Что называется преобразователем заряда в напряжение: Что такое преобразователи напряжения

Что делает преобразователь напряжения?

Преобразователи тока — устройства, позволяющие преобразовывать постоянный и переменный ток в переменный или постоянный с нужным напряжением. Выделяют инверторы и выпрямители. Первые необходимы для преобразования постоянного тока в переменный, вторые, наоборот, для преобразования переменного тока в постоянный.

Что делает преобразователь напряжения?

Преобразователь электрической энергии — это электротехническое устройство, предназначение которого преобразовывать параметры электрической энергии (напряжения, частоты, числа фаз, формы сигнала).

Что такое преобразователь постоянного напряжения?

Инверторы напряжения или преобразователи напряжения — это специальные электротехнические устройства, назначением которых является получение переменного тока от какого-либо источника постоянного напряжения.

Какие устройства используют для преобразования напряжения?

Среди известных разновидностей преобразующих устройств особо выделяются следующие:

• Трансформаторные преобразователи напряжения.
• Их электронные аналоги, работающие с использованием принципа широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
• Инверторы и выпрямители.
• Стабилизаторы напряжения.

Для чего инвертор?

Инве́ртор — устройство для преобразования постоянного тока в переменный с изменением величины напряжения. Обычно представляет собой генератор периодического напряжения, по форме приближённого к синусоиде, или дискретного сигнала.

Что такое конвертер в электронике?

Конвертер, как самостоятельное устройство, не изменяет вид тока, а изменяет только его характеристики, например величину действующего напряжения, если речь идет о преобразователе постоянного тока (DC-DC конвертер) или частоту, если речь идет о преобразователе частоты (AC-AC конвертер).

Как называется увеличитель напряжения?

Такие преобразователи часто называют “инвертором”, так как они преобразуют постоянный ток 12В бортовой сети автомобиля в переменный 220В. Такой преобразователь напряжения позволит использовать почти любые бытовые приборы (например фен, утюг, ноутбук, мобильный телефон и т. д.)

Какое устройство преобразует электричество в звуковую энергию?

Электроакустические преобразователи Электроакустические преобразователи, устройства, преобразующие электрическую энергию в акустическую (энергию упругих колебаний среды) и обратно.

Какое устройство используется для преобразования электрической энергии в механическую?

Электромеханические преобразователи — класс устройств, созданных для преобразования электрической энергии в механическую и наоборот. Также возможно преобразование электрической энергии в электрическую же энергию другого рода.

Где применяется преобразователь напряжения?

Преобразователи постоянного напряжения в постоянное

Применяются в вычислительной аппаратуре, средствах связи, схемах управления и автоматики. Обеспечивают снижение или повышение напряжения от источника электропитания (например, аккумуляторов или гальванических элементов) до нужного для питания нагрузки значения.

Как работает преобразователь с 12 на 220?

Как работает инвертор для авто

Сигнал с генератора поступает на силовой ключ, который управляет работой высокочастотного трансформатора. На выходе трансформатора получается напряжение 220 вольт. При небольшой нагрузке на инвертор скважность импульсов генератора минимальна. За этим следит система обратной связи.

Как называется устройство которое преобразует какую либо энергию в электрическую?

Преобразователь электрической энергии — электротехническое устройство, преобразующее электрическую энергию с одними значениями параметров и/или показателей качества в электрическую энергию с другими значениями параметров и/или показателей качества.

Как энергия преобразуется в электричество?

Вал турбины вращает ротор электрогенератора — таким образом энергия вращения преобразуется в электрическую энергию, которая подаётся в сеть. Принципиальным отличием ТЭЦ от КЭС является то, что часть нагретого в котле пара уходит на нужды теплоснабжения; Ядерная энергетика. К ней относятся атомные электростанции (АЭС).

Как электричество преобразуется в механическую энергию?

Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую. На тепловозе, например, генератор приводят во вращение дизелем, на тепловой электростанции — паровой турбиной, на гидроэлектростанции — водяной турбиной. Электрические двигатели, наоборот, преобразуют электрическую энергию в механическую.

Что можно подключить к автомобильному инвертору?

Как работает автомобильный инвертор

Коэффициент полезного действия составляет до 90 процентов, то есть с помощью него получается хороший переменный ток, благодаря чему к инвертору без опаски можно подключать как телефоны, так и более серьезную технику, работающую от переменного тока: те же компьютеры и инструменты.

Сколько будет работать холодильник от аккумулятора?

Большой двухкамерный холодильник емкостью более 100 литров полезного объема запитать от аккумуляторов будет сложно, а вот небольшой холодильник вполне способен работать от батарей круглые сутки при условии подачи электроэнергии хотя бы в течение 3-5 часов в день.

Сколько по времени работает инвертор от аккумулятора?

В зависимости от типа они могут выделять кислотные испарения. Они не дают постоянного напряжения при глубоких разрядах, гораздо дешевле специализированных аккумуляторов для источников бесперебойного питания, но срок работы автомобильного аккумулятора с инвертором – около 1 года.

Что нельзя подключать к инвертору?

инверторы OutBack, входящие в состав систем, имеют идеальное выходное напряжение с “чистой” синусоидой. В случае других инверторов с «модифицированной» синусоидой (квази-синус) к ним нельзя подключать газовые котлы, циркуляционные насосы, стиральные машины, дорогие бытовые приборы.

Что можно запитать от инвертора?

С помощью же более мощных инверторов можно питать самые разнообразные устройства – от стационарного компьютера и электроинструмента, до холодильника и СВЧ-печи. При этом подключать такое устройство необходимо отдельными, мощными, проводами с обеспечением хорошего электрического контакта.

Как тепловая энергия превращается в механическую?

Тепловая схема ТЭС. В котле при сжигании топлива выделяется тепловая энергия, которая преобразуется в энергию водяного пара. В турбине Т водяной пар превращается в механическую энергию вращения.

Какая энергия переходит в механическую при мышечном напряжении?

Учащение импульсов ведет к возрастанию величины напряжения. Работа мышц. В процессе мышечного сокращения потенциальная химическая энергия переходит в потенциальную механическую энергию напряжения и кинетическую энергию движения.

Как называется технологическое устройство преобразующее тепловую химическую и механическую энергию вращения вала двигателя в электрическую?

устройство, преобразующее механическую, тепловую, электромагнитную, световую и другие виды энергии в электрическую.

Для чего нужен инвертор В машине?

Автомобильный преобразователь напряжения, или инвертор — это устройство, которое предназначено для получения стабильного напряжения 220В из постоянного 12 В Таким образом, используя его, можно получать переменный ток, при котором становится возможным включение в сеть практически любых приборов, рассчитанных на 220 В.

Какой мощности инвертор можно подключить к автомобилю?

Вдобавок, генератор затрачивает энергию на поддержание работы бортовой электроники и двигателя – это тоже следует учитывать. Как итог – не стоит подключать к автомобилю киловаттные инверторы. Лучше ограничится моделями мощностью порядка 200-300Ва.

Можно ли подключать инвертор к прикуривателю?

Попытка подключить их к прикуривателю c может привести к выходу из строя инвертора или вызвать перегорание проводки автомобиля.

Какую энергию преобразует Тэс?

Теплова́я электроста́нция (или теплова́я электри́ческая ста́нция) — электростанция, вырабатывающая электрическую энергию за счёт преобразования химической энергии топлива в процессе сжигания в тепловую, а затем в механическую энергию вращения вала электрогенератора.

Как тепловая энергия зависит от скорости движения молекул?

У одного и того же тела она может изменяться. При повышении температуры внутренняя энергия тела увеличивается, так как увели- чивается средняя скорость движения молекул. Следовательно, возрастает кинетическая энергия молекул этого тела. С понижением температуры, наоборот, внутренняя энергия тела уменьшается.

Как тепло превращается в электричество?

Тепловая энергия непосредственно превращается в электрическую в так называемых термоэлектрических преобразователях. Термопара термоэлектрического преобразователя состоит из двух металлических проводников, изготовленных из разных материалов (например, из меди и константана) и спаянных вместе одними своими концами.

Что такое инвертор для чего он нужен?

Инвертор – это специальный прибор, который позволяет преобразовывать переменный ток, присутствующий в автомобиле, в переменный (необходимый для работы техники). Также устройство позволяет изменить величину напряжения даже до 220В из имеющихся 12В.

Как работает инвертор напряжения?

Принцип работы такого инвертора напряжения выглядит следующим образом. 1. В результате предварительного преобразования формируется напряжение постоянного тока, близкое по значению к выходному синусоидальному напряжению. После этого энергия направляется на мостовой инвертор.

Как работает инвертор в машине?

Принцип работы следующий: инвертор при помощи специального генератора тока, который импульсно создает гармоническую волну, преобразовывает постоянное напряжение из автомобильного аккумулятора (11-13В – у легковых автомобилей, 24В – у грузовиков) в переменное, равное 220 вольт с частотой в 50Гц.

Как работает инвертор солнечных батарей?

Принцип работы сетевого инвертора состоит в перетекании тока от сетевого инвертора в нагрузку, синхронизированного по частоте и фазе с входящим напряжением, при этом напряжение инвертора должно быть чуть выше напряжения в сети.

Зачем инвертор в авто?

Автомобильный преобразователь напряжения, как правило, используется для того, чтобы обеспечить питание бытовых электроприборов за счет внутренней электросети автомобиля. Иными словам, инвертор, использующий энергию аккумуляторной батареи, позволяет превратить автомобиль в небольшое подобие электростанции.

Для чего нужен инвертор в машине?

Его основная задача — питание маломощного оборудования напряжением 220В в дороге. Стандартные инверторы для подключения к АКБ оснащены клеммами, что для автомобильного инвертора попросту никуда не годится.

Зачем В машине 220 вольт?

С помощью инверторов с мощностью под 200 ватт можно запитать, к примеру, дешевенькую орбитальную (эксцентриковую) шлифмашинку – в принципе, это полезная возможность для желающих отполировать кузов, но не имеющих гаража с розеткой!

Сколько потребляет инвертор В машине?

— Автомобильный инвертор обычно имеет КПД около 85% (точнее указано в инструкции), то есть если к нему подключена нагрузка 100 Ватт, то от аккумулятора он будет потреблять 115 Ватт.

Как правильно выбрать автомобильный инвертор?

Можно выделить основные правила выбора автомобильного инвертора:

1. Перед покупкой следует узнать мощность генератора автомобиля.
2. Важно определиться со списком устройств, которые будут подключаться к инвертору.
3. Необходимо понять примерную модель использования устройства.
4. Нужно обратить внимание на бренд.

Для чего нужен инвертор В кондиционере?

Чтобы быстро достичь заданной температуры, инвертор повышает мощность двигателя компрессора, и кондиционер работает в форсированном режиме, пока в комнате не станет комфортно. После этого инвертор снижает скорость двигателя, и компрессор кондиционера работает с минимальной мощностью, поддерживая температуру.

Как правильно подключить сварочный инвертор?

Инвертор напряжения необходимо подключать через предохранитель , номинал необходимо выбрать с 15 – 20 % запасом, чтобы предохранитель ложно не срабатывал от пусковых токов. Предохранитель необходим для защиты бортовой сети на случай короткого замыкания в проводе питания инвертора напряжения.

Сколько вольт в розетке в машине?

Как правило, производители устанавливают в автомобили штатные розетки на 220 В, рассчитанные на мощность в 150 Вт. Так что к ним нельзя подключать ни электрический чайник, ни утюг, ни фен.

Для чего нужна розетка в багажнике?

2. Если удлинить провод компрессора, то подкачивать колёса, воткнув штекер в гнездо в багажнике, гораздо удобнее, чем в прикуриватель в салоне. И безопаснее, если колесо придётся подкачивать, к примеру, на парковке супермаркета.

Чем опасна модифицированная синусоида?

Когда работает преобразователь с модифицированной синусоидой, в электросеть попадает больше количество помех, поэтому медицинская техника и системы связи могут работать нестабильно. Появляется неблагоприятное явление, влияющее на трансформаторы и электродвигатели: устройство начинает греться, снижается КПД.

Что можно запитать от автомобильного аккумулятора?

Но мелкая бытовая техника – небольшой холодильник, компьютер, сотовые телефоны, электрические лампы – запитывается от аккумуляторов без проблем. Если у вас есть машина или бензиновый генератор, тогда вы практически полностью можете обеспечить свои потребности в электричестве.

Можно ли подключить холодильник к инвертору?

Только нужен инвертор достаточно мощный – из-за высокого пускового тока асинхронного двигателя компрессора холодильника. Для холодильника класса А или АА необходим от 1,2 кВт, а если холодильник старосоветский, то от 1,5 кВт.

Как работает инвентор?

Работа инвертора напряжения основана на переключении источника постоянного напряжения с целью периодического изменения полярности напряжения на зажимах нагрузки. Частота переключения задается сигналами управления, формируемыми управляющей схемой (контроллером).

Что такое инвертор в телевизоре?

Инвертор в телевизоре представляет собой устройство для для запуска и стабильной работы люминесцентных ламп подсветки ЖК панели. Обеспечивает постоянство свечения этих источников света в течение длительного времени и эффективно управляет их яркостью.

Какое преобразование выполняет инвертор в источниках бесперебойного питания?

Во время нормальной работы от сети происходит двойное преобразование энергии: переменный ток преобразуется выпрямителем в постоянный, который в свою очередь преобразуется инвертором в переменный, т. е. ИБП постоянно находится в работе (On-line).

Импульсные преобразователи: Flyback

27-07-2020

Сердце всех импульсных источников питания — это преобразователь напряжения. Существует достаточно много разновидностей и топологий построения преобразователей. Каждая топология имеет свои особенности, недостатки и преимущества.

Сегодня расскажем про топологию обратноходового преобразователя.

Импульсный преобразователь напряжения – это преобразователь, в котором управляющий элемент (чаще всего транзистор) работает в импульсном режиме, постоянно замыкается и размыкается. За счёт этого ток через него передаётся порциями.

Обратноходовой преобразователь (от англ. flyback converter) — одна из разновидностей и построения преобразователя напряжения.

Немного истории

Импульсные источники питания начали развиваться параллельно трансформаторным с 40-х годов прошлого века. Но производство ИИП приостановилось, потому что оно было дорогим, а сами источники получались сложными и громоздкими.

Под конец XX века с развитием транзисторов и интегральных схем, импульсная схемотехника воскресла. В 2020 году каждый житель планеты пользуется устройствами на импульсной схемотехнике. Это обыкновенные зарядки для телефонов всех мастей, телевизоры, компьютеры, светодиодные лампочки, источники бесперебойного питания… список можно продолжать бесконечно.

Как это работает

Одно из преимуществ обратноходового преобразователя в его простоте. Типовая схема преобразователя состоит из:

Работу Flyback преобразователя можно описать так: транзистор непрерывно закрывается и открывается. Пока транзистор открыт, течет ток и дроссель накапливает энергию.

Когда транзистор закрывается, дроссель передает энергию на конденсатор и нагрузку.

Происходит это в 2 этапа.

1 этап

Транзистор замкнут, ток протекает через первичную обмотку, энергия запасается в виде магнитного поля.

2 этап

Транзистор размыкается, в первичной обмотке ток перестает течь, но запасённая в магнитном поле дросселя энергия создаёт ток на вторичной обмотке. Диод открывается, в конденсаторе накапливается энергия (для того, чтобы питать нагрузку на этапе 1 и питается нагрузка). 

Преимущества обратноходового преобразователя

Из-за простоты конструкции и сравнительно небольшом количестве электронных компонентов источники питания на обратноходовом преобразователе надёжные и не дорогие.

Flyback преобразователи:

• нечувствительны к короткому замыканию на выходе;

• имеют возможность регулирования выходного напряжения в широких приделах;

• исключают передачу помех из сети на нагрузку.

Недостаток тоже есть — это ограничение по мощности, до 200Вт. Более мощные источники питания целесообразно делать по другой топологии, иначе неизбежно упадет эффективность.

Компания Бастион выпускает источники бесперебойного питания для охранно-пожарных систем по топологии Flyback. За 29 лет клиенты убедились в надёжности наших ИБП и обратноходовых преобразователей.

Что такое усилитель заряда и зачем он мне нужен?

Что такое усилитель заряда и зачем он мне нужен?

Вопрос У меня есть один из ваших пьезоэлектрических акселерометров, который я планирую использовать при испытании вибрации на вибростенде. Мне сказали, что я должен использовать усилитель заряда с акселерометром. Что такое усилитель заряда и зачем он нужен? Разве я не могу просто использовать усилитель напряжения? Ответ Вплоть до середины 1960-х годов пьезоэлектрические акселерометры калибровались в единицах напряжения (мВ/г), а усилители напряжения использовались для подачи сигналов на эти акселерометры. Однако у этой технологической схемы было много недостатков. Усилители заряда стали коммерчески жизнеспособными к середине 1960-х годов, и после этого пьезоэлектрические акселерометры были откалиброваны в единицах заряда (пКл / г) с намерением использовать усилитель заряда для подачи сигнала на датчик. Давайте рассмотрим это более подробно, чтобы понять, почему. Основы усилителя напряжения: Пьезоэлектрический акселерометр можно смоделировать как генератор заряда и конденсатор, как показано на рисунке 1 ниже: Рисунок 1 C p — емкость самого пьезоэлектрического чувствительного элемента. . Соотношение между зарядом и напряжением на конденсаторе, q = CV, используется для определения напряжения на клеммах акселерометра. Однако что происходит, когда длина кабеля увеличивается? Чему равно напряжение на конце кабеля определенной длины? Рисунок 2 моделирует эту ситуацию, где общая сумма распределенной емкости кабеля представлена ​​как C с . Рисунок 2 Очевидно, что значение напряжения изменилось (уменьшилось), потому что емкость изменилась (увеличилась). Если используются кабели разной длины, будут получены разные значения напряжения. Вот почему пьезоэлектрические акселерометры ранних моделей калибровались с условием использования определенной емкости кабеля. См. рисунок 3 в качестве примера. Это отчет о калибровке пьезоэлектрического акселерометра Endevco модели 2213 (давно устаревшего) (от 1958!). Обратите внимание на сноску о том, что добавлена ​​емкость кабеля 100 пФ (100 мкФ). Рисунок 3 Использование напряжения (и, соответственно, усилителей напряжения) явно неудобная, если не трудная или невозможная ситуация. Что мы можем с этим сделать? Основы усилителя заряда: Во-первых, мы можем сделать наблюдение, что количество генерируемого заряда не меняется, независимо от количества добавленной емкости кабеля (в отличие от напряжения на клеммах). Итак, что нам действительно нужно, так это схема «определения заряда», а не схема измерения напряжения. Это основа схемы «преобразователя заряда» (или, в более широком смысле, усилителя заряда). Давайте посмотрим поближе. На рис. 4 представлена ​​наша модель пьезоэлектрического акселерометра с подключенной емкостью кабеля, но с подключенной схемой преобразователя заряда с использованием операционного усилителя (или операционного усилителя). Отдельные потоки заряда и напряжения узлов были идентифицированы для облегчения дальнейшего анализа. Рисунок 4 Цель нашего анализа – получить уравнение усиления в терминах v из /q из . В процессе мы получим некоторое представление о том, как усилитель заряда справляется с проблемой изменения емкости кабеля. Сначала просуммируем все потоки заряда: q in = q p + q c + q f Из-за соотношения q = CV мы можем переписать приведенное выше908 как: q in = v in C p + v in C c + v f C f or q in = v in (C p + C c ) + v f C f Однако мы знаем, что v в = 0 из-за короткого замыкания виртуального на входных клеммах операционного усилителя (предположим, что это идеальный операционный усилитель). Таким образом, приведенное выше уравнение упрощает: Q в = V F C F Перестановка, мы имеем: V F = Q в /C F снова, потому что снова, потому что снова, потому что /C 2 F , потому что снова, потому что /C 2 F , потому что /c 2 F . виртуального короткого замыкания на выводах ОУ можно сказать: v вых = v f = q в /C f Снова переставляя, мы имеем: v из /q в = 1/C f , где единицами измерения являются мВ/пКл. Таким образом, усиление усилителя заряда зависит только от конденсатора обратной связи в самой цепи. Условия пьезоэлектрической емкости и емкости кабеля выпадают. Это возможно из-за характеристик ОУ. Не случайно усилители заряда стали успешными на рынке только после того, как в начале 19 века на рынок были представлены высокопроизводительные и надежные операционные усилители. 60-е годы. С практической точки зрения у нас нет идеальных операционных усилителей даже сегодня. Таким образом, существуют пределы допустимой дисперсии кабеля. Но с некоторыми моделями усилителей заряда можно допустить длину кабеля до 50 000 пФ, что обеспечивает большую гибкость в выборе длины кабеля. Итак, подведем итоги; Усилитель заряда представляет собой электронное устройство преобразования с высоким импедансом, которое упрощает использование акселерометров заряда с высоким импедансом, а также других устройств с высоким импедансом.

Конвертер электрического заряда • Электротехника • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Конвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер массы Сухой объем и общие измерения для приготовления пищиКонвертер площадиКонвертер объема и общего измерения для приготовления пищиПреобразователь температурыПреобразователь давления, напряжения, модуля ЮнгаПреобразователь энергии и работыПреобразователь силыПреобразователь силыПреобразователь времениПреобразователь линейной скорости и скоростиПреобразователь угла Топливо Конвертер эффективности, расхода топлива и экономии топливаКонвертер чиселКонвертер единиц хранения информации и данныхКурсы обмена валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиПреобразователь угловой скорости и частоты вращенияПреобразователь ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаПреобразователь момента инерцииПреобразователь момента силыИмпульсПреобразователь крутящего моментаУдельная энергия, теплота сгорания (на массу) КонвертерУдельная энергия, теплота сгорания (на объем) КонвертерTe Конвертер интервалов температурыКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер теплового сопротивленияКонвертер теплопроводностиКонвертер удельной теплоемкостиПлотность теплоты, плотность пожарной нагрузкиКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплопередачиКонвертер объемного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер массового потокаКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкости Преобразователь натяженияПреобразователь проницаемости, проницаемости, паропроницаемостиПреобразователь коэффициента пропускания паров влагиПреобразователь уровня звукаПреобразователь чувствительности микрофонаПреобразователь уровня звукового давления (SPL)Преобразователь уровня звукового давления с выбираемым эталонным давлениемПреобразователь яркостиПреобразователь силы светаПреобразователь освещенностиПреобразователь разрешения цифрового изображенияПреобразователь частоты и длины волныПреобразователь оптической мощности (диоптрий) в фокусное расстояниеОптическая мощность ( диоптрий) → Увеличение (X) Con вертерПреобразователь электрического зарядаЛинейный преобразователь плотности зарядаПреобразователь поверхностной плотности зарядаПреобразователь объемной плотности зарядаПреобразователь электрического токаПреобразователь линейной плотности токаПреобразователь поверхностной плотности токаПреобразователь напряженности электрического поляПреобразователь электрического потенциала и напряженияПреобразователь электрического сопротивленияПреобразователь удельного электрического сопротивленияПреобразователь электрической проводимостиПреобразователь проводимостиПреобразователь емкостиПреобразователь индуктивности, дБмДатчик в версии преобразователя мощности, дБм Ватт и другие единицы измерения. Преобразователь магнитодвижущей силы. Преобразователь напряженности магнитного поля. Преобразователь радиоактивного распадаПреобразователь радиационного воздействияИзлучение. Конвертер поглощенной дозыКонвертер метрических префиксовКонвертер передачи данныхКонвертер типографских и цифровых изображенийКонвертер единиц измерения объема пиломатериаловКалькулятор молярной массыПериодическая таблица

Обзор

Примеры статического электричества

Статическое электричество и погода

Статическое электричество в медицине

Другие примеры

Изучение статического электричества

Изучайте английский язык с помощью этого видео

7 7

Обзор

Это может показаться удивительным, но мы ежедневно сталкиваемся со статическим электричеством — когда гладим кошку, расчесываем волосы или надеваем свитер из синтетических материалов. Таким образом, мы становимся генераторами статического электричества. Фактически мы каждый день «окутаны» статическим электричеством, потому что живем в сильном электростатическом поле Земли. Это поле создается потому, что Земля окружена верхним слоем атмосферы, ионосферой, которая проводит электричество. Ионосфера сформировалась под воздействием космического излучения и имеет свой заряд. Занимаясь повседневными делами, такими как разогрев еды, мы обычно не думаем, что существенно используем статическое электричество, когда поджигаем газ на газовой горелке с автоматическим розжигом или с помощью электрической зажигалки.

Примеры статического электричества

Молнии на Земле. Вид с Международной космической станции. Фотографии НАСА.

В детстве, а иногда и во взрослом возрасте, мы боимся грома, хотя сам по себе гром безвреден и представляет собой всего лишь природный «звуковой эффект» молнии — завораживающее зрелище, вызванное статическим электричеством в атмосфере. Это просто наш инстинкт бояться грома — этот страх заставляет нас осознать опасность молнии. Молния — не единственное подобное явление, вызывающее одновременно и страх, и восхищение. В прошлом, когда парусные лодки были обычным явлением, моряки были поражены огнем Святого Эльма на мачтах их парусных лодок, вызванным статическим электричеством в атмосфере. Электричество имело свое место и в мифологии — люди ассоциировали молнию с древними богами: греческим Зевсом, римским Юпитером, скандинавским Тором или славянским Перуном.

Самолет Air Canada садится на землю во время дозаправки

Люди много веков увлекаются электричеством, и мы часто не осознаем, что ученые, изучавшие статическое электричество и пришедшие к многим полезным выводам о его свойствах, спасли нас от ужасы пожаров и взрывов. Мы укротили статическое электричество, используя громоотводы для наших зданий и заземляющие устройства для обеспечения безопасности бензовозов. Несмотря на это, статическое электричество продолжает нарушать нашу повседневную жизнь, создавая помехи для радиосигналов. Это неудивительно: в каждый момент времени бывает до 2000 гроз, генерирующих до 50 разрядов молнии в секунду.

Люди изучают статическое электричество с древних времен. Даже само слово «электрон» пришло к нам из древнегреческого, хотя тогдашнего значения оно не имело. Вместо этого оно означало янтарь — материал, который очень хорошо электризуется при растирании (древнегреческое ἤλεκτρον — янтарь). К сожалению, изучение статического электричества не обошлось без жертв: при проведении опытов Георг Вильгельм Рихман, русский ученый, был убит молнией, самым смертоносным явлением, вызываемым статическим электричеством.

Статическое электричество и погода

Вообще говоря, механизм накопления грозовым облаком электрического заряда очень похож на процесс электризации расчески — зарядка в обоих случаях происходит за счет трения. Ледяные частицы в облаке образуются из капель воды по мере их перемещения из нижних и более теплых слоев атмосферы вверх в более холодные. Эти ледяные частицы сталкиваются при движении. Более крупные частицы приобретают отрицательный заряд, а более мелкие — положительный. Разница в весе частиц вызывает движение частиц внутри облака, при этом более тяжелые собираются внизу, а более легкие и мелкие — вверху облака. Это движение называется восходящим потоком. Несмотря на то, что облако в целом заряжено нейтрально, нижняя его часть заряжена отрицательно, а вершина — положительно.

Бенджамин Франклин на 100-долларовой купюре

Так же, как наэлектризованная расческа притягивает воздушный шар, потому что электрический заряд концентрируется на его стороне, которая ближе к щетке, так и грозовое облако, создающее положительный заряд на поверхности земли. По мере того, как облако превращается в грозовое, заряд растет, а плотность поля увеличивается. Как только эта плотность достигает критической точки для данных погодных условий, возникает электростатический разряд, то есть молния.

Доверься Богу, но заземли свой дом!

Человечество обязано изобретением громоотвода Бенджамину Франклину, ученому, который впоследствии стал президентом Пенсильвании и первым генеральным почтмейстером США. С момента его изобретения количество пожаров, вызванных попаданием молнии в здания, в основном было искоренено. Франклин решил не патентовать свое изобретение, сделав его доступным для всех людей на планете.

Иногда молния может быть полезна. Например, исторически специалисты по добыче железа и меди, работавшие на уральских рудниках в России, определяли наличие этих руд по частоте ударов молнии в данной местности.

Лейденские банки. Канадский музей науки и техники.

Говоря об ученых, изучавших электростатические явления, важно вспомнить британского физика Майкла Фарадея, отца электродинамики, а также голландского ученого Питера ван Мусшенбрука, изобретателя прототипа конденсатора — знаменитой лейденской банки. .

Наблюдая за автомобильными гонками, такими как Deutsche Tourenwagen Masters (DTM), IndyCar или Formula 1, мы часто не осознаем, что автомеханики выбирают, использовать ли дождевые шины или нет, основываясь на информации, собранной местными метеорологическими радарами. Эти данные, в свою очередь, основаны на электрических характеристиках облаков над районом.

Метеорологический радар в аэропорту Торонто Пирсон

Статическое электричество — и наш друг, и наш враг. Инженерам-электрикам приходится работать над этим. Молния может повредить печатные платы, расположенные в непосредственной близости от места удара — обычно в этом случае повреждаются их входные каскады. Инженеры должны использовать заземляющие ленты при фиксации этих печатных плат. Когда заземляющее оборудование не работает должным образом, это может привести к серьезным авариям и даже катастрофам с многочисленными человеческими жертвами, от пожаров до взрывов целых заводов.

Статическое электричество в медицине

Несмотря на многочисленные проблемы, вызываемые статическим электричеством, оно помогает людям с опасной для жизни фибрилляцией желудочков — состоянием, при котором происходят хаотические сокращения сердечной мышцы. Сердце можно вернуть к нормальному функционированию, подвергнув его небольшому электростатическому заряду. Это делается с помощью устройства, называемого дефибриллятором. Важно отметить, что это устройство не перезапускает сердце, а останавливает неправильный ритм и используется вместе с другими методами лечения. Сцена «возвращения к жизни» больного с острой сердечной недостаточностью с помощью дефибриллятора является классической для фильмов определенного жанра. В фильмах часто делают ошибку, показывая оживление пациента без сердцебиения (что видно по прямой линии на мониторе) с помощью дефибриллятора. Это неверно — дефибриллятор не может «перезапустить» сердце.

Статические разрядники на крыле Боинга 738-800 предназначены для контроля коронного разряда в атмосферу и обеспечения надежной работы бортового навигационно-связного оборудования

Другие примеры

Не следует забывать о необходимости подключения всех отдельных компоненты самолета соединяются между собой полосами для защиты от статического электричества. Для этого все металлические части самолета, включая двигатель, соединяются друг с другом, образуя электрически целостную конструкцию. Все задние кромки крыльев, закрылки, элероны, руль высоты и руль направления самолета снабжены разрядниками статического электричества, обеспечивающими отвод статического электричества, возникающего во время полета вследствие трения самолета о воздух, в воздуха. Это снижает влияние статического электричества на работу бортовых электронных устройств.

Электростатические эксперименты — одни из самых увлекательных в разделе, посвященном электричеству, в школьных курсах физики: стоящие вверх волосы, воздушные шарики, которые гоняются за щетками для волос, таинственное свечение флуоресцентных ламп, не подключенных к источнику питания, и многое другое! Это свечение спасает жизнь электрикам, работающим с высоковольтными линиями электропередач и распределительными устройствами.

Наиболее важным аспектом статического электричества является его роль в жизни на Земле. Ученые пришли к выводу, что жизнь, какой мы ее знаем, возникла благодаря электростатике. Ранние эксперименты, проведенные в середине 20-го века, показали, что передача электрического заряда через смесь газов, подобная той, которая присутствовала в атмосфере Земли примерно в то время, когда зародилась жизнь, генерирует аминокислоту, которая является одним из строительных блоков жизнь.

Источники бесперебойного питания или ИБП используются для защиты от отключения электроэнергии или скачков напряжения, например, во время удара молнии.

Чтобы укротить статическое электричество, важно знать разницу между потенциалами или электрическим напряжением. Для этой цели были изобретены устройства, называемые вольтметрами. Понятие электрического напряжения было введено итальянским ученым XIX века Алессандро Вольта, а единицы измерения напряжения были названы в его честь «вольтами». До изобретения вольтметров для измерения электростатического напряжения использовались различные устройства, называемые гальванометрами. Термин «гальванометр» произошел от фамилии другого итальянского ученого, Луиджи Гальвани. К сожалению, измерительный механизм электродинамической системы, применяемой в гальванометрах, искажал измерения.

Изучение статического электричества

Считается, что систематическое изучение электростатики началось в 18 веке с работ французского ученого Шарля-Огюстена де Кулона. В частности, именно он ввел понятие электрического заряда и сформулировал закон, описывающий взаимодействие между электрическими зарядами. Единица измерения количества электричества, а именно электрический заряд, названа в его честь кулоном (Кл). Справедливости ради следует отметить, что британский ученый Генри Кавендиш также работал над подобными проблемами до Кулона, но он не опубликовал эту работу при жизни — она была опубликована его наследниками примерно через 100 лет.

Более ранние исследования электричества позволили физикам Джорджу Грину, Карлу Фридриху Гауссу и Симеону Дени Пуассону создать элегантную математическую модель электричества. Мы используем его по сей день. Эта модель основана на концепции электрона, который является субатомной частицей. Каждый атом содержит электроны, и их можно легко отделить от атомной структуры при приложении внешних сил. Принцип отталкивания одинаково заряженных частиц и притяжения частиц с противоположными зарядами также является основополагающим в нашем понимании электричества.

Измерение электрических величин

Цифровой мультиметр для измерения тока, напряжения, сопротивления и проверки транзисторов

Одно из первых устройств, используемых для количественного измерения электричества, было разработано британским физиком Абрахамом Беннетом. Он состоял из двух кусков золотой фольги внутри стеклянного контейнера. С тех пор измерительные устройства значительно улучшились, и теперь они могут измерять в таких малых единицах, как нанокулоны (нКл). Используя очень точные измерительные приборы, русский физик Абрам Иоффе и американский физик Роберт Эндрюс Милликен смогли измерить электрический заряд электрона.

С развитием цифровых технологий были созданы высокочувствительные измерительные приборы. Они обладают уникальными характеристиками, позволяющими работать с минимальными и почти незаметными искажениями. Это связано с их высоким входным сопротивлением. Помимо измерения напряжения, эти устройства могут измерять другие важные характеристики в широком диапазоне измерений, такие как омическое сопротивление и протекание электрического тока. Самые продвинутые устройства называются мультиметрами или мультитестерами из-за их диапазона функциональных возможностей. Также измеряют частоту переменного тока и емкость конденсаторов.