Kas on võimalik oma elu ette kujutada ilma elektrita? Kaasaegne inimene on end tihed alt ümbritsenud kodumasinatega, mis elus aitavad. Me ei kujuta ennast ja oma elu enam ette ilma tarkade kodudeta.
Tehnoloogia läheb üha enam üle elektri kasutamisele. Isegi transport viiakse järk-järgult üle elektrimootoritele, mis võib vähendada olulist kahju loodusele.
Püüame täna vastata järgmistele küsimustele:
- Mis on elektrivool?
- Mis on elektripinge?
- Kuidas pinget määrata?
- Milles mõõdetakse pinget?
Mis on praegu?
Elektri uurimise koidikul saadi see ühe keha teise vastu hõõrudes. Suurema laenguvaru saaks äikese ajal loomuliku lahenduse – välgu – abil. On teada, et see meetod maksis M. V. Lomonossovi - Richteri õpilase elu.
Laengut ennast on raske ja ebaratsionaalne kasutada. On vaja saada selle suunatud liikumine - elektrivool. Praegused omadused:
- juhi soojendamine;
- keemiline toime;
- mehaaniline tegevus;
- magnetiline tegevus.
Neid kasutatakse igapäevaelus ja tehnoloogias. Voolu olemasolu vajalik tingimus on vooluallika olemasolu, vabad elektrilaengud ja suletud juht.
Taust
1792. aastal hakkasid kuulus itaalia füüsik, füsioloog ja leiutaja Alessandro Volta huvi tundma oma kaasmaalase Luigi Galvani järelduste vastu loomaorganite vooluimpulsside olemuse kohta. Metallkonksudele kinnitatud konnajalgade käitumise pikaajaline jälgimine võimaldas tal järeldada, et elektrienergia allikaks ei ole elusorganism, vaid erinevate metallide kokkupuude. Just see asjaolu aitab kaasa elektrivoolule ja närvilõpmete reaktsioon on ainult voolu füsioloogiline mõju.
Ainulaadne avastus viis maailma esimese alalisvooluallika loomiseni, mida nimetatakse Voltaic sambaks. Erinevad metallid (Volta väitis, et need tuleks keemiliste elementide seeriana üksteisest eemaldada) asetatakse vedela "teist tüüpi juhiga" immutatud paberiga.
See seade oli esimene pideva pinge allikas. Elektripinge ühik jäädvustas Alessandro Volta nime.
Alalisvoolu toiteallikas
Elektriahela põhielement on vooluallikas. Selle eesmärk on tekitada elektriväli, mille mõjul satuvad vaba laenguga osakesed (elektronid, ioonid) suunatud liikumisse. Kogunenudallikalaengute üksikutel elementidel (neid nimetatakse poolusteks) on erinevad märgid. Laeng ise jaotub allika sees ümber mitteelektriliste jõudude (mehaaniline, keemiline, magnetiline, termiline jne) toimel. Vooluallikast väljapoole jäävate pooluste tekitatud elektriväli teeb laengu liigutamise tööd kinnises juhis. Alessandro Volta rääkis vajadusest alalisvoolu tekitamiseks suletud vooluringi järele.
Kuna laeng liigub allikates mitteelektriliste jõudude toimel, võib väita, et need jõud töötavad. Nimetagem neid autsaideriteks. Välisjõudude töö suhet laengu ülekandmisel vooluallika sees laengu suurusesse nimetatakse elektromotoorjõuks.
Selle suhte matemaatiline tähistus:
- Ε=Ast: q,
kus E on elektromotoorjõud (EMF), Aston välisjõudude töö, q on allikas välisjõudude poolt kantud laeng.
EMF iseloomustab allika võimet tekitada voolu, kuid allika põhiomaduseks peetakse mõnikord elektripinget (potentsiaalide erinevust).
Pinge
Juhi laengu liigutamiseks tehtava välja töö ja laengu suuruse suhet nimetatakse elektripingeks.
Selle määramiseks peate jagama põllutöö väärtuse laengu väärtusega. Olgu A töö, mida vooluallika elektrivälja teeb laengu q liigutamiseks. U - elektripinge. Vastava valemi matemaatiline märge:
U=A: q
Nagu igal füüsikalisel suurusel, on ka pingel mõõtühik. Kuidas pinget mõõdetakse? Maailma esimese alalisvooluallika leiutaja Alessandro Volta nime järgi anti sellele väärtusele oma mõõtühik. Rahvusvahelises süsteemis mõõdetakse pinget voltides (V).
Pinge 1 V on elektrivälja pinge, mis töötab 1 J, et liigutada laengut 1 C.
V=J/C=N•m/(A•s)=kg•m/(A•s3).
SI põhiühikutes on elektripinge ühik:
kg•m/(A•s3).
Nõutav väärtus
Miks ei piisa voolu iseloomustamisel voolutugevuse mõiste kasutuselevõtust? Teeme mõtteeksperimendi. Võtame kaks erinevat lampi: tavaline majapidamislamp ja lamp taskulambist. Kui ühendate need erinevate vooluallikatega (linnavõrk ja aku), saate täpselt sama vooluväärtuse. Samal ajal annab majapidamislamp rohkem valgust, see tähendab, et voolu töö selles on palju suurem.
Erinevatel vooluallikatel on erinev pinge. Seetõttu on see väärtus oluline.
Kasulik analoogia
Elektripinge füüsilise tähenduse mõistmine tuleneb huvitavast analoogiast. Ühenduvates anumates voolab vedelik torust torusse, kui neis on rõhuerinevus. Võrdsuse korral vedelikuvool peatubsurvet.
Kui võrrelda vedeliku voolu elektrilaengu vooluga, siis mängib vedelikusammaste rõhuerinevus sama rolli kui vooluallika potentsiaalide erinevus.
Kuni poolustel laengu ümberjaotumisega kaasnevad protsessid toimuvad vooluallika sees, on see võimeline tekitama juhis voolu. Elektrivoolu pinget mõõdetakse voltides, rõhuerinevusel on mõõtühik – pascal.
Vahelduvvool
Perioodiliselt suunda muutvat elektrivoolu nimetatakse muutuvaks. Selle loob vahelduvpinge allikas. Enamasti on see generaator. Proovime selgitada: mis on vahelduvpinge mõõtmine?
Voolu genereerimise põhimõte põhineb elektromagnetilise induktsiooni nähtusel. Suletud vooluringi pöörlemine magnetväljas toob kaasa potentsiaalsete erinevuste ilmnemise juhis. Pinge mõõdetakse voltides ja muutuva voolu korral.
Kas võib väita, et pinge ei muutu? Ilmselgelt muutub genereeritud pinge aja jooksul kontuuri tasapinna ja selle normaalse vahelise nurga muutumise tõttu. Selle väärtus kasvab nullist mingi maksimumväärtuseni, seejärel langeb uuesti nullini. Teatud väärtusest pole vaja rääkida. Sisestage nn efektiivse pinge väärtus:
- Ud=U: √2.
Milline seade mõõdab pinget?
Seade elektripinge mõõtmiseks – voltmeeter. Selle tööpõhimõte põhineb vooluahela koostoimel voolu ja magnetväljagapüsimagnet. On teada, et vooluahel pöörleb magnetväljas. Sõltuv alt vooluhulgast vooluringis muutub pöördenurk.
Kui kinnitate ahelale noole, siis see kaldub nullist kõrvale, kui vooluringis (tavaliselt mähises) voolab vool. Sõltuv alt sellest, milles pinget mõõdetakse, on seadme skaala gradueeritud. Võimalik on kasutada alam- ja kordi.
Madalate väärtuste korral mõõdetakse elektripinget millivoltides või mikrovoltides. Vastupidi, kõrgepingevõrkudes kasutatakse mitut seadet.
Iga voltmeeter on ühendatud paralleelselt vooluringi selle osaga, kus pinget mõõdetakse. Seadme vooluahela peamist omadust võib nimetada suureks oomiliseks takistuseks. Voltmeeter, olenemata sellest, millises pinges mõõdetakse, ei tohiks mõjutada voolutugevust vooluringis. Sellest juhitakse läbi väike vool, mis põhiväärtust oluliselt ei mõjuta.
Pingetabel
| Füüsiline seade | Pinge selle kontaktidel, V |
| Voldipoolus | 1, 1 |
| Taskulambi aku | 1, 5 |
| Leelispatarei | 1, 25 |
| Happeaku | 2 |
| Linnavõrk | 220 |
| Kõrgepingeelektriliinid | 500 000 |
| Pilvede vahel äikesetormis | Kuni 100 000 000 |
Voltmeetri praktiline rakendus
Voltmeetri tõhusaks kasutamiseks peaksite õppima, kuidas seda kasutada. Uudishimulikul katsetajal võib soovitada võtta ühendust kooliõpetajatega.
Kooli füüsikakabinetid on varustatud labori- ja näidisinstrumentidega pingete mõõtmiseks.
Kasutage mis tahes voltmeetrit ettevaatlikult, järgides lihtsaid reegleid:
- Voltmeetril on maksimaalne mõõtepiirang. See on tema skaala kõrgeim väärtus. Ärge ühendage seda vooluringiga, mis sisaldab kõrgema pingega elementi.
- Kui muud allikat või voltmeetrit pole, võite kasutada lisatakistuse süsteemi. Sel juhul tuleb muuta ka voltmeetri skaalat.
- Elektriseadmed ühendatakse alalisvooluahelaga olenev alt laadimismärgi näidustustest selle klemmidel. Vooluallika positiivne klemm tuleb ühendada voltmeetri positiivse klemmiga, negatiivne klemm negatiivse klemmiga. Segamisel võivad seadme nooled painduda, mis on väga ebasoovitav.
- Kõik ühendused tehakse eranditult pingevaba vooluringiga.
Ebatervislik
Elektrivoolu toime võib olla inimestele ohtlik. Alla 24 V loetakse kahjutuks.
Voolu mõju linnavõrgu pinge all (220 V) on üsna märgatav. Paljaste kontaktide puudutamisega kaasneb märkimisväärne "šokk".
Pinge äikese ajal läbib inimkeha nii suure voolu, et ähvardab teda tappa. Ärge riskige oma elu ja tervisega.
