За електрически ток, напрежение и мощност от съветска книга за деца: просто и ясно

В Съветския съюз, постигнал много сериозни успехи в развитието на науката и технологиите, радиолюбителското движение стана широко разпространено. Много хиляди млади граждани са учили радиотехника под ръководството на инструктори в радиокръгове и радиоклубове, които имат специална техническа литература, инструменти и инструменти. Много от тях в бъдеще станаха квалифицирани инженери, дизайнери, учени.

За такива радиокръгове беше публикувана научно -популярна литература, в която различни въпроси на физиката, механиката, електротехниката и електрониката бяха обяснени на прост език с голям брой илюстрации.

Един от примерите за такива книги е книгата на Чеслов Климчевски „Азбуката на радиолюбител“, публикувана в издателство „Связиздат“ през 1962 г. Първият раздел на книгата се нарича «Електротехника», вторият раздел е «Радиотехника», третият — «Практически съвети», четвъртият раздел — «Ние се монтираме сами».

Самата книга може да бъде изтеглена тук: Азбуката на радиолюбителя (диву)

Този тип книги през 60 -те години не принадлежат към високоспециализирана литература. Те бяха издадени в тиражи от десетки хиляди екземпляри и бяха предназначени за масов читател.

Raz радиото се прилага толкова цялостноЕлк в ежедневието на хората, значи по онова време се смяташе, че не можете да бъдете ограничени само от възможността да въртите копчетата.Ника. И всеки образован човек трябва изучавайте радиото, за да разберете как се извършват радиопредаването и радиоприемането, да се запознаете с основните електрически и магнитни явления, които са ключът към теорията на радиотехниката. Също така е необходимо, най -общо казано, да се запознаете със системите и дизайна на приемните устройства.

Нека да разгледаме заедно и да преценим как по онова време са знаели как да обясняват сложните неща с прости картини.

Начинаещ радиолюбител на нашето време:

Относно електрическия ток

Всички вещества в света и съответно всички обекти около нас, планини, морета, въздух, растения, животни, хора, се състоят от неизмеримо малки частици, молекули, а последните, от своя страна, от атоми. Парче желязо, капка вода, незначително количество кислород са натрупване на милиарди атоми, един вид в желязо, друг във вода или кислород.

Ако погледнете гората от разстояние, тя прилича на тъмна ивица, която е едно цяло (сравнете го например с парче желязо). Когато се приближат до ръба на гората, се виждат отделни дървета (в парче желязо — железни атоми). Гората се състои от дървета; по подобен начин вещество (като желязо) се състои от атоми.

В иглолистна гора дърветата са различни, отколкото в широколистни; по същия начин, молекулите на всеки един химичен елемент са съставени от атоми, различни от молекулите на други химични елементи. И така, железните атоми са различни от, например, кислородните атоми.

Приближавайки се още по -близо до дърветата, виждаме, че всяко от тях се състои от ствол и листа. По същия начин атомите на веществото се състоят от т. Нар. Ядро (ствол) и електрони (листа).

Багажникът е тежък, а сърцевината е тежка; той представлява положителния електрически заряд (+) на атома. Листата са леки, а електроните са леки; те образуват отрицателен електрически заряд (-) на атома.

Различните дървета имат стволове с различен брой клони и броят на листата не е еднакъв.По същия начин атомът, в зависимост от химическия елемент, който представлява, се състои (в най -простата си форма) от ядро ​​(ствол) с няколко положителни заряда — така наречените протони (клони) и редица отрицателни заряди — електрони (листа) .

В гората, на земята между дърветата, се натрупват много паднали листа. Вятърът вдига тези листа от земята и те кръжат между дърветата. Така че в вещество (например метал) сред отделни атоми има определено количество свободни електрони, които не принадлежат на нито един от атомите; тези електрони се движат произволно сред атомите.

Ако свържете проводниците, идващи от електрическа батерия, към краищата на парче метал (например стоманена кука): свържете единия й край с плюса на батерията — донесете така наречения положителен електрически потенциал (+) към него, а другият край с минуса на батерията — донесе отрицателен електрически потенциал ( -), след което свободните електрони (отрицателни заряди) ще започнат да се движат между атомите вътре в метала, като се втурват към плюса на батерията.

Това се обяснява със следното свойство на електрическите заряди: противоположните заряди, тоест положителните и отрицателните заряди се привличат един към друг; подобни заряди, тоест положителни или отрицателни, напротив, се отблъскват.

Свободните електрони (отрицателни заряди) в метала се привличат към положително заредения (+) извод на батерията (източник на ток) и следователно се движат в метала вече не хаотично, а към плюса на източника на ток.

Както вече знаем, електронът е електрически заряд. Голям брой електрони, движещи се в една посока вътре в метала, съставляват потока от електрони, т.е. електрически заряди. Тези електрически заряди (електрони), движещи се в метала, образуват електрически ток.

Както вече споменахме, електроните се движат по проводници от минус до плюс. Съгласихме се обаче да считаме, че токът тече в обратна посока: от плюс към минус, тоест сякаш не отрицателни, но положителни заряди се движат по проводниците (такива положителни заряди биха били привлечени към минуса на източника на ток) .

Колкото повече листа в гората се задвижват от вятъра, толкова по -дебели запълват въздуха; по същия начин, колкото повече заряди протичат в метала, толкова по -голямо е количеството електрически ток.

Не всяко вещество може да носи електрически ток със същата лекота. Свободните електрони се движат лесно, например в метали.

Материалите, в които електрическите заряди се движат лесно, се наричат ​​проводници на електрически ток. В някои материали, наречени изолатори, няма свободни електрони и следователно през изолаторите не протича електрически ток. Изолаторите включват, наред с други материали, стъкло, порцелан, слюда, пластмаси.

Свободните електрони, които присъстват в вещество, което провежда електрически ток, също могат да бъдат сравнени с водни капчици.

Отделни капчици в покой не създават воден поток. Голям брой от тях в движение образуват поток или река, течаща в една посока. Капките вода в този поток или река се движат в поток, чиято сила е по -голяма, колкото по -голяма е разликата в нивата на канала по пътя му и следователно, толкова по -голяма е разликата в «потенциалите» (височините) на отделните индивиди сегменти от този път.

Величината на електрическия ток

За да разберете явленията, причинени от електрически ток, сравнете го с потока вода. Малки количества вода текат в потоци, докато големи маси вода текат в реки.

Да приемем, че стойността на водния поток в потока е равна на 1; Нека вземем стойността на потока в реката например като 10. Накрая, за мощна река стойността на водния поток е, да речем, 100, тоест сто пъти по -голяма от стойността на потока в потока.

Слабият воден поток може да задвижва колелото само на една мелница. Ще вземем стойността на този поток равна на 1.

Два пъти водният поток може да задвижва две от тези мелници. В този случай стойността на водния поток е равна на 2.

Пет пъти водният поток може да задвижва пет еднакви мелници; стойността на водния поток сега е 5. Може да се наблюдава потока на водния поток в реката; електрическият ток тече през проводниците невидимо към очите ни.

Следващата фигура показва един електродвигател (електродвигател), задвижван от електрически ток. Нека вземем в този случай стойността на електрическия ток, равна на 1.

Когато електрически ток задвижва два такива електродвигателя, тогава количеството ток, протичащо през главния проводник, ще бъде два пъти по -голямо, тоест равно на 2. И накрая, когато електрически ток захранва пет от същите електродвигатели, тогава токът по основния проводник токът е пет пъти по -висок, отколкото в първия случай; следователно величината му е 5.

Практична единица за измерване на количеството на потока вода или друга течност (т.е. количеството му, протичащо за единица време, например за секунда, през напречното сечение на речно корито, тръба и т.н.) е литър за секунда.

За измерване на величината на електрическия ток, тоест количеството заряди, протичащи през напречното сечение на проводника за единица време, амперът се приема като практическа единица.По този начин величината на електрическия ток се определя в ампери. Съкратеният ампер е обозначен с буквата а.

Източникът на електрически ток може да бъде например галванична батерия или електрически акумулатор.

Размерът на батерията или акумулатора определя количеството електрически ток, което те могат да дадат, и продължителността на тяхното действие.

За да измерите величината на електрическия ток в електротехниката, използвайте специални устройства, амперметри (А). Различните електрически устройства носят различно количество електрически ток.

Електрическо напрежение

Второто електрическо количество, тясно свързано с величината на тока, е напрежението. За да разберем по -лесно какво е напрежението на електрически ток, нека го сравним с разликата в нивата на канала (падането на водата в реката), точно както сравнихме електрическия ток с водния поток. С малка разлика в нивата на канала, ще вземем разликата, равна на 1.

Ако разликата в нивата на канала е по -значителна, тогава падането на водата съответно е по -голямо. Да предположим например, че е равно на 10, тоест десет пъти повече, отколкото в първия случай. И накрая, с още по -голяма разлика в нивата на падане на водата, това е, да речем, 100.

Ако водният поток падне от малка височина, тогава той може да задвижва само една мелница. В този случай ще вземем капка вода равна на 1.

Същият поток, падащ от два пъти по -голяма височина, може да върти колелата на две подобни мелници. В този случай падането на водата е равно на 2.

Ако разликата в нивата на канала е пет пъти по -голяма, тогава същият поток задвижва пет такива мелници. Капката на водата е 5.

Подобни явления се наблюдават при разглеждане на електрическото напрежение. Достатъчно е да замените термина «капка вода» с термина «електрическо напрежение», за да разберете какво значение има в следващите примери.

Нека свети само една лампа. Да предположим, че към него е приложено напрежение, равно на 2.

За да изгорят пет такива крушки, свързани по същия начин, напрежението трябва да бъде равно на 10.

Когато светят две еднакви крушки, свързани последователно помежду си (както обикновено са свързани крушки в гирлянди за коледни елхи), напрежението е 4.

Във всички разглеждани случаи през всяка крушка преминава електрически ток със същата величина и към всяка от тях се подава същото напрежение, което е част от общото напрежение (напрежение на батерията), което е различно във всеки отделен пример.

Оставете реката да се влее в езерото. Условно ще приемем нивото на водата в езерото като нула.Тогава нивото на речния канал близо до второто дърво по отношение на нивото на водата в езерото е равно на 1 m, а нивото на речния канал в близост до третото дърво ще бъде 2 m. Нивото на канала в близост до третото дърво дървото е с 1 м по -високо от нивото си близо до второто дърво, т.е. между тези дървета е равно на 1 м.

Разликата в нивата на каналите се измерва в единици за дължина, например, както направихме, в метри. В електротехниката нивото на речното корито във всяка точка по отношение на определено нулево ниво (в нашия пример нивото на водата в езерото) съответства на електрически потенциал.

Разликата в електрическия потенциал се нарича напрежение. Електрическият потенциал и напрежението се измерват от една и съща единица — волта, съкратена от буквата c. По този начин единицата за измерване на електрическо напрежение е волт.

За измерване на електрическото напрежение се използват специални измервателни устройства, наречени волтметри (V).

Такъв източник на електрически ток като батерия е широко известен. Една клетка от така наречената оловно-киселинна батерия (в която оловните плочи са потопени във воден разтвор на сярна киселина) в заредено състояние има напрежение от около 2 волта.

Анодната батерия, която се използва за захранване на радиостанции на батерии с електрически ток, обикновено се състои от няколко десетки сухи галванични клетки, всяка с напрежение около 1,5 V.

Тези елементи са свързани последователно (тоест плюсът на първия елемент е свързан с минуса на втория, плюс на втория — с минуса на третия и т.н.). В този случай общото напрежение на батерията е равно на сумата от напреженията на клетките, от които е съставена.

Следователно, 150 V батерия съдържа 100 такива клетки, свързани последователно помежду си.

В гнездото на осветителната мрежа с напрежение 220 V можете да включите една крушка с нажежаема жичка, предназначена за напрежение 220 V, или 22 еднакви лампи за елха, свързани последователно, всяка от които е проектирана за напрежение от 10 V. В този случай всяка крушка ще има само 1/22 от мрежовото напрежение, тоест 10 волта.

Напрежението, действащо върху определено електрическо устройство, в нашия случай върху крушка, се нарича спад на напрежението. Ако 220 V крушка консумира същия ток като 10 V крушка, тогава общият ток, извлечен от мрежата от гирляндата, ще бъде същият по величина като тока, протичащ през 220 V крушка.

От казаното става ясно, че например две еднакви 110-волтови крушки могат да бъдат свързани към мрежа от 220 V, свързани последователно помежду си.

Възможно е да се нагреят радио тръби, проектирани за напрежение 6,3 V, например от батерия, състояща се от три последователно свързани клетки; лампи, които са проектирани за напрежение с нажежаема жичка от 2 V, могат да се захранват от един елемент.

Напрежението с нажежаема жичка на радиоелектрическите тръби е посочено в закръглена форма в началото на символа на лампата: 1,2 V — с номер 1; 4.4 ин — номер 4; 6,3 ин — номер 6; 5 в — цифра 5.

За причината, предизвикваща електрически ток

Ако две области на повърхността на земята, дори далеч една от друга, лежат на различни нива, тогава може да възникне воден поток. Водата ще тече от най -високата точка до най -ниската.

Такъв е и електрическият ток. Тя може да тече само ако има разлика в електрическите нива (потенциали). На метеорологична карта най-високото барометрично ниво (високо налягане) е маркирано със знак „+“, а най-ниското ниво със знак „-“.

Нивата ще бъдат подравнени по посока на стрелката. Вятърът ще духа в посока на района с най -ниско барометрично ниво. Когато налягането се изравни, движението на въздуха ще спре. Така потокът на електрически ток ще спре, ако електрическите потенциали се изравнят.

По време на гръмотевична буря има изравняване на електрическите потенциали между облаците и земята или между облаците. Проявява се под формата на мълния.

Съществува и потенциална разлика между клемите (полюсите) на всяка галванична клетка или батерия. Следователно, ако към него прикачите например крушка, тогава през нея ще тече ток. С течение на времето потенциалната разлика намалява (настъпва изравняване на потенциала), а количеството на протичащия ток също намалява.

Ако включите крушка за осветление в електрическата мрежа, тогава през нея ще тече и електрически ток, тъй като има потенциална разлика между гнездата на контакта. Въпреки това, за разлика от галванична клетка или батерия, тази потенциална разлика се поддържа постоянно — докато електроцентралата работи.

Електрическа енергия

Съществува тясна връзка между електрическото напрежение и тока. Величината на електрическата мощност зависи от величината на напрежението и тока. Нека обясним това със следните примери.

Череша пада от ниска височина: Ниска височина — леко напрежение. Ниска сила на удар — ниска електрическа мощност.

Кокосов орех пада от малка височина (по отношение на мястото, където момчето се е изкачило): Голям предмет — голямо течение. Ниска височина — нисък стрес. Сравнително висока сила на удара — относително висока мощност.

Малка саксия с цвете пада от голяма височина: Малък предмет е малък ток. Голямата височина на падане е голям стрес. Висока сила на удар — голяма мощност.

Лавина пада от голяма височина: Големи маси сняг — голямо течение. Голямата височина на падане е голям стрес. Голямата разрушителна сила на лавината е голяма електрическа мощност.

При висок ток и високо напрежение се получава голяма електрическа мощност. Но същата мощност може да се получи с по -висок ток и съответно с по -ниско напрежение или, обратно, с по -нисък ток и по -високо напрежение.

Електрическата мощност на постоянен ток е равна на произведението на стойностите на напрежението и тока. Електрическата мощност се изразява във ватове и се обозначава с буквите W.

Вече беше казано, че воден поток с определена величина може да задвижва една мелница, два пъти по -голям дебит — две мелници, четири пъти по -голям поток — четири мелници и т.н., въпреки факта, че водният спад (напрежение) ще бъде едно и също.

Фигурата показва малък поток вода (съответстващ на електрически ток), въртящ колелата на четири мелници поради факта, че водният спад (съответстващ на електрическо напрежение) е достатъчно голям.

Колелата на тези четири мелници могат да се въртят с два пъти поток вода във височината на падането наполовина. Тогава мелниците щяха да бъдат подредени малко по -различно, но резултатът щеше да бъде същият.

Следващата фигура показва две лампи, свързани паралелно към 110V осветителна мрежа. През всеки от тях протича ток от 1 А. Токът, преминаващ през двете лампи, е общо 2 ампера.

Продуктът на стойностите на напрежението и тока определя мощността, която тези лампи консумират от мрежата.

110 V x 2a = 220 W.

Ако напрежението на осветителната мрежа е 220 V, същите лампи трябва да бъдат свързани последователно, а не паралелно (както беше в предишния пример), така че сумата от падащото напрежение върху тях да е равна на напрежението на мрежа. Токът, протичащ в този случай през двете лампи, е 1 A.

Произведението на стойностите на напрежението и тока, протичащ по веригата, ще ни даде мощността, консумирана от тези лампи 220 V x 1a = 220 W, тоест същата като в първия случай. Това е разбираемо, тъй като във втория случай токът, взет от мрежата, е два пъти по -малък, но два пъти напрежението в мрежата.

Ват, киловат, киловатчас

Всяко електрическо устройство или машина (звънец, лампа за осветление, електродвигател и т.н.) консумира определена електрическа енергия от осветителната мрежа.

За измерване на електрическата мощност се използват специални устройства, наречени ватметри.

Силата, например на осветителна лампа, електрически двигател и др., Може да бъде определена без помощта на ватметър, ако мрежовото напрежение и количеството ток, който протича през консуматора на електрическа енергия, свързана към мрежата, са известен.

По същия начин, ако консумацията на енергия от мрежата и мрежовото напрежение са известни, тогава може да се определи количеството ток, протичащ през потребителя.

Например, 110 -волтова осветителна мрежа включва лампа с мощност 50 вата. Какъв ток протича през него?

Тъй като произведението на напрежението, изразено във волтове, и токът, изразено в ампери, е равно на мощността, изразена във ватове (за постоянен ток), след това, след като направите обратното изчисление, тоест разделете броя на ватовете на броят на волта (мрежово напрежение), получаваме количеството ток в ампери, протичащи през лампата,

a = w / b,

токът е 50 W / 110 V = 0,45 A (приблизително).

Така през лампата протича ток от около 0,45 А, който консумира 50 W енергия и е свързан към 110 V електрическа мрежа.

Ако полилей с четири 50-ватови крушки, настолна лампа с една 100-ватова крушка и 300-ватова ютия са включени в осветителната мрежа на помещението, тогава мощността на всички консуматори на енергия е 50 W x 4 + 100 W + 300 W = 600 W.

Тъй като мрежовото напрежение е 220 V, през общите осветителни проводници, подходящи за тази стая, протича електрически ток, равен на 600 W / 220 V = 2,7 A (приблизително).

Нека електрическият двигател консумира 5000 вата енергия от мрежата или, както се казва, 5 киловата.

1000 вата = 1 киловат, точно както 1000 грама = 1 килограм. Киловатите се съкращават като kW. Следователно можем да кажем за електрическия мотор, че той консумира мощност от 5 kW.

За да се определи колко енергия се консумира от всяко електрическо устройство, е необходимо да се вземе предвид продължителността на времето, през което тази енергия е била изразходвана.

Ако 10-ватова лампа за осветление свети в продължение на два часа, тогава консумацията на електрическа енергия е 100 вата х 2 часа = 200 ват-часа или 0,2 киловатчаса. Ако лампа за осветление от 100 вата свети в продължение на 10 часа, тогава количеството консумирана енергия е 100 вата х 10 часа = 1000 ват-часа или 1 киловатчас. Киловат часовете се съкращават като kWh.

В тази книга има още много интересни неща, но дори и тези примери показват колко отговорно и искрено авторите от онова време са подходили към работата си, особено в случая с обучението на деца.