Om elektrisk strøm, spænding og effekt fra en sovjetisk børnebog: enkel og klar

I Sovjetunionen, som opnåede meget alvorlige succeser i udviklingen af ​​videnskab og teknologi, blev radioamatørbevægelsen udbredt. Mange tusinde unge borgere har læst radioteknik under vejledning af instruktører i radiokredse og radioklubber, der har særlig teknisk litteratur, værktøjer og instrumenter. Mange af dem blev i fremtiden kvalificerede ingeniører, designere, videnskabsmænd.

Populærvidenskabelig litteratur blev udgivet for sådanne radiokredsløb, hvor forskellige spørgsmål om fysik, mekanik, elektroteknik og elektronik blev forklaret i et enkelt sprog med et stort antal illustrationer.

Et af eksemplerne på sådanne bøger er Cheslov Klimchevskys bog "The Alphabet of a Radio Amateur", udgivet af forlaget "Svyazizdat" i 1962. Den første del af bogen hedder "Electrical Engineering", den anden sektion er "Radio". Engineering", den tredje er "Praktisk rådgivning". , den fjerde sektion - "Vi installerer os selv".

Selve bogen kan downloades her: Amatørradioalfabetet (vildt)

Denne type bøger hørte i 1960'erne ikke til højt specialiseret litteratur.De blev udgivet i titusindvis af eksemplarer og var beregnet til en masselæser.

Raz-radioen blev brugt så fuldstændigt i folks dagligdag, så dengang troede man, at man ikke kun kunne begrænses af evnen til at dreje på knapperne Nika. Og enhver uddannet person bør studere radio for at forstå, hvordan radiotransmission og radiomodtagelse udføres, for at blive bekendt med de grundlæggende elektriske og magnetiske fænomener, der er nøglen til teorien om radioteknik. Det er også generelt nødvendigt at blive fortrolig med systemer og design af modtageenheder.

Lad os se sammen og bedømme, hvordan de på det tidspunkt vidste, hvordan de skulle forklare komplekse ting med simple billeder.

En nybegynder radioamatør af vor tid:

Om elektrisk strøm

Alle stoffer i verden og dermed alle genstande omkring os, bjerge, have, luft, planter, dyr, mennesker, består af umådeligt små partikler, molekyler, og sidstnævnte til gengæld af atomer. Et stykke jern, en dråbe vand, en ubetydelig mængde ilt, er en ophobning af milliarder af atomer, en slags i jern, en anden i vand eller ilt.

Hvis man ser på skoven på afstand, ligner den en mørk strimmel, der er ét stykke (sammenlign det f.eks. med et stykke jern). Når de nærmer sig kanten af ​​skoven, kan individuelle træer ses (i et stykke jern - jernatomer). En skov består af træer; på samme måde er et stof (såsom jern) opbygget af atomer.

I en nåleskov er træerne anderledes end i en løvskov; på samme måde er molekylerne i hvert kemisk element sammensat af atomer, der er forskellige fra molekylerne i andre kemiske elementer. Så jernatomer er forskellige fra f.eks. oxygenatomer.

Når vi nærmer os træerne endnu tættere på, ser vi, at hver af dem består af en stamme og blade. På samme måde består stoffets atomer af de såkaldte Nucleus (stamme) og elektroner (ark).

Stammen er tung, og kernen er tung; det repræsenterer den positive elektriske ladning (+) af atomet. Blade er lette og elektroner er lette; de danner en negativ elektrisk ladning (-) på atomet.

Forskellige træer har stammer med forskelligt antal grene, og antallet af blade er ikke det samme. Ligeledes består et atom, afhængigt af det kemiske grundstof, det repræsenterer, (i sin simpleste form) af en kerne (stamme) med flere positive ladninger — de såkaldte protoner (grene) og en række negative ladninger - elektroner (ark).

I skoven, på jorden mellem træerne, samler der sig mange nedfaldne blade. Vinden løfter disse blade fra jorden, og de cirkulerer blandt træerne. Så i et stof (for eksempel et metal) blandt individuelle atomer er der en vis mængde frie elektroner, som ikke hører til nogen af ​​atomerne; disse elektroner bevæger sig tilfældigt mellem atomerne.

Hvis du forbinder ledningerne fra et elektrisk batteri til enderne af et stykke metal (for eksempel en stålkrog): tilslut den ene ende af den til batteriets plus — bring det såkaldte positive elektriske potentiale (+) til det, og den anden ende til batteriets minus — bring negativt elektrisk potentiale (-), så vil de frie elektroner (negative ladninger) begynde at bevæge sig mellem atomerne inde i metallet og skynde sig til den positive side af batteriet.

Dette forklares af følgende egenskab ved elektriske ladninger: modsatte ladninger, det vil sige positive og negative ladninger tiltrækker hinanden; ligesom ladninger, det vil sige positive eller negative, tværtimod frastøder hinanden.

Frie elektroner (negative ladninger) i metallet tiltrækkes af batteriets positivt ladede (+) terminal (strømkilde) og bevæger sig derfor i metallet ikke længere tilfældigt, men til plussiden af ​​strømkilden.

Som vi allerede ved, er en elektron en elektrisk ladning. Et stort antal elektroner, der bevæger sig i én retning inde i metallet, udgør elektronstrømmen, dvs. elektriske ladninger. Disse elektriske ladninger (elektroner), der bevæger sig i metallet, danner en elektrisk strøm.

Som allerede nævnt bevæger elektroner sig langs ledninger fra minus til plus. Vi blev dog enige om at overveje, at strømmen flyder i den modsatte retning: fra plus til minus, det vil sige som om ikke negative, men positive ladninger bevæger sig langs ledningerne (sådanne positive ladninger vil blive tiltrukket af minus af den nuværende kilde) .

Jo flere blade i skoven drives af vinden, jo tykkere fylder de i luften; ligeledes, jo flere ladninger der flyder i metallet, jo større er mængden af ​​elektrisk strøm.

Ikke alle stoffer kan bære en elektrisk strøm med samme lethed. Frie elektroner bevæger sig let, for eksempel i metaller.

Materialer, hvori elektriske ladninger let bevæger sig, kaldes ledere af elektrisk strøm. Nogle materialer, kaldet isolatorer, har ingen frie elektroner, og derfor løber der ingen elektrisk strøm gennem isolatorerne. Isolatorer omfatter blandt andet materialer, glas, porcelæn, glimmer, plast.

De frie elektroner, der er til stede i et stof, der leder en elektrisk strøm, kan også sammenlignes med vanddråber.

Individuelle dråber i hvile skaber ikke en vandstrøm. Et stort antal af dem i bevægelse danner en strøm eller flod, der flyder i én retning. Vanddråberne i denne å eller flod bevæger sig i en strømning, hvis kraft er større, jo større er forskellen i niveauerne af kanalen langs dens vej, og jo større er forskellen i individets "potentialer" (højder) individuelle segmenter af denne vej.

Størrelsen af ​​den elektriske strøm

For at forstå de fænomener, der forårsages af elektrisk strøm, skal du sammenligne det med vandstrømmen. Små mængder vand løber i vandløb, mens store vandmasser løber i floder.

Antag, at værdien af ​​vandstrømmen i åen er lig med 1; Lad os tage strømningsværdien i floden for eksempel som 10. Endelig er vandstrømsværdien for en kraftig flod f.eks. 100, det vil sige hundrede gange værdien af ​​strømningen i åen.

En svag vandstrøm kan kun drive hjulet på én mølle. Vi tager værdien af ​​denne strøm lig med 1.

To gange vandstrømmen kan drive to af disse møller. I dette tilfælde er vandgennemstrømningsværdien lig med 2.

Fem gange vandstrømmen kan drive fem identiske møller; værdien af ​​vandføringen er nu 5. Strømmen af ​​vandstrømmen i åen kan observeres; elektrisk strøm løber gennem ledninger, der er usynlige for vores øjne.

Følgende figur viser en elektrisk motor (elektrisk motor) drevet af elektrisk strøm. Lad os i dette tilfælde tage værdien af ​​elektrisk strøm lig med 1.

Når en elektrisk strøm driver to sådanne elektriske motorer, vil mængden af ​​strøm, der strømmer gennem hovedledningen, være dobbelt så stor, det vil sige lig med 2.Endelig, når en elektrisk strøm føder fem af de samme elektriske motorer, så er strømmen på hovedledningen fem gange højere end i det første tilfælde; derfor er dens størrelse 5.

En praktisk enhed til at måle mængden af ​​strømning af vand eller anden væske (det vil sige mængden af ​​den, der strømmer pr. tidsenhed, for eksempel pr. sekund, gennem tværsnittet af en flodseng, et rør osv.) liter i sekundet.

For at måle størrelsen af ​​den elektriske strøm, det vil sige mængden af ​​ladninger, der strømmer gennem ledningens tværsnit per tidsenhed, tages amperen som en praktisk enhed, således at størrelsen af ​​den elektriske strøm bestemmes i ampere. Den forkortede ampere er angivet med bogstavet a.

Kilden til elektrisk strøm kan for eksempel være et galvanisk batteri eller en elektrisk akkumulator.

Batteriets eller akkumulatorens størrelse bestemmer mængden af ​​elektrisk strøm, de kan levere, og varigheden af ​​deres handling.

For at måle størrelsen af ​​elektrisk strøm i elektroteknik skal du bruge specielle enheder, amperemeter (A). Forskellige elektriske enheder bærer forskellige mængder elektrisk strøm.

Spænding

Den anden elektriske størrelse, der er tæt forbundet med strømmens størrelse, er spænding. For lettere at forstå, hvad spændingen af ​​en elektrisk strøm er, lad os sammenligne den med forskellen i kanalens niveauer (vandets fald i floden), ligesom vi sammenlignede den elektriske strøm med vandstrømmen. Med en lille forskel i kanalniveauer tager vi forskellen lig med 1.

Hvis forskellen i kanalniveauer er mere signifikant, så er vandfaldet tilsvarende større. Antag for eksempel, at det er lig med 10, det vil sige ti gange mere end i det første tilfælde.Endelig, med en endnu større forskel i vandfaldsniveauer, er det f.eks. 100.

Hvis vandstrømmen falder fra en lille højde, kan den kun drive en mølle. I dette tilfælde tager vi en dråbe vand svarende til 1.

Den samme strøm, der falder fra det dobbelte af højden, kan dreje hjulene på to lignende møller. I dette tilfælde er vanddråben lig med 2.

Hvis forskellen i kanalniveauer er fem gange større, driver den samme strøm fem sådanne møller. Vanddråben er 5.

Lignende fænomener observeres, når man overvejer elektrisk spænding. Det er nok at erstatte udtrykket «vanddråbe» med udtrykket «elektrisk spænding» for at forstå, hvad det betyder i de følgende eksempler.

Lad kun én lampe brænde. Antag, at der påføres en spænding lig med 2.

For at fem sådanne pærer tilsluttet på samme måde kan brænde, skal spændingen være lig med 10.

Når to identiske pærer, der er forbundet i serie med hinanden, lyser (som pærer normalt forbindes i juletræsguirlander), er spændingen 4.

I alle de betragtede tilfælde passerer en elektrisk strøm af samme størrelse gennem hver pære, og den samme spænding påføres hver af dem, hvilket er en del af den samlede spænding (batterispænding), som er forskellig i hvert enkelt eksempel.

Lad floden strømme ud i søen. Betinget vil vi tage vandstanden i søen som 0. Derefter er niveauet af årenden nær det andet træ i forhold til vandstanden i søen lig med 1 m, og niveauet af årenden nær det tredje. træet bliver 2 m. Kanalens niveau nær det tredje træ er 1 m højere end dets niveau nær det andet træ, dvs. mellem disse træer er lig med 1 m.

Forskellen i kanalniveauer måles i længdeenheder, for eksempel, som vi gjorde, i meter. I elektroteknik svarer niveauet af flodsengen på ethvert punkt i forhold til et bestemt nulniveau (i vores eksempel søens vandstand) til et elektrisk potentiale.

Forskellen i elektrisk potentiale kaldes spænding. Elektrisk potentiale og spænding måles med den samme enhed - volt, forkortet med bogstavet c. Enheden til måling af elektrisk spænding er således volt.

Specielle måleapparater kaldet voltmetre (V) bruges til at måle elektrisk spænding.

En sådan kilde til elektrisk strøm som et batteri er almindeligt kendt. En celle i det såkaldte bly-syre-batteri (hvori blypladerne er nedsænket i en vandig opløsning af svovlsyre), når den er opladet, har en spænding på omkring 2 volt.

Et anodebatteri, som bruges til at drive batteriradioer med elektrisk strøm, består normalt af flere dusin tørre galvaniske celler, hver med en spænding på omkring 1,5 V.

Disse elementer er forbundet sekventielt (det vil sige, plus af det første element er forbundet med minus af det andet, plus af det andet - til minus af det tredje osv.). I dette tilfælde er batteriets samlede spænding lig med summen af ​​spændingerne i de celler, som det er sammensat af.

Derfor indeholder et 150 V batteri 100 sådanne celler forbundet i serie med hinanden.

I stikkontakten på belysningsnetværket med en spænding på 220 V kan du tilslutte en glødepære designet til en spænding på 220 V eller 22 identiske juletræslys forbundet i serie, som hver er designet til en spænding på 10 V.I dette tilfælde vil hver pære kun have 1/22 af linjespændingen, det vil sige 10 volt.

Spændingen, der virker på en bestemt elektrisk enhed, i vores tilfælde en pære, kaldes spændingsfaldet. Hvis en 220 V-pære bruger den samme strøm som en 10 V-pære, vil den samlede strøm, der trækkes fra netværket af guirlanden, være den samme i størrelsesorden som strømmen, der løber gennem 220 V-pæren.

Af det nævnte fremgår det klart, at der eksempelvis kan tilsluttes to ens 110 volt pærer til et 220 V net, serieforbundet med hinanden.

Det er muligt at opvarme radiorør designet til en spænding på 6,3 V, for eksempel fra et batteri bestående af tre celler forbundet i serie; lamper, der er designet til en glødetrådsspænding på 2 V, kan drives af en enkelt celle.

Glødetrådsspændingen af ​​radioelektriske rør er angivet i afrundet form i begyndelsen af ​​lampesymbolet: 1,2 V — med tallet 1; 4,4 tommer - nummer 4; 6,3 tommer - nummer 6; 5 c - nummer 5.

For årsagen, der forårsager elektrisk strøm

Hvis to områder af jordens overflade, selv langt fra hinanden, ligger på forskellige niveauer, så kan der opstå vandstrømning. Vandet vil strømme fra det højeste punkt til det laveste.

Det samme er elektrisk strøm. Det kan kun flyde, hvis der er forskel i elektriske niveauer (potentialer). På et vejrkort er det højeste barometriske niveau (højtryk) markeret med et "+"-tegn og det laveste niveau med et "-"-tegn.

Niveauerne vil blive justeret i pilens retning. Vinden vil blæse i retning af området med det laveste barometriske niveau. Når trykket udlignes, stopper luftbevægelsen. Således vil strømmen af ​​elektrisk strøm stoppe, hvis de elektriske potentialer udlignes.

Under et tordenvejr sker der en udligning af elektriske potentialer mellem skyerne og jorden eller mellem skyerne. Vises i form af lyn.

Der er også en potentialforskel mellem terminalerne (polerne) på hver galvanisk celle eller batteri. Hvis du derfor for eksempel sætter en pære på, så vil der strømme strøm igennem den. Over tid falder potentialforskellen (potentialudligning forekommer), og mængden af ​​strøm, der flyder, falder også.

Hvis du sætter en pære i stikkontakten, så vil der også gå en elektrisk strøm gennem den, da der er en potentialforskel mellem stikkontakterne. Men i modsætning til en galvanisk celle eller batteri opretholdes denne potentialeforskel konstant - så længe kraftværket kører.

Elektrisk energi

Der er en tæt sammenhæng mellem elektrisk spænding og strøm. Mængden af ​​elektrisk strøm afhænger af mængden af ​​spænding og strøm. Lad os forklare dette med følgende eksempler.

Kirsebær falder fra lav højde: Lav højde - let spænding. Lav slagkraft — lav elektrisk effekt.

En kokosnød falder fra en lille højde (i forhold til hvor drengen klatrede): Stor genstand - stor strøm. Lav højde - lav stress. Relativ høj slagkraft — relativt høj effekt.

En lille urtepotte falder fra stor højde: En lille genstand er en lille strøm. Faldets store højde er stor stress. Høj slagkraft — høj effekt.

Lavine, der falder fra stor højde: Store snemasser - en stor strøm. Faldets store højde er stor stress. En lavines store ødelæggende kraft er stor elektrisk kraft.

Ved høj strøm og høj spænding opnås stor elektrisk effekt.Men den samme effekt kan opnås med højere strøm og tilsvarende lavere spænding eller omvendt med lavere strøm og højere spænding.

Jævnstrøms elektrisk effekt er lig med produktet af spændings- og strømværdierne. Elektrisk effekt er udtrykt i watt og er angivet med bogstaverne W.

Det er allerede blevet sagt, at en vandstrøm af en vis størrelse kan drive en mølle, to gange flowet - to møller, fire gange flowet - fire møller osv., på trods af at vandfaldet (spændingen) vil være det samme .

Figuren viser en lille strøm af vand (svarende til en elektrisk strøm), der drejer hjulene på fire møller på grund af, at vandfaldet (svarende til en elektrisk spænding) er stort nok.

Hjulene på disse fire møller kan dreje med dobbelt vandstrøm i halvdelen af ​​faldets højde. Så ville møllerne være indrettet lidt anderledes, men resultatet ville blive det samme.

Følgende figur viser to lamper forbundet parallelt med et 110V lysnetværk. Hver af dem løber en strøm på 1 A. Strømmen gennem de to lamper er i alt 2 ampere.

Produktet af spændings- og strømværdierne bestemmer den effekt, som disse lamper forbruger fra netværket.

110V x 2a = 220W.

Hvis spændingen på belysningsnetværket er 220 V, skal de samme lamper forbindes i serie, ikke parallelt (som det var i det foregående eksempel), så summen af ​​spændingsfaldet på dem er lig med spændingen af netværk. Strømmen, der i dette tilfælde strømmer gennem de to lamper, er 1 A.

Produktet af værdierne af spændingen og strømmen, der strømmer gennem kredsløbet, vil give os den effekt, der forbruges af disse lamper 220 V x 1a = 220 W, det vil sige det samme som i det første tilfælde.Dette er forståeligt, da strømmen taget fra netværket i det andet tilfælde er to gange mindre, men to gange spændingen i netværket.

Watt, kilowatt, kilowatt time

Enhver elektrisk enhed eller maskine (klokke, pære, elmotor osv.) forbruger en vis mængde elektrisk energi fra belysningsnettet.

Specielle enheder kaldet wattmålere bruges til at måle elektrisk effekt.

Effekten af ​​for eksempel en belysningslampe, en elmotor osv. kan bestemmes uden hjælp af et wattmeter, hvis netspændingen og mængden af ​​strøm, der går gennem forbrugeren af ​​elektrisk energi tilsluttet til lysnettet er kendt.

Tilsvarende, hvis netstrømforbruget og netspændingen er kendt, kan mængden af ​​strøm, der løber gennem forbrugeren, bestemmes.

For eksempel inkluderer et 110-volt lysnetværk en 50-watt lampe. Hvilken strøm løber gennem den?

Da produktet af spændingen udtrykt i volt og strømmen udtrykt i ampere er lig med effekten udtrykt i watt (for jævnstrøm), så efter at have foretaget den omvendte beregning, det vil sige dividere antallet af watt med antallet af volt ( netspænding), får vi mængden af ​​strøm i ampere, der strømmer gennem lampen,

a = w/b,

strømmen er 50 W / 110 V = 0,45 A (ca.).

Der løber således en strøm på omkring 0,45 A gennem lampen, som forbruger 50 W energi og er forbundet til et 110 V elektrisk netværk.

Hvis en lysekrone med fire 50 watt pærer, en bordlampe med en 100 watt pære og et 300 watt strygejern er inkluderet i rummets belysningsnetværk, så er effekten af ​​alle energiforbrugere 50 W x 4 + 100 W + 300 W = 600 W.

Da netspændingen er 220 V, strømmer en elektrisk strøm svarende til 600 W / 220 V = 2,7 A (ca.) gennem de almindelige lysledninger, der er egnede til dette rum.

Lad elmotoren forbruge 5000 watt strøm fra netværket, eller, som man siger, 5 kilowatt.

1000 watt = 1 kilowatt, ligesom 1000 gram = 1 kilogram. Kilowatt er forkortet til kW. Derfor kan vi sige om den elektriske motor, at den bruger en effekt på 5 kW.

For at bestemme, hvor meget energi der forbruges af enhver elektrisk enhed, er det nødvendigt at tage højde for, hvor lang tid denne energi blev forbrugt.

Hvis en 10-watt-pære er tændt i to timer, så er det elektriske energiforbrug 100 watt x 2 timer = 200 watt-timer eller 0,2 kilowatt-timer. Hvis en 100-watt-pære er tændt i 10 timer, så er mængden af ​​forbrugt energi 100 watt x 10 timer = 1000 watt-timer eller 1 kilowatt-time. Kilowatttimer er forkortet til kWh.

Der er mange flere interessante ting i denne bog, men selv disse eksempler viser, hvor ansvarligt og oprigtigt datidens forfattere greb deres arbejde an, især når det gjaldt undervisning af børn.