هل من الممكن تخيل حياتي بدونكهرباء؟ لقد أحاط الإنسان الحديث نفسه بإحكام بالأجهزة المنزلية التي تساعد في الحياة. لم يعد بإمكاننا تخيل أنفسنا وحياتنا بدون مساعدة منزلية ذكية.
في التكنولوجيا ، يتحولون بشكل متزايد إلى استخدام الكهرباء. يتم نقل النقل تدريجيًا إلى محركات كهربائية ، مما يجعل من الممكن تقليل الضرر الكبير الذي يلحق بالطبيعة.
سنحاول اليوم الإجابة على الأسئلة التالية:
- ما هو التيار الكهربائي؟
- ما هو الجهد الكهربائي؟
- كيفية تحديد الجهد؟
- كيف يتم قياس الجهد؟
ما هو التيار؟
في فجر دراسة الكهرباء تم استلامهاحك جسد بآخر. يمكن الحصول على قدر أكبر من الشحنات خلال عاصفة رعدية باستخدام تفريغ طبيعي - البرق. من المعروف أن هذه الطريقة كلفت حياة تلميذ M.V. Lomonosov ريختر.
الشحنة نفسها صعبة وغير منطقية للاستخدام. من الضروري الحصول على الحركة الاتجاهية - التيار الكهربائي. الخصائص الحالية:
- تسخين الموصل
- عمل كيميائي
- عمل ميكانيكي
- عمل مغناطيسي.
يتم استخدامها في الحياة اليومية والتكنولوجيا. الشرط الضروري لوجود تيار هو وجود مصدر تيار وشحنات كهربائية مجانية وموصل مغلق.
تاريخ الحالة
في عام 1792 ، الفيزيائي الإيطالي الشهير ، عالم وظائف الأعضاءوأصبح المخترع أليساندرو فولتا مهتمًا باستنتاجات مواطنه لويجي جالفاني حول طبيعة النبضات الحالية في أعضاء الحيوانات. سمحت له المراقبة طويلة المدى لسلوك أرجل الضفادع المثبتة على خطافات معدنية باستنتاج أن مصدر الكهرباء ليس كائنًا حيًا ، بل ملامسة معادن غير متشابهة. هذا هو الظرف الذي يسهل تدفق الكهرباء ، ورد فعل النهايات العصبية هو فقط التأثير الفسيولوجي للتيار.
أدى اكتشاف فريد إلى إنشاء الأولعالم مصدر تيار مباشر يسمى "عمود الفولتية". المعادن المتباينة (جادل فولتا بأنه يجب إزالتها من بعضها البعض في سلسلة من العناصر الكيميائية) توضع بورق مشرب بـ "موصل من النوع الثاني" السائل.
كان هذا الجهاز هو أول مصدر جهد ثابت. لقد خلدت وحدة قياس الجهد الكهربائي اسم أليساندرو فولتا.
مصدر تيار مستمر
العنصر الرئيسي للدائرة الكهربائية هو المصدرتيار. الغرض منه هو إنشاء مجال كهربائي ، تحت تأثير الجسيمات المشحونة الحرة (الإلكترونات ، الأيونات) تدخل في حركة اتجاهية. الرسوم المتراكمة على العناصر الفردية للمصدر (تسمى أعمدة) لها علامات مختلفة. يتم إعادة توزيع الشحنة نفسها داخل المصدر تحت تأثير قوى ذات طبيعة غير كهربائية (ميكانيكية ، كيميائية ، مغناطيسية ، حرارية ، وما إلى ذلك). يعمل المجال الكهربائي الناتج عن الأقطاب الموجودة خارج المصدر الحالي على تحريك الشحنة في موصل مغلق. تحدث أليساندرو فولتا عن الحاجة إلى دائرة مغلقة لتوليد تيار مباشر.
منذ ذلك الحين في مصادر تحت تأثير القوىذات الطبيعة غير الكهربائية ، تحدث حركة الشحنة ، مما يعني أنه يمكن القول بأن هذه القوى تعمل بالفعل. دعنا نسميهم أطراف ثالثة. نسبة عمل القوى الخارجية عند نقل الشحنة داخل المصدر الحالي إلى مقدار الشحنة تسمى القوة الدافعة الكهربائية.
السجل الرياضي لهذه النسبة:
- Ε = أفن: ف ،
حيث E هي القوة الدافعة الكهربائية (EMF) ، أش هو عمل القوى الخارجية ، ف هو الشحنة التي تحملها القوى الخارجية في المصدر.
يميز EMF قدرة المصدر على توليد التيار ، لكن السمة الرئيسية للمصدر تعتبر أحيانًا هي الجهد الكهربائي (فرق الجهد).
الجهد االكهربى
نسبة عمل المجال لتحريك الشحنة في الموصل إلى كمية الشحنة تسمى الجهد الكهربائي.
لتحديد ذلك ، تحتاج إلى مقدار العمل في المجالمقسومًا على مقدار الشحن. لنفترض أن العمل الذي يقوم به المجال الكهربائي للمصدر الحالي لتحريك الشحنة q. U هو الجهد الكهربائي. تدوين رياضي للصيغة المقابلة:
- U = A: q.
مثل أي كمية فيزيائية ، الإجهاد لهوحدة القياس. كيف يتم قياس الجهد؟ باسم مخترع أول مصدر تيار مباشر في العالم ، أليساندرو فولتا ، تم إعطاء هذه القيمة وحدة القياس الخاصة بها. في النظام الدولي ، يقاس الجهد بالفولت (V).
الجهد 1 V هو جهد المجال الكهربي الذي يؤدي شغلاً بمقدار 1 J لتحريك شحنة مقدارها 1 C.
- B = J / Kl = N • m / (A • s) = kg • m / (A • s3).
في الوحدات الأساسية لنظام SI ، وحدة قياس الجهد الكهربائي:
- كجم • م / (أ • ث3).
قيمة مطلوبة
لماذا لا يكفي ، وصف التيار ، لتقديممفهوم التيار؟ لنقم بتجربة فكرية. خذ مصباحين مختلفين: مصباح منزلي عادي ومصباح يدوي. عند توصيلها بمصادر حالية مختلفة (شبكة المدينة والبطارية) ، يمكنك الحصول على نفس القيمة الحالية بالضبط. في الوقت نفسه ، يعطي المصباح المنزلي مزيدًا من الضوء ، أي أن عمل التيار فيه أكبر بكثير.
مصادر الطاقة المختلفة لها جهود مختلفة. لذلك ، هذه القيمة ضرورية للغاية.
تشبيه مفيد
فهم المعنى المادي للكهرباءالتوتر يأتي من تشبيه مثير للاهتمام. في الأوعية المتصلة ، يتدفق السائل من أنبوب إلى آخر إذا كان هناك فرق ضغط فيها. يتوقف تدفق السوائل عندما تتساوى الضغوط.
إذا تمت مقارنة تيار المائع بتدفق شحنة كهربائية ، فإن فرق الضغط بين أعمدة المائع يلعب نفس دور فرق الجهد في المصدر الحالي.
أثناء إجراء العمليات داخل المصدر الحالي ،مصاحبة لإعادة توزيع الشحنة في القطبين ، فهي قادرة على إنشاء تيار في الموصل. يتم قياس جهد التيار الكهربائي بالفولت ، ويكون لفرق الضغط وحدة قياس - باسكال.
التيار المتناوب
التيار الكهربائي ، يتغير بشكل دوريالاتجاه يسمى متغير. يتم إنشاؤه بواسطة مصدر جهد متناوب. غالبًا ما يكون هذا مولدًا. لنحاول التوضيح: ما هو قياس جهد التيار المتردد؟
يعتمد مبدأ الجيل الحالي على الظاهرةالحث الكهرومغناطيسي. يؤدي دوران حلقة مغلقة في مجال مغناطيسي إلى ظهور فرق جهد في الموصل. يتم قياس الجهد بالفولت وفي حالة التيار المتغير.
هل يمكن القول إن الجهد لا يتغير؟من الواضح ، بسبب التغيير في الزاوية بين مستوى الكفاف والعادي لها ، يتغير الضغط المتولد بمرور الوقت. تنمو قيمته من صفر إلى قيمة قصوى معينة ، ثم تنخفض مرة أخرى إلى الصفر. ليست هناك حاجة للحديث عن قيمة محددة. أدخل ما يسمى جذر متوسط التربيع قيمة الجهد:
- فيد = U: √2.
ما هي الأداة المستخدمة لقياس الجهد؟
جهاز قياس الجهد الكهربائي -الفولتميتر. يعتمد مبدأ عملها على تفاعل الدائرة مع التيار والمجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم. من المعروف أن الدائرة ذات التيار تدور في مجال مغناطيسي. اعتمادًا على مقدار التيار في الدائرة ، تتغير زاوية الدوران.
إذا قمت بإرفاق سهم بالمحيط ، فعندئذٍينحرف عن الصفر عندما يتدفق التيار في الدائرة (عادة الملف). اعتمادًا على ما يتم قياس الجهد به ، تتم معايرة مقياس الجهاز. يمكن استخدام المضاعفات الفرعية والمضاعفات.
للقيم المنخفضة ، يتم قياس الجهد بالميليفولت أو الميكروفولت. على العكس من ذلك ، يتم استخدام مضاعفات الوحدات في شبكات الجهد العالي.
أي الفولتميتر متصل بالتوازي مع ذلكقسم الدائرة حيث يتم قياس الجهد. يمكن تسمية الخاصية الرئيسية لدائرة الجهاز بالمقاومة الأومية العالية. يجب ألا يؤثر مقياس الفولتميتر ، بغض النظر عن الجهد الذي يتم قياسه فيه ، على التيار في الدائرة. يتم تمرير تيار صغير من خلاله ، والذي لا يؤثر بشكل كبير على القيمة الرئيسية.
جدول الجهد
الجهاز المادي | الجهد في جهات الاتصال الخاصة به ، V |
عمود فولت | 1,1 |
بطارية مصباح يدوي | 1,5 |
بطارية قلوية | 1,25 |
البطارية الحمضية | 2 |
شبكة المدينة | 220 |
خطوط الكهرباء عالية الجهد | 500 000 |
بين السحب في عاصفة رعدية | ما يصل إلى 100،000،000 |
تطبيق عملي لفولتميتر
من أجل الاستخدام الفعال لمقياس الفولتميتر ، يجدر تعلم كيفية استخدامه. قد يُنصح المجرب الفضولي بالتوجه إلى معلمي المدارس.
تم تجهيز فصول الفيزياء بأدوات معملية وإيضاحية لقياس الفولتية.
يجب استخدام أي فولتميتر بحذر ، باتباع القواعد البسيطة:
- الفولتميتر له حد قياس أقصى. هذه هي أعلى قيمة على مقياسه. لا تقم بتوصيله بدائرة تحتوي على عنصر جهد أعلى.
- إذا لم يكن هناك مصدر آخر أو مقياس الفولتميتر ، فيمكن استخدام نظام مقاومة إضافي. في هذه الحالة ، يجب أيضًا تغيير مقياس الفولتميتر.
- في دائرة التيار المستمر ، الأجهزة الكهربائيةمتصلة وفقًا لإشارات علامة الشحن الموجودة على أطرافها. يجب توصيل الطرف الموجب للمصدر الحالي بالموصل الموجب للفولتميتر ، والطرف السالب إلى السالب. في حالة الخلط ، قد تنحني أسهم الجهاز ، وهو أمر غير مرغوب فيه للغاية.
- يتم إجراء جميع التوصيلات حصريًا لدائرة غير نشطة.
غير صحي
يمكن أن تكون الصدمة الكهربائية غير آمنة للبشر. يعتبر الجهد أقل من 24 فولت غير ضار.
تأثير التيار تحت جهد شبكة المدينة (220 فولت) ملحوظ جدًا. يرافق لمس جهات الاتصال العارية "صدمة" كبيرة.
يمر الجهد خلال العاصفة الرعدية بتيار عالٍ عبر جسم الإنسان يهدده بالموت. يجب ألا تخاطر بحياتك وصحتك.
