Kannst du dir dein Leben ohne Strom vorstellen? Der moderne Mensch hat sich eng mit Haush altsgeräten umgeben, die im Leben helfen. Smart Home Assistenten sind aus uns und unserem Leben nicht mehr wegzudenken.
Die Technik verlagert sich zunehmend auf die Nutzung von Strom. Sogar der Verkehr wird nach und nach auf Elektromotoren umgestellt, was die Natur erheblich entlasten kann.
Heute werden wir versuchen, die folgenden Fragen zu beantworten:
- Was ist elektrischer Strom?
- Was ist elektrische Spannung?
- Wie bestimme ich die Spannung?
- Wo wird die Spannung gemessen?
Was ist aktuell?
Zu Beginn des Studiums der Elektrizität wurde sie durch Reiben eines Körpers an einem anderen erh alten. Ein größerer Ladungsvorrat könnte während eines Gewitters durch eine natürliche Entladung - Blitz - erh alten werden. Es ist bekannt, dass diese Methode das Leben eines Schülers von M. V. Lomonosov - Richter gekostet hat.
Die Ladung selbst ist schwierig und irrational zu verwenden. Es ist notwendig, seine gerichtete Bewegung zu erh alten - einen elektrischen Strom. Aktuelle Eigenschaften:
- Erhitzen des Leiters;
- chemische Wirkung;
- Mechanik;
- magnetische Wirkung.
Sie werden im Alltag und in der Technik eingesetzt. Voraussetzung für das Vorhandensein von Strom ist das Vorhandensein einer Stromquelle, freier elektrischer Ladungen und eines geschlossenen Leiters.
Hintergrund
1792 interessierte sich der berühmte italienische Physiker, Physiologe und Erfinder Alessandro Volta für die Schlussfolgerungen seines Landsmanns Luigi Galvani über die Natur der Stromimpulse in tierischen Organen. Die Langzeitbeobachtung des Verh altens von Froschschenkeln, die an Metallhaken befestigt sind, ließ ihn zu dem Schluss kommen, dass die Stromquelle kein lebender Organismus ist, sondern der Kontakt unterschiedlicher Metalle. Dieser Umstand trägt zum Stromfluss bei, und die Reaktion der Nervenenden ist nur eine physiologische Wirkung des Stroms.
Eine einzigartige Entdeckung führte zur Schaffung der weltweit ersten Gleichstromquelle, genannt Voltaic Pillar. Unterschiedliche Metalle (Volta argumentierte, dass sie in einer Reihe chemischer Elemente voneinander entfernt werden sollten) werden auf Papier gelegt, das mit einem flüssigen „Leiter der zweiten Art“imprägniert ist.
Dieses Gerät war die erste Konstantspannungsquelle. Die Einheit der elektrischen Spannung hat den Namen von Alessandro Volta verewigt.
DC-Netzteil
Das Hauptelement des Stromkreises ist eine Stromquelle. Seine Aufgabe ist es, ein elektrisches Feld zu erzeugen, unter dessen Einfluss freie geladene Teilchen (Elektronen, Ionen) in gerichtete Bewegung geraten. Angesammelteinzelne Elemente der Quellenladungen (sie werden Pole genannt) haben unterschiedliche Vorzeichen. Die Ladung selbst wird innerhalb der Quelle unter Einwirkung nichtelektrischer Kräfte (mechanisch, chemisch, magnetisch, thermisch usw.) umverteilt. Das elektrische Feld, das von den Polen außerhalb der Stromquelle erzeugt wird, übernimmt die Aufgabe, die Ladung in einem geschlossenen Leiter zu bewegen. Alessandro Volta sprach über die Notwendigkeit eines geschlossenen Stromkreises, um Gleichstrom zu erzeugen.
Da sich die Ladung in Quellen unter der Einwirkung nichtelektrischer Kräfte bewegt, kann argumentiert werden, dass diese Kräfte funktionieren. Nennen wir sie Außenseiter. Das Verhältnis der Arbeit äußerer Kräfte zur Ladungsübertragung innerhalb der Stromquelle zur Größe der Ladung wird als elektromotorische Kraft bezeichnet.
Mathematische Notation für dieses Verhältnis:
- Ε=Ast: q,
wobei E die elektromotorische Kraft (EMK) ist, Astdie Arbeit äußerer Kräfte ist, q die von äußeren Kräften in der Quelle getragene Ladung ist.
EMF charakterisiert die Fähigkeit einer Quelle, einen Strom zu erzeugen, aber das Hauptmerkmal einer Quelle wird manchmal als elektrische Spannung (Potentialdifferenz) betrachtet.
Spannung
Das Verhältnis der Feldarbeit zum Bewegen der Ladung im Leiter zur Größe der Ladung nennt man elektrische Spannung.
Um ihn zu ermitteln, müssen Sie den Feldarbeitswert durch den Kostenwert dividieren. Sei A die Arbeit, die das elektrische Feld der Stromquelle verrichtet, um die Ladung q zu bewegen. U - elektrische Spannung. Mathematische Notation der entsprechenden Formel:
U=A: q
Wie jede physikalische Größe hat die Spannung eine Maßeinheit. Wie wird Spannung gemessen? Durch den Namen des Erfinders der ersten Gleichstromquelle der Welt, Alessandro Volta, erhielt dieser Wert eine eigene Maßeinheit. Im internationalen System wird die Spannung in Volt (V) gemessen.
Eine Spannung von 1 V ist die Spannung eines elektrischen Feldes, das eine Arbeit von 1 J verrichtet, um eine Ladung von 1 C zu bewegen.
V=J/C=N•m/(A•s)=kg•m/(A•s3).
In einfachen SI-Einheiten die Einheit der elektrischen Spannung:
kg•m/(A•s3).
Erforderlicher Wert
Warum reicht es nicht aus, den Strom zu charakterisieren, um den Begriff der Stromstärke einzuführen? Machen wir ein Gedankenexperiment. Nehmen wir zwei verschiedene Lampen: eine gewöhnliche Haush altslampe und eine Lampe aus einer Taschenlampe. Beim Anschluss an unterschiedliche Stromquellen (Stadtnetz und Batterie) erhält man exakt den gleichen Stromwert. Gleichzeitig gibt eine Haush altslampe mehr Licht ab, dh die Arbeit des darin enth altenen Stroms ist viel größer.
Unterschiedliche Stromquellen haben unterschiedliche Spannungen. Daher ist dieser Wert unerlässlich.
Nützliche Analogie
Das Verständnis der physikalischen Bedeutung elektrischer Spannung ergibt sich aus einer interessanten Analogie. In kommunizierenden Gefäßen fließt Flüssigkeit von Rohr zu Rohr, wenn in ihnen ein Druckunterschied besteht. Bei Gleichheit stoppt der FlüssigkeitsstromDruck.
Vergleicht man den Flüssigkeitsstrom mit dem elektrischen Ladungsfluss, so spielt die Druckdifferenz der Flüssigkeitssäulen die gleiche Rolle wie die Potentialdifferenz in der Stromquelle.
Solange die mit der Umverteilung der Ladung an den Polen einhergehenden Prozesse innerhalb der Stromquelle ablaufen, ist diese in der Lage, einen Strom im Leiter zu erzeugen. Die elektrische Stromspannung wird in Volt gemessen, die Druckdifferenz hat eine Maßeinheit - Pascal.
Wechselstrom
Elektrischer Strom, der periodisch seine Richtung ändert, wird als variabel bezeichnet. Es wird durch eine Wechselspannungsquelle erzeugt. Meistens ist es ein Generator. Versuchen wir es zu erklären: Was ist die Messung der Wechselspannung?
Das eigentliche Prinzip der Stromerzeugung basiert auf dem Phänomen der elektromagnetischen Induktion. Die Rotation eines geschlossenen Stromkreises in einem Magnetfeld führt zum Auftreten einer Potentialdifferenz im Leiter. Die Spannung wird in Volt und bei wechselndem Strom gemessen.
Kann man argumentieren, dass sich die Spannung nicht ändert? Offensichtlich ändert sich die erzeugte Spannung aufgrund einer Änderung des Winkels zwischen der Ebene der Kontur und der Normalen dazu mit der Zeit. Sein Wert wächst von Null auf einen Maximalwert und fällt dann wieder auf Null. Über einen bestimmten Wert muss nicht gesprochen werden. Geben Sie den sogenannten Effektivspannungswert ein:
- Ud=U: √2.
Welches Instrument misst die Spannung?
Ein Gerät zum Messen elektrischer Spannung - ein Voltmeter. Das Funktionsprinzip basiert auf der Wechselwirkung eines Stromkreises mit Strom und einem MagnetfeldDauermagnet. Es ist bekannt, dass sich ein Stromkreis in einem Magnetfeld dreht. Je nach Stromstärke im Stromkreis ändert sich der Drehwinkel.
Bringst du einen Pfeil an den Stromkreis an, dann weicht dieser von Null ab, wenn Strom im Stromkreis (meist der Spule) fließt. Je nachdem, worin die Spannung gemessen wird, ist die Skala des Geräts abgestuft. Es ist möglich, Teiler und Vielfache zu verwenden.
Bei kleinen Werten wird die elektrische Spannung in Millivolt oder Mikrovolt gemessen. Im Gegensatz dazu werden Triebzüge in Hochspannungsnetzen eingesetzt.
Ein beliebiges Voltmeter wird parallel zu dem Teil der Sch altung gesch altet, an dem die Spannung gemessen wird. Die Haupteigenschaft der Gerätesch altung kann als hoher ohmscher Widerstand bezeichnet werden. Ein Voltmeter, egal wie die Spannung gemessen wird, sollte die Stromstärke im Stromkreis nicht beeinflussen. Es wird ein kleiner Strom durchgeleitet, der den Hauptwert nicht wesentlich beeinflusst.
Spannungstabelle
| Physisches Gerät | Spannung an seinen Kontakten, V |
| Spannungspol | 1, 1 |
| Taschenlampenbatterie | 1, 5 |
| Alkaline-Batterie | 1, 25 |
| Säurebatterie | 2 |
| Stadtnetz | 220 |
| HochspannungStromleitungen | 500.000 |
| Zwischen den Wolken bei Gewitter | Bis zu 100.000.000 |
Praktische Anwendung eines Voltmeters
Um das Voltmeter effektiv zu nutzen, solltest du lernen, wie man es benutzt. Einem neugierigen Experimentator kann geraten werden, sich an Schullehrer zu wenden.
Die Physikklassen der Schule sind mit Labor- und Demonstrationsinstrumenten zur Spannungsmessung ausgestattet.
Betreiben Sie Voltmeter vorsichtig und befolgen Sie einfache Regeln:
- Das Voltmeter hat eine maximale Messgrenze. Das ist der höchste Wert auf seiner Skala. Schließen Sie es nicht an einen Stromkreis an, der ein Element mit höherer Spannung enthält.
- Wenn keine andere Quelle oder kein Voltmeter vorhanden ist, können Sie ein zusätzliches Widerstandssystem verwenden. In diesem Fall muss auch die Skala des Voltmeters geändert werden.
- Elektrogeräte werden entsprechend der Anzeige des Ladezeichens an den Klemmen an den Gleichstromkreis angeschlossen. Der Pluspol der Stromquelle muss mit dem Pluspol des Voltmeters verbunden werden, der Minuspol mit dem Minuspol. Bei Verwechslung können sich die Pfeile des Geräts verbiegen, was höchst unerwünscht ist.
- Alle Anschlüsse erfolgen ausschließlich an einem spannungslosen Stromkreis.
ungesund
Die Wirkung von elektrischem Strom kann für Menschen gefährlich sein. Weniger als 24 V gelten als unbedenklich.
Die Wirkung des Stroms unter der Spannung des Stadtnetzes (220 V) ist deutlich spürbar. Das Berühren blanker Kontakte wird von einem deutlichen „Schock“begleitet.
Während eines Gewitters fließt eine so hohe Spannung durch den menschlichen Körper, dass sie ihn zu töten droht. Riskieren Sie nicht Ihr Leben und Ihre Gesundheit.
