Jokaisella ihmisellä on abstrakti käsitys sähkövirrasta. Sähkölaitteen virtalähde on eräänlainen ilmanlähde jokaiselle hengittävälle organismille. Mutta näissä vertailuissa ymmärrys ilmiön luonteesta on rajallinen, ja vain asiantuntijat ymmärtävät sen olemuksen syvemmin.
Koulun opetussuunnitelmassa kaikki osallistuvat fysiikan kurssiin, joka kuvaa sähkön peruskäsitteitä ja lakeja. Kuiva, tieteellinen lähestymistapa ei aiheuta kiinnostusta lapsille, joten useimmilla aikuisilla ei ole aavistustakaan, mikä on sähkövirta, miksi se syntyy, kuinka sillä on mittayksikkö tai miten mikä tahansa voi liikkua kiinteiden metallilankojen läpi, ja jopa saada sähkölaitteet toimimaan.
Yksinkertaisin sanoin sähkövirrasta
Koulufysiikan oppikirjassa oleva vakiomäärittely kuvaa lyhyesti tiiviisti sähkövirran ilmiötä. Mutta rehellisesti sanottuna, voit ymmärtää tämän täysin, jos opiskelet aihetta paljon syvemmin. Loppujen lopuksi tiedot esitetään toisella kielellä - tieteellisellä. Fyysisen ilmiön luonteen ymmärtäminen on paljon helpompaa, jos kuvailet kaiken tutulla kielellä, joka on ymmärrettävissä jokaiselle. Esimerkiksi metallin virta.
Sen pitäisi alkaa tosiasialta, että kaikki, mitä pidämme kiinteänä ja liikkumattomana, on vain mielestämme. Maan päällä oleva metalliosa on monoliittinen liikumaton kappale ihmisessä merkityksessä. Kuvaile analogiaa varten planeettamme avaruudessa katsomalla sitä Marsin pinnalta. Maa näyttää olevan kokonainen, liikumaton ruumis. Jos lähestymme sen pintaa, tulee ilmeiseksi, että tämä ei ole monoliittinen ainekappale, vaan jatkuva liike: vesi, kaasut, elävät esineet, litosfäärin levyt - kaikki tämä liikkuu keskeytyksettä, vaikka tämä ei ole näkyvissä kaukaisesta avaruudesta.
Palatkaamme takaisin metalliosaan, joka makaa maassa. Se on liikkumaton, koska katsomme sitä sivulta monoliittisena esineenä. Atomitasolla se koostuu jatkuvasti liikkuvista minuutielementeistä. Ne ovat erilaisia, mutta etenkin meitä kiinnostavat elektronit, jotka luovat metallien sähkömagneettisen kentän, joka tuottaa saman virran. Sana "virta" on ymmärrettävä kirjaimellisesti, koska kun sähkövarauksella olevat elementit liikkuvat, toisin sanoen "virtaavat" varautuneelta esineeltä toiselle, tapahtuu "sähkövirta".
Ymmärrettyämme peruskäsitteet, voimme johtaa yleisen määritelmän:
Jotta ymmärrät olemuksen tarkemmin, sinun on pohdittava yksityiskohtia ja saatava vastauksia useisiin peruskysymyksiin.
Vastauksia sähkövirta koskeviin tärkeimpiin kysymyksiin
Kun määritelmä on muotoiltu, syntyy useita loogisia kysymyksiä.
- Mikä saa nykyisen "virtauksen" eli liikkumaan?
- Jos pienimmät metalliosat liikkuvat jatkuvasti, miksi se ei vääristy?
- Jos jotain virtaa esineestä toiseen, muuttuuko näiden esineiden massa?
Vastaus ensimmäiseen kysymykseen on yksinkertainen. Kun vesi virtaa korkeasta kohdasta matalaan, niin elektronit virtaavat korkean varauksen omaavasta kehosta fyysisten lakien noudattamiseen. Ja "varaus" (tai potentiaali) on kehossa olevien elektronien lukumäärä, ja mitä enemmän niitä on, sitä suurempi varaus.Jos tapahtuu kosketus kahden kehon välillä, joilla on erilaiset varaukset, elektronit enemmän varautuneesta kappaleesta virtaavat vähemmän latautuneisiin. Joten syntyy virta, joka loppuu, kun kahden kontaktielimen varaukset tasaantuvat.
Jotta ymmärrät, miksi lanka ei muuta rakennetta, siitä huolimatta, että siinä liikkuu jatkuvasti, sinun on kuviteltava se suuren talon muodossa, jossa ihmiset asuvat. Talon koko ei muutu, kuinka moni ihminen saapuu ja poistuu talosta sekä liikkuu sisälle. Tässä tapauksessa henkilö on metallin elektronin analogi - se liikkuu vapaasti eikä sillä ole erityistä massaa koko rakennukseen verrattuna.
Jos elektronit liikkuvat kehosta toiseen - miksi ruumiiden massa ei muutu? Tosiasia, että elektronin paino on niin pieni, että vaikka poistaisit kaikki elektronit kehosta, sen massa ei muutu.
Mikä on virran yksikkö
Sähkövirran "laskemiseksi" käytetään erilaisia mittayksiköitä, analysoimme kolme pääyksikköä:
- Nykyinen vahvuus.
- Jännite.
- Vastus.
Jos yrität kuvailla virran voimakkuuden käsitettä yksinkertaisilla sanoilla, on parasta kuvitella tunnelin läpi kulkevien autojen virtaus. Autot ovat elektroneja ja tunneli on lankaa. Mitä enemmän autoja kulkee kerrallaan tunnelin poikkileikkauksen läpi - sitä suurempi on virran voimakkuus, joka mitataan laitteella nimellä ampermetri ampeereissa (A), ja kaavoissa on merkitty kirjaimella (I).
Jännite on suhteellinen arvo, joka ilmaisee eron kappaleiden varauksissa, joiden välillä virta virtaa. Jos yhdellä esineellä on erittäin korkea varaus ja toisella on hyvin alhainen, niin niiden välillä on korkea jännite sen mittaamiseksi, mitä voltimetriä ja yksikköä nimeltä V (V) käytetään. Kaavoissa, jotka on merkitty kirjaimella (U).
Resistenssi kuvaa johtimen, ehdollisesti kuparilangan kykyä kulkea tietyn määrän virtaa itsensä, eli elektronien, läpi. Vastuksenjohdin tuottaa lämpöä, kuluttaen osan sen läpi kulkevan virran energiasta, vähentäen siten sen lujuutta. Resistanssi lasketaan ohmina (ohmina) ja kaavoissa käytetään kirjainta (R).
Kaavat nykyisten ominaisuuksien laskemiseksi
Kolme fyysistä suuruutta käyttämällä on mahdollista laskea virran ominaisuudet Ohmin lain avulla. Se ilmaistaan kaavalla:
I = U / R
Missä I on virran voimakkuus, U on piirin jännite, R on vastus.
Kaavasta näemme, että virran voimakkuus lasketaan jakamalla jännitearvo vastusarvolla. Siksi meillä on lain sanamuoto:
Matemaattisesti muut komponentit voidaan laskea tällä kaavalla.
vastus:
R = U / I
jännite:
U = I * R
On tärkeää huomata, että kaava on voimassa vain tietyssä ketjun osassa. Ohm: n lakeja varten on olemassa täydellinen suljettu piiri ja muut erityistapaukset.
Virran vaikutus erilaisiin materiaaleihin ja eläviin asioihin
Eri kemialliset elementit käyttäytyvät eri tavoin virran vaikutuksesta. Jotkut suprajohtajat eivät vastusta niiden läpi liikkuvia elektroneja aiheuttamatta mitään kemiallista reaktiota. Metallit, joilla on liiallinen stressi heille, voivat tuhota, sulautua. Dielektrikot, jotka eivät lähetä virtaa, eivät tee mitään vuorovaikutusta sen kanssa ja suojaavat siten ympäristöä siltä. Ihmiset käyttävät tätä ilmiötä menestyksekkäästi johtimien eristämiseen kumilla.
Eläville organismeille virta on epäselvä ilmiö. Hänellä voi olla sekä hyödyllisiä että tuhoisia vaikutuksia. Ihmiset ovat jo pitkään käyttäneet hallittuja päästöjä lääketieteellisiin tarkoituksiin: aivojen toimintaa stimuloivista kevytpurkauksista voimakkaisiin sähköiskuihin, jotka voivat pysäyttää sydämen ja palauttaa ihmisen takaisin elämään. Vahva vuoto voi johtaa vakaviin terveysongelmiin, palovammoihin, kudoskuolemaan ja jopa välittömään kuolemaan. Sähkölaitteita käytettäessä on noudatettava turvallisuusmääräyksiä.
Luonnossa voi löytää monia ilmiöitä, joissa sähköllä on avainasemassa: syvänmeren olennoista (sähköramppeista), jotka voivat iskeä, salamaan ukkosmyrskyn aikana. Ihminen on pitkään hallinnut tämän luonnollisen voiman ja käyttää sitä taitavasti, minkä ansiosta kaikki moderni elektroniikka toimii.
Ladataan ...On muistettava, että luonnonilmiöt voivat olla sekä hyödyllisiä että haitallisia ihmisille. Koulupöydältä opiskelu ja täydennyskoulutus auttavat ihmisiä viisaasti käyttämään maailman ilmiöitä yhteiskunnan hyödyksi.
