novieto uz ass starp diviem stacionāriem magnētiem. Ja elektromagnēta dienvidu pole atrodas pret viena nekustīga magnēta dienvidu polu un tā ziemeļpola pret otra stacionāra magnēta ziemeļpolu, tad elektromagnēts griezīsies, līdz pretējie stabi sakrāsies. Tas nebūtu ļoti noderīgi, izņemot to, ka elektromagnētu polaritāte ir atkarīga no strāvas plūsmas virziena. Iet elektrisko strāvu vienā virzienā, un magnēta ziemeļpols atradīsies vienā pusē; mainiet pašreizējo plūsmu, un ziemeļpols atradīsies pretējā pusē. Motoros ierīce, kas pazīstama kā komutatoru apgriež elektriskās strāvas plūsmas virzienu. Kad elektromagnēta stabiņi slīd uz priekšu un atpakaļ, magnēts spēj griezties bez traucējumiem. Šis, protams, ir īss skaidrojums, tāpēc, iespējams, vēlēsities izlasīt visu elektrodzinēju darbu.

Kā izrādās, elektromotorā radīto mehānisko enerģiju var lietderīgi izmantot dažādās mašīnās. Daudzi instrumenti garāžā, ierīces mājā un rotaļlietas, ar kurām bērni spēlējas, ir atkarīgas no motoriem. Dažiem no šiem motoriem ir nepieciešama liela strāva. Citiem, piemēram, maziem līdzstrāvas motoriem, ko izmanto robotos un modeļos, efektīvai darbībai ir nepieciešams ļoti mazs spriegums vai strāva. Mēs turpināsim sarunu par spriegumu un strāvu nākamajā sadaļā.

Spriegums, strāva un pretestība

Kopā ar spriegumu un strāvu pretestība ir viena no trim elektrības pamatvienībām. Kā izpētīts zemāk, kvēlojošais kvēldiegs kvēlspuldzē ļauj mums apskatīt pretestību darbībā.

Kopā ar spriegumu un strāvu pretestība ir viena no trim elektrības pamatvienībām. Kā izpētīts zemāk, kvēlojošais kvēldiegs kvēlspuldzē ļauj mums apskatīt pretestību darbībā.

Kā minēts iepriekš, ķēdē kustībā esošo elektronu skaitu sauc par strāvu, un to mēra ampēros. "Spiedienu", kas stumj elektronus garumā, sauc par spriegumu un mēra voltos. Ja jūs dzīvojat Amerikas Savienotajās Valstīs, strāvas kontaktligzdas jūsu mājas vai dzīvokļa sienā katram piegādā 120 voltus.

Ja jūs zināt iesaistītos ampērus un voltus, varat noteikt patērētās elektroenerģijas daudzumu, kuru mēs parasti mēra vatstundas vai kilovatstundas. Iedomājieties, ka sienas kontaktligzdā esat iespraudis kosmosa sildītāju. Jūs izmērāt strāvas daudzumu, kas plūst no sienas kontaktligzdas uz sildītāju, un tas iznāk līdz 10 ampēriem. Tas nozīmē, ka tas ir 1200 vatu sildītājs. Ja jūs reizināt voltus ar ampēriem, jūs iegūstat jaudu. Šajā gadījumā 120 voltu reizinājums ar 10 ampēriem ir vienāds ar 1200 vatiem. Tas attiecas uz visām elektroierīcēm. Ja jūs pievienojat gaismu un tas ievelk pusi ampēru, tā ir 60 vatu spuldze.

Teiksim, ka jūs ieslēdzat telpas sildītāju un pēc tam skatāties uz enerģijas skaitītāju ārpusē. Skaitītāja mērķis ir izmērīt jūsu mājā ienākošās elektrības daudzumu, lai enerģijas uzņēmums varētu jums par to samaksāt. Pieņemsim - mēs zinām, ka tas ir maz ticams - ka mājā nekas cits nav ieslēgts, tāpēc skaitītājs mēra tikai telpas sildītāja patērēto elektrību.

Jūsu telpas sildītājs patērē 1,2 kilovatus (1200 vati). Ja jūs atstāt telpu sildītājs uz vienu stundu, jūs izmantosiet 1,2 kilovatstundās varas. Ja jūsu elektroenerģijas uzņēmuma izmaksas jums 10 centi par kilovatstundu, tad elektroenerģijas uzņēmuma iekasēs jums 12 centi par katru stundu, ka jūs atstāt savu kosmosa sildītājs uz.

Tagad pievienosim vēl vienu koeficientu strāvai un spriegumam: pretestība, Kas tiek mērīts omi. Mēs varam paplašināt ūdens analoģiju, lai izprastu arī pretestību. Spriegums ir vienāds ar ūdens spiedienu, strāva ir vienāda ar plūsmas ātrumu un pretestība ir kā cauruļu izmēru.

Elektrotehnikas pamatvienādojums, ko sauc par Ohma likumu, izskaidro, kā trīs termini ir saistīti. Strāva ir vienāda ar spriegumu, dalītu ar pretestību. Tas ir uzrakstīts šādi:

I = V / R

kur Es apzīmē strāvu (mēra ampēros), V ir spriegums (mērīts voltos) un R simbolizē pretestību (mēra omi).

Pieņemsim, ka jums ir tvertne zem spiediena ūdens, kas savienots ar šļūteni, ka jūs izmantojat, lai ūdens dārzu. Ja palielina spiedienu tvertnē, no šļūtenes izplūst vairāk ūdens, vai ne? Tas pats attiecas uz elektrisko sistēmu: Palielinot spriegumu, palielinās strāvas plūsma.

Tagad sakiet, ka jūs palielinājāt šļūtenes un visu tvertnes veidgabalu diametru. Šis pielāgojums arī vairāk ūdens izvadītu no šļūtenes. Tas ir tāpat kā pretestības samazināšana elektriskā sistēmā, kas palielina strāvas plūsmu.

Apskatot parasto kvēlspuldzi, jūs varat redzēt šo ūdens analoģiju darbībā. Spuldzes kvēldiegs ir ārkārtīgi plāns vads. Šis plānais vads pretojas elektronu plūsmai. Varat aprēķināt stieples pretestību ar pretestības vienādojumu.

Pieņemsim, ka jums ir 120 vatu spuldze, kas pievienota sienas kontaktligzdai. Spriegums ir 120 volti, un 120 vatu spuldzei caur to plūst 1 ampērs. Kvēldiega pretestību var aprēķināt, pārkārtojot vienādojumu:

R = V / I

Tātad pretestība ir 120 omi.

Papildus šīm galvenajām elektriskajām koncepcijām ir praktiska atšķirība starp abām strāvas šķirnēm. Daži strāva ir tieša, un daži strāva ir mainīga - un tā ir ļoti svarīga atšķirība.

Līdzstrāva pret maiņstrāvu

Baterijas, kurināmā elementi un saules baterijas rada kaut ko sauc par līdzstrāva (DC). Akumulatora pozitīvie un negatīvie spailes vienmēr ir attiecīgi pozitīvi un negatīvi. Strāva vienmēr plūst vienā virzienā starp šiem diviem spailēm.

No otras puses, tiek saukta jauda, ​​kas nāk no elektrostacijas maiņstrāva (AC). Virzienā no pašreizējiem reversu, vai viņu vietniekiem, 60 reizes sekundē (ASV), kas, vai 50 reizes sekundē (Eiropā, piemēram). Jauda, ​​kas ir pieejams pie sienas kontaktligzdas ASV ir 120 voltu, 60 cikla AC power.

Liela priekšrocība, ka maiņstrāvu paredz elektrotīklā ir fakts, ka tas ir salīdzinoši viegli mainīt spriegumu jaudu, izmantojot ierīci, ko sauc par transformators. Enerģētikas uzņēmumi šādā veidā ietaupa ļoti daudz naudas, izmantojot ļoti augstu spriegumu, lai pārvadītu jaudu lielos attālumos.

Kā tas darbojas? Nu, pieņemsim, ka jums ir elektrostacija, kas var saražot 1 miljonu vatu jaudas. Viens veids, kā pārsūtīt šo jaudu, būtu nosūtīt 1 miljonu ampēru ar 1 voltu. Vēl viens veids, kā to pārraidīt, būtu nosūtīt 1 ampēru ar 1 miljonu voltu. Nosūtot 1 amp prasa tikai plānas stieples, un nav daudz varas ir zaudēta siltuma pārraides laikā. Nosūtot 1 miljonu ampēru, būtu nepieciešams milzīgs vads.

Tātad enerģijas uzņēmumiem pārvērst maiņstrāvas uz ļoti lieliem spriegumi pārraidi (piemēram, 1 miljons voltu), tad nometiet to atpakaļ uz leju, lai zemākiem spriegumiem izplatīšanai (piemēram, 1000 V), un, visbeidzot, uz leju, lai 120 volti iekšā mājā drošību. Kā jūs varētu iedomāties, ir daudz grūtāk nogalināt kādu ar 120 voltiem nekā ar 1 miljonu voltu (un vairums elektrisko nāves gadījumu mūsdienās vispār tiek novērsti, izmantojot GFCI kontaktligzdas). Lai uzzinātu vairāk, izlasiet rakstu Kā darbojas elektrotīkli.

Ir atlicis viens būtisks elektrības jēdziens, kuru mēs neapspriedām: zemējums.

Tesla, Topsijs un Edisons

Rūgta sāncensība starp elektrības gudriem izgudrotājiem var likties izdomāts, bet spriedze starp Thomas Edison un Nikola Tesla bija īsta. Tesla cīnījās ar maiņstrāvu, savukārt Edisons uzstāja, ka tas ir pārāk bīstams. Vienīgie negadījumu šajā "karā straumes" bija dzīvnieki Edison publiski elektrošoka ar Teslas augstsprieguma sistēmā, lai pierādītu savu punktu. Agri upuri bija suņi un kaķi, bet Edison beidzot elektrošoka zilonis nosaukts Topsy [Avots: Ruddick].

Elektriskā zemes

Elektroenerģijas sadales sistēmas daudzkārt savienojas ar zemi. Šajā fotoattēlā ņemiet vērā vadu, kas novietots līdz utilizācijas pola pusei.

Elektroenerģijas sadales sistēmas daudzkārt savienojas ar zemi. Šajā fotoattēlā ņemiet vērā vadu, kas novietots līdz utilizācijas pola pusei.

Kad parādās jautājums par elektrību, jūs bieži dzirdēsit par elektrisko zemējumu vai tikai par zemējumu. Piemēram, elektriskais ģenerators teiks: "Pirms lietošanas noteikti piestipriniet zemē", pretējā gadījumā ierīce var brīdināt: "Nelietot bez atbilstošas ​​zemes."

Izrādās, ka enerģētikas uzņēmums izmanto Zemi kā vienu no vadiem energosistēmā. Planēta ir labs vadītājs, un tā ir milzīga, tāpēc tā veido ērtu elektronu atgriešanās ceļu. "Zeme" ir jaudas sadales tīklā ir burtiski tādēļ, ka viss ap jums, kad jūs ejat ārā. Tie ir netīrumi, ieži, gruntsūdeņi un tā tālāk.

Ja paskatās uz komunālo pakalpojumu polu, jūs, iespējams, varēsit pamanīt tukšu vadu, kas nāk uz staba pusi. Tas savieno antenas zemes vadu tieši ar zemi. Katrā planētas komunikāciju polā ir pliks vads. Ja jūs kādreiz vērojat, kā enerģētikas uzņēmums uzstāda jaunu stabu, jūs redzēsit, ka šī pliku stieples gals ir sastiprināts spolē līdz staba pamatnei. Pēc staba uzstādīšanas šī spole ir tiešā saskarē ar zemi un ir aprakta 2 līdz 3 metru (6 līdz 10 pēdas) pazemē. Rūpīgi izpētot polu, jūs redzēsit, ka zemējuma vads, kas iet starp poliem, ir pievienots šim tiešajam savienojumam ar zemi.

Tāpat netālu no enerģijas skaitītāja jūsu mājā vai dzīvoklī ir 6 pēdas (2 metrus) garš vara stienis, kas iegrimis zemē. Ar šo stieni ir savienoti zemējuma spraudņi un visi neitrālie kontaktdakšas no katra jūsu mājas izejas. Par to runā arī mūsu raksts Kā darbojas elektrotīkli.

Izpētiet saites nākamajā lapā, lai uzzinātu vēl vairāk par elektrību un tās lomu tehnoloģijās un dabiskajā pasaulē.


Video Papildinājums: Kā darbojas elektrības tirgus?.




Pētniecība


Viedās Mašīnas Kosmosa Kolonijām: 5 Zinātniskās Fantastikas Nākotnes Vīzijas
Viedās Mašīnas Kosmosa Kolonijām: 5 Zinātniskās Fantastikas Nākotnes Vīzijas

Hovards Martins Temins
Hovards Martins Temins

Zinātne Ziņas


Zem Šiem Kalniem Atklāto Zemes Kontinentu Dzimtene
Zem Šiem Kalniem Atklāto Zemes Kontinentu Dzimtene

Kas Ir Cilvēka Epigenomu Projekts?
Kas Ir Cilvēka Epigenomu Projekts?

Kā Tiek Aprēķināts Zemes Vecums?
Kā Tiek Aprēķināts Zemes Vecums?

Pastardienas Matemātika Un Vaboles Sekss: Igo Nobela Zinātniskās Balvas
Pastardienas Matemātika Un Vaboles Sekss: Igo Nobela Zinātniskās Balvas

Taizemes Klīnika Piedāvā “Gaišākus” Dzimumorgānus: Kas Ir Ādu Gaišāku Ādu?
Taizemes Klīnika Piedāvā “Gaišākus” Dzimumorgānus: Kas Ir Ādu Gaišāku Ādu?


LV.WordsSideKick.com
Visas Tiesības Aizsargātas!
Pavairošana Materiālu Atļauts Tikai Prostanovkoy Aktīvu Saiti Uz Vietni LV.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LV.WordsSideKick.com