Mga pangunahing kaalaman sa kuryente

Naobserbahan ng mga sinaunang Griyego ang mga electrical phenomena bago nagsimula ang pag-aaral ng kuryente. Ito ay sapat na upang kuskusin ang semi-mahalagang bato ng amber na may lana o balahibo, dahil nagsisimula itong makaakit ng mga piraso ng tuyong dayami, papel o himulmol at mga balahibo.

Ang mga eksperimento sa modernong paaralan ay gumagamit ng mga baso at ebonite na baras na pinunasan ng sutla o lana. Sa kasong ito, isinasaalang-alang na ang isang positibong singil ay nananatili sa baras ng salamin, at isang negatibong singil sa baras ng ebonite. Ang mga tungkod na ito ay maaari ding makaakit ng maliliit na piraso ng papel o katulad nito. maliliit na bagay. Ang atraksyon na ito ay ang epekto ng electric field na pinag-aralan ni Charles Coulomb.

Sa Griyego, ang amber ay tinatawag na elektron, kaya upang ilarawan ang gayong kaakit-akit na puwersa, iminungkahi ni William Hilbert (1540 - 1603) ang terminong "electric".

Noong 1891, ang Ingles na siyentipiko na si Stony George Johnston ay nag-hypothesize ng pagkakaroon ng mga electrical particle sa mga sangkap, na tinawag niyang mga electron. Ang pahayag na ito ay naging mas madaling maunawaan ang mga prosesong elektrikal sa mga wire.

Ang mga electron sa mga metal ay medyo libre at madaling nahihiwalay sa kanilang mga atomo, at sa ilalim ng pagkilos ng isang electric field, mas tiyak, ang mga potensyal na pagkakaiba ay gumagalaw sa pagitan ng mga atomo ng metal, na lumilikha kuryente… Kaya, ang electric current sa isang tansong kawad ay isang daloy ng mga electron na dumadaloy sa kahabaan ng kawad mula sa isang dulo patungo sa kabilang dulo.

Hindi lamang mga metal ang may kakayahang magsagawa ng kuryente. Sa ilang partikular na kundisyon, ang mga likido, gas at semiconductor ay electrically conductive. Sa mga kapaligirang ito, ang mga tagadala ng singil ay mga ions, electron, at mga butas. Ngunit sa ngayon ay pinag-uusapan lamang natin ang tungkol sa mga metal, dahil kahit na sa kanila ang lahat ay hindi gaanong simple.

Sa ngayon, pinag-uusapan natin ang direktang kasalukuyang, ang direksyon at magnitude nito ay hindi nagbabago. Samakatuwid, sa mga de-koryenteng diagram posible na ipahiwatig gamit ang mga arrow kung saan dumadaloy ang kasalukuyang. Ang kasalukuyang ay pinaniniwalaang dumadaloy mula sa positibong poste patungo sa negatibong poste, isang konklusyon na naabot nang maaga sa pag-aaral ng kuryente.

Nang maglaon, lumabas na ang mga electron ay talagang gumagalaw sa eksaktong kabaligtaran ng direksyon - mula sa minus hanggang plus. Ngunit sa kabila nito, hindi nila binitawan ang "maling" direksyon, bukod pa rito, ang mismong direksyon na ito ay tinatawag na teknikal na direksyon ng kasalukuyang. Ano ang pagkakaiba nito kung ang lampara ay umiilaw pa rin. Ang direksyon ng paggalaw ng mga electron ay tinatawag na totoo at kadalasang ginagamit sa siyentipikong pananaliksik.

Ito ay inilalarawan sa Figure 1.

Larawan 1.

Kung ang switch ay "itinapon" sa baterya sa loob ng ilang panahon, ang electrolytic capacitor C ay sisingilin at ang ilang singil ay maipon dito. Pagkatapos na singilin ang kapasitor, ang switch ay nakabukas sa bombilya. Ang lampara ay kumikislap at lumabas - ang kapasitor ay naglalabas. Medyo halata na ang tagal ng flash ay depende sa dami ng electric charge na nakaimbak sa capacitor.

Ang isang galvanic na baterya ay nag-iimbak din ng electric charge, ngunit higit pa sa isang kapasitor. Samakatuwid, ang oras ng flash ay sapat na mahaba - ang lampara ay maaaring magsunog ng ilang oras.

Electric charge, kasalukuyang, paglaban at boltahe

Ang pag-aaral ng mga singil sa kuryente ay isinagawa ng Pranses na siyentipiko na si C. Coulomb, na noong 1785 ay natuklasan ang batas na ipinangalan sa kanya.

Sa mga formula, ang electric charge ay tinutukoy bilang Q o q. Ang pisikal na kahulugan ng dami na ito ay ang kakayahan ng mga sinisingil na katawan na pumasok sa mga electromagnetic na pakikipag-ugnayan: habang ang mga singil ay nagtataboy, ang iba't ibang mga ay umaakit. Ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga singil ay direktang proporsyonal sa laki ng mga singil at inversely proportional sa parisukat ng distansya sa pagitan nila. Kung ito ay nasa anyo ng isang formula, ganito ang hitsura:

F = q1 * q2 / r2

Ang electric charge ng electron ay napakaliit, kaya sa pagsasanay ginagamit nila ang magnitude ng singil na tinatawag na coulomb... Ito ang halagang ito na ginagamit sa internasyonal na sistemang SI (C). Ang isang palawit ay naglalaman ng hindi bababa sa 6.24151 * 1018 (sampu hanggang ikalabing walong kapangyarihan) na mga electron. Kung ang 1 milyong electron bawat segundo ay inilabas mula sa singil na ito, ang prosesong ito ay tatagal ng hanggang 200 libong taon!

Ang yunit ng pagsukat ng kasalukuyang sa sistema ng SI ay ang Ampere (A), na pinangalanan sa Pranses na siyentipiko na si Andre Marie Ampere (1775 - 1836). Sa kasalukuyang 1A, ang singil na eksaktong 1 C ay dumadaan sa cross section ng wire sa loob ng 1 segundo. Ang mathematical formula sa kasong ito ay ang mga sumusunod: I = Q / t.

Sa formula na ito, ang kasalukuyang nasa amperes, ang singil ay nasa coulomb, at ang oras ay nasa segundo. Ang lahat ng mga aparato ay dapat sumunod sa SI system.

Sa madaling salita, isang palawit ang ilalabas bawat segundo. Katulad ng bilis ng isang sasakyan sa kilometro bawat oras.Samakatuwid, ang lakas ng isang electric current ay walang iba kundi ang rate ng daloy ng electric charge.

Mas madalas sa pang-araw-araw na buhay, ginagamit ang off-system unit na Ampere * hour. Ito ay sapat na upang maalala ang mga baterya ng kotse, ang kapasidad nito ay ipinahiwatig lamang sa mga ampere-hour. At alam at nauunawaan ito ng lahat, bagaman walang nakakaalala ng anumang mga palawit sa mga tindahan ng mga piyesa ng sasakyan. Ngunit sa parehong oras mayroon pa ring ratio: 1 C = 1 * / 3600 amperes * oras. Posibleng tawagan ang gayong dami ng ampere * segundo.

Sa isa pang kahulugan, ang isang kasalukuyang ng 1 A ay dumadaloy sa isang konduktor ng pagtutol 1 Ω sa potensyal na pagkakaiba (boltahe) sa mga dulo ng wire 1 V. Ang ratio sa pagitan ng mga halagang ito ay tinutukoy ng Batas ng Ohm... Ito marahil ang pinakamahalagang batas sa kuryente, hindi nagkataon na ang katutubong karunungan ay nagsabi: «Kung hindi mo alam ang batas ng Ohm, manatili sa bahay!»

Ang Pagsubok sa Batas ng Ohm

Ang batas na ito ay kilala na ngayon ng lahat: «Ang kasalukuyang nasa circuit ay direktang proporsyonal sa boltahe at inversely proporsyonal sa paglaban.» Tila may tatlong letra lamang — I = U / R, ang bawat estudyante ay magsasabi: «So ano?». Ngunit talagang mahirap at mahaba ang daan patungo sa maikling formula na ito.

Upang subukan ang batas ng Ohm, maaari mong tipunin ang pinakasimpleng circuit na ipinapakita sa Figure 2.

Figure 2.

Ang pagsisiyasat ay medyo simple—sa pamamagitan ng pagtaas ng supply ng boltahe sa bawat punto sa papel, buuin ang graph na ipinapakita sa Figure 3.

Larawan 3.

Tila ang graph ay dapat na maging isang perpektong tuwid na linya, dahil ang relasyon na I = U / R ay maaaring katawanin bilang U = I * R, at sa matematika ito ay isang tuwid na linya. Sa katunayan, sa kanang bahagi, ang linya ay yumuko pababa. Marahil hindi gaanong, ngunit ito ay yumuko at sa ilang kadahilanan ay napakaraming nalalaman.Sa kasong ito, ang baluktot ay depende sa paraan ng pag-init ng nasubok na paglaban. Ito ay hindi para sa wala na ito ay gawa sa isang mahabang tansong wire: maaari mong mahigpit na iikot ang isang coil sa isang coil, maaari mo itong isara ng isang layer ng asbestos, marahil ang temperatura sa silid ngayon ay pareho, ngunit kahapon ito ay iba, o may draft sa silid.

Ito ay dahil ang temperatura ay nakakaapekto sa paglaban sa parehong paraan tulad ng mga linear na sukat ng mga pisikal na katawan kapag pinainit. Ang bawat metal ay may sariling temperature coefficient of resistance (TCR). Ngunit halos lahat ay alam at naaalala ang tungkol sa pagpapalawak, ngunit kalimutan ang tungkol sa pagbabago sa mga katangian ng elektrikal (paglaban, kapasidad, inductance). Ngunit ang temperatura sa mga eksperimentong ito ay ang pinaka-matatag na pinagmumulan ng kawalang-tatag.

Mula sa isang panitikan na pananaw, ito ay naging isang medyo magandang tautolohiya, ngunit sa kasong ito ito ay napakatumpak na nagpapahayag ng kakanyahan ng problema.

Maraming mga siyentipiko sa kalagitnaan ng ika-19 na siglo ang sinubukang tuklasin ang pag-asa na ito, ngunit ang kawalang-tatag ng mga eksperimento ay nakagambala at nagtaas ng mga pagdududa tungkol sa katotohanan ng mga resulta na nakuha. Tanging si Georg Simon Ohm (1787-1854) ang nagtagumpay dito, na nagawang tanggihan lahat ng mga side effect o, tulad ng sinasabi nila, upang makita ang kagubatan para sa mga puno. Ang 1 Ohm resistance ay nagtataglay pa rin ng pangalan ng napakatalino na siyentipikong ito.

Ang bawat sangkap ay maaaring ipahayag ng batas ng Ohm: I = U / R, U = I * R, R = U / I.

Upang hindi makalimutan ang mga ugnayang ito, mayroong tinatawag na Ohm's Triangle, o katulad na bagay, na ipinapakita sa Figure 4.

Figure 4. Tatsulok ng Ohm

Ang paggamit nito ay napakasimple: isara lamang ang nais na halaga gamit ang iyong daliri at ang iba pang dalawang titik ay magpapakita sa iyo kung ano ang gagawin sa kanila.

Nananatili itong alalahanin kung ano ang papel na ginagampanan ng pag-igting sa lahat ng mga formula na ito, kung ano ang pisikal na kahulugan nito. Ang boltahe ay karaniwang nauunawaan bilang potensyal na pagkakaiba sa dalawang punto sa electric field. Para sa mas madaling pag-unawa, gumagamit sila ng mga pagkakatulad, bilang panuntunan, na may tangke, tubig at mga tubo.

Sa ganitong "pagtutubero" na pamamaraan, ang pagkonsumo ng tubig sa tubo (litro / seg) ay kasalukuyang lamang (coulomb / sec), at ang pagkakaiba sa pagitan ng itaas na antas sa tangke at ang bukas na gripo ay ang potensyal na pagkakaiba (boltahe) . Gayundin, kung ang balbula ay bukas, ang presyon ng labasan ay katumbas ng atmospheric, na maaaring kunin bilang isang conditional zero level.

Sa mga de-koryenteng circuit, ginagawang posible ng kumbensyong ito na kumuha ng punto para sa isang karaniwang konduktor ("lupa") kung saan ang lahat ng mga sukat at pagsasaayos ay ginawa. Kadalasan, ang negatibong terminal ng supply ng kuryente ay ipinapalagay na ang wire na ito, bagaman hindi ito palaging nangyayari.

Ang potensyal na pagkakaiba ay sinusukat sa volt (V), na ipinangalan sa Italyano na pisiko na si Alessandro Volta (1745-1827). Ayon sa modernong kahulugan, na may potensyal na pagkakaiba ng 1 V, ang isang enerhiya na 1 J ay ginugugol upang ilipat ang isang singil na 1 C. Ang natupok na enerhiya ay pinupunan ng isang mapagkukunan ng kuryente, sa pamamagitan ng pagkakatulad sa isang «pagtutubero» circuit, ito ay maging isang bomba na sumusuporta sa antas ng tubig sa tangke.