Apie elektros srovę, įtampą ir galią iš sovietinės vaikų knygos: paprasta ir aišku

Sovietų Sąjungoje, pasiekusioje labai rimtų mokslo ir technologijų plėtros sėkmių, radijo mėgėjų judėjimas išplito. Daugybė tūkstančių jaunų piliečių studijavo radijo inžineriją, vadovaujant instruktoriams radijo būreliuose ir radijo klubuose, kurie turi specialią techninę literatūrą, įrankius ir instrumentus. Daugelis jų ateityje tapo kvalifikuotais inžinieriais, dizaineriais, mokslininkais.

Tokioms radijo grandinėms buvo išleista populiarioji mokslinė literatūra, kurioje paprasta kalba su daugybe iliustracijų buvo paaiškinti įvairūs fizikos, mechanikos, elektrotechnikos ir elektronikos klausimai.

Vienas iš tokių knygų pavyzdžių – Česlovo Klimčevskio knyga „Radijo mėgėjo abėcėlė“, išleista leidykloje „Svyazizdat“ 1962 m. Pirmoji knygos dalis vadinasi „Elektrotechnika“, antroji – „Radijas“. Inžinerija“, trečioji yra „Praktiniai patarimai“, ketvirta – „Įrengiame patys“.

Pačią knygą galima parsisiųsti čia: Radijo mėgėjų abėcėlė (laukinė)

Šio tipo knygos septintajame dešimtmetyje nepriklausė labai specializuotai literatūrai.Jie buvo išleisti dešimčių tūkstančių egzempliorių tiražu ir buvo skirti masiniam skaitytojui.

„Raz“ radijas buvo taip visiškai pritaikytas kasdieniame žmonių gyvenime, todėl tuo metu buvo manoma, kad negali būti apribotas tik galimybe pasukti rankenėles. Nika. Ir kiekvienas išsilavinęs žmogus turėtų studijuoti radiją, kad suprastų, kaip vyksta radijo perdavimas ir radijo priėmimas, susipažintų su pagrindiniais elektros ir magnetiniais reiškiniais, kurie yra radijo inžinerijos teorijos raktas. Taip pat, paprastai kalbant, būtina susipažinti su priėmimo įrenginių sistemomis ir dizainu.

Pažiūrėkime kartu ir įvertinkime, kaip tuo metu jie mokėjo sudėtingus dalykus paaiškinti paprastais paveikslėliais.

Naujokas mūsų laikų radijo mėgėjas:

Apie elektros srovę

Visos pasaulio medžiagos ir atitinkamai visi mus supantys objektai, kalnai, jūros, oras, augalai, gyvūnai, žmonės susideda iš neišmatuojamai mažų dalelių, molekulių, o pastarosios savo ruožtu – iš atomų. Geležies gabalas, vandens lašas, nereikšmingas deguonies kiekis yra milijardų atomų sankaupa, vienos rūšies geležyje, kitos vandenyje ar deguonyje.

Jei žiūrite į mišką iš tolo, jis atrodo kaip tamsi juostelė, kuri yra vientisa (palyginkite ją, pavyzdžiui, su geležies gabalėliu). Jiems artėjant prie miško krašto matyti pavieniai medžiai (geležies gabale — geležies atomai). Miškas susideda iš medžių; panašiai medžiaga (pvz., geležis) yra sudaryta iš atomų.

Spygliuočių miške medžiai kitokie nei lapuočių miške; taip pat kiekvieno cheminio elemento molekulės yra sudarytos iš atomų, kurie skiriasi nuo kitų cheminių elementų molekulių. Taigi, geležies atomai skiriasi nuo, tarkime, deguonies atomų.

Priėję dar arčiau medžių matome, kad kiekvienas jų susideda iš kamieno ir lapų. Lygiai taip pat medžiagos atomai susideda iš vadinamųjų Branduolys (kamienas) ir elektronai (lapai).

Bagažinė yra sunki, o šerdis yra sunki; jis reiškia teigiamą atomo elektrinį krūvį (+). Lapai šviesūs, o elektronai lengvi; jie sudaro neigiamą atomo elektros krūvį (-).

Skirtingi medžiai turi kamienus su skirtingu šakų skaičiumi, o lapų skaičius nėra vienodas. Taip pat atomas, priklausomai nuo cheminio elemento, kurį jis atstovauja, susideda (paprasčiausia forma) iš branduolio (kamieno), turinčio keletą teigiamų krūvių – vadinamieji protonai (šakos) ir nemažai neigiamų krūvių – elektronų (lakštų).

Miške ant žemės tarp medžių kaupiasi daug nukritusių lapų. Vėjas pakelia šiuos lapus nuo žemės ir jie cirkuliuoja tarp medžių. Taigi medžiagoje (pavyzdžiui, metale) tarp atskirų atomų yra tam tikras kiekis laisvųjų elektronų, kurie nepriklauso nė vienam iš atomų; šie elektronai atsitiktinai juda tarp atomų.

Jei elektros akumuliatoriaus laidus jungiate prie metalo gabalo (pavyzdžiui, plieninio kablio) galų: vieną jo galą prijunkite prie akumuliatoriaus pliuso - atveskite vadinamąjį teigiamą elektros potencialą (+) prie jo, o kitas galas prie akumuliatoriaus minuso - atneškite neigiamą elektrinį potencialą (-), tada laisvieji elektronai (neigiami krūviai) pradės judėti tarp metalo viduje esančių atomų, verždamiesi į teigiamą akumuliatoriaus pusę.

Tai paaiškinama tokia elektros krūvių savybe: priešingi krūviai, tai yra teigiami ir neigiami krūviai traukia vienas kitą; kaip ir krūviai, tai yra teigiami ar neigiami, priešingai, atstumia vienas kitą.

Metale esantys laisvieji elektronai (neigiami krūviai) traukiami į teigiamai įkrautą (+) akumuliatoriaus gnybtą (srovės šaltinį), todėl metale juda nebe atsitiktinai, o į pliusinę srovės šaltinio pusę.

Kaip jau žinome, elektronas yra elektros krūvis. Daug elektronų, judančių viena kryptimi metalo viduje, sudaro elektronų srautą, t.y. elektros krūviai. Šie metale judantys elektros krūviai (elektronai) sudaro elektros srovę.

Kaip jau minėta, elektronai juda laidais nuo minuso iki pliuso. Tačiau sutarėme manyti, kad srovė teka priešinga kryptimi: nuo pliuso iki minuso, tai yra tarsi ne neigiami, o teigiami krūviai juda išilgai laidų (tokius teigiamus krūvius pritrauktų srovės šaltinio minusas) .

Kuo daugiau lapų miške varo vėjas, tuo tirštesni jie užpildo orą; taip pat kuo daugiau krūvių teka metale, tuo didesnė elektros srovė.

Ne kiekviena medžiaga gali taip pat lengvai nešti elektros srovę. Laisvieji elektronai lengvai juda, pavyzdžiui, metaluose.

Medžiagos, kuriose lengvai juda elektros krūviai, vadinamos elektros srovės laidininkais. Kai kurios medžiagos, vadinamos izoliatoriais, neturi laisvųjų elektronų, todėl per izoliatorius neteka elektros srovė. Izoliatoriai, be kitų medžiagų, yra stiklas, porcelianas, žėrutis, plastikas.

Laisvuosius elektronus, esančius medžiagoje, kuri laidi elektros srovę, taip pat galima palyginti su vandens lašeliais.

Atskiri lašeliai ramybės būsenoje nesukuria vandens srauto. Daugelis judančių jų sudaro upelį ar upę, tekančią viena kryptimi. Vandens lašai šiame upelyje ar upėje juda srove, kurios jėga yra didesnė, tuo didesnis kanalo lygių skirtumas jo kelyje ir tuo didesnis individo „potencialų“ (aukščių) skirtumas. atskirų šio kelio segmentų.

Elektros srovės dydis

Norėdami suprasti elektros srovės sukeliamus reiškinius, palyginkite ją su vandens tėkme. Upeliais teka nedideli vandens kiekiai, o upėmis teka didelės vandens masės.

Tarkime, kad vandens srauto vertė upelyje lygi 1; Paimkime, pavyzdžiui, tėkmės vertę upėje kaip 10. Galiausiai, galingos upės vandens debito vertė yra, tarkime, 100, tai yra šimtą kartų didesnė už tėkmės vertę upelyje.

Silpna vandens srovė gali varyti tik vieno malūno vairą. Laikysime šio srauto vertę, lygią 1.

Du kartus vandens srautas gali varyti du tokius malūnus. Šiuo atveju vandens srauto vertė yra lygi 2.

Penkis kartus didesnė vandens srovė gali varyti penkis vienodus malūnus; vandens debito reikšmė dabar yra 5. Galima stebėti vandens tėkmės tėkmę upėje; elektros srovė teka mūsų akims nematomais laidais.

Toliau pateiktame paveikslėlyje parodytas elektros variklis (elektros variklis), varomas elektros srove. Paimkime šiuo atveju elektros srovės vertę, lygią 1.

Kai elektros srovė varo du tokius elektros variklius, tada pagrindiniu laidu tekančios srovės kiekis bus dvigubai didesnis, tai yra lygus 2.Galiausiai, kai elektros srovė maitina penkis tuos pačius elektros variklius, tada pagrindinio laido srovė yra penkis kartus didesnė nei pirmuoju atveju; todėl jo dydis yra 5.

Praktinis vienetas vandens ar kito skysčio tėkmės kiekiui (tai yra jo srautui per laiko vienetą, pavyzdžiui, per sekundę, upės vagos, vamzdžio ir pan. skerspjūviu) matuoti yra. litras per sekundę.

Norint išmatuoti elektros srovės dydį, tai yra krūvių, tekančių per laido skerspjūvį per laiko vienetą, kiekį, praktiniu vienetu imamas amperas.Taigi elektros srovės dydis nustatomas amperais. Sutrumpintas amperas žymimas raide a.

Elektros srovės šaltinis gali būti, pavyzdžiui, galvaninė baterija arba elektros akumuliatorius.

Baterijos ar akumuliatoriaus dydis lemia elektros srovės stiprumą, kurį jie gali tiekti, ir veikimo trukmę.

Elektros srovės dydžiui išmatuoti elektrotechnikoje naudokite specialius prietaisus, ampermetrus (A). Skirtingi elektros prietaisai teka skirtingą elektros srovės kiekį.

Įtampa

Antrasis elektrinis dydis, glaudžiai susijęs su srovės dydžiu, yra įtampa. Kad būtų lengviau suprasti, kas yra elektros srovės įtampa, palyginkime ją su kanalo lygių skirtumu (vandens kritimu upėje), lygiai taip pat, kaip palyginome elektros srovę su vandens tėkme. Esant nedideliam kanalų lygių skirtumui, laikysime skirtumą, lygų 1.

Jei kanalų lygių skirtumas yra didesnis, vandens kritimas yra atitinkamai didesnis. Tarkime, kad jis lygus 10, tai yra dešimt kartų daugiau nei pirmuoju atveju.Galiausiai, esant dar didesniam vandens kritimo lygių skirtumui, jis yra, tarkime, 100.

Jei vandens srovė nukrenta iš nedidelio aukščio, ji gali varyti tik vieną malūną. Tokiu atveju paimsime vandens lašą, lygų 1.

Ta pati srovė, krintanti iš dvigubai didesnio aukščio, gali pasukti dviejų panašių malūnų ratus. Šiuo atveju vandens lašas yra lygus 2.

Jei kanalų lygių skirtumas yra penkis kartus didesnis, tai tas pats srautas varo penkis tokius malūnus. Vandens lašas yra 5.

Panašūs reiškiniai pastebimi vertinant elektros įtampą. Pakanka terminą „vandens lašas“ pakeisti terminu „elektros įtampa“, kad suprastumėte, ką jis reiškia šiuose pavyzdžiuose.

Tegul dega tik viena lempa. Tarkime, kad jam taikoma įtampa, lygi 2.

Kad degtų penkios tokios vienodai sujungtos lemputės, įtampa turi būti lygi 10.

Kai užsidega dvi identiškos lemputės, sujungtos nuosekliai viena su kita (kaip dažniausiai lemputės jungiamos eglutės girliandose), įtampa yra 4.

Visais nagrinėjamais atvejais per kiekvieną lemputę praeina vienodo dydžio elektros srovė ir kiekvienai iš jų taikoma ta pati įtampa, kuri yra visos įtampos (baterijos įtampos) dalis, kuri kiekviename atskirame pavyzdyje skiriasi.

Tegul upė įteka į ežerą. Sąlyginai vandens lygį ežere laikysime nuliu, tada upės vagos lygis prie antrojo medžio vandens lygio atžvilgiu ežere lygus 1 m, o vagos lygis prie trečiojo medis bus 2 m. Kanalo lygis prie trečiojo medžio yra 1 m aukštesnis nei jo lygis prie antrojo medžio, t.y. tarp šių medžių lygus 1 m.

Kanalo lygių skirtumas matuojamas ilgio vienetais, pavyzdžiui, kaip ir mes, metrais. Elektrotechnikoje upės vagos lygis bet kuriame taške tam tikro nulinio lygio (mūsų pavyzdyje ežero vandens lygio) atžvilgiu atitinka elektrinį potencialą.

Elektrinio potencialo skirtumas vadinamas įtampa. Elektrinis potencialas ir įtampa matuojami tuo pačiu vienetu - voltu, sutrumpintu raide c. Taigi elektros įtampos matavimo vienetas yra voltas.

Elektros įtampai matuoti naudojami specialūs matavimo prietaisai, vadinami voltmetrais (V).

Toks elektros srovės šaltinis kaip baterija yra plačiai žinomas. Viena vadinamojo švino-rūgšties akumuliatoriaus (kurio švino plokštės panardintos į vandeninį sieros rūgšties tirpalą) elementą įkraunant turi apie 2 voltus.

Anodo baterija, naudojama akumuliatoriniams radijo imtuvams maitinti elektros srove, paprastai susideda iš kelių dešimčių sausų galvaninių elementų, kurių kiekvieno įtampa yra apie 1,5 V.

Šie elementai sujungiami nuosekliai (tai yra, pirmojo elemento pliusas jungiamas su antrojo minusu, antrojo pliusas - su trečiojo minusu ir pan.). Šiuo atveju bendra akumuliatoriaus įtampa yra lygi elementų, iš kurių jis susideda, įtampų sumai.

Todėl 150 V akumuliatoriuje yra 100 tokių elementų, sujungtų nuosekliai vienas su kitu.

Į 220 V įtampos apšvietimo tinklo lizdą galima įjungti vieną kaitrinę lemputę, skirtą 220 V įtampai, arba 22 nuosekliai sujungtus identiškus eglutės žibintus, kurių kiekvienas skirtas 10 V įtampai.Tokiu atveju kiekviena lemputė turės tik 1/22 linijos įtampos, tai yra, 10 voltų.

Įtampa, veikianti tam tikrą elektros prietaisą, mūsų atveju lemputę, vadinama įtampos kritimu. Jei 220 V lemputė naudoja tokią pat srovę kaip 10 V lemputė, tada bendra girliandos iš tinklo paimama srovė bus tokio pat dydžio kaip srovė, tekanti per 220 V lemputę.

Iš to, kas pasakyta, aišku, kad, pavyzdžiui, dvi vienodos 110 voltų lemputės gali būti prijungtos prie 220 V tinklo, jungiamos nuosekliai viena su kita.

Galima šildyti radijo lempas, skirtas 6,3 V įtampai, pavyzdžiui, iš baterijos, susidedančios iš trijų nuosekliai sujungtų elementų; lempos, skirtos 2 V kaitinamojo siūlo įtampai, gali būti maitinamos iš vieno elemento.

Radijo elektros vamzdžių kaitinimo siūlelio įtampa lempos simbolio pradžioje nurodoma suapvalinta forma: 1,2 V — skaičiumi 1; 4,4 colio - numeris 4; 6,3 colio — numeris 6; 5 c – skaičius 5.

Dėl priežasties, sukeliančios elektros srovę

Jei dvi žemės paviršiaus sritys, net toli viena nuo kitos, yra skirtinguose lygiuose, gali atsirasti vandens srautas. Vanduo tekės iš aukščiausio taško į žemiausią.

Taip pat ir elektros srovė. Jis gali tekėti tik esant elektros lygių (potencialų) skirtumui. Orų žemėlapyje aukščiausias barometrinis lygis (aukštas slėgis) pažymėtas „+“ ženklu, o žemiausias – „-“ ženklu.

Lygiai bus sulygiuoti rodyklės kryptimi. Vėjas pūs žemiausio barometrinio lygio rajono kryptimi. Kai slėgis išsilygins, oro judėjimas sustos. Taigi, elektros srovės srautas sustos, jei elektriniai potencialai išsilygins.

Perkūnijos metu tarp debesų ir žemės arba tarp debesų vyksta elektrinių potencialų išlyginimas. Pasirodo žaibo pavidalu.

Taip pat yra potencialų skirtumas tarp kiekvieno galvaninio elemento ar akumuliatoriaus gnybtų (polių). Todėl, jei prie jo pritvirtinsite, pavyzdžiui, lemputę, per ją tekės srovė. Laikui bėgant potencialų skirtumas mažėja (įvyksta potencialo išlyginimas), o tekančios srovės kiekis taip pat mažėja.

Jei į elektros tinklą įjungsite lemputę, per ją taip pat tekės elektros srovė, nes yra potencialų skirtumas tarp lizdo lizdų. Tačiau, skirtingai nuo galvaninio elemento ar akumuliatoriaus, šis potencialų skirtumas palaikomas nuolat – tol, kol veikia elektrinė.

Elektros energija

Tarp elektros įtampos ir srovės yra glaudus ryšys. Elektros galios dydis priklauso nuo įtampos ir srovės dydžio. Paaiškinkime tai šiais pavyzdžiais.

Vyšnia krenta iš žemo aukščio: Žemas aukštis – nedidelė įtampa. Maža smūgio jėga – maža elektros galia.

Kokosas krenta iš mažo aukščio (palyginus su tuo, kur berniukas užlipo): Didelis objektas - didelė srovė. Mažas aukštis – mažas stresas. Santykinai didelė smūgio jėga – palyginti didelė galia.

Nedidelis vazonas krenta iš didelio aukščio: mažas daiktas yra maža srovė. Didelis kritimo aukštis yra didelis stresas. Didelė smūgio jėga – didelė galia.

Lavina, krintanti iš didelio aukščio: didelės sniego masės – didelė srovė. Didelis kritimo aukštis yra didelis stresas. Didelė griaunama lavinos galia yra didelė elektros galia.

Esant didelei srovei ir aukštai įtampai, gaunama didelė elektros galia.Bet tą pačią galią galima gauti esant didesnei srovei ir atitinkamai mažesnei įtampai arba, atvirkščiai, esant mažesnei srovei ir didesnei įtampai.

Nuolatinės srovės elektros galia yra lygi įtampos ir srovės verčių sandaugai. Elektros galia išreiškiama vatais ir žymima raidėmis W.

Jau buvo pasakyta, kad tam tikro dydžio vandens srautas gali varyti vieną malūną, dvigubai didesnis - du malūnus, keturis kartus didesnis srautas - keturis malūnus ir pan., nepaisant to, kad vandens lašas (įtampa) bus toks pat. .

Paveikslėlyje parodytas nedidelis vandens srautas (atitinkantis elektros srovę), sukantis keturių malūnų ratus dėl to, kad vandens lašas (atitinkantis elektros įtampą) yra pakankamai didelis.

Šių keturių malūnų ratai gali suktis dvigubai didesniu vandens srautu, esant pusei kritimo aukščio. Tada malūnai būtų išdėstyti kiek kitaip, bet rezultatas būtų tas pats.

Toliau pateiktame paveikslėlyje parodytos dvi lempos, lygiagrečiai prijungtos prie 110 V apšvietimo tinklo. Per kiekvieną iš jų teka 1 A. Per dvi lempas iš viso teka 2 amperai.

Įtampos ir srovės verčių sandauga lemia galią, kurią šios lempos sunaudoja iš tinklo.

110V x 2a = 220W.

Jei apšvietimo tinklo įtampa yra 220 V, tos pačios lempos turi būti jungiamos nuosekliai, o ne lygiagrečiai (kaip buvo ankstesniame pavyzdyje), kad jų įtampos kritimo suma būtų lygi lempos įtampai. tinklą. Šiuo atveju per dvi lempas teka 1 A srovė.

Įtampos ir srovės, tekančios per grandinę, reikšmių sandauga suteiks mums šių lempų sunaudotą galią 220 V x 1a = 220 W, tai yra, tokią pat, kaip ir pirmuoju atveju.Tai suprantama, nes antruoju atveju iš tinklo paimama srovė yra dvigubai mažesnė, bet dvigubai didesnė nei tinklo įtampa.

Vatas, kilovatas, kilovatvalandė

Bet koks elektros prietaisas ar mašina (varpelis, lemputė, elektros variklis ir kt.) sunaudoja tam tikrą elektros energijos kiekį iš apšvietimo tinklo.

Elektros galiai matuoti naudojami specialūs prietaisai, vadinami vatmetrais.

Pavyzdžiui, apšvietimo lempos, elektros variklio ir kt. galią galima nustatyti be vatmetro pagalbos, jei tinklo įtampa ir srovės kiekis, tekantis per elektros energijos vartotoją, prijungtą prie tinklo, yra žinomas.

Panašiai, jei žinomos tinklo energijos sąnaudos ir tinklo įtampa, galima nustatyti srovės, tekančios per vartotoją, kiekį.

Pavyzdžiui, 110 voltų apšvietimo tinkle yra 50 vatų lempa. Kokia srovė teka juo?

Kadangi įtampos, išreikštos voltais, ir srovės, išreikštos amperais, sandauga yra lygi galiai, išreikštai vatais (nuolatinei srovei), tada atlikę atvirkštinį skaičiavimą, tai yra, padalinkite vatų skaičių iš voltų skaičiaus ( tinklo įtampa), gauname per lempą tekančios srovės kiekį amperais,

a = w / b,

srovė yra 50 W / 110 V = 0,45 A (apytiksliai).

Taigi pro lempą teka apie 0,45 A srovė, kuri sunaudoja 50 W energijos ir yra prijungta prie 110 V elektros tinklo.

Jei į kambario apšvietimo tinklą įtrauktas sietynas su keturiomis 50 vatų lemputėmis, stalinė lempa su viena 100 vatų lempute ir 300 vatų lygintuvas, tai visų energijos vartotojų galia yra 50 W x 4 + 100 W. + 300 W = 600 W.

Kadangi tinklo įtampa yra 220 V, bendrais šiai patalpai tinkamais apšvietimo laidais teka elektros srovė, lygi 600 W / 220 V = 2,7 A (apytiksliai).

Tegul elektros variklis sunaudoja 5000 vatų galios iš tinklo arba, kaip sakoma, 5 kilovatus.

1000 vatų = 1 kilovatas, kaip ir 1000 gramų = 1 kilogramas. Kilovatai yra sutrumpinti kaip kW. Todėl apie elektros variklį galime pasakyti, kad jis sunaudoja 5 kW galią.

Norint nustatyti, kiek energijos suvartoja bet kuris elektros prietaisas, būtina atsižvelgti į laiką, per kurį ta energija buvo sunaudota.

Jei 10 vatų lemputė įjungta dvi valandas, elektros energijos suvartojimas yra 100 vatų x 2 valandos = 200 vatų arba 0,2 kilovatvalandės. Jei 100 vatų lemputė įjungta 10 valandų, sunaudojama 100 vatų x 10 valandų = 1000 vatų arba 1 kilovatvalandė. Kilovatvalandės sutrumpintos kaip kWh.

Šioje knygoje yra daug įdomesnių dalykų, tačiau ir šie pavyzdžiai rodo, kaip atsakingai ir nuoširdžiai to meto autoriai žiūrėjo į savo darbą, ypač kalbant apie vaikų mokymą.