напряжение, сила тока и сопротивление, постоянный и переменный ток

На сегодняшней встрече мы поведем разговор об электричестве, которое стало неотъемлемой частью современной цивилизации. Электроэнергетика вторглась во все сферы нашей жизни. А присутствие в каждом доме бытовых приборов, использующих электрический ток настолько естественная и неотъемлемая часть быта, что мы принимаем это как должное.

Итак, вниманию наших читателей предлагаются основные сведения об электрическом токе.

Что такое электрический ток

Под электрическим током понимают направленное движение заряженных частиц. Вещества, содержащие достаточное количество свободных зарядов, называют проводниками. А совокупность всех устройств, соединенных между собой помощью проводов называют электрической цепью.

В повседневной жизни мы используем электричество, проходящее по металлическим проводникам. Носителями заряда в них являются свободные электроны.

Обычно они хаотично мечутся между атомами, но электрическое поле вынуждает их двигаться в определенном направлении.

Как это происходит

Поток электронов в цепи можно сравнить с потоком воды, ниспадающей с высокого уровня на низкий. Роль уровня в электрических цепях играет потенциал.

Для Протекания тока в цепи на её концах должна поддерживаться постоянная разность потенциалов, т.е. напряжение.

Его принято обозначать буквой U и измерять в вольтах (B).

Благодаря приложенному напряжению в цепи устанавливается электрическое поле, которое и придаёт электронам направленное движение. Чем больше напряжение, тем сильнее электрическое поле, а значит и интенсивность потока направленно движущихся электронов.

Скорость распространения электрического тока равна скорости установления в цепи электрического поля, т. е. 300 000 км/с, однако скорость электронов едва достигает лишь нескольких мм в секунду.

Принято считать, что ток течёт от точки с большим потенциалом, т. е. от (+) к точке с меньшим потенциалом, т. е. к (−). Напряжение в цепи поддерживается источником тока, например батарейкой. Знак (+) на её конце означает, недостаток электронов, знак (−) их избыток, поскольку электроны — носители именно отрицательного заряда. Как только цепь с источником тока становиться замкнутой, электроны устремляются от места, где их избыток, к положительному полюсу источника тока. Их путь пролегает через провода, потребители, измерительные приборы и другие элементы цепи.

Обратите внимание, направление тока противоположно направлению движения электронов.

Просто направление тока по договоренности учёных определили до того как была установлена природа тока в металлах.

Некоторые величины, характеризующие электрический ток

Сила тока. Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 сек, называют силой тока. Для её обозначения используют букву I, измеряют в амперах (A).

Сопротивление. Следующая величина, о которой необходимо знать — это сопротивление. Оно возникает из-за столкновений направленно движущихся электронов с ионами кристаллической решетки. В результате таких столкновений электроны передают ионам часть своей кинетической энергии. В результате чего проводник нагревается, а сила тока уменьшается. Сопротивление обозначается буквой R и измеряется в омах (Ом).

Сопротивление металлического проводника тем больше, чем длиннее проводник и меньше площадь его поперечного сечения. При одинаковой длине и диаметре провода наименьшим сопротивлением обладают проводники из серебра, меди, золота и алюминия. По вполне понятным причинам на практике используют провода из алюминия и меди.

Мощность. Выполняя расчёты для электрических цепей, иногда требуется определить потребляемую мощность (P).

Для этого следует силу тока, протекающую по цепи умножить на напряжение.

P=IU

Единицей измерения мощности служит ватт (Вт).

Постоянный и переменный ток

Ток, даваемый разнообразными батарейками и аккумуляторами, является постоянным. Это означает, что силу тока в такой цепи можно изменять лишь по величине, меняя различными способами её сопротивление, а его направление при этом сохраняется неизменным.

Но большинство электробытовых приборов потребляют переменный ток, т. е. ток величина и направление которого непрерывно изменяются по определенному закону.

Он вырабатывается на электростанциях, а затем через линии высоковольтных передач попадает в наши дома и на предприятия.

В большинстве стран частота изменения направления тока равна 50 Гц, т. е происходит 50 раз в секунду. При этом каждый раз сила тока постепенно нарастает, достигает максимума, затем убывает до 0. Затем этот процесс повторяется, но уже при противоположном направлении тока.

В США все приборы работают на частоте 60 Гц. Интересная ситуация сложилась в Японии. Там на одной трети страны используют переменный ток с частотой в 60 Гц, а на остальной части — 50 Гц.

Осторожно — электричество

Поражения электрическим током можно получить при использовании электробытовых приборов и от ударов молнии, поскольку человеческий организм хороший проводник тока. Нередко электротравмы получают, наступив на лежащий на земле провод или отодвинув руками отвисшие электрические провода.

Напряжение свыше 36 В считается опасным для человека. Если через тело человека пройдет ток всего лишь в 0,05 А, он может вызвать непроизвольное сокращение мышц, которое не позволит человеку самостоятельно оторваться от источника поражения.

Ток в 0,1 А смертелен.

Ещё опаснее переменный ток, поскольку оказывает более сильное воздействие на человека. Этот наш друг и помощник в ряде случаев превращается в беспощадного врага, вызывая нарушение дыхания и работу сердца, вплоть до его полной остановки. Он оставляет страшные метки на теле в виде сильнейших ожогов.

Как помочь пострадавшему? Прежде всего, отключить источник поражения. А затем уже позаботиться об оказании первой медицинской помощи.

Наше знакомство с электричеством подходит к концу. Добавим лишь несколько слов о морских обитателях, обладающих «электрическим оружием». Это некоторые виды рыб, морской угорь и скат. Самым опасным из них является морской угорь.

Не стоит подплывать к нему на расстояние менее 3 метров. Удар его не смертелен, но сознание можно потерять.

Автор: Драчёва Светлана Семёновна

---

Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя в группе ВКонтакте. А ещё — спасибо, если ты нажмёшь на одну из кнопочек «лайков»:

---

Вы можете оставить комментарий к докладу.

Электрический ток и его использование

Сейчас можно с уверенностью сказать, что самым главным достижением человечества является открытие электрического тока и его использование.

Электрическая энергия имеет огромное значение, как в жизни каждого отдельно взятого человека, так и в развитии современного общества в целом.

На сегодняшний день сложно представить нашу жизнь без электричества. Ведь именно оно освещает наше жильё и улицы, приводит в движение трамваи, троллейбусы и поезда.

Да, и все бытовые приборы, которыми мы пользуемся дома, работают при помощи электрической энергии.

Работа современных средств связи, без которых мы не представляем свою жизнь — телефона, радио, телевидения, интернета — также основана на использовании электрической энергии.

Электроэнергия поселилась во всех сферах деятельности человека. Без электричества не могут обойтись ни промышленность, ни сельское хозяйство, ни даже наука.

Без него невозможно было бы развитие кибернетики, вычислительной и космической техники.

Но, важно понимать, что электрическая энергия, которую мы используем, не существует в природе в готовом для потребления виде. Её нельзя добыть, как полезное ископаемое – нефть или уголь.

Так откуда же она берётся?

Чтобы любая энергия стала полезной человеку, он должен был научиться с ней обращаться, это значит, должен был научиться преобразовывать одни виды энергии в другие.

Человечество справилось с этой нелёгкой задачей. Люди стали получать электрическую энергию, которая так необходима для производственных и бытовых нужд, из других видов энергии: механической, тепловой, световой, химической.

Преобразования энергии различных видов в электрическую энергию происходят на электростанциях. Устройство, которое преобразует какую-либо энергию в электрическую, называют источником.

Основную часть электрической энергии люди получают преобразованием механической энергии при помощи специальных электромеханических машин.

Эти машины называются – электрогенераторы. В электрогенераторе механическая энергия турбины преобразуется в электрическую энергию.

Турбина – это такое вращающееся колесо специальной конструкции. Так, например, на гидроэлектростанциях турбина вращается за счёт энергии падающей воды.

На тепловых электростанциях турбина вращается с помощью энергии движения пара.

А на ветряных электростанциях – за счёт энергии ветра.

На космических станциях источником электрической энергии являются фотоэлементы. Именно они преобразуют солнечную энергию в электрическую.

Помимо стационарных источников существуют переносные источники электрической энергии. Это гальванические элементы, различные аккумуляторы, а также батареи из них.

В переносных источниках электрическая энергия получается за счёт химического процесса взаимодействия разнородных металлов с особым веществом – электролитом. Существуют ещё и малогабаритные механические генераторы, которые работают за счёт мускульной силы рук или ног человека. Примером малогабаритного механического генератора может послужить генератор для велосипедной фары.

Давайте попробуем разобраться, как же происходит процесс передачи электрической энергии.

Вообще, первые сведения об электричестве появились много столетий назад и относились они тогда к электрическим зарядам, которые получались посредством трения. Ещё в Древней Греции было установлено, что если янтарь натереть шерстяной тканью, то он приобретёт способность притягивать лёгкие предметы.

Кстати, по-гречески слово «янтарь» звучит как «электрон». От этого слова и произошёл термин «электричество». Затем люди выяснили, что точно такими же свойствами обладают и многие другие вещества. Тогда такие вещества были названы наэлектризованными. Сейчас же мы говорим, что на телах в таком состоянии имеются электрические заряды, а сами же тела называем заряженными.

Итак, электрическая энергия передаётся при помощи потока мельчайших заряженных частиц.

Эти заряженные частицы всегда возникают при тесном контакте различных веществ. В некоторых телах электрические заряды могут свободно перемещаться между различными частями, в других же это невозможно. В первом случае вещества называют проводниками, во втором – диэлектриками или изоляторами.

Проводниками являются все металлы, растворы солей, кислот, включая обычную питьевую воду.

Примерами изоляторов могут служить стекло, резина, различные пластмассы.

Следует знать, что деление веществ на проводники и диэлектрики весьма условно. Так как все вещества в большей или меньшей степени проводят электричество.  

В природе различают два вида электрических зарядов. Условно их называют положительными и отрицательными.

Вокруг каждого из этих зарядов существует электрическое поле, за счёт которого одноимённые заряды отталкиваются друг от друга, а разноимённые притягиваются друг к другу. В случае взаимодействия различных веществ разноимённые заряды будут стремиться перейти из одного вещества в другое. Перемещение этих заряженных частиц и будет представлять собой электрический ток.

Вообще, электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц под действием электрического поля.

Исторически за направление электрического тока было принято движение положительных зарядов, которые перемещаются от положительного полюса источника к отрицательному по проводнику, подключённому к полюсам.

Количество зарядов, прошедших за единицу времени через поперечное сечение проводника, называется силой тока.

Выражается эта зависимость следующей формулой: , где  – сила тока,  – количество зарядов,  – время.

Единицу силы тока называют ампером, в честь французского учёного Андре Ампера.

Электропитание всех электрических устройств осуществляется постоянным и переменным током. Электрический ток, направление и значение которого не меняются со временем, называют постоянным. А электрический ток, направление и значение которого способны периодически изменяться, называют переменным.

Электропитание большинства электротехнических устройств осуществляется переменным током.

А теперь давайте рассмотрим особенности протекания электрического тока в различных средах и его применение.

Итак, при рассмотрении вопроса протекания электрического тока надо учитывать наличие различных носителей тока – элементарных зарядов – характерных для данного физического состояния вещества. Само по себе вещество может быть твёрдым, жидким или газообразным.

В металлических проводниках ток образуется за счёт движения электронов, имеющих отрицательный заряд. Вообще, все металлы являются проводниками тока. Применение тока в металлах используется для передачи электроэнергии на расстояние.

Из жидкостей электрический ток проводят только электролиты – растворы солей, кислот и щелочей. Прохождение постоянного электрического тока через жидкие среды сопровождается химическими реакциями. Это свойство широко применяют в аккумуляторах, в электрометаллургии для получения алюминия и бокситов, а также при электрохимической обработке материалов и очистке металлов от примесей.

Электрический ток в газовой среде вызывает свечение газа. На основе этого явления работают лампы дневного света, лазеры, прожекторы.

Устройства, которые преобразуют электрическую энергию в другие виды энергии – свет, тепло, механическую и химическую энергию, – называют приёмниками или потребителями электрической энергии, а в электротехнике – нагрузкой.

Для того чтобы электрическое устройство (или нагрузка) работало, его нужно соединить с полюсами источника тока. На практике источник с нагрузкой часто соединяют с помощью дополнительных проводников, в быту и электротехнике их называют проводами.

То, о чём мы сейчас с вами говорили: источник электрической энергии, нагрузка и соединительные провода – всё вместе это называется электрической цепью.

Итоги урока

На этом уроке мы говорили об электрическом токе и его использовании. Рассмотрели различные источники электроэнергии. Разобрались, как происходит процесс передачи электрической энергии. А также рассмотрели особенности протекания электрического тока в различных средах и его применение.

Реферат на тему: Электрический ток

У вас нет времени на реферат или вам не удаётся написать реферат? Напишите мне в whatsapp — согласуем сроки и я вам помогу!

В статье «Как научиться правильно писать реферат», я написала о правилах и советах написания лучших рефератов, прочитайте пожалуйста.

Собрала для вас похожие темы рефератов, посмотрите, почитайте:

1. Реферат на тему: Сифилис
2. Реферат на тему: Классификация компьютерных информационных систем
3. Реферат на тему: Пасха
4. Реферат на тему: Реформы Петра 1

Введение

Первая информация об электричестве, появившаяся много веков назад, касалась электрических «зарядов», получаемых трением. Еще в древности люди знали, что янтарь, потертый на шерсти, способен притягивать легкие предметы. Но только в конце XVI века английский врач Гилберт детально изучил это явление и обнаружил, что точно такие же свойства обладают и многие другие вещества. Он называл тела, которые способны притягивать легкие предметы после натирания, например, янтарь, наэлектризованный. Слово происходит от греческого электрона, «янтарь». Сейчас мы говорим, что в этом государстве органы имеют электрический заряд, а сами органы называют «заряженными».

При тесном контакте различных веществ всегда возникает электрический заряд. Когда тела твердые, их тесный контакт предотвращается микроскопическими проекциями и неровностями на их поверхности. Сжимая и натирая такие тела, мы сближаем их поверхности, которые без давления соприкасались бы лишь в нескольких точках. В одних организмах электрические заряды могут свободно перемещаться между различными частями, в других это невозможно. В первом случае корпуса называются «проводниками», а во втором — «диэлектриками или изоляторами». Все металлы, водные растворы солей и кислот и т.д. являются проводниками. Примерами изоляторов являются янтарь, кварц, эбонит и все газы при нормальных условиях.

Однако следует отметить, что деление тел на проводники и диэлектрики очень условно. Все материалы в большей или меньшей степени проводят электричество. Электрический заряд может быть положительным и отрицательным. Этот тип тока не будет длиться долго, потому что электрифицированное тело разряжается. Для поддержания электрического тока в проводнике должно поддерживаться электрическое поле. Для этого используются источники электроэнергии. Самый простой случай электрического тока — это когда один конец провода подключен к электрифицированному телу, а другой — к земле.

Электрические цепи, питающие электричество от ламп накаливания и электродвигателей, появились только после изобретения батарей, которое датируется примерно 1800 годом. После этого учение об электричестве развивалось настолько стремительно, что менее чем через столетие оно не только стало частью физики, но и стало основой новой электрической цивилизации.

Основные значения электрического тока

количество электричества и мощности. Эффект электрического тока может быть сильным или слабым. Сила электрического тока зависит от величины заряда, проходящего через электрическую цепь в заданной единице времени. Чем больше электронов переместилось от одного полюса источника к другому, тем больше общий заряд, переносимый электронами. Этот суммарный заряд представляет собой сумму тока, проходящего через проводник.

В частности, химический эффект электрического тока зависит от количества тока, т.е. чем выше заряд, проводимый через раствор электролита, тем больше осаждается вещество на катоде и аноде. В этом контексте количество тока можно рассчитать, взвешивая массу осажденного на электрод вещества и зная массу и заряд иона этого вещества.

Ток — это величина, равная соотношению электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника в момент его протекания. Единицей измерения заряда является подвеска (Cl), время измеряется в секундах (c). В этом случае единица тока выражается в Кл/с. Это устройство называется ампер (А). Для измерения силы тока электрической цепи используется электрический измерительный прибор, называемый амперметром. Амперметр оснащен двумя клеммами для измерения тока в цепи. Он соединен последовательно с цепью.

Электрическое напряжение. Мы уже знаем, что электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц — электронов. Это движение генерируется электрическим полем, которое выполняет определенную задачу. Это явление называется работой электрического тока. Чтобы через электрическую цепь за 1 секунду переместить больший заряд, электрическое поле должно выполнить большую работу. Из этого следует, что работа электрического тока должна зависеть от силы тока. Но есть и другое значение, от которого зависит работа тока. Это значение называется напряжением.

Напряжение — это отношение рабочего тока в данной части электрической цепи к заряду, протекающему в той же части цепи. Фактическая работа измеряется в джоулях (J), а зарядка в прицепах (Cl). Поэтому единица измерения напряжения будет составлять 1 джоуль (Джоуль). Это устройство называется Вольт (V).

Для генерирования напряжения в электрической цепи необходим блок питания. Когда цепь разомкнута, напряжение присутствует только на клеммах питания. Если этот источник питания включен в цепь, то напряжение генерируется также в отдельных точках цепи. Поэтому ток будет течь и в цепи. Другими словами, коротко говоря, если в цепи нет напряжения, то тока не будет. Для измерения напряжения используется электрический измерительный прибор, так называемый вольтметр. Его внешний вид аналогичен внешнему виду упомянутого выше амперметра, с той лишь разницей, что на шкале вольтметра присутствует буква V (вместо буквы А на амперметре). Вольтметр имеет две клеммы, с которыми он подключен параллельно цепи.

Электрическое сопротивление. После подключения всех типов проводников и амперметра к цепи, вы заметите, что если вы используете разные проводники, то амперметр будет давать разные показания, т.е. в этом случае ток, доступный в цепи, будет разным. Это явление можно объяснить тем, что разные проводники имеют разное электрическое сопротивление, которое является физической величиной. Она была названа Ом в честь немецкого физика. В физике обычно используются более крупные единицы: Кило, Мега и так далее. Сопротивление проводника обычно обозначается буквой R, длина проводника — L, площадь поперечного сечения — S: R = p * L/S, где коэффициент p называется удельным сопротивлением. Этот коэффициент выражает сопротивление проводника длиной 1 м на площади поперечного сечения, что соответствует 1 м2. Удельное сопротивление выражается в ом х м. Поскольку проводники, как правило, имеют довольно маленькое поперечное сечение, они обычно выражаются в квадратных миллиметрах. В этом случае единицей сопротивления является Ом х мм2/м.

По данным, ясно, что наименьшее электрическое сопротивление имеет медь, наибольшее — металлический сплав. Кроме того, диэлектрики (изоляторы) имеют высокое сопротивление.

Электрическая мощность. Мы уже знаем, что два изолированных друг от друга проводника могут накапливать электрический заряд. Это явление характеризуется физической величиной, называемой электрической емкостью. Электрическая емкость двух проводников не более чем отношение заряда одного проводника к разности потенциалов между этим проводником и соседним проводником. Чем меньше напряжение на проводниках при зарядке, тем больше их ёмкость. Предполагается, что единицей электрической мощности является Фарад (F). На практике используются части этого устройства: микропарад (мкФ) и пикофарад (пФ).

Если взять два изолированных друг от друга проводника, проложить их на небольшом расстоянии друг от друга, то получится конденсатор. Емкость конденсатора зависит от толщины его пластин, а также от толщины диэлектрика и его проницаемости. Уменьшение толщины диэлектрика между пластинами конденсатора, позволяет значительно увеличить емкость последнего. Все конденсаторы, кроме своей емкости, должны иметь напряжение, на которое они рассчитаны.

Эксплуатация и производство электроэнергии. Из вышесказанного видно, что электрический ток выполняет определенную задачу. При подключении электродвигателей электрический ток заставляет работать все виды электроприборов, передвигаться по рельсам поездов, освещать улицы, отапливать дом, а также производит химические эффекты, т.е. позволяет проводить электролиз и т.д. Можно сказать, что работа электричества на определенном участке цепи равна произведению тока, напряжения и времени, в течение которого выполнялись работы. Работа измеряется в джоулях, напряжение в вольтах, ток, время в секундах. В этом контексте: 1 J = 1V x 1A x 1 s. Это означает, что для измерения функционирования электрического тока необходимо одновременно использовать три прибора: амперметр, вольтметр и часы. Но это громоздко и неэффективно. Поэтому работа электрического тока обычно измеряется приборами учета электроэнергии. В этом устройстве есть все перечисленные выше устройства.

Мощность электрического тока равна отношению текущей операции к времени, в течение которого она выполнялась. Мощность обозначается буквой «P» и выражается в ваттах (W). На практике используются киловатты, мегаватты, гект-ватты и др. Для измерения мощности цепи необходимо взять ваттметр. Инженеры-электрики используют киловатт-часы (кВт-ч) для измерения мощности.

Закон Ома

Закон Ома. Напряжение и ток считаются наиболее благоприятными свойствами электрических цепей. Одной из основных характеристик применения электроэнергии является быстрая транспортировка энергии из одного места в другое и передача ее потребителю в правильной форме. Производство разности потенциалов по току приводит к мощности, т.е. к количеству энергии, высвобождаемой в электрической цепи за единицу времени. Как упоминалось выше, для измерения мощности в электрической цепи потребуется 3 устройства.

Так каково же сопротивление провода или цепи в целом? Имеет ли проволока, как и водопроводные трубы или трубки вакуумной системы, постоянное свойство, которое можно назвать сопротивлением? В трубах, например, соотношение перепада давления, при котором создается поток, деленное на скорость потока, обычно является постоянным свойством трубы. Аналогичным образом, тепловой поток в проволоке подчиняется простому соотношению, которое включает разность температур, площадь поперечного сечения проволоки и длину проволоки. Обнаружение этого соотношения для электрических цепей является результатом успешного поиска.

В 1820-х годах немецкий школьный учитель Георг Ом первым начал искать вышеупомянутые отношения. Прежде всего, он искал славу и знаменитостей, которые позволили бы ему преподавать в университете. Это была единственная причина, по которой он выбрал область исследований, имеющую особые преимущества.

Ом был сыном слесаря, поэтому он умел рисовать металлическую проволоку различной толщины, которая ему требовалась для экспериментов. Так как в то время не было возможности купить подходящую проволоку, Ом сделал это сам. Во время экспериментов он пробовал различные длины, толщины, металлы и даже температуры. Он варьировал все эти факторы по порядку. Во времена Ома батареи все еще были слабыми, в результате чего ток был разной силы. По этой причине исследователь использовал термопару в качестве генератора, горячая точка которого была помещена в пламя. Он также использовал грубый магнитный амперметр, а разность потенциалов (называемая «напряжением» после Ом) измерялась путем изменения температуры или количества термосплавов.

Доктрина электрических цепей только начала развиваться. После изобретения батарей около 1800 года, она начала развиваться гораздо быстрее. Были разработаны и изготовлены (часто вручную) различные устройства, открыты новые законы, появились понятия и термины и т.д. Все это привело к более глубокому пониманию электрических явлений и факторов.

Обновление знаний об электричестве стало, с одной стороны, причиной появления новой области физики, с другой — основой быстрого развития электротехники, т.е. были изобретены батареи, генераторы, системы электроснабжения для освещения и электропривода, электрические печи, электродвигатели и т.д.

Открытия Ома имели большое значение как для развития изучения электричества, так и для развития прикладной электротехники. Они упростили прогнозирование свойств электрических цепей для постоянного тока, а затем и для переменного. В 1826 г. Ом опубликовал книгу, в которой представил теоретические выводы и экспериментальные результаты. Но его надежды не оправдались, книга была высмеяна. Это было связано с тем, что метод грубых экспериментов казался непривлекательным в то время, когда многие люди были преданы философии.

У него не было выбора, кроме как отказаться от должности учителя. По той же причине ему не назначили встречу в университете. В течение 6 лет ученый жил в нищете, не имея уверенности в завтрашнем дне, с горьким разочарованием.

Но постепенно его работы впервые стали известны за пределами Германии. Ом пользовался уважением за рубежом и использовал свои исследования. В результате, его соотечественники дома должны были признать его. В 1849 году он был назначен профессором Мюнхенского университета.

Ом обнаружил простой закон, устанавливающий связь между током и напряжением для обрыва провода (для части цепи, для всей цепи). Он также создал правила для определения того, что изменится, если будет взята проволока другого размера. Закон Ома сформулирован следующим образом: Ток на участке цепи прямо пропорционален напряжению на этом участке и обратно пропорционален сопротивлению этого участка.

Закон о лицензировании джоулей

Электрический ток в каждой части цепи выполняет определенную задачу. Например, возьмите участок цепи с напряжением (U) между ее концами. Согласно определению электрического напряжения, работа, выполняемая при перемещении единицы заряда между двумя точками, равна U. Если ток на данном участке цепи равен i, то в течение времени t заряд и, таким образом, работа электрического тока продолжается.

Это выражение применяется в любом случае к постоянному току, к любой части цепи, которая может содержать проводники, электродвигатели и т.д. Мощность тока, т.е. работа в единицу времени.

Эта формула используется в системе СИ для определения единицы напряжения.

Предположим, что часть цепи является сплошным проводником. В этом случае вся работа преобразуется в тепло, выделяемое в этом проводнике. Если проводник однороден и подчиняется закону Ома (сюда относятся все металлы и электролиты).

И. Лентц и, независимо от него, Джоэл руководили этим законом.

Следует отметить, что нагрев проводников имеет множество применений в машиностроении. Самые распространенные и наиболее важные из них — лампочки.

Закон электромагнитной индукции

В первой половине XIX века английский физик М. Фарадей открыл явление магнитной индукции. Этот факт, ставший достоянием многих исследователей, дал мощный импульс развитию электротехники и радиотехники.

В ходе своих экспериментов Фарадей обнаружил, что при изменении числа линий магнитной индукции, проникающих на поверхность, ограниченную замкнутым кругом, на этой поверхности генерируется электрический ток. На этом основан, пожалуй, самый важный закон физики — закон электромагнитной индукции. Ток, возникающий в цепи, называется индукцией. В связи с тем, что электрический ток в цепи возникает только тогда, когда на свободные заряды воздействуют внешние силы, в замкнутом контуре именно эти внешние силы возникают при протекании переменного магнитного потока по поверхности цепи. В физике влияние внешних сил называется электродвижущей силой или индукционным ЭМП.

Электромагнитная индукция также возникает в незакрытых проводниках. Когда проводник пересекает магнитные высоковольтные линии, напряжение генерируется на его концах. Причиной этого напряжения является индукционная электромагнитная совместимость. Если магнитный поток, протекающий через замкнутый контур, не изменяется, то индукционный ток не возникает.

С помощью понятия «ЭМП-индукция» можно объяснить закон электромагнитной индукции, т.е. ЭМП-индукция в замкнутом контуре в модуле равна скорости изменения магнитного потока через ограниченную контуром поверхность.

Правило Ленца. Как мы уже знаем, в проводнике генерируется индуктивный ток. В зависимости от условий его возникновения, он имеет другое направление. Российский физик Ленц сформулировал следующее правило на эту тему: Индуцированный ток, генерируемый в замкнутом контуре, всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле не позволяет магнитному потоку изменяться. Все это приводит к возникновению индуцированного тока.

Индукционный ток, как и любой другой, имеет энергию. Это означает, что при возникновении тока генерируется электрическая энергия. Согласно закону о сохранении и преобразовании энергии, упомянутая выше энергия может вырабатываться только за счет количества энергии другого вида. Таким образом, правило Ленца полностью соответствует закону о сохранении и преобразовании энергии.

В дополнение к индукции в катушке может происходить так называемая самоиндукция. Его природа такова. Когда в катушке генерируется ток или изменяется его сила, создается переменное магнитное поле. При изменении магнитного потока, проходящего через катушку, в катушке возникает электродвижущая сила, называемая самоиндукцией ЭДС.

Согласно правилу Ленца, когда цепь замкнута, самовозбуждающие ЭМП вмешиваются в ток и не увеличивают его. При отключении цепи индуцированная ЭМП снижает ток. Когда ток в катушке достигает определенного уровня, магнитное поле перестает изменяться и самоиндуцирующийся ЭДС становится равным нулю.

Электрические цепи и их компоненты

Электрическая цепь — это совокупность устройств и объектов, образующих путь электрического тока, электромагнитные процессы которого могут быть описаны терминами электродвижущая сила, ток и напряжение. В электрической цепи постоянного тока могут действовать как прямые токи, так и токи, направление которых остается постоянным и значение которых изменяется произвольно с течением времени или по какому-либо закону.

Электрическая цепь состоит из отдельных устройств или элементов, которые можно разделить на 3 группы в зависимости от их назначения. Первая группа состоит из элементов, предназначенных для производства электроэнергии (источников питания). Вторая группа состоит из элементов, которые преобразуют электроэнергию в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую, химическую и т.д.). Эти элементы называются приемниками электрической энергии (электрическими приемниками). Третья группа включает в себя элементы, предназначенные для передачи электроэнергии от источника питания к электрическому приемнику (провода, устройства, обеспечивающие уровень и качество напряжения и т.д.).

Источниками тока в цепи постоянного тока являются гальванические элементы, электроаккумуляторы, электромеханические генераторы, термоэлектрические генераторы, фотоэлементы и др. Все источники питания имеют внутреннее сопротивление, значение которого мало по сравнению с сопротивлением других элементов в электрической цепи.

Электрические приемники постоянного тока — это электродвигатели, которые преобразуют электрическую энергию в механические, отопительные и осветительные приборы и т.д. Все электрические приемники характеризуются электрическими параметрами, из которых можно назвать самые основные — напряжение и мощность. Для нормальной работы электрического приемника на его клеммах (соединениях) необходимо поддерживать номинальное напряжение. Для приемников постоянного тока это 27, 110, 220, 440 В и 6, 12, 24, 36 В.

Графическое изображение электрической цепи, содержащее символы ее элементов и показывающее соединения этих элементов, называется электрической схемой.

Участок цепи, по которому протекает один и тот же ток, называется веткой. Место соединения ветвей электрической цепи называется узлом. В электрических цепях узел обозначен точкой. Любой замкнутый контур, проходящий через несколько ветвей, называется петлей. Самая простая схема имеет одну схему, сложные схемы имеют несколько контуров.

Элементы электрических цепей представляют собой различные электрические устройства, которые могут работать в различных режимах. Режимы работы как отдельных элементов, так и всей электрической цепи характеризуются значениями тока и напряжения. Поскольку ток и напряжение, как правило, могут принимать любое значение, существует бесчисленное множество режимов работы.

Режим ожидания — это режим, в котором ток в цепи не протекает. Такая ситуация может возникнуть, когда цепь прерывается. Номинальная работа происходит, когда источник питания или другой элемент цепи работает при уровнях тока, напряжения и мощности, указанных в паспорте на данное электрическое устройство. Эти значения соответствуют оптимальным условиям эксплуатации оборудования с точки зрения экономичности, надежности, долговечности и др.

Режим короткого замыкания — это режим, в котором сопротивление приемника равно нулю, что эквивалентно соединению положительного и отрицательного выводов источника питания с нулевым сопротивлением. Ток короткого замыкания может достигать высоких значений, во много раз превышающих номинальный ток. Поэтому режим короткого замыкания является аварийным для большинства установок.

Согласованный режим питания и внешней цепи возникает тогда, когда сопротивление внешней цепи равно внутреннему сопротивлению. В этом случае ток короткого замыкания в 2 раза меньше, чем ток короткого замыкания.

Наиболее распространенными и простыми типами соединений в электрической цепи являются последовательные и параллельные соединения.

Последовательное соединение элементов цепи

В этом случае все элементы подключаются к цепи один за другим. Последовательное соединение не позволяет разветвленную цепь — она не разветвленная.

В нашем примере взяты два резистора. Резисторы 1 и 2 имеют резисторы R1 и R2. Так как электрический заряд в этом случае не накапливается (постоянный ток), один и тот же заряд течет на каждом сечении проводника в течение определенного периода времени.

Переменный ток

Как мы уже знаем, электрический ток может быть постоянным и переменным. Но широко используется только переменный ток. Это связано с тем, что переменное напряжение и мощность могут быть преобразованы практически без потерь энергии. Переменный ток вырабатывается генераторами, использующими явления электромагнитной индукции.

Действительные значения тока и напряжения

Известно, что переменный индукционный EMF вызывает переменный ток в цепи. При самом высоком значении EMF ток имеет максимальное значение и наоборот. Это явление называется синфазной случайностью. Несмотря на то, что значения силы тока могут варьироваться от нуля до определенного максимального значения, существуют устройства, которые могут быть использованы для измерения силы переменного тока.

Характеристики переменного тока могут быть действиями, которые не зависят от направления тока и могут быть такими же, как и для постоянного тока. Эти действия могут быть термическими. Например, переменный ток проходит через проводник с определенным сопротивлением. Через некоторое время в этом проводнике вырабатывается некоторое количество тепла. Вы можете выбрать значение мощности постоянного тока таким образом, чтобы в одном и том же проводнике одновременно с переменным током вырабатывалось одинаковое количество тепла. Это значение постоянного тока называется среднеквадратическим значением переменного тока.

Измерители тока и напряжения магнитоэлектрической системы не позволяют проводить измерения в цепях переменного тока. Это происходит потому, что каждое изменение тока в катушке меняет направление крутящего момента, что влияет на стрелку на приборе. Поскольку катушка и стрелка имеют высокую инерционность, прибор не реагирует на переменный ток. Для этого используются устройства, не зависящие от направления тока. Например, можно использовать устройства, основанные на тепловом воздействии тока. В таких устройствах стрелка поворачивается путем удлинения текущей нагретой нити.

Также могут использоваться приборы с электромагнитной системой действия. Движущейся частью в этих приборах является железный диск малого диаметра. Он перемагничивается и втягивается в катушку, через которую проходит переменный ток. Эти приборы измеряют среднеквадратичные значения тока и напряжения.

Индукционная катушка и конденсатор для переменного тока

Характеристиками переменного тока являются изменение силы и направления тока. Эти явления отличают его от постоянного тока. Например, аккумулятор нельзя заряжать переменным током. Он также не может быть использован для других технических целей.

Питание переменного тока напрямую связано не только с напряжением и сопротивлением, но и с индуктивностью подключенных к цепи проводников. Как правило, индуктивность значительно снижает мощность переменного тока. Так как сопротивление цепи равно отношению напряжения к току, то при подключении к цепи катушки индуктивности общее сопротивление увеличивается. Это будет связано с наличием самоиндуктивной ЭМП, которая предотвращает повышение тока. При изменении напряжения ток просто не достигает максимальных значений без индуктивности. Это означает, что самое высокое значение мощности переменного тока ограничивается индуктивностью, т.е. чем выше индуктивность и частота напряжения, тем ниже значение тока.

Когда батарея конденсаторов подключена в цепь постоянного тока, то ток не протекает, так как пластины конденсаторов отделены друг от друга изолирующими уплотнениями. Если в цепи есть конденсатор, то постоянный ток не может протекать.

Когда один и тот же аккумулятор подключен к цепи переменного тока, он вырабатывает электричество. Это объясняется следующим образом. Переменное напряжение вызывает заряд и разряд конденсаторов. Это означает, что если крышка конденсатора имела отрицательный заряд в течение одного полупериода, то в течение следующего полупериода она будет иметь положительный заряд. Следовательно, перезарядка конденсатора смещает заряды вдоль цепи. А это электрический ток, который можно измерить с помощью амперметра. Чем больше зарядка, тем больше ток, т.е. чем больше емкость конденсатора и чем чаще он перезаряжается, тем выше частота.

Трехфазный переменный ток

Трехфазный переменный ток, обладающий многими преимуществами перед однофазным током, в настоящее время широко используется в промышленной практике во всем мире. Трехфазная система — это система с тремя цепями, переменные EMF которых имеют одинаковую амплитуду и частоту, но находятся вне фазы друг с другом на 120° или 1/3 периода. Каждая такая схема называется фазой.

Для получения трехфазной системы необходимо взять три идентичных однофазных генератора и соединить их роторы вместе, чтобы они не меняли своего положения во время вращения. Для поворота ротора обмотки статора этих генераторов должны поворачиваться на 120° друг к другу. Пример такой системы показан на .

В условиях, указанных выше, получается, что ЭМП, генерируемый во втором генераторе, не успеет измениться по сравнению с ЭМП первого генератора, т.е. будет иметь задержку на 120°. Электромагнитный импульс третьего генератора также будет задержан на 120° по сравнению со вторым генератором.

Однако такой способ получения трехфазного переменного тока очень сложен и экономически нежизнеспособен. Чтобы упростить задачу, необходимо объединить все обмотки статоров генераторов в одном корпусе. Этот генератор называется трехфазным генератором. Когда ротор начинает вращаться, каждая обмотка имеет переменный индукционный ЭМП. Из-за пространственного смещения обмоток фазы колебаний в обмотках также сдвигаются друг относительно друга на 120°.

Для подключения генератора переменного тока к цепи необходимо 6 проводов. Чтобы уменьшить количество обмоточных проводов для генератора и приемников, необходимо соединить их вместе в трехфазную систему. Есть две такие связи: Звезда и Дельта. Если вы используете и то, и другое, вы можете сохранить проводку.

При этом способе подключения конец X первой обмотки генератора подключается к началу B второй обмотки, конец Y второй обмотки подключается к началу C третьей обмотки, конец Z третьей обмотки подключается к началу A первой обмотки. Пример подключения показан на рис. 12. При таком способе подключения фазовых обмоток и подключения генератора переменного тока к трехпроводной линии линейное напряжение сравнивается с фазовым по значению.

Заключение

При тесном контакте различных веществ всегда возникает электрический заряд. Когда тела твердые, их тесный контакт предотвращается микроскопическими проекциями и неровностями на их поверхности. Сжимая и натирая такие тела, мы сближаем их поверхности, которые без давления соприкасались бы лишь в нескольких точках. В одних организмах электрические заряды могут свободно перемещаться между различными частями, в других это невозможно. В первом случае корпуса называются «проводниками», а во втором — «диэлектриками или изоляторами». Все металлы, водные растворы солей и кислот и т.д. являются проводниками. Примерами изоляторов являются янтарь, кварц, эбонит и все газы при нормальных условиях.

Однако следует отметить, что деление тел на проводники и диэлектрики очень условно. Все материалы в большей или меньшей степени проводят электричество. Электрический заряд может быть положительным и отрицательным. Этот тип тока не будет длиться долго, потому что электрифицированное тело разряжается. Для поддержания электрического тока в проводнике должно поддерживаться электрическое поле. Для этого используются источники электроэнергии. Самый простой случай электрического тока — это когда один конец провода подключен к электрифицированному телу, а другой — к земле.

Электрические цепи, питающие электричество от ламп накаливания и электродвигателей, появились только после изобретения батарей, которое датируется примерно 1800 годом. После этого учение об электричестве развивалось настолько стремительно, что менее чем через столетие оно не только стало частью физики, но и стало основой новой электрической цивилизации.

Список литературы

1. Агунов М.В. Агунов А.В. О соотношениях мощности в электрических цепях с несинусоидальными режимами // Электричество, 2003, № 4, с. 53-56.
2. Агунов М.В. Агунов А.В. Вербова Н.М. Определение полных силовых составляющих в цепях с несинусоидальными напряжениями и токами с помощью методов цифровой обработки сигналов // Электротехника, 2001, № 7, с. 45-48.
3. Геррн Агунов М.В. Агунов А.В. Вербова Н.М. Новый подход к измерению электроэнергии // Промышленная энергетика, 2003, № 2, С.30-33.
4. Агунов А.В. Статический компенсатор неактивных составляющих мощности с полной компенсацией гармонических составляющих тока нагрузки // Электротехника, 2004, № 2, с. 47-50.

Электрический ток в различных средах реферат по физике

Муниципальное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 28» РЕФЕРАТ На тему: Электрический ток в различных средах. Выполнил: ученик 11 класса средней школы № 28 Тараев Дмитрий Иванович. Проверил: учитель физики Куликаева Людмила Александровна. Первоуральск, 2006 г. Содержание стр. Введение 3 1. Электрический ток в металлах 1.1. Электрическая проводимость металлов 4 1.2. Электрическая сверхпроводимость металлов 5 2. Электрический ток в электролита 2.1. Явление электролиза 7 2.2. Законы электролиза Фарадея 9 3. Электрический ток в газах 3.1. Ионизация газов. Газовый разряд 13 3.2. Электрическая дуга и электрическая искра 15 3.3. Электрический ток в разрежённых газах. Катодные лучи 16 Список литературы 20 Приложение 21 PAGE 7 проводимость металлов обусловлена движением свободных электронов. На катушку был намотан медный проводник, присоединённый к баллистическому гальванометру. Катушку приводили в быстрое вращение, а затем резко останавливали. В момент торможения гальванометр показывал кратковременный ток, направление которого свидетельствовало, что он создаётся движением отрицательно заряженных частиц. Эти частицы, были свободными, при торможении кристаллической решётки, массы движутся по инерции и создают ток. Определяя с помощью манометра заряд, проходящий через него за всё время существования тока в цепи. Стюарт и Толмен нашли удельный заряд носителей тока в металле, т.е. отношение заряда частиц к массе. Он равный 1,8 · 10 Кл/кг. Это отношение в пределах ошибки совпадает со значением е/т для электронов, которое было найдено по отклонению пучка электронов в магнитном поле. Таким образом, электрический ток в металлах представляет собою упорядоченное, направленное движение свободных электронов, которое накладывается на их беспорядоченное тепловое движение при включении электрического поля в проводнике. 1.2. Электрическая сверхпроводимость металлов. В 1911 году голландский физик Г. Камерлинг-Оннес обнаружил, что при постепенном охлаждении сопротивление ртути уменьшается по линейному закону только до температуры 4,15 К, а затем исчезает. Это явление получило название сверхпроводимость. Температуру, при которой ряд веществ переходит в сверхпроводящее состояние, называют критической. Интересной особенностью сверхпроводящего состояния вещества является то, что с повышением температуры выше критической оно исчезает и вещество переходит в нормальное состояние. Явление сверхпроводимости исследовали во многих физических лабораториях мира, но только в 1985 году удалось найти материалы, которые переходят в сверхпроводящее состояние примерно при 20 К (-253°С). В 1986 году был обнаружен керамический материал, переходивший в сверхпроводящее состояние при температуре 30 К PAGE 7 (-243°С). За один год потолок кристаллической температуры был поднят на 10 К. Это послужило толчком к поиску и исследованию керамических материалов, переходящих в сверхпроводящее состояние. Уже в 1987 году были найдены керамики, переходящие в сверхпроводящее состояние при температуре 125 К (-148°С). В настоящее время найдены материалы переходящие в сверхпроводящее состояние при температуре 162 К (-111°С). Последние пять лет исследованием явления сверхпроводимости заняты учёные многих стран мира. Задача этих исследований – найти вещества, переходящие в сверхпроводящее состояние при всё более высоких температурах. Интересно, что в ходе исследований были открыты сверхпроводящие полимеры. Явление сверхпроводимости нашло широкое применение в современной технике. Так, например, уже построены и действуют генераторы электрического тока, магнитное поле и т.д. Электронная теория проводимости металлов не смогла объяснить явление сверхпроводимости. Это явление было объяснено с позиций квантовой физики. PAGE 7 2. Электрический ток в электролитах. 2.1. Явление электролиза. В электролитах свободными зарядами являются положительные и отрицательные ионы. Опустим в сосуд, содержащий электролит, две металлические или угольные пластинки, соединённые с источником Е. Д. С. (рис. 1) и называемые электродами. Электрод, соединённый с положительным полюсом источника, называется анодом, соединённый с отрицательным полюсом источника – катодом. Сосуд, содержащий электролит и электроды называется электролитической ванной (или вольтаметром). При замыкании цепи анод заряжается положительно, катод – отрицательно, и между ними образуется электрическое поле. Под действием силы поля отрицательные ионы движутся к аноду, а положительные – к катоду (рис. 2). Поэтому отрицательные ионы получили название анионов, а положительные – катионов. Достигнув катода, катионы присоединяют к себе избыточные электроны катода и превращаются в нейтральные атомы. Эти атомы или образовавшиеся из них молекулы откладываются на электродах, покрывая их слоев вещества. Выделение вещества на электродах при прохождении электрического тока через электролит называется электролизом. Нередко прохождение электрического тока через электролиты сопровождается химическими превращениями вещества. Рассмотрим, например, электролиз водного раствора серной кислоты. При диссоциации молекула серной кислоты распадается на положительный ион водорода и отрицательный ион кислотного остатка: h3SO4 2H+ + SO4- -, причём каждый из ионов несёт заряд, численно равный элементарному заряду. Оказывается, что небольшая часть молекул воды также PAGE 7 mA, выделившейся на аноде ванны А. То же соотношение мы обнаружим и для масс вещества, выделившихся на катодах. Второй закон: электрохимические эквиваленты элементов прямо пропорциональны их химическим эквивалентам: k = C Здесь А – атомный вес элемента, Z – его валентность. Отношение называется химическим эквивалентом вещества; С – величина постоянная, имеющая одно и тоже значение для всех веществ. Проверим второй закон Фарадея экспериментально. Соединим последовательно несколько электролитических ванн, содержащих различные электролиты (рис. 4). Обозначим массу вещества, выделившегося на одном из электродов (например, на катоде) первой ванны, m1, атомный вес этого вещества A1 и его валентность Z1, а соответствующие значения этих величин для вещества во второй ванне m2, A2 и Z2. По второму закону Фарадея, Но согласно первому закону Фарадея, Подставим эти значения k1 и k2 в формулу (3). Так сила I и время t его прохождения через электролит одинаковы для обоих электролитов, то Определим из опыта m1 и m2 и найдём значения A1, Z1, A2 и Z2. Повторим опыт со II и III вольтметрами, убедимся, что равенство (4) справедливо для любых двух веществ, выделившихся на электродах при электролизе в двух последовательно соединённых электролитических ваннах. Оба закона Фарадея можно объяснить. Заменив в формуле (1) электрохимический эквивалент k согласно (2): PAGE 7 m = C q, а — величиной F ( = F), называемой числом Фарадея; получим окончательно m = (5) Если в выражении (5) объединённого закона Фарадея положить q = F, то m = Следовательно, число Фарадея равно электрическому заряду, который должен пройти через электролит для выделения на электроде количества веществ, равного его химическому эквиваленту (одному грамм- эквиваленту). Опытным путём установлено, что F = 96 500 к/г-экв Из законов Фарадея следует, что подобно тому, как вещество построено из отдельных атомов, электричество состоит из элементарных зарядов. Для выделения на электроде одного грамм-эквивалента вещества через электролит должен пройти электрический заряд, равный числу Фарадея. В одном грамм-атоме одновалентного вещества содержится NA атомов (NA – число Авогадро). Поэтому на каждый ион одновалентного вещества приходится заряд q = . Оказалось, что числено заряд q0 одновалентного иона в точности равен заряду с электрона: q0 = e = = k = 1.6 · 10-19 k = 4.8 · 10-10 СГСЭq PAGE 7 3. Электрический ток в газах. 3.1. Ионизация газов. Газовый разряд. Газы в нормальном состоянии являются изоляторами. Газ становится проводником, когда он ионизирован. Ионизаторами газа могут служить ультрафиолетовые лучи, радиоактивные излучения, лучи Рентгена, нагревание до высокой температуры. Например, если поместить вблизи заряженного электрометра пламя горелки, то воздух вокруг него теряет свойства изолятора, и заряд электрометра уменьшается. Проводимость газа, созданная внешними ионизаторами, но не связанная с электрическим полем, называется несамостоятельной проводимостью. Электроны и положительные ионы, возникшие во время действия ионизатора, не могут долго существовать раздельно и воссоединяются, образуя нейтральные ионы. Присоединим два плоских электрода A и K к полюсам источника ЭДС E (батареи аккумуляторов). Включим в цепь гальванометр G для измерения силы тока и параллельно воздушному промежутку АК вольтметр V (рис.5). Если поместить вблизи этого воздушного промежутка какой-либо ионизатор D, то в цепи возникнет электрический ток. Когда действие ионизатора прекращается, ток исчезает. Рекомбинация (воссоединение) ионов происходит и во время действия ионизатора, причём устанавливается такое равновесие между возникающими и рекомбинирующими ионами, что число пар ионов в единице объёма газа постоянным. Электрический ток в газе с несамостоятельной проводимостью называется несамостоятельным газовым разрядом. График зависимости разрядного тока от разности потенциалов между электродами A и K (см. рис.5) при неизменной интенсивности ионизации изображён на рис. 6. При постепенном увеличении разности потенциалов φА – φК сила тока сначала растёт пропорционально φА – φК, т.е. соблюдается закон Ома (участок Оа кривой на рис. 6), затем пропорциональность нарушается (участок ab кривой) и, начиная с некоторого значения φА – φК, сила тока остаётся постоянной PAGE 7 Во время грозы наблюдается искровой разряд в виде молнии, возникающей между тучей и Землёй или между двумя тучами. Чаще всего нижняя часть тучи заряжена отрицательно, верхняя – положительно. На поверхности холмов, высоких зданий, деревьев, которые находятся под тучей, индуцируется положительный заряд. Если напряжённость электрического поля (разность потенциалов, приходящаяся на единицу расстояния) между отрицательным зарядом тучи и положительным зарядом Земли достигает достаточно большой величины, то происходит искровой разряд. Молния, как вообще электрическая искра, выбирает путь с наименьшим электрическим сопротивлением и проходит по областям, содержащим наибольшее количество ионов. Поэтому молния имеет зигзагообразную форму. Сила тока в молнии достигает сотен тысяч ампер, её длительность порядка 10-5 сек, разность потенциалов между тучей и Землёй иногда превышает 150 · 106 в, а длина молнии может измеряться десятками километров. Защитой от молнии является хорошо заземлённое здание с металлическим каркасом или молниеотвод – металлический стержень, один конец которого поднят над зданием, а другой конец заземлён. 3.3. Электрический ток в разрежённых газах. Катодные лучи. Разрежённые газы обладают во много раз большей проводимостью, чем газы при нормальном давлении. Это объясняется тем, что при низком давлении длина свободного пробега частиц велика. Поэтому даже в слабых электрических полях электроны и ионы успевают накопить кинетическую энергию, достаточную для ионизации молекул при столкновении с ними. Рассмотрим так называемый тлеющий разряд в воздухе. Возьмём длинную стеклянную трубку с впаянными в её концы электродами и соединим её полость через ответвление и резиновую трубку с насосом. Если электроды соединить с источником высокого напряжения, например с PAGE 7 индукционной катушкой, при атмосферном давлении в трубке, то тока в трубке не будет. Если же начать выкачивать из неё воздух насосом, то вскоре между электродами протянутся светящиеся лиловатые нити, что указывает на возникновение электрического тока. По мере откачки воздуха свечение заполняет постепенно почти всю трубку. Различают следующие части разряда: прилегающие к катоду так называемое катодное тёмное пространство 1, за которым расположено бледно-синее тлеющее свечение 2; далее идёт тёмное пространство Фарадея 3 и бледно-красное свечение, называемое положительным столбом 4. Положительный столб при некоторых условиях становится слоистым: в нём чередуются светлые и тёмные полосы, называемые стратами. Цвет положительного свечения зависит от природы газа, например свечение неона красное, аргона – синее и т.д. Главными частями разряда являются катодное тёмное пространство и тлеющее свечение, в которых происходят основные процессы, поддерживающие разряд и без которых он не может существовать. Положительные ионы, скорость которых сильно увеличивалась под действием электрического поля в катодном тёмном пространстве, ударяются о катод и выбивают из него электроны. Электроны, ускоренные электрическим полем, а также возникшие при ионизации молекул газа в катодном тёмном пространстве, поступают область тлеющего свечения, в которой находится очень большое число положительных ионов и электронов. Здесь большая часть ионов и электронов воссоединяется в нейтральные молекулы, причём энергия, затраченная ранее на ионизацию, выделяется в виде световой энергии. Положительный столб представляет собой так называемую плазму, в которой общий заряд всех электронов и всех ионов равен нулю. Тлеющий разряд используется в газосветных трубках, применяемых в световых рекламах, а также в так называемых лампах дневного света. Лампы дневного света представляют собой газосветные трубки, стенки которых покрыты люминофором, т.е. особым составом, светящимся под действием газового разряда. PAGE 7 Катодные лучи. При очень больших разрежениях газа его давление так мало, что молекулы газа движутся от одной стенки сосуда до другой без соударений. Такое состояние газа называется вакуумом. Если в разрядной трубке создан вакуум, то и электроны могут двигаться в нём практически без столкновений с молекулами. Поэтому частицы газа перестают испускать свет, разряд становится темновым. Зато стекло трубки против катода светится зеленоватым светом. Что же происходит в трубке? Под действием сил электрического поля положительные ионы мчатся к катоду с очень большой скоростью, ударяются о него и выбивают из него электроны. Поток электронов, масса которых в тысячи раз меньше массы ионов, с огромной скоростью летит от катода. Скорость, которую приобретают электроны на своём пути от катода, так велика, что они движутся прямолинейно, перпендикулярно к поверхности катода независимо от того, где расположен анод. Часть электронов попадает на анод, а остальные ударяются о стекло трубки против катода и вызывают люминесценцию стекла. Если на пути электронов расположить экран, то на светящемся стекле будет видна тень экрана. Этот поток электронов был назван катодными лучами, потому что он на первый взгляд похож на световые лучи. Однако ряд свойств катодных лучей доказывает их электронную природу. Катодные лучи отклоняются в электрическом поле. Например, узкий пучок катодных лучей, прошедших сквозь щель в диафрагме, проходя между пластинами плоского конденсатора, отклоняется в сторону положительно заряженной пластины. Катодные лучи отклоняются и в магнитном поле, тогда как на направление световых лучей ни электрическое, ни магнитное поле не действуют. Большой интерес представляет собой четвёртое – плазменное – состояние вещества. Усиленное хаотическое тепловое движение электронов и ионов в плазме приводит к её нагреванию до очень высоких температур. Для того чтобы частицы шнура плазмы не касались стенок сосуда и не отдавали им свою энергию, плазму сжимают. Для этого используется PAGE 7

Электрический ток (1) (Реферат) — TopRef.ru

Переменный электрический ток и его применение в медицине.

1. Переменный ток, его виды и основные характеристики.

Переменный ток – это такой ток, направление и числовое значение которого меняются с течением времени (знакопеременный ток).

Примечание: не оговаривается форма кривой тока, периодичность, длительность его изменения.

На практике под переменным током чаще всего подразумевают периодический переменный ток.

Физическая сущность переменного тока сводиться к колебаниям электрических зарядов в среде (проводнике или диэлектрике).

Виды тока:

1. Ток проводимости.

2. Ток смещения.

Ток проводимости – это такой ток, который обусловлен колебаниями электронов и ионов в среде.

Ток смещения – это ток, который обусловлен смещением электрических зарядов на границе «проводник – диэлектрик» (например, ток через конденсатор).

Ток смещения связан с изменением во времени электрического поля на границе проводник – диэлектрик и имеет особенности:

• Амплитуда тока смещения и его направления совпадают по фазе с таковыми тока проводимости.

• По значению он всегда равен току проводимости.

Частным случаем тока смещения является ток поляризации. Ток поляризации – это ток смещению не в вакууме, а в материальной диэлектрической среде.

Сумма токов смещения и поляризации составляет полный ток смещения.

В медицинской практике применяются следующие виды токов по форме кривой тока:

• Треугольный

Самым простым является периодический синусоидальный ток. Он легко описывается математически и графически, форма его не искажается в электрических цепях с R, C, L элементами.

Основные характеристики переменного тока.

1. Период – время одного цикла изменения тока по направлению и числовому значению (T, c).

2. Частота – это число циклов изменения тока в единицу времени.

 =1/Т (величина обратная периоду с^-1, Гц)

3. Круговая частота (, 2/Т радиан/с)

4. Фаза () – это величина, определяющая во времени взаимоотношение тока и напряжения в электрической цепи.

5. Мгновенное значение тока и напряжения — значение этих величин в данный момент времени (i, u).

6. Амплитудное значение тока и напряжения – это максимальное за полупериод значение этих величин (I_m, U_m).

7. Среднеквадратическое (действующее, эффективное) значение тока и напряжения — вычисляется как положительный квадратный корень из среднего значению квадрата напряжения или тока по формулам.

I = I²_cp

U = U²_cp

Среднее значение (U_ср) за период (постоянная составляющая) – это среднее арифметическое мгновенных значений ток или напряжения за период.

На практике среднеквадратическое значение определяется по эффективному (действующему) значению. (I_cp,U_cp), которое для синусоидального тока вычисляется по формулам:

I_эф = I = 0,707 I_m

U_эф = U = 0,707 U_m

В отдельных случаях медицинского применения электрического тока приходиться учитывать и другие характеристики (например, коэффициент амплитуды К_а, и коэффициент формы К_ф).

Для практики имеют значения следующие формулы связи характеристик:

i(u) ≤I_m(U_m)

I_эф = I = I_m/2 =0,707 I_m I_{m =} 1,41 I_эф

U_эф = U= U_m/2 =0,707 U_m U_{m =} 1,41 U_эф

2. Цепи переменного тока с активным сопротивлением, индуктивностью, емкостью и их особенности.

Электрическая цепь — это реальная или мыслимая совокупность физических элементов, передающих электрическую энергию от одной точки пространства к другой.

Физическими элементами электрических цепей являются проводники, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности. Элементы цепи являются и элементами её связи, и, кроме того, реализуют соответствующие свойства сопротивления, емкости и индуктивности.

Виды электрических цепей:

1. Простые.

2. Сложные.

Простые цепи содержат только единичные R, C, L – элементы, а сложные имеют их в различных количествах и сочетаниях.

Общей особенностью элементов электрической цепи является то, что при прохождении переменного тока они оказывают сопротивление, которое называется активным (R), индуктивным (X_l), емкостным (X_c).

Особенности простых идеальных цепей.

Цепь, состоящая из генератора тока и идеального резистора, называется простой цепью с активным сопротивлением.

Условию идеальности цепи:

• Активное сопротивление не равно нулю,

• индуктивность и ёмкость его равны нулю.

R  0

L_r = 0

C_r = 0 ~ R

Особенности:

1. Соблюдается закон Ома для мгновенных, амплитудных и среднеквадратичных значений тока и напряжения.

2. Активное сопротивление не зависит от частоты (поверхностный «скин — эффект» не учитываем)



3. Нет сдвига фаз () между током и напряжением.

Это значит, что ток и напряжение одновременно проходят свои максимальные (амплитудные) и нулевые значения.

4. На R – элементе происходят потери энергии в виде выделения тепла.

Цепь с индуктивностью – это электрическая цепь, состоящая из генератора переменного тока и идеального L – элемента- катушки индуктивности.

Условия идеальности цепи:

L  0

R_L= 0

C_L = 0

Электрическая медицина — Энергетика и промышленность России — № 12 (176) июнь 2011 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 12 (176) июнь 2011 года

Здесь применяется самое современное оборудование, и это произошло во многом за счет активного использования электричества в медицине. Электрические приборы успешно заменяют разные человеческие органы. Вместе с тем, электричество в медицине применялось еще в античные времена.

Так, античным ученым уже задолго до нашей эры были известны электрические свойства некоторых видов рыб, и они даже использовались в качестве лечебного средства. В частности, древнегреческий врач Диаскорид ударами от соприкосновения с электрическим угрем лечил подагру и хроническую головную боль. Исцеление электричеством было известно и нашим предкам. Об этом свидетельствуют русские летописи XIV века, где имеется описание диковинных рыб, своим касанием вызывающих лечебное действие.

Сокращение мышц, вызванное касанием электрических скатов, угрей, сомов, свидетельствовало о действии электрического удара. Опыты англичанина Джона Уорлиша доказали электрическую природу удара ската, а анатом Джон Гунтер дал точное описание электрического органа этой рыбы. В дальнейшем интерес к использованию электричества в медицине возрастал. В 1752 году немецкий врач Зульцер опубликовал сообщение о новом, обнаруженном им явлении: касание языком одновременно двух разнородных металлов вызывает своеобразное кислое вкусовое ощущение. Это наблюдение, хотя сам немецкий врач и не подозревал, стало началом важнейших научных направлений – электрохимии и электрофизиологии.

В 1787 году английский врач и физик Адамс впервые создал специальную электростатическую машину для лечебных целей. Ею он широко пользовался в своей медицинской практике и получал положительные результаты, которые можно объяснить и стимулирующим действием тока, и психотерапевтическим эффектом, и специфическим действием разряда на человека. После этого использование электрических разрядов в медицине и биологии получило полное признание.

Кстати, отметился в развитии этого направления и один из идеологов и предводителей Великой Французской революции Жан-Поль Марат. Когда Руанская академия объявила конкурс на лучшую работу по теме: «Определить степень и условия, при которых можно рассчитывать на электричество в лечении болезней», именно ему была присуждена первая премия.

Приборы, продлевающие жизнь

Впрочем, все это – славное прошлое. Сейчас использованием электричества в медицине уже никого не удивишь. Оно каждодневно служит человечеству, спасая жизни и помогая в диагностике и лечении разных болезней.

Возьмем, например, стандартный дефибриллятор, используемый в медицине для электроимпульсной терапии нарушений сердечного ритма. Фактически в каждом фильме про врачей мы наблюдаем, как героическая бригада реанимации кричит: «Разряд, еще разряд» и с помощью этого прибора вытаскивает человека с «того света». Он уже настолько плотно вошел в нашу жизнь, что в Японии дефибрилляторы являются частью обязательного оборудования, которое должно быть в каждом магазине. Мы привыкли к нему, а ведь это прямой пример, как с помощью электричества ежедневно спасаются человеческие жизни. При том, что это изобретение относительно новое: еще в 1950 году лечение фибрилляции сердца осуществлялось только медикаментозно.

Первым предложил использовать электрический ток для воздействия на сердечную мышцу в случае фибрилляции Пауль Золь в 1956 году. Он продемонстрировал первый успешный опыт при операции на открытом сердце и с применением переменного тока напряжением 110 В непосредственно к сердечной мышце. В дальнейшем, в 1959 году, на основании его публикации Бернард Лаун поставил задачу добиться более эффективного и менее травмирующего воздействия электрическим током. Результатом его исследований стала форма одиночного импульса, в дальнейшем известная как «Lown waveform» – одиночный синусоидальный импульс с полупериодом около 5 миллисекунд. В серийном устройстве импульс генерировался разрядом предварительно заряженных до 1000 В конденсаторов через индуктивность и электроды. Продолжая исследования, этот ученый привлек к сотрудничеству инженера Баро Берковича, который по представленным Лауном спецификациям и разработал первый прототип дефибриллятора под названием «кардиовертер» (англ. cardioverter).

Никого не удивишь сейчас и электрокардиостимуляторами – медицинскими приборами, предназначенными для воздействия на ритм сердца. Эти имплантируемые приборы позволяют многим, казалось бы, обреченным людям прожить долгую жизнь. Первый имплантируемый стимулятор, то есть полностью находящийся под кожей, был создан в 1958 году в Швеции (кардиостимулятор Siemens-Elema). Первые стимуляторы были недолговечными: их срок службы составлял от 12 до 24 месяцев.

В России история кардиостимуляции ведет отсчет с 1960 года, когда академик Александр Бакулев обратился к ведущим конструкторам страны с предложением о разработке медицинских аппаратов. И тогда в конструкторском бюро точного машиностроения (КБТМ) – ведущем предприятии оборонной отрасли – начались первые разработки имплантируемых ЭКС. В декабре 1961 года первый российский стимулятор, ЭКС-2 («Москит»), был имплантирован Александром Бакулевым больной с полной атриовентрикулярной блокадой. ЭКС-2 был на вооружении врачей более пятнадцати лет, спас жизнь тысячам больных и зарекомендовал себя как один из наиболее надежных и миниатюрных стимуляторов того периода в мире.

Конечно, современные кардиостимуляторы представляют собой совсем миниатюрные изделия, которые не создают почти никаких проблем своим обладателям. Единственный минус всех этих приборов в том, что их надо подзаряжать, однако последние разработки в этой области позволяют надеяться, что и эта проблема в обозримом будущем будет разрешена.

В частности, удивительный способ получения электричества предложили швейцарские исследователи из Бернского университета прикладных наук. По их мнению, генератором энергии способен стать любой человек. За образец были взяты гидроэлектростанции, где электроэнергия вырабатывается за счет течения реки. По мнению ученых, точно так же в сосуды людей можно установить миниатюрные турбины, которые начнут вырабатывать электричество в результате кровообращения. Предположительно вырабатываемой энергии хватит, чтобы обеспечить функционирование медицинских устройств, внедренных в человеческое тело по показаниям врачей. И ведь это могут быть не только кардио-стимуляторы, но и искусственные органы, датчики, измерительные приборы, сообщающие о состоянии больного врачу, и т. д.

Пока самый эффективный микрогенератор в тестовых условиях сумел произвести энергию мощностью приблизительно 800 мкВт, что настраивает ученых на оптимистичный лад. Впрочем, одновременно швейцарские исследователи опасаются, что турбины в сосудах будут служить фактором образования кровяных сгустков, что вызовет опасность для здоровья и жизни пациента. Поэтому механизм нуждается в дальнейшей доработке, но то, что решение будет найдено, не подлежит сомнению.

Вечная молодость… благодаря электричеству

Ну а если взглянуть в будущее, что еще может дать электричество человеку в этой области? Новые органы вместо старых, электрические протезы и новые глаза – это все то, что явно ожидает человечество в ближайшие десятилетия. Однако, будто этого мало, неугомонные ученые идут все дальше: по их мнению, именно электричество сможет стать альтернативой лазеру в процедурах омоложения и в борьбе со старением кожи.

– Электричество активно используется в медицине, например во время физиотерапевтических процедур, направленных на рост костей, избавление от хронической боли, улучшение слуха, и так далее, – говорит дерматолог Патриция Фаррис из Тулейнского университета, США – В дерматологии мы применяем электричество, чтобы, например, остановить кровотечение после операции. Теперь специалисты изучают возможности электричества в вопросе омоложения кожи.

Первые попытки использовать электричество во время косметологических процедур были направлены на то, чтобы стимулировать мускулы лица. Низкочастотные импульсы увеличивают массу мышц и повышают их тонус, что помогает выработать структуру, поддерживающую упругость кожи, укрепить контур лица. Более эффективная технология для безоперационного лифтинга – это радиочастотные приборы, они доставляют электрическую энергию в глубокие слои кожи. Там она преобразуется в тепло, которое вызывает сокращение мембран клеток и приводит к немедленной подтяжке кожи. Как объясняют врачи, радиочастотные приборы не заменяют традиционные хирургические методы, но дают хороший результат в деле подтяжки контура лица и шеи, области вокруг глаз.

Аппараты последнего поколения используют фракционную технологию, адаптированную от лазеров. Фракционные радиочастоты более эффективны, чем традиционные, потому что провоцируют производство и коллагена, и эластина, замечают специалисты, проводящие подобные исследования в Новом Орлеане. По их мнению, в ближайшем будущем подобные устройства, основанные на электричестве, смогут эффективно доставлять во внутренние слои кожи всевозможные полезные вещества, которые станут эффективно бороться с признаками возраста. В скором времени желание выглядеть на двадцать пять в девяносто лет перестанет быть просто мечтой, а станет обычной реальностью. Так что молодость до старости нам обеспечена, но возможно, что рано или поздно электричество подарит нам и вечную жизнь?

Что такое электрический ток? Природа электричества

Что мы действительно знаем на сегодняшний день об электричестве? Согласно современным взглядам многое, но если более детально углубиться в суть данного вопроса, то окажется, что человечество широко использует электричество, не понимая истинной природы этого важного физического явления.

Целью данной статьи не является опровержение достигнутых научно-технических прикладных результатов исследований в области электрических явлений, которые находят широкое применение в быту и промышленности современного общества. Но человечество непрерывно сталкивается с рядом феноменов и парадоксов, которые не укладываются в рамки современных теоретических представлений относительно электрических явлений ‒ это указывает на отсутствие всецелого понимания физики данного явления.

Также на сегодняшний день науке известны факты, когда, казалось бы, изученные вещества и материалы проявляют аномальные свойства проводимости (Исследование влияния солнечного затмения на электрическую проводимость дистиллированной воды).

Такое явление как сверхпроводимость материалов также не имеет полностью удовлетворительной теории в настоящее время. Существует лишь предположение, что сверхпроводимость является квантовым явлением, которое изучается квантовой механикой. При внимательном изучении основных уравнений квантовой механики: уравнения Шрёдингера, уравнения фон Неймана, уравнения Линдблада, уравнения Гейзенберга и уравнения Паули, то станет очевидной их несостоятельность. Дело в том, что уравнение Шрёдингера не выводится, а постулируется методом аналогии с классической оптикой, на основе обобщения экспериментальных данных. Уравнение Паули описывает движение заряженной частицы со спином 1/2 (например, электрона) во внешнем электромагнитном поле, но понятие спина не связано с реальным вращением элементарной частицы, а также относительно спина постулируется то, что существует пространство состояний, никак не связанных с перемещением элементарной частицы в обычном пространстве.

В книге Анастасии Новых «Эзоосмос» есть упоминание относительно несостоятельности квантовой теории: «А вот квантомеханическая теория строения атома, которая рассматривает атом как систему микрочастиц, не подчиняющихся законам классической механики, абсолютно не актуальна. На первый взгляд доводы немецкого физика Гейзенберга и австрийского физика Шрёдингера кажутся людям убедительными, но если всё это рассмотреть с другой точки зрения, то их выводы верны лишь отчасти, а в целом, так и вовсе оба не правы. Дело в том, что первый описал электрон, как частицу, а другой как волну. Кстати и принцип корпускулярно-волнового дуализма также неактуален, поскольку не раскрывает перехода частицы в волну и наоборот. То есть куцый какой-то получается у учёных господ. На самом деле всё очень просто. Вообще хочу сказать, что физика будущего очень проста и понятна. Главное дожить до этого будущего. А что касательно электрона, то он становится волной только в двух случаях. Первый — это когда утрачивается внешний заряд, то есть когда электрон не взаимодействует с другими материальными объектами, скажем с тем же атомом. Второй, в предосмическом состоянии, то есть когда снижается его внутренний потенциал» [1].

Те же электрические импульсы, сгенерированные нейронами нервной системы человека, поддерживают активное сложное многообразное функционирование организма. Интересно отметить, что потенциал действия клетки (волна возбуждения, перемещающаяся по мембране живой клетки в виде кратковременного изменения мембранного потенциала на небольшом участке возбудимой клетки) находится в определённом диапазоне (рис. 1).

Нижняя граница потенциала действия нейрона находится на уровне -75 мВ, что очень близко к значению окислительно-восстановительного потенциала крови человека. Если проанализировать максимальное и минимальное значение потенциала действия относительно нуля, то оно очень близко к процентному округлённому значению золотого сечения, т.е. деление интервала в отношении 62% и 38%:

Δ=75мВ+40мВ=115мВΔ=75мВ+40мВ=115мВ

115 мВ / 100% = 75 мВ / х1 или 115 мВ / 100% = 40 мВ / х2

х1 = 65,2%, х2 = 34,8%

Все, известные современной науке, вещества и материалы проводят электричество в той или иной мере, поскольку в их составе присутствуют электроны, состоящие из 13 фантомных частичек По, которые, в свою очередь, являются септонными сгустками («ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА» стр. 61) [2]. Вопрос заключается только в напряжении электрического тока, которое необходимо для преодоления электрического сопротивления.

Поскольку электрические явления тесно связаны с электроном, то в докладе «ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА» [2] приведена следующая информация относительно этой важной элементарной частицы: «Электрон является составной частью атома, одним из основных структурных элементов вещества. Электроны образуют электронные оболочки атомов всех известных на сегодняшний день химических элементов. Они участвуют почти во всех электрических явлениях, о которых ведают ныне учёные. Но что такое электричество на самом деле, официальная наука до сих пор не может объяснить, ограничиваясь общими фразами, что это, например, «совокупность явлений, обусловленных существованием, движением и взаимодействием заряженных тел или частиц носителей электрических зарядов». Известно, что электричество не является непрерывным потоком, а переносится порциями ‒ дискретно».

Согласно современным представлениям: «электрический ток – это совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов». Но что такое электрический заряд?

Электрический заряд (количество электричества) — это физическая скалярная величина (величина, каждое значение которой может быть выражено одним действительным числом), определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Электрические заряды разделяют на положительные и отрицательные (данный выбор считается в науке чисто условным и за каждым из зарядов закреплён вполне определённый знак). Тела, заряженные зарядом одного знака, отталкиваются, а противоположно заряженные — притягиваются. При движении заряженных тел (как макроскопических тел, так и микроскопических заряженных частиц, переносящих электрический ток в проводниках) возникает магнитное поле и имеют место явления, позволяющие установить родство электричества и магнетизма (электромагнетизм).

Электродинамика изучает электромагнитное поле в наиболее общем случае (то есть, рассматриваются переменные поля, зависящие от времени) и его взаимодействие с телами, имеющими электрический заряд. Классическая электродинамика учитывает только непрерывные свойства электромагнитного поля.

Квантовая электродинамика изучает электромагнитные поля, которые обладают прерывными (дискретными) свойствами, носителями которых являются кванты поля — фотоны. Взаимодействие электромагнитного излучения с заряженными частицами рассматривается в квантовой электродинамике как поглощение и испускание частицами фотонов.

Стоит задуматься, почему магнитное поле появляется вокруг проводника с током, или же вокруг атома, по орбитам которого перемещаются электроны? Дело в том, что «то, что сегодня называют электричеством ‒ это на самом деле особое состояние септонного поля, в процессах которого электрон в большинстве случаев принимает участие наравне с другими его дополнительными «компонентами»» («ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА» стр. 90) [2].

А тороидальная форма магнитного поля обусловлена природой его происхождения. Как сказано в статье «Концепция мирового эфира. Часть 2: Собственное септонное поле. Тор в основе строения материи»: «Учитывая фрактальные закономерности во Вселенной, а также тот факт, что септонное поле в материальном мире в пределах 6-ти измерений является тем фундаментальным, единым полем, на котором основаны все известные современной науке взаимодействия, то можно утверждать, что все они также имеют форму тора. И это утверждение может представлять особый научный интерес для современных исследователей». Поэтому электромагнитное поле всегда будет принимать форму тора, подобно тору септона.

Рассмотрим спираль, через которую протекает электрический ток и как именно формируется её электромагнитное поле (https://www.youtube.com/watch?v=0BgV-ST478M).

Рис. 2. Силовые линии прямоугольного магнита

Рис. 3. Силовые линии спирали с током

Рис. 4. Силовые линии отдельных участков спирали

Рис. 5. Аналогия между силовыми линиями спирали и атомов с орбитальными электронами

Рис. 6. Отдельный фрагмент спирали и атом с силовыми линиями

ВЫВОД: человечеству еще только предстоит узнать тайны загадочного явления электричества.

Пётр Тотов

Ключевые слова: ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА, электрический ток, электричество, природа электричества, электрический заряд, электромагнитное поле, квантовая механика, электрон.

Литература:

[1] – Новых. А., Эзоосмос, К.: ЛОТОС, 2013. – 312 с. http://schambala.com.ua/book/ezoosmos

[2] – Доклад «ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА» интернациональной группы учёных Международного общественного движения «АЛЛАТРА» под ред. Анастасии Новых, 2015 г. http://allatra-science.org/publication/iskonnaja-fizika-allatra

Источник: https://allatra-science.org/publication/chto-takoe-elektricheskiy-tok

В этом месяце по истории физики

Вернувшись в Копенгаген в 1803 году, Эрстед искал университетскую должность преподавателя физики, но не сразу получил ее. Вместо этого он начал читать лекции в частном порядке, за вход платный. Вскоре его лекции стали популярными, и в 1806 году он получил назначение в Копенгагенский университет, где он расширил программу физики и химии и основал новые лаборатории. Он также продолжил собственные исследования в области физики и других областей науки. Его первая научная статья была посвящена электрическим и химическим взаимодействиям.Он исследовал множество физических проблем, включая сжимаемость воды и использование электрического тока для взрыва мин.

Эрстед сделал открытие, которым он знаменит, в 1820 году. В то время, хотя большинство ученых считали, что электричество и магнетизм не связаны между собой, были некоторые причины полагать, что существует связь. Например, давно было известно, что компас при ударе молнии может изменить полярность. Эрстед ранее отмечал сходство между тепловым излучением и светом, хотя он не определил, что оба являются электромагнитными волнами.Похоже, он считал, что электричество и магнетизм — это силы, излучаемые всеми веществами, и эти силы могут каким-то образом мешать друг другу.

Во время демонстрации лекции 21 апреля 1820 года, настраивая свой прибор, Эрстед заметил, что, когда он включил электрический ток, подключив провод к обоим концам батареи, находящаяся поблизости стрелка компаса отклонилась от северного магнитного поля. куда обычно указывал. Стрелка компаса двигалась совсем немного, так что публика даже не заметила.Но Эрстеду было ясно, что происходит что-то важное.

Некоторые люди предположили, что это было совершенно случайное открытие, но мнения расходятся относительно того, была ли демонстрация предназначена для поиска связи между электричеством и магнетизмом или была предназначена для демонстрации чего-то совершенно другого. Конечно, Эрстед был хорошо подготовлен к наблюдению такого эффекта, имея под рукой стрелку компаса и батарею (или «гальванический аппарат», как он это называл).

Совершенно случайно или, по крайней мере, несколько ожидаемо, Эрстед был заинтригован своим наблюдением.Он не сразу нашел математическое объяснение, но обдумывал его в течение следующих трех месяцев, а затем продолжил эксперименты, пока не был полностью уверен, что электрический ток может создавать магнитное поле (которое он назвал «электрическим конфликтом»). ).

21 июля 1820 года Эрстед опубликовал свои результаты в брошюре, которая была разослана физикам и научным обществам в частном порядке. Его результаты были в основном качественными, но эффект был очевиден — электрический ток порождает магнитную силу.

Его батарея, гальваническая батарея из 20 медных прямоугольников, вероятно, вырабатывала ЭДС около 15-20 вольт. Он пробовал разные типы проводов и все равно обнаружил, что стрелка компаса отклоняется. Когда он изменил направление тока, он обнаружил, что стрелка отклоняется в противоположном направлении. Он экспериментировал с различной ориентацией иглы и проволоки. Он также заметил, что эффект нельзя устранить, поместив дерево или стекло между компасом и электрическим током.

Публикация сразу произвела фурор и повысила статус Эрстеда как ученого.Другие начали исследовать недавно обнаруженную связь между электричеством и магнетизмом. Французский физик Андре Ампер разработал математический закон для описания магнитных сил между токоведущими проводами. Примерно через десять лет после открытия Эрстеда Майкл Фарадей продемонстрировал, по сути, противоположное тому, что обнаружил Эрстед, — что изменяющееся магнитное поле индуцирует электрический ток. Следуя работе Фарадея, Джеймс Клерк Максвелл разработал уравнения Максвелла, формально объединяющие электричество и магнетизм.

Эрстед продолжал заниматься физикой. Он основал Общество по распространению естественных наук, целью которого было сделать науку доступной для общественности, что, по его мнению, было очень важным. В 1829 году он основал Политехнический институт в Копенгагене. Он также был опубликованным писателем и поэтом и внес вклад в другие области науки, такие как химия — например, в 1825 году он впервые произвел алюминий. Эрстед умер в 1851 году. Его открытие 1820 года ознаменовало начало революции в понимании электромагнетизма, обеспечив первую связь между двумя очень разными физическими явлениями.

Производство электрического тока, Рон Куртус

SfC Home> Физика> Электричество>

Рона Куртуса (редакция 24 июня 2018 г.)

Электрический ток может быть генерирован путем перемещения металлической проволоки через магнитное поле. Это относится как к электричеству переменного (AC), так и постоянного (DC) тока. Этот метод отличается от того, когда постоянный ток создается батареей, в которой используются химические реакции.Это также отличается от статического электричества, которое представляет собой накопление зарядов на поверхности.

Электрические генераторы вращают катушку проводов через магнитное поле. Разница между генератором переменного и постоянного тока заключается в том, что в генераторе переменного тока используются контактные кольца для передачи тока в электрическую цепь, а в генераторе постоянного тока используется коммутатор с разъемным кольцом. Генераторы могут быть очень маленькими или довольно большими. Очень большие производят электричество для сообщества. Электродвигатель очень похож на генератор, за исключением того, что он вращает роторы.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

• Что происходит, когда провод проходит через магнитное поле?
• Как использовать проволочную петлю в электрогенераторе?
• Как выглядят коммерческие генераторы?

Этот урок ответит на эти вопросы. Полезный инструмент: Конвертация единиц

---

---

Перемещение провода через магнитное поле

Когда провод, сделанный из проводящего материала, прорезает магнитное поле, в проводе создается электрический ток.

Провод должен быть частью цепи

Обратите внимание, что провод должен быть частью электрической цепи. Иначе электронам некуда деваться. Другими словами, в проводе с открытыми концами не возникает электрического тока. Но если концы присоединить к лампочке, электросчетчику или даже друг к другу, цепь замыкается и создается электрический ток.

Перемещение провода через магнитное поле создает электрический ток,
измеряется с помощью счетчика, прикрепленного к концам провода

Направление тока

Направление магнитного поля и направление провода определяют направление тока через провод.Условно направление магнитного поля от N до S.

Много лет назад Бенджамин Франклин определил направление электрического тока как идущее от плюса (+) к минусу (-). В то время ученые не знали о существовании отрицательно заряженных электронов и их роли в электрическом токе.

Таким образом, по соглашению, ток идет от плюса (+) к минусу (-). Но обратите внимание, что на самом деле отрицательно заряженные электрона движутся в направлении, противоположном току .Электроны движутся от (-) к (+).

Вам просто нужно помнить, что электроны движутся в противоположном направлении, чем принято для направления тока.

Другие конфигурации

Помимо перемещения провода через магнитное поле, вы также можете создать электрический ток в проводе, перемещая магниты и удерживая провод в неподвижном состоянии.

Другой способ создания тока — удерживать их в неподвижном состоянии, но изменять магнитное поле. Этот метод используется для изменения напряжения переменного тока в электрических трансформаторах.

(дополнительную информацию см. В разделе «Трансформаторы переменного тока»).

Петля закручена

Если проволока сделана в виде петли, которую затем скручивают или вращают в магнитном поле, у вас может быть постоянный ток. Поскольку каждая сторона петли движется в различном направлении в магнитном поле, ток течет по петле, в зависимости от того, в каком направлении она вращается.

Ток передачи

Также должен быть какой-то способ передачи тока на остальную цепь.В генераторе переменного тока это делает кольцо на каждом конце провода. Металлический контакт или щетка трется или скользит по каждому кольцу, позволяя электричеству течь по цепи. В генераторе постоянного тока это делается с помощью одного разъемного кольца, называемого коммутатором. В генераторе переменного тока используются два контактных кольца.

Сравнение контуров и колец постоянного и переменного тока

Генератор в действии

На следующей анимации показан генератор переменного тока в действии. Когда одна сторона петли перемещается к другому полюсу магнитного поля, ток в ней меняет направление.Два контактных кольца генератора переменного тока позволяют току менять направление и становиться переменным током.

Простой генератор переменного тока

(Изображение из серии PBS American Experience: внутри генератора переменного тока)

В генераторе постоянного тока коммутатор с разъемным кольцом учитывает изменение направления тока в контуре, создавая, таким образом, постоянный ток, проходящий через щетки и выходящий в цепь.

Обратите внимание, что постоянный ток не является постоянным значением.Скорее это «неровный» сигнал с нулевым напряжением на обрыве кольца. Сила тока может быть математически описана как квадрат синусоидальной волны. Поскольку большинство генераторов постоянного тока имеют более одного контура, «неровности» сглаживаются и не замечаются.

Чем быстрее провод проходит через магнитное поле, тем больше ток.

Генераторы полноразмерные

Вместо одного контура генераторы, используемые для подачи электричества в дома и предприятия, имеют несколько магнитов и контуров, состоящих из проводов, намотанных на железный сердечник, как у электромагнита.Чем больше витков провода проходит через магнитное поле, тем выше создается напряжение.

Большой генератор с несколькими обмотками

Генераторы, используемые для снабжения населения электричеством, огромны. Ротор может быть более 10 футов в диаметре.

Может использоваться как двигатель

Обратите внимание, что когда генератор имеет провод, намотанный на железный сердечник, его также можно использовать в качестве электродвигателя. Вместо того, чтобы вращать петли через магнитное поле для создания электричества, по проводам пропускается ток, создавая электромагниты.Внешние магниты отталкивают электромагниты и вращают вал как электродвигатель.

Если используется постоянный ток, для создания двигателя постоянного тока требуются коммутаторы с разъемным кольцом. Если ток является переменным, необходимы два контактных кольца для создания двигателя переменного тока.

Осмотрите отключенный электродвигатель, чтобы увидеть, как двигатель и генератор выглядят внутри.

Сводка

При движении проволоки в магнитном поле генерируется электрический ток. Электрические генераторы вращают катушку проводов через магнитное поле.Разница между генератором переменного и постоянного тока заключается в том, что в генераторе переменного тока используются контактные кольца для передачи тока в электрическую цепь, а в генераторе постоянного тока используется коммутатор с разъемным кольцом. Очень большие генераторы производят электричество для сообщества. Электродвигатель очень похож на генератор, за исключением того, что он вращает роторы.

---

Зная, что вы сделали все возможное, вы чувствуете себя хорошо

---

Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайтов

Электроэнергетические ресурсы постоянного и переменного тока

Физические ресурсы

Книги

Книги по электроэнергетике с самым высоким рейтингом

---

Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если да, отправьте свой отзыв по электронной почте.Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.

---

Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:

---

Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/
electric_current_generation.htm

Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на свой веб-сайт или в качестве ссылки в своем отчете, документе или тезисе.

Авторские права © Ограничения

---

Где ты сейчас?

Школа чемпионов

По физике

Производство электрического тока

---

Создание электромагнита — упражнение

(5 Рейтинги)

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 4 (3-5)

Требуемое время: 45 минут

Расходные материалы на группу: 2 доллара США.00

Размер группы: 2

Зависимость действий: Нет

Associated Sprinkle: Создание электромагнита! (для неформального обучения)

Тематические области: Физические науки, физика

Ожидаемые характеристики NGSS:

---

Поделиться:

Резюме

Студенческие отряды исследуют свойства электромагнитов.Они создают свои собственные небольшие электромагниты и экспериментируют со способами изменения силы, чтобы взять больше скрепок. Студенты узнают о том, как инженеры используют электромагниты в повседневной жизни. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Инженеры проектируют электромагниты, которые являются основной частью двигателей. Электромагнитные двигатели — большая часть повседневной жизни, а также промышленности и фабрик.Мы можем даже не осознавать, что ежедневно взаимодействуем с электромагнитами, поскольку используем самые разные двигатели, чтобы облегчить себе жизнь. Обычные устройства, в которых используются электромагнитные двигатели: холодильники, сушилки для одежды, стиральные машины, посудомоечные машины, пылесосы, швейные машины, мусорные баки, дверные звонки, компьютеры, компьютерные принтеры, часы, вентиляторы, автомобильные стартеры, двигатели стеклоочистителей, электрические зубные щетки, электрические бритвы. , консервные ножи, колонки, музыкальные или магнитофонные проигрыватели и т. д.

Цели обучения

После этого занятия студенты должны уметь:

• Сообщите, что электрический ток создает магнитное поле.
• Опишите, как сделан электромагнит.
• Исследуйте способы изменения силы электромагнита.
• Перечислите несколько элементов, разработанных инженерами с использованием электромагнитов.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения — наука

Ожидаемые характеристики NGSS
3-ПС2-3.Задайте вопросы, чтобы определить причинно-следственные связи электрических или магнитных взаимодействий между двумя объектами, не контактирующими друг с другом. (3-й степени) Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Нажмите, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям от результатов.
В этом упражнении основное внимание уделяется следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика	Основные дисциплинарные идеи	Сквозные концепции
Задавайте вопросы, которые можно исследовать на основе таких закономерностей, как причинно-следственные связи. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Электрические и магнитные силы между парой объектов не требуют, чтобы объекты соприкасались. Размеры сил в каждой ситуации зависят от свойств объектов и их расстояний друг от друга, а для сил между двумя магнитами — от их ориентации относительно друг друга. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Причинно-следственные связи обычно выявляются, тестируются и используются для объяснения изменений. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Ожидаемые характеристики NGSS
3-ПС2-4. Определите простую конструктивную задачу, которую можно решить, применив научные идеи о магнитах. (3-й степени) Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Нажмите, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям от результатов.
В этом упражнении основное внимание уделяется следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика	Основные дисциплинарные идеи	Сквозные концепции
Определите простую проблему, которую можно решить путем разработки нового или улучшенного объекта или инструмента. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Электрические и магнитные силы между парой объектов не требуют, чтобы объекты соприкасались. Размеры сил в каждой ситуации зависят от свойств объектов и их расстояний друг от друга, а для сил между двумя магнитами — от их ориентации относительно друг друга. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Научные открытия о мире природы часто могут привести к новым и усовершенствованным технологиям, которые разрабатываются в процессе инженерного проектирования. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Общие основные государственные стандарты — математика

• Представляйте и интерпретируйте данные. (Оценка 4) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Представляйте реальный мир и математические проблемы, отображая точки в первом квадранте координатной плоскости, и интерпретируйте значения координат точек в контексте ситуации.(Оценка 5) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Графические точки на координатной плоскости для решения реальных и математических задач.(Оценка 5) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология

• Студенты разовьют понимание взаимоотношений между технологиями и связей между технологиями и другими областями обучения.(Оценки К — 12) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Материалы обладают множеством разных свойств.(Оценки 3 — 5) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Энергия бывает разных форм.(Оценки 3 — 5) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Список материалов

Каждой группе необходимо:

• гвоздь, 3 дюйма (7.6 см) или длиннее (из цинка, железа или стали, но не из алюминия)
• Изолированный медный провод 2 фута (0,6 м) (не менее AWG 22 или выше)
• D-элементный аккумулятор
• несколько металлических скрепок, кнопок или булавок
• широкая резинка
• Сборка электромагнита Рабочий лист

Для каждой станции электромагнитного поля:

• Картонная трубка для туалетной бумаги
• Изолированный медный провод (не менее AWG 22 или выше), несколько футов (1 м)
• картон (~ 5 x 5 дюймов или 13 x 13 см)
• прищепки или зажимы (по желанию)
• малярная лента
• резинка
• 2-3 батареи типа D
• Аккумулятор 9 В (вольт)
• несколько металлических скрепок, кнопок и / или булавок
• дополнительные батареи, при наличии: 6 В, 12 В, фонарные батареи
• (опция) изолента
• 2 малых компаса для спортивного ориентирования

На долю всего класса:

• кусачки
• устройства для зачистки проводов

Рабочие листы и приложения

Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/cub_mag_lesson2_activity1] для печати или загрузки.

Больше подобной программы

Урок старшей школы Две стороны одной силы

Студенты узнают больше о магнетизме и о том, как магнетизм и электричество связаны в электромагнитах. Они изучают основы работы простых электродвигателей и электромагнитов.Студенты также узнают о гибридных бензиново-электрических автомобилях и их преимуществах перед обычным бензиновым двигателем …

Урок старшей школы Электрические и магнитные личности мистера Максвелла

Студенты кратко знакомятся с уравнениями Максвелла и их значением для явлений, связанных с электричеством и магнетизмом.Рассмотрены и усилены основные понятия, такие как ток, электричество и силовые линии. Благодаря множеству тем и заданий учащиеся видят, как электричество и магн …

Урок средней школы Изменение полей

Учащиеся индуцируют ЭДС в катушке с проволокой с помощью магнитных полей.Студенты рассматривают кросс-произведение относительно магнитной силы и вводят магнитный поток, закон индукции Фарадея, закон Ленца, вихревые токи, ЭДС движения и индуцированную ЭДС.

Урок старшей школы Магнитная личность

Студенты изучают свойства магнитов и то, как инженеры используют магниты в технике.В частности, студенты узнают о хранении на магнитной памяти, которое представляет собой чтение и запись информации данных с помощью магнитов, например, на жестких дисках компьютеров, zip-дисках и флэш-накопителях.

Предварительные знания

Некоторое знание магнитных сил (полюсов, сил притяжения).Для получения информации об электромагнитах см. Модуль «Магнетизм», Урок 2: Две стороны одной силы .

Введение / Мотивация

Сегодня мы поговорим об электромагнитах и ​​создадим собственные электромагниты! Во-первых, может ли кто-нибудь сказать мне, что такое электромагнит? (Выслушайте идеи студентов.) Что ж, название электромагнита помогает нам понять, что это такое. (Напишите на классной доске слово «электромагнит», чтобы учащиеся его увидели.) Давайте разберемся. Первая часть слова, electro , звучит как электричество. Вторая часть слова, магнит , звучит так — магнит! Итак, электромагнит — это магнит, который создается электричеством.

Сегодня действительно важно помнить, что электричество может создавать магнитное поле . Это может показаться странным, потому что мы привыкли к магнитным полям, исходящим только от магнитов, но это действительно так! Провод, по которому проходит электрический ток , создает магнитное поле.Фактически, простейший электромагнит представляет собой одиночный свернутый в спираль провод, по которому проходит электрический ток. Магнитное поле, создаваемое катушкой с проволокой, похоже на обычный стержневой магнит. Если мы поместим железный (или никелевый, кобальтовый и т. Д.) Стержень (возможно, гвоздь) через центр катушки (см. Рисунок 1), стержень станет магнитом, создавая магнитное поле. Где взять электричество для электромагнита? Что ж, мы можем получить это электричество несколькими способами, например, от батареи или от розетки.

Мы можем усилить это магнитное поле, увеличив количество электрического тока, проходящего через провод, или мы можем увеличить количество витков проводов в катушке электромагнита. Как вы думаете, что произойдет, если мы сделаем и то, и другое? Верно! Наш магнит будет еще сильнее!

Инженеры используют электромагниты при проектировании и производстве двигателей . Двигатели используются вокруг нас каждый день, поэтому мы постоянно взаимодействуем с электромагнитами, даже не осознавая этого! Вы можете вспомнить какие-нибудь двигатели, которые вы использовали? (Возможные ответы: стиральная машина, посудомоечная машина, консервный нож, вывоз мусора, швейная машина, компьютерный принтер, пылесос, электрическая зубная щетка, проигрыватель компакт-дисков [CD], проигрыватель цифровых видеодисков [DVD], видеомагнитофон, компьютер, электрическая бритва. , электрическая игрушка [радиоуправляемые машины, движущиеся куклы] и т. д.)

Процедура

Перед мероприятием

• Соберите материалы и сделайте копии рабочего листа по сборке электромагнита.
• Установите достаточное количество станций электромагнитного поля для размещения команд по два студента в каждой.
• В качестве альтернативы, проведите обе части задания в виде демонстрации класса под руководством учителя.

Рис. 2. Установка для станции электромагнитного поля.авторское право

Copyright © 2006 Минди Зарске, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

• Подготовка к работе со станциями электромагнитного поля: Оберните проволоку вокруг картонной трубки от туалетной бумаги 12-15 раз, чтобы получилась проволочная петля. Оставьте два длинных конца проволоки свисающими с катушки. Проделайте четыре дырочки в картоне. Проденьте концы проводов через картонные отверстия так, чтобы трубка и катушка картона были прикреплены к картону (см. Рисунок 2). Используйте прищепки, зажимы или скотч, чтобы прикрепить картон к столу или письменному столу.Используя малярную ленту или резинку, подсоедините один конец провода катушки к любой батарее, оставив другой конец провода неподключенным к батарее. Прикрепите к станции булавки, скрепки или кнопки. Кроме того, поместите на эту станцию ​​любые другие доступные дополнительные батареи (6 В, 12 В и т. Д.) И два небольших компаса для ориентирования.
• Подготовка к созданию электромагнита: для этой части задания либо установите материалы на станции, либо раздайте их парам учеников, чтобы они поработали за их партами.
• Отложите несколько дополнительных батарей, чтобы студенты могли проверить свои собственные электромагниты. Сюда могут входить 9-вольтовые батареи. Вы можете установить батарею 3 В, подключив 2 D-элемента последовательно, или батарею 4,5 В, подключив 3 D-элемента последовательно.
• Отрежьте по одному куску проволоки длиной 2 фута (0,6 м) для каждой команды. С помощью приспособлений для зачистки проводов удалите примерно ½ дюйма (1,3 см) изоляции с обоих концов каждого куска провода.

Со студентами: Станции электромагнитного поля

1. Разделите класс на пары учеников.Раздайте по одному листу на команду.
2. При работе с настройкой перед занятием (см. Рисунок 2), в которой один конец спирального провода прикреплен к одному концу батареи, попросите учащихся подсоединить другой конец провода к другому концу батареи с помощью ленты или резинка.
3. Чтобы определить местонахождение магнитного поля электромагнита, попросите учащихся перемещать компас по кругу вокруг электромагнита, обращая внимание на направление, которое указывает компас (см. Рисунок 3). Предложите учащимся нарисовать батарею, катушку и магнитное поле на своих рабочих листах.Используйте стрелки, чтобы показать магнитное поле. Пометьте положительный и отрицательный полюса батареи и полюса магнитного поля. Что произойдет, если вы повесите скрепку на другую скрепку рядом с катушкой (см. Рисунок 3)? (Ответ: болтающаяся скрепка движется, меняет направление и / или качается.)

Рис. 3. Эксперименты с магнитным полем электромагнита. Авторское право

Copyright © 2006 Минди Зарске, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

4. Затем поменяйте местами подключение электромагнита, поменяв оба конца провода на противоположные концы батареи.(Когда направление тока в катушке или в электромагните меняется на противоположное, магнитные полюса меняются местами — северный полюс становится южным полюсом, а южный полюс становится северным полюсом.) Используйте компас, чтобы проверить направление магнитного поля. Сделайте второй рисунок. Снова повесьте скрепку возле катушки. Что происходит? (Ответ: опять же, свисающая скрепка движется, меняет направление и / или качается.)
5. Отсоедините хотя бы один конец провода от аккумулятора для экономии заряда аккумулятора.
6. Если позволяет время, используйте другие батареи и наблюдайте за изменениями. Более высокое напряжение означает больший ток, а чем больше ток, тем сильнее электромагнит.

Со студентами: создание электромагнита

1. Убедитесь, что у каждой пары учащихся есть следующие материалы: 1 гвоздь, 2 фута (0,6 м) изолированного провода, 1 батарея типа D, несколько канцелярских скрепок (или кнопок или булавок) и резинка.
2. Оберните проволоку вокруг гвоздя не менее 20 раз (см. Рисунок 4).Убедитесь, что ученики плотно накручивают ногти, не оставляя зазоров между проволоками и не перекрывая накладки.
3. Дайте студентам несколько минут, чтобы посмотреть, смогут ли они самостоятельно создать электромагнит, прежде чем давать им остальные инструкции.
4. Чтобы продолжить изготовление электромагнита, подсоедините концы спирального провода к каждому концу батареи, используя резиновую ленту, чтобы удерживать провода на месте (см. Рисунок 4).

Рис. 4. Установка для изготовления электромагнита с использованием батареи, проволоки и гвоздя.авторское право

Copyright © 2006 Минди Зарске, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

5. Проверьте силу электромагнита, посмотрев, сколько скрепок он может поднять.
6. Запишите количество скрепок на листе.
7. Отсоединить провод от АКБ после проверки электромагнита. Может ли электромагнит подхватить скрепки при отключенном токе? (Ответ: нет)
8. Проверить, как изменение конструкции электромагнита влияет на его прочность.Две переменные, которые необходимо изменить, — это количество витков вокруг гвоздя и ток в витой проволоке, используя другой размер или количество батарей. Для экономии заряда аккумулятора не забывайте отключать провод от аккумулятора после каждого теста.
9. Заполните рабочий лист; составить список способов использования электромагнитов инженерами.
10. В заключение проведите обсуждение в классе. Сравните результаты команд. Задайте учащимся вопросы для обсуждения инженерных вопросов после оценивания, представленные в разделе «Оценка».

Словарь / Определения

Батарея: элемент, несущий заряд, способный питать электрический ток.

ток: поток электронов.

Электромагнит: Магнит, сделанный из изолированного провода, намотанного на железный сердечник (или любой магнитный материал, такой как железо, сталь, никель, кобальт), через который проходит электрический ток, создающий магнетизм. Электрический ток намагничивает материал сердечника.

электромагнетизм: магнетизм, созданный электрическим током.

инженер: человек, который применяет свое понимание науки и математики для создания вещей на благо человечества и нашей планеты. Это включает в себя проектирование, производство и эксплуатацию эффективных и экономичных конструкций, машин, продуктов, процессов и систем.

магнит: объект, создающий магнитное поле.

магнитное поле: пространство вокруг магнита, в котором присутствует магнитная сила магнита.

двигатель: электрическое устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую.

постоянный магнит: объект, который сам генерирует магнитное поле (без помощи тока).

соленоид: катушка с проводом.

Оценка

Оценка перед началом деятельности

Предсказание : попросите учащихся предсказать, что произойдет, когда проволока намотана на гвоздь и добавлено электричество.Запишите их прогнозы на классной доске.

Мозговой штурм : В небольших группах предложите учащимся участвовать в открытом обсуждении. Напомните им, что ни одна идея или предложение не являются «глупыми». Все идеи следует уважительно выслушивать. Спросите студентов: что такое электромагнит?

Оценка деятельности

Рабочий лист : В начале упражнения раздайте Рабочий лист «Создание электромагнита». Попросите учащихся сделать рисунки, записать измерения и следить за действиями на своих рабочих листах.После того, как учащиеся завершат работу с рабочим листом, предложите им сравнить ответы со сверстниками или другой парой, давая всем учащимся время на то, чтобы закончить. Просмотрите их ответы, чтобы оценить их уровень владения предметом.

Гипотеза : Пока ученики делают свой электромагнит, спросите каждую группу, что произойдет, если они изменят размер своей батареи. Как насчет большего количества витков проволоки вокруг гвоздя? (Ответ: Электромагнит можно сделать сильнее двумя способами: увеличив количество электрического тока, проходящего через провод, или увеличив количество витков проволоки в катушке электромагнита.)

Оценка после деятельности

Технические вопросы для обсуждения : запрашивайте, объединяйте и обобщайте ответы студентов.

• Как инженер может модифицировать электромагнит, чтобы изменить силу его магнитного поля? Какие модификации могут быть самыми простыми или дешевыми? (Возможные ответы: увеличение количества катушек, используемых в соленоиде [электромагните], вероятно, является наименее дорогим и простым способом увеличить силу электромагнита.Или инженер может увеличить ток в электромагните. Или инженер может использовать металлический сердечник, который легче намагничивается.)
• Как инженеры могут использовать электромагниты для разделения перерабатываемых материалов? (Ответ: некоторые металлы в куче для утилизации или переработки притягиваются к магниту и могут быть легко отделены. Цветные металлы должны пройти двухэтапный процесс, в котором к металлу прикладывается напряжение, чтобы временно вызвать ток. в нем, который временно намагничивает металл, так что он притягивается к электромагниту для отделения от неметаллов.)
• Каким образом инженеры могут использовать электромагниты? (Возможные ответы: инженеры используют электромагниты в конструкции двигателей. Примеры см. В возможных ответах на следующий вопрос.)
• Как электромагниты используются в повседневной жизни? (Возможные ответы: двигатели используются вокруг нас каждый день, например, холодильник, стиральная машина, посудомоечная машина, консервный нож, мусоропровод, швейная машина, компьютерный принтер, пылесос, электрическая зубная щетка, проигрыватель компакт-дисков [CD], цифровой видеодиск. [DVD]-плеер, кассетный видеомагнитофон, компьютер, электробритва, электрическая игрушка [радиоуправляемые автомобили, движущиеся куклы] и т. Д.)

Практика построения графиков : Представьте классу следующие задачи и попросите студентов построить график своих результатов (или результатов всего класса). Обсудите, какие переменные привели к большему изменению силы электромагнита.

• Создайте график, показывающий, как изменилась сила электромагнита, когда вы изменили количество витков проволоки в вашем электромагните.
• Создайте график, показывающий, как сила вашего электромагнита изменялась при изменении тока (при изменении размера батареи).

Вопросы безопасности

Электромагнит может сильно нагреваться, особенно на клеммах, поэтому попросите учащихся отключать батареи через частые промежутки времени.

Советы по поиску и устранению неисправностей

Высокая плотность покрытия ногтей важна для создания магнитного поля. Если обернутые гвозди не действуют как магниты, проверьте обертки катушек учащихся, чтобы убедиться, что они не перекрещиваются, и что обертки плотно затянуты.Кроме того, используйте тонкую проволоку, чтобы обеспечить большее количество витков по длине гвоздя.

Железные гвозди работают лучше, чем болты, поскольку резьба болта не позволяет гладко наматывать медную проволоку, что может нарушить магнитное поле.

Избегайте использования неполностью заряженных аккумуляторов. Частично разряженные батареи не вызывают сильной и заметной магнитной реакции.

Если электромагниты становятся слишком горячими, попросите учащихся обращаться с ними в резиновых кухонных перчатках.

Расширения деятельности

Другой способ изменить ток в электромагните — использовать провода разного калибра (толщины) или из разных материалов (например: медь vs.алюминий). Попросите учащихся протестировать разные типы проводов, чтобы увидеть, как это влияет на силу электромагнита. В качестве контроля сохраняйте постоянным количество катушек и величину тока (батареи) для всех испытаний проводов. Затем, основываясь на результатах их отдыха, попросите учащихся предположить сопротивление различных проводов.

Масштабирование активности

• Для младших классов попросите учащихся следовать инструкциям учителя по созданию простого электромагнита.Обсудите основное определение электромагнита и то, как электромагниты используются в повседневных приложениях.
• В старших классах попросите учащихся изучить способы изменения силы их электромагнитов, не давая им никаких подсказок или подсказок. Попросите учащихся изобразить данные своего рабочего листа в зависимости от количества катушек и / или размера батареи в их электромагните.

авторское право

© 2004 Регенты Университета Колорадо

Авторы

Ксочитл Замора Томпсон; Джо Фридрихсен; Эбигейл Уотрус; Малинда Шефер Зарске; Дениз В.Карлсон

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано за счет грантов Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), Министерства образования США и Национального научного фонда (грант GK-12 № 0338326).Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 16 октября 2021 г.

Эрстед, электрический ток и магнетизм

В 1820 году Ганс Христиан Эрстед провел важный эксперимент, который показал, что существует связь между электричеством и магнетизмом.Когда через провод был включен ток, стрелка компаса поворачивалась под прямым углом к ​​проводу. Ток создал достаточно сильное магнитное поле, чтобы стрелка компаса повернулась.

Предпосылки эксперимента
Уже было известно, что электрический ток в проводе имеет эффект нагрева и может вызвать накал провода. Это показало, что три явления — электричество, отопление и освещение — связаны.

Ученые стремятся «объединить» очевидно разные явления, обнаруживая их первопричины.

Вопрос: Как мы можем показать, что электрический ток имеет эффект нагрева, а также может вызывать свет?

Ответ: См. Эксперимент

Нагревающее действие тока.

Было также известно, что когда молния, одна из форм электричества, поражает корабль, это может повлиять на компас корабля — его полярность может измениться.

Вопрос: Что это означает?

Ответ: Существует связь между электричеством и магнетизмом.

Ученые опираются на данные повседневной жизни; они пытаются понять доказательства с помощью экспериментов.

Как можно продемонстрировать эту связь в лабораторных условиях?

Экспериментаторы представили, что если электрический ток течет по прямому проводу, то создаваемое им магнитное поле будет в том же направлении. Поэтому они поместили стрелки компаса под прямым углом к ​​проводу, думая, что ток отклонит их так, что они станут параллельны проводу.Они не увидели никакого эффекта, потому что, как показал Эрстед, создаваемое магнитное поле расположено под прямым углом к ​​проводу. Таким образом, предрассудки не позволили экспериментаторам увидеть эффект. (Обратите внимание, что имеющееся оборудование — обычно электрические батареи — вырабатывает только небольшой ток, поэтому эффект в любом случае будет очень слабым.)

Эксперимент: установите компас, указывающий север-юг; поместите над ним провод, лежащий с востока на запад. Подключите к ячейке 1,5 В. Эффекта быть не должно.

Предубеждения (существующие идеи) могут затруднить достижение прогресса.

Мышление Эрстеда
Эрстед представил себе электрический ток, «пробивающийся» через провод. В процессе этого «конфликта» возникло «тепло» (или инфракрасное излучение, как мы теперь его понимаем) и свет, который излучался от провода. Не может ли это также привести к рассеиванию магнитного поля?

Одна идея приводит к другой, которую затем можно проверить.

Вопрос: Как бы вы нарисовали линии магнитного поля, чтобы представить идею Эрстеда?

Ответ: Излучающий из провода.

Вопрос: Как должна вести себя стрелка компаса, если эта идея верна?

Ответ: Можно ожидать, что он будет направлен радиально к проводу. Попробуйте, а магнит этого не сделает. Таким образом, силовые линии магнитного поля не исходят из токоведущего провода.

Эксперимент Эрстеда
Эрстед публично демонстрировал связь между электричеством, «теплом» и светом. Он подключил гальваническую батарею к платиновому проводу и показал, что он стал горячим и светился.

Когда он читал лекцию, его идея о связи между электричеством и магнетизмом всплыла в его голове. У него был под рукой компас (для других экспериментов, которые он намеревался продемонстрировать), поэтому он решил тут же проверить свою идею.

Эксперимент: Проведите предыдущий эксперимент, но с проводом, лежащим с севера на юг над компасом, параллельно стрелке компаса. Включите — стрелка поворачивается, чтобы лечь с востока на запад.

См. Также:

Эксперимент Эрстеда.

Эрстед изменил направление тока; игла переместилась в другую сторону.

Эффект, наблюдаемый Эрстедом и его аудиторией, был небольшим; никто не был очень впечатлен. Эрстед знал, что другие ученые были отвлечены подобными неуловимыми явлениями, и прошло три месяца, прежде чем он потратил больше времени на свое открытие.

Ученые часто работают на пределе чувствительности своих инструментов. Возможно, потребуется значительно усовершенствовать методику, прежде чем можно будет надежно наблюдать явление.

То, что Эрстед сделал потом
Эрстед показал, что магнитное поле вокруг токоведущего провода было круглым; то есть силовые линии представляют собой круги с центром на проводе.

Эксперимент:

Магнитное поле, создаваемое электрическим током в проводе.

Далее он показал, что более толстая проволока производит больший эффект. Он также показал, что материалы, помещенные между проводом и компасом, не имеют никакого эффекта.

Вопрос: Почему?

Ответ: Более толстый провод имеет меньшее сопротивление, следовательно, больший ток.Немагнитные материалы не влияют на магнитное поле.

В июле 1820 года он разослал в несколько научных журналов 4-страничный доклад на латыни с изложением своих результатов.

Ожидается, что ученые поделятся своими открытиями как можно скорее, опубликовав их в журналах. В 1820 году латынь была общим (общим) языком, который позволял ученым разных национальностей понимать работы друг друга.

Ампер прочитал отчет Эрстеда и в течение недели повторил наблюдения и разработал математическую теорию, описывающую, как магнитное поле зависит от силы тока и расстояния до провода.

В принципе, научные результаты проверяются другими учеными, которые повторяют эксперименты, чтобы увидеть, получают ли они те же результаты.

Эрстед наблюдал и описал экспериментальное явление. Ампер пошел дальше, написав математическое уравнение для его объяснения.

Вопрос: Эрстед показал, что электрический ток имеет вокруг себя магнитное поле. Какие практические приложения были разработаны на основе этой идеи?

Ответ: Электромагниты, двигатели, динамо-машины, трансформаторы и т. Д.

Подробнее об Эрстеде
Эрстед основал Датское общество по распространению естественных наук, общество, целью которого является представление научных идей широкой публике. Эрстед также сыграл ключевую роль в основании Датского технического университета с намерением улучшить научную основу инженерии.

Многие ученые стремятся поделиться своей работой с более широкой аудиторией. Они также могут стремиться поделиться технологическими преимуществами своих открытий.Он назвал 1820 год, год своего великого открытия, самым счастливым годом в своей жизни.

Ученые могут получать огромное удовольствие от своей работы.

В 1802 году итальянский юрист по имени Джан Доменико Романьози опубликовал отчет о наблюдении, аналогичном наблюдению Эрстеда. Однако его статья появилась в газете и не была воспринята научным сообществом. Ромагнози, похоже, не последовал своим предварительным выводам.

В истории науки есть много примеров «предшествующих заявлений».На практике признание обычно достается человеку, который публикует тщательный, подробный и повторяемый отчет о своих наблюдениях в то время, когда другие ученые готовы к этой идее, и в месте, где ее прочитают и примут всерьез.

Благодарность
Мы благодарны Дэвиду Сангу, автору этого тематического исследования.

Токов, статическая и электрическая безопасность

Дети подвергаются воздействию электричества задолго до того, как они осознают, что это такое.Подумайте о детских мультфильмах. Персонажи часто представляют, что у них есть идея, когда над их головой появляется изображение лампочки, или персонажи укрываются во время грозы. Хотя это еще несколько очевидных примеров того, как дети знакомятся с концепцией электричества, вы можете быть удивлены тем, что они уже усвоили в своей повседневной жизни!

Сегодня даже маленькие дети имеют некоторое представление о том, что электричество делает дома, например, заряжает телефон или приводит в действие их любимую игрушку на батарейках, но это лишь верхушка понимания.Изучение электричества знакомит детей с элементарными научными концепциями, которые могут помочь им понимать окружающий мир и взаимодействовать с ним.

Изучив основы работы электричества и проведя несколько забавных и безопасных экспериментов с токами и разницей в зарядах, дети могут начать понимать значение электричества в их повседневной жизни и важность электробезопасности.

Как научить детей электричеству

Не можете вспомнить, когда ваш ребенок впервые познакомился с идеей об электричестве ? Подсказка: Наверное, был шторм! Сидели ли они у окна в восторге или прятались, потому что было «слишком громко», вы, скорее всего, уже дали какое-то объяснение феномена, происходящего снаружи во время грозы.Это явление мы называем электричеством.

Что такое электрическая энергия?

В следующий раз, когда вы и ваши дети испытаете грозу с громом и молнией, вы можете рассказать им об электрической энергии. Но прежде чем мы погрузимся в электрическую энергию, давайте сначала освежим ваши знания физики в старшей школе.

Энергия — это способность прикладывать силу или давление к объекту, чтобы нагревать, перемещать или выполнять с ним работу. Электрическая энергия — это особая форма энергии, которая возникает в результате электрического заряда.Сила, действующая на объект, основана либо на электрическом притяжении, либо на электрическом отталкивании между заряженными частицами.

Что такое основной закон электричества?

Что касается электричества, есть один основной закон, который регулирует весь процесс: закон Ома . Этот закон был назван в честь Георга Ома, физика, который первым его обнаружил. Георг Ом обнаружил, что электрический ток, движущийся по проводнику, пропорционален напряжению над сопротивлением.Это открытие привело к следующей формуле, известной как закон Ома, которая описывает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением

Как вырабатывается электроэнергия?

Благодаря другому ученому по имени Майкл Фарадей, мы теперь знаем, что вызывает электричество. В 1820-х годах Фарадей определил, что он может генерировать электричество, перемещая петлю из проводящего металла между полюсами магнита.

Поскольку электроны могут свободно перемещаться по медной проволоке и нести отрицательный заряд, Фарадей узнал, что он может генерировать энергию за счет сил притяжения между положительно заряженными протонами и отрицательно заряженными электронами.Сила между протонами и электронами — это сила, действующая на данный объект.

Что такое определение электрического тока?

Электрический ток используется для обозначения находящегося в движении электрического заряда, но он также может относиться к более контролируемой форме электричества, такой как топливные элементы, генераторы, батареи, солнечные элементы и т. Д.

Что такое электрический ток?

В зависимости от того, какой тип электрического тока вы имеете в виду, это может быть много разных вещей.Однако некоторые распространенные из них, которые вы можете распознать, — это молнии, статическое электричество или внезапная искра, которую вы чувствуете при контакте с новым предметом.

В чем разница между напряжением и током?

Возвращение к закону Ома может помочь различить разницу между напряжением и током. Помните, закон Ома записывается как:

В этом уравнении V обозначает напряжение, а I обозначает ток. Напряжение рассчитывается как разница между двумя точками, в то время как ток определяется как скорость, с которой протекает данный заряд.Сила тока рассчитывается делением напряжения на сопротивление.

Веселые и безопасные эксперименты с электричеством для детей

Теперь, когда вы лучше разбираетесь в электричестве, вам будет легче объяснить это детям. Изучение электричества может стать забавным и интерактивным, если вы возьмете дело в свои руки. Если вы хотите познакомить своих детей с концепцией электричества, есть несколько простых и безопасных способов сделать это, но один из наших любимых — это проверенная временем простая электрическая схема.

Что такое простая электрическая цепь?

Простая электрическая цепь — это круговой путь, состоящий из проводов, через которые проходят электроны от источника энергии к объекту.

Как работает простая электрическая цепь?

Чтобы создать свою собственную простую электрическую схему, все, что вам нужно, это источник энергии (например, батарея), который дает электронам силу, необходимую для движения. Следующее, что вам понадобится, — это объект, принимающий электрическую энергию, например, лампочка. Простая электрическая схема позволяет заряженным электронам проходить через проводку от батареи к лампочке, в результате чего лампочка загорается.

Статическое электричество для детей

Статическое электричество — распространенный пример электрического тока, поэтому неудивительно, что он является отличным кандидатом для обучения детей электричеству.

Каковы три закона статического электричества?

Существует трех основных законов, определяющих статическое электричество. Это следующие:

• Противоположные заряды притягиваются друг к другу.
• Подобные заряды отталкивают друг друга.
• Заряженные объекты притягивают нейтральные объекты.

Если вы когда-нибудь задумывались, как работает статическое электричество, вот ваш ответ. Статическое электричество возникает при сильном трении двух предметов друг о друга. Наука, стоящая за этим явлением, называется трибоэлектричеством .

Трибоэлектрический эффект возникает, когда два объекта с разными зарядами соприкасаются. Хотя все атомы имеют центральное положительное ядро ​​и облако отрицательно заряженных электронов, одни объекты обладают более сильным притяжением, чем другие.Это означает, что когда мы разделяем два объекта, один из объектов мог получить несколько дополнительных электронов из-за того, что другой объект потерял часть, что привело к разному заряду, который генерирует статическое электричество.

Какие примеры статического электричества?

Теперь, когда вы лучше понимаете статическое электричество , вы можете применить свои знания для обучения детей этому, проведя забавные эксперименты с несколькими обычными предметами домашнего обихода.

источник

Один из наиболее распространенных и наиболее известных примеров статического электричества — воздушный шар, прилипший к предмету одежды после сильного трения о него.Другой распространенный пример — генерирование статического электричества, шаркая ногами по ковру в гостиной, и легкое сотрясение другого человека, прикоснувшись к ним.

Что вызывает накопление статического электричества у человека?

Статическое электричество может накапливаться на одежде человека из-за избытка положительных или отрицательных ионов, которым некуда деваться. Например, ваша одежда не металлическая, поэтому энергия не может выводиться из вашей одежды или тела. Однако стоит прикоснуться к чему-то металлическому, например к дверной ручке, в которой нет положительных ионов (а у вас их избыток), энергия «перескакивает» от вас к металлическому объекту.

Как можно использовать статическое электричество?

Хотя статическое электричество может доставлять неудобства (например, носок прилипает к одежде или волосы торчат зимой), на самом деле оно более полезно, чем многие могут себе представить.

Рассмотрим копировальный аппарат. Это устройство фактически работает аналогично воздушному шарику, который прикрепляется к вам для создания копий. За счет использования положительных и отрицательных ионов изображение можно снимать и копировать с помощью статического электричества.

Еще одно преимущество статического электричества? Контроль загрязнения! Когда вы прикладываете статический заряд к частице грязи в воздухе, вы можете собрать эти заряженные частицы грязи на электростатическом фильтре.

Как избавиться от статического электричества?

Хотя статическое электричество в некотором смысле полезно, бывают случаи, когда оно переходит от незначительного неудобства к серьезному раздражению. Есть несколько способов избавиться от статического электричества, но самые простые из них — два.

Носите рубашку, которая склонна к статическому электричеству? Если одежда прилипает к телу, можно нанести на кожу лосьон, который устранит проблему. Устали от того, что носки цепляются за джинсы? Используйте простыни для сушки.Они помогают снизить статическое электричество, которое возникает, когда ваша одежда постоянно натирается в сушилке.

Что такое статическое электричество в природе?

Если говорить о статическом электричестве в природе, то, например, трудно победить молнию. Молния возникает из-за образования в облаках электростатической энергии, которая создает штормы. Мы видим молнию, когда облака из разных заряженных областей разряжают свою энергию.

Эксперименты с электричеством для детей

Если вы хотите, чтобы ваши дети были в восторге от энергии, вам следует подумать о том, чтобы познакомить их с несколькими простыми занятиями, которые научат их электричеству весело и безопасно.Вот несколько идей экспериментов с электричеством для детей, которые вам тоже понравятся!

Простые проекты электроснабжения

Когда дело доходит до простых проектов по электричеству, трудно превзойти пример с воздушным шаром. Все, что вам нужно для этого проекта, — это надутый воздушный шар и желающий участник. Теперь просто потрите шар о рубашку человека (шерстяные свитера прекрасно подойдут) и вуаля! Воздушный шар следует приклеить к одежде человека.

Простые электрические проекты для старшеклассников

Ищете что-то более продвинутое для старшеклассников? Вот проект, который им идеально подходит.Ранее мы обсуждали важность простых электрических цепей, но вот как вы можете сделать одну из них самостоятельно.

Все, что вам нужно, это две батарейки D, небольшой фонарик, немного ленты, любой тип провода, оловянная фольга, ластик, кнопка, ключ и пенни. Свяжите две батареи D вместе, а затем прикрепите провод к отрицательной стороне батареи. Затем прикрепите второй провод к свету. Теперь проверьте оловянную фольгу, ластик, кнопку, ключ и пенни, чтобы увидеть, какие предметы позволяют свету загореться!

Научные эксперименты по электричеству для пятиклассников

Есть масса забавных научных экспериментов с электричеством для пятиклассников, но наш личный фаворит — это миска, расческа и немного соли и перца.Попросите учеников энергично провести расческой по волосам, чтобы создать статический заряд. Затем они должны держать гребень над смесью соли и перца в миске. Электрически заряженный гребешок должен заставить перец «подпрыгнуть» и прикрепиться к гребню.

Научные эксперименты по электричеству для шестиклассников

Вот более сложный подход к эксперименту с пятиклассниками. Все, что вам понадобится, это расческа и доступ к раковине со смесителем. Для этого эксперимента вы снова зарядите расческу, энергично проведя ею по волосам.Затем вы включаете кран и медленно подносите гребешок как можно ближе к воде, не касаясь ее. Вы заметите, что вода начинает «изгибаться», иллюстрируя эффект, который статическое электричество оказывает на воду.

Электробезопасность для детей

Несмотря на то, что дети могут извлечь уроки из множества забавных экспериментов, важно всегда следить за тем, чтобы нашим приоритетом номер один была безопасность детей в отношении электричества. Есть несколько способов сделать безопасность детей приоритетной, когда дело касается электричества.

Одна из самых больших проблем, которые мы испытываем в отношении безопасности электричества в доме, — это электрических розеток . Это опасно для детей, которые могут воткнуть что-то в розетку и случайно ударить себя током. Чтобы избежать этого, вы можете приобрести заглушки для розеток. Эти крышки вставляются в розетку, закрывая контакты, чтобы дети не могли положить предметы в розетку.

Еще один важный способ соблюдать электробезопасность дома — научить детей не забывать выключать электроприборы, когда они находятся рядом с водой.При сушке волос феном держите шнуры подальше от влажных поверхностей. Это также касается купания. Находясь в ванне, не пользуйтесь электронными устройствами.

Плакат по электробезопасности

Часто задаваемые вопросы об электроэнергии

У детей много вопросов об электричестве, и это здорово! Вот несколько вопросов, которые задают дети, узнав об электричестве.

Можно ли создать электричество с помощью магнита?

Что касается магнитов, то с их помощью можно абсолютно электричество.Поскольку магниты работают, толкая и притягивая электроны, магнит, который быстро перемещается по медной проволоке, может создавать электричество благодаря движущимся электронам.

Как наши тела проводят электричество?

Наши тела уже имеют ряд различных электрических зарядов (например, нервные клетки и клетки мозга), поэтому воздействие сильных электрических токов может быть опасным для жизни. Наша кожа способна защитить тело от электричества, но некоторые напряжения могут быть слишком сильными для нашей кожи.Мокрая кожа проводит электричество легче, чем сухая, поэтому нам не следует плавать во время грозы, поскольку в воде электричество легче проходит через нашу кожу.

Как электричество проходит по проводам?

Электричество может проходить по проводу из-за зарядов внутри провода. Затем на эти заряды действует электрическое поле, и они могут перемещаться по проводу с помощью электрического тока.

Проходя эксперименты и задавая вопросы детям, убедитесь, что они понимают важность безопасности.Чем больше дети знают об электричестве, тем меньше вероятность того, что они попадут в ситуацию, когда они или другие могут получить ожоги или шок. Базовое понимание электричества может помочь им оставаться в безопасности, а также способствовать развитию интереса к науке и окружающему миру.

Подробнее:
10 лучших советов по снижению счета за электроэнергию

Как уменьшить счет за электроэнергию, изменив домашнюю деятельность

Принесено вам justenergy.com

Мы видим электричество? — Drax

Карракка 14 ^-го века спокойно плывет по течениям Атлантического океана посреди ночи.Его навигация зависит от сияния звезд наверху, а его сила — от ветра, дующего сзади. Это далеко от технологически продвинутых судов, ходящих по сегодняшним морям.

Именно здесь, задолго до того, как цивилизация начала использовать и генерировать электричество, часто можно было наблюдать призрачное бело-голубое свечение электричества, действующего на молекулы воздуха, когда оно парило вокруг мачт кораблей.

Это явление известно как Огонь Святого Эльма, в честь Святого Эразма Формийского — покровителя моряков — и возникает после гроз, когда электрическое поле, все еще присутствующее вокруг объекта (например, громоотвода или корабельной мачты), вызывает образование молекул воздуха. распадаться и становиться заряженными, создавая так называемую плазму.

Пожар Святого Эльма в окне кабины

Для моряков в эпоху задолго до спутникового наведения это было хорошим предзнаменованием. Однако они не осознавали, что это был один из редких случаев, когда электричество действует таким образом, что превращает ее из невидимой силы в нечто, что мы можем видеть, слышать и даже обонять.

Наука, лежащая в основе наблюдения за электричеством

Обычно мы не видим электричество. Это похоже на гравитацию — невидимую силу, которую мы узнаем только тогда, когда она действует на другие объекты.В случае электричества наиболее распространенным способом воздействия на объекты является зарядка электронов, и поскольку они такие маленькие, в большом количестве и так быстро движутся после зарядки, они почти невидимы для невооруженного человеческого глаза.

Однако есть случаи, когда условия позволяют электрическому току проходить через воздух, что может создавать звук и создавать видимую плазму.

«В некоторых случаях можно увидеть электричество, потому что оно ионизирует воздух», — говорит ведущий инженер Drax Гэри Прис.В процессе ионизации молекулы, составляющие воздух, становятся электрически заряженными, что может создать плазму.

«Электрический ток может перекрыть воздушный зазор через ионизированный воздух и попасть на землю», — объясняет Прис. «Вам нужен этот путь к Земле, чтобы он создал искру».

Процесс похож на то, как работает свеча зажигания или как молния становится видимой. Хотя вокруг до сих пор ведутся научные дебаты о том, как облака становятся электрически заряженными, вспышки, наблюдаемые на земле, вызваны разрядами между облаками или от облаков к Земле, создавая очень горячую и яркую плазму.

Атмосферные условия на нашей Земле, состоящие в основном из кислорода и азота, придают молнии беловато-голубой цвет, как огонь Святого Эльма. Изменяя эти условия, чтобы электричество проходило через газ, такой как неон, менял цвет на красно-оранжевый оттенок, что является принципом, на котором построены неоновые огни и вывески. Чтобы добиться разных цветов, для заполнения трубки используются разные газы, такие как ртуть и гелий.

Задолго до того, как мы научились управлять электричеством для создания разноцветных знаков, мы боролись с тем, как создать видимое полезное электричество.И началось это с использования дуг.

Архитектура электрической дуги

Электрическая дуга возникает, когда электрический ток перекрывает воздушный зазор. Хотя воздух является изолятором, постоянные попытки электричества провести с Землей иногда позволяют ему находить пути через нее, ионизируя молекулы воздуха и создавая на этом пути видимый плазменный мост. Чем выше напряжение, тем большее расстояние между электродами может образоваться дуга.

Это свойство электричества представляет опасность, такую ​​как «вспышки» дуги, которые могут возникать во время электрических неисправностей или короткого замыкания и выделять огромное количество энергии, иногда создавая температуры до 35 000 градусов по Фаренгейту — выше, чем поверхность Солнца.

Электрические дуги могут быть очень полезны при управлении. Эти яркие светящиеся мосты использовались в первых практических электрических лампах после того, как Хамфри Дэви начал демонстрировать эту технологию в начале 19-го, ^-го, -го века.

Но необходимость частой замены угольных электродов, их жужжащий звук и связанные с этим выбросы угарного газа означали, что вскоре эту технологию заменили лампой накаливания.

Сегодня дуга используется при сварке и более сложной плазменной резке, которая фокусирует концентрированную струю горячей плазмы и позволяет выполнять высокоточные разрезы, в то время как дуговые печи используются в промышленных условиях, таких как производство стали.

На самом деле, некоторые даже думали, как мы могли бы использовать невероятно мощный луч плазмы для создания рабочего светового меча. И хотя теория создания этой сверхсовременной технологии «Звездных войн» убедительна, она далека от практической возможности.

В 14, ^-м, -м веке увидеть электричество было редким и положительным предзнаменованием. Сегодня электричество стало гораздо более распространенным явлением, но когда это происходит — через плазменные сферы, неоновое освещение или естественные молнии — эффект тот же: человечество удивляется тому, что видит впечатляющую и редко встречающуюся силу.

2018 Общая выработка электроэнергии в системе

Температура, осадки и лесные пожары

Широкое разнообразие климатических и погодных систем Калифорнии также играет большую роль в том, как различные генерирующие ресурсы формируют годовую структуру энергоснабжения. В 2018 году средняя температура в Калифорнии была четвертой по самой высокой температуре с 1895 года. Во многих городах и районах температура была выше средней, в том числе во Фресно, Лос-Анджелесе, Сакраменто, Сан-Диего и Сан-Франциско, а в Лос-Анджелесе и Сан-Диего пятый и шестой год были самыми теплыми. с 1946 года соответственно.Внося свой вклад в общенациональную тенденцию, средняя годовая температура в континентальной части США продолжила тенденцию к потеплению, поскольку температура была на 1,5 ° по Фаренгейту выше, чем в 2017 году, 22-й год подряд с температурами выше средних.

Общее количество осадков за 2018 год в континентальной части США было на 4,6 дюйма выше среднего, что стало самым влажным за последние 35 лет. Средний показатель по стране был обусловлен экстремальными погодными явлениями на Восточном побережье, где в девяти штатах выпало рекордное количество осадков.Однако Калифорния отличалась от Восточного побережья, поскольку в Южной Калифорнии продолжались засушливые условия с температурами выше средних и осадками ниже нормы. Северная Калифорния также начала 2018 год с более высоких температур и снежного покрова ниже нормы, но поздние весенние штормы, называемые атмосферными реками, способствовали общему количеству осадков в регионе.

Атмосферные реки — это длинные узкие полосы влаги из тропиков, которые вызывают огромные ливневые ураганы. В среднем Калифорния получает около 75 процентов годового количества осадков с ноября по март, причем эти атмосферные реки обеспечивают до половины годового количества осадков в штате и почти 40 процентов снежного покрова Сьерра-Невады.Однако показатели снежного покрова, измеренные 1 апреля 2018 года, по-прежнему составляли всего 58 процентов от среднего значения за 2018 год. Период с декабря по февраль стал пятым по величине засушливым периодом в истории водораздела Сакраменто, периодом, который обычно должен быть самым влажным временем года.

Засушливые годы в Калифорнии с 2012 по 2016 год создали условия для очень сухой растительности, за которыми последовал влажный год выше среднего в 2017 году. Это способствовало быстрому росту трав и подлеска, которые в конечном итоге стали топливом для рекордных пожаров во второй половине 2017 года. ; рекорды, которые будут увенчаны еще более разрушительными лесными пожарами в 2018 году, когда в штат вернутся более сухие условия.

В результате пожара в комплексе Mendocino в июле 2018 года было уничтожено более 450000 акров, что превосходит предыдущий рекордный рекорд Thomas Fire в 280 000 акров всего шесть месяцев назад. Пожар комплекса Мендосино охватил около 700 квадратных миль и сжег 280 строений в графствах Колуса, Гленн, Лейк и Мендосино. Также в июле пожар Карр в округах Шаста и Тринити охватил почти 230 000 акров, в значительной степени разрушив город Кесвик и более 1600 строений. Самый разрушительный пожар в Калифорнии произошел в ноябре, когда пожар в лагере в округе Бьютт распространился на более чем 150 000 акров.В результате пожара в лагере был разрушен город Парадайз, в результате чего погибло 85 человек и было потеряно более 18 000 построек.

Пожар в лагере повлиял на качество воздуха в прилегающих регионах, поскольку дым распространился по Центральной долине. В столичном округе управления качеством воздуха Сакраменто было зарегистрировано 13 нездоровых дней подряд, связанных с соблюдением правил экономии воздуха. Показатели качества воздуха с уровнями PM 2,5 достигли пика 314 за 24-часовой период четверга, 15 ноября 2018 года, что является вторым по величине с 2003 года.Показания PM 2,5 во многих районах Сакраменто превысили 400 в ночные часы из-за низких слоев инверсии, слабого ветра и низких температур.