Bir Sovyet çocuk kitabından elektrik akımı, voltaj ve güç hakkında: basit ve net
Bilim ve teknolojinin gelişmesinde çok ciddi başarılar elde eden Sovyetler Birliği'nde radyo amatör hareketi yaygınlaştı. Binlerce genç vatandaş, özel teknik literatürü, araç ve gereçleri olan radyo çevrelerinde ve radyo kulüplerinde eğitmenlerin rehberliğinde radyo mühendisliği okudu. Birçoğu gelecekte nitelikli mühendisler, tasarımcılar, bilim adamları oldu.
Bu tür radyo devreleri için fizik, mekanik, elektrik mühendisliği ve elektroniğin çeşitli konularının çok sayıda resimle basit bir dille açıklandığı popüler bilimsel literatür yayınlandı.
Bu tür kitapların örneklerinden biri, Cheslov Klimchevsky'nin 1962'de "Svyazizdat" yayınevi tarafından yayınlanan "Bir Radyo Amatörünün Alfabesi" kitabıdır. Kitabın ilk bölümü "Elektrik Mühendisliği", ikinci bölüm "Radyo Mühendislik", üçüncüsü "Pratik Öneriler", dördüncü bölüm — «Kendimiz kuruyoruz».
Kitabın kendisi buradan indirilebilir: Amatör Radyo Alfabesi (vahşi)
1960'larda bu tür bir kitap, son derece uzmanlaşmış literatüre ait değildi.On binlerce nüsha tirajlı olarak yayınlandılar ve kitlesel bir okuyucuya yöneliktiler.
Raz radyo, insanların günlük yaşamlarında o kadar eksiksiz bir şekilde uygulandı ki, o zamanlar sadece düğmeleri çevirme yeteneği ile sınırlandırılamayacağınıza inanılıyordu Nika. Ve her eğitimli insan, radyo iletiminin ve radyo alımının nasıl yapıldığını anlamak, radyo mühendisliği teorisinin anahtarı olan temel elektriksel ve manyetik olayları tanımak için radyo çalışmalıdır. Genel olarak konuşursak, alıcı cihazların sistemlerine ve tasarımına aşina olmak da gereklidir.
Birlikte bakalım ve o zamanlar karmaşık şeyleri basit resimlerle nasıl anlatacaklarını bildiklerine karar verelim.
Zamanımızın acemi bir radyo amatörü:
elektrik akımı hakkında
Dünyadaki tüm maddeler ve buna bağlı olarak çevremizdeki tüm nesneler, dağlar, denizler, hava, bitkiler, hayvanlar, insanlar ölçülemeyecek kadar küçük parçacıklardan, moleküllerden ve ikincisi de atomlardan oluşur. Bir demir parçası, bir su damlası, önemsiz miktarda oksijen, biri demirde, diğeri su veya oksijende olmak üzere milyarlarca atomun bir araya gelmesidir.
Ormana uzaktan bakarsanız, tek parça olan koyu renkli bir şerit gibi görünür (örneğin, bir demir parçasıyla karşılaştırın). Ormanın kenarına yaklaştıkça, tek tek ağaçlar görülebilir (bir demir parçasında - demir atomları). Bir orman ağaçlardan oluşur; benzer şekilde, bir madde (demir gibi) atomlardan oluşur.
İğne yapraklı bir ormandaki ağaçlar, yaprak döken bir ormandakinden farklıdır; aynı şekilde, her bir kimyasal elementin molekülü, diğer kimyasal elementlerin moleküllerinden farklı atomlardan oluşur. Yani demir atomları, örneğin oksijen atomlarından farklıdır.
Ağaçlara daha da yaklaştığımızda her birinin bir gövde ve yapraklardan oluştuğunu görüyoruz. Aynı şekilde, maddenin atomları sözde oluşur Çekirdek (gövde) ve elektronlar (tabakalar).
Gövde ağırdır ve çekirdek ağırdır; atomun pozitif elektrik yükünü (+) temsil eder. Yapraklar hafiftir ve elektronlar hafiftir; atom üzerinde negatif elektrik yükü (-) oluştururlar.
Farklı ağaçların farklı sayıda dallara sahip gövdeleri vardır ve yaprak sayıları aynı değildir.Aynı şekilde, bir atom, temsil ettiği kimyasal elemente bağlı olarak (en basit haliyle) birkaç pozitif yüke sahip bir çekirdekten (gövde) oluşur - sözde protonlar (dallar) ve bir dizi negatif yük - elektronlar (tabakalar).
Ormanda, ağaçların arasında yere düşen birçok yaprak birikiyor. Rüzgar bu yaprakları yerden kaldırır ve ağaçların arasında dolaşır. Yani bir maddede (örneğin bir metalde), tek tek atomlar arasında, atomların hiçbirine ait olmayan belirli miktarda serbest elektron vardır; bu elektronlar atomlar arasında rastgele hareket eder.
Bir elektrik pilinden gelen telleri bir metal parçasının (örneğin, çelik bir kanca) uçlarına bağlarsanız: bir ucunu pilin artı kutbuna bağlayın - sözde pozitif elektrik potansiyeli (+) getirin ona ve diğer ucu pilin eksi ucuna - negatif elektrik potansiyeli (-) getirin, ardından serbest elektronlar (negatif yükler) metalin içindeki atomlar arasında hareket etmeye başlayacak ve pilin pozitif tarafına koşacaktır.
Bu, elektrik yüklerinin aşağıdaki özelliği ile açıklanır: zıt yükler, yani pozitif ve negatif yükler birbirini çeker; benzer yükler, yani pozitif veya negatif, aksine birbirini iter.
Metaldeki serbest elektronlar (negatif yükler), pilin (akım kaynağı) pozitif yüklü (+) terminaline çekilir ve bu nedenle metalde artık rastgele değil, akım kaynağının artı tarafına hareket eder.
Bildiğimiz gibi, elektron bir elektrik yüküdür. Metal içinde bir yönde hareket eden çok sayıda elektron, elektron akışını oluşturur, yani. elektrik ücretleri. Metalde hareket eden bu elektrik yükleri (elektronlar) bir elektrik akımı oluşturur.
Daha önce de belirtildiği gibi, elektronlar teller boyunca eksiden artıya hareket eder. Bununla birlikte, akımın ters yönde aktığını düşünmeye karar verdik: artıdan eksiye, yani, sanki negatif değil, pozitif yükler teller boyunca hareket ediyor (bu tür pozitif yükler, mevcut kaynağın eksi yönüne çekilecek) .
Ormandaki yapraklar rüzgarla ne kadar çok hareket ederse, havayı o kadar kalın doldururlar; aynı şekilde, metalde ne kadar çok yük akarsa, elektrik akımı o kadar büyük olur.
Her madde elektrik akımını aynı kolaylıkla taşıyamaz. Serbest elektronlar, örneğin metallerde kolayca hareket eder.
Elektrik yüklerinin kolayca hareket ettiği malzemelere elektrik akımı iletkenleri denir. Yalıtkan olarak adlandırılan bazı malzemelerin serbest elektronları yoktur ve bu nedenle yalıtkanlardan elektrik akımı geçmez. İzolatörler, diğer malzemelerin yanı sıra cam, porselen, mika, plastikleri içerir.
Elektrik akımını ileten bir maddede bulunan serbest elektronlar da su damlacıklarına benzetilebilir.
Dinlenme halindeki bireysel damlacıklar bir su akışı oluşturmaz. Hareket halindeki çok sayıda tanesi, bir yönde akan bir dere veya nehir oluşturur. Bu akarsu veya nehirdeki su damlaları, kuvveti daha büyük olan bir akışta hareket eder, yolu boyunca kanalın seviyelerindeki fark ve dolayısıyla bireyin "potansiyelleri" (yükseklikleri) arasındaki fark o kadar büyük olur. Bu yolun bireysel bölümleri.
elektrik akımının büyüklüğü
Elektrik akımının neden olduğu fenomeni anlamak için onu suyun akışıyla karşılaştırın. Akarsularda az miktarda su akarken, nehirlerde büyük su kütleleri akar.
Akarsudaki su akış değerinin 1'e eşit olduğunu varsayalım; Örneğin nehirdeki akış değerini 10 olarak alalım. Son olarak, güçlü bir nehir için su akış değeri, örneğin 100'dür, yani akıştaki akış değerinin yüz katıdır.
Zayıf bir su akışı, yalnızca bir değirmenin çarkını döndürebilir. Bu akımın değerini 1 olarak alacağız.
İki kez su akışı bu değirmenlerden ikisini çalıştırabilir. Bu durumda, su akış değeri 2'ye eşittir.
Beş kez su akışı, beş özdeş değirmeni çalıştırabilir; su akışının değeri şimdi 5'tir. Nehirdeki su akışının akışı gözlemlenebilir; elektrik akımı gözümüzün göremediği tellerden akar.
Aşağıdaki şekil, elektrik akımıyla çalışan bir elektrik motorunu (elektrik motoru) göstermektedir. Bu durumda elektrik akımının değerini 1 olarak alalım.
Bir elektrik akımı bu tür iki elektrik motorunu çalıştırdığında, ana telden geçen akım miktarı iki kat daha büyük, yani 2'ye eşit olacaktır.Son olarak, bir elektrik akımı aynı elektrik motorlarından beşini beslediğinde, ana kablodaki akım birinci duruma göre beş kat daha fazladır; bu nedenle büyüklüğü 5'tir.
Su veya başka bir sıvının akış miktarını (yani, bir nehir yatağının, borunun vb. enine kesitinden, örneğin saniyede, birim zamanda akan miktarı) ölçmek için pratik bir birimdir. saniyede litre
Elektrik akımının büyüklüğünü yani telin enine kesitinden birim zamanda akan yük miktarını ölçmek için pratik bir birim olarak amper alınır.Böylece elektrik akımının büyüklüğü amper cinsinden belirlenir. Kısaltılmış amper, a harfi ile gösterilir.
Elektrik akımı kaynağı, örneğin bir galvanik pil veya bir elektrik akümülatörü olabilir.
Pil veya akümülatörün boyutu, sağlayabilecekleri elektrik akımı miktarını ve etki sürelerini belirler.
Elektrik mühendisliğinde elektrik akımının büyüklüğünü ölçmek için özel cihazlar, ampermetreler (A) kullanın. Farklı elektrikli cihazlar farklı miktarlarda elektrik akımı taşır.
Gerilim
Akımın büyüklüğü ile yakından ilgili olan ikinci elektrik miktarı voltajdır. Bir elektrik akımının voltajının ne olduğunu daha kolay anlamak için, tıpkı elektrik akımını suyun akışına benzettiğimiz gibi, onu da kanalın seviyelerindeki farkla (nehirdeki suyun düşüşü) karşılaştıralım. Kanal seviyelerinde küçük bir farkla, farkı 1'e eşit alacağız.
Kanal seviyelerindeki fark daha önemliyse, su düşüşü buna uygun olarak daha fazladır. Örneğin, 10'a eşit olduğunu, yani ilk durumda olduğundan on kat daha fazla olduğunu varsayalım.Son olarak, su düşüş seviyelerinde daha da büyük bir farkla, diyelim ki 100'dür.
Su akışı küçük bir yükseklikten düşerse, yalnızca bir değirmeni çalıştırabilir. Bu durumda, 1'e eşit bir damla su alacağız.
İki kat yükseklikten dökülen aynı dere, birbirine benzeyen iki değirmenin çarklarını döndürebilir. Bu durumda, su damlası 2'ye eşittir.
Kanal seviyelerindeki fark beş kat daha büyükse, aynı akış bu tür beş değirmeni çalıştırır. Su damlası 5'tir.
Elektrik voltajı göz önüne alındığında benzer olaylar gözlenir. Aşağıdaki örneklerde ne anlama geldiğini anlamak için «su damlası» terimini «elektrik voltajı» terimiyle değiştirmek yeterlidir.
Sadece bir lambanın yanmasına izin verin. 2'ye eşit bir voltajın uygulandığını varsayalım.
Aynı şekilde bağlanan bu tür beş ampulün yanabilmesi için voltajın 10'a eşit olması gerekir.
Birbirine seri bağlı iki özdeş ampul yandığında (ampuller genellikle Noel ağacı çelenklerinde bağlı olduğundan), voltaj 4'tür.
Ele alınan tüm durumlarda, her ampulden aynı büyüklükte bir elektrik akımı geçer ve bunların her birine, her bir örnekte farklı olan toplam voltajın (akü voltajı) bir parçası olan aynı voltaj uygulanır.
Nehrin göle akmasına izin verin. Şartlı olarak göldeki su seviyesini sıfır olarak alacağız, ardından ikinci ağacın yanındaki nehir kanalının göldeki su seviyesine göre seviyesi 1 m'ye ve üçüncü ağacın yakınındaki nehir kanalının seviyesi ağaç 2 m olacaktır. Üçüncü ağaca yakın olan kanalın seviyesi, ikinci ağaca yakın olan seviyesinden 1 m daha yüksektir, yani; Bu ağaçların arası 1 m'ye eşittir.
Kanal seviyelerindeki fark, örneğin bizim yaptığımız gibi, uzunluk birimleriyle ölçülür, metre cinsinden. Elektrik mühendisliğinde, belirli bir sıfır seviyesine göre herhangi bir noktada nehir yatağının seviyesi (bizim örneğimizde gölün su seviyesi) bir elektrik potansiyeline karşılık gelir.
Elektrik potansiyelindeki farka voltaj denir. Elektrik potansiyeli ve voltaj aynı birim ile ölçülür - volt, c harfi ile kısaltılır. Bu nedenle, elektrik voltajını ölçmek için kullanılan birim volt'tur.
Elektrik voltajını ölçmek için voltmetre (V) adı verilen özel ölçüm cihazları kullanılır.
Pil gibi bir elektrik akımı kaynağı yaygın olarak bilinmektedir. Kurşun asit denilen pilin (kurşun levhaların sulu bir sülfürik asit çözeltisine daldırıldığı) bir hücresi şarj edildiğinde yaklaşık 2 voltluk bir voltaja sahiptir.
Pil telsizlerini elektrik akımıyla çalıştırmak için kullanılan bir anot pili, genellikle her biri yaklaşık 1,5 V'luk bir voltaja sahip birkaç düzine kuru galvanik hücreden oluşur.
Bu elemanlar sırayla bağlanır (yani, birinci elemanın artısı ikincinin eksisine, ikincinin artısı üçüncünün eksisine vb. Bağlanır). Bu durumda pilin toplam gerilimi, onu oluşturan hücrelerin gerilimlerinin toplamına eşittir.
Bu nedenle, 150 V'luk bir pil, birbirine seri bağlı 100 bu tür hücre içerir.
220 V voltajlı aydınlatma şebekesinin soketine, 220 V voltaj için tasarlanmış bir akkor ampul veya her biri 10 V voltaj için tasarlanmış seri bağlanmış 22 özdeş Noel ağacı ışığı takabilirsiniz.Bu durumda her ampülde şebeke voltajının sadece 1/22'si yani 10 volt olacaktır.
Belirli bir elektrikli cihaza, bizim durumumuzda bir ampule etki eden voltaj, voltaj düşüşü olarak adlandırılır. 220 V'luk bir ampul, 10 V'luk bir ampulle aynı akımı tüketiyorsa, çelenk tarafından ağdan çekilen toplam akım, 220 V'luk ampulden geçen akımla aynı büyüklükte olacaktır.
Söylenenlerden, örneğin iki özdeş 110 voltluk ampulün birbirine seri olarak 220 V'luk bir ağa bağlanabileceği açıktır.
6,3 V'luk bir voltaj için tasarlanmış radyo tüplerini, örneğin seri bağlı üç hücreden oluşan bir pilden ısıtmak mümkündür; 2 V filaman voltajı için tasarlanmış lambalar, tek bir hücre tarafından çalıştırılabilir.
Radyo elektrik tüplerinin filaman voltajı, lamba sembolünün başında yuvarlak biçimde gösterilir: 1,2 V — 1 rakamıyla; 4,4 inç — 4 numara; 6,3 inç — 6 numara; 5c — 5 numara.
Elektrik akımına neden olan sebep için
Dünya yüzeyinin iki alanı, birbirlerinden çok uzak olsalar bile, farklı seviyelerde bulunuyorsa, o zaman su akışı meydana gelebilir. Su en yüksek noktadan en alçak noktaya doğru akacaktır.
Elektrik akımı da öyle. Sadece elektriksel seviyelerde (potansiyellerde) bir fark varsa akabilir. Bir hava haritasında, en yüksek barometrik seviye (yüksek basınç) "+" işaretiyle ve en düşük seviye "-" işaretiyle işaretlenir.
Seviyeler ok yönünde hizalanacaktır. Rüzgar, barometrik seviyenin en düşük olduğu bölgeye doğru esecektir. Basınç eşitlendiğinde, hava hareketi duracaktır. Böylece, elektrik potansiyelleri eşitlenirse elektrik akımı akışı duracaktır.
Fırtına sırasında, bulutlar ve yer arasında veya bulutlar arasında elektriksel potansiyellerin eşitlenmesi vardır. Şimşek şeklinde görünür.
Her bir galvanik hücrenin veya pilin terminalleri (kutupları) arasında da bir potansiyel farkı vardır. Bu nedenle, örneğin bir ampul takarsanız, içinden akım akacaktır. Zamanla potansiyel fark azalır (potansiyel eşitleme oluşur) ve akan akım miktarı da azalır.
Şebekeye bir ampul takarsanız, prizin soketleri arasında potansiyel bir fark olduğu için içinden bir elektrik akımı da akar. Bununla birlikte, bir galvanik hücre veya pilin aksine, bu potansiyel fark, elektrik santrali çalıştığı sürece sürekli olarak korunur.
Elektrik enerjisi
Elektrik voltajı ile akım arasında yakın bir ilişki vardır. Elektrik gücü miktarı, voltaj ve akım miktarına bağlıdır. Bunu aşağıdaki örneklerle açıklayalım.
Kiraz düşük bir yükseklikten düşer: Düşük yükseklik - hafif gerginlik. Düşük darbe kuvveti — düşük elektrik gücü.
Küçük bir yükseklikten bir hindistancevizi düşüyor (çocuğun tırmandığı yere göre): Büyük nesne - büyük akım. Düşük irtifa — düşük stres. Nispeten yüksek darbe kuvveti — nispeten yüksek güç.
Küçük bir saksı büyük bir yükseklikten düşer: Küçük bir nesne küçük bir akıntıdır. Düşüşün yüksekliği büyük strestir. Yüksek darbe kuvveti — yüksek güç.
Büyük bir yükseklikten düşen çığ: Büyük kar kütleleri — büyük bir akıntı. Düşüşün yüksekliği büyük strestir. Bir çığın büyük yıkıcı gücü, büyük elektrik gücüdür.
Yüksek akım ve yüksek voltajda büyük elektrik gücü elde edilir.Ancak aynı güç, daha yüksek akım ve buna bağlı olarak daha düşük voltajla veya tersine daha düşük akım ve daha yüksek voltajla elde edilebilir.
Doğru akım elektrik gücü, gerilim ve akım değerlerinin çarpımına eşittir. Elektrik gücü watt olarak ifade edilir ve W harfleriyle gösterilir.
Su damlasının (gerilim) aynı olmasına rağmen, belirli bir büyüklükteki bir su akışının bir değirmeni, akışın iki katı - iki değirmen, akışın dört katı - dört değirmen vb. .
Şekil, su damlasının (elektrik voltajına karşılık gelen) yeterince büyük olması nedeniyle dört değirmenin çarklarını döndüren küçük bir su akışını (bir elektrik akımına karşılık gelir) göstermektedir.
Bu dört değirmenin çarkları, şelalenin yarı yüksekliğinde iki kat su akışı ile dönebilmektedir. O zaman değirmenler biraz farklı düzenlenirdi ama sonuç aynı olurdu.
Aşağıdaki şekilde 110V aydınlatma ağına paralel bağlanmış iki lamba gösterilmektedir. Her birinden 1 A akım geçer İki lambadan geçen akım toplam 2 amperdir.
Voltaj ve akım değerlerinin çarpımı, bu lambaların şebekeden tükettiği gücü belirler.
110V x 2a = 220W.
Aydınlatma şebekesinin voltajı 220 V ise, aynı lambaların paralel değil seri bağlanması gerekir (bir önceki örnekte olduğu gibi), böylece üzerlerindeki voltaj düşüşlerinin toplamı lambanın voltajına eşit olur. ağ. Bu durumda iki lambadan geçen akım 1 A'dır.
Devreden geçen voltaj ve akımın değerlerinin çarpımı bize bu lambaların tükettiği gücü verecektir 220 V x 1a = 220 W, yani ilk durumda olduğu gibi.Bu anlaşılabilir bir durumdur, çünkü ikinci durumda ağdan alınan akım iki kat daha azdır, ancak ağdaki voltajın iki katıdır.
Watt, kilovat, kilovat saat
Herhangi bir elektrikli cihaz veya makine (zil, ampul, elektrik motoru vb.) aydınlatma şebekesinden belli bir miktar elektrik enerjisi tüketir.
Elektrik gücünü ölçmek için wattmetre adı verilen özel cihazlar kullanılır.
Örneğin bir aydınlatma lambasının, bir elektrik motorunun vb. gücü, şebeke voltajı ve şebekeye bağlı elektrik enerjisinin tüketicisinden geçen akım miktarı eşitse, bir wattmetre yardımı olmadan belirlenebilir. bilinen.
Benzer şekilde, şebeke güç tüketimi ve şebeke voltajı biliniyorsa, tüketiciden geçen akım miktarı belirlenebilir.
Örneğin, 110 voltluk bir aydınlatma ağı, 50 watt'lık bir lamba içerir. İçinden hangi akım geçiyor?
Volt cinsinden ifade edilen voltajın ve amper cinsinden ifade edilen akımın ürünü, watt cinsinden ifade edilen güce (doğru akım için) eşit olduğundan, ters hesaplamayı yaptıktan sonra, yani, watt sayısını volt sayısına bölün ( şebeke voltajı), lambadan akan akım miktarını amper olarak alırız,
bir = w / b,
akım 50 W / 110 V = 0,45 A'dır (yaklaşık).
Böylece, 50 W enerji tüketen ve 110 V elektrik şebekesine bağlı olan lambadan yaklaşık 0,45 A'lik bir akım akar.
Odanın aydınlatma ağına dört adet 50 watt'lık ampullü bir avize, bir adet 100 watt'lık ampullü bir masa lambası ve 300 watt'lık bir ütü dahil edilirse, tüm enerji tüketicilerinin gücü 50 W x 4 + 100 W olur. + 300 W = 600 W.
Şebeke gerilimi 220 V olduğu için bu odaya uygun ortak aydınlatma kablolarından 600 W / 220 V = 2,7 A (yaklaşık) değerinde bir elektrik akımı geçmektedir.
Elektrik motorunun ağdan 5000 watt veya dedikleri gibi 5 kilovat tüketmesine izin verin.
1000 watt = 1 kilovat, tıpkı 1000 gram = 1 kilogram gibi. Kilowatt, kW olarak kısaltılır. Dolayısıyla elektrik motoru için 5 kw güç tüketiyor diyebiliriz.
Herhangi bir elektrikli cihaz tarafından ne kadar enerji tüketildiğini belirlemek için, o enerjinin tüketildiği sürenin uzunluğunu hesaba katmak gerekir.
10 watt'lık bir ampul iki saat boyunca açıksa, elektrik enerjisi tüketimi 100 watt x 2 saat = 200 watt-saat veya 0,2 kilovat-saat olur. 100 watt'lık bir ampul 10 saat açıksa, tüketilen enerji miktarı 100 watt x 10 saat = 1000 watt-saat veya 1 kilovat-saat olur. Kilovat saat, kWh olarak kısaltılır.
Bu kitapta daha pek çok ilginç şey var, ancak bu örnekler bile o dönemin yazarlarının çalışmalarına, özellikle çocuklara öğretme söz konusu olduğunda ne kadar sorumlu ve içtenlikle yaklaştıklarını gösteriyor.