Az elektromos áramról, feszültségről és teljesítményről egy szovjet gyerekkönyvből: egyszerű és világos

A tudomány és a technika fejlődésében igen komoly sikereket elért Szovjetunióban a rádióamatőr mozgalom elterjedt. Sok ezer fiatal polgár tanult rádiótechnikát olyan rádiókörök és rádióklubok oktatói irányításával, amelyek speciális szakirodalommal, eszközökkel és műszerekkel rendelkeznek. Sokan közülük a jövőben szakképzett mérnökök, tervezők, tudósok lettek.

Az ilyen rádióáramkörökhöz népszerű tudományos irodalmat adtak ki, amelyben a fizika, a mechanika, az elektrotechnika és az elektronika különböző kérdéseit egyszerű nyelven, nagyszámú illusztrációval magyarázták el.

Az ilyen könyvek egyik példája Cseszlov Klimcsevszkij "A rádióamatőr ábécéje" című könyve, amelyet a "Svyazizdat" kiadó adott ki 1962-ben. A könyv első része "Elektromos mérnöki", a második rész pedig "Rádió". Mérnöki munka", a harmadik a "Gyakorlati tanácsok". , a negyedik rész - "Mi magunk telepítjük".

Maga a könyv innen tölthető le: A rádióamatőr ábécé (vad)

Ez a könyvtípus az 1960-as években nem tartozott a speciális irodalomba.Több tízezer példányban jelentek meg, és tömeges olvasóknak szánták őket.

A Raz rádiót olyan teljes mértékben alkalmazták az emberek mindennapi életében, így akkoriban úgy tartották, hogy nem szabhat határt csak a gombok elforgatásának képessége. És minden művelt embernek tanulnia kell a rádiózást, hogy megértse a rádióadás és a rádióvétel folyamatát, hogy megismerje azokat az alapvető elektromos és mágneses jelenségeket, amelyek a rádiótechnika elméletének kulcsai. Általánosságban elmondható, hogy ismerkedni kell a vevőkészülékek rendszereivel és kialakításával is.

Nézzük meg együtt, és ítéljük meg, hogyan tudták akkoriban egyszerű képekkel megmagyarázni a bonyolult dolgokat.

Korunk kezdő rádióamatőrje:

Az elektromos áramról

A világ összes anyaga és ennek megfelelően minden körülöttünk lévő tárgy, hegyek, tengerek, levegő, növények, állatok, emberek mérhetetlenül apró részecskékből, molekulákból, az utóbbiak pedig atomokból állnak. Egy darab vas, egy csepp víz, jelentéktelen mennyiségű oxigén atomok milliárdjainak felhalmozódása, az egyik a vasban, a másik a vízben vagy az oxigénben.

Ha távolról nézzük az erdőt, úgy néz ki, mint egy sötét csík, amely egy darabból áll (hasonlítsa össze például egy vasdarabbal). Ahogy közelednek az erdő széléhez, egyes fák láthatók (egy vasdarabban - vasatomok). Az erdő fákból áll; hasonlóképpen egy anyag (például a vas) atomokból épül fel.

A tűlevelű erdőben mások a fák, mint a lombos erdőben; hasonlóképpen az egyes kémiai elemek molekulái más kémiai elemek molekuláitól eltérő atomokból állnak. Tehát a vasatomok különböznek például az oxigénatomoktól.

Még közelebb érve a fákhoz, azt látjuk, hogy mindegyik törzsből és levelekből áll. Ugyanígy az anyag atomjai az ún Atommag (törzs) és elektronok (lapok).

A törzs nehéz, a mag pedig nehéz; az atom pozitív elektromos töltését (+) jelenti. A levelek világosak és az elektronok könnyűek; negatív elektromos töltést (-) képeznek az atomon.

Különböző fáknak különböző számú ága van, és a levelek száma nem azonos, az atom is, attól függően, hogy milyen kémiai elemet képvisel, (legegyszerűbb formájában) egy magból (törzsből) áll, amely több pozitív töltéssel rendelkezik. az úgynevezett protonok (ágak) és számos negatív töltés - elektronok (lapok).

Az erdőben, a földön a fák között sok lehullott levél halmozódik fel. A szél felemeli ezeket a leveleket a földről, és keringenek a fák között. Tehát egy anyagban (például fémben) az egyes atomok között van bizonyos mennyiségű szabad elektron, amely nem tartozik egyik atomhoz sem; ezek az elektronok véletlenszerűen mozognak az atomok között.

Ha az elektromos akkumulátorból érkező vezetékeket egy fémdarab (például egy acélkampó) végeihez köti: csatlakoztassa az egyik végét az akkumulátor pluszjához - hozza létre az úgynevezett pozitív elektromos potenciált (+) hozzá, a másik vége pedig az akkumulátor mínuszához - hozzon negatív elektromos potenciált (-), akkor a szabad elektronok (negatív töltések) elkezdenek mozogni a fém belsejében lévő atomok között, és az akkumulátor pozitív oldalára rohannak.

Ez az elektromos töltések következő tulajdonságával magyarázható: az ellentétes töltések, vagyis a pozitív és negatív töltések vonzzák egymást; mint a töltések, vagyis a pozitív vagy negatív, éppen ellenkezőleg, taszítják egymást.

A fémben lévő szabad elektronok (negatív töltések) az akkumulátor pozitív töltésű (+) kivezetéséhez (áramforrás) vonzódnak, és ezért a fémben már nem véletlenszerűen, hanem az áramforrás pozitív oldalára mozognak.

Mint már tudjuk, az elektron elektromos töltés. A fém belsejében nagyszámú, egy irányban mozgó elektron alkotja az elektronáramlást, azaz. elektromos töltések. Ezek a fémben mozgó elektromos töltések (elektronok) elektromos áramot képeznek.

Mint már említettük, az elektronok a vezetékek mentén mozognak mínuszból pluszba. Megállapodtunk azonban, hogy figyelembe vesszük, hogy az áram az ellenkező irányba folyik: pluszból mínuszba, vagyis mintha nem negatív, hanem pozitív töltések mozognának a vezetékek mentén (az ilyen pozitív töltések vonzódnának az áramforrás mínuszához) .

Minél több levelet hajt az erdőben a szél, annál sűrűbben töltik be a levegőt; hasonlóképpen minél több töltés áramlik a fémben, annál nagyobb az elektromos áram.

Nem minden anyag képes ugyanolyan könnyen átvinni az elektromos áramot. A szabad elektronok könnyen mozognak, például fémekben.

Azokat az anyagokat, amelyekben az elektromos töltések könnyen mozognak, elektromos áramvezetőknek nevezzük. Egyes anyagok, az úgynevezett szigetelők, nem rendelkeznek szabad elektronokkal, ezért nem folyik elektromos áram a szigetelőkön. A szigetelők közé tartozik többek között az üveg, porcelán, csillám, műanyag.

Az elektromos áramot vezető anyagban található szabad elektronok a vízcseppekhez is hasonlíthatók.

Az egyes cseppek nyugalmi állapotban nem hoznak létre vízáramlást. Közülük nagy részük mozgás közben egy irányban folyó patakot vagy folyót alkot. A vízcseppek ebben a patakban vagy folyóban olyan áramlásban mozognak, amelynek ereje nagyobb, annál nagyobb a különbség a csatorna szintjei között az út mentén, és ennélfogva annál nagyobb a különbség az egyed „potenciáljában” (magasságában). egyéni szegmensei ennek az útnak.

Az elektromos áram nagysága

Az elektromos áram okozta jelenségek megértéséhez hasonlítsa össze a víz áramlásával. A patakokban kis mennyiségű víz folyik, míg a folyókban nagy víztömegek.

Tegyük fel, hogy a patak vízhozama értéke 1; Vegyük például a folyó vízhozamát 10-nek. Végül egy erős folyónál a vízhozam értéke mondjuk 100, vagyis a patak áramlási értékének százszorosa.

Egy gyenge vízsugár csak egy malom kerekét hajthatja meg. Ennek az adatfolyamnak az értékét 1-nek vesszük.

A kétszeres vízáram két malmot képes meghajtani. Ebben az esetben a vízhozam értéke 2.

A vízfolyás ötszöröse öt egyforma malmot képes meghajtani; a vízhozam értéke most 5. Megfigyelhető a vízhozam áramlása a folyóban; elektromos áram folyik a szemünknek láthatatlan vezetékeken.

A következő ábra egy elektromos motort (elektromos motort) mutat, amelyet elektromos áram hajt. Vegyük ebben az esetben az elektromos áram 1-gyel egyenlő értékét.

Ha egy elektromos áram két ilyen villanymotort hajt meg, akkor a fővezetéken átfolyó áram kétszerese lesz, azaz egyenlő 2-vel.Végül, amikor egy elektromos áram öt azonos villanymotort táplál, akkor a fővezetéken lévő áram ötször nagyobb, mint az első esetben; ezért magnitúdója 5.

A víz vagy más folyadék áramlásának mérésére szolgáló praktikus mértékegység (azaz az időegység alatt, pl. másodpercenként, folyómeder, cső stb. keresztmetszetén átáramló mennyiség) liter másodpercenként.

Az elektromos áram nagyságának, azaz a huzal keresztmetszetén egységnyi idő alatt átfolyó töltések mennyiségének mérésére az ampert vesszük gyakorlati mértékegységnek, így az elektromos áram nagyságát amperben határozzuk meg. A rövidített ampert a betű jelzi.

Az elektromos áram forrása lehet például galvánelem vagy elektromos akkumulátor.

Az elem vagy akkumulátor mérete határozza meg, hogy mekkora elektromos áramot tudnak biztosítani, és működésük időtartamát.

Az elektromos áram nagyságának mérésére az elektrotechnikában használjon speciális eszközöket, ampermérőket (A). A különböző elektromos eszközök eltérő mennyiségű elektromos áramot hordoznak.

Feszültség

A második elektromos mennyiség, amely szorosan összefügg az áram nagyságával, a feszültség. Hogy könnyebben megértsük, mi az elektromos áram feszültsége, hasonlítsuk össze a csatorna szintkülönbségével (a víz esése a folyóban), ahogy az elektromos áramot a víz áramlásával hasonlítottuk össze. Kis csatornaszint-különbség esetén 1-gyel egyenlő különbséget veszünk.

Ha a csatornaszintek különbsége jelentősebb, akkor a vízesés is ennek megfelelően nagyobb. Tegyük fel például, hogy egyenlő 10-zel, azaz tízszer több, mint az első esetben.Végül, ha a vízesés szintje még nagyobb, ez mondjuk 100.

Ha a vízfolyás kis magasságból esik le, akkor csak egy malmot tud hajtani. Ebben az esetben veszünk egy csepp vizet 1-gyel.

Ugyanaz a patak, amely kétszeres magasságból esik le, két hasonló malom kerekét is megforgathatja. Ebben az esetben a vízcsepp egyenlő 2-vel.

Ha a csatornaszintek különbsége ötször nagyobb, akkor ugyanaz az áramlás öt ilyen malmot hajt meg. A vízcsepp 5.

Hasonló jelenségek figyelhetők meg az elektromos feszültség figyelembe vételekor. Elegendő a „vízcsepp” kifejezést az „elektromos feszültség” kifejezésre cserélni, hogy megértsük, mit jelent a következő példákban.

Csak egy lámpa égjen. Tegyük fel, hogy 2-vel egyenlő feszültséget kapcsolunk rá.

Ahhoz, hogy öt ilyen, azonos módon csatlakoztatott izzó égjen, a feszültségnek 10-nek kell lennie.

Ha két egyforma, egymással sorba kapcsolt izzó világít (a karácsonyfafüzéreknél általában az izzók vannak bekötve), a feszültség 4.

Minden vizsgált esetben azonos erősségű elektromos áram halad át mindegyik izzón, és mindegyikre ugyanaz a feszültség vonatkozik, amely része a teljes feszültségnek (akkumulátorfeszültség), amely minden egyes példában eltérő.

Hagyja, hogy a folyó belefolyjon a tóba. Feltételesen a tó vízszintjét nullának vesszük, ekkor a második fa melletti meder szintje a tó vízszintjéhez viszonyítva 1 m, a meder szintje pedig a harmadik közelében fa 2 m lesz. A harmadik fa melletti csatorna szintje 1 m-rel magasabb, mint a második fa közelében, azaz. ezek között a fák között egyenlő 1 m.

A csatornaszintek különbségét például hosszegységben mérjük, mint mi, méterben. Az elektrotechnikában a meder szintje bármely ponton egy bizonyos nulla szinthez (példánkban a tó vízállásához) képest elektromos potenciálnak felel meg.

Az elektromos potenciál különbségét feszültségnek nevezzük. Az elektromos potenciált és a feszültséget ugyanazzal a mértékegységgel mérik – a voltot, amelyet c betűvel rövidítenek. Így az elektromos feszültség mérésének mértékegysége a volt.

Az elektromos feszültség mérésére speciális mérőeszközöket, úgynevezett voltmérőket (V) használnak.

Az ilyen elektromos áramforrás, mint az akkumulátor, széles körben ismert. Az úgynevezett ólom-savas akkumulátor (amelyben az ólomlemezek vizes kénsavoldatba vannak merítve) egyik cellája feltöltött állapotban körülbelül 2 volt feszültségű.

Az akkumulátoros rádiók elektromos árammal történő táplálására használt anód akkumulátor általában több tucat száraz galvanikus cellából áll, amelyek mindegyike körülbelül 1,5 V feszültséggel rendelkezik.

Ezeket az elemeket egymás után kapcsolják össze (azaz az első elem pluszja a második mínuszához, a második plusz a harmadik mínuszához stb.). Ebben az esetben az akkumulátor teljes feszültsége megegyezik azon cellák feszültségeinek összegével, amelyekből az akkumulátor áll.

Ezért egy 150 V-os akkumulátor 100 ilyen, egymással sorba kapcsolt cellát tartalmaz.

A 220 V-os világítási hálózat aljzatába egy 220 V-os feszültségre tervezett izzót vagy 22 egyforma, sorba kapcsolt karácsonyfa-lámpát csatlakoztathat, amelyek mindegyike 10 V-os feszültségre készült.Ebben az esetben minden izzó csak a hálózati feszültség 1/22-e, azaz 10 volt.

Egy adott elektromos eszközre, esetünkben egy izzóra ható feszültséget feszültségesésnek nevezzük. Ha egy 220 V-os izzó ugyanannyi áramot vesz fel, mint egy 10 V-os, akkor a füzér által a hálózatból felvett teljes áram nagysága megegyezik a 220 V-os izzón átfolyó árammal.

Az elmondottakból jól látszik, hogy például 220 V-os hálózatra két egyforma 110 V-os izzó köthető, sorba kapcsolva egymással.

Lehetőség van például 6,3 V feszültségre tervezett rádiócsövek fűtésére három sorba kapcsolt cellából álló akkumulátorról; A 2 V-os izzószál-feszültségre tervezett lámpák egyetlen celláról táplálhatók.

A rádióelektromos csövek izzószálának feszültsége lekerekített formában van feltüntetve a lámpa szimbólumának elején: 1,2 V — 1-es számmal; 4,4 hüvelyk – 4-es szám; 6,3 hüvelyk – 6. szám; 5 c – 5. szám.

Az elektromos áramot okozó ok miatt

Ha a földfelszín két, egymástól még távoli területe is különböző szinten fekszik, akkor vízáramlás léphet fel. A víz a legmagasabb ponttól a legalacsonyabbig fog folyni.

Ilyen az elektromos áram is. Csak akkor tud áramlani, ha különbség van az elektromos szintek (potenciálok) között. Az időjárási térképen a legmagasabb légköri szintet (magas nyomást) „+”, a legalacsonyabbat „-” jellel jelöljük.

A szintek a nyíl irányába igazodnak. A szél a legalacsonyabb légnyomásszintű terület irányába fúj majd. Amikor a nyomás kiegyenlítődik, a légmozgás leáll. Így az elektromos áram áramlása leáll, ha az elektromos potenciálok kiegyenlítődnek.

Zivatar idején az elektromos potenciálok kiegyenlítődnek a felhők és a talaj, illetve a felhők között. Villám formájában jelenik meg.

Az egyes galvánelemek vagy akkumulátorok kivezetései (pólusai) között is van potenciálkülönbség. Ezért, ha például egy izzót csatlakoztat hozzá, akkor az áram átfolyik rajta. Idővel a potenciálkülönbség csökken (potenciálkiegyenlítés következik be), és az átfolyó áram mennyisége is csökken.

Ha egy villanykörtét bedugunk a hálózatba, akkor azon elektromos áram is átfolyik, mivel a konnektor aljzatai között potenciálkülönbség van. A galvánelemekkel vagy akkumulátorokkal ellentétben azonban ez a potenciálkülönbség folyamatosan megmarad – mindaddig, amíg az erőmű működik.

Elektromos energia

Szoros kapcsolat van az elektromos feszültség és az áramerősség között. Az elektromos teljesítmény mennyisége a feszültség és az áram nagyságától függ. Magyarázzuk meg ezt a következő példákkal.

Cseresznye leesik alacsony magasságból: Alacsony magasság - enyhe feszültség. Alacsony ütési erő – alacsony elektromos teljesítmény.

Egy kókuszdió kis magasságból esik le (a fiú felmászási helyéhez képest): Nagy tárgy - nagy áram. Alacsony magasság - alacsony stressz. Viszonylag nagy ütőerő – viszonylag nagy teljesítmény.

Egy kis virágcserép nagy magasságból esik le: A kis tárgy kis áramlat. A nagy esés nagy stressz. Nagy ütési erő – nagy teljesítmény.

Nagy magasságból zuhanó lavina: Nagy hótömegek – nagy áramlat. A nagy esés nagy stressz. A lavina nagy pusztító ereje a nagy elektromos erő.

Nagy áram és nagy feszültség mellett nagy elektromos teljesítmény érhető el.De ugyanaz a teljesítmény érhető el nagyobb áramerősséggel és ennek megfelelően alacsonyabb feszültséggel, vagy fordítva, kisebb áramerősséggel és nagyobb feszültséggel.

Az egyenáramú elektromos teljesítmény egyenlő a feszültség és áramértékek szorzatával. Az elektromos teljesítményt wattban fejezzük ki, és W betűkkel jelöljük.

Arról már volt szó, hogy egy bizonyos nagyságú vízhozam egy malmot, kétszeres áramlást - két malmot, négyszeres áramlást - négy malmot stb., annak ellenére, hogy a vízcsepp (feszültség) azonos lesz .

Az ábrán egy kis (elektromos áramnak megfelelő) vízáramlás látható, amely négy malom kerekeit forgatja, mivel a vízcsepp (elektromos feszültségnek megfelelő) elég nagy.

Ennek a négy malomnak a kerekei kétszeres vízáramlással is foroghatnak az esés felénél. Akkor a malmok egy kicsit másképp helyezkednének el, de az eredmény ugyanaz lenne.

Az alábbi ábrán két 110 V-os világítási hálózatra párhuzamosan csatlakoztatott lámpa látható. Mindegyiken 1 A áram folyik át A két lámpán átfolyó áram összesen 2 amper.

A feszültség és az áramértékek szorzata határozza meg azt a teljesítményt, amelyet ezek a lámpák fogyasztanak a hálózatról.

110V x 2a = 220W.

Ha a világítási hálózat feszültsége 220 V, akkor ugyanazokat a lámpákat sorba kell kötni, nem párhuzamosan (ahogy az előző példában volt), hogy a rajtuk lévő feszültségesés összege egyenlő legyen a lámpák feszültségével. hálózat. A két lámpán átfolyó áram ebben az esetben 1 A.

Az áramkörön átfolyó feszültség és áram értékeinek szorzata adja meg az ezen lámpák által fogyasztott teljesítményt 220 V x 1a = 220 W, azaz ugyanaz, mint az első esetben.Ez érthető, hiszen a második esetben a hálózatból vett áram kétszer kisebb, de kétszer akkora feszültség a hálózatban.

Watt, kilowatt, kilowattóra

Bármely elektromos készülék vagy gép (harang, villanykörte, villanymotor stb.) bizonyos mennyiségű elektromos energiát fogyaszt a világítási hálózatból.

Az elektromos teljesítmény mérésére speciális eszközöket, úgynevezett wattmérőket használnak.

Például egy világítólámpa, egy villanymotor stb. teljesítménye wattmérő nélkül is meghatározható, ha a hálózati feszültség és az áramerősség, amely a hálózatra kapcsolt villamos energia fogyasztóján áthalad ismert.

Hasonlóképpen, ha ismert a hálózati teljesítményfelvétel és a hálózati feszültség, akkor meghatározható a fogyasztón átfolyó áram nagysága.

Például egy 110 voltos világítási hálózat 50 wattos lámpát tartalmaz. Milyen áram folyik rajta?

Mivel a voltban kifejezett feszültség és az amperben kifejezett áram szorzata egyenlő a wattban kifejezett teljesítménnyel (egyenáram esetén), akkor a fordított számítás elvégzése után, azaz a wattszámot el kell osztani a voltok számával ( hálózati feszültség), megkapjuk a lámpán átfolyó áram nagyságát amperben,

a = w / b,

az áramerősség 50 W / 110 V = 0,45 A (kb.).

Így körülbelül 0,45 A áram folyik át a lámpán, amely 50 W energiát fogyaszt, és 110 V-os elektromos hálózatra csatlakozik.

Ha a helyiség világítási hálózatában egy csillár négy darab 50 wattos izzóval, egy asztali lámpa egy 100 wattos izzóval és egy 300 wattos vasaló található, akkor az összes energiafogyasztó teljesítménye 50 W x 4 + 100 W + 300 W = 600 W.

Mivel a hálózati feszültség 220 V, az ehhez a helyiséghez megfelelő közös világítási vezetékeken 600 W / 220 V = 2,7 A (kb.) elektromos áram folyik át.

Fogyasszon el a villanymotor 5000 wattot a hálózatból, vagy ahogy mondják, 5 kilowatttot.

1000 watt = 1 kilowatt, akárcsak 1000 gramm = 1 kilogramm. A kilowatt rövidítése kW. Ezért az elektromos motorról elmondhatjuk, hogy 5 kW teljesítményt fogyaszt.

Annak meghatározásához, hogy egy elektromos eszköz mennyi energiát fogyaszt, figyelembe kell venni, hogy mennyi idő alatt fogyasztották el az energiát.

Ha egy 10 wattos izzó két órán keresztül ég, akkor az elektromos energiafogyasztás 100 watt x 2 óra = 200 wattóra vagy 0,2 kilowattóra. Ha egy 100 wattos izzó 10 órán keresztül ég, akkor az elfogyasztott energia mennyisége 100 watt x 10 óra = 1000 wattóra vagy 1 kilowattóra. A kilowattórák rövidítése kWh.

Sok érdekesség van még ebben a könyvben, de már ezek a példák is mutatják, hogy az akkori szerzők milyen felelősségteljesen és őszintén közeledtek munkájukhoz, különösen a gyerekek tanítása esetében.