О електричној струји, напону и снази из совјетске књиге за децу: једноставно и јасно

У Совјетском Савезу, који је постигао веома озбиљне успехе у развоју науке и технологије, радио-аматерски покрет је постао широко распрострањен. Више хиљада младих грађана је студирало радиотехнику под руководством инструктора у радио круговима и радио клубовима који имају посебну техничку литературу, алате и инструменте. Многи од њих су у будућности постали квалификовани инжењери, дизајнери, научници.

За оваква радио кола објављена је научна популарна литература у којој су једноставним језиком са великим бројем илустрација објашњена различита питања физике, механике, електротехнике и електронике.

Један од примера таквих књига је књига Чеслова Климчевског „Азбука радио-аматера“ коју је објавила издавачка кућа „Свјазиздат“ 1962. Први део књиге носи назив „Електротехника“, други одељак „Радио Инжењеринг“, трећи је „Практични савети“. , четврти одељак — „Ми сами инсталирамо“.

Саму књигу можете преузети овде: Радио-аматерска азбука (дивља)

Ова врста књига шездесетих година прошлог века није припадала високоспецијализованој књижевности.Издавали су се у тиражу од десетина хиљада примерака и били су намењени масовном читаоцу.

Радио Раз је тако потпуно примењен у свакодневном животу људи, па се у то време веровало да не можете бити ограничени само могућношћу окретања дугмади.Ника. А сваки образован човек треба да учи радио да би разумео како се врши радио пренос и радио пријем, да би се упознао са основним електричним и магнетним појавама које су кључне за теорију радиотехнике. Такође је неопходно, уопштено говорећи, упознати се са системима и дизајном пријемних уређаја.

Погледајмо заједно и проценимо како су у то време умели да објасне сложене ствари једноставним сликама.

Почетни радио-аматер нашег времена:

О електричној струји

Све супстанце у свету и, сходно томе, сви објекти око нас, планине, мора, ваздух, биљке, животиње, људи, састоје се од неизмерно малих честица, молекула, а ови други, заузврат, од атома. Комад гвожђа, кап воде, безначајна количина кисеоника, су акумулација милијарди атома, једне врсте у гвожђу, друге у води или кисеонику.

Ако погледате шуму из даљине, она изгледа као тамна трака која је један комад (упоредите је, на пример, са комадом гвожђа). Како се приближавају ивици шуме, виде се појединачна стабла (у комаду гвожђа — атоми гвожђа). Шума се састоји од дрвећа; слично томе, супстанца (као што је гвожђе) се састоји од атома.

У четинарској шуми дрвеће је другачије него у листопадној шуми; исто тако, молекули сваког хемијског елемента су састављени од атома који се разликују од молекула других хемијских елемената. Дакле, атоми гвожђа се разликују од, рецимо, атома кисеоника.

Приближавајући се још ближе дрвећу, видимо да се свако од њих састоји од дебла и лишћа. На исти начин, атоми супстанце се састоје од тзв Нуклеус (дебло) и електрони (листови).

Дебло је тешко и језгро је тешко; представља позитивно електрично наелектрисање (+) атома. Листови су лаки и електрони су лаки; формирају негативно електрично наелектрисање (-) на атому.

Различита дрвећа имају стабла са различитим бројем грана и број листова није исти.Исто тако, атом, у зависности од хемијског елемента који представља, састоји се (у свом најједноставнијем облику) од језгра (дебла) са неколико позитивних набоја — такозвани протони (гране) и један број негативних наелектрисања — електрона (листова).

У шуми, на тлу између дрвећа, накупља се много опалог лишћа. Ветар подиже ово лишће са земље и оно кружи међу дрвећем. Дакле, у супстанци (на пример, металу) међу појединачним атомима постоји одређена количина слободних електрона који не припадају ниједном од атома; ови електрони се крећу насумично међу атомима.

Ако спојите жице које долазе из електричне батерије на крајеве комада метала (на пример, челичне куке): повежите један крај на плус батерије — доведите такозвани позитивни електрични потенцијал (+) до њега, а други крај до минуса батерије — доведите негативни електрични потенцијал (-), тада ће слободни електрони (негативна наелектрисања) почети да се крећу између атома унутар метала, јурећи на позитивну страну батерије.

Ово се објашњава следећим својством електричних наелектрисања: супротна наелектрисања, односно позитивно и негативно наелектрисање се међусобно привлаче; попут набоја, односно позитивних или негативних, напротив, одбијају се.

Слободни електрони (негативна наелектрисања) у металу се привлаче на позитивно наелектрисани (+) терминал батерије (извор струје) и стога се не крећу у металу више насумично, већ на плус страни извора струје.

Као што већ знамо, електрон је електрични набој. Велики број електрона који се крећу у једном правцу унутар метала чине ток електрона, тј. електрична наелектрисања. Ови електрични набоји (електрони) који се крећу у металу формирају електричну струју.

Као што је већ поменуто, електрони се крећу дуж жица од минуса до плуса. Међутим, сложили смо се да сматрамо да струја тече у супротном смеру: од плуса до минуса, то јест, као да нису негативни, већ позитивни набоји се крећу дуж жица (такви позитивни набоји би били привучени минусом извора струје) .

Што више лишћа у шуми тера ветар, то гушће испуњава ваздух; исто тако, што више наелектрисања тече у металу, то је већа количина електричне струје.

Не може свака супстанца да носи електричну струју са истом лакоћом. Слободни електрони се лако крећу, на пример у металима.

Материјали у којима се електрична наелектрисања лако крећу називају се проводници електричне струје. Неки материјали, који се називају изолатори, немају слободне електроне и стога електрична струја не тече кроз изолаторе. Изолатори укључују, између осталих материјала, стакло, порцелан, лискун, пластику.

Слободни електрони који се налазе у супстанци која проводи електричну струју такође се могу упоредити са капљицама воде.

Појединачне капљице у мировању не стварају проток воде. Велики број њих у покрету формира поток или реку која тече у једном правцу. Капи воде у овом потоку или реци крећу се у току чија је сила већа, што је већа разлика у нивоима канала дуж његове путање и, самим тим, већа је разлика у „потенцијалима“ (висинама) појединца. појединци сегменте овог пута.

Величина електричне струје

Да бисте разумели појаве изазване електричном струјом, упоредите је са протоком воде. Мале количине воде теку у потоцима, док велике масе воде теку у рекама.

Претпоставимо да је вредност протока воде у потоку једнака 1; Узмимо, на пример, вредност протока у реци као 10. Коначно, за моћну реку вредност протока воде је, рецимо, 100, што је сто пута већа од вредности протока у току.

Слаб млаз воде може да покрене точак само једног млина. Узећемо вредност овог тока једнаку 1.

Двоструки ток воде може покретати два ова млина. У овом случају, вредност протока воде је једнака 2.

Пет пута већи млаз воде може покренути пет идентичних млинова; вредност протока воде је сада 5. Може се посматрати проток воде у реци; електрична струја тече кроз жице невидљиве нашим очима.

На следећој слици је приказан електромотор (електромотор) који покреће електрична струја. Узмимо у овом случају вредност електричне струје једнаку 1.

Када електрична струја покреће два таква електромотора, тада ће количина струје која тече кроз главну жицу бити двоструко већа, односно једнака 2.Коначно, када електрична струја напаја пет истих електромотора, тада је струја на главној жици пет пута већа него у првом случају; па је његова величина 5.

Практична јединица за мерење количине протока воде или друге течности (тј. количине која тече у јединици времена, на пример, у секунди, кроз попречни пресек речног корита, цеви итд.) литар у секунди.

За мерење величине електричне струје, односно количине наелектрисања које протиче кроз попречни пресек жице у јединици времена, као практична јединица узима се ампер.Тако се величина електричне струје одређује у амперима. Скраћени ампер је означен словом а.

Извор електричне струје може бити, на пример, галванска батерија или електрични акумулатор.

Величина батерије или акумулатора одређује количину електричне струје коју могу да обезбеде и трајање њиховог деловања.

За мерење величине електричне струје у електротехници користите посебне уређаје, амперметре (А). Различити електрични уређаји носе различите количине електричне струје.

Волтажа

Друга електрична величина која је уско повезана са величином струје је напон. Да бисмо лакше разумели колики је напон електричне струје, упоредимо то са разликом у нивоима канала (пад воде у реку), као што смо упоредили електричну струју са протоком воде. Уз малу разлику у нивоима канала, разлику ћемо узети једнаку 1.

Ако је разлика у нивоима канала значајнија, онда је и пад воде сходно томе већи. Претпоставимо, на пример, да је једнако 10, односно десет пута више него у првом случају.Коначно, са још већом разликом у нивоима пада воде, то је, рецимо, 100.

Ако водени ток пада са мале висине, онда може да покреће само један млин. У овом случају, узећемо кап воде једнаку 1.

Исти млаз који пада са двоструко веће висине може да окреће точкове два слична млина. У овом случају, пад воде је једнак 2.

Ако је разлика у нивоима канала пет пута већа, онда исти проток покреће пет таквих млинова. Пад воде је 5.

Сличне појаве се примећују када се разматра електрични напон. Довољно је заменити термин „кап воде” термином „електрични напон” да бисмо разумели шта то значи у следећим примерима.

Нека гори само једна лампа. Претпоставимо да се на њега примењује напон једнак 2.

Да би пет таквих сијалица повезаних на исти начин горело, напон мора бити једнак 10.

Када се упале две идентичне сијалице повезане у серију (као што су сијалице обично повезане у венцима за јелку), напон је 4.

У свим разматраним случајевима, електрична струја исте величине пролази кроз сваку сијалицу и на сваку се примењује исти напон, који је део укупног напона (напона батерије), који је различит у сваком појединачном примеру.

Нека се река улије у језеро. Условно ћемо ниво воде у језеру узети као нулу.Тада је ниво речног канала код другог стабла у односу на ниво воде у језеру једнак 1 м, а ниво речног канала код трећег. дрво ће бити 2 м. Ниво канала код трећег стабла је за 1 м већи од његовог нивоа код другог стабла, тј. између ових стабала једнака је 1 м.

Разлика у нивоима канала се мери у јединицама дужине, на пример, као што смо ми урадили, у метрима. У електротехници, ниво речног корита у било којој тачки у односу на одређени нулти ниво (у нашем примеру водостај језера) одговара електричном потенцијалу.

Разлика у електричном потенцијалу назива се напон. Електрични потенцијал и напон се мере истом јединицом - волт, скраћено словом ц. Дакле, јединица за мерење електричног напона је волт.

За мерење електричног напона користе се специјални мерни уређаји који се називају волтметри (В).

Такав извор електричне струје као батерија је широко познат. Једна ћелија такозване оловно-киселинске батерије (у којој су оловне плоче потопљене у водени раствор сумпорне киселине) када је напуњена има напон од око 2 волта.

Анодна батерија, која се користи за напајање батеријских радија електричном струјом, обично се састоји од неколико десетина сувих галванских ћелија, свака са напоном од око 1,5 В.

Ови елементи су повезани секвенцијално (то јест, плус првог елемента је повезан са минусом другог, плус другог - са минусом трећег, итд.). У овом случају, укупан напон батерије једнак је збиру напона ћелија од којих је састављена.

Дакле, батерија од 150 В садржи 100 таквих ћелија повезаних у серију једна са другом.

У утичницу мреже за осветљење напона 220 В можете укључити једну сијалицу са жарном нити дизајнирану за напон од 220 В или 22 идентичне лампице за јелку повезане у серију, од којих је свака дизајнирана за напон од 10 В.У овом случају, свака сијалица ће имати само 1/22 мрежног напона, односно 10 волти.

Напон који делује на одређени електрични уређај, у нашем случају сијалицу, назива се пад напона. Ако сијалица од 220 В троши исту струју као и сијалица од 10 В, онда ће укупна струја коју вијенац извлачи из мреже бити иста по величини као струја која тече кроз сијалицу од 220 В.

Из реченог је јасно да се, на пример, две идентичне сијалице од 110 волти могу прикључити на мрежу од 220 В, међусобно повезане серијски.

Могуће је загревати радио цеви пројектоване за напон од 6,3 В, на пример, из батерије која се састоји од три ћелије повезане у серију; сијалице које су пројектоване за напон филамента од 2 В могу се напајати из једне ћелије.

Напон жарне нити радио-електричних цеви је заобљен на почетку симбола лампе: 1,2 В — са бројем 1; 4,4 ин — број 4; 6,3 ин — број 6; 5 ц — број 5.

За узрок који изазива електричну струју

Ако два подручја земљине површине, чак и удаљена, леже на различитим нивоима, онда може доћи до протока воде. Вода ће тећи од највише до најниже тачке.

Као и електрична струја. Може да тече само ако постоји разлика у електричним нивоима (потенцијалима). На мапи времена највиши барометарски ниво (висок притисак) је означен знаком „+“, а најнижи ниво знаком „-“.

Нивои ће бити поравнати у правцу стрелице. Ветар ће дувати у правцу области са најнижим барометарским нивоом. Када се притисак изједначи, кретање ваздуха ће престати. Дакле, ток електричне струје ће престати ако се електрични потенцијали изједначе.

За време грмљавине долази до изједначавања електричних потенцијала између облака и земље или између облака. Појављује се у облику муње.

Такође постоји разлика потенцијала између терминала (полова) сваке галванске ћелије или батерије. Стога, ако на њега причврстите, на пример, сијалицу, онда ће струја тећи кроз њу. Временом се смањује потенцијална разлика (долази до изједначавања потенцијала) и смањује се и количина струје која тече.

Ако укључите сијалицу у електричну мрежу, онда ће кроз њу тећи и електрична струја, јер постоји разлика потенцијала између утичница утичнице. Међутим, за разлику од галванске ћелије или батерије, ова потенцијална разлика се одржава стално - све док електрана ради.

Електрична енергија

Постоји блиска веза између електричног напона и струје. Количина електричне енергије зависи од количине напона и струје. Објаснимо ово на следећим примерима.

Трешња пада са ниске висине: Ниска висина – мала напетост. Мала ударна сила — мала електрична снага.

Кокос пада са мале висине (у односу на то где се дечак попео): Велики предмет – велика струја. Мала надморска висина - низак стрес. Релативно велика сила удара — релативно велика снага.

Мала саксија пада са велике висине: Мали предмет је мала струја. Велика висина пада је велики стрес. Велика сила ударца — велика снага.

Лавина која пада са велике висине: Велике масе снега — велика струја. Велика висина пада је велики стрес. Велика разорна моћ лавине је велика електрична снага.

При великој струји и високом напону добија се велика електрична снага.Али иста снага се може добити са већом струјом и сходно нижим напоном или, обрнуто, са нижом струјом и вишим напоном.

Електрична снага једносмерне струје једнака је производу вредности напона и струје. Електрична снага се изражава у ватима и означава се словима В.

Већ је речено да проток воде одређене величине може да покреће један млин, два пута већи – два млина, четири пута већи – четири млина, итд., упркос томе што ће пад воде (напон) бити исти. .

На слици је приказан мали проток воде (који одговара електричној струји) који окреће точкове четири млина због чињенице да је пад воде (који одговара електричном напону) довољно велик.

Точкови ова четири млина могу да се окрећу са двоструко већим протоком воде на половини висине пада. Тада би млинови били распоређени мало другачије, али би резултат био исти.

На следећој слици су приказане две лампе повезане паралелно на 110В мрежу за осветљење. Кроз сваку од њих тече струја од 1 А. Струја која тече кроз две лампе је укупно 2 ампера.

Производ вредности напона и струје одређује снагу коју ове лампе троше из мреже.

110В к 2а = 220В.

Ако је напон расветне мреже 220 В, исте светиљке морају бити повезане серијски, а не паралелно (као у претходном примеру), тако да збир пада напона на њима буде једнак напону лампе. мреже. Струја која у овом случају тече кроз две лампе је 1 А.

Производ вредности напона и струје која тече кроз коло ће нам дати снагу коју троше ове лампе 220 В к 1а = 220 В, односно исто као у првом случају.Ово је разумљиво, јер је у другом случају струја која се узима из мреже двоструко мања, али двоструко већа од напона у мрежи.

Ват, киловат, киловат сат

Сваки електрични уређај или машина (звоно, сијалица, електромотор и сл.) троши одређену количину електричне енергије из расветне мреже.

За мерење електричне снаге користе се специјални уређаји који се називају ватметри.

Снага, на пример, лампе за осветљење, електромотора и сл., може се одредити и без помоћи ватметра, ако су напон мреже и количина струје која протиче кроз потрошач електричне енергије прикључен на мрежу познат.

Слично, ако су познати потрошња електричне енергије и напон мреже, онда се може одредити количина струје која тече кроз потрошача.

На пример, мрежа за осветљење од 110 волти укључује лампу од 50 вати. Која струја тече кроз њега?

Пошто је производ напона израженог у волтима и струје изражене у амперима једнак снази израженој у ватима (за једносмерну струју), онда након обављеног обрачуна, односно поделите број вати са бројем волти ( мрежни напон), добијамо количину струје у амперима која тече кроз лампу,

а = в / б,

струја је 50 В / 110 В = 0,45 А (приближно).

Тако кроз лампу протиче струја од око 0,45 А која троши 50 В енергије и прикључена је на електричну мрежу од 110 В.

Ако су у расветну мрежу просторије укључени лустер са четири сијалице од 50 вати, стона лампа са једном сијалицом од 100 вати и пегла од 300 вати, онда је снага свих потрошача енергије 50 В к 4 + 100 В. + 300 В = 600 В.

Пошто је мрежни напон 220 В, електрична струја од 600 В / 220 В = 2,7 А (приближно) протиче кроз уобичајене жице за осветљење погодне за ову просторију.

Нека електромотор троши 5000 вати снаге из мреже или, како кажу, 5 киловата.

1000 вати = 1 киловат, исто као 1000 грама = 1 килограм. Киловати су скраћени као кВ. Дакле, за електромотор можемо рећи да он троши снагу од 5 кВ.

Да би се утврдило колико енергије троши било који електрични уређај, потребно је узети у обзир дужину времена током којег је та енергија потрошена.

Ако је сијалица од 10 вати укључена два сата, онда је потрошња електричне енергије 100 вати к 2 сата = 200 ват-часова или 0,2 киловат-часа. Ако је сијалица од 100 вати упаљена 10 сати, онда је количина потрошене енергије 100 вати к 10 сати = 1000 ват-часова или 1 киловат-сат. Киловат сати су скраћено као кВх.

У овој књизи има још много занимљивости, али и ови примери показују колико су одговорно и искрено тадашњи аутори приступали свом послу, посебно у случају подучавања деце.