Основные понятия и термины

Первопричиной всех электрических явлений в природе является электрический заряд (измеряется в Кулонах (Кл)). Самые известные носители зарядов это - электроны (отрицательные) и протоны (положительные). Они притягиваются друг к другу. Когда они располагаются на каком-то расстоянии друг от друга, между ними возникает так называемое электрическое поле. Для того чтобы притянуться друг к другу им нужен проводник, и если в электрическое поле поместить образец из проводящего материала в нем будут перемещаться электроны и таким образом возникнет ток. Таким образом, возникнет замкнутая электрическая цепь, которая необходима для существования тока.

Сила тока измеряется в амперах (А). Один ампер соответствует перемещению заряда в 1 кулон за одну секунду. Один кулон это заряд, который несут 6,24151·10¹⁸ электронов. То есть если по проводу пробежит за одну секунду 6,24151·10¹⁸ электронов, то сила тока в нем будет равна одному амперу.

Как получить постоянный ток? Ведь если из одного места все электроны перебегут в другое, то ток исчезнет. Для этого человек изобрел различные способы получить электрическую энергию из неэлектрической (химической, тепловой, световой и механической). А получившаяся сила, обеспечивающая постоянный ток стала называться ЭДС (Электродвижущая сила). Например, обычная батарейка. При подключении её в цепь ток начинает двигаться от минуса к плюсу (хотя условно направление тока принято считать от плюса к минусу).

При столкновении с понятием электродвижущая сила мы начинаем немного сбиваться с толку. Что это за сила? На самом деле, речь здесь идет всего лишь о том, что на одном конце проводника скапливается большое количество свободных электронов (то есть заряд), относительно другого конца. Некая сила природы стремиться восстановить баланс и скопившиеся электроны на одном конце перебегают по проводницу в тот конец, где этих электронов меньше.

Этот пресловутый заряд скопившийся на одном конце проводника обладает некоторой энергией, которая называется потенциалом. Потенциал это как бы накопленная энергия на одном конце проводника. Это как потенциальная энергия силы тяжести гири, которую мы взяли в руки. Эти гиря стремиться притянуться к земле, и чем тяжелее гиря, тем больше усилий нам потребуется, чтоб ее держать над землей. Но стоит нам её отпустить, как она тут же грохнется на землю, оставив в земле небольшое углубление. Та же ситуация и с потенциалом проводника. Стоит подключить концы проводника к точкам с разными потенциалами, и эти потенциалы, никак не проявляющие себя доселе, преобразуются в ток, бегущий по проводнику. Чем больше заряд, тем больше энергия заставляющая электроны двигаться. Если потенциал положительный, то есть на конце проводника скопилось больше протонов и суммарный заряд положительный, то эта энергия притягивает к себе электроны. Если потенциал отрицательный, то есть преобладают электроны и суммарный заряд отрицательный, то эта энергия отталкивает электроны. Если концы проводника имеют различные потенциалы, то их суммарное воздействие на электроны и вызывает движение этих электронов. Это называется разностью потенциалов или напряжением на концах проводников. От разности потенциалов зависит интенсивность (напор) и направление движения электронов (тока).

Однако, потенциал, разность потенциалов и напряжение применяется не только к концам проводница, но и просто к двум различным точкам проводника. То есть их можно вычислить на любом участке цепи. В то время как ЭДС – это показатель, который вычисляется только на концах электрической цепи.

ЭДС, электрический потенциал, разность потенциалов и напряжение измеряется в вольтах (В).

Чтобы было более понятно можно привести аналогию. Представим себе трубу, наполненную маленькими металлическими шариками (электронами). Если эта труба лежит горизонтально, то никакого движения этих шариков внутри нее проходить не будет. Если поднять один конец этой трубы, то произойдет скатывание шариков вниз. Разность высот концов трубы чем-то схожа с разностью потенциалов на концах проводника, то есть напряжением. А количество шариков пройденных по этой трубе за 1 секунду, при условии, что шарики будут поступать в трубу постоянно, можно сравнить с силой тока. Чем выше подняли конец трубы (чем выше напряжение), тем больше шариков будет проходить в трубе за секунду (тем больше ток).

Электрическая мощность — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.

Мощность тока рассчитывают как произведение силы тока на напряжение цепи и измеряется в ваттах. 1Ватт = 1В*А

P(мощьность)=I(сила тока)*U(напряжение)

Существует также понятие работы электрического тока. Она равна произведению силы тока на напряжение и на время протекания тока в цепи. Измеряется в Джоулях (Дж). 1Дж = 1 А(ампер)*B(вольт)*c (секунда)

При расчетах работы электрического тока часто применяется внесистемная кратная единица работы электрического тока: 1 кВт.ч (киловатт-час). 1 кВт.ч = 3 600 000 Дж.

Электрическое сопротивление — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему (измеряется в Омах (Ом)).

R(сопротивление) = U(напряжение(В))/I(сила тока(А))

По аналогии с водой, сопротивление похоже на трубку, заполненную пористым веществом. Чтобы продавить воду через эту пещеристую трубку необходимо определённое давление (напряжение), а количество жидкости (ток) будет зависеть от двух факторов: этого давления, и того, насколько проходима трубка (её сопротивления). Такое сравнение подходит нагревательным и осветительным приборам, и называется АКТИВНЫМ сопротивлением, а сопротивление катушек эл. двигателей, трансформаторов и эл. магнитов работает иначе. (Но в это, я думаю, углубляться не стоит)

Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от свойств вещества проводника, его длины, сечения и вычисляется по формуле:

R(сопротивление) = ро (удельное сопротивление вещества проводника)* L(длина проводника)/S(площадь сечения).

Провода электропроводки бывают алюминиевыми или медными. От их толщины (сечения в квадратных миллиметрах) зависит максимально допустимый ток. Например, 1 квадратный миллиметр меди выдерживает 10 Ампер. Типовые стандарты сечения проводов: 1,5; 2,5; 4 "квадрата" - соответственно: 15; 25; 40 Ампер - их допустимые длительные токовые нагрузки. Алюминиевые провода выдерживают ток меньше приблизительно в полтора раза.

Дата добавления: 2015-06-04