Энергия эл тока: Электрическая энергия — это… Что такое Электрическая энергия?

Содержание

Электрическая энергия — это… Что такое Электрическая энергия?

Электромагнитная энергия — термин, под которым подразумевается энергия, заключенная в электромагнитном поле. Сюда же относятся частные случаи чистого электрического поля и чистого магнитного поля. Эта энергия равна механической работе, совершаемой при перемещении зарядов и проводников в электрическом и магнитном полях.

Работа электрического поля по перемещению заряда

Понятие работы A электрического поля E по перемещению заряда Q вводится в полном соответствии с определением механической работы:

где  — разность потенциалов (также употребляется термин напряжение)

Во многих задачах рассматривается непрерывный перенос заряда в течение некоторого времени между точками с заданной разностью потенциалов U(t), в таком случае формула для работы следует переписать следующим образом:

где  — сила тока

Мощность электрического тока в цепи

Мощность W электрического тока для участка цепи определяется обычным образом, как производная от работы

A по времени, то есть выражением:

— это наиболее общее выражение для мощности в электрической цепи.


С учётом закона Ома :

Электрическую мощность, выделяемую на сопротивлении R можно выразить как через ток: ,

так и через напряжение:

Соответственно, работа (выделившаяся теплота) является интегралом мощности по времени:

Энергия электрического и магнитного полей

Для электрического и магнитного полей их энергия пропорциональна квадрату напряжённости поля. Следует отметить, что, строго говоря, термин энергия электромагнитного поля является не вполне корректным. Вычисление полной энергии электрического поля даже одного электрона приводит к значению равному бесконечности, поскольку соответствующий интеграл (см. ниже) расходится. Бесконечная энергия поля вполне конечного электрона составляет одну из теоретических проблем классической электродинамики. Вместо него в физике обычно используют понятие

плотности энергии электромагнитного поля (в определенной точке пространства). Общая энергия поля равняется интегралу плотности энергии по всему пространству.

Плотность энергии электромагнитного поля является суммой плотностей энергий электрического и магнитного полей.

В системе СИ:

где E — напряжённость электрического поля, H — напряжённость магнитного поля,  — электрическая постоянная, и  — магнитная постоянная. Иногда для констант и  — используют термины диэлектрическая проницаемость и магнитная проницаемость вакуума, — которые являются крайне неудачными, и сейчас почти не употребляются.

Потоки энергии электромагнитного поля

Для электромагнитной волны плотность потока энергии определяется вектором Пойнтинга S (в российской научной традиции — вектор Умова-Пойнтинга).

В системе СИ вектор Пойнтинга равен: ,

— векторному произведению напряжённостей электрического и магнитного полей, и направлен перпендикулярно векторам

E и H. Это естественным образом согласуется со свойством поперечности электромагнитных волн.

Вместе с тем, формула для плотности потока энергии может быть обобщена для случая стационарных электрических и магнитных полей, и имеет совершенно тот же вид: .

Сам факт существования потоков энергии в постоянных электрических и магнтных полях, на первый взгляд, выглядит очень странно, но это не приводит к каким-либо парадоксам; более того, такие потоки обнаруживаются в эксперименте.

См. также

Электрическая энергия — это… Что такое Электрическая энергия?

Электромагнитная энергия — термин, под которым подразумевается энергия, заключенная в электромагнитном поле. Сюда же относятся частные случаи чистого электрического поля и чистого магнитного поля. Эта энергия равна механической работе, совершаемой при перемещении зарядов и проводников в электрическом и магнитном полях.

Работа электрического поля по перемещению заряда

Понятие работы A электрического поля E по перемещению заряда Q вводится в полном соответствии с определением механической работы:

где  — разность потенциалов (также употребляется термин напряжение)

Во многих задачах рассматривается непрерывный перенос заряда в течение некоторого времени между точками с заданной разностью потенциалов U(t), в таком случае формула для работы следует переписать следующим образом:

где  — сила тока

Мощность электрического тока в цепи

Мощность W электрического тока для участка цепи определяется обычным образом, как производная от работы A по времени, то есть выражением:

— это наиболее общее выражение для мощности в электрической цепи.


С учётом закона Ома :

Электрическую мощность, выделяемую на сопротивлении R можно выразить как через ток: ,

так и через напряжение:

Соответственно, работа (выделившаяся теплота) является интегралом мощности по времени:

Энергия электрического и магнитного полей

Для электрического и магнитного полей их энергия пропорциональна квадрату напряжённости поля. Следует отметить, что, строго говоря, термин

энергия электромагнитного поля является не вполне корректным. Вычисление полной энергии электрического поля даже одного электрона приводит к значению равному бесконечности, поскольку соответствующий интеграл (см. ниже) расходится. Бесконечная энергия поля вполне конечного электрона составляет одну из теоретических проблем классической электродинамики. Вместо него в физике обычно используют понятие плотности энергии электромагнитного поля (в определенной точке пространства). Общая энергия поля равняется интегралу плотности энергии по всему пространству.

Плотность энергии электромагнитного поля является суммой плотностей энергий электрического и магнитного полей.

В системе СИ:

где E — напряжённость электрического поля, H — напряжённость магнитного поля,  — электрическая постоянная, и  — магнитная постоянная. Иногда для констант и  — используют термины диэлектрическая проницаемость и магнитная проницаемость вакуума, — которые являются крайне неудачными, и сейчас почти не употребляются.

Потоки энергии электромагнитного поля

Для электромагнитной волны плотность потока энергии определяется вектором Пойнтинга S (в российской научной традиции — вектор Умова-Пойнтинга).

В системе СИ вектор Пойнтинга равен: ,

— векторному произведению напряжённостей электрического и магнитного полей, и направлен перпендикулярно векторам E и H. Это естественным образом согласуется со свойством поперечности электромагнитных волн.

Вместе с тем, формула для плотности потока энергии может быть обобщена для случая стационарных электрических и магнитных полей, и имеет совершенно тот же вид: .

Сам факт существования потоков энергии в постоянных электрических и магнтных полях, на первый взгляд, выглядит очень странно, но это не приводит к каким-либо парадоксам; более того, такие потоки обнаруживаются в эксперименте.

См. также

Электрическая энергия 10 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей

Электрическая энергия

Электрический ток может быть использован для передачи энергии. Источник напряжения переводит какой-то другой тип энергии в энергию электрического тока, а в приборах энергия электрического тока вновь переходит в другой тип. Таким образом, электрическая энергия может быть переведена в другой тип энергии: механическую, тепловую, световую или химическую. Например, в работе утюга, чайника, лампочки, электродвигателя или аккумулятора.

Как вычислить энергию электрического тока? 

Рассмотрим аккумулятор, подключенный к резистору. Вся энергия источника в этом случае переходит в тепловую. Тепло, которое выделяется на резисторе, может быть вычислено по формуле:

Q=IU △ t

Перепишем эту формулу в другом виде, используя закон Ома:

I = UR → U = IR

Q = IU△t = I2R△t

Q = I2R△t

 

Эта формула выражает закон Джоуля-Ленца: тепло, выделившееся на проводнике, равно произведению квадрата тока, протекающего через проводник, сопротивления проводника и времени, в течении которого течет ток.

Таким образом, мы имеем две формулы для энергии электрического поля:

 W = A△t = IU  – наиболее общая формула для мощности источника

 W = Q△t = I2R  — формула для тепловой мощности, выделяющейся на проводнике

В случае постоянного тока, когда вся энергия переходит в тепловую, эти формулы эквивалентны. Но в общем случае, при переменном токе, между ними есть существенная разница.

Например, рассмотрим, параллельное соединение двух проводников. Это могут быть две лампочки, подключенные в бытовую сеть. На каком проводнике выделится больше тепла, на большем или на меньшем?

Т.е. 100-ватная лампочка имеет меньшее сопротивление, чем 50-ватная. Рассмотрим теперь

последовательное соединение двух сопротивлений. Например, этими сопротивлениями могут быть лампочка и подводящие провода.

Wr = I2r

WR = I2R

WrWR=rR

Более сложный пример: вы подсоединяете удлинитель в розетку, и подключаете к нему холодильник, стиральную машину, чайник и утюг. Так делать нежелательно, т.к. удлинитель или розетка могут не выдержать.

Разберемся в этом подробней: для простоты примера, вы подключили несколько одинаковых приборов, скажем N утюгов с сопротивлением R.

Эту схему можно перерисовать в другом виде.

Допустим, через каждый утюг протекает ток I. Тогда по подводящему току будет течь ток в N раз больший, так как при параллельном соединении токи суммируются.2 R . Т.к. ток через подводящий провод в N раз больший, то мощность, выделяемая источником, равна INU, т.е. примерно в N раз больше. Т.е. чем больше утюгов вы подключите, тем больше источнику потребуется работать.

2. При большом количестве утюгов тепло, выделяющееся на подводящем проводе, оказывается немалым. Допустим, сопротивление подводящего провода r. Тогда на нем выделится тепловая мощность (IN)2 Rr. Т.е. мощность будет пропорциональна N2.

3. Если сопротивление подводящих проводов слишком велико, то выделяющаяся теплота превысит некоторое пороговое значение.

При подключении большого числа электроприборов или мощных электроприборов стоит помнить о том, что подводящие провода должны быть достаточно толстыми, чтобы выдержать эту нагрузку.

Энергия и мощность электрического тока

В любой замкнутой электрической цепи источник затрачивает электрическую энергию Wистна перемещение единицы положительного заряда по всей цепи: и на внутреннем и на внешнем участках.

и;

Энергия источника определяется выражением: Wист=Eq=EIt= (U0+U)It;

Энергия источника (полезная), которая расходуется на потребителе: W=UIt;

Энергия источника (потери), которая расходуется на внутреннем сопротивлении источника: W=U0It;

Преобразование электрической энергии в другие виды энергий происходит с определенной скоростью. Эта скорость определяет электрическую мощность элементов электрической цепи:

;

Мощность источника определяется соотношением:

Мощность потребителя определяется соотношением:

Коэффициент полезного действияэлектрической цепиηопределяется отношением мощности потребителя к мощности источника:

Закон Джоуля — Ленца

Ток, протекая по проводнику, нагревает его (в этом случае электрическая энергия преобразуется в тепловую). Количество выделенного тепла будет определяться количеством электрической энергии, затраченной в этом проводнике.

Дж.

(кал).

Коэффициент 0,24 (электротермический эквивалент) устанавливает зависимость между электрической и тепловой энергией.

Часть3: Режимы работы электрических цепей

В электрических цепях все основные элементы делятся на активные и пассивные. Активными считаются элементы, в которых преобразование энергии сопровождается возникновением ЭДС (аккумуляторы, генераторы). Элементы, в которых ЭДС не возникает, называются пассивными.

Параметры электрических цепей:

Ток в замкнутой цепи ;

Напряжение на клеммах источника ;

Падение напряжения на сопротивлении источника ;

Полезная мощность (мощность потребителя) .

Электрические цепи могут работать в трех режимах:

Условие максимальной отдачи мощности: полезная мощность максимальна, когда сопротивление потребителя R станет равным внутреннему сопротивлению источника R0.

КПД при максимальной отдаче мощности равно 50%, к 100% КПД приближается в режиме, близком к холостому ходу.

Нормальным (рабочим) режимом называют такой режим работы цепи, при котором ток, напряжение и мощность не превышают номинальных значений, заданных заводом-изготовителем.

Источники тока могут работать в режиме генератора и в режиме нагрузки. Источники, ЭДС которых совпадают с направлением тока в цепи, работают в режиме генератора, а источники , ЭДС которых не совпадают с направлением тока, работают в режиме потребителя.

Напряжение источника, работающего в режиме генератора: .

Напряжение источника, работающего в режиме потребителя: .

Тема 1.3

Расчет электрических цепей постоянного тока

Основной целью расчета электрической цепи является нахождение ее параметров: ток, напряжение, сопротивление, мощность, КПД. Значения параметров дают возможность оценить условия и эффективность работы электротехнического оборудования и приборов во всех участках электрической цепи.

Для расчета электрических цепей основой служат законы Ома и Кирхгофа, Джоуля-Ленца.

Законы Кирхгофа

К характерным элементам электрической цепи относятся ветвь, узел, контур.

Ветвью электрической цепи называется ее участок, на всем протяжении которого величина тока имеет одинаковое значение. Ветви, которые содержат источники питания называются активными, а которые не содержат их – пассивными.

Узлом электрической цепи называется точка соединения электрических ветвей.

Контуром электрической цепи называют замкнутое соединение, в которое могут входить несколько ветвей.

Первый закон Кирхгофа

Сумма токов входящих в узел равна сумме токов, выходящих из узла. ИЛИ Сумма токов, сходящихся в узле равна нулю.

∑I=0; — математическое выражение первого закона Кирхгофа.

Второй закон Кирхгофа

Алгебраическая сумма ЭДС в замкнутом контуре электрической цепи равна алгебраической сумме падений напряжений на всех участках этой цепи.

; — математическое выражение второго закона Кирхгофа.

Последовательное соединение потребителей

Последовательным соединением участков эй цепи называют соединение, при котором через все участки цепи проходит один и тот же ток.

Общее напряжение последовательно соединенных элементов равно сумме напряжений на каждом элементе согласно второму закону Кирхгофа: ;

В соответствии с законом Ома: ; Из этого соотношения следует:; Таким образом, общее сопротивление цепи с последовательно соединенными элементами равно сумме этих сопротивлений.

Параллельное сопротивление потребителей

Параллельным соединением участков электрической цепи называется соединение, при котором все участки цепи присоединяются к одной паре узлов, то есть находятся под действием одного и того же напряжения.

Общий ток такого соединения согласно первому закона Кирхгофа будет равен сумме токов в отдельных ветвях: ; В соответствии с законом Ома:; Если поделить левую и правую части наU, получим:;

Обратная величина общего эквивалентного сопротивления параллельно включенных потребителей равна сумме обратных величин этих потребителей.

Величина, обратная сопротивлению определяет проводимость потребителя g. Тогда для параллельно соединенных потребителей справедливо:;

Электрическая энергия и мощность

Основные понятия и определения электротехники

Электрическая энергия — это способность электромаг­нитного поля производить работу, преобразовываясь в другие виды энергии.

Электроэнергия — наиболее совершенный и универсальный вид, сравнительно легко преобразующийся в другие виды энергии: механическую, тепловую, световую, химическую и др.

Совершение работы связано с перемещением зарядов через элементы, обладающие сопротивлением. Единица измерения электроэнергии (работы) — джоуль (Дж). Она соответствует работе по перемещению заряда в один кулон между точками цепи с напряжением в один вольт: 1 Дж = 1 В • 1 Кл.

Электрическая мощность — это работа по перемещению электрических зарядов в единицу времени.

Различают активную, реактивную и полную мощности.

Активная мощность — это мощность, связанная с преобразованием электроэнергии в тепловую или меха­ническую энергию.

В цепях постоянного тока активная мощность, Вт,

Р ш UI = Р г, в цепях переменного синусоидального тока

(/

где U — действующее значение напряжения, В, U » -~;

л/2

I — действующее значение тока, А, I = ~.

Ф — угол сдвига между векторами напряжения и тока, град.

Реактивная (индуктивная) мощность в цепях перемен­ного синусоидального тока в установившихся режимах связана с созданием магнитных полей в элементах цепи и покрытием потерь на так называемые магнитные поля рассеяния этих элементов.

QL = UI sinq> * I2 xL .

Реактивная (емкостная) мощность в цепях переменного синусоидального тока в установившихся режимах направлена на создание электрических полей в диэлектрических средах элементов цепи.

Qc = UI sincp I2xc .

Единица измерения реактивной мощности — вар.

 

В цепях постоянного тока в установившихся режимах реак­тивные мощности равны нулю.

Полная мощность элемента в цепи переменного синусои­дального тока определяется как геометрическая сумма актив­ной и реактивной мощностей:  •

где z = /Jr2 + (xLxc)z  — полное сопротивление цепи, Ом. Единица измерения полной мощности — В>А



Теплота и энергия в электрической цепи

Процесс преобразования электрической энергии в тепловую играет большую роль в практическом применении, что широко используется в разных нагревательных приборах в промышленной и бытовой сфере.

В то же время, тепловые потери нежелательны по причине того, что могут сопровождаться непроизводительными расходами энергии. Это может касаться, например, электрических машин, трансформаторов и прочих устройств, что существенно снижает их КПД.

Закон Джоуля-Ленца

Замечание 1

Первым сформулировал зависимость выделения теплоты от силы электрического тока Джеймс Джоуль, что произошло в 1841 году. Позднее это сделал Эмиль Ленц. Так появляется закон Джоуля-Ленца, позволяющий рассчитывать мощность электронагревателей наряду с потерями на тепловыделение в линиях электропередач.

В словесной формулировке, согласно исследованиям этих ученых, закон будет звучать таким образом: количество выделяемой в определенном объеме проводника теплоты в момент протекания электрического тока оказывается прямо пропорциональным произведению величины напряженности электрического поля и плотности электрического тока.2t}{R} = UIt$

Исследования физиков Джоуля и Ленца относительно тепловыделения от действия электрического тока значительно продвинули научное понимание определенных физических процессов, а выведенные при этом основные формулы, не претерпев изменений, продолжают активно использоваться в различных научно-технических отраслях.

Готовые работы на аналогичную тему

В сфере электротехники выделяют несколько технических задач, где количество теплоты, которая будет выделяться при протекании тока, имеет критически важное значение при расчете таких параметров, как:

  • теплопотери в ЛЭП;
  • характеристики для проводов сетей электропроводки;
  • тепловая мощность электронагревателей;
  • температура срабатывания автовыключателей;
  • температура плавления плавких предохранителей;
  • тепловыделение разных электротехнических аппаратов, а также элементов радиотехники.

Замечание 2

Тепловое действие электротока в проводах ЛЭП является нежелательным из-за весомых потерь электроэнергии на тепловое выделение.2}{R}$

В системе СИ энергия и мощность измеряются в Джоулях (Дж) и Ваттах (Вт) соответственно. Для всех приведенных выше величин применяются кратные и дольные единицы измерения. Энергию часто выражают в киловатт-часах.

Способы получения и использования электрической энергии и энергии магнитного поля

Электрическая энергия – энергия движущихся по электрической цепи электронов (электрического тока).

Электрическая энергия применяется для:

  • получения механической энергии с помощью электродвигателей и осуществления механических процессов обработки материалов: дробления, измельчения, перемешивания;
  • для проведения электрохимических реакций;
  • получения тепловой энергии в электронагревательных устройствах и печах;
  • для непосредственной обработки материалов (электроэррозионная обработка).

Перечислим преимущества электрической энергии перед другими видами энергии:

  • Без электрической энергии невозможна нормальная жизнь современного общества.
  • Электрическая энергия является практически единственным видом энергии для искусственного освещения.
  • Электрическую энергию легко преобразовать в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую, химическую и др.), и наоборот, в электрическую энергию легко преобразуются любые другие виды энергии
  • Электрическую энергию можно передавать практически на любые расстояния. Электрическую энергию удобно дробить на любые части в электрических цепях (мощность приемников электроэнергии может быть различна)
  • Процессы получения, передачи и потребления электроэнергии легко поддаются автоматизации, благодаря точности и чувствительности электрических методов контроля и управления.
  • Процессы, в которых используется электрическая энергия, допускают простое управление (нажатие кнопки, выключателя и т.д.) Использование электрической энергии позволяет повысить производительность труда во всех областях деятельности человека, автоматизировать почти все технологические процессы.

К недостаткам электрической энергии можно отнести невозможность запасать ее в больших количествах и сохранять эти запасы длительное время.

Электрическая и магнитная энергии тесно взаимосвязаны друг с другом. Магнитная энергия – это энергия постоянных магнитов, обладающих большим запасом энергии, но плохо отдающих ее. Электрический ток создает вокруг себя протяженные, сильные магнитные поля, поэтому чаще всего говорят об электромагнитной энергии.

Электромагнитная энергия – это энергия электромагнитных волн, т.е. движущихся электрического и магнитного полей. Она включает видимый свет, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские лучи и радиоволны.

Таким образом, электромагнитная энергия – это энергия излучения. Излучение переносит энергию в форме энергии электромагнитной волны. Когда излучение поглощается, его энергия преобразуется в другие формы, например в теплоту.

Ток – Энергетическое образование

Ток – это количество электрического заряда, протекающего в проводнике в секунду. Это то, что переносит электроэнергию от электростанций через систему передачи и систему распределения для промышленного и бытового использования электроэнергии. Иначе его называют электричеством. Сила тока определяется количеством заряда, протекающего в секунду, и измеряется в амперах, сокращенно А или ампер. Когда электрический заряд течет в одном направлении, это называется постоянным током, а когда электрический заряд колеблется взад и вперед, меняя направления, это называется переменным током.

Количество постоянного тока можно рассчитать по следующей формуле:

[математика]I=\frac{\Delta Q}{\Delta t}[/math]

[math]I[/math] = ток в амперах,
[math]\Delta Q[/math] = заряд в кулонах, протекающий мимо данного места и
[math]\Delta t[/math] = прошедшее время в секундах.

Однако кулоны заряда нельзя измерить напрямую, обычно для измерения тока используется устройство, известное как мультиметр.Переменный ток использует аналогичное уравнение для определения величины тока, но математика становится немного сложнее, поскольку направление движущегося заряда быстро меняется.

По соглашению термин ток (также называемый обычным током) определяется зарядами, движущимися от положительного вывода к отрицательному. Также существует термин поток электронов, который используется для определения зарядов, движущихся от отрицательного вывода к положительному. Обратите внимание, что это противоположности.Обычный ток более популярен, хотя можно использовать любой термин, если это делается последовательно, чтобы избежать путаницы. Чтобы посмотреть популярный веб-комикс о том, как определяются положительные и отрицательные заряды, посетите XKCD.

Всякий раз, когда ток проходит через компонент или цепь, часть энергии теряется в виде тепла. Некоторые специальные приложения, например, тостеры, используют это тепло. Часто это тепло является неэффективностью системы, например, в электрической передаче. Избыточное тепло может быть настоящей неприятностью в некоторых приложениях, таких как настольные компьютеры, которые склонны к перегреву и нуждаются в вентиляторах, обеспечивающих циркуляцию воздуха для охлаждения.

Выключатели используются для выключения (или включения) тока почти мгновенно, как только заряду некуда идти (помните, ток движется только при полной цепи) ток прекращается. Если начинает течь слишком большой ток, специальный тип переключателя действует как аварийная мера безопасности для автоматического отключения тока. Эти аварийные меры безопасности включают предохранители и автоматические выключатели.

Токовые и магнитные поля

Электрический ток порождает магнитные поля, открытые Гансом Эрстедом в 1819 году и вскоре после этого расширенные Андре-Мари Ампером, [1] Жаном-Батистом Биотом и Феликсом Саваром, которые сформулировали первые законы электромагнетизма. [2] Распространенным применением этого явления являются электродвигатели, использующие токи и их магнитные поля для преобразования электрической энергии в механическую.

Чтобы узнать о физике электрического тока, см. гиперфизику.

Каталожные номера

Наблюдение за переносом энергии электрическими токами

Если вы считаете, что контент, доступный посредством Веб-сайта (согласно определению в наших Условиях обслуживания), нарушает одно или более ваших авторских прав, пожалуйста, сообщите нам, предоставив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному агенту, указанному ниже.Если университетские наставники примут меры в ответ на ан Уведомление о нарушении, он предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, предоставившей такой контент средства самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении может быть направлено стороне, предоставившей контент, или третьим лицам, таким как в виде ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатов), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или деятельность нарушают ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что содержимое находится на Веб-сайте или на который ссылается Веб-сайт, нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к адвокату.

Чтобы подать уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись владельца авторских прав или лица, уполномоченного действовать от его имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробно, чтобы преподаватели университета могли найти и точно идентифицировать этот контент; например, мы требуем а ссылку на конкретный вопрос (а не только название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; и Заявление от вас: (а) что вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права не разрешены законом или владельцем авторских прав или его агентом; б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство вы либо владельцем авторских прав, либо лицом, уполномоченным действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему назначенному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
Сент-Луис, Миссури 63105

Или заполните форму ниже:

 

Энергия, передаваемая электрическим током

Энергия, передаваемая при работе

Энергетика и теплофизика

Энергия, передаваемая электрическим током

Практическая деятельность за 14-16

Демонстрация

Электрический ток передает энергию.

Аппаратура и материалы

  • Лампа, 240 В, 100 Вт
  • Лампа, 12 В 24 Вт
  • Лампа, 12 В 6 Вт
  • Лампа, 12 В, 36 Вт, блок питания
  • Секундомер
  • Демонстрационный измеритель с диапазонами 0–5 А постоянного тока и 0–5 А переменного тока, диапазонами 0–12 В и 0–240 В переменного тока
  • Источник питания, 12 В переменного тока
  • Блок питания, 240 В
  • Розетка в комплекте с измерителем мощности и тока (см. Технические примечания)

Здоровье и безопасность и технические примечания

Не сооружайте цепей для подключения к электросети.

В простейшей демонстрации используется безопасный держатель лампы BC, подключенный через гибкий кабель с двойной изоляцией на 5 А к вилке на 13 А.

Если используются амперметр и вольтметр(ы), все соединения должны использовать разъемы 4 мм с кожухом. Соединения с сетью могут быть оголены с помощью безопасного блока .

Ознакомьтесь с нашим стандартным руководством по охране труда и технике безопасности

Лампы можно приобрести у Beecroft and Partners или у других поставщиков научного оборудования.

Альтернативой является устройство под названием Cost Plug , которого больше нет в продаже.

Розетку с ваттметром и амперметром можно приобрести у поставщика: Machine Mart.

Процедура

  1. Подключите простую последовательную цепь из 12-вольтовой лампы мощностью 24 Вт и демонстрационного счетчика к источнику питания 12 В. Включите на 15 секунд. Обсудите способы передачи энергии: течет электрический ток, совершая «электрическую работу», нить нагревается и испускает излучение.
  2. Повторите с 12-вольтовой 36-ваттной лампой и еще раз с 12-вольтовой 6-ваттной лампой.
  3. Если имеется амперметр переменного тока, повторите еще раз, используя клеммы 12 В переменного тока трансформатора.
  4. Подключите лампу 240 вольт 100 ватт к стандартной розетке со встроенным счетчиком.

Учебные заметки

  • Электрический ток передает энергию, накопленную химическим путем, которая хранилась в топливе (и кислороде) на электростанции, в окружающую среду, где она хранится термически.Когда электрический ток проходит через нить накала, нить нагревается. Его температура повышается так, что он раскаляется до красного или белого цвета. Энергия передается от нити в виде электромагнитных волн видимого света и инфракрасного излучения, которые распространяются в окружающую среду, нагревая ее.
  • Лампы мощностью 5 Вт, 24 Вт и 36 Вт, работающие от сети 12 В, светятся с разной яркостью. Лампа мощностью 36 Вт является самой яркой и поэтому излучает больше всего энергии в секунду. Электрический ток в цепи с лампой 36Вт тоже наибольший.Оказывается, излучаемая энергия может быть пропорциональна току. (Прежде чем это можно будет подтвердить, нужно провести больше экспериментов, чем этот!)
  • Есть преимущество в установке двух цепей рядом, например. Лампы 12 В 24 Вт, одна на постоянном токе и одна на переменном токе. Студенты могут видеть, что переменный ток мало что меняет.
  • Лампа 240 В, 100 Вт и 12 В, 6 Вт пропускают один и тот же ток, но больше энергии излучается от лампы 240 В в секунду, на что указывает ее номинальная мощность 100 Вт.
  • Вы показали, что излучаемая энергия зависит не только от силы тока, но и от разности потенциалов. Это также будет зависеть от того, как долго течет ток:
  • Энергия, передаваемая электрическим током, E = V x I x t = VQ
  • Вольт можно определить как энергию, передаваемую на кулон при переходе от источника питания к компоненту. Это определение часто используется, когда учащиеся изучают электрические концепции на ранних этапах.

Этот эксперимент был проверен на безопасность в декабре 2005 г.

5.1 Электрический ток – введение в электричество, магнетизм и электрические цепи

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ


К концу этого раздела вы сможете:
  • Описать электрический ток
  • Задайте единицу измерения электрического тока
  • Объясните направление течения тока

До сих пор мы рассматривали в основном статические заряды. Когда заряды действительно двигались, они ускорялись в ответ на электрическое поле, создаваемое разностью потенциалов.Заряды теряли потенциальную энергию и приобретали кинетическую энергию, когда они проходили через разность потенциалов, когда электрическое поле действительно работало над зарядом.

Хотя для протекания зарядов не требуется материал, большая часть этой главы посвящена пониманию движения зарядов через материал. Скорость, с которой заряды проходят через определенное место, то есть количество заряда в единицу времени, известна как электрический ток . Когда заряды протекают через среду, ток зависит от приложенного напряжения, материала, через который проходят заряды, и состояния материала.Особый интерес представляет движение зарядов в проводнике. В предыдущих главах заряды ускорялись за счет силы, обеспечиваемой электрическим полем, теряя потенциальную энергию и приобретая кинетическую энергию. В этой главе мы обсудим ситуацию с силой, обеспечиваемой электрическим полем в проводнике, когда заряды теряют кинетическую энергию в материале, достигая постоянной скорости, известной как « дрейфовая скорость ». Это аналогично объекту, падающему через атмосферу и теряющему кинетическую энергию в воздухе, достигая постоянной конечной скорости.

Если вы когда-либо проходили курс по оказанию первой помощи или технике безопасности, вы, возможно, слышали, что в случае поражения электрическим током сила тока, а не напряжение, является важным фактором, влияющим на тяжесть поражения и степень поражения. повреждения человеческого организма. Ток измеряется в единицах, называемых амперами; Вы, возможно, заметили, что автоматические выключатели в вашем доме и предохранители в вашем автомобиле рассчитаны на ампер (или ампер). Но что такое ампер и что он измеряет?

Определение тока и ампера

Электрический ток определяется как скорость, с которой течет заряд.Когда присутствует большой ток, например, используемый для работы холодильника, большое количество заряда проходит по проводу за небольшой промежуток времени. Если ток небольшой, например, используемый для работы портативного калькулятора, небольшое количество заряда перемещается по цепи в течение длительного периода времени.

Большинство электрических приборов рассчитаны на ампер (или амперы), необходимые для правильной работы, как и предохранители и автоматические выключатели.

(рис. 5.1.1)  

Рис 5.1.1  Скорость потока заряда актуальна. Ампер — это поток заряда в один кулон через площадь за одну секунду. Ток в один ампер возникнет в результате прохождения электронов через эту область каждую секунду.

ПРОВЕРЬТЕ ВАШЕ ПОНИМАНИЕ 5.1


В портативных калькуляторах часто используются небольшие солнечные батареи для обеспечения энергией, необходимой для выполнения вычислений, необходимых для сдачи следующего экзамена по физике. Ток, необходимый для запуска вашего калькулятора, может быть всего . Сколько времени потребуется для вытекания заряда из солнечных батарей? Можно ли использовать солнечные элементы вместо батарей для запуска традиционных двигателей внутреннего сгорания, используемых в настоящее время в большинстве легковых и грузовых автомобилей?

ПРОВЕРЬТЕ ВАШЕ ПОНИМАНИЕ 5.2


Автоматические выключатели в доме рассчитаны на ток в амперах, обычно в диапазоне от до , и используются для защиты жителей от вреда и их приборов от повреждения из-за больших токов. Один автоматический выключатель можно использовать для защиты нескольких розеток в гостиной, а один автоматический выключатель можно использовать для защиты холодильника на кухне. Какой вывод вы можете сделать из этого о токе, потребляемом различными приборами?

Ток в цепи

В предыдущих параграфах мы определили ток как заряд, протекающий через площадь поперечного сечения в единицу времени.Чтобы заряд протекал через устройство, такое как фара, показанная на рис. 5.1.4, должен быть полный путь (или цепь) от положительной клеммы к отрицательной клемме. Рассмотрим простую схему автомобильного аккумулятора, выключателя, лампы фары и проводов, обеспечивающих путь тока между компонентами. Чтобы лампа зажглась, должен быть полный путь для протекания тока. Другими словами, заряд должен иметь возможность покинуть положительную клемму батареи, пройти через компонент и вернуться к отрицательной клемме батареи.Переключатель там для управления цепью. В части (а) рисунка показана простая схема автомобильного аккумулятора, выключателя, токопроводящей дорожки и лампы фары. Также показана схема схемы [часть (b)]. Схема — это графическое представление схемы, которое очень полезно для визуализации основных характеристик схемы. На схемах используются стандартные символы для представления компонентов в цепях и сплошные линии для обозначения проводов, соединяющих компоненты. Батарея показана в виде серии длинных и коротких линий, представляющих исторический гальванический столб.Лампа изображена в виде круга с петлей внутри, представляющей собой нить накаливания лампы накаливания. Переключатель показан в виде двух точек с проводящей полосой для соединения двух точек, а провода, соединяющие компоненты, показаны сплошными линиями. Схема в части (c) показывает направление тока, когда переключатель замкнут.

(рис. 5.1.4)  

Рисунок 5.1.4  (a) Простая электрическая цепь фары (лампы), аккумулятора и выключателя. Когда переключатель замкнут, непрерывный путь для протекания тока обеспечивается проводящими проводами, соединяющими нагрузку с клеммами батареи.(б) На этой схеме батарея представлена ​​параллельными линиями, которые напоминают пластины оригинальной конструкции батареи. Более длинные линии указывают на положительную клемму. Проводники показаны сплошными линиями. Переключатель показан в разомкнутом положении в виде двух клемм с линией, представляющей проводящую полосу, которая может контактировать между двумя клеммами. Лампа представлена ​​кругом, охватывающим нить накала, как в лампе накаливания. (c) Когда переключатель замкнут, цепь замкнута, и ток течет от положительной клеммы к отрицательной клемме батареи.

Когда переключатель замкнут на рисунке 5.1.4(c), существует полный путь прохождения заряда от положительной клеммы аккумулятора через переключатель, затем через фару и обратно к отрицательной клемме аккумулятора. . Обратите внимание, что направление тока течет от положительного к отрицательному. Направление условного тока  всегда представлено в направлении, в котором будет течь положительный заряд, от положительного вывода к отрицательному полюсу.

Обычный ток течет от положительной клеммы к отрицательной, но в зависимости от реальной ситуации могут перемещаться положительные заряды, отрицательные заряды или и то, и другое.В металлических проводах, например, ток переносится электронами, то есть движутся отрицательные заряды. В ионных растворах, таких как соленая вода, движутся как положительные, так и отрицательные заряды. Это верно и для нервных клеток. Генератор Ван де Граафа, используемый для ядерных исследований, может производить ток чисто положительных зарядов, таких как протоны. В ускорителе Тэватрон в Фермилабе перед его закрытием в 2011 году столкнулись пучки протонов и антипротонов, летящие в противоположных направлениях. Протоны положительны, и поэтому их ток направлен в том же направлении, в котором они движутся.Антипротоны заряжены отрицательно, и поэтому их ток направлен в направлении, противоположном направлению движения реальных частиц.

Ток, протекающий по проводу, более подробно показан на рис. 5.1.5. На рисунке показано движение заряженных частиц, составляющих ток. Тот факт, что обычный ток считается направленным в сторону положительного заряда, восходит к американскому ученому и государственному деятелю Бенджамину Франклину в 1700-х годах. Не зная о частицах, из которых состоит атом (а именно о протоне, электроне и нейтроне), Франклин полагал, что электрический ток течет от материала, в котором больше «электрической жидкости», к материалу, в котором меньше этого «электрического флюида». электрическая жидкость.Он ввел термин положительный для материала, в котором содержится больше этой электрической жидкости, и отрицательный для материала, в котором отсутствует электрическая жидкость. Он предположил, что ток будет течь от материала с большим количеством электрического флюида — положительного материала — к отрицательному материалу, в котором меньше электрического флюида. Франклин назвал это направление тока положительным током. Это было довольно продвинутое мышление для человека, который ничего не знал об атоме.

(рис. 5.1.5)  

Рисунок 5.1.5  Ток — это скорость, с которой заряд проходит через площадь, например через поперечное сечение провода. Обычный ток определяется как движущийся в направлении электрического поля. (а) Положительные заряды движутся в направлении электрического поля, которое совпадает с направлением обычного тока. б) Отрицательные заряды движутся в направлении, противоположном электрическому полю. Обычный ток направлен в сторону, противоположную движению отрицательного заряда.Поток электронов иногда называют электронным потоком.

Теперь мы знаем, что материал является положительным, если в нем больше протонов, чем электронов, и отрицательным, если в нем больше электронов, чем протонов. В проводящем металле протекание тока обусловлено в первую очередь электронами, текущими от отрицательного материала к положительному, но по историческим причинам мы рассматриваем протекание положительного тока, и показано, что ток течет от положительного вывода батареи к положительному. отрицательный терминал.

Важно понимать, что электрическое поле присутствует в проводниках и отвечает за создание тока (рис. 5.1.5). В предыдущих главах мы рассмотрели статический электрический случай, когда заряды в проводнике быстро перераспределяются по поверхности проводника, чтобы нейтрализовать внешнее электрическое поле и восстановить равновесие. В случае электрической цепи заряды не могут достичь равновесия за счет внешнего источника электрического потенциала, такого как батарея.Энергия, необходимая для перемещения заряда, обеспечивается электрическим потенциалом батареи.

Хотя электрическое поле отвечает за движение зарядов в проводнике, работа, совершаемая над зарядами электрическим полем, не увеличивает кинетическую энергию зарядов. Мы покажем, что электрическое поле отвечает за то, чтобы электрические заряды двигались с «дрейфовой скоростью».

Цитаты Кандела

Контент по лицензии CC, особое указание авторства

  • Скачать бесплатно на http://cnx.org/contents/[email protected] Получено с : http://cnx.org/contents/[email protected] Лицензия : CC BY: Attribution

Токи, статическая и электрическая безопасность

Дети подвергаются воздействию электричества задолго до того, как понимают, что это такое. Подумайте о детских мультфильмах. Персонажи часто изображаются как имеющие идею, когда над их головой появляется изображение лампочки, или персонажи укрываются во время грозы.Хотя это еще несколько очевидных примеров того, как дети знакомятся с концепцией электричества, вы можете быть удивлены тем, что они уже усвоили в своей повседневной жизни!

Сегодня даже маленькие дети имеют некоторое представление о том, что делает электричество в доме, например, заряжая телефон или питая их любимую игрушку на батарейках, но это только царапает поверхность понимания. Изучение электричества знакомит детей с элементарными научными концепциями, которые могут помочь им понять окружающий мир и взаимодействовать с ним.

Изучив основы работы электричества и проведя несколько забавных и безопасных экспериментов с током и разницей заряда, дети смогут начать понимать значение электричества в их повседневной жизни и важность электробезопасности.

Как рассказать детям об электричестве

Пытаетесь вспомнить, когда ваш ребенок впервые познакомился с идеей электричества ? Подсказка: вероятно, это был шторм! Сидели ли они у окна в восторге или прятались, потому что было «слишком громко», вы, скорее всего, уже дали какое-то объяснение феномену, происходящему снаружи во время грозы.Это явление мы называем электричеством.

Что такое электрическая энергия?

В следующий раз, когда вы и ваши дети попадете в бурю с громом и молнией, вы можете рассказать им об электрической энергии. Но прежде чем мы углубимся в электрическую энергию, давайте сначала освежим вашу школьную физику.

Энергия — это способность применять силу или давление к объекту для нагревания, перемещения или выполнения над ним работы. Электрическая энергия – это особая форма энергии, возникающая в результате электрического заряда.Сила, действующая на объект, основана либо на электрическом притяжении, либо на электрическом отталкивании между заряженными частицами.

Что такое Основной закон электричества?

Что касается электричества, то существует один основной закон, который управляет всем процессом: Закон Ома . Этот закон был соответствующим образом назван в честь Георга Ома, физика, который первым определил его. Георг Ом обнаружил, что электрический ток, протекающий по проводнику, пропорционален напряжению на сопротивлении.Это открытие привело к следующей формуле, известной как закон Ома, которая изображает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением

.

Как производится электричество?

Благодаря другому ученому по имени Майкл Фарадей, мы теперь знаем, что вызывает электричество. В 1820-х годах Фарадей определил, что может генерировать электричество, перемещая петлю из проводящего металла между полюсами магнита.

Поскольку электроны могут свободно двигаться в медной проволоке и нести отрицательный заряд, Фарадей узнал, что он может генерировать энергию за счет сил притяжения между положительно заряженными протонами и отрицательно заряженными электронами.Сила между протонами и электронами — это то, что воздействует на данный объект.

Что такое определение электрического тока?

Электрический ток используется для обозначения движущегося электрического заряда, но он также может относиться к более контролируемой форме электричества, такой как топливные элементы, генераторы, батареи, солнечные элементы и т. д.

Что является примером электрического тока?

В зависимости от того, какой тип электрического тока вы имеете в виду, это может быть много разных вещей.Тем не менее, некоторые распространенные из них, которые вы можете распознать, — это молнии, статическое электричество или внезапная искра, которую вы чувствуете при контакте с новым объектом.

В чем разница между напряжением и током?

Обращение к закону Ома может помочь различить разницу между напряжением и током. Помните, закон Ома записывается как:

В этом уравнении V обозначает напряжение, а I обозначает ток. Напряжение рассчитывается как разница между двумя точками, а ток определяется как скорость, с которой течет данный заряд.Ток рассчитывается путем деления напряжения на сопротивление.

Веселые и безопасные эксперименты с электричеством для детей

Теперь, когда вы лучше разбираетесь в электричестве, вам будет легче объяснить его детям. Изучение электричества может стать увлекательным и интерактивным, если вы возьмете дело в свои руки. Если вы хотите познакомить своих детей с понятием электричества, есть несколько простых и безопасных способов сделать это, но один из наших любимых — проверенная временем простая электрическая схема.

Что такое простая электрическая цепь?

Простая электрическая цепь представляет собой круговой путь, состоящий из проводов, которые обеспечивают поток электронов от источника питания к объекту.

Как работает простая электрическая цепь?

Чтобы создать собственную простую электрическую цепь, все, что вам нужно, это источник питания (например, батарея), который дает электронам силу, необходимую им для движения. Следующее, что вам нужно, это объект для получения электрической энергии, например лампочка. Простая электрическая цепь позволяет заряженным электронам течь по проводке от батареи к лампочке, в результате чего лампочка загорается.

Статическое электричество для детей

Статическое электричество — распространенный пример электрического тока, поэтому неудивительно, что он отлично подходит для обучения детей электричеству.

Что такое три закона статического электричества?

Есть три основных закона, которые определяют статическое электричество. Они следующие:

  • Разноименные заряды притягиваются.
  • Одинаковые заряды отталкиваются друг от друга.
  • Заряженные объекты притягивают нейтральные объекты.

Если вы когда-нибудь задавались вопросом, как работает статическое электричество, вот ваш ответ. Статическое электричество возникает при сильном трении двух предметов друг о друга. Наука, стоящая за этим явлением, называется трибоэлектричество .

Трибоэлектрический эффект возникает при соприкосновении двух объектов с разными зарядами. Хотя все атомы имеют центральное положительное ядро ​​и облако отрицательно заряженных электронов, некоторые объекты притягиваются сильнее, чем другие.Это означает, что когда мы разделяем два объекта, один из объектов может получить несколько дополнительных электронов из-за того, что другой объект их потерял, что приводит к различному заряду, который генерирует статическое электричество.

Какие примеры статического электричества?

Теперь, когда вы лучше понимаете статическое электричество, вы можете применить свои знания, чтобы научить своих детей этому, проведя несколько забавных экспериментов с несколькими обычными предметами домашнего обихода.

источник

Одним из наиболее распространенных и наиболее известных примеров статического электричества является воздушный шар, прилипший к предмету одежды после того, как его сильно потерли об него.Другим распространенным примером является создание статического электричества, когда вы шаркаете ногами по ковру в гостиной и вызываете у кого-то крошечный удар током, касаясь их.

Что вызывает у человека накопление статического электричества?

Статическое электричество может накапливаться на одежде человека из-за избытка положительных или отрицательных ионов, которым некуда деваться. Например, ваша одежда не металлическая, поэтому энергия не может выводиться из вашей одежды или тела. Однако стоит вам прикоснуться к чему-то металлическому, например к дверной ручке, в которой нет положительных ионов (а у вас их избыток), энергия «перескакивает» от вас к металлическому предмету.

Как можно использовать статическое электричество?

Хотя статическое электричество может доставлять неудобства (например, носки прилипают к одежде или волосы торчат дыбом зимой), оно на самом деле более полезно, чем многие могут себе представить.

Возьмем ксерокс. Это устройство на самом деле работает аналогично воздушному шару, прилипающему к вам для создания копий. Благодаря использованию положительных и отрицательных ионов изображение можно захватить и скопировать с помощью статического электричества.

Еще одно преимущество статического электричества? Контроль загрязнения! Когда вы прикладываете статический заряд к частице грязи в воздухе, вы можете собрать эти заряженные частицы грязи в электростатическом фильтре.

Как избавиться от статического электричества?

Хотя статическое электричество в некоторых отношениях полезно, в некоторых случаях оно превращается из незначительного неудобства в серьезное раздражение. Есть несколько способов избавиться от статического электричества, но два наиболее распространенных варианта являются самыми простыми.

Носите рубашку, которая цепляется за статическое электричество? Для одежды, которая цепляется за ваше тело, вы можете нанести на кожу лосьон, который устранит проблему. Надоели носки, прилипшие к джинсам? Используйте листы для сушки.Они помогают уменьшить статическое электричество, которое возникает, когда ваша одежда постоянно трется в сушилке.

Что является примером статического электричества в природе?

Когда дело доходит до статического электричества в природе, трудно превзойти, например, молнию. Молнии возникают из-за накопления электростатической энергии в облаках, что создает грозы. Мы видим молнию, когда облака разнозаряженных областей разряжают свою энергию.

Эксперименты с электричеством для детей

Если вы хотите, чтобы ваши дети были увлечены энергией, подумайте о том, чтобы познакомить их с несколькими простыми занятиями, которые научат их электричеству веселым и безопасным способом.Вот несколько идей экспериментов с электричеством для детей, которые вам тоже понравятся!

Простые электрические проекты

Когда дело доходит до простых проектов по электричеству, трудно превзойти пример с воздушным шаром. Для этого проекта вам понадобится только надутый воздушный шар и желающий участник. Теперь просто потрите шарик о рубашку человека (шерстяные свитера прекрасно подойдут) и вуаля! Воздушный шар должен быть приклеен к одежде человека.

Простые электрические проекты для старшеклассников

Ищете что-то более продвинутое для старшеклассников? Вот проект, который просто идеально подходит для них.Ранее мы обсуждали важность простых электрических цепей, но вот как вы можете сделать свою собственную.

Все, что вам нужно, это две батарейки типа D, небольшой фонарик, клейкая лента, любая проволока, оловянная фольга, ластик, пуговица, ключ и монета. Соедините две батареи D вместе, а затем прикрепите провод к отрицательной стороне батареи. Затем прикрепите другой провод к фаре. Теперь проверьте оловянную фольгу, ластик, кнопку, ключ и монету, чтобы увидеть, какие предметы позволяют свету светиться!

Научные эксперименты с электричеством для пятиклассников

Существует множество забавных научных экспериментов с электричеством для пятиклассников, но наш личный фаворит включает в себя миску, расческу, а также немного соли и перца.Попросите учеников энергично провести расческой по своим волосам, чтобы создать статический заряд. Затем следует провести расческой над смесью соли и перца в миске. Электрически заряженный гребень должен заставить перец «подпрыгнуть» и прикрепиться к гребню.

Научные эксперименты с электричеством для шестиклассников

Вот более продвинутый вариант эксперимента с пятиклассником. Все, что вам нужно здесь, это расческа и доступ к раковине с краном. Для этого эксперимента вы снова зарядите расческу, энергично расчесывая ею волосы.Затем вы включаете кран и медленно подносите гребенку к воде как можно ближе, не касаясь ее. Вы заметите, что вода начинает «изгибаться», демонстрируя эффект, который статическое электричество оказывает на воду.

Электробезопасность для детей

Несмотря на то, что есть много забавных экспериментов, из которых дети могут извлечь уроки, важно всегда следить за тем, чтобы нашим главным приоритетом была защита детей от электричества. Есть несколько способов, которые помогут расставить приоритеты в отношении безопасности детей, когда речь идет об электричестве.

Одна из самых больших проблем, связанных с электробезопасностью дома, связана с электрическими розетками . Это представляет опасность для детей, которые могут воткнуть что-нибудь в розетку и случайно ударить себя током. Чтобы избежать этого, вы можете приобрести заглушки для вилок розеток. Эти крышки втыкаются в розетку, закрывая контакты, чтобы дети не могли положить предметы в розетку.

Еще один важный способ практиковать электробезопасность дома — научить детей не забывать выключать электроприборы, когда они находятся рядом с водой.При сушке волос феном держите шнуры подальше от влажных поверхностей. Это касается и купания. Находясь в ванне, не пользуйтесь электронными устройствами.

Плакат по безопасности электричества

Часто задаваемые вопросы об электричестве

У детей много вопросов об электричестве, и это здорово! Вот несколько вопросов, которые дети задают, изучая электричество.

Можно ли создать электричество с помощью магнита?

Когда дело доходит до магнитов, с их помощью можно абсолютно точно создавать электричество.Поскольку магниты работают, толкая и притягивая электроны, магнит, который быстро перемещается по медному проводу, может создавать электричество благодаря движущимся электронам.

Как наши тела проводят электричество?

В наших телах уже есть ряд различных электрических зарядов (например, нервные клетки и клетки мозга), поэтому воздействие сильных электрических токов может быть опасным для жизни. Наша кожа способна защитить тело от электричества, но определенные напряжения могут быть слишком сильными для нашей кожи.Влажная кожа лучше проводит электричество, чем сухая, поэтому мы не должны плавать во время грозы, так как электричество легче проходит через нашу кожу в воде.

Как электричество проходит по проводу?

Электричество может проходить по проводу из-за зарядов внутри провода. Затем на эти заряды воздействует электрическое поле, и они могут перемещаться по проводу с помощью электрического тока.

Проводя эксперименты и вопросы с детьми, убедитесь, что они понимают важность безопасности.Чем больше дети знают об электричестве, тем меньше вероятность того, что они попадут в ситуацию, когда они или другие могут получить ожоги или удары током. Базовые знания об электричестве могут помочь им оставаться в безопасности, а также укрепить интерес к науке и окружающему миру.

Подробнее:
10 лучших советов по снижению счетов за электричество

Как уменьшить счет за электроэнергию, изменив домашние дела

Предоставлено вам justenergy.com

Познакомьтесь с электрическими формами жизни, которые живут за счет чистой энергии

Катерина Брагич

Geobacter – текущий фаворит

Дерек Ловли/SPL

ВСТАВЬТЕ электрод в землю, закачивайте в него электроны, и они появятся: живые клетки, питающиеся электричеством.Мы знаем, что бактерии выживают на различных источниках энергии, но не таких странных, как этот. Подумайте о чудовище Франкенштейна, оживленном гальванической энергией, за исключением того, что эти «электрические бактерии» вполне реальны и появляются повсюду.

В отличие от любого другого живого существа на Земле, электрические бактерии используют энергию в ее самой чистой форме — чистое электричество в форме электронов, собранных из камней и металлов. Мы уже знали о двух типах, Shewanella и Geobacter .Теперь биологи показывают, что они могут выманить гораздо больше из камней и морской грязи, соблазнив их небольшим количеством электрического сока. Эксперименты по выращиванию бактерий на электродах батарей показывают, что эти новые, ошеломляющие формы жизни, по сути, питаются и выделяют электричество.

Это не должно быть полной неожиданностью, говорит Кеннет Нилсон из Университета Южной Калифорнии в Лос-Анджелесе. Мы знаем, что жизнь, если свести ее к минимуму, представляет собой поток электронов: «Вы едите сахар с избытком электронов и вдыхаете кислород, который охотно их забирает.«Наши клетки расщепляют сахара, и электроны проходят через них в сложном наборе химических реакций, пока они не передаются жадному до электронов кислороду.

«Жизнь умна. Он выясняет, как высасывать электроны из всего, что мы едим, и держать их под контролем»

В процессе клетки производят АТФ, молекулу, которая действует как единица хранения энергии почти для всех живых существ. Перемещение электронов является ключевой частью производства АТФ. «Жизнь очень умна, — говорит Нилсон. «Он выясняет, как высасывать электроны из всего, что мы едим, и держать их под контролем.У большинства живых существ тело упаковывает электроны в молекулы, которые могут безопасно переносить их через клетки, пока они не будут сброшены в кислород.

«Таким образом мы производим всю нашу энергию, и он одинаков для всех организмов на этой планете», — говорит Нилсон. «Электроны должны течь, чтобы получить энергию. Вот почему, когда кто-то душит другого человека, он умирает в течение нескольких минут. Вы остановили подачу кислорода, поэтому электроны больше не могут течь».

Видео: электрические бактерии соединяются, образуя провода

Открытие электрических бактерий показывает, что некоторые очень простые формы жизни могут избавиться от слащавых посредников и обращаться с энергией в ее самой чистой форме – электронами, собираемыми с поверхности минералов.«Знаете, это действительно чуждо», — говорит Нилсон. — В каком-то смысле инопланетянин.

Команда Нильсона — одна из немногих, кто в настоящее время выращивает эти бактерии прямо на электродах, поддерживая их жизнь с помощью электричества и ничего больше — ни сахаров, ни каких-либо других питательных веществ. По его словам, очень опасным эквивалентом для людей было бы включение питания, втыкая пальцы в электрическую розетку постоянного тока.

Чтобы вырастить эти бактерии, команда собирает осадок с морского дна, приносит его в лабораторию и вставляет в него электроды.

Сначала они измеряют естественное напряжение на осадке, а затем применяют немного другое. Чуть более высокое напряжение дает избыток электронов; немного более низкое напряжение означает, что электрод будет легко принимать электроны от всего, что хочет их передать. Насекомые в отложениях могут либо «съесть» электроны с более высокого напряжения, либо «вдохнуть» электроны на электрод с более низким напряжением, генерируя ток. Исследователи улавливают этот ток как сигнал того типа жизни, который они зафиксировали.

«По сути, идея состоит в том, чтобы взять осадок, воткнуть внутрь электроды, а затем спросить: «Хорошо, кому это нравится?», — говорит Нилсон.

Шокирующее дыхание

На конференции Гольдшмидта по наукам о Земле в Сакраменто, штат Калифорния, в прошлом месяце Шиуэ-лин Ли из лаборатории Нилсона представила результаты экспериментов по выращиванию электрических дышащих в отложениях, собранных в гавани Санта-Каталина в Калифорнии. Ямини Джангир, также из Университета Южной Калифорнии, представил отдельные эксперименты по выращиванию дышащих электричеством, собранных из колодца в Долине Смерти в пустыне Мохаве в Калифорнии.

В Миннесотском университете в Сент-Поле Дэниел Бонд и его коллеги опубликовали эксперименты, показывающие, что они могут выращивать бактерии, собирающие электроны с железного электрода ( mBio , doi.org/tqg). Это исследование, говорит руководитель Джангира Мох Эль-Наггар, может быть наиболее убедительным примером того, как пожиратели электричества выращены на электронах без добавления пищи.

Но Нилсон говорит, что это еще не все. Его аспирантка Аннет Роу определила до восьми различных видов бактерий, потребляющих электричество.Эти результаты представляются для публикации.

Нильсон особенно взволнован тем, что Роу обнаружил так много типов электрических бактерий, очень отличающихся друг от друга, и ни один из них не похож на Shewanella или Geobacter . «Это огромно. Это означает, что существует целая часть микробного мира, о которой мы не знаем».

«Это огромно. Это означает, что существует целая часть микробного мира, о которой мы не знаем»

Обнаружение этой скрытой биосферы — именно то, почему Джангир и Эль-Наггар хотят выращивать электрические бактерии.«Мы используем электроды, чтобы имитировать их взаимодействие», — говорит Эль-Наггар. «Культивирование «некультурных», если хотите». Исследователи планируют установить батарею внутри золотого рудника в Южной Дакоте, чтобы увидеть, что они могут там найти.

НАСА также интересуется существами, которые живут глубоко под землей, потому что такие организмы часто выживают при очень небольшом количестве энергии, и они могут указывать на образ жизни в других частях Солнечной системы.

Электрические бактерии могут иметь практическое применение здесь, на Земле, например, для создания биомашин, которые выполняют полезные функции, такие как очистка сточных вод или загрязненных грунтовых вод, получая при этом собственную энергию из окружающей среды.Нильсон называет их полезными устройствами с автономным питанием или SPUD.

Помимо практичности, еще одна захватывающая перспектива заключается в использовании электрических бактерий для исследования фундаментальных вопросов о жизни, таких как минимальный уровень энергии, необходимый для поддержания жизни.

Для этого нужен следующий этап экспериментов, — говорит Юрий Горби, микробиолог Политехнического института Ренсселера в Трое, штат Нью-Йорк: бактерии нужно выращивать не на одном электроде, а между двумя. Эти бактерии будут эффективно поглощать электроны с одного электрода, использовать их в качестве источника энергии и отбрасывать на другой электрод.

Горби считает, что скоро будут обнаружены бактериальные клетки, которые поглощают и дышат электронами. «Электрическая бактерия, выращенная между двумя электродами, может поддерживать себя практически вечно», — говорит Горби. «Если ничто не съест и не уничтожит его, то теоретически мы сможем поддерживать этот организм бесконечно долго».

Также можно изменять напряжение, подаваемое на электроды, оказывая энергетическое давление на клетки до уровня, при котором они просто делают абсолютный минимум, чтобы остаться в живых.В этом состоянии клетки могут быть неспособны воспроизводиться или расти, но они все равно смогут восстанавливать клеточный механизм. «Для них работа, которую выполняет энергия, — это поддержание жизни — поддержание жизнеспособности», — говорит Горби.

Сколько сока вам нужно, чтобы поддерживать работу живой электрической бактерии? Ответьте на этот вопрос, и вы ответите на один из самых фундаментальных экзистенциальных вопросов.

Лидер: «Искра жизни вновь появилась благодаря электрическим бактериям»

Провод в грязи

Электрические бактерии бывают всех форм и размеров.Несколько лет назад биологи обнаружили, что некоторые из них производят волосовидные нити, которые действуют как провода, переправляя электроны туда и обратно между клетками и их более широким окружением. Они назвали их микробными нанопроволоками.

Ларс Питер Нильсен и его коллеги из Орхусского университета в Дании обнаружили, что десятки тысяч электрических бактерий могут объединяться в цепочки, переносящие электроны на несколько сантиметров — огромное расстояние для бактерии длиной всего 3 или 4 микрометра.Это означает, что бактерии, живущие, скажем, в иле морского дна, куда не проникает кислород, могут получить доступ к кислороду, растворенному в морской воде, просто взявшись за руки со своими друзьями.

Такие бактерии появляются повсюду, куда бы мы ни посмотрели, говорит Нильсен. Один из способов узнать, находитесь ли вы в присутствии этих пожирателей электронов, — положить комки грязи в неглубокую тарелку с водой и осторожно взболтать ее. Грязь должна развалиться. Если это не так, вполне вероятно, что кабели, сделанные из бактерий, удерживают его вместе.

Нильсен может заметить мерцание кабелей, когда он разрывает почву и подносит ее к солнечному свету (см. видео).

Гибкие биокабели

Это больше, чем просто развлечение. Ранние исследования показывают, что такие кабели проводят электричество так же, как и провода, соединяющие ваш тостер с сетью. Это может открыть интересные направления исследований с использованием гибких биокабелей, выращенных в лаборатории.

Эта статья появилась в печати под заголовком «Пожиратели электричества»

Еще по этим темам:

Physics4Kids.com: Электричество и магнетизм: Current


Электрический ток очень похож на текущую реку. Река течет из одного места в другое, и скорость ее движения равна скорости течения. Размер текущего потока больше связан с размером реки, чем со скоростью реки. Каждую секунду река несет больше воды, чем ручей, даже если оба они текут с одинаковой скоростью. В случае с электричеством ток является мерой количества заряда, переданного за определенный период времени.Ток представляет собой поток электронов или отдельных отрицательных зарядов. Когда заряд течет, он несет энергию, которую можно использовать для совершения работы. Ученые измеряют ток в единицах, называемых амперами. Одним из результатов тока является нагрев проводника. Когда электрическая плита нагревается, это происходит из-за протекания тока. Электроны имеют массу (пусть и маленькую), и когда они движутся по проводнику, происходят столкновения, выделяющие тепло. Чем больше электронов сталкивается с атомами проводника, тем больше выделяется тепла, поэтому более высокий ток обычно означает большее выделение тепла.

Раньше ученые думали, что поток тока всегда нагревает объект, но с современными сверхпроводниками это не всегда так, или, по крайней мере, не так верно, как с обычными материалами. Сверхпроводящие материалы, по-видимому, меньше взаимодействуют между атомами и током, поэтому движущиеся заряды теряют гораздо меньше энергии.

Все, что является материей, может проводить электричество, но не все делает это хорошо. Ученые используют термины проводники, изоляторы и полупроводники. Этикетки используются для описания того, насколько легко энергия передается через объект при перемещении заряда.Пространства между атомами, а также тип атомов определяют, является ли объект хорошим проводником или хорошим изолятором (плохим проводником).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.