Електричний струм, напруга та опір

У попередньому дописі ви дізналися, що речовини поділяються на провідники та ізолятори і що провідники містять пухкі заряджені частинки. Ми будемо говорити головним чином про метали, тому я буду тут говорити про електрони, хоча більшість законів, що стосуються електронів, стосуються й інших вільних заряджених частинок (катіонів та аніонів).

вдома

Поки провідник (металевий дріт) знаходиться поза електричним полем, електрони в ньому рухаються у випадкових напрямках завдяки тепловій енергії - вони приймають т.зв. тепловий рух. Коли ми підключаємо провід до джерела електричної енергії (тобто у нас буде постійний позитивний заряд на одному кінці, а постійний негативний - на іншому), всі електрони будуть рухатися в одному напрямку завдяки електричному полю - ми маємо створений замкнутий електричний ланцюг, через яку вона тече електричний струм.

Тепловий рух у нез’єднаному провіднику Спрямований рух у підключеному провіднику

Однак електричний струм - це також фізична величина із позначкою I і ампер (A ). Окрім ампера, ми також використовуємо одиниці виміру кілоампер (кА) а міліампер (мА). Поперечний переріз провідника проходить струм 1А, якщо через неї за одну секунду проходять вільні частинки із загальним зарядом 1С .
Вимірюємо струм амперметром . Оскільки він визначається на перерізі (тобто фактично в певному місці) провідника, ми також повинні виміряти його на поперечному перерізі провідника амперметром, і тому ми підключаємо амперметр безпосередньо до ланцюга, так званий серійно (підряд), як показано на малюнку вгорі праворуч.

Електричний струм має різні ефекти. У твердих провідниках він нагріває їх і створює навколо них магнітне поле, в рідинах змінює їх склад (викликає хімічні реакції), а в газах - світлові та звукові ефекти.

Щоб електричний струм протікав безперервно, його потрібно підключити до живлення (джерело електрики), який підтримує в ньому електричне поле. Електричне джерело перетворює деяку неелектричну силу в електричну. Відповідно до неелектричної енергії, яку перетворює джерело, ми поділяємо джерела на: хімічна (гальванічні елементи та акумулятори - класичні "ліхтарики"), світяться (фотоелементи), тепловий-термоелектрична (термопари), механічні (генерують електричну силу тертям, наприклад, генератор Ван дер Граафа) а електродинамічний (перетворити механічну силу в електричну за допомогою магнітної сили, наприклад, динамо або генератор змінного струму).

Постійний і змінний струм

Ми знаємо два типи електричного струму: постійний та змінний. Яка різниця між ними? В постійний струм електрони все ще течуть в одному напрямку, і той самий полюс все ще позитивний, а той самий полюс - негативний у джерела. Вони це роблять хімічні джерела (класичні "ліхтарики") змінний струм однак полюси джерела обмінюються (той, який був позитивним, буде негативним і навпаки), і, таким чином, електрони течуть один раз в одну сторону і один раз в іншу. Вони це роблять електродинамічні джерела (динамо, генератор змінного струму).

У разі змінного струму ми визначаємо величину, яку викликаємо частота а його одиниця - герц (Гц). Частота виражає, скільки разів на секунду обмінюються полюси джерела. Частота розеток в Європі (а отже, і в Словаччині) становить 50 Гц.

Змінний струм багато в чому вигідніший за постійний струм: він може легко змінювати значення напруги та струму з мінімальними втратами, тоді як його передача на великі відстані набагато менших втрат, ніж при постійному струмі. Тому електростанції виробляють змінний струм, який також транспортується домогосподарствам. Якщо для роботи пристрою потрібен постійний струм (наприклад, комп’ютер), він містить компонент, який перетворює змінний струм від електричної розетки в постійний. Однак змінний струм є складнішим предметом, ніж постійний, тому в початковій школі про нього не багато вчать.

Електрична напруга (U) - це фізична величина з одиницею вольт (В). Він дорівнює роботі, яку виконують електричні сили джерела при переміщенні заряду 1С між двома місцями кола. Отже, вони насправді виражають своєрідну «силу» чи «зусилля», які джерело має витратити, щоб перемістити заряд.

Вимірюємо напругу вольтметр. Оскільки він визначається (на відміну від струму) не в певному місці (перерізі) провідника, а між двома місцями провідника, ми повинні виміряти його між двома місцями вольтметром. Тому ми підключаємо вольтметр до так званої схеми. паралельний (поруч), як на малюнку вгорі праворуч.

Викликається напруга ненавантаженого джерела електрорушійна напруга джерела (Ue). Якщо ми підключимо прилад до електромережі, напруга впаде. Для деяких джерел вона лише незначно зменшується (такі джерела називаються важко, наприклад, електрична розетка), а для деяких більш виражених (такі джерела називаються м'який, наприклад, класичний ліхтарик, особливо майже розряджений). У розетках в Європі (а отже, і в Словаччині) існує електрорушійна напруга 220 - 240 В.