Электричество для детей — что такое электричество и откуда оно берется?
Представьте, вы с ребенком собрались просмотреть мультфильм или познавательную передачу, улеглись на диван и вдруг ваше чадо спрашивает: «А от чего работает телевизор/телефон/планшет?» Вроде бы ответ простой — от электричества, но не нужно быть Нострадамусом, чтобы предугадать следующий вопрос, который поступит от ребенка: «А откуда берется электричество?» И здесь у многих родителей наступает ступор, в особенности у тех, кто не заканчивал физмат, и их профессия никоим образом не связана с этим направлением.
Конечно, можно ответить так же просто, как и на предыдущий вопрос: «Электричество берется из розетки». Но чтобы ваш ребенок получил полный и раскрытый ответ, причем доступным и понятным языком, без заумных формул и определений, которыми написана большая часть учебников по физике, мы предлагаем задержаться на этой странице и прочитать, возможно, не новую, но полезную и познавательную информацию.
Что такое электричество?
Само слово «электричество», а точнее, «электрическая» сила появилось более 2000 лет назад в Древней Греции.
Люди заметили, что если потереть янтарь о шерсть, то камень начинает притягивать к себе различные предметы небольшого размера. Янтарь на древнегреческом языке именовался «электроном», отсюда и произошло само название.
Но дальше простых экспериментов со статическим электричеством у Древних Греков изучение загадочного феномена не продвинулось. А раскрывать сущность всего явления стали намного позже. Ученые выяснили, что окружающие предметы состоят из элементарных частиц: протонов и электронов. Эти два вида частичек имеют электрический заряд: у электрона он отрицательный, а вот у протона — положительный. Притягиваясь друг к другу, они тесно взаимодействуют и в зависимости от количества протонов и электронов образуют атомы разных материй.
Сами протоны располагаются в ядре атома, а вот электроны вращаются возле них по кругу. Атомы с количеством протонов равным числу электронов имеют нулевой заряд. Например, если камень янтаря лежит сам по себе, и его никто не трогает, то его атомы также имеют нулевой заряд.
Но стоит потереть атомы янтаря об атомы шерсти, как электроны из шерсти мигом переберутся на янтарные, и их «переизбыток» сделает заряд отрицательным. Такой камушек с «новой силой» и начинает притягивать к себе мелкие предметы с нулевым или положительным зарядом, а если у предмета будет отрицательный заряд — он их оттолкнет.
Электрический ток — организованный отряд электронов
Но каким образом электричество живет в розетке, если все настолько рассеянно в этой схеме?
Почти все атомы могут терять и хватать электроны. Так, если у одних их будет избыток, а у других —недостаток, то направляемые электрическими силами электроны устремятся туда, где их не хватает. Вот этот поток и называется электрическим током.
Среди привычных нам понятий электрический ток похож на реку, которая, разливаясь на множество ответвлений, питает электроприборы. Но перед тем, как направить этот поток отрицательно заряженных частиц, их нужно откуда-то взять?
Над этим вопросом бились лучшие умы прошлого тысячелетия, но первым смог сделать прорыв итальянский ученый — Алессандро Вольта, который в 1800 году изобрел первую батарею, получившую название «Вольтов столб», тем самым подарив миру надежный источник постоянной электроэнергии.
В благодарность за такое открытие фамилия ученого была увековечена, и с того времени напряжение тока измеряется в вольтах.
Откуда берется электричество?
Несмотря на то, что «Вольтов столб» и совершил прорыв в науке того времени, за последующие 200 лет была сделана уйма более глобальных открытий и выявлено множество способов добывать электрический ток, для которых построены огромные сооружения и используются новейшие технологии! А теперь по порядку.
ТЭС — тепловая электростанция
Для выработки тока на ТЭС установлен турбоэлектрогенератор, состоящий из:
- неподвижной части — статора в виде двухполярного магнита;
- вращающегося ротора, который обмотан медной проволокой, так как этот металл считается наилучшим и наиболее доступным проводником.
Беспрерывное вращение магнита постоянно меняет полярность (полюса) отчего электроны в проволоке приходят в движение, как в примере с янтарем и шерстью, только в больших масштабах. Но чтобы весь этот механизм работал и вырабатывалось электричество, «что-то» должно крутить огромную турбину.
Для этой цели на ТЭС установлены огромные котлы, которые нагревают воду до 450 ℃, отчего она превращается в пар. Далее под высоким давлением пар поступает из котла на лопасти, закрепленные к ротору, и запускает его в работу с невероятной скоростью — 3000 оборотов в минуту!
АЭС — атомная электростанция
Здесь так же, как и в ТЭС, установлен турбоэлектрогенератор, но вот за нагрев воды отвечает очень опасный, но энергоэффективный Уран-235. Чтобы он выделил тепло, на АЭС построены огромные ядерные реакторы, в которых Уран-235 распадается на мелкие частички, отчего и вырабатывается большое количество энергии, используемой для нагрева воды до состояния пара и запуска турбоэлектрогенератора.
ГЭС — гидроэлектростанция
Более безопасный, но не менее эффективный способ получения энергии. Хотя для него и потребуется соорудить целую цепь гидротехнических сооружений, чтобы создать необходимый напор воды для обеспечения работы турбин электрогенератора. А далее принцип, как и в предыдущих двух электростанциях: крутится ротор и вырабатывается электричество.
Ветряные станции
Выглядят они величественно и красиво, да и с помощью силы ветра еще в древности запускали в работу огромные механизмы, такие как ветряные мельницы.
В современном мире решили усовершенствовать этот механизм и использовать для преобразования механической энергии в электрическую. Принцип следующий: ветер толкает огромные лопасти, которые запускают в работу ротор генератора, а он уже, как мы знаем на примере первых трех электростанций, и вырабатывает ток.
Но таким способом при помощи одного ветрогенератора не обеспечишь электричеством даже небольшой городок, поэтому и устанавливается целая сеть огромных механизмов, состоящая из 100 и более единиц.
Немного истории
Первая в мире электростанция для общественного пользования «Перл Стрит» была построена в Нью-Йорке в 1882 году. Ее спроектировал и установил не кто иной, как Томас Эдисон. И даже не брал плату за пользование вырабатываемой электроэнергией, пока весь механизм не заработал слаженно и без перебоев.
Но «прабабушка» всех станций могла зажечь только 10000 ламп, хотя и по тем временам это было чем-то сверхъестественным. В то же время современные электростанции вырабатывают в тысячи раз больше, обеспечивая электрическим током города с населением в 100000 человек!
Как электрический ток поступает в дома?
После того, как электростанции выработают ток, он по кабелю попадает на распределительную подстанцию для измерения и преобразования. Там же установленные трансформаторы повышают напряжение до 10000 вольт. Благодаря такому напряжению ток с минимальными потерями передается на дальние расстояния с невероятной скоростью, составляющей до 3000 км в секунду!
Потом ток поступает на понижающую подстанцию, где трансформаторы уменьшают напряжение до 220 вольт — стандарт, принятый в РФ. И далее электричество направляется на распределительные сети города, а оттуда — к вам в дом и квартиру. Вот такой непростой путь он проделывает, чтобы зарядить наш телефон, зажечь лампочку или заставить работать холодильник.
Как ток заставляет работать электроприборы?
Но как же у тока получается запустить в работу электрические устройства? Для наглядного понимания возьмем за основу обычную лампу накаливания и вернемся к нашим маленьким частицам.
Когда электроны с невероятной скоростью проходят по спирали лампочки, они постоянно наталкиваются на атомы металла, из которых состоит спираль. Атомы раскачиваются, и их температура сильно поднимается. Таким образом, электрический ток нагревает спираль лампы до 3000 градусов, отчего она начинает светиться. Именно поэтому для спирали не подходит использование любого металла, потому что он просто будет плавиться из-за высокой температуры.
В современных устройствах — мобильных телефонах, телевизорах, микроволновых печах — задействованы более сложные схемы, но принцип остается таким же: из-за быстрого потока частиц атомы проводников нагреваются, отчего и выделяют энергию и запускают в работу приборы.
Не только друг, но и враг!
С его помощью люди:- сделали и ежедневно делают уйму открытий;
- лечат смертельные в прошлом болезни;
- ездят на электротранспорте, не загрязняя окружающую среду выхлопными газами;
- могут путешествовать по миру, узнавать и видеть достопримечательности не выходя из дома!
Всей пользы электричества просто не описать в одной статье!
Но при всем этом ток может быть и опасным и в долю секунды забрать жизнь любого живого существа.
Кстати, любопытный факт. Птицы, которые сидят на высоковольтных проводах, не получают разряда из-за того, что принимают такое же напряжение, как и в самом кабеле. Дело в том, что они сидят только на одной фазе, но если вдруг хвостом или другой частью тела птица коснется земли, столба или другого провода, то ток сразу же ее ударит.
Правила безопасного обращения с электричеством для детей
Маленькие дети не понимают всей опасности обращения с электричеством. Конечно, речь сейчас идет не об игрушках, питающихся от батареек напряжением в 12 вольт, а об опасном и сильном «звере», живущем в розетках.
Поэтому малышей нельзя оставлять вблизи розеток без специальных заглушек, да еще и без родительского присмотра.
Для более взрослых детей стоит провести беседу и объяснить следующие правила. Нельзя:
- Ставить или вешать посторонние предметы на провод прибора.
- Закручивать кабель в узлы.
- Пользоваться грязным проводом.
- Использовать электроприбор вблизи источников тепла: батарей, плит, духовых шкафов и т. п.
- Включать несколько мощных устройств одновременно в одну розетку. Покажите ребенку, где и как можно посмотреть мощность, или сами заранее составьте список, что с чем можно включать, а что — нет.
- Использовать или пытаться починить сломанный электроприбор, в том числе если нарушена изоляция (целостность) кабеля, повреждена вилка и т. п.
- Браться мокрыми руками за прибор или кабель.
- Тянуть за шнур (нужно выключать прибор из розетки, держась за вилку).
Также могут возникнуть непредвиденные ситуации:
- искры из розетки;
- дым от кабеля или прибора;
- запах гари и т.
п.
п.На этот случай необходимо показать ребенку, где находится электрический щиток и как его выключить, и объяснить, что после отключения электричества нужно обязательно позвонить кому-то из взрослых.
И в заключение
Мы живем в прекрасное время, когда с помощью электричества создаются невероятные вещи, делающие нашу жизнь комфортной и безопасной. Чтобы оставить нам этот бесценный дар, многие ученые положили десятилетия своей жизни на его изучение. А с нашей стороны требуется всего лишь малость — научить детей правилам обращения с электричеством и подать им правильный пример, чтобы все труды лучших умов были использованы лишь на благо человечества!
Курсы по физике для детей 7-14 лет
Обучаем физике и естественным наукам в увлекательном игровом формате.
узнать подробнееЭлектрический ток, откуда он берется и как добирается до наших домов? ⋆ Geoenergetics.ru
Уважаемые читатели и просто посетители нашего журнала! Мы достаточно много и довольно подробно пишем о том, какими способами, при помощи каких именно энергетических ресурсов, производится электроэнергия на электростанциях.
Атом, газ, вода – были нашими с вами «героями», разве что до альтернативных , «зеленых» вариантов еще не успели добраться. Но, если присмотреться внимательно, рассказы были далеко не полными. Еще ни разу мы не пробовали отследить детально путь электроэнергии от турбины до наших с вами розеток, с тропинками на освещение наших населенных пунктов и дорог, на обеспечение работы многочисленных насосов, обеспечивающих комфорт наших с вами жилищ.Дороги и тропинки эти отнюдь не просты, порой извилисты и многократно меняют направление, но знать, как они выглядят – обязанность каждого культурного человека XXI века. Века, облик которого во многом определяет покорившаяся нам электроэнергия, которую мы научились преобразовывать так, чтобы были удовлетворены все наши потребности – как в промышленности, так и в частном пользовании. Ток в проводах линий электропередач и ток в батарейках наших гаджетов – очень разные токи, но они остаются все тем же электричеством. Какие усилия приходится прилагать электроэнергетикам, инженерам, чтобы обеспечить мощнейшие токи сталеплавильных заводов и маленькие, крошечные токи, допустим, наручных часов? Сколько работы приходится проделывать всем тем, кто поддерживает систему преобразований, передачи и распределения электроэнергии, какими такими методами обеспечена стабильность этой системы? Чем «Системный Оператор» отличается от «Федеральной Сетевой Компании», почему обе этих компании были, есть и будут в России не частными а государственными?
Вопросов очень много, ответы на них надо знать, чтобы более менее представлять, зачем нам так много энергетиков и чем же они, грубо говоря, занимаются? Мы ведь настолько привыкли, что с электричеством в домах и в городах все в полном порядке, что про электроинженеров вспоминаем только тогда, когда что-то вдруг перестает работать, когда мы выпадаем из зоны привычного уровня комфорта.
Темно и холодно – вот только тогда мы с вами и говорим об энергетиках, причем говорим такие слова, которые мы печатать точно не будем.
Мы уверены, что нам откровенно повезло – взяться за эту не простую, нужную, да еще и огромную тему согласился настоящий профессионал. Просим любить и жаловать – Дмитрий Таланов, Инженер с большой буквы. Знаете, есть такая страна – Финляндия, в которой звание инженера настолько значимо, что в свое время ежегодно издавался каталог с перечнем специалистов, его имеющих. Хотелось бы, чтобы и в России когда-нибудь появилась такая славная традиция, благо в наш электронно-интернетный век завести такой ежегодно обновляемый каталог намного проще.
Статья, которую мы предлагаем вашему вниманию по инженерному коротка, точна и емка. Конечно, обо всем, что написал Дмитрий, можно рассказать намного подробнее, и в свое время наш журнал начал цикл статей о том, как в XIX веке происходило покорение электричества.
Георг Ом, Генрих Герц, Андре-Мари Ампер, Алессандро Вольт, Джеймс Ватт, Фарадей, Якоби, Ленц, Грамм, Фонтен, Лодыгин, Доливо-Добровольский, Тесла, Яблочков, Депрё, Эдисон, Максвелл, Кирхгоф, братья Сименсы и братья Вестингаузы – в истории электричества много славных имен, достойных того, чтобы мы о них помнили.
В общем, если кому-то хочется припомнить подробности того, как все начиналось, милости просим, а статья Дмитрия – начало совсем другой истории. Очень надеемся, что она вам понравится, а продолжение статей Дмитрия Таланова мы увидим в самое ближайшее время.
Уважаемого Дмитрия от себя лично – с дебютом, ко всем читателям просьба – не скупитесь на комментарии!
Для чего нам электроэнергия и насколько она помогает нам жить, может узнать каждый, обведя критическим взглядом свое жилище и место работы.
Первое, что бросается в глаза, это освещение. И верно, без него даже 8-часовой рабочий день превратился бы в муку. Добираться до работы во многих мегаполисах и так небольшое счастье, а если придется это делать в темноте? А зимой так и в оба конца! Газовые фонари помогут на главных магистралях, но чуть свернул в сторону, и не видно ни зги. Можно легко провалиться в подвал или яму. А за городом на природе, освещаемой только светом звезд?
Ночное освещение улицы, Фото: pixabay.
com
Удалять жару из офисов, куда с трудом добрался, без электричества тоже нечем. Можно, конечно, открыть окна и обвязать голову мокрым полотенцем, но надолго ли это поможет. Качающим воду насосам тоже нужно электричество, или придется регулярно ходить с ведром на ручную колонку.
Кофе в офисе? Забудьте! Только если всем сразу и не часто, чтобы дым от сгорающего угля не отравил рабочую атмосферу. Или за дополнительную денежку получать из соседнего трактира.
Отправить письмо в соседний офис? Надо взять бумагу, написать письмо от руки, затем ножками отнести его. На другой конец города? Вызываем курьера. В другую страну? А вы знаете, сколько это будет стоить? К тому же ответа не ждите ранее полугода из соседних стран и от года до пяти из-за океана.
Вернулись домой, надо зажечь свечи. Читать при них – мучение для глаз, поэтому придется заняться чем-то другим. А чем? ТВ нет, компьютеров нет, смартфонов – и тех нет, ибо нечем их запитать. Лежи на лавке и гляди в потолок! Хотя рождаемость точно повысится.
К этому следует добавить, что все пластмассы и удобрения сейчас получают из природного газа на заводах, где крутятся тысячи моторов, приводимых в движение всё тем же электричеством. Отсюда список доступных удобрений сильно укорачивается до тех, которые можно приготовить из природного сырья в чанах, размешивая в них ядовитую жижу лопатками с ручным, водяным или паровым приводом. Как результат, сильно сжимается объем производимых продуктов.
О пластмассах – забудьте! Эбонит – наше высшее счастье из длинного списка. А из металлов самым доступным становится чугун. Из медицины на сцену в качестве главного орудия снова выступают стетоскоп и быстро ржавеющий скальпель. Остальное канет в Лету.
Продолжать можно долго, но идея должна быть уже понятна. Нам нужно электричество. Мы можем выжить без него, но что это будет за жизнь! Так откуда же появилось это волшебное электричество?
Открытие электричества
Все мы знаем физическую истину, что ничто никуда бесследно не исчезает, а только переходит из одного состояния в другое.
С этой истиной столкнулся греческий философ Фалес Милетский в VII веке до н. э. обнаружив электричество как вид энергии, натирая кусок янтаря шерстью. Часть механической энергии при этом перешла в электрическую и янтарь (на древнегреческом «электрон») электризовался, то есть приобрел свойства притягивать легкие предметы.
Этот вид электричества сейчас называют статическим, и он нашел себе широкое применение, в том числе в системах очистки газов на электростанциях. Но в Древней Греции ему не нашлось применения и, если бы Фалес Милетский не оставил после себя записей о своих экспериментах, мы бы никогда не узнали, кто был тот первый мыслитель, заостривший свое внимание на виде энергии, являющейся едва ли не самой чистой среди всех, с которыми мы знакомы по настоящий день. Ею также наиболее удобно управлять.
Сам термин «электричество» – то есть «янтарность» – ввел в употребление Уильям Гилберт в 1600 году. С этого времени с электричеством начинают широко экспериментировать, пытаясь разгадать его природу.
Как результат, с 1600 по 1747 годы последовала череда увлекательных открытий и появилась первая теория электричества, созданная американцем Бенджамином Франклином. Он ввел понятие положительного и отрицательного заряда, изобрел молниеотвод и с его помощью доказал электрическую природу молний.
Далее в 1785 происходит открытие закона Кулона, а в 1800 году итальянец Вольта изобретает гальванический элемент (первый источник постоянного тока, предшественник нынешних батарей и аккумуляторов), представлявший собой столб из цинковых и серебряных кружочков, разделённых смоченной в подсоленной воде бумагой. С появлением этого, стабильного по тем временам, источника электричества новые и важнейшие открытия быстро следуют одно за другим.
Майкл Фарадей, читающий рождественскую лекцию в Королевском институте. Фрагмент литографии, Фото: republic.ru
В 1820 году датский физик Эрстед обнаружил электромагнитное взаимодействие: замыкая и размыкая цепь с постоянным током, он заметил цикличные колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника.
А в 1821 году французский физик Ампер открыл, что вокруг проводника с переменным электрическим током образуется переменное электромагнитное поле. Это позволило уже Майклу Фарадею в 1831 году открыть электромагнитную индукцию, описать уравнениями электрическое и магнитное поле и создать первый электрогенератор переменного тока. Фарадей вдвигал катушку с проводом в намагниченный сердечник и в результате в обмотке катушки появлялся электрический ток. Фарадей также придумал первый электродвигатель – проводник с электрическим током, вращающийся вокруг постоянного магнита.
Всех участников «гонки за электричеством» невозможно упомянуть в этой статье, но результатом их усилий явилась доказуемая экспериментом теория, детально описывающая электричество и магнетизм, в соответствии с которой мы производим сейчас всё, что требует электричества для своего функционирования.
Постоянный или переменный ток?
В конце 1880-х годов, еще до появления мировых стандартов на производство, распределение и потребление промышленной электроэнергии, разразилась битва между сторонниками использования постоянного и переменного тока.
Во главе противостоящих друг другу армий встали Тесла и Эдисон.
Оба были талантливыми изобретателями. Разве что Эдисон обладал куда более развитыми способностями к бизнесу и к моменту начала «войны» успел запатентовать множество технических решений, в которых использовался постоянный ток (в то время в США постоянный ток являлся стандартом по умолчанию; постоянным называется ток, направление которого не меняется по времени).
Но была одна проблема: в те времена постоянный ток было очень трудно трансформировать в более высокое или низкое напряжение. Ведь если сегодня мы получаем электроэнергию напряжением 240 вольт, а наш телефон требует 5 вольт, мы втыкаем в розетку универсальную коробочку, которая преобразует что угодно во что угодно в нужном нам диапазоне, используя современные транзисторы, управляемые крошечными логическими схемами с изощренным программным обеспечением. А что можно было сделать тогда, когда до изобретения самых примитивных транзисторов оставалось еще 70 лет? И если по условиям электрических потерь требовалось повысить напряжение до 100’000 вольт, чтобы доставить электроэнергию на расстояние 100 или 200 километров, любые столбы Вольта и примитивные генераторы постоянного тока оказывались бессильны.
Понимая это, Тесла выступал за переменный ток, трансформация которого в любые уровни напряжения не представляла труда и в те времена (переменным считается ток, величина и направление которого периодически меняются со временем даже при неизменном сопротивлении этому току; при частоте сети 50Гц это происходит 50 раз в секунду). Эдисон же, не желая терять патентные отчисления себе, развернул кампанию по дискредитации переменного тока. Он уверял, что этот вид тока особо опасен для всего живого, и в доказательство публично убивал бродячих кошек и собак, прикладывая к ним электроды, соединенные с источником переменного тока.
Эдисон проиграл битву, когда Тесла предложил за 399’000 долларов осветить весь город Буффало против предложения Эдисона сделать то же за 554’000 долларов. В день, когда город осветился электричеством, полученным от станции, расположенной у Ниагарского водопада и вырабатывающей именно переменный ток, компания General Electric выкинула постоянный ток из рассмотрения в своих будущих бизнес-проектах, полностью поддержав своим влиянием и деньгами переменный ток.
Томас Эдисон (США), Рис.: cdn.redshift.autodesk.com
Может показаться, что переменный ток навсегда завоевал мир. Однако у него имеются наследственные болячки, растущие из самого факта переменности. Прежде всего это электрические потери, связанные с потерями в индуктивной составляющей проводов ЛЭП, которые используются для передачи электроэнергии на большие расстояния. Эти потери в 10-20 раз превышают возможные потери в тех же самых ЛЭП в случае протекания по ним постоянного тока. Плюс сказывается повышенная сложность синхронизации узлов энергосистемы (для пущего понимания, скажем, отдельных городов), ведь для этого требуется не только выровнять напряжения узлов, но и их фазу, ибо переменный ток представляет собой волну синусоиды.
Отсюда видна и значительно большая приверженность к «качаниям» узлов по отношению к друг другу, когда напряжение-частота начинают меняться вверх-вниз, на что обычный потребитель обращает внимание, когда у него в квартире мигает свет.
Обычно это предвестник конца совместной работы узлов: связи между ними рвутся и какие-то узлы оказываются с дефицитом энергии, что ведет к снижению в них частоты (т.е. к снижению скорости вращения тех же электродвигателей и вентиляторов), а какие-то с избытком энергии, приводящем к опасному повышению напряжения по всему узлу, включая наши розетки с подключенными к ним устройствам. А при достаточно большой длине ЛЭП, что, к примеру, критично для РФ, начинают проявляться и другие портящие настроение электрикам эффекты. Не вдаваясь в детали, можно указать, что передавать электроэнергию переменного тока по проводам на сверхдальние расстояния становится трудно, а иногда и невозможно. Для сведения, длина волны частотой 50 Гц составляет 6000 км, и при приближении к половине этой длины – 3000 км – начинают сказываться эффекты бегущих и стоячих волн плюс эффекты, связанные с резонансом.
Эти эффекты отсутствуют при использовании постоянного тока. А значит, повышается стабильность работы энергосистемы в целом.
Принимая это во внимание, а также то, что компьютеры, светодиоды, солнечные панели, аккумуляторы и многое другое используют для своей работы именно постоянный ток, можно заключить: война с постоянным током еще не проиграна. Современным преобразователям постоянного тока на любые используемые сегодня мощности и напряжения осталось совсем немного, чтобы сравняться в цене с привычными человечеству трансформаторами переменного тока. После чего, видимо, начнется триумфальное шествие по планете уже постоянного тока.
Фото: itc.ua
советов по поиску тока в цепи | Блог Advanced PCB Design
Одна из моих предыдущих поездок за границу едва не закончилась катастрофой. Как дотошный человек, я всегда держал свой паспорт рядом с собой. Прежде чем вы задумаетесь, нет, я потерял не паспорт, а квитанцию о прибытии, которую я должен был вернуть в иммиграционную службу перед посадкой на рейс.
Мне потребовалось 30 минут лихорадочных поисков, прежде чем я нашел листок в куче квитанций.
Я понятия не имею, как это закончилось среди квитанций, и как я закончил тем, что потратил почти все свои деньги, что привело к этой толстой стопке квитанций.
К счастью, мне не пришлось проходить многочасовые допросы в иммиграционном отделе. Точно так же у вас могут возникнуть различные проблемы, если вы забудете рассчитать ток в своей цепи, особенно когда это имеет решающее значение для функциональности конструкции.
Нельзя обсуждать расчет силы тока, не упомянув самые основные законы электроники: закон Ома. Закон Ома обозначает соотношение между напряжением, током и сопротивлением. Вы должны быть знакомы с уравнением V = IR.
Из уравнения можно легко получить значение тока, разделив напряжение на сопротивление или:
I = V/R.
Это базовая электроника, которую вы должны знать еще до того, как начнете чертить схему. Расчет выглядит простым, когда у вас есть простая схема с одним элементом напряжения и резистором.
В более сложной схеме, где у вас есть набор последовательных и параллельных конфигураций, вам необходимо проанализировать схему между узлами.
Расчет делителя напряжения будет полезен при определении напряжения, которое падает между двумя узлами. Это также помогает понять, что электрический ток разделяется на разные ветви в зависимости от сопротивления отдельной ветви.
Расчет тока для конденсатора и катушки индуктивности
Как бы ни был полезен закон Ома, он применим только к резистивным нагрузкам в цепи. Если у вас есть конденсатор и катушка индуктивности, вам нужно будет по-другому подойти к анализу схемы. В цепи постоянного тока, где источником напряжения является сигнал постоянного тока, применяются следующие правила:
Однако приведенные выше допущения перестают быть верными, когда сигналы переменного тока подаются на конденсаторы и катушки индуктивности.
Ток, протекающий через конденсатор от синусоидального напряжения, накапливается в виде заряда и определяется по следующей формуле:
I = C (dv/dt)
Из уравнения видно, что конденсатор проходит непрерывную серию зарядов и разрядов при подаче переменного напряжения.
Конденсаторы ведут себя по-разному при анализе постоянного и переменного тока.
Что касается катушки индуктивности, расчет несколько сложнее из-за характеристики компонента. Катушки индуктивности создают силу, противодействующую протекающему через них току, и ток рассчитывается по формуле:
I = 1/L ∫vdt
При построении графика зависимости тока от напряжения для конденсаторов и катушек индуктивности вы заметите, что оба параметра не совпадают по фазе на 90 градусов.
Определение тока для нелинейных цепей
Было бы ошибкой упускать из виду расчет тока для нелинейных компонентов. Резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности являются линейными компонентами, что означает, что результирующий ток пропорционален приложенному напряжению.
Нелинейные компоненты имеют непропорциональную ВАХ, в которой нельзя определить значение тока по одной формуле.
Диоды представляют собой нелинейные компоненты, в которых ток не пропорционален приложенному напряжению.
Транзисторы, варисторы и стабилитроны являются некоторыми примерами нелинейных компонентов. Когда эти компоненты помещаются в цепь, вам необходимо учитывать, как нелинейная кривая ВАХ повлияет на протекание тока к другим компонентам.
Важно знать силу тока, протекающего в цепи, если вы работаете с печатной платой. Величина тока будет определять толщину и ширину дорожки печатной платы. Это очень важно, когда вы имеете дело с мощными конструкциями.
Работа с набором инструментов компоновки и опций анализа от Cadence поможет решить любую из ваших текущих задач проектирования на одном дыхании.
Однако расчет тока вручную может быть утомительным, и даже опытные проектировщики допускают ошибки. Поэтому полезно, если вы используете программное обеспечение для печатных плат, такое как OrCAD PCB Designer, которое оснащено симулятором SPICE. Проверка расчетов сведет к минимуму ошибки.
Если вы хотите узнать больше о том, как у Cadence есть решение для вас, обратитесь к нам и нашей команде экспертов.
Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.
Подпишитесь на LinkedIn Посетите вебсайт Больше контента от Cadence PCB Solutions
OrCAD
Начать бесплатную пробную версию
Формула тока — Формула и уравнение электрического тока
Формула тока получена из закона Ома.
Ток определяется как поток электронов в электрической цепи. Поток электронов происходит за счет разности потенциалов. Ток также известен как скорость изменения заряда во времени. Ток представлен I, а единицей силы тока в системе СИ является Ампер. Давайте изучим применение формулы электрического тока в разделе ниже.
Какая текущая формула?
Закон Ома гласит, что напряжение (V) на проводнике равно произведению тока (I), протекающего через него, на сопротивление (R) проводника. По закону Ома сила тока есть отношение разности потенциалов (напряжения) и сопротивления. Таким образом, формула электрического тока имеет вид: I = V/R
, где
- I представляет ток в амперах (А),
- В — разность потенциалов в Вольтах (В)
- R — сопротивление в Ом (Ом).
Это уравнение тока можно использовать для расчета тока в цепи, если известны напряжение и сопротивление, или для расчета тока или сопротивления, если известны два других значения.
Давайте посмотрим на применение текущей формулы в следующем разделе решенных примеров.
Хотите найти сложные математические решения за считанные секунды?
Воспользуйтесь нашим бесплатным онлайн-калькулятором, чтобы решить сложные вопросы. С Cuemath находите решения простыми и легкими шагами.
Закажите бесплатный пробный урок
Примеры с использованием формулы тока
Пример 1: В электрической цепи разность потенциалов и сопротивление задаются как 20 В и 4 Ом соответственно. Вычислите ток, протекающий в цепи.
Решение:
Найти: Ток (I), протекающий в цепи.
Дано:
В = 20 В, R = 4 Ом
Используя уравнение тока,
I = V/R
I = 20/4
I = 5
Ответ: Сила тока в цепи составляет 5 ампер.
Пример 2: Суммарный ток, протекающий по электрической цепи, составляет 50 А, а сопротивление проводов составляет 14 Ом.
Найдите разность потенциалов.
Решение:
Чтобы найти разность потенциалов:
Дано:
I = 50 А, R = 14 Ом
Используя формулу электрического тока
I = V/R 9000 3
50 = В/14
В = 50 × 14
В = 700
Ответ: Разность потенциалов 700 В.
Пример 3: В электрической цепи разность потенциалов составляет 20 В, а сила тока 5 А соответственно. Используя формулу тока, найдите сопротивление цепи.
Решение:
Чтобы найти сопротивление (R) цепи:
Дано:
В = 20 В, I = 5 А
Используя формулу тока
R = V/I 9 0003
R = 20/5
R = 4 Ом
Ответ: Сопротивление цепи 4 Ом.
Часто задаваемые вопросы о формуле тока
Как рассчитать ток с помощью формулы тока?
Если известны напряжение (V) и сопротивление (R) любой цепи, мы можем использовать формулу электрического тока для расчета тока, т.
е. I = V/R (амперы).
Как рассчитать напряжение по формуле тока?
Если ток (I) и сопротивление (R) любой цепи известны, мы можем сформировать формулу тока для расчета напряжения, т. е. V = IR (Вольт).
Можно ли использовать формулу тока для цепей постоянного и переменного тока?
Уравнение тока (I = V/R) используется как для цепей постоянного (DC), так и переменного тока (AC). Однако важно отметить, что для цепей переменного тока сопротивление (R) часто заменяют импедансом (Z), поскольку в цепях переменного тока действуют как реактивное сопротивление, так и сопротивление.
Как рассчитать сопротивление, используя формулу тока?
Если ток (I) и разность потенциалов (V) любой цепи известны, мы можем составить формулу тока для расчета сопротивления, т. е. R = V/I (Ом·Ом).
Что такое определение формулы электрического тока? Напишите его единицу СИ.
Ток представляет собой отношение разности потенциалов к сопротивлению. Он представлен как (I).