Mengenai arus elektrik, voltan dan kuasa dari buku kanak-kanak Soviet: mudah dan jelas

Di Kesatuan Soviet, yang mencapai kejayaan yang sangat serius dalam pembangunan sains dan teknologi, gerakan amatur radio menjadi meluas. Beribu-ribu warga muda telah mempelajari kejuruteraan radio di bawah bimbingan pengajar dalam kalangan radio dan kelab radio yang mempunyai kesusasteraan teknikal, alatan dan instrumen. Ramai daripada mereka pada masa akan datang menjadi jurutera, pereka, saintis yang berkelayakan.

Kesusasteraan saintifik popular telah diterbitkan untuk litar radio sedemikian, di mana pelbagai isu fizik, mekanik, kejuruteraan elektrik dan elektronik dijelaskan dalam bahasa mudah dengan sejumlah besar ilustrasi.

Salah satu contoh buku tersebut ialah buku Cheslov Klimchevsky "The Alphabet of a Radio Amateur", yang diterbitkan oleh rumah penerbitan "Svyazizdat" pada tahun 1962. Bahagian pertama buku itu dipanggil "Kejuruteraan Elektrik", bahagian kedua ialah "Radio Kejuruteraan", yang ketiga ialah "Nasihat Praktikal". , bahagian keempat — «Kami memasang sendiri».

Buku itu sendiri boleh dimuat turun di sini: Abjad Radio Amatur (liar)

Buku jenis ini pada tahun 1960-an tidak tergolong dalam kesusasteraan yang sangat khusus.Ia dikeluarkan dalam edaran berpuluh-puluh ribu salinan dan bertujuan untuk pembaca massa.

Radio Raz telah digunakan sepenuhnya dalam kehidupan seharian orang ramai, jadi pada masa itu dipercayai bahawa anda tidak boleh dihadkan hanya dengan keupayaan untuk memusing tombol. Nika. Dan setiap orang yang berpendidikan harus mempelajari radio untuk memahami bagaimana transmisi radio dan penerimaan radio dijalankan, untuk membiasakan diri dengan fenomena elektrik dan magnet asas yang menjadi kunci kepada teori kejuruteraan radio. Ia juga perlu, secara amnya, untuk membiasakan diri dengan sistem dan reka bentuk peranti penerima.

Mari kita lihat bersama dan menilai bagaimana pada masa itu mereka tahu bagaimana untuk menerangkan perkara yang rumit dengan gambar yang mudah.

Seorang amatur radio pemula pada zaman kita:

Mengenai arus elektrik

Semua bahan di dunia dan, dengan itu, semua objek di sekeliling kita, gunung, laut, udara, tumbuh-tumbuhan, haiwan, manusia, terdiri daripada zarah-zarah kecil, molekul, dan yang terakhir, seterusnya, daripada atom. Sekeping besi, setitik air, jumlah oksigen yang tidak ketara, adalah pengumpulan berbilion-bilion atom, satu jenis dalam besi, satu lagi dalam air atau oksigen.

Jika anda melihat hutan dari jauh, ia kelihatan seperti jalur gelap yang sekeping (bandingkan, contohnya, dengan sekeping besi). Apabila mereka menghampiri pinggir hutan, pokok-pokok individu boleh dilihat (dalam sekeping besi - atom besi). Hutan terdiri daripada pokok; begitu juga, bahan (seperti besi) terdiri daripada atom.

Di dalam hutan konifer, pokok-pokoknya berbeza daripada di hutan luruh; begitu juga, molekul setiap unsur kimia terdiri daripada atom yang berbeza daripada molekul unsur kimia yang lain. Jadi, atom besi berbeza daripada, katakan, atom oksigen.

Mendekati lebih dekat dengan pokok, kita melihat bahawa setiap daripada mereka terdiri daripada batang dan daun. Dengan cara yang sama, atom bahan terdiri daripada apa yang dipanggil Nukleus (batang) dan elektron (lembaran).

Batangnya berat dan terasnya berat; ia mewakili cas elektrik positif (+) atom. Daun adalah cahaya dan elektron adalah cahaya; mereka membentuk cas elektrik negatif (-) pada atom.

Pokok yang berbeza mempunyai batang dengan bilangan dahan yang berbeza dan bilangan daun tidak sama. Begitu juga, atom, bergantung kepada unsur kimia yang diwakilinya, terdiri (dalam bentuk paling mudah) nukleus (batang) dengan beberapa cas positif — yang dipanggil proton (cawangan) dan beberapa cas negatif — elektron (lembaran).

Di dalam hutan, di atas tanah di antara pokok, banyak daun yang gugur berkumpul. Angin mengangkat daun-daun ini dari tanah dan mereka beredar di antara pokok-pokok. Jadi dalam bahan (sebagai contoh, logam) di antara atom individu terdapat sejumlah elektron bebas tertentu yang bukan milik mana-mana atom; elektron ini bergerak secara rawak di antara atom.

Jika anda menyambung wayar yang datang dari bateri elektrik ke hujung kepingan logam (contohnya, cangkuk keluli): sambungkan satu hujungnya ke tambah bateri — bawa apa yang dipanggil potensi elektrik positif (+) kepadanya, dan hujung satu lagi ke tolak bateri - membawa potensi elektrik negatif (-), maka elektron bebas (cas negatif) akan mula bergerak antara atom di dalam logam, bergegas ke bahagian positif bateri.

Ini dijelaskan oleh sifat cas elektrik berikut: cas bertentangan, iaitu, cas positif dan negatif menarik antara satu sama lain; seperti caj, iaitu, positif atau negatif, sebaliknya, menolak antara satu sama lain.

Elektron bebas (cas negatif) dalam logam tertarik kepada terminal bercas positif (+) bateri (sumber arus) dan oleh itu bergerak dalam logam tidak lagi secara rawak, tetapi ke sisi tambah sumber arus.

Seperti yang kita sedia maklum, elektron ialah cas elektrik. Sebilangan besar elektron yang bergerak dalam satu arah di dalam logam membentuk aliran elektron, i.e. cas elektrik. Caj elektrik ini (elektron) yang bergerak dalam logam membentuk arus elektrik.

Seperti yang telah disebutkan, elektron bergerak sepanjang wayar dari tolak ke tambah. Walau bagaimanapun, kami bersetuju untuk mempertimbangkan bahawa arus mengalir ke arah yang bertentangan: dari tambah kepada tolak, iaitu, seolah-olah tidak negatif, tetapi caj positif bergerak di sepanjang wayar (cas positif tersebut akan tertarik kepada tolak sumber semasa) .

Semakin banyak daun di dalam hutan didorong oleh angin, semakin tebal mereka memenuhi udara; begitu juga, lebih banyak cas mengalir dalam logam, lebih besar jumlah arus elektrik.

Tidak semua bahan boleh membawa arus elektrik dengan kemudahan yang sama. Elektron bebas bergerak dengan mudah, contohnya dalam logam.

Bahan di mana cas elektrik bergerak dengan mudah dipanggil konduktor arus elektrik. Sesetengah bahan, dipanggil penebat, tidak mempunyai elektron bebas dan oleh itu tiada arus elektrik mengalir melalui penebat. Penebat termasuk, antara bahan lain, kaca, porselin, mika, plastik.

Elektron bebas yang terdapat dalam bahan yang mengalirkan arus elektrik juga boleh dibandingkan dengan titisan air.

Titisan individu semasa rehat tidak menghasilkan aliran air. Sebilangan besar daripada mereka dalam gerakan membentuk aliran atau sungai yang mengalir ke satu arah. Titisan air dalam aliran atau sungai ini bergerak dalam aliran yang dayanya lebih besar, lebih besar perbezaan paras saluran di sepanjang laluannya dan, oleh itu, lebih besar perbezaan dalam "potensi" (ketinggian) individu. individu segmen laluan ini.

Magnitud arus elektrik

Untuk memahami fenomena yang disebabkan oleh arus elektrik, bandingkan dengan aliran air. Jumlah air yang kecil mengalir dalam sungai, manakala jisim besar air mengalir di sungai.

Andaikan nilai aliran air dalam sungai adalah sama dengan 1; Mari kita ambil nilai aliran dalam sungai sebagai contoh sebagai 10. Akhirnya, untuk sungai yang kuat nilai aliran air adalah, katakan, 100, iaitu seratus kali ganda nilai aliran dalam sungai.

Aliran air yang lemah boleh memacu roda hanya satu kilang. Kami akan mengambil nilai aliran ini bersamaan dengan 1.

Dua kali aliran air boleh memacu dua kilang ini. Dalam kes ini, nilai aliran air adalah sama dengan 2.

Lima kali aliran air boleh memacu lima kilang yang sama; nilai aliran air sekarang ialah 5. Aliran aliran air di sungai dapat diperhatikan; arus elektrik mengalir melalui wayar yang tidak kelihatan oleh mata kita.

Rajah berikut menunjukkan sebuah motor elektrik (motor elektrik) yang digerakkan oleh arus elektrik. Mari kita ambil dalam kes ini nilai arus elektrik bersamaan dengan 1.

Apabila arus elektrik memacu dua motor elektrik sedemikian, maka jumlah arus yang mengalir melalui wayar utama akan menjadi dua kali lebih besar, iaitu, sama dengan 2.Akhirnya, apabila arus elektrik menyalurkan lima motor elektrik yang sama, maka arus pada wayar utama adalah lima kali lebih tinggi daripada dalam kes pertama; oleh itu magnitudnya ialah 5.

Unit praktikal untuk mengukur jumlah aliran air atau cecair lain (iaitu, jumlah ia mengalir setiap unit masa, contohnya, sesaat, melalui keratan rentas dasar sungai, paip, dll.) ialah liter sesaat.

Untuk mengukur magnitud arus elektrik, iaitu jumlah cas yang mengalir melalui keratan rentas wayar per unit masa, ampere diambil sebagai unit praktikal.Oleh itu, magnitud arus elektrik ditentukan dalam ampere. Ampere yang disingkatkan ditunjukkan oleh huruf a.

Sumber arus elektrik boleh, sebagai contoh, bateri galvanik atau penumpuk elektrik.

Saiz bateri atau penumpuk menentukan jumlah arus elektrik yang boleh diberikan dan tempoh tindakannya.

Untuk mengukur magnitud arus elektrik dalam kejuruteraan elektrik, gunakan peranti khas, ammeter (A). Peranti elektrik yang berbeza membawa jumlah arus elektrik yang berbeza.

voltan

Kuantiti elektrik kedua yang berkait rapat dengan magnitud arus ialah voltan. Untuk memahami dengan lebih mudah apakah voltan arus elektrik, mari kita bandingkan dengan perbezaan paras saluran (kejatuhan air di sungai), sama seperti kita membandingkan arus elektrik dengan aliran air. Dengan perbezaan kecil dalam tahap saluran, kami akan mengambil perbezaan yang sama dengan 1.

Jika perbezaan paras saluran lebih ketara, maka kejatuhan air adalah lebih besar. Katakan, sebagai contoh, bahawa ia adalah sama dengan 10, iaitu, sepuluh kali lebih banyak daripada dalam kes pertama.Akhirnya, dengan perbezaan yang lebih besar dalam paras kejatuhan air, ia adalah, katakan, 100.

Jika aliran air jatuh dari ketinggian yang kecil, maka ia boleh memandu hanya satu kilang. Dalam kes ini, kami akan mengambil setitik air bersamaan dengan 1.

Aliran yang sama jatuh dari dua kali ketinggian boleh memutar roda dua kilang yang serupa. Dalam kes ini, titisan air adalah sama dengan 2.

Jika perbezaan dalam aras saluran adalah lima kali lebih besar, maka aliran yang sama memacu lima kilang tersebut. Titisan air ialah 5.

Fenomena yang sama diperhatikan apabila mempertimbangkan voltan elektrik. Ia cukup untuk menggantikan istilah «titisan air» dengan istilah «voltan elektrik» untuk memahami maksudnya dalam contoh berikut.

Biarkan hanya satu lampu menyala. Katakan voltan bersamaan dengan 2 dikenakan padanya.

Agar lima mentol sedemikian disambungkan dengan cara yang sama untuk terbakar, voltan mestilah sama dengan 10.

Apabila dua mentol yang sama yang disambungkan secara bersiri antara satu sama lain dinyalakan (kerana mentol biasanya disambungkan dalam kalungan pokok Krismas), voltan ialah 4.

Dalam semua kes yang dipertimbangkan, arus elektrik dengan magnitud yang sama melalui setiap mentol dan voltan yang sama digunakan pada setiap daripada mereka, yang merupakan sebahagian daripada jumlah voltan (voltan bateri), yang berbeza dalam setiap contoh individu.

Biarkan sungai mengalir ke dalam tasik. Dengan syarat, kita akan mengambil paras air di tasik sebagai sifar. Kemudian paras alur sungai berhampiran pokok kedua berhubung dengan paras air di tasik adalah sama dengan 1 m, dan paras alur sungai berhampiran dengan ketiga. pokok akan menjadi 2 m. Paras saluran berhampiran pokok ketiga adalah 1 m lebih tinggi daripada parasnya berhampiran pokok kedua, i.e. antara pokok ini adalah sama dengan 1 m.

Perbezaan dalam tahap saluran diukur dalam unit panjang, contohnya, seperti yang kita lakukan, dalam meter. Dalam kejuruteraan elektrik, paras dasar sungai pada sebarang titik berkenaan dengan paras sifar tertentu (dalam contoh kami paras air tasik) sepadan dengan potensi elektrik.

Perbezaan keupayaan elektrik dipanggil voltan. Potensi elektrik dan voltan diukur dengan unit yang sama—volt, disingkatkan dengan huruf c. Oleh itu, unit untuk mengukur voltan elektrik ialah volt.

Alat pengukur khas yang dipanggil voltmeter (V) digunakan untuk mengukur voltan elektrik.

Sumber arus elektrik seperti bateri diketahui secara meluas. Satu sel yang dipanggil bateri asid plumbum (di mana plat plumbum direndam dalam larutan akueus asid sulfurik) apabila dicas mempunyai voltan kira-kira 2 volt.

Bateri anod, yang digunakan untuk menghidupkan radio bateri dengan arus elektrik, biasanya terdiri daripada beberapa dozen sel galvanik kering, setiap satu dengan voltan kira-kira 1.5 V.

Unsur-unsur ini disambungkan secara berurutan (iaitu, tambah elemen pertama disambungkan ke tolak kedua, tambah kedua - kepada tolak ketiga, dsb.). Dalam kes ini, jumlah voltan bateri adalah sama dengan jumlah voltan sel yang mana ia terdiri.

Oleh itu, bateri 150 V mengandungi 100 sel sedemikian yang disambungkan secara bersiri antara satu sama lain.

Dalam soket rangkaian lampu dengan voltan 220 V, anda boleh memasangkan satu mentol pijar yang direka untuk voltan 220 V atau 22 lampu pokok Krismas yang serupa yang disambungkan secara bersiri, setiap satunya direka untuk voltan 10 V.Dalam kes ini, setiap mentol hanya akan mempunyai 1/22 voltan talian, iaitu, 10 volt.

Voltan yang bertindak pada peranti elektrik tertentu, dalam kes kami mentol lampu, dipanggil penurunan voltan. Jika mentol 220 V menggunakan arus yang sama seperti mentol 10 V, maka jumlah arus yang dikeluarkan dari rangkaian oleh garland akan sama besarnya dengan arus yang mengalir melalui mentol 220 V.

Daripada apa yang telah diperkatakan, adalah jelas bahawa, sebagai contoh, dua mentol 110 volt yang serupa boleh disambungkan ke rangkaian 220 V, disambung secara bersiri antara satu sama lain.

Adalah mungkin untuk memanaskan tiub radio yang direka untuk voltan 6.3 V, sebagai contoh, dari bateri yang terdiri daripada tiga sel yang disambungkan secara bersiri; lampu yang direka untuk voltan filamen 2 V boleh dikuasakan oleh satu sel.

Voltan filamen tiub elektrik radio ditunjukkan dalam bentuk bulat pada permulaan simbol lampu: 1.2 V — dengan nombor 1; 4.4 dalam - nombor 4; 6.3 dalam - nombor 6; 5 c - nombor 5.

Untuk punca menyebabkan arus elektrik

Jika dua kawasan permukaan bumi, walaupun berjauhan, terletak pada aras yang berbeza, maka aliran air boleh berlaku. Air akan mengalir dari titik tertinggi ke titik terendah.

Begitu juga arus elektrik. Ia boleh mengalir hanya jika terdapat perbezaan tahap elektrik (potensi). Pada peta cuaca, tahap barometrik tertinggi (tekanan tinggi) ditandakan dengan tanda "+" dan tahap terendah dengan tanda "-".

Tahap akan dijajarkan mengikut arah anak panah. Angin akan bertiup ke arah kawasan yang mempunyai aras barometrik paling rendah. Apabila tekanan menyamai, pergerakan udara akan berhenti. Oleh itu, aliran arus elektrik akan terhenti jika potensi elektrik menyamai.

Semasa ribut petir terdapat penyamaan potensi elektrik antara awan dan tanah atau antara awan. Muncul dalam bentuk kilat.

Terdapat juga perbezaan potensi antara terminal (tiang) setiap sel galvanik atau bateri. Oleh itu, jika anda melampirkan, sebagai contoh, mentol lampu kepadanya, maka arus akan mengalir melaluinya. Dari masa ke masa, beza keupayaan berkurangan (penyamaan potensi berlaku) dan jumlah arus yang mengalir juga berkurangan.

Jika anda memasangkan mentol lampu ke dalam sesalur kuasa, maka arus elektrik juga akan mengalir melaluinya, kerana terdapat perbezaan potensi antara soket alur keluar. Walau bagaimanapun, tidak seperti sel galvanik atau bateri, perbezaan potensi ini dikekalkan secara berterusan — selagi loji kuasa sedang berjalan.

Tenaga elektrik

Terdapat hubungan rapat antara voltan elektrik dan arus. Jumlah kuasa elektrik bergantung kepada jumlah voltan dan arus. Mari kita jelaskan ini dengan contoh berikut.

Ceri jatuh dari ketinggian rendah: Ketinggian rendah - ketegangan sedikit. Daya hentaman rendah — kuasa elektrik rendah.

Sebiji kelapa jatuh dari ketinggian yang kecil (berbanding dengan tempat anak lelaki itu memanjat): Objek besar - arus besar. Ketinggian rendah - tekanan rendah. Daya impak yang agak tinggi — kuasa yang agak tinggi.

Pasu bunga kecil jatuh dari ketinggian yang tinggi: Objek kecil ialah arus kecil. Ketinggian musim luruh yang hebat adalah tekanan yang hebat. Daya impak tinggi — kuasa tinggi.

Salji salji jatuh dari ketinggian yang tinggi: Jisim salji yang besar — ​​arus yang besar. Ketinggian musim luruh yang hebat adalah tekanan yang hebat. Kuasa pemusnah besar runtuhan salji adalah kuasa elektrik yang hebat.

Pada arus tinggi dan voltan tinggi, kuasa elektrik yang besar diperolehi.Tetapi kuasa yang sama boleh diperolehi dengan arus yang lebih tinggi dan voltan yang sama lebih rendah atau, sebaliknya, dengan arus yang lebih rendah dan voltan yang lebih tinggi.

Kuasa elektrik arus terus adalah sama dengan hasil voltan dan nilai arus. Kuasa elektrik dinyatakan dalam watt dan dilambangkan dengan huruf W.

Telah dikatakan bahawa aliran air pada magnitud tertentu boleh memacu satu kilang, dua kali aliran - dua kilang, empat kali aliran - empat kilang, dan lain-lain, walaupun pada hakikatnya penurunan air (voltan) akan sama. .

Angka tersebut menunjukkan aliran air yang kecil (bersamaan dengan arus elektrik) yang memutarkan roda empat kilang kerana fakta bahawa titisan air (bersamaan dengan voltan elektrik) cukup besar.

Roda empat kilang ini boleh berputar dengan dua kali ganda aliran air pada separuh ketinggian kejatuhan. Kemudian kilang akan disusun sedikit berbeza, tetapi hasilnya akan sama.

Rajah berikut menunjukkan dua lampu disambung secara selari dengan rangkaian lampu 110V. Arus 1 A mengalir melalui setiap satu.Arus yang mengalir melalui kedua-dua lampu itu ialah sejumlah 2 ampere.

Hasil daripada nilai voltan dan arus menentukan kuasa yang digunakan oleh lampu ini daripada rangkaian.

110V x 2a = 220W.

Jika voltan rangkaian lampu ialah 220 V, lampu yang sama mesti disambung secara bersiri, bukan selari (seperti dalam contoh sebelumnya), supaya jumlah penurunan voltan padanya adalah sama dengan voltan rangkaian. Arus yang mengalir dalam kes ini melalui dua lampu ialah 1 A.

Hasil daripada nilai voltan dan arus yang mengalir melalui litar akan memberi kita kuasa yang digunakan oleh lampu ini 220 V x 1a = 220 W, iaitu, sama seperti dalam kes pertama.Ini boleh difahami, kerana dalam kes kedua, arus yang diambil dari rangkaian adalah dua kali kurang, tetapi dua kali voltan dalam rangkaian.

Watt, kilowatt, kilowatt jam

Sebarang peranti atau mesin elektrik (loceng, mentol lampu, motor elektrik, dsb.) menggunakan sejumlah tenaga elektrik daripada rangkaian lampu.

Peranti khas yang dipanggil wattmeter digunakan untuk mengukur kuasa elektrik.

Kuasa, sebagai contoh, lampu pencahayaan, motor elektrik, dsb., boleh ditentukan tanpa bantuan meter watt, jika voltan sesalur dan jumlah arus yang mengalir melalui pengguna tenaga elektrik yang disambungkan ke sesalur kuasa adalah diketahui.

Begitu juga, jika penggunaan kuasa grid dan voltan grid diketahui, maka jumlah arus yang mengalir melalui pengguna boleh ditentukan.

Sebagai contoh, rangkaian lampu 110 volt termasuk lampu 50 watt. Apakah arus yang mengalir melaluinya?

Oleh kerana hasil darab voltan yang dinyatakan dalam volt dan arus yang dinyatakan dalam ampere adalah sama dengan kuasa yang dinyatakan dalam watt (untuk arus terus), maka selepas membuat pengiraan terbalik, iaitu, bahagikan bilangan watt dengan bilangan volt ( voltan sesalur), kita mendapat jumlah arus dalam ampere yang mengalir melalui lampu,

a = w / b,

arus ialah 50 W / 110 V = 0.45 A (lebih kurang).

Oleh itu, arus kira-kira 0.45 A mengalir melalui lampu, yang menggunakan 50 W tenaga dan disambungkan kepada rangkaian elektrik 110 V.

Jika candelier dengan empat mentol 50 watt, lampu meja dengan satu mentol 100 watt dan seterika 300 watt dimasukkan ke dalam rangkaian pencahayaan bilik, maka kuasa semua pengguna tenaga ialah 50 W x 4 + 100 W + 300 W = 600 W.

Oleh kerana voltan sesalur ialah 220 V, arus elektrik bersamaan dengan 600 W / 220 V = 2.7 A (kira-kira) mengalir melalui wayar lampu biasa yang sesuai untuk bilik ini.

Biarkan motor elektrik menggunakan 5000 watt kuasa daripada rangkaian, atau, seperti yang mereka katakan, 5 kilowatt.

1000 watt = 1 kilowatt, sama seperti 1000 gram = 1 kilogram. Kilowatt disingkatkan sebagai kW. Oleh itu, kita boleh mengatakan tentang motor elektrik bahawa ia menggunakan kuasa 5 kW.

Untuk menentukan berapa banyak tenaga yang digunakan oleh mana-mana peranti elektrik, adalah perlu untuk mengambil kira tempoh masa tenaga itu digunakan.

Jika mentol lampu 10 watt menyala selama dua jam, maka penggunaan tenaga elektrik ialah 100 watt x 2 jam = 200 watt-jam atau 0.2 kilowatt-jam. Jika mentol lampu 100 watt menyala selama 10 jam, maka jumlah tenaga yang digunakan ialah 100 watt x 10 jam = 1000 watt-jam atau 1 kilowatt-jam. Jam kilowatt disingkatkan sebagai kWj.

Terdapat banyak lagi perkara yang menarik dalam buku ini, tetapi walaupun contoh-contoh ini menunjukkan betapa bertanggungjawab dan ikhlas pengarang pada masa itu mendekati karya mereka, terutamanya dalam hal mengajar kanak-kanak.