ЭЛЕКТРИЧЕСТВО | это… Что такое ЭЛЕКТРИЧЕСТВО?
ТолкованиеПеревод
- ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО, форма энергии, существующая в виде статических или подвижных ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ. Заряды могут быть положительными или отрицательными. Одинаковые заряды отталкиваются, противоположные притягиваются. Силы взаимодействия между зарядами описаны ЗАКОНОМ КУЛОНА. Когда заряды движутся в магнитном поле, они испытывают воздействие магнитной силы и в свою очередь создают противоположно направленное магнитное поле (ЗАКОНЫ ФАРАДЕЯ). Электричество и МАГНЕТИЗМ представляют собою различные аспекты одного и того же явления, ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМА. Поток зарядов образует ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ток, который в проводнике представляет собою поток отрицательно заряженных ЭЛЕКТРОНОВ. Для того, чтобы в ПРОВОДНИКЕ возник электрический ток, необходима ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА или РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ между концами проводника.
Электрическую энергию можно получить при помощи индукции в генераторе; напряжение в первичной обмотке создает переменный ток во внешней цепи. Наличие индуктивности или емкости (либо того и другого вместе) приводит к смещению фазы (А) между напряжением V и током I. На рисунке показано, что емкость вызывала смещение фазы на 90°, в результате чего средняя величина мощности равна 0, хотя кривая мощности no-прежнему имеет вид синусоиды.
Понижение мощности Р, вызванное смещением фаз, называют коэффициентом мощности. Если три фазы переменного тока смещены между собою, каждая на 120°, то сумма их величин тока или напряжения всегда будет равна нулю (В). Такие трехфазные токи используют в короткозамк-нугых асинхронных электродвигателях с ротором (С). В этой конструкции имеется три электромагнита, вращающихся в созданном магнитном поле. Переменный ток производится также в замкнутых (D) и открытых (Е) колебательных контурах. Высокочастотные электромаг нитные волны, используемые в некоторых системах коммуникации, ПРОИЗВОДЯТСЯ ТЭКИМ1 цепями.
Научно-технический энциклопедический словарь.
Игры ⚽ Нужно решить контрольную?
актиноэлектричество, геоэлектричество, лепестричество, лепиздричество, лепистричество, освещение, пироэлектричество, термоэлектричество, ток, топливо, электроток, электроэнергия
- ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
- ЭЛЕКТРОД
Полезное
Электричество — величайшее изобретение человечества
https://ria.
ru/20020426/129934.html
Электричество — величайшее изобретение человечества
Электричество — величайшее изобретение человечества — РИА Новости, 05.06.2008
Электричество — величайшее изобретение человечества
Вадим Прибытков физик теоретик, постоянный автор Терры Инкогнита. —-Основные свойства и законы электричества—установлены любителями. Электричество является… РИА Новости, 26.04.2002
2002-04-26T16:35
2002-04-26T16:35
2008-06-05T12:03
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.img.ria.ru/images/sharing/article/129934.jpg?1212653039
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2002
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.
xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
общество
Общество
Вадим Прибытков физик теоретик, постоянный автор Терры Инкогнита.
—-Основные свойства и законы электричества—установлены любителями.
Электричество является основой современной техники.
Нет более важного открытия в истории человечества, чем электричество. Могут сказать, что космос и информатика также являются грандиозными научными достижениями. Но без электричества не было бы ни космоса, ни компьютеров.
Электричество—это поток движущихся заряженных частиц- электронов, а также все явления, связанные с перегруппировкой заряда в теле. Самое интересное в истории электричества это то, что основные свойства и законы его были установлены посторонними любителями. Но на этот решающий момент до сих пор как-то не обращалось внимания.
Уже в глубокой древности было известно, что янтарь, потертый о шерсть, приобретает способность притягивать легкие предметы. Однако это явление на протяжении тысячелетий не находило практического применения и дальнейшего развития.
Янтарь упорно терли, любовались им, делали из него различные украшения, и на этом дело ограничивалось.
В 1600 г. в Лондоне была опубликована книга английского врача В.Гильберта, в которой он впервые показал, что способностью янтаря притягивать после трения легкие предметы обладают и многие другие тела, в том числе стекло.
—-Ошибочная концепция Гильберта.
Однако Гильберт и первым ошибочно установил различительную грань между электрическими и магнитными явлениями, хотя в действительности эти явления порождаются одними и теми же электрическими частицами и никакой грани между электрическими и магнитными явлениями не существует. Эта ошибочная концепция имела далеко идущие последствия и надолго запутала существо вопроса.
Гильберт обнаружил также, что магнит теряет магнитные свойства при нагревании и восстанавливает их при охлаждении. Он использовал насадку из мягкого железа для усиления действия постоянных магнитов, первым стал рассматривать Землю, как магнит. Уже из одного этого краткого перечисления видно, что врачом Гильбертом были сделаны важнейшие открытия.
Самое удивительное в этом анализе заключается в том, что до Гильберта, начиная от древних греков, которые установили свойства янтаря, и китайцев, которые пользовались компасом, не было никого, кто бы сделал такие выводы и так систематизировал наблюдения.
—-Вклад в науку О.Генрике.
Тогда события развивались необыкновенно медленно. Прошел 71 год, прежде чем немецким бургомистром О.Герике в 1671 г. был сделан следующий шаг. Вклад его в электричество был огромным.
Герике установил взаимное отталкивание двух наэлекризованных тел (Гильберт полагал, что существует лишь притяжение), передачу электричества от одного тела к другому с помощью проводника, электризацию посредством влияния при приближении к незаряженному телу наэлектризованного тела, и, самое главное,— первым построил основанную на трении электрическую машину. Т.е.
он создал все возможности для дальнейшего проникновения в сущность электрических явлений.
—-Не только физики внесли свой вклад в развитие электричества.
Прошло еще 60 лет, прежде чем французский ученый Ш.Дюфе в 1735-37 гг. и американский политик Б.Франклин в 1747-54 гг.
установили, что электрические заряды бывают двух родов. И, наконец, в 1785 г. французским артиллерийским офицером Ш.
Кулоном был сформирован закон взаимодействия зарядов.
Надо указать также на работу итальянского врача Л.Гальвани. Огромное значение имели работы А.Вольта по созданию мощного источника постоянного тока в виде «вольтова столба».
Важный вклад в познание электричества произошел в 1820 г., когда датский профессор физики Х.Эрстед открыл воздействие проводника с током на магнитную стрелку. Практически одновременно было открыто и изучено А.Ампером взаимодействие между собой токов, имеющее чрезвычайно важное прикладное значение.
Большой вклад в изучение электричества был внесен также аристократом Г.Кавендишем, аббатом Д.Пристли, школьным учителем Г.Омом. На основании всех этих исследований подмастерье М.Фарадей открыл в 1831 г. электромагнитную индукцию, которая в действительности является одной из форм взаимодействия токов.
Почему в течение тысячелетий люди ничего не знали об электричестве? Почему в этом процессе участвовали самые различные слои населения? В связи с развитием капитализма был общий подъем экономики, ломались средневековые кастовые и сословные предрассудки и ограничения, поднимался общий культурный и образовательный уровень населения.
Однако и тогда не обошлось без трудностей. Например, Фарадею, Ому и ряду других талантливых исследователей приходилось вести ожесточенные бои со своими теоретическими противниками и оппонентами. Но все же, в конечном итоге, их идеи и взгляды публиковались и находили признание.
Из всего этого можно сделать интересные выводы: научные открытия делаются не только академиками, но и любителями науки.
Если мы хотим, чтобы наша наука находилась на передовых позициях, то должны помнить и учитывать историю ее развития, бороться с кастовостью и монополизмом односторонних взглядов, создавать равные условия для всех талантливых исследователей, независимо от их научного статуса.
Поэтому пора открыть страницы наших научных журналов для школьных учителей, артиллерийских офицеров, аббатов, врачей, аристократов и подмастерьев, чтобы и они смогли принять активное участие в научном творчестве. Сейчас они лишены такой возможности.
Что такое электричество? — SparkFun Узнать
Авторы: Джимблом
Избранное Любимый 83
Приступая к работе
Электричество окружает нас повсюду, питая такие технологии, как мобильные телефоны, компьютеры, фонари, паяльники и кондиционеры.
Избежать этого в нашем современном мире очень сложно. Даже когда вы пытаетесь убежать от электричества, оно все равно работает в природе, от молнии во время грозы до синапсов внутри нашего тела. А что именно это электричество? Это очень сложный вопрос, и по мере того, как вы копаете глубже и задаете новые вопросы, на самом деле нет окончательного ответа, а есть только абстрактные представления о том, как электричество взаимодействует с нашим окружением.
Электричество — это природное явление, которое встречается повсюду в природе и принимает множество различных форм. В этом уроке мы сосредоточимся на текущем электричестве: материале, который питает наши электронные гаджеты. Наша цель — понять, как электричество течет от источника питания по проводам, зажигая светодиоды, вращая двигатели и приводя в действие наши устройства связи.
Электричество кратко определяется как поток электрического заряда, , но за этим простым утверждением скрывается так много всего.
Откуда берутся обвинения? Как мы их перемещаем? Куда они переезжают? Как электрический заряд вызывает механическое движение или зажигает свет? Так много вопросов! Чтобы начать объяснять, что такое электричество, нам нужно перейти от материи и молекул к атомам, из которых состоит все, с чем мы взаимодействуем в жизни.
Этот учебник основан на некотором базовом понимании физики, силы, энергии, атомов и [полей] (http://en.wikipedia.org/wiki/Field_(physics)) в частности. Мы коснемся основ каждой из этих физических концепций, но также может оказаться полезным обратиться к другим источникам.
Становимся атомными
Чтобы понять основы электричества, нам нужно начать с изучения атомов, одного из основных строительных блоков жизни и материи. Атомы существуют в более чем сотне различных форм в виде химических элементов, таких как водород, углерод, кислород и медь. Атомы многих типов могут объединяться, образуя молекулы, которые создают материю, которую мы можем физически увидеть и потрогать.
Атомы крошечные , растягивающиеся максимум до 300 пикометров в длину (это 3×10 -10 или 0,0000000003 метра). Медный пенни (если он на самом деле сделан из 100% меди) содержал бы внутри 3,2×10 22 атомов (32 000 000 000 000 000 000 000 атомов) меди.
Даже атом недостаточно мал, чтобы объяснить действие электричества. Нам нужно нырнуть еще на один уровень вниз и посмотреть на строительные блоки атомов: протоны, нейтроны и электроны.
Строительные блоки атомов
Атом состоит из комбинации трех отдельных частиц: электронов, протонов и нейтронов. Каждый атом имеет центральное ядро, в котором плотно упакованы протоны и нейтроны. Вокруг ядра находится группа вращающихся электронов.
Очень простая модель атома. Это не в масштабе, но полезно для понимания того, как построен атом. Ядро ядра протонов и нейтронов окружено вращающимися электронами.
В каждом атоме должен быть хотя бы один протон. Количество протонов в атоме важно, потому что оно определяет, какой химический элемент представляет собой атом.
Например, атом с одним протоном — это водород, атом с 29 протонами — это медь, а атом с 94 протонами — это плутоний. Это число протонов называется числом 9 атомов.0015 атомный номер .
Партнер ядра протона, нейтрон, служит важной цели; они удерживают протоны в ядре и определяют изотоп атома. Они не имеют решающего значения для нашего понимания электричества, поэтому давайте не будем о них беспокоиться в этом уроке.
Электроны имеют решающее значение для работы электричества (обратите внимание на общую тему в их названиях?) В наиболее стабильном, сбалансированном состоянии атом будет иметь такое же количество электронов, как и протоны. Как и в приведенной ниже модели атома Бора, ядро с 29протонов (что делает его атомом меди) окружено равным количеством электронов.
По мере того, как развивалось наше понимание атомов, развивался и наш метод их моделирования. Модель Бора — очень полезная модель атома, когда мы изучаем электричество.
Электроны атома не навсегда связаны с атомом.
Электроны на внешней орбите атома называются валентными электронами. При достаточной внешней силе валентный электрон может уйти с орбиты атома и стать свободным. Свободные электроны позволяют нам перемещать заряды, а это и есть электричество. Говоря о заряде…
Текущие заряды
Как мы упоминали в начале этого урока, электричество определяется как поток электрического заряда. Заряд — это свойство материи, такое же, как масса, объем или плотность. Это измеримо. Точно так же, как вы можете количественно определить массу чего-либо, вы можете измерить и его заряд. Ключевой концепцией заряда является то, что он может быть двух типов: положительный (+) или отрицательный (-) .
Для перемещения заряда нам нужно носителей заряда , и здесь нам пригодятся наши знания об атомных частицах, особенно об электронах и протонах. Электроны всегда несут отрицательный заряд, а протоны всегда положительно заряжены.
Нейтроны (в соответствии со своим названием) нейтральны, у них нет заряда. И электроны, и протоны несут один и тот же заряд , только разного типа.
Модель атома лития (3 протона) с помеченными зарядами.
Заряд электронов и протонов важен, потому что он дает нам возможность воздействовать на них силой. Электростатическая сила!
Электростатическая сила
Электростатическая сила (также называемая законом Кулона) — это сила, действующая между зарядами. Он гласит, что заряды одного типа отталкиваются друг от друга, а заряды противоположного типа притягиваются друг к другу. Противоположности притягиваются, а подобное отталкивается .
Величина силы, действующей на два заряда, зависит от того, насколько они удалены друг от друга. Чем ближе два заряда, тем больше становится сила (либо сталкивающая, либо отталкивающая).
Благодаря электростатической силе электроны будут отталкивать другие электроны и притягиваться к протонам.
Эта сила является частью «клея», который удерживает атомы вместе, но это также и инструмент, который нам нужен, чтобы заставить электроны (и заряды) течь!
Обеспечение потока платежей
Теперь у нас есть все инструменты для обеспечения потока платежей. Электроны в атомах могут действовать как наши носители заряда , потому что каждый электрон несет отрицательный заряд. Если мы сможем освободить электрон от атома и заставить его двигаться, мы сможем создать электричество.
Рассмотрим атомную модель атома меди, одного из предпочтительных источников элементов для потока заряда. В сбалансированном состоянии медь имеет 29 протонов в ядре и такое же количество электронов, вращающихся вокруг него. Электроны вращаются на разных расстояниях от ядра атома. Электроны ближе к ядру испытывают гораздо более сильное притяжение к центру, чем те, которые находятся на дальних орбитах. Самые внешние электроны атома называются валентными электронами , они требуют наименьшего количества силы, чтобы освободиться от атома.
Это схема атома меди: 29 протонов в ядре, окруженные полосами вращающихся электронов. Электроны, находящиеся ближе к ядру, трудно удалить, в то время как валентному (внешнему кольцу) электрону требуется относительно небольшая энергия для выброса из атома.
Применяя достаточную электростатическую силу к валентному электрону — либо отталкивая его другим отрицательным зарядом, либо притягивая его положительным зарядом, — мы можем сбросить электрон с орбиты вокруг атома, создав свободный электрон.
Теперь рассмотрим медную проволоку: вещество, наполненное бесчисленными атомами меди. Поскольку наш свободный электрон плавает в пространстве между атомами, его притягивают и толкают окружающие заряды в этом пространстве. В этом хаосе свободный электрон в конце концов находит новый атом, за который можно зацепиться; при этом отрицательный заряд этого электрона выбрасывает из атома другой валентный электрон. Теперь новый электрон дрейфует в свободном пространстве, пытаясь сделать то же самое.
Этот цепной эффект может продолжаться и дальше, создавая поток электронов, называемый электрический ток .
Очень упрощенная модель зарядов, протекающих через атомы для создания тока.
Проводимость
Некоторые типы атомов лучше других выделяют свои электроны. Чтобы получить наилучший возможный поток электронов, мы хотим использовать атомы, которые не очень сильно удерживают свои валентные электроны. Электропроводность элемента измеряет, насколько прочно электрон связан с атомом.
Элементы с высокой проводимостью, которые имеют очень подвижные электроны, называются проводники . Это типы материалов, которые мы хотим использовать для изготовления проводов и других компонентов, способствующих электронному потоку. Такие металлы, как медь, серебро и золото, обычно являются лучшими проводниками.
Элементы с низкой проводимостью называются изоляторами . Изоляторы служат очень важной цели: они предотвращают поток электронов.
Популярные изоляторы включают стекло, резину, пластик и воздух.
Прежде чем мы двинемся дальше, давайте обсудим две формы электричества: статическое или электрическое. При работе с электроникой токовое электричество будет гораздо более распространенным, но также важно понимать статическое электричество.
Статическое электричество
Статическое электричество возникает при накоплении противоположных зарядов на объектах, разделенных изолятором. Статическое (как в «покое») электричество существует до тех пор, пока две группы противоположных зарядов не найдут путь друг к другу, чтобы сбалансировать систему.
Когда заряды находят способ выравнивания, происходит статический разряд . Притяжение зарядов становится настолько сильным, что они могут течь даже через самые лучшие изоляторы (воздух, стекло, пластмассу, резину и т. д.). Статические разряды могут быть вредными в зависимости от того, через какую среду проходят заряды и на какие поверхности они переносятся.
Выравнивание зарядов через воздушный зазор может привести к видимому удару, поскольку движущиеся электроны сталкиваются с электронами в воздухе, которые возбуждаются и выделяют энергию в виде света.
Воспламенители с искровым разрядником используются для создания контролируемого статического разряда. Противоположные заряды накапливаются на каждом из проводников, пока их притяжение не становится настолько большим, что заряды могут течь по воздуху.
Одним из наиболее ярких примеров статического разряда является молния . Когда облачная система набирает достаточно заряда по сравнению с другой группой облаков или земной поверхностью, заряды будут пытаться выровняться. Когда облако разряжается, огромное количество положительных (а иногда и отрицательных) зарядов распространяется по воздуху от земли к облаку, вызывая видимый эффект, с которым мы все знакомы.
Статическое электричество также знакомо нам, когда мы трём о голову шарики, чтобы волосы встали дыбом, или когда мы шаркаем по полу пушистыми тапочками и бьём током домашнего кота (случайно, конечно).
В каждом случае трение от трения различных типов материалов передает электроны. Объект, теряющий электроны, становится положительно заряженным, а объект, приобретающий электроны, становится отрицательно заряженным. Два объекта притягиваются друг к другу, пока не найдут способ уравнять.
Работая с электроникой, нам обычно не приходится иметь дело со статическим электричеством. Когда мы это делаем, мы обычно пытаемся защитить наши чувствительные электронные компоненты от статического разряда. Профилактические меры против статического электричества включают ношение браслетов ESD (электростатического разряда) или добавление специальных компонентов в цепи для защиты от очень высоких скачков заряда.
Текущее электричество
Текущее электричество — это форма электричества, которая делает возможными все наши электронные штуковины. Эта форма электричества существует, когда заряды способны постоянно течет . В отличие от статического электричества, где заряды собираются и остаются в покое, текущее электричество динамично, заряды всегда в движении.
Мы сосредоточимся на этой форме электричества в оставшейся части урока.
Цепи
Для того, чтобы течь электричеству, требуется цепь: замкнутая, бесконечная петля из проводящего материала. Цепь может быть такой же простой, как токопроводящий провод, соединенный встык, но полезные цепи обычно содержат смесь проводов и других компонентов, которые контролируют поток электричества. Единственное правило, когда дело доходит до создания цепей, это не может иметь изолирующих промежутков .
Если у вас есть провод, полный атомов меди, и вы хотите индуцировать поток электронов через него, все свободных электронов должны куда-то течь в одном и том же общем направлении. Медь — отличный проводник, идеально подходящий для протекания зарядов. Если цепь медного провода разорвана, заряды не могут течь по воздуху, что также предотвратит перемещение любых зарядов к середине.
С другой стороны, если бы провод был соединен встык, все электроны имели бы соседний атом и все могли бы течь в одном и том же общем направлении.
Теперь мы понимаем, как могут течь электронов, но как нам заставить их течь в первую очередь? Затем, когда электроны текут, как они производят энергию, необходимую для освещения лампочек или вращающихся двигателей? Для этого нам нужно понять электрические поля.
Электрические поля
У нас есть представление о том, как электроны проходят через материю, создавая электричество. Вот и все, что касается электричества. Ну, почти все. Теперь нам нужен источник, чтобы индуцировать поток электронов. Чаще всего этот источник электронного потока исходит от электрического поля.
Что такое поле?
Поле — это инструмент, который мы используем для моделирования физических взаимодействий, не связанных с наблюдаемым контактом . Поля нельзя увидеть, так как они не имеют физической формы, но эффект, который они производят, вполне реален.
Мы все подсознательно знакомы с одним конкретным полем: гравитационное поле Земли, эффект притяжения массивного тела к другим телам.
Гравитационное поле Земли можно смоделировать набором векторов, указывающих на центр планеты; независимо от того, где вы находитесь на поверхности, вы почувствуете силу, толкающую вас к ней.
Сила или интенсивность полей неодинакова во всех точках поля. Чем дальше вы находитесь от источника поля, тем меньше его влияние. Величина гравитационного поля Земли уменьшается по мере удаления от центра планеты.
Продолжая изучать электрические поля, вспомните, в частности, как работает гравитационное поле Земли. Оба поля имеют много общего. Гравитационные поля воздействуют на объекты с массой, а электрические поля воздействуют на объекты с зарядом.
Электрические поля
Электрические поля (е-поля) являются важным инструментом для понимания того, как возникает и продолжает течь электричество. Электрические поля описывают тянущую или толкающую силу в пространстве между зарядами . По сравнению с гравитационным полем Земли электрические поля имеют одно существенное отличие: в то время как поле Земли обычно притягивает только другие объекты массы (поскольку все значит значительно менее массивные), электрические поля отталкивают заряды так же часто, как и притягивают их.
Направление электрических полей всегда определяется как направление, в котором положительный пробный заряд сместится , если его уронить в поле. Пробный заряд должен быть бесконечно мал, чтобы его заряд не влиял на поле.
Мы можем начать с построения электрических полей для одиночных положительных и отрицательных зарядов. Если вы поместите положительный тестовый заряд рядом с отрицательным зарядом, тестовый заряд притянется к отрицательному заряду . Итак, для одного отрицательного заряда мы нарисуем наши стрелки электрического поля направлен внутрь во всех направлениях. Тот же пробный заряд, брошенный рядом с другим положительным зарядом , приведет к отталкиванию наружу, что означает, что мы рисуем стрелок, выходящих из положительного заряда.
Электрические поля одиночных зарядов. Отрицательный заряд имеет внутреннее электрическое поле, потому что он притягивает положительные заряды.
Положительный заряд имеет внешнее электрическое поле, отталкивающее заряды.
Группы электрических зарядов можно комбинировать для создания более полных электрических полей.
Однородное электрическое поле вверху направлено от положительных зарядов к отрицательным. Представьте крошечный положительный тестовый заряд, упавший в электронное поле; он должен следовать направлению стрелок. Как мы видели, электричество обычно связано с потоком электронов — отрицательных зарядов — которые текут против электрических полей.
Электрические поля обеспечивают нас толкающей силой, необходимой для индукции электрического тока. Электрическое поле в цепи похоже на электронный насос: большой источник отрицательных зарядов, который может двигать электроны, которые будут течь по цепи к положительному заряду.
Электрический потенциал (энергия)
Когда мы используем электричество для питания наших цепей, устройств и устройств, мы действительно преобразуем энергию.
Электронные схемы должны иметь возможность накапливать энергию и передавать ее в другие формы, такие как тепло, свет или движение. Запасенная энергия цепи называется электрической потенциальной энергией.
Энергия? Потенциальная энергия?
Чтобы понять потенциальную энергию, нам нужно понять энергию в целом. Энергия определяется как способность объекта делать работать с другим объектом, что означает перемещение этого объекта на некоторое расстояние. Энергия приходит в многих формах , некоторые мы можем видеть (например, механические), а другие мы не можем (например, химические или электрические). Независимо от того, в какой форме она находится, энергия существует в одном из двух состояний : кинетическом или потенциальном.
Объект имеет кинетической энергии , когда он находится в движении. Количество кинетической энергии объекта зависит от его массы и скорости. Потенциальная энергия , с другой стороны, равна накопленная энергия , когда объект находится в состоянии покоя.
Он описывает, какую работу может выполнить объект, если его привести в движение. Это энергия, которую мы обычно можем контролировать. Когда объект приводится в движение, его потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию.
Вернемся к примеру с гравитацией. Шар для боулинга, неподвижно сидящий на вершине башни Халифа, имеет много потенциальной (запасенной) энергии. После падения мяч, притягиваемый гравитационным полем, с ускорением устремляется к земле. По мере ускорения мяча потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию (энергию движения). В конце концов вся энергия мяча преобразуется из потенциальной в кинетическую, а затем передается тому, во что он попадает. Когда мяч находится на земле, его потенциальная энергия очень мала.
Электрическая потенциальная энергия
Подобно тому, как масса в гравитационном поле обладает гравитационной потенциальной энергией, заряды в электрическом поле обладают электрической потенциальной энергией .
Электрическая потенциальная энергия заряда описывает, сколько накопленной энергии он имеет, когда он приводится в движение электростатической силой, эта энергия может стать кинетической, и заряд может совершать работу.
Подобно шару для боулинга, находящемуся на вершине башни, положительный заряд в непосредственной близости от другого положительного заряда обладает высокой потенциальной энергией; оставленный свободным двигаться, заряд будет отталкиваться от такого же заряда. Положительный тестовый заряд, помещенный рядом с отрицательным зарядом, будет иметь низкую потенциальную энергию, аналогичную шару для боулинга на земле.
Чтобы наделить что-либо потенциальной энергией, мы должны выполнить работу , переместив это на расстояние. В случае с шаром для боулинга работа заключается в том, чтобы поднять его на 163 этажа против поля гравитации. Точно так же необходимо совершить работу, чтобы оттолкнуть положительный заряд от стрелок электрического поля (либо к другому положительному заряду, либо от отрицательного заряда).
Чем дальше вверх по полю уходит заряд, тем больше работы вам предстоит сделать. Точно так же, если вы попытаетесь вытащить отрицательный заряд вдали от положительного заряда — против электрического поля — вы должны совершить работу.
Для любого заряда, находящегося в электрическом поле, его электрическая потенциальная энергия зависит от типа (положительный или отрицательный), количества заряда и его положения в поле. Электрическая потенциальная энергия измеряется в джоулях ( Дж ).
Электрический потенциал
Электрический потенциал основан на электрическом потенциале энергии , чтобы помочь определить, сколько энергии хранится в электрических полях . Это еще одна концепция, которая помогает нам моделировать поведение электрических полей. Электрический потенциал равен , а не , то же самое, что электрическая потенциальная энергия!
В любой точке электрического поля электрический потенциал равен количеству потенциальной электрической энергии, деленному на количество заряда в этой точке.
Это убирает количество заряда из уравнения и оставляет нам представление о том, сколько потенциальной энергии могут обеспечить определенные области электрического поля. Электрический потенциал измеряется в джоулях на кулон ( J/C ), который мы определяем как вольт (В).
В любом электрическом поле есть две точки электрического потенциала, представляющие для нас значительный интерес. Есть точка с высоким потенциалом, где положительный заряд будет иметь максимально возможную потенциальную энергию, и есть точка с низким потенциалом, где заряд будет иметь наименьшую возможную потенциальную энергию.
Одним из наиболее распространенных терминов, которые мы обсуждаем при оценке электричества, является напряжение . Напряжение – это разность потенциалов между двумя точками в электрическом поле. Напряжение дает нам представление о том, какой толкающей силой обладает электрическое поле.
Имея за плечами потенциал и потенциальную энергию, у нас есть все ингредиенты, необходимые для производства электроэнергии.
Давай сделаем это!
Электричество в действии!
Изучив физику элементарных частиц, теорию поля и потенциальную энергию, мы теперь знаем достаточно, чтобы заставить течь электричество. Сделаем цепь!
Сначала мы рассмотрим ингредиенты, необходимые для производства электричества:
- Определение электричества — это поток заряда . Обычно наши заряды переносятся свободно текущими электронами.
- Отрицательно заряженные электронов слабо связаны с атомами проводящих материалов. С небольшим толчком мы можем освободить электроны от атомов и заставить их течь в основном в одном направлении.
- Замкнутая цепь из проводящего материала обеспечивает путь для непрерывного потока электронов.
- Заряды приводятся в движение электрическим полем . Нам нужен источник электрического потенциала (напряжения), который толкает электроны из точки с низкой потенциальной энергией в точку с более высокой потенциальной энергией.
Короткое замыкание
Батареи являются распространенными источниками энергии, которые преобразуют химическую энергию в электрическую. У них есть две клеммы, которые подключаются к остальной части цепи. На одном выводе избыток отрицательных зарядов, а на другом сливаются все положительные заряды. Это разность электрических потенциалов, которая только и ждет, чтобы подействовать!
Если мы подключим наш провод, полный проводящих атомов меди, к батарее, это электрическое поле будет влиять на отрицательно заряженные свободные электроны в атомах меди. Одновременно отталкиваемые отрицательной клеммой и притягиваемые положительной клеммой, электроны в меди будут перемещаться от атома к атому, создавая поток заряда, который мы знаем как электричество.
После секунды прохождения тока электроны фактически сдвинулись очень мало — доли сантиметра. Однако энергия, производимая текущим потоком, составляет огромных , тем более что в этой цепи нет ничего, что замедляло бы течение или потребляло энергию.
Подключать чистый проводник напрямую к источнику энергии — плохая идея . Энергия очень быстро перемещается по системе и превращается в тепло в проводе, которое может быстро превратиться в плавление провода или огонь.
Зажигание лампочки
Вместо того, чтобы тратить всю эту энергию впустую, не говоря уже о разрушении батареи и проводов, давайте создадим схему, которая сделает что-нибудь полезное! Обычно электрическая цепь преобразует электрическую энергию в какую-либо другую форму — свет, тепло, движение и т. д. Если мы подключим лампочку к батарее проводами между ними, мы получим простую функциональную цепь.
Схема: Батарея (слева) подключается к лампочке (справа), цепь замыкается, когда выключатель (вверху) замыкается. Когда цепь замкнута, электроны могут течь от отрицательной клеммы батареи через лампочку к положительной клемме.
В то время как электроны движутся со скоростью улитки, электрическое поле почти мгновенно воздействует на всю цепь (мы говорим о скорости света).
Электроны по всей цепи, будь то с самым низким потенциалом, с самым высоким потенциалом или прямо рядом с лампочкой, находятся под влиянием электрического поля. Когда переключатель замыкается и электроны подвергаются воздействию электрического поля, все электроны в цепи начинают течь, казалось бы, в одно и то же время. Ближайшие к лампочке заряды сделают один шаг по цепи и начнут преобразовывать электрическую энергию в световую (или тепловую).
Ресурсы и дальнейшие действия
В этом уроке мы раскрыли лишь малую часть верхушки пресловутого айсберга. Там еще тонна концепций осталась нераскрытой. Отсюда мы рекомендуем вам сразу перейти к нашему руководству по напряжению, току, сопротивлению и закону Ома. Теперь, когда вы знаете все об электрических полях (напряжении) и движущихся электронах (токе), вы уже на пути к пониманию закона, управляющего их взаимодействием.
Хотите узнать больше об основных темах?
Полный список основных тем, связанных с электротехникой, см.
на нашей странице Engineering Essentials .
Отведи меня туда!
Для получения дополнительной информации и иллюстраций, объясняющих электричество, посетите этот сайт.
Вот еще несколько учебных пособий для начинающих, которые мы рекомендуем прочитать:
- Что такое схема?
- Электроэнергия
- Последовательные и параллельные цепи
Или, может быть, вы хотели бы узнать что-то практическое? В этом случае ознакомьтесь с некоторыми из этих руководств по навыкам базового уровня:
- Как пользоваться мультиметром
- Работа с проволокой
- Шитье проводящей нитью
ОШИБКА — 404 — НЕ НАЙДЕНА
- Главная
- человек, почему ты вообще должен что-то делать
Наши серверные гномы не смогли найти страницу, которую вы ищете.
Похоже, вы неправильно набрали URL-адрес в адресной строке или перешли по старой закладке.
Возможно, некоторые из них могут вас заинтересовать?
7-сегментный последовательный дисплей SparkFun — синий
В наличии COM-11442
14,95 $
7
Избранное Любимый 18
Список желаний
Про микро — 3,3 В/8 МГц
В наличии DEV-12587
$19.
50
21
Избранное Любимый 39
Список желаний
SparkFun SD/MMC Card Breakout
В наличии БОБ-12941
11,50 $
3
Избранное Любимый 17
Список желаний
14-сегментный буквенно-цифровой дисплей — фиолетовый
В наличии COM-21215
Избранное Любимый 1
Список желаний
Киберпонедельник на SparkFun
30 ноября 2020 г.
Он здесь! Счастливые покупки!
Избранное Любимый 0
Отсутствует AVC?
18 октября 2022 г.
Если вы испытываете ностальгию по соревнованиям автономных транспортных средств SparkFun, возможно, у нас есть что-то, что вам поможет. Когда друзья Тона Крамера соревновались в AVC, а он не смог, он написал симулятор, чтобы почувствовать себя частью действия. Лучшая часть? Это с открытым исходным кодом, и вы тоже можете его использовать!
Избранное Любимый 0
Руководство по подключению SparkFun gator:bit v2
31 января 2019 г.
Gator:bit v2 — это доска для прорыва для BBC micro:bit. Gator:bit открывает почти каждый контакт на micro:bit для клиппируемой контактной площадки с защитой цепи. Он также имеет встроенные адресные светодиоды и встроенный зуммер.
