Ano ang kuryente?
Ang kuryente ay isang hanay ng mga pisikal na phenomena na nauugnay sa pagkakaroon ng isang electric charge. Bagama't noong una ay itinuturing ang kuryente bilang isang phenomenon na hiwalay sa magnetism, ngunit sa pag-unlad ng mga equation ni Maxwell, ang parehong mga phenomena na ito ay kinilala bilang bahagi ng iisang phenomenon: electromagnetism. Ang iba't ibang karaniwang phenomena ay nauugnay sa kuryente, tulad ng kidlat, static na kuryente, pag-init ng kuryente, mga paglabas ng kuryente, at marami pang iba. Bilang karagdagan, ang kuryente ay nasa puso ng maraming modernong teknolohiya.
Ang pagkakaroon ng isang electric charge, na maaaring maging positibo o negatibo, ay bumubuo ng isang electric field. Sa kabilang banda, ang paggalaw ng mga singil sa kuryente, na tinatawag na electric current, ay lumilikha ng magnetic field.
Kapag ang isang singil ay inilagay sa isang punto na may non-zero electric field, isang puwersa ang kumikilos dito. Ang magnitude ng puwersang ito ay tinutukoy ng batas ng Coulomb. Kaya, kung ang singil na ito ay inilipat, ang electric field ay gagawa ng gawain ng paglipat (pagpepreno) ng electric charge. Kaya, maaari nating pag-usapan ang tungkol sa potensyal na kuryente sa isang tiyak na punto sa kalawakan, katumbas ng gawaing isinagawa ng isang panlabas na ahente kapag naglilipat ng isang yunit ng positibong singil mula sa isang arbitraryong napiling reference point sa puntong ito nang walang anumang pagbilis at, bilang panuntunan, sinusukat sa volts.
Sa electrical engineering, ang kuryente ay ginagamit upang:
- pagbibigay ng kuryente kung saan ginagamit ang electric current sa mga kagamitan sa kuryente;
- sa electronics na nakikitungo sa mga de-koryenteng circuit na kinabibilangan ng mga aktibong sangkap ng kuryente tulad ng mga vacuum tube, transistor, diode, at integrated circuit, at ang mga nauugnay na passive na elemento ng mga ito.
Ang mga electrical phenomena ay pinag-aralan mula noong unang panahon, bagaman ang mga pagsulong sa teoretikal na pag-unawa ay nagsimula noong ika-17 at ika-18 siglo. Kahit noon pa, bihira ang praktikal na paggamit ng kuryente, at nagamit ito ng mga inhinyero para sa mga layuning pang-industriya at tirahan lamang sa pagtatapos ng ika-19 na siglo. Ang mabilis na pagpapalawak ng teknolohiyang elektrikal sa panahong ito ay nagpabago sa industriya at lipunan. Ang versatility ng kuryente ay nakasalalay sa katotohanan na maaari itong magamit sa halos walang limitasyong bilang ng mga industriya tulad ng transportasyon, pag-init, pag-iilaw, komunikasyon at pag-compute. Ang kuryente na ngayon ang gulugod ng modernong industriyal na lipunan.
Kasaysayan ng kuryente
Bago pa nagkaroon ng anumang kaalaman sa kuryente, alam na ng mga tao ang tungkol sa electric shock sa electric fish. Mga sinaunang tekstong Egyptian na itinayo noong 2750 BC. BC, tinawag nila ang mga isdang ito na "Thunderers of the Nile" at inilarawan sila bilang "protectors" ng lahat ng iba pang isda. Lumilitaw muli ang ebidensya ng electric fish libu-libong taon na ang lumipas mula sa sinaunang Griyego, Romano at Arabo na mga naturalista at doktor. Maraming sinaunang manunulat, gaya nina Pliny the Elder at Scribonius Largus, ang nagpapatotoo sa pamamanhid bilang epekto ng electric shock na dulot ng catfish at electric rays, at alam din nila na ang gayong mga shock ay maaaring maipasa sa pamamagitan ng conductive objects. Ang mga pasyenteng dumaranas ng mga sakit tulad ng gout o sakit ng ulo ay inireseta na hawakan ang naturang isda sa pag-asang mapapagaling sila ng malakas na electric shock. Posible na ang pinakamaaga at pinakamalapit na pagtatantya sa pagtuklas ng pagkakakilanlan ng kidlat at kuryente mula sa anumang iba pang mapagkukunan ay ginawa ng mga Arabo, na hanggang sa ika-15 siglo sa wika ay inilapat ang salita para sa kidlat (raad) sa mga electric ray.
Alam ng mga sinaunang kultura ng Mediterranean na kung ang ilang mga bagay, tulad ng mga amber stick, ay kuskusin ng balahibo ng pusa, ito ay makaakit ng mas magaan na mga bagay, tulad ng mga balahibo. Si Thales ng Miletus ay gumawa ng isang bilang ng mga obserbasyon ng static na kuryente sa paligid ng 600 BC, mula sa kung saan siya deduced na ang friction ay kailangan upang gumawa ng amber na may kakayahang umakit ng mga bagay, hindi tulad ng mga mineral tulad ng magnetite, na hindi nangangailangan ng friction. . Mali si Thales sa paniniwalang ang pagkahumaling ng amber ay dahil sa magnetic effect, ngunit kalaunan ay napatunayan ng agham ang koneksyon sa pagitan ng magnetism at kuryente. Ayon sa isang kontrobersyal na teorya batay sa pagkatuklas ng baterya ng Baghdad noong 1936 na kahawig ng isang galvanic cell, bagaman hindi malinaw kung ang artifact ay elektrikal sa kalikasan, maaaring alam ng mga Parthian ang tungkol sa electroplating.
Ang elektrisidad ay nagpatuloy na pumukaw ng wala nang iba kundi ang intelektwal na pag-uusisa sa loob ng millennia hanggang 1600, nang ang Ingles na siyentipiko na si William Gilbert ay gumawa ng masusing pag-aaral ng kuryente at magnetism, at nakilala ang epekto ng "magnetite" mula sa static na kuryente na ginawa ng rubbing amber. Siya ang lumikha ng bagong salitang Latin na electricus ("amber" o "tulad ng amber", mula sa ἤλεκτρον, Elektron, mula sa Griyego: "amber") upang tukuyin ang pag-aari ng mga bagay upang makaakit ng maliliit na bagay pagkatapos ng rub. Ang asosasyong pangwika na ito ay nagbunga ng mga salitang Ingles na "electric" at "electricity", na unang lumabas sa print sa "Pseudodoxia Epidemica" ni Thomas Browne noong 1646.
Ang karagdagang gawain ay isinagawa nina Otto von Guericke, Robert Boyle, Stephen Gray at Charles Francois Dufay. Noong ika-18 siglo, si Benjamin Franklin ay gumawa ng malawak na pagsasaliksik sa elektrisidad, ibinenta ang kanyang mga pag-aari upang tustusan ang kanyang trabaho. Noong Hunyo 1752, kilalang ikinabit niya ang isang metal na susi sa ilalim ng string ng saranggola at inilunsad ang saranggola sa isang mabagyong kalangitan. Ang pagkakasunod-sunod ng mga spark na tumatalon mula sa susi hanggang sa likod ng kamay ay nagpakita na ang kidlat ay talagang elektrikal sa kalikasan. Ipinaliwanag din niya ang tila kabalintunaan na pag-uugali ng garapon ng Leyden bilang isang aparato para sa pag-iimbak ng malaking halaga ng singil sa kuryente sa mga tuntunin ng kuryente, na binubuo ng mga positibo at negatibong singil.
Noong 1791, inihayag ni Luigi Galvani ang kanyang pagtuklas ng bioelectromagnetism, na nagpapakita na ang kuryente ay ang paraan kung saan ang mga neuron ay nagpapadala ng mga signal sa mga kalamnan. Ang baterya ng Alessandro Volta o galvanic pole noong 1800s ay ginawa mula sa mga papalit-palit na layer ng zinc at copper. Para sa mga siyentipiko, ito ay isang mas maaasahang mapagkukunan ng elektrikal na enerhiya kaysa sa mga electrostatic machine na ginamit noong nakaraan. Ang pag-unawa sa electromagnetism bilang ang pagkakaisa ng electrical at magnetic phenomena ay dahil kina Oersted at André-Marie Ampère noong 1819-1820. Inimbento ni Michael Faraday ang de-koryenteng motor noong 1821 at mathematically na sinuri ni Georg Ohm ang electrical circuit noong 1827. Ang elektrisidad at magnetism (at ilaw) ay tiyak na konektado ni James Maxwell, lalo na sa kanyang akdang "On Physical Lines of Force" noong 1861 at 1862.
Habang sa simula ng ika-19 na siglo nasaksihan ng mundo ang mabilis na pag-unlad sa agham ng kuryente, sa pagtatapos ng ika-19 na siglo ang pinakamalaking pag-unlad ay naganap sa larangan ng electrical engineering. Sa tulong ng mga taong tulad ni Alexander Graham Bell, Otto Titus Blaty, Thomas Edison, Galileo Ferraris, Oliver Heaviside, Anjos Istvan Jedlik, William Thomson, 1st Baron Kelvin, Charles Algernon Parsons, Werner von Siemens, Joseph Wilson Swan, Reginald Fessenden , Nikola Tesla at George Westinghouse, ang koryente ay nagbago mula sa isang siyentipikong pag-uusisa tungo sa isang kailangang-kailangan na kasangkapan para sa modernong buhay, na naging puwersang nagtutulak sa likod ng ikalawang rebolusyong pang-industriya.
Noong 1887, natuklasan ni Heinrich Hertz na ang mga electrodes na naiilawan ng ultraviolet light ay gumawa ng mga electrical spark na mas madali kaysa sa mga hindi naiilawan. Noong 1905, inilathala ni Albert Einstein ang isang papel na nagpapaliwanag ng eksperimentong ebidensya para sa photoelectric na epekto bilang resulta ng paglipat ng liwanag na enerhiya sa mga discrete quantized packet na nagpapasigla sa mga electron. Ang pagtuklas na ito ay humantong sa quantum revolution. Si Einstein ay ginawaran ng Nobel Prize sa Physics noong 1921 para sa kanyang "pagtuklas ng batas ng photoelectric effect". Ang photovoltaic effect ay ginagamit din sa mga photovoltaic cell tulad ng mga matatagpuan sa mga solar panel, at ito ay kadalasang ginagamit upang makabuo ng kuryente para sa mga komersyal na layunin.
Ang unang semiconductor device ay ang "cat's whisker" detector, na unang ginamit sa mga radio receiver noong 1900s. Ang parang whisker na wire ay dinadala sa light contact sa isang solidong kristal (hal., isang germanium crystal) upang makakita ng signal ng radyo sa pamamagitan ng contact-transition effect. Sa isang semiconductor node, ang kasalukuyang ay inilalapat sa mga elemento ng semiconductor at mga koneksyon na partikular na idinisenyo para sa paglipat at pagpapalakas ng kasalukuyang. Ang electric current ay maaaring kinakatawan sa dalawang anyo: sa anyo ng mga negatibong sisingilin na mga electron, pati na rin ang mga positibong sisingilin na mga bakante sa elektron (mga hindi napuno na mga electron sa mga lugar sa isang semiconductor atom), na tinatawag na mga butas. Ang mga singil at butas na ito ay nauunawaan mula sa pananaw ng quantum physics. Ang materyal ng gusali ay kadalasang isang mala-kristal na semiconductor.
Ang pag-unlad ng mga aparatong semiconductor ay nagsimula sa pag-imbento ng transistor noong 1947. Ang mga karaniwang semiconductor device ay mga transistor, microprocessor chips, at RAM chips. Ang isang espesyal na uri ng memorya na tinatawag na flash memory ay ginagamit sa mga USB flash drive, at kamakailan lamang, ang mekanikal na pag-ikot ng mga hard disk drive ay pinalitan din ng mga solid-state drive. Naging karaniwan ang mga semiconductor device noong 1950s at 1960s, sa panahon ng paglipat mula sa mga vacuum tubes patungo sa semiconductor diodes, transistors, integrated circuits (ICs), at light-emitting diodes (LEDs).
Pangunahing konsepto ng kuryente
Pagsingil ng kuryente
Ang pagkakaroon ng isang singil ay bumubuo ng isang electrostatic na puwersa: ang mga singil ay nagsasagawa ng puwersa sa isa't isa, ang epekto na ito ay kilala noong unang panahon, bagaman hindi ito naiintindihan noon. Ang isang magaan na bola na nasuspinde sa isang string ay maaaring singilin sa pamamagitan ng pagpindot dito gamit ang isang glass rod, na mismo ay dating sinisingil sa pamamagitan ng pagkuskos sa isang tela. Ang isang katulad na bola na sinisingil ng parehong glass rod ay magtatakwil sa una: ang singil ay nagiging sanhi ng dalawang bola upang maghiwalay sa isa't isa. Dalawang bola na sinisingil mula sa isang rubbed amber rod ay nagtataboy din sa isa't isa. Gayunpaman, kung ang isang bola ay sinisingil mula sa isang glass rod at ang isa mula sa isang amber rod, ang parehong mga bola ay magsisimulang maakit ang isa't isa. Ang mga phenomena na ito ay inimbestigahan sa pagtatapos ng ikalabing walong siglo ni Charles Augustin de Coulomb, na naghinuha na ang singil ay lumilitaw sa dalawang magkasalungat na anyo. Ang pagtuklas na ito ay humantong sa isang kilalang axiom: ang mga bagay na may katulad na sisingilin ay nagtataboy, at ang mga bagay na magkasalungat na sinisingil ay umaakit.
Ang puwersa ay kumikilos mismo sa mga sisingilin na particle, kaya ang singil ay may posibilidad na kumakalat nang pantay hangga't maaari sa ibabaw ng conducting surface. Ang magnitude ng electromagnetic force, maging kaakit-akit o repulsive, ay tinutukoy ng batas ng Coulomb, na nagsasaad na ang electrostatic force ay proporsyonal sa produkto ng mga singil at inversely proportional sa square ng distansya sa pagitan nila. Ang pakikipag-ugnayan ng electromagnetic ay napakalakas, ito ay mas mababa sa lakas lamang sa malakas na pakikipag-ugnayan, ngunit hindi katulad ng huli, ito ay kumikilos sa anumang distansya. Kung ikukumpara sa mas mahinang puwersa ng gravitational, ang puwersang electromagnetic ay nagtutulak ng dalawang electron ng 1042 beses na higit pa kaysa sa puwersa ng gravitational na humihila sa kanila.
Ang pag-aaral ay nagpakita na ang pinagmulan ng singil ay ilang mga uri ng subatomic particle na may ari-arian ng isang electric charge. Ang electric charge ay bumubuo at nakikipag-ugnayan sa electromagnetic force, na isa sa apat na pangunahing pwersa ng kalikasan. Ang pinakakilalang carrier ng electric charge ay ang electron at ang proton. Ipinakita ng eksperimento na ang singil ay isang conserved na dami, iyon ay, ang kabuuang singil sa loob ng isang nakahiwalay na system ay palaging mananatiling pare-pareho anuman ang anumang mga pagbabago na magaganap sa loob ng system na ito. Sa isang sistema, ang singil ay maaaring ilipat sa pagitan ng mga katawan alinman sa pamamagitan ng direktang kontak o sa pamamagitan ng paglipat sa pamamagitan ng isang conductive na materyal tulad ng isang wire. Ang impormal na terminong "static na kuryente" ay nangangahulugang ang netong presensya ng isang singil (o "kawalan ng balanse" ng mga singil) sa isang katawan, kadalasang sanhi ng magkakaibang mga materyales na ipinupukol sa isa't isa, na naglilipat ng singil mula sa isa patungo sa isa.
Ang mga singil ng mga electron at proton ay magkasalungat sa tanda, samakatuwid, ang kabuuang singil ay maaaring maging positibo o negatibo. Sa pamamagitan ng convention, ang singil na dala ng mga electron ay itinuturing na negatibo, at ang dinadala ng mga proton ay positibo, kasunod ng tradisyon na itinatag ng gawa ni Benjamin Franklin. Ang halaga ng singil (ang halaga ng kuryente) ay karaniwang tinutukoy ng simbolo Q at ipinahayag sa coulomb; ang bawat elektron ay nagdadala ng parehong singil, humigit-kumulang -1.6022 × 10-19 coulomb. Ang proton ay may singil na katumbas ng halaga at kabaligtaran ng sign, at sa gayon ay +1.6022 × 10-19 Coulomb. Hindi lamang ang matter ay may singil, kundi pati na rin ang antimatter, ang bawat antiparticle ay may pantay na singil, ngunit kabaligtaran ng sign sa singil ng kaukulang particle nito.
Ang singil ay maaaring masukat sa maraming paraan: isang maagang instrumento, ang gold-leaf electroscope, na, bagama't ginagamit pa rin para sa mga demonstrasyon ng pagsasanay, ay pinalitan na ngayon ng isang electronic electrometer.
Kuryente
Ang paggalaw ng mga singil sa kuryente ay tinatawag na electric current, ang intensity nito ay karaniwang sinusukat sa amperes. Ang kasalukuyang ay maaaring malikha ng anumang gumagalaw na sisingilin na mga particle; kadalasan ang mga ito ay mga electron, ngunit sa prinsipyo anumang singil na nakatakda sa paggalaw ay isang kasalukuyang.
Sa pamamagitan ng makasaysayang kombensiyon, ang positibong kasalukuyang ay tinutukoy ng direksyon ng paggalaw ng mga positibong singil na dumadaloy mula sa mas positibong bahagi ng circuit patungo sa mas negatibong bahagi. Ang kasalukuyang tinukoy sa ganitong paraan ay tinatawag na conditional current. Ang isa sa mga pinakakilalang anyo ng kasalukuyang ay ang paggalaw ng mga negatibong sisingilin na mga electron sa pamamagitan ng isang circuit, at sa gayon ang positibong direksyon ng kasalukuyang ay nakatuon sa kabaligtaran ng direksyon sa paggalaw ng mga electron. Gayunpaman, depende sa mga kondisyon, ang isang electric current ay maaaring binubuo ng isang stream ng mga sisingilin na particle na gumagalaw sa anumang direksyon, at kahit na sa parehong direksyon sa parehong oras. Ang kumbensyon na ang positibong direksyon ng kasalukuyang ay ang direksyon ng paggalaw ng mga positibong singil ay malawakang ginagamit upang gawing simple ang sitwasyong ito.
Ang proseso kung saan ang isang electric current ay dumadaan sa isang materyal ay tinatawag na electrical conduction, at ang kalikasan nito ay nag-iiba depende sa kung aling mga charged na particle ang nagsasagawa nito at sa materyal na kung saan sila gumagalaw. Ang mga halimbawa ng mga de-koryenteng alon ay kinabibilangan ng metallic conduction, na isinasagawa sa pamamagitan ng daloy ng mga electron sa pamamagitan ng isang conductor tulad ng metal, at electrolysis, na isinasagawa sa pamamagitan ng daloy ng mga ions (charged atoms) sa pamamagitan ng isang likido o plasma, tulad ng sa electrical sparks. Bagama't ang mga particle mismo ay maaaring gumagalaw nang napakabagal, kung minsan ay may average na bilis ng drift na bahagi lamang ng isang milimetro bawat segundo, ang electric field na nagtutulak sa kanila ay naglalakbay nang malapit sa bilis ng liwanag, na nagpapahintulot sa mga signal ng kuryente na maglakbay nang mabilis sa pamamagitan ng mga wire.
Ang kasalukuyang sanhi ng ilang mga nakikitang epekto na dati nang naging tanda ng presensya nito. Ang posibilidad ng pagkabulok ng tubig sa ilalim ng impluwensya ng kasalukuyang mula sa isang galvanic column ay natuklasan nina Nicholson at Carlisle noong 1800. Ang prosesong ito ay tinatawag na ngayong electrolysis. Ang kanilang gawain ay lubos na pinalawak ni Michael Faraday noong 1833. Ang kasalukuyang dumadaloy sa paglaban ay nagdudulot ng lokal na pag-init. Ang epektong ito ay inilarawan sa matematika ni James Joule noong 1840. Ang isa sa pinakamahalagang pagtuklas tungkol sa agos ay ginawa ni Oersted nang hindi sinasadya noong 1820, nang, habang naghahanda ng isang panayam, natuklasan niya na ang kasalukuyang dumadaloy sa isang wire ay naging sanhi ng pag-ikot ng karayom ng magnetic compass. Kaya natuklasan niya ang electromagnetism, ang pangunahing pakikipag-ugnayan sa pagitan ng kuryente at magnetism. Ang antas ng mga electromagnetic emissions na nabuo ng isang electric arc ay sapat na mataas upang makagawa ng electromagnetic interference na maaaring makapinsala sa operasyon ng mga katabing kagamitan. Natuklasan niya ang electromagnetism, ang pangunahing interaksyon sa pagitan ng kuryente at magnetism. Ang antas ng mga electromagnetic emission na nabuo ng isang electric arc ay sapat na mataas upang makagawa ng electromagnetic interference na maaaring makagambala sa mga kalapit na kagamitan.
Para sa mga teknikal o lokal na aplikasyon, ang kasalukuyang ay kadalasang nailalarawan bilang alinman sa direktang (DC) o alternating (AC). Ang mga terminong ito ay tumutukoy sa kung paano nagbabago ang kasalukuyang paglipas ng panahon. Ang direktang kasalukuyang ginawa ng isang baterya, halimbawa, at kinakailangan ng karamihan sa mga elektronikong aparato, ay isang unidirectional na daloy mula sa positibong potensyal ng circuit patungo sa negatibo. Kung ang daloy na ito, na nangyayari nang mas madalas, ay dinadala ng mga electron, lilipat sila sa tapat na direksyon. Ang alternating current ay anumang kasalukuyang na patuloy na nagbabago ng direksyon, ito ay halos palaging nasa anyo ng isang sinusoid. Ang alternating current ay pumipintig pabalik-balik sa loob ng konduktor nang hindi ginagalaw ang singil sa anumang may hangganang distansya sa mahabang panahon. Ang time-average na halaga ng alternating current ay zero, ngunit ito ay naghahatid ng enerhiya muna sa isang direksyon at pagkatapos ay sa kabaligtaran na direksyon. Ang alternating current ay nakasalalay sa mga de-koryenteng katangian na hindi nagpapakita ng kanilang sarili sa isang nakatigil na mode ng direktang kasalukuyang, halimbawa, sa inductance at capacitance. Ang mga katangiang ito, gayunpaman, ay maaaring maglaro kapag ang circuit ay sumailalim sa mga lumilipas, tulad ng sa panahon ng paunang power up.
Electric field
Ang konsepto ng isang electric field ay ipinakilala ni Michael Faraday. Ang isang electric field ay nilikha ng isang naka-charge na katawan sa espasyo na nakapalibot sa katawan at nagreresulta sa isang puwersa na kumikilos sa anumang iba pang mga singil na matatagpuan sa field. Ang isang electric field ay kumikilos sa pagitan ng dalawang singil na katulad ng isang gravitational field sa pagitan ng dalawang masa, at umaabot din sa infinity at inversely proportional sa square ng distansya sa pagitan ng mga katawan. Gayunpaman, mayroong isang makabuluhang pagkakaiba. Palaging umaakit ang gravity, na nagiging sanhi ng dalawang masa na magsanib, habang ang isang electric field ay maaaring magresulta sa alinman sa pagkahumaling o pagtanggi. Dahil ang malalaking katawan tulad ng mga planeta sa kabuuan ay may zero net charge, ang kanilang electric field sa layo ay karaniwang zero. Kaya, ang gravity ay ang nangingibabaw na puwersa sa malalaking distansya sa uniberso, sa kabila ng katotohanan na ito mismo ay mas mahina.
Ang electric field, bilang panuntunan, ay naiiba sa iba't ibang mga punto sa espasyo, at ang lakas nito sa anumang punto ay tinukoy bilang ang puwersa (bawat yunit ng singil) na mararanasan ng isang hindi gumagalaw, hindi gaanong singil kung ito ay ilalagay sa puntong iyon. Ang abstract charge, na tinatawag na "test charge", ay dapat na walang halaga upang ang sarili nitong electric field na nakakagambala sa pangunahing field ay maaaring mapabayaan, at dapat ding nakatigil (immobile) upang maiwasan ang impluwensya ng magnetic field. Dahil ang isang electric field ay tinukoy sa mga tuntunin ng puwersa, at ang puwersa ay isang vector, kung gayon ang isang electric field ay isa ring vector, na may parehong magnitude at direksyon. Mas partikular, ang electric field ay isang vector field.
Ang doktrina ng mga electric field na nilikha ng mga nakatigil na singil ay tinatawag na electrostatics. Ang patlang ay maaaring mailarawan gamit ang isang hanay ng mga haka-haka na linya, ang direksyon kung saan sa anumang punto sa espasyo ay tumutugma sa direksyon ng patlang. Ang konseptong ito ay ipinakilala ni Faraday, at ang terminong "linya ng puwersa" ay paminsan-minsan ay nakakaharap. Ang mga linya ng field ay ang mga landas kung saan ang isang point positive charge ay lilipat sa ilalim ng impluwensya ng isang field. Gayunpaman, sila ay isang abstract, hindi isang pisikal na bagay, at ang patlang ay tumatagos sa lahat ng intermediate na espasyo sa pagitan ng mga linya. Ang mga linya ng field na nagmumula sa mga nakatigil na singil ay may ilang pangunahing katangian: una, nagsisimula sila sa mga positibong singil at nagtatapos sa mga negatibong singil; pangalawa, dapat silang pumasok sa anumang perpektong konduktor sa tamang mga anggulo (normal), at pangatlo, hindi sila kailanman bumalandra at malapit sa kanilang sarili.
Ang isang hollow conducting body ay naglalaman ng lahat ng singil nito sa panlabas na ibabaw nito. Samakatuwid, ang patlang ay katumbas ng zero sa lahat ng mga lugar sa loob ng katawan. Gumagana ang Faraday cage sa prinsipyong ito - isang metal na shell na naghihiwalay sa panloob na espasyo nito mula sa mga panlabas na impluwensyang elektrikal.
Ang mga prinsipyo ng electrostatics ay mahalaga sa disenyo ng mga elemento ng mataas na boltahe na kagamitan. May hangganan ang lakas ng patlang ng kuryente na maaaring mapanatili ng anumang materyal. Sa itaas ng halagang ito, nangyayari ang isang pagkasira ng kuryente, na nagiging sanhi ng isang electric arc sa pagitan ng mga sisingilin na bahagi. Halimbawa, sa hangin, ang electrical breakdown ay nangyayari sa maliliit na gaps na may lakas ng electric field na higit sa 30 kV kada sentimetro. Sa pagtaas ng puwang, bumababa ang ultimate breakdown strength sa humigit-kumulang 1 kV kada sentimetro. Ang pinaka-kapansin-pansing tulad ng natural na kababalaghan ay kidlat. Ito ay nangyayari kapag ang mga singil ay pinaghihiwalay sa mga ulap sa pamamagitan ng pataas na mga haligi ng hangin, at ang electric field sa hangin ay nagsisimulang lumampas sa halaga ng pagkasira. Ang boltahe ng isang malaking thundercloud ay maaaring umabot sa 100 MV at may discharge energy value na 250 kWh.
Ang magnitude ng lakas ng field ay malakas na naiimpluwensyahan ng mga kalapit na conductive na bagay, at ang lakas ay lalong mataas kapag ang field ay kailangang yumuko sa mga matulis na bagay. Ang prinsipyong ito ay ginagamit sa mga pamalo ng kidlat, na ang mga matutulis na taluktok ay pinipilit ang kidlat na lumabas sa kanila sa halip na sa mga gusaling kanilang pinoprotektahan.
Mga potensyal na elektrikal
Ang konsepto ng electric potential ay malapit na nauugnay sa electric field. Ang isang maliit na singil na inilagay sa isang electric field ay nakakaranas ng isang puwersa, at upang ilipat ang singil laban sa puwersang ito, kinakailangan ang trabaho. Ang potensyal na kuryente sa anumang punto ay tinukoy bilang ang enerhiya na kinakailangan upang ilipat ang isang unit test charge na napakabagal mula sa infinity hanggang sa puntong iyon. Ang potensyal ay karaniwang sinusukat sa volts, at ang potensyal ng isang bolta ay ang potensyal kung saan ang isang joule ng trabaho ay dapat na gastusin upang ilipat ang isang coulomb ng singil mula sa infinity. Ang pormal na kahulugan ng potensyal na ito ay hindi gaanong praktikal na gamit, at mas kapaki-pakinabang ang konsepto ng electrical potential difference, iyon ay, ang enerhiya na kinakailangan upang ilipat ang isang yunit ng singil sa pagitan ng dalawang ibinigay na mga punto. Ang electric field ay may isang tampok, ito ay konserbatibo, na nangangahulugan na ang landas na nilakbay ng singil sa pagsubok ay hindi mahalaga: ang pagpasa ng lahat ng posibleng mga landas sa pagitan ng dalawang ibinigay na mga punto ay palaging kukuha ng parehong enerhiya, at sa gayon ay mayroong isang solong halaga ng ang mga potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng dalawang posisyon. Ang boltahe ay naging matatag na itinatag bilang isang yunit ng pagsukat at paglalarawan ng pagkakaiba sa potensyal na elektrikal na ang terminong boltahe ay ginagamit nang malawakan at araw-araw.
Para sa mga praktikal na layunin, kapaki-pakinabang na tukuyin ang isang karaniwang reference point kung saan maaaring ipahayag at ihambing ang mga potensyal. Bagama't maaaring nasa infinity, mas praktikal na gamitin ang Earth mismo bilang zero potential, na ipinapalagay na nasa parehong potensyal sa lahat ng lugar. Ang reference point na ito, siyempre, ay tinutukoy bilang "lupa" (lupa). Ang daigdig ay isang walang katapusang pinagmumulan ng pantay na dami ng mga positibo at negatibong singil at samakatuwid ay neutral sa kuryente at hindi masingil.
Ang potensyal ng kuryente ay isang scalar na dami, iyon ay, mayroon lamang itong halaga at walang direksyon. Maaari itong isipin na kahalintulad sa taas: kung paanong ang isang inilabas na bagay ay mahuhulog dahil sa pagkakaiba sa taas na dulot ng gravitational field, kaya't ang singil ay "huhulog" dahil sa boltahe na dulot ng electric field. Kung paanong ang mga mapa ay kumakatawan sa lupain sa pamamagitan ng mga contour na linya na nagkokonekta sa mga puntong may pantay na taas, ang isang hanay ng mga linya na nagkokonekta sa mga punto ng pantay na potensyal (kilala bilang equipotentials) ay maaaring iguhit sa paligid ng isang electrostatically charged na bagay. Ang mga equipotential ay nagsalubong sa lahat ng mga linya ng puwersa sa tamang mga anggulo. Dapat ding humiga ang mga ito parallel sa ibabaw ng konduktor, kung hindi, gagawa ng puwersa na nagpapagalaw sa mga carrier ng singil sa kahabaan ng equipotential na ibabaw ng konduktor.
Ang isang electric field ay pormal na tinukoy bilang ang puwersa na ginagawa sa bawat unit charge, ngunit ang konsepto ng potensyal ay nagbibigay ng mas kapaki-pakinabang at katumbas na kahulugan: ang isang electric field ay isang lokal na electric potential gradient. Bilang isang patakaran, ito ay ipinahayag sa volts bawat metro, at ang direksyon ng field vector ay ang linya ng pinakamalaking potensyal na pagbabago, iyon ay, sa direksyon ng pinakamalapit na lokasyon ng isa pang equipotential.
Mga electromagnet
Ang pagtuklas ni Oersted noong 1821 ng katotohanan na mayroong magnetic field sa paligid ng lahat ng panig ng wire na may dalang electric current ay nagpakita na mayroong direktang kaugnayan sa pagitan ng kuryente at magnetism. Bukod dito, ang pakikipag-ugnayan ay tila iba sa mga puwersang gravitational at electrostatic, dalawang puwersa ng kalikasan na kilala noon. Ang puwersa ay kumilos sa compass needle, hindi patungo o palayo sa kasalukuyang wire, ngunit sa tamang mga anggulo dito. Sa bahagyang hindi malinaw na mga salita "electrical conflict has a rotating behavior" ipinahayag ni Oersted ang kanyang obserbasyon. Ang puwersang ito ay nakasalalay din sa direksyon ng kasalukuyang, dahil kung ang kasalukuyang ay nagbago ng direksyon, kung gayon ang magnetic force ay nagbago din nito.
Hindi lubos na naunawaan ni Oersted ang kanyang pagtuklas, ngunit ang epekto na kanyang naobserbahan ay magkapareho: ang kasalukuyang nagsasagawa ng puwersa sa magnet, at ang magnetic field ay nagpapalakas sa agos. Ang kababalaghan ay higit na pinag-aralan ni Ampère, na natuklasan na ang dalawang parallel na kasalukuyang nagdadala ng mga wire ay nagdudulot ng puwersa sa isa't isa: dalawang wire na nagdadala ng mga alon sa parehong direksyon ay umaakit sa isa't isa, habang ang mga wire na naglalaman ng mga alon sa magkasalungat na direksyon mula sa isa't isa ay nagtataboy sa isa't isa. . Ang pakikipag-ugnayan na ito ay nangyayari sa pamamagitan ng magnetic field na nilikha ng bawat kasalukuyang, at sa batayan ng hindi pangkaraniwang bagay na ito, ang kasalukuyang yunit ay tinutukoy - Ampere sa internasyonal na sistema ng mga yunit.
Ang kaugnayang ito sa pagitan ng mga magnetic field at mga agos ay lubhang mahalaga dahil ito ay humantong sa pag-imbento ni Michael Faraday ng de-koryenteng motor noong 1821. Ang kanyang unipolar motor ay binubuo ng isang permanenteng magnet na inilagay sa isang sisidlan ng mercury. Ang kasalukuyang ay dumaan sa isang wire na nasuspinde sa isang hinged suspension sa itaas ng isang magnet at inilubog sa mercury. Ang magnet ay nagbigay ng tangential force sa wire, na naging sanhi ng pag-ikot ng huli sa paligid ng magnet hangga't ang kasalukuyang ay napanatili sa wire.
Ang isang eksperimento na ginawa ni Faraday noong 1831 ay nagpakita na ang isang wire na gumagalaw patayo sa isang magnetic field ay lumikha ng potensyal na pagkakaiba sa mga dulo. Ang karagdagang pagsusuri sa prosesong ito, na kilala bilang electromagnetic induction, ay nagbigay-daan sa kanya na bumalangkas ng prinsipyo, na kilala ngayon bilang Faraday's law of induction, na ang potensyal na pagkakaiba na naiimpluwensyahan sa isang closed circuit ay proporsyonal sa rate ng pagbabago ng magnetic flux na tumagos sa circuit. Ang pag-unlad ng pagtuklas na ito ay nagbigay-daan sa Faraday na mag-imbento ng unang de-koryenteng generator, noong 1831, na nagpapalit ng mekanikal na enerhiya ng isang umiikot na tansong disk sa elektrikal na enerhiya. Ang Faraday disk ay hindi epektibo at hindi ginamit bilang isang praktikal na generator, ngunit ipinakita nito ang posibilidad ng pagbuo ng kuryente gamit ang magnetism, at ang posibilidad na ito ay kinuha ng mga sumunod sa kanyang mga pag-unlad.
Ang kakayahan ng mga reaksiyong kemikal na makagawa ng kuryente, at, sa kabaligtaran, ang kakayahan ng kuryente na gumawa ng mga reaksiyong kemikal ay may malawak na hanay ng mga aplikasyon.
Ang electrochemistry ay palaging isang mahalagang bahagi ng pag-aaral ng kuryente. Mula sa orihinal na pag-imbento ng voltaic column, ang mga galvanic cell ay umunlad sa iba't ibang uri ng mga baterya, galvanic at electrolytic cells. Ang aluminyo ay ginawa sa maraming dami sa pamamagitan ng electrolysis, at maraming mga portable na electronic device ang gumagamit ng mga rechargeable na pinagmumulan ng kuryente.
Mga de-koryenteng circuit
Ang isang de-koryenteng circuit ay isang koneksyon ng mga de-koryenteng bahagi sa paraang ang isang electric charge na pinilit na dumaan sa isang saradong landas (circuit) ay karaniwang nagsasagawa ng ilang mga kapaki-pakinabang na gawain.
Ang mga bahagi sa isang de-koryenteng circuit ay maaaring magkaroon ng maraming anyo, na kumikilos bilang mga elemento tulad ng mga resistor, capacitor, switch, transformer, at mga elektronikong bahagi. Ang mga electronic circuit ay naglalaman ng mga aktibong bahagi, tulad ng mga semiconductors, na karaniwang gumagana sa isang hindi linear na paraan at nangangailangan ng kumplikadong pagsusuri upang mailapat sa mga ito. Ang pinakasimpleng mga de-koryenteng bahagi ay tinatawag na passive at linear: bagama't maaari silang pansamantalang mag-imbak ng enerhiya, hindi sila naglalaman ng anumang mga mapagkukunan ng enerhiya at gumagana sa isang linear na paraan.
Ang isang risistor ay marahil ang pinakasimpleng elemento ng passive circuit: gaya ng ipinahihiwatig ng pangalan nito, lumalaban ito sa kasalukuyang dumadaloy dito, na nagwawaldas ng elektrikal na enerhiya bilang init. Ang paglaban ay isang kinahinatnan ng paggalaw ng singil sa pamamagitan ng isang konduktor: sa mga metal, halimbawa, ang paglaban ay pangunahin dahil sa mga banggaan ng mga electron at ions. Ang batas ng Ohm ay ang pangunahing batas ng teorya ng circuit at nagsasaad na ang kasalukuyang dumadaan sa isang pagtutol ay direktang proporsyonal sa potensyal na pagkakaiba sa kabuuan nito. Ang paglaban ng karamihan sa mga materyales ay medyo pare-pareho sa isang malawak na hanay ng mga temperatura at agos; Ang mga materyales na nakakatugon sa mga kundisyong ito ay kilala bilang "ohmic". Ang ohm ay isang yunit ng paglaban na pinangalanang Georg Ohm at tinutukoy ng letrang Griyego na Ω. Ang 1 ohm ay isang resistensya na lumilikha ng potensyal na pagkakaiba ng isang bolta kapag ang isang kasalukuyang ng isang ampere ay dumaan dito.
Ang kapasitor ay isang upgrade ng Leyden jar at isang aparato na maaaring mag-imbak ng singil at sa gayon ay maipon ang elektrikal na enerhiya sa nabuong field. Binubuo ito ng dalawang conductive plate na pinaghihiwalay ng isang manipis na insulating dielectric layer; sa pagsasagawa, ito ay isang pares ng mga manipis na piraso ng metal foil na pinagsama-sama upang madagdagan ang ibabaw na lugar sa bawat dami ng yunit, at samakatuwid ay ang kapasidad. Ang yunit ng kapasidad ay ang farad, na pinangalanang Michael Faraday at ipinapahiwatig ng simbolo F: ang isang farad ay ang kapasidad na lumilikha ng potensyal na pagkakaiba ng isang bolta kapag nag-iimbak ng singil ng isang coulomb. Ang isang kasalukuyang unang dumadaloy sa isang kapasitor na konektado sa isang pinagmumulan ng kuryente, dahil ang singil ay naipon sa kapasitor; ang kasalukuyang ito ay, gayunpaman, ay bababa habang ang kapasitor ay sinisingil, at kalaunan ay magiging zero. Ang kapasitor samakatuwid ay hindi pumasa sa direktang kasalukuyang, ngunit hinaharangan ito.
Ang inductance ay isang conductor, karaniwang isang coil ng wire, na nag-iimbak ng enerhiya sa isang magnetic field na nabuo kapag ang isang kasalukuyang ay dumaan dito. Kapag nagbabago ang kasalukuyang, nagbabago rin ang magnetic field, na lumilikha ng boltahe sa pagitan ng mga dulo ng konduktor. Ang sapilitan na boltahe ay proporsyonal sa rate ng pagbabago ng kasalukuyang. Ang coefficient ng proportionality ay tinatawag na inductance. Ang yunit ng inductance ay ang henry, na pinangalanang Joseph Henry, isang kontemporaryo ng Faraday. Ang one henry inductance ay isang inductance na nagdudulot ng potensyal na pagkakaiba ng isang bolta sa bilis ng pagbabago ng kasalukuyang sa pamamagitan nito ng isang ampere bawat segundo. Ang pag-uugali ng isang inductor ay kabaligtaran ng isang kapasitor: ito ay malayang pumasa sa direktang kasalukuyang at harangan ang mabilis na pagbabago ng kasalukuyang.
Kuryente
Ang kapangyarihang elektrikal ay ang bilis kung saan ang enerhiyang elektrikal ay inililipat ng isang de-koryenteng circuit. Ang SI unit ng kapangyarihan ay ang watt, katumbas ng isang joule bawat segundo.
Ang kapangyarihang elektrikal, tulad ng mekanikal na kapangyarihan, ay ang bilis kung saan tapos na ang trabaho, na sinusukat sa watts at tinutukoy ng letrang P. Ang terminong paggamit ng kuryente, na ginagamit sa colloquially, ay nangangahulugang "electrical power sa watts." Ang kapangyarihang elektrikal sa watts na ginawa ng isang electric current I katumbas ng pagpasa ng isang charge Q coulomb bawat t segundo sa pamamagitan ng isang electrical potential difference (boltahe) V ay
P = QV/t = IV
- Q - electric charge sa coulombs
- t - oras sa mga segundo
- I - electric current sa amperes
- V - electric potensyal o boltahe sa volts
Ang pagbuo ng elektrisidad ay kadalasang ginagawa ng mga electric generator, ngunit maaari ding mabuo ng mga kemikal na pinagmumulan gaya ng mga de-kuryenteng baterya o sa pamamagitan ng iba pang paraan gamit ang iba't ibang uri ng pinagmumulan ng enerhiya. Ang kuryente ay karaniwang ibinibigay sa mga negosyo at tahanan ng mga electric utilities. Karaniwang sinisingil ang kuryente kada kilowatt-hour (3.6 MJ), na siyang nabuong power sa kilowatts na na-multiply sa oras ng pagtakbo sa mga oras. Sa industriya ng kuryente, ang mga pagsukat ng kuryente ay ginagawa gamit ang mga metro ng kuryente, na naaalala ang dami ng kabuuang enerhiyang elektrikal na ibinigay sa kliyente. Hindi tulad ng mga fossil fuel, ang kuryente ay isang low-entropy na anyo ng enerhiya at maaaring ma-convert sa motion energy o marami pang ibang uri ng enerhiya na may mataas na kahusayan.
Electronics
Ang mga electronics ay tumatalakay sa mga de-koryenteng circuit, na kinabibilangan ng mga aktibong bahaging elektrikal gaya ng mga vacuum tube, transistor, diode, at integrated circuit, at ang mga nauugnay na passive at switching na elemento ng mga ito. Ang non-linear na pag-uugali ng mga aktibong sangkap at ang kanilang kakayahang kontrolin ang daloy ng mga electron ay nagbibigay-daan sa pagpapalakas ng mga mahinang signal at ang malawakang paggamit ng electronics sa pagproseso ng impormasyon, telekomunikasyon at pagproseso ng signal. Ang kakayahan ng mga elektronikong device na kumilos bilang mga switch ay nagbibigay-daan para sa digital processing ng impormasyon. Ang pagpapalit ng mga elemento tulad ng mga naka-print na circuit board, mga teknolohiya sa packaging, at iba't ibang anyo ng imprastraktura ng komunikasyon ay umaakma sa functionality ng circuit at ginagawang normal na gumaganang sistema ang magkakaibang bahagi.
Ngayon, karamihan sa mga elektronikong aparato ay gumagamit ng mga bahagi ng semiconductor upang ipatupad ang elektronikong kontrol. Ang pag-aaral ng mga aparatong semiconductor at mga kaugnay na teknolohiya ay itinuturing na isang sangay ng solid state physics, habang ang disenyo at pagtatayo ng mga electronic circuit para sa paglutas ng mga praktikal na problema ay kabilang sa larangan ng electronics.
Mga electromagnetic wave
Ipinakita ng gawa nina Faraday at Ampère na ang isang magnetic field na nagbabago sa oras ay nakabuo ng isang electric field, at isang electric field na nag-iiba-iba ang oras ang pinagmulan ng magnetic field. Kaya, kapag ang isang field ay nagbabago sa paglipas ng panahon, ang isa pang field ay palaging na-induce. Ang ganitong kababalaghan ay may mga katangian ng alon at natural na tinatawag na electromagnetic wave. Ang mga electromagnetic wave ay theoretically na sinuri ni James Maxwell noong 1864. Nakabuo si Maxwell ng isang hanay ng mga equation na maaaring malinaw na naglalarawan ng kaugnayan sa pagitan ng isang electric field, isang magnetic field, isang electric charge, at isang electric current. Nagawa rin niyang patunayan na ang naturang alon ay kinakailangang kumakalat sa bilis ng liwanag, at sa gayon ang liwanag mismo ay isang anyo ng electromagnetic radiation. Ang pagbuo ng mga batas ni Maxwell, na pinagsasama ang liwanag, mga patlang at singil, ay isa sa pinakamahalagang yugto sa kasaysayan ng teoretikal na pisika.
Kaya, ginawang posible ng gawain ng maraming mananaliksik na gumamit ng electronics upang i-convert ang mga signal sa mga high-frequency oscillatory currents, at sa pamamagitan ng mga konduktor na angkop sa hugis, pinahihintulutan ng kuryente ang mga signal na ito na maipadala at matanggap sa pamamagitan ng mga radio wave sa napakatagal na distansya.
Produksyon at paggamit ng elektrikal na enerhiya
Pagbuo at paghahatid ng electric current
Noong ika-6 na siglo BC e. Ang pilosopong Griyego na si Thales ng Miletus ay nag-eksperimento sa mga amber rod, at ang mga eksperimentong ito ang mga unang pag-aaral sa larangan ng paggawa ng elektrikal na enerhiya. Bagama't ang pamamaraang ito, na kilala ngayon bilang triboelectric effect, ay maaari lamang mag-angat ng mga magaan na bagay at makabuo ng mga spark, ito ay lubhang hindi epektibo. Sa pag-imbento ng voltaic pole noong ikalabing walong siglo, naging available ang isang mabubuhay na mapagkukunan ng kuryente. Ang voltaic column at ang modernong descendant nito, ang electric battery, ay nag-iimbak ng enerhiya sa kemikal na anyo at naglalabas nito bilang elektrikal na enerhiya kapag hinihiling. Ang baterya ay isang maraming nalalaman at napakakaraniwang pinagmumulan ng kuryente na perpekto para sa maraming mga aplikasyon, ngunit ang enerhiya na nakaimbak dito ay may hangganan at kapag ito ay naubos na, ang baterya ay dapat na itapon o i-recharge. Para sa malalaking pangangailangan, ang enerhiyang elektrikal ay dapat na mabuo at patuloy na maipadala sa pamamagitan ng mga linya ng konduktibong kuryente.
Ang kuryente ay karaniwang nalilikha ng mga electromechanical generator na hinimok ng singaw mula sa nasusunog na fossil fuel o init mula sa mga nuclear reaction; o mula sa iba pang mga mapagkukunan tulad ng kinetic energy na nakuha mula sa hangin o tumatakbo na tubig. Ang modernong steam turbine, na binuo ni Sir Charles Parsons noong 1884, ay gumagawa ngayon ng humigit-kumulang 80 porsiyento ng kuryente sa mundo gamit ang iba't ibang pinagmumulan ng init. Ang nasabing mga oscillator ay walang pagkakahawig sa 1831 unipolar disk oscillator ng Faraday, ngunit umaasa pa rin sila sa kanyang electromagnetic na prinsipyo, ayon sa kung saan ang isang conductor, sa pamamagitan ng interlocking sa isang nagbabagong magnetic field, ay nag-uudyok ng potensyal na pagkakaiba sa mga dulo nito. Ang pag-imbento ng transpormer sa pagtatapos ng ika-19 na siglo ay nangangahulugan na ang elektrikal na enerhiya ay maaaring mailipat nang mas mahusay sa mas mataas na boltahe ngunit mas mababang kasalukuyang. Ang mahusay na paghahatid ng kuryente ay nangangahulugan, sa turn, na ang kuryente ay maaaring mabuo sa mga sentralisadong planta ng kuryente, na nakikinabang mula sa economies of scale, at pagkatapos ay ipinadala sa medyo malalayong distansya kung saan ito kinakailangan.
Dahil ang elektrikal na enerhiya ay hindi madaling maiimbak sa dami na sapat upang matugunan ang mga pangangailangan sa isang pambansang sukat, dapat itong gawin sa anumang oras hangga't ito ay kinakailangan sa kasalukuyan. Inoobliga nito ang mga utility na maingat na mahulaan ang kanilang mga kargang elektrikal at patuloy na i-coordinate ang mga data na ito sa mga power plant. Ang ilang halaga ng kapasidad sa pagbuo ay dapat palaging itago bilang isang safety net para sa grid ng kuryente sa kaso ng isang matalim na pagtaas sa demand para sa kuryente.
Ang pangangailangan para sa kuryente ay mabilis na lumalaki habang ang bansa ay nagmo-modernize at nagpapaunlad ng ekonomiya nito. Ang Estados Unidos ay nakaranas ng 12 porsiyentong paglaki ng demand sa unang tatlong dekada ng ika-20 siglo bawat taon. Ang rate ng paglago na ito ay kasalukuyang nakikita sa mga umuusbong na ekonomiya tulad ng India o China. Sa kasaysayan, ang rate ng paglago ng demand para sa kuryente ay nalampasan ang rate ng paglago ng demand para sa iba pang mga uri ng enerhiya.
Ang mga alalahanin sa kapaligiran na nauugnay sa pagbuo ng kuryente ay humantong sa pagtaas ng pansin sa pagbuo ng kuryente mula sa mga nababagong pinagmumulan, sa partikular na wind at hydroelectric power plants. Habang ang isa ay maaaring asahan ang patuloy na debate tungkol sa epekto sa kapaligiran ng iba't ibang paraan ng pagbuo ng kuryente, ang huling anyo nito ay medyo malinis.
Mga paraan ng paggamit ng kuryente
Ang paghahatid ng kuryente ay isang napaka-maginhawang paraan ng pagpapadala ng enerhiya, at ito ay inangkop sa isang malaki at lumalaking bilang ng mga aplikasyon. Ang pag-imbento ng praktikal na incandescent light bulb noong 1870s ay humantong sa pag-iilaw na isa sa mga unang magagamit na mass-available na paggamit ng kuryente. Bagama't ang electrification ay may sariling mga panganib, ang pagpapalit ng open-flame gas lighting ay lubos na nakabawas sa panganib ng sunog sa loob ng mga tahanan at pabrika. Ang mga pampublikong kagamitan ay naitatag sa maraming lungsod upang matugunan ang lumalaking merkado ng electric lighting.
Ang Joule heating resistive effect ay ginagamit sa mga filament ng incandescent lamp at nakakahanap din ng mas direktang aplikasyon sa mga electric heating system. Kahit na ang paraan ng pag-init ay maraming nalalaman at mapapamahalaan, maaari itong ituring na aksaya, dahil karamihan sa mga pamamaraan ng pagbuo ng kuryente ay nangangailangan na ng produksyon ng thermal energy sa isang power plant. Ang ilang bansa, gaya ng Denmark, ay naglabas ng mga batas na naghihigpit o nagbabawal sa paggamit ng resistive electrical heating sa mga bagong gusali. Ang elektrisidad, gayunpaman, ay isa pa ring napakapraktikal na pinagmumulan ng enerhiya para sa pagpainit at pagpapalamig, na may mga air conditioner o heat pump na kumakatawan sa lumalaking sektor ng pangangailangan para sa pagpainit at pagpapalamig ng kuryente, ang mga kahihinatnan kung saan ang mga utility ay lalong kinakailangang isaalang-alang.
Ginagamit ang elektrisidad sa telekomunikasyon, at sa katunayan ang electric telegraph, na ipinakita sa komersyo noong 1837 nina Cook at Wheatstone, ay isa sa mga pinakaunang aplikasyon sa telekomunikasyon. Sa pagtatayo ng unang intercontinental, at pagkatapos ay transatlantic, telegraph system noong 1860s, ginawang posible ng kuryente na makipag-ugnayan sa loob ng ilang minuto sa buong mundo. Ang fiber optic at satellite na mga komunikasyon ay naging bahagi ng merkado ng komunikasyon, ngunit ang kuryente ay maaaring asahan na mananatiling mahalagang bahagi ng prosesong ito.
Ang pinaka-halatang paggamit ng mga epekto ng electromagnetism ay nangyayari sa de-koryenteng motor, na isang malinis at mahusay na paraan ng pagpapaandar. Ang isang nakatigil na motor tulad ng winch ay madaling paandarin, ngunit ang isang motor para sa isang mobile application tulad ng isang de-koryenteng sasakyan ay kailangang ilipat ang mga pinagmumulan ng kuryente tulad ng mga baterya gamit ito o kumuha ng kasalukuyang gamit ang isang sliding contact na kilala bilang pantograph.
Ginagamit ng mga elektronikong aparato ang transistor, marahil ay isa sa pinakamahalagang imbensyon noong ika-20 siglo, na siyang pangunahing bloke ng gusali ng lahat ng modernong circuit. Ang isang modernong integrated circuit ay maaaring maglaman ng ilang bilyong miniaturized transistors sa isang lugar na ilang square centimeters lamang.
Ginagamit din ang kuryente bilang pinagmumulan ng gasolina para sa pampublikong sasakyan, kabilang ang mga de-kuryenteng bus at tren.
Ang epekto ng kuryente sa mga buhay na organismo
Ang epekto ng electric current sa katawan ng tao
Ang boltahe na inilapat sa katawan ng tao ay nagiging sanhi ng daloy ng kuryente sa mga tisyu, at bagama't ang relasyong ito ay hindi linear, mas maraming boltahe ang inilalapat, mas maraming kasalukuyang naidudulot nito. Ang sensing threshold ay nag-iiba sa dalas ng kapangyarihan at lokasyon ng kasalukuyang daloy, at humigit-kumulang 0.1 mA hanggang 1 mA para sa dalas ng kuryente ng mains, bagama't ang mga alon na kasing liit ng isang microampere ay maaaring matukoy bilang epekto ng electrovibration sa ilalim ng ilang partikular na kundisyon. Kung ang agos ay sapat na malaki, maaari itong maging sanhi ng pag-urong ng kalamnan, arrhythmia sa puso, at pagkasunog ng tissue. Ang kawalan ng anumang nakikitang indikasyon na ang isang konduktor ay live ay ginagawang mas mapanganib ang kuryente. Ang sakit na dulot ng electric shock ay maaaring maging matindi, na humahantong sa kuryente na minsan ay ginagamit bilang isang paraan ng pagpapahirap. Ang parusang kamatayan na isinasagawa ng electric shock ay tinatawag na execution sa electric chair (electrocution). Ang pagkakuryente ay isa pa ring uri ng hudisyal na parusa sa ilang bansa, bagama't ang paggamit nito ay naging mas bihira nitong mga nakaraang panahon.
Electrical phenomena sa kalikasan
Ang kuryente ay hindi isang imbensyon ng tao, maaari itong maobserbahan sa ilang mga anyo sa kalikasan, isang kapansin-pansing pagpapakita kung saan ay kidlat. Maraming mga pakikipag-ugnayan na pamilyar sa antas ng macroscopic, tulad ng pagpindot, friction, o pagbubuklod ng kemikal, ay dahil sa mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga electric field sa antas ng atom. Ang magnetic field ng Earth ay pinaniniwalaan na dahil sa natural na produksyon ng circulating currents sa core ng planeta. Ang ilang mga kristal, tulad ng quartz, o kahit na asukal, ay may kakayahang lumikha ng isang potensyal na pagkakaiba sa kanilang mga ibabaw kapag sumailalim sa panlabas na presyon. Ang phenomenon na ito, na kilala bilang piezoelectricity, mula sa Greek na piezein (πιέζειν), ibig sabihin ay "pindutin", ay natuklasan noong 1880 nina Pierre at Jacques Curie. Ang epektong ito ay nababaligtad, at kapag ang isang piezoelectric na materyal ay sumailalim sa isang electric field, mayroong bahagyang pagbabago sa mga pisikal na sukat nito.
Ang ilang mga organismo, tulad ng mga pating, ay nakakatuklas at nakakatugon sa mga pagbabago sa mga electrical field, isang kakayahang kilala bilang electroreception. Kasabay nito, ang iba pang mga organismo, na tinatawag na electrogenic, ay nakakagawa ng mga boltahe sa kanilang sarili, na nagsisilbi sa kanila bilang isang nagtatanggol o mandaragit na sandata. Ang mga isda ng hymniformes order, kung saan ang electric eel ang pinakasikat na miyembro, ay maaaring makakita o masindak ang kanilang biktima gamit ang mataas na boltahe na nabuo ng mga mutated na selula ng kalamnan na tinatawag na electrocytes. Ang lahat ng mga hayop ay nagpapadala ng impormasyon sa mga lamad ng cell na may mga boltahe na impulses na tinatawag na mga potensyal na aksyon, na ang function ay upang magbigay ng nervous system ng koneksyon sa pagitan ng mga neuron at kalamnan. Pinasisigla ng electric shock ang sistemang ito at nagiging sanhi ng pag-urong ng kalamnan. Ang mga potensyal na aksyon ay responsable din para sa pag-uugnay ng mga aktibidad ng ilang mga halaman.
Noong 1850, tinanong ni William Gladstone ang scientist na si Michael Faraday kung ano ang halaga ng kuryente. Sumagot si Faraday, "Balang araw, sir, mabubuwisan mo siya."
Noong ika-19 at unang bahagi ng ika-20 siglo, ang kuryente ay hindi bahagi ng pang-araw-araw na buhay ng maraming tao, kahit na sa industriyalisadong kanlurang mundo. Ang kulturang popular noong panahong iyon ay madalas na naglalarawan sa kanya bilang isang misteryoso, parang mahiwagang puwersa na maaaring pumatay sa mga buhay, bumuhay ng mga patay, o kung hindi man ay baguhin ang mga batas ng kalikasan. Ang pananaw na ito ay nagsimulang maghari sa mga eksperimento ng Galvani noong 1771, kung saan ang mga binti ng mga patay na palaka ay ipinakitang kumikibot kapag inilapat ang kuryente ng hayop. Ang "revival" o resuscitation ng mga tila patay o nalunod na mga tao ay iniulat sa medikal na literatura pagkatapos ng trabaho ni Galvani. Ang mga ulat na ito ay nalaman ni Mary Shelley nang magsimula siyang magsulat ng Frankenstein (1819), bagaman hindi niya ipinahiwatig ang gayong paraan ng pagbibigay-buhay sa halimaw. Naging mainit na paksa sa mga horror film ang muling pagbuhay sa mga halimaw na may kuryente.
Habang lumalalim ang pamilyar sa publiko sa kuryente bilang ang buhay ng ikalawang rebolusyong pang-industriya, mas madalas na ipinakita ang mga may-ari nito sa positibong liwanag, tulad ng mga elektrisyan, na sinasabing "ang kamatayan sa pamamagitan ng guwantes ay nagpapalamig ng kanilang mga daliri sa paghabi ng mga wire" sa isang tula ni Rudyard Kipling 1907 taong "Mga Anak ni Martha". Ang iba't ibang mga sasakyang pinapagana ng kuryente ay kitang-kita sa mga kwento ng pakikipagsapalaran nina Jules Verne at Tom Swift. Ang mga propesyonal sa kuryente, kathang-isip man o totoo - kabilang ang mga siyentipiko tulad nina Thomas Edison, Charles Steinmetz o Nikola Tesla - ay malawak na itinuturing bilang mga salamangkero na may mga mahiwagang kapangyarihan.
Dahil ang kuryente ay hindi na naging bago at naging isang pangangailangan sa pang-araw-araw na buhay sa ikalawang kalahati ng ika-20 siglo, nakatanggap ito ng espesyal na atensyon mula sa kulturang popular kapag ito ay tumigil sa pag-agos, na isang kaganapan na kadalasang nagpapahiwatig ng isang sakuna. . Ang mga taong sumuporta sa kanyang entry, tulad ng hindi pinangalanang bayani ng Jimmy Webb's Wichita Fixer (1968), ay lalong ipinakita bilang mga bayani at mahiwagang karakter.
Bago magpatuloy sa trabaho na may kaugnayan sa kuryente, kinakailangan na "savvy" ng kaunti theoretically sa bagay na ito. Sa madaling salita, ang kuryente ay karaniwang tumutukoy sa paggalaw ng mga electron sa ilalim ng impluwensya ng isang electromagnetic field. Ang pangunahing bagay ay upang maunawaan na ang kuryente ay ang enerhiya ng pinakamaliit na sisingilin na mga particle na gumagalaw sa loob ng mga konduktor sa isang tiyak na direksyon.
D.C halos hindi nagbabago ang direksyon at magnitude nito sa oras. Sabihin natin na sa isang maginoo na baterya mayroong direktang kasalukuyang. Pagkatapos ay dadaloy ang singil mula minus hanggang plus, hindi nagbabago hanggang sa maubusan ito.
Alternating kasalukuyang- ito ay isang agos na nagbabago ng direksyon at magnitude na may isang tiyak na periodicity.
Isipin ang agos bilang isang daloy ng tubig na dumadaloy sa isang tubo. Pagkatapos ng isang tiyak na tagal ng panahon (halimbawa, 5 s), ang tubig ay dadaloy sa isang direksyon, pagkatapos ay sa isa pa. Sa kasalukuyang, nangyayari ito nang mas mabilis - 50 beses bawat segundo (dalas 50 Hz). Sa isang panahon ng oscillation, ang kasalukuyang tumataas sa isang maximum, pagkatapos ay pumasa sa zero, at pagkatapos ay nangyayari ang reverse process, ngunit may ibang sign. Kapag tinanong kung bakit ito nangyayari at kung bakit kailangan ang naturang kasalukuyang, masasagot na ang pagtanggap at pagpapadala ng alternating current ay mas madali kaysa sa direktang kasalukuyang.
Ang pagtanggap at pagpapadala ng alternating current ay malapit na nauugnay sa isang aparato tulad ng isang transpormer. Ang isang generator na gumagawa ng alternating current ay mas simple sa disenyo kaysa sa isang direktang kasalukuyang generator. Bilang karagdagan, ang alternating current ay pinakaangkop para sa paghahatid ng kuryente sa malalayong distansya. Sa pamamagitan nito, mas kaunting enerhiya ang nasasayang.
Sa tulong ng isang transpormer (isang espesyal na aparato sa anyo ng mga coils), ang alternating current ay na-convert mula sa mababang boltahe hanggang sa mataas na boltahe at vice versa, tulad ng ipinapakita sa ilustrasyon. Ito ay para sa kadahilanang ito na ang karamihan sa mga aparato ay nagpapatakbo sa isang network kung saan ang kasalukuyang ay alternating. Gayunpaman, ang direktang kasalukuyang ay ginagamit din nang malawak - sa lahat ng uri ng mga baterya, sa industriya ng kemikal at sa ilang iba pang mga lugar.
Marami na ang nakarinig ng mga mahiwagang salita tulad ng isang yugto, tatlong yugto, sero, lupa o lupa, at alam nila na ang mga ito ay mahahalagang konsepto sa mundo ng kuryente. Gayunpaman, hindi lahat ay nauunawaan kung ano ang kanilang ibig sabihin at kung ano ang kaugnayan nila sa nakapaligid na katotohanan. Gayunpaman, dapat itong malaman. Nang hindi pumasok sa mga teknikal na detalye na hindi kailangan ng isang home master, maaari nating sabihin na ang isang three-phase network ay isang paraan ng pagpapadala ng electric current kapag ang alternating current ay dumadaloy sa tatlong wire at bumabalik nang paisa-isa. Ang nasa itaas ay nangangailangan ng ilang paglilinaw. Ang anumang electrical circuit ay binubuo ng dalawang wire. Isa-isa, ang agos ay napupunta sa mamimili (halimbawa, sa isang takure), at sa pamamagitan ng isa ay bumalik ito pabalik. Kung ang naturang circuit ay binuksan, kung gayon ang kasalukuyang hindi dadaloy. Iyan ang buong paglalarawan ng isang single-phase circuit.
Ang wire kung saan dumadaloy ang kasalukuyang ay tinatawag na phase, o simpleng phase, at kung saan ito bumalik - zero, o zero. Ang isang three-phase circuit ay binubuo ng tatlong phase wire at isang return. Posible ito dahil ang yugto ng alternating current sa bawat isa sa tatlong mga wire ay inilipat na may paggalang sa kalapit na isa sa pamamagitan ng 120 ° C. Ang isang aklat-aralin sa electromechanics ay makakatulong sa pagsagot sa tanong na ito nang mas detalyado. Ang paghahatid ng alternating current ay nangyayari nang tumpak sa tulong ng mga three-phase network. Ito ay kapaki-pakinabang sa ekonomiya - dalawa pang neutral na mga wire ay hindi kinakailangan.
Ang paglapit sa mamimili, ang kasalukuyang ay nahahati sa tatlong yugto, at ang bawat isa sa kanila ay binibigyan ng zero. Kaya nakapasok siya sa mga apartment at bahay. Bagaman kung minsan ang isang three-phase network ay direktang dinadala sa bahay. Bilang isang patakaran, pinag-uusapan natin ang tungkol sa pribadong sektor, at ang kalagayang ito ay may mga kalamangan at kahinaan. Ito ay tatalakayin mamaya. Ang Earth, o, mas tama, grounding, ay ang ikatlong wire sa isang single-phase network. Sa esensya, hindi ito nagdadala ng workload, ngunit nagsisilbing isang uri ng fuse. Ito ay maaaring ipaliwanag sa isang halimbawa. Kung sakaling mawalan ng kontrol ang kuryente (halimbawa, isang short circuit), may panganib ng sunog o electric shock. Upang maiwasang mangyari ito (iyon ay, ang kasalukuyang halaga ay hindi dapat lumampas sa isang antas na ligtas para sa mga tao at mga aparato), ipinakilala ang saligan. Sa pamamagitan ng wire na ito, literal na napupunta ang sobrang kuryente sa lupa.
Isa pang halimbawa. Sabihin nating naganap ang isang maliit na pagkasira sa pagpapatakbo ng de-koryenteng motor ng washing machine at ang bahagi ng electric current ay bumagsak sa panlabas na metal shell ng device. Kung walang lupa, ang singil na ito ay gumagala sa washing machine. Kapag hinawakan ito ng isang tao, agad siyang magiging pinaka-maginhawang labasan para sa enerhiya na ito, iyon ay, makakatanggap siya ng electric shock. Kung mayroong ground wire sa sitwasyong ito, ang labis na singil ay aalisin dito nang hindi nakakapinsala sa sinuman. Bilang karagdagan, maaari nating sabihin na ang neutral na konduktor ay maaari ding maging saligan at, sa prinsipyo, ito ay, ngunit sa isang planta lamang ng kuryente. Ang sitwasyon kapag walang grounding sa bahay ay hindi ligtas. Kung paano haharapin ito nang hindi binabago ang lahat ng mga kable sa bahay ay ilalarawan sa ibang pagkakataon.
Pansin!
Ang ilang mga manggagawa, na umaasa sa pangunahing kaalaman sa electrical engineering, ay nag-install ng neutral na wire bilang isang ground wire. Huwag kailanman gawin iyon. Kung sakaling masira ang neutral na kawad, ang mga housing ng mga grounded device ay pasiglahin sa 220 V.
Magdagdag ng site sa mga bookmark
Ano ang kailangang malaman ng mga nagsisimula tungkol sa kuryente?
Madalas kaming nilapitan ng mga mambabasa na hindi pa nakatagpo ng trabaho sa kuryente, ngunit nais na maunawaan ito. Para sa kategoryang ito ang pamagat na "Elektrisidad para sa mga nagsisimula" ay nilikha.
Figure 1. Paggalaw ng mga electron sa isang konduktor.
Bago magpatuloy sa trabaho na may kaugnayan sa kuryente, kinakailangan na "savvy" ng kaunti theoretically sa bagay na ito.
Ang terminong "kuryente" ay tumutukoy sa paggalaw ng mga electron sa ilalim ng impluwensya ng isang electromagnetic field.
Ang pangunahing bagay ay upang maunawaan na ang kuryente ay ang enerhiya ng pinakamaliit na sisingilin na mga particle na gumagalaw sa loob ng mga konduktor sa isang tiyak na direksyon (Larawan 1).
Ang direktang kasalukuyang halos hindi nagbabago ng direksyon at magnitude nito sa paglipas ng panahon. Sabihin natin na sa isang maginoo na baterya mayroong direktang kasalukuyang. Pagkatapos ay dadaloy ang singil mula minus hanggang plus, hindi nagbabago hanggang sa maubusan ito.
Ang alternating current ay isang kasalukuyang na nagbabago ng direksyon at magnitude na may isang tiyak na periodicity. Isipin ang agos bilang isang daloy ng tubig na dumadaloy sa isang tubo. Pagkatapos ng isang tiyak na tagal ng panahon (halimbawa, 5 s), ang tubig ay dadaloy sa isang direksyon, pagkatapos ay sa isa pa.
Figure 2. Diagram ng transpormer device.
Sa kasalukuyang, nangyayari ito nang mas mabilis, 50 beses bawat segundo (frequency 50 Hz). Sa isang panahon ng oscillation, ang kasalukuyang tumataas sa isang maximum, pagkatapos ay pumasa sa zero, at pagkatapos ay ang reverse na proseso ay nangyayari, ngunit may ibang sign. Kapag tinanong kung bakit ito nangyayari at kung bakit kailangan ang naturang kasalukuyang, masasagot na ang pagtanggap at pagpapadala ng alternating current ay mas madali kaysa sa direktang kasalukuyang. Ang pagtanggap at pagpapadala ng alternating current ay malapit na nauugnay sa isang aparato tulad ng isang transpormer (Larawan 2).
Ang isang generator na gumagawa ng alternating current ay mas simple sa disenyo kaysa sa isang direktang kasalukuyang generator. Bilang karagdagan, ang alternating current ay pinakaangkop para sa paghahatid ng kuryente sa malalayong distansya. Sa pamamagitan nito, mas kaunting enerhiya ang nasasayang.
Sa tulong ng isang transpormer (isang espesyal na aparato sa anyo ng mga coils), ang alternating current ay na-convert mula sa mababang boltahe hanggang sa mataas na boltahe, at kabaliktaran, tulad ng ipinapakita sa ilustrasyon (Larawan 3).
Ito ay para sa kadahilanang ito na ang karamihan sa mga aparato ay nagpapatakbo sa isang network kung saan ang kasalukuyang ay alternating. Gayunpaman, ang direktang kasalukuyang ay ginagamit din nang malawak: sa lahat ng uri ng mga baterya, sa industriya ng kemikal at sa ilang iba pang mga lugar.
Figure 3. AC transmission diagram.
Marami na ang nakarinig ng mga mahiwagang salita tulad ng isang yugto, tatlong yugto, sero, lupa o lupa, at alam nila na ang mga ito ay mahahalagang konsepto sa mundo ng kuryente. Gayunpaman, hindi lahat ay nauunawaan kung ano ang kanilang ibig sabihin at kung ano ang kaugnayan nila sa nakapaligid na katotohanan. Gayunpaman, kailangan mong malaman ito.
Nang hindi pumasok sa mga teknikal na detalye na hindi kailangan ng isang home master, maaari nating sabihin na ang isang three-phase network ay isang paraan ng pagpapadala ng electric current kapag ang alternating current ay dumadaloy sa tatlong wire at bumabalik nang paisa-isa. Ang nasa itaas ay nangangailangan ng ilang paglilinaw. Ang anumang electrical circuit ay binubuo ng dalawang wire. Isa-isa, ang agos ay napupunta sa mamimili (halimbawa, sa takure), at sa pamamagitan ng isa ay bumalik ito pabalik. Kung ang naturang circuit ay binuksan, kung gayon ang kasalukuyang hindi dadaloy. Iyan ang buong paglalarawan ng isang single-phase circuit (Fig. 4 A).
Ang wire kung saan dumadaloy ang kasalukuyang ay tinatawag na phase, o simpleng phase, at kung saan ito bumalik - zero, o zero. Ang isang three-phase circuit ay binubuo ng tatlong phase wire at isang return. Ito ay posible dahil ang yugto ng alternating kasalukuyang sa bawat isa sa tatlong mga wire ay inilipat na may paggalang sa kalapit na isa sa pamamagitan ng 120 ° (Larawan 4 B). Ang isang aklat-aralin sa electromechanics ay makakatulong sa pagsagot sa tanong na ito nang mas detalyado.
Figure 4. Scheme ng mga electrical circuit.
Ang paghahatid ng alternating current ay nangyayari nang tumpak sa tulong ng mga three-phase network. Ito ay kapaki-pakinabang sa ekonomiya: hindi kailangan ang dalawa pang neutral na wire. Ang paglapit sa mamimili, ang kasalukuyang ay nahahati sa tatlong yugto, at ang bawat isa sa kanila ay binibigyan ng zero. Kaya nakapasok siya sa mga apartment at bahay. Bagaman kung minsan ang isang three-phase network ay direktang dinadala sa bahay. Bilang isang tuntunin, pinag-uusapan natin ang tungkol sa pribadong sektor, at ang kalagayang ito ay may mga kalamangan at kahinaan.
Ang Earth, o, mas tama, grounding, ay ang ikatlong wire sa isang single-phase network. Sa esensya, hindi ito nagdadala ng workload, ngunit nagsisilbing isang uri ng fuse.
Halimbawa, kapag ang kuryente ay nawalan ng kontrol (halimbawa, isang short circuit), may panganib ng sunog o electric shock. Upang maiwasang mangyari ito (iyon ay, ang kasalukuyang halaga ay hindi dapat lumampas sa isang antas na ligtas para sa mga tao at mga aparato), ipinakilala ang saligan. Sa pamamagitan ng wire na ito, ang sobrang kuryente ay literal na napupunta sa lupa (Larawan 5).
Figure 5. Ang pinakasimpleng grounding scheme.
Isa pang halimbawa. Sabihin nating naganap ang isang maliit na pagkasira sa pagpapatakbo ng de-koryenteng motor ng washing machine at ang bahagi ng electric current ay bumagsak sa panlabas na metal shell ng device.
Kung walang lupa, ang singil na ito ay gumagala sa washing machine. Kapag hinawakan ito ng isang tao, agad siyang magiging pinaka-maginhawang labasan para sa enerhiya na ito, iyon ay, makakatanggap siya ng electric shock.
Kung mayroong ground wire sa sitwasyong ito, ang labis na singil ay aalisin dito nang hindi nakakapinsala sa sinuman. Bilang karagdagan, maaari nating sabihin na ang neutral na konduktor ay maaari ding maging saligan at, sa prinsipyo, ito ay, ngunit sa isang planta lamang ng kuryente.
Ang sitwasyon kapag walang grounding sa bahay ay hindi ligtas. Kung paano haharapin ito nang hindi binabago ang lahat ng mga kable sa bahay ay ilalarawan sa ibang pagkakataon.
PANSIN!
Ang ilang mga manggagawa, na umaasa sa pangunahing kaalaman sa electrical engineering, ay nag-install ng neutral na wire bilang isang ground wire. Huwag kailanman gawin iyon.
Kung sakaling masira ang neutral na kawad, ang mga housing ng mga grounded device ay pasiglahin sa 220 V.
Ang kuryente ay kilala sa mga tao mula pa noong unang panahon. Totoo, natutunan ng mga tao na praktikal na sukatin ang kuryente sa simula lamang ng ika-19 na siglo. Pagkatapos ay tumagal ng isa pang 70 taon hanggang sa sandaling, noong 1872, naimbento ng Russian scientist na si A.N. Lodygin ang unang incandescent electric light bulb sa mundo. Ngunit ang mga tao ay may kaalaman tungkol sa gayong kababalaghan gaya ng kuryente maraming libong taon na ang nakalilipas. Pagkatapos ng lahat, kahit na ang isang sinaunang tao ay napansin ang kamangha-manghang pag-aari ng lana na pinahiran ng amber upang makaakit ng mga thread, alikabok at iba pang maliliit na bagay. Hindi nagtagal, napansin ang ari-arian na ito para sa iba pang mga sangkap, tulad ng sulfur, sealing wax at salamin. At dahil sa ang katunayan na ang "amber" sa Greek ay parang "electron", ang mga katangiang ito ay nagsimulang tawaging elektrikal.
At ang dahilan ng paglitaw ng kuryente ay na sa panahon ng alitan, ang singil ay nahahati sa positibo at negatibong mga singil. Alinsunod dito, ang mga singil na may parehong tanda ay nagtataboy sa isa't isa, at ang mga singil na may iba't ibang mga palatandaan ay umaakit sa isa't isa. Ang paglipat sa kahabaan ng isang metal wire, na isang konduktor, ang mga singil na ito ay lumilikha ng kuryente.
Kung walang kuryente sa ating panahon, imposibleng isipin ang isang normal na sibilisadong buhay. Ito ay kumikinang, umiinit, nagbibigay sa amin ng pagkakataong makipag-usap sa malalayong distansya mula sa isa't isa, atbp. Ang electric current ay nagtutulak ng iba't ibang unit at device - mula sa isang maliit na alarm clock hanggang sa isang malaking rolling mill. Kaya kung iisipin mo na isang araw ay maaaring mawala ang kuryente nang sabay-sabay sa buong planeta, ang buhay ng tao ay kapansin-pansing magbabago ng direksyon nito. Hindi na natin magagawa nang walang electric current, dahil pinapakain nito at ginagawang gumagana ang halos lahat ng mekanismo at kagamitang naimbento ng tao. At kung titingnan mo ang iyong paligid, makikita mo na sa anumang apartment, hindi bababa sa isa sa mga socket ang maisaksak, kung saan ang wire ay papunta sa isang tape recorder, TV, microwave o iba pang mga device na ginagamit namin araw-araw sa bahay o sa trabaho .
Ngayon, walang sibilisadong bansa ang mabubuhay nang walang kuryente. Paano nagagawa ang napakalaking dami ng kuryente na maaaring matugunan ang mga pangangailangan ng bilyun-bilyong tao na naninirahan sa Earth?
Para sa mga layuning ito, nilikha ang mga istasyon ng kuryente. Ang kuryente ay nabuo sa kanila sa tulong ng mga generator, na pagkatapos ay ipinapadala sa malalayong distansya sa pamamagitan ng mga linya ng kuryente. Ang mga power plant ay may iba't ibang uri. Ang ilan ay gumagamit ng enerhiya ng tubig upang makabuo ng kuryente, ang mga ito ay tinatawag na hydroelectric power plants. Ang iba ay nakakakuha ng enerhiya mula sa pagkasunog ng gasolina (gas, diesel o karbon). Ang mga ito ay mga thermal power plant na gumagawa ng hindi lamang electric current, ngunit maaari ding sabay na magpainit ng tubig, na pagkatapos ay pumapasok sa mga tubo ng pag-init na nagpapainit sa mga lugar ng mga bahay o pabrika. At may mga nuclear power plant, hangin, tidal, solar at marami pang iba.
Sa isang hydroelectric power plant (HPP), pinaikot ng daloy ng tubig ang mga turbine ng generator na gumagawa ng kuryente. Sa mga thermal power plant (TPP), ang tungkuling ito ay itinalaga sa singaw ng tubig, na nabuo bilang resulta ng pag-init ng tubig mula sa pagkasunog ng gasolina. Ang singaw ng tubig sa ilalim ng napakataas na presyon ay sumabog sa mga generator turbine, kung saan mayroong maraming mga umiikot na bahagi na nilagyan ng mga espesyal na petals, na nakapagpapaalaala sa mga propeller ng sasakyang panghimpapawid. Ang singaw, na dumadaan sa mga petals, ay umiikot sa mga nagtatrabaho na yunit ng generator, dahil sa kung saan ang isang electric current ay nabuo.
Ang isang katulad na prinsipyo ay ginagamit sa isang nuclear power plant (NPP), doon lamang ang mga radioactive na materyales - uranium at plutonium - nagsisilbing gasolina. Dahil sa mga espesyal na katangian ng uranium at plutonium, naglalabas sila ng napakalaking halaga ng init, na ginagamit upang magpainit ng tubig at makagawa ng singaw. Pagkatapos ang pinainit na singaw ay pumapasok sa turbine at ang electric current ay nabuo. Ito ay kagiliw-giliw na sampung gramo lamang ng naturang gasolina ang pumapalit sa isang buong kotse ng karbon.
Karaniwan, ang mga power plant ay hindi gumagana nang mag-isa. Ang mga ito ay magkakaugnay sa pamamagitan ng mga linya ng kuryente. Sa kanilang tulong, ang kuryente ay nakadirekta sa kung saan ito pinaka-kailangan. Ang mga linya ng kuryente ay nakaunat sa aming malawak na bansa, kaya ang agos na ginagamit namin sa bahay ay maaaring mabuo nang napakalayo, daan-daang kilometro mula sa aming apartment. Ngunit saanman matatagpuan ang planta ng kuryente, salamat sa mga linya ng kuryente, magagawa ng bawat tao na maisaksak ang plug at socket at i-on ang anumang device o device na kailangan niya.
Ito ang nakaayos na paggalaw ng ilang mga sisingilin na particle. Upang mahusay na magamit ang buong potensyal ng kuryente, kinakailangan na malinaw na maunawaan ang lahat ng mga prinsipyo ng aparato at ang pagpapatakbo ng electric current. Kaya, alamin natin kung ano ang trabaho at kasalukuyang kapangyarihan.
Saan nanggagaling ang kuryente?
Sa kabila ng maliwanag na pagiging simple ng tanong, kakaunti ang nakakapagbigay ng isang maliwanag na sagot dito. Siyempre, sa panahong ito, kapag ang teknolohiya ay umuunlad sa isang hindi kapani-paniwalang bilis, ang isang tao ay hindi partikular na nag-iisip tungkol sa mga bagay na elementarya bilang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang electric current. Saan nanggagaling ang kuryente? Tiyak na marami ang sasagot ng "Well, from the socket, of course" o magkibit balikat na lang. Samantala, napakahalagang maunawaan kung paano gumagana ang kasalukuyang. Dapat itong malaman hindi lamang sa mga siyentipiko, kundi pati na rin sa mga taong hindi konektado sa mundo ng mga agham, para sa kanilang pangkalahatang maraming nalalaman na pag-unlad. Ngunit upang magamit nang tama ang prinsipyo ng kasalukuyang operasyon ay hindi para sa lahat.
Kaya, para sa mga nagsisimula, dapat mong maunawaan na ang koryente ay hindi lumabas mula saanman: ito ay ginawa ng mga espesyal na generator na matatagpuan sa iba't ibang mga power plant. Salamat sa gawain ng pag-ikot ng mga blades ng mga turbine, ang singaw na nakuha bilang resulta ng pag-init ng tubig na may mga uling o langis ay bumubuo ng enerhiya, na pagkatapos ay na-convert sa kuryente sa tulong ng isang generator. Ang generator ay napaka-simple: sa gitna ng aparato ay isang malaki at napakalakas na magnet, na nagiging sanhi ng mga singil sa kuryente na gumagalaw sa mga wire na tanso.
Paano naaabot ng kuryente ang ating mga tahanan?
Pagkatapos ng isang tiyak na halaga ng electric current ay nakuha sa tulong ng enerhiya (thermal o nuclear), maaari itong ibigay sa mga tao. Ang ganitong supply ng kuryente ay gumagana tulad ng sumusunod: upang matagumpay na maabot ng kuryente ang lahat ng mga apartment at negosyo, dapat itong "itulak". At para dito kailangan mong dagdagan ang puwersa na gagawa nito. Ito ay tinatawag na boltahe ng electric current. Ang prinsipyo ng operasyon ay ang mga sumusunod: ang kasalukuyang dumadaan sa transpormer, na nagpapataas ng boltahe nito. Dagdag pa, ang daloy ng kuryente ay dumadaloy sa mga cable na naka-install sa malalim na ilalim ng lupa o sa isang taas (dahil ang boltahe kung minsan ay umabot sa 10,000 volts, na nakamamatay para sa mga tao). Kapag ang kasalukuyang umabot sa patutunguhan nito, dapat itong muling dumaan sa transpormer, na ngayon ay magbabawas ng boltahe nito. Pagkatapos ay dumadaan ito sa mga wire patungo sa mga naka-install na kalasag sa mga gusali ng apartment o iba pang mga gusali.
Ang koryente na dinala sa pamamagitan ng mga wire ay maaaring gamitin salamat sa sistema ng mga socket, na kumukonekta sa mga gamit sa bahay sa kanila. Ang mga karagdagang wire ay dinadala sa mga dingding, kung saan dumadaloy ang kuryente, at salamat dito, gumagana ang pag-iilaw at lahat ng mga kasangkapan sa bahay.
Ano ang kasalukuyang gawain?
Ang enerhiya na dinadala ng isang electric current sa sarili nito ay na-convert sa paglipas ng panahon sa liwanag o init. Halimbawa, kapag binuksan natin ang isang lampara, ang elektrikal na anyo ng enerhiya ay na-convert sa liwanag.
Sa pagsasalita sa isang naa-access na wika, ang gawain ng agos ay ang aksyon na ginawa mismo ng kuryente. Bukod dito, maaari itong napakadaling kalkulahin ng formula. Batay sa batas ng konserbasyon ng enerhiya, maaari nating tapusin na ang elektrikal na enerhiya ay hindi nawala, ito ay ganap o bahagyang nagbago sa ibang anyo, habang nagbibigay ng isang tiyak na halaga ng init. Ang init na ito ay ang gawain ng kasalukuyang kapag ito ay dumaan sa konduktor at pinainit ito (nagaganap ang pagpapalitan ng init). Ganito ang hitsura ng formula ng Joule-Lenz: A \u003d Q \u003d U * I * t (ang trabaho ay katumbas ng dami ng init o produkto ng kasalukuyang kapangyarihan at ang oras kung kailan ito dumaloy sa konduktor).
Ano ang ibig sabihin ng direktang kasalukuyang?
Ang electric current ay may dalawang uri: alternating at direct. Sila ay naiiba sa na ang huli ay hindi nagbabago ng direksyon nito, mayroon itong dalawang clamp (positibong "+" at negatibong "-") at palaging nagsisimula sa paggalaw nito mula sa "+". At ang alternating current ay may dalawang terminal - phase at zero. Ito ay dahil sa pagkakaroon ng isang bahagi sa dulo ng konduktor na tinatawag din itong single-phase.
Ang mga prinsipyo ng aparato ng single-phase alternating at direct electric current ay ganap na naiiba: hindi tulad ng direkta, ang alternating current ay nagbabago sa parehong direksyon nito (na bumubuo ng isang daloy mula sa phase patungo sa zero, at mula sa zero patungo sa phase), at ang magnitude nito. . Kaya, halimbawa, ang alternating current ay pana-panahong nagbabago sa halaga ng singil nito. Lumalabas na sa dalas ng 50 Hz (50 oscillations bawat segundo), ang mga electron ay nagbabago ng direksyon ng kanilang paggalaw nang eksaktong 100 beses.
Saan ginagamit ang direktang kasalukuyang?
Ang direktang electric current ay may ilang mga tampok. Dahil sa ang katunayan na ito ay dumadaloy nang mahigpit sa isang direksyon, ito ay mas mahirap na baguhin ito. Ang mga sumusunod na elemento ay maaaring ituring bilang mga mapagkukunan ng direktang kasalukuyang:
- mga baterya (parehong alkalina at acid);
- maginoo na mga baterya na ginagamit sa maliliit na appliances;
- pati na rin ang iba't ibang device tulad ng mga converter.
Pagpapatakbo ng DC
Ano ang mga pangunahing katangian nito? Ang mga ito ay trabaho at kasalukuyang kapangyarihan, at pareho sa mga konseptong ito ay napakalapit na nauugnay sa isa't isa. Ang ibig sabihin ng kapangyarihan ay ang bilis ng trabaho kada yunit ng oras (bawat 1 s). Ayon sa batas ng Joule-Lenz, nakuha namin na ang gawain ng isang direktang electric current ay katumbas ng produkto ng lakas ng kasalukuyang mismo, ang boltahe at ang oras kung kailan natapos ang gawain ng electric field upang ilipat ang mga singil kasama ang konduktor.
Ganito ang pormula para sa paghahanap ng gawain ng kasalukuyang, na isinasaalang-alang ang batas ng paglaban ng Ohm sa mga konduktor, mukhang: A \u003d I 2 * R * t (ang trabaho ay katumbas ng parisukat ng kasalukuyang lakas na pinarami ng halaga ng paglaban ng konduktor at muling pinarami ng halaga ng oras kung saan ginawa ang gawain).
