Работа электрического заряда: Работа электрического поля по перемещению заряда. Потенциал. Разность потенциалов электрического поля. Эквипотенциальные поверхности.

Содержание

Работа электрического поля при перемещении заряда

Лекция 12
3. Электричество
3.1. Электростатика
Работа электростатического поля при перемещении
заряда. Потенциальное поле. Циркуляция вектора
напряженности. Разность потенциалов. Потенциал.
Потенциал поля точечного заряда, системы зарядов.
Связь напряженности и разности потенциалов.
Градиент потенциала. Эквипотенциальные
поверхности. Потенциал заряженных сферической
поверхности, цилиндра, плоскости, двух плоскостей.
Работа электрического поля при перемещении заряда
Определим работу по перемещению
пробного заряда q в поле, созданным
зарядом Q, из точки 1 в точку 2.
dA F dl cos qE dl cos
2
2
A qE dl cos
1
qQ
1
qQ
4 0 r
2
dr
qQ
A
2
4 0 1 r
4 0
2
dr
1 1
r1 r2
Потенциальное поле
В электростатическом поле работа перемещения заряда между
двумя точками не зависит от формы пути, соединяющего эти точки.
Такое поле называется потенциальным, а силы, действующие в
нем, консервативными.
При перемещении заряда по замкнутому контуру
работа равна нулю!
Теорема о циркуляция вектора напряженности
Циркуляция вектора напряженности электростатического поля по
любому замкнутому контуру равна нулю.
qQ 1 1
A
4 0 r1 r2
Разность потенциалов
A
E
d
l
E
dl
cos
0
l
l
q
Разностью потенциалов (или электрическим напряжением) между
двумя точками в данном электрическом поле называется работа,
совершаемая силами поля при перемещении единичного
положительного заряда из точки 1 в точку 2.
A
Q
( 1 2 ) U
q 4 0
1 1
r1 r2
Поскольку эта величина не зависит ни от заряда, ни от формы пути,
т.е. зависит только от поля, она может являться его
характеристикой, более удобной, чем напряженность поля:
1) Величина скалярная, а не векторная;
2) Легко измеряется разнообразными методами и приборами;
3) Зная потенциал точки, можно найти и вектор напряженности.
Физический смысл имеет только разность потенциалов, или
напряжение, между 2 точками поля, т.к. работа определена
только тогда, когда заданы 2 точки – начало и конец пути.
Когда говорят о напряжении в конкретной точке, на самом деле
также имеют в виду разность потенциалов между 2 точками, но
подразумевают, что вторая точка заранее выбрана «на
бесконечности» — на таком расстоянии, где электрическое поле
уже не чувствуется.
Поскольку внутри Земли, как и других проводящих тел, поля не
бывает, второй точкой почти всегда служит поверхность Земли.
Единица разности потенциалов
Разностью потенциалов в 1 вольт (В) называется такая разность
потенциалов между 2 точками, когда при перемещении заряда в
1 Кл из одной точки в другую совершается работа в 1 Дж.
A 1 Джоуль
( 1 2 ) U
1 Вольт
q 1 Кулон
Связь разности потенциалов и потенциальной энергии
Работа потенциальных сил может быть представлена как убыль
потенциальной энергии:
qQ 1 1
q( 1 2 )
A W (W2 W1 ) W1 W2
4 0 r1 r2
Потенциал
Потенциалом называется скалярная физическая величина,
характеризующая потенциальную энергию, которой обладает
заряд в данной точке поля, и числено равная энергии единичного
положительного заряда в этой точке.
На бесконечно большом расстоянии заряды не взаимодействуют,
поэтому потенциальная энергия при r обращается в нуль.
Потенциал данной точки численно равен работе, которую нужно
совершить, чтобы переместить единичный положительный заряд из
бесконечности в данную точку поля.
W
Потенциал поля точечного заряда
W
1 Q
q 4 0 r
q
W q
Потенциал положительного заряда (q > 0)
положителен, отрицательного – отрицателен.
Потенциал поля системы зарядов
Потенциал результирующего поля системы зарядов равен
алгебраической сумме потенциалов, создаваемых отдельными
точечными зарядами.
n
n
i 1
i 1
W Wi q i
n
i 1 2 n
i 1
Связь между потенциалом и напряженностью
d
d
El
dA q d q
dA qE dl qEl dl
dl
dl
dl
Градиент потенциала
Напряженность электрического поля в данной точке равна по
величине и противоположна по направлению градиенту потенциала.
grad
E Ex E y Ez
x y z
Однородное поле
Напряженность электрического поля численно равна изменению
потенциала (напряжению) на единице длины силовой линии.
E
1 2
l
U
l
В Дж 1 н м 1 н
м Кл м Кл м Кл
Т.к. E > 0 если 1 > 2 , то напряженность электрического поля
всегда направлена в сторону быстрейшего убывания потенциала.
Чем меньше меняется потенциал на расстоянии l, тем меньше
напряженность (если не меняется совсем, то E = 0).
Эквипотенциальные поверхности
При перемещении заряда под углом 90 к силовым линиям поле
работы не совершает, так как сила перпендикулярна перемещению.
Поэтому:
Все точки воображаемой поверхности, проведенной
перпендикулярно к силовым линиям, имеют один и тот же
потенциал. Поверхности равного потенциала называют
эквипотенциальными.
Для однородного поля эквипотенциальные поверхности –
плоскости, для точечного заряда – концентрические сферы.
1. Потенциал заряженной сферической поверхности
+
Найдем разность потенциалов между равномерно
заряженной сферической поверхностью радиусом
R и любой точкой электрического поля вне этой
поверхности:
+
+
E
+
+
+
1
q
4 0 r 2
d E dr
2
+
r
dr
4 0 r 2
r
dr
d R E dr 4 0 R r 2
R
1 1
R r
4 0 R r
q
При
r
q
q
1
q
R
4 0 R
Так как поле внутри сферы отсутствует, получается, что весь ее
объем эквипотенциален:
d
E
dr
0
const R
Т.е. потенциал поля внутри равномерно заряженной сферы равен
потенциалу на ее поверхности.
если r R
0,
E
1
1
q
, если r R
2
4 0 r
q
,
4 0 R
если r R
1
q
, если r R
4 0 r
Зависимость потенциала от расстояния вне сферы такая же, как у
точечного заряда. Внутри сферы потенциал такой же, как на ее
поверхности.
2. Потенциал поля бесконечно протяженного цилиндра
Найдем разность потенциалов между двумя точками поля,
отстоящими на расстояния r1 и r2 , причем r2 r1 R :
E
1
dr
d E dr
2 0 r
2 0 r
2
r2
r2
R
1
1
dr
d r E dr 2 0 r r
1 2
r
ln 2
2 0 r1
3. Потенциал поля бесконечно протяженной плоскости
Найдем разность потенциалов между двумя точками поля,
отстоящими на расстояния r1 и r2 от плоскости (r2 r1 ) :
E
2 0
d E dr
2
r2
R
r1
dr
2 0
d E dr
dr
2 0 r
r2
1
1 2
(r2 r1 )
2 0
4. Потенциал между двумя протяженными плоскостями
Найдем разность потенциалов между двумя плоскостями,
отстоящими друг от друга на расстоянии d r2 r1 :
–σ

E
0
d E dr
2
r2
R
r1
dr
0
d E dr
1
d
2
dr
0 r
r2
1
1 2
(r2 r1 )
d
0
0

Метадическая разработка урока :»Работа электрического поля при перемещении заряда.»

 

Тема урока :Работа электрического поля при перемещении заряда.

 

Рассмотрим работу электрического поля 

Рассмотрим ситуацию: заряд q0 попадает в электростатическое поле. Это электростатическое поле тоже создается каким-то заряженным телом или системой тел, но нас это не интересует. На заряд q0 со стороны поля действует сила, которая может совершать работу и перемещать этот заряд в поле.

 Работа электростатического поля не зависит от траектории. Работа поля при перемещении заряда по замкнутой траектории равна нулю. По этой причине силы электростатического поля называются 

консервативными, а само поле называется потенциальным.

Потенциал

Система «заряд — электростатическое поле» или «заряд — заряд» обладает потенциальной энергией, подобно тому, как система «гравитационное поле — тело» обладает потенциальной энергией.
Физическая скалярная величина, характеризующая энергетическое состояние поля называется потенциалом данной точки поля. В поле помещается заряд q, он обладает потенциальной энергией W. Потенциал — это характеристика электростатического поля.
 . Потенциальная энергия равна нулю, когда тело находится на земле. А когда тело поднимают на некоторую высоту, то говорят, что тело обладает потенциальной энергией.

Касательно потенциальной энергии в электричестве, то здесь нет нулевого уровня потенциальной энергии. Его выбирают произвольно. Поэтому потенциал является относительной физической величиной.
В механике тела стремятся занять положение с наименьшей потенциальной энергией. В электричестве же под действием сил поля положительно заряженное тело стремится переместится из точки с более высоким потенциалом в точку с более низким потенциалом, а отрицательно заряженное тело — наоборот.
Потенциальная энергия поля — это работа, которую выполняет электростатическая сила при перемещении заряда из данной точки поля в точку с нулевым потенциалом.
Рассмотрим частный случай, когда электростатическое поле создается электрическим зарядом Q. Для исследования потенциала такого поля нет необходимости в него вносить заряд q. Можно высчитать потенциал любой точки такого поля, находящейся на расстоянии r от заряда Q.
 Диэлектрическая проницаемость среды имеет известное значение (табличное), характеризует среду, в которой существует поле. Для воздуха она равна единице.

Разность потенциалов

Работа поля по перемещению заряда из одной точки в другую, называется разностью потенциалов

Эту формулу можно представить в ином виде
 Эквипотенциальная поверхность (линия) — поверхность равного потенциала. Работа по перемещению заряда вдоль эквипотенциальной поверхности равна нулю.

Напряжение

Разность потенциалов называют еще электрическим напряжением при условии, что сторонние силы не действуют или их действием можно пренебречь.
Напряжение между двумя точками в однородном электрическом поле, расположенными по одной линии напряженности, равно произведению модуля вектора напряженности поля на расстояние между этими точками.
 От величины напряжения зависит ток в цепи и энергия заряженной частицы.

Принцип суперпозиции

Потенциал поля, созданного несколькими зарядами, равен алгебраической (с учетом знака потенциала) сумме потенциалов полей каждого поля в отдельности

 

Работа электрического поля по перемещению заряда

На любой заряд, который находится в электрическом поле, воздействует сила. В связи с этим при передвижении заряда в поле происходит определенная работа электрического поля. Как же произвести расчет этой работы?

Работа электрического поля состоит в переносе электрозарядов вдоль проводника. Она будет равняться произведению напряжения, силы тока и времени, потраченного на работу.

Применив формулу закона Ома, мы можем получить несколько различных вариантов формулы для проведения подсчета работы тока:

A = U˖I˖t = I²R˖t = (U²/R)˖t.

В соответствии с законом сохранения энергии работа электрического поля равняется изменению энергии отдельно взятого участка цепи, в связи с чем энергия, выделяемая проводником, будет равняться работе тока.

Выразим в системе СИ:

[А] = В˖А˖с = Вт˖с = Дж

1 кВт˖час = 3600000 Дж.

Проведем опыт. Рассмотрим передвижение заряда в одноименном поле, которое образовано двумя параллельно расположенными пластинами А и В и заряженными разноименными зарядами. В таком поле силовые линии на всем своем протяжении перпендикулярны этим пластинам, и когда пластина А будет заряжена положительно, тогда напряженность поля Е будет направлена от А к В.

Предположим, что позитивный заряд q передвинулся из точки a в точку b по произвольному пути ab = s.

Так как сила, которая действует на заряд, который находится в поле, будет равняться F = qE, то работа, совершенная при передвижении заряда в поле согласно заданному пути, определится по равенству:

A = Fs cos α, или A = qFs cos α.

Но s cos α = d, где d – дистанция между пластинами.

Отсюда следует: A = qEd.

Допустим, теперь заряд q переместится из a и b по сути acb. Работа электрического поля, совершенная на этом пути, равняется сумме работ, совершенных на отдельных участках его: ac = s₁, cb = s₂, т.е.

A = qEs₁ cos α₁ + qEs₂ cos α₂,

A = qE(s₁ cos α₁ + s₂ cos α₂,).

Но s₁ cos α₁ + s₂ cos α₂ = d, а значит, и в данном случае A = qEd.

Кроме того, предположим, что заряд q передвигается из a в b по произвольной кривой линии. Чтобы подсчитать работу, совершенную на данном криволинейном пути, необходимо расслоить поле между пластинами А и В некоторым количеством параллельных плоскостей, которые будут настолько близки одна к другой, что отдельные участки пути s между данными плоскостями можно будет считать прямыми.

В таком случае работа электрического поля, произведенная на каждом из данных отрезков пути, будет равняться A₁ = qEd₁, где d₁ — дистанция между двумя сопредельными плоскостями. А полная работа на всем пути d будет равняться произведению qE и суммы расстояний d₁, равной d. Таким образом, и в результате криволинейного пути совершенная работа будет равняться A = qEd.

Примеры, рассмотренные нами, показывают, что работа электрического поля по перемещению заряда из какой-либо точки в другую не зависит от формы пути передвижения, а зависит исключительно от положения данных точек в поле.

Кроме того, мы знаем, что работа, которая совершается силой тяжести при передвижении тела по наклонной плоскости, имеющей длину l, будет равняться работе, которую совершает тело при падении с высоты h, и высоте наклонной плоскости. Значит, работа силы тяжести или, в частности, работа при передвижении тела в поле тяжести, тоже не зависит от формы пути, а зависит только от разности высот первой и последней точек пути.

Так можно доказать, что таким важным свойством может обладать не только однородное, а и всякое электрическое поле. Похожим свойством обладает и сила тяжести.

Работа электростатического поля по перемещению точечного заряда из одной точки в другую определяется линейным интегралом:

A₁₂ = ∫ L₁₂q (Edl),

где L₁₂ – траектория движения заряда, dl – бесконечно малое перемещение вдоль траектории. Если контур замкнутый, то для интеграла используется символ ∫; в этом случае предполагается, что выбрано направление обхода контура.

Работа электростатических сил не зависит от формы пути, а только лишь от координат первой и последней точек перемещения. Следовательно, силы поля консервативны, а само поле – потенциально. Стоит отметить, что работа любой консервативной силы по замкнутому пути будет равняться нулю.

Физика — 11

• Скалярная физическая величина, равная отношению работы электрического поля при переносе электрического заряда из одной точки поля в другую к величине этого заряда, называется разностью потенциалов между этими точками, или напряжением между ними:

U = φ1 — φ2= A
q. (3)

Здесь 1 — φ1) — разность потенциалов. Индексы 1 и 2 указывают на точки поля, между которыми перемещается заряд. Единицей измерения разности потенциалов в СИ является вольт:
[φ1 — φ2] = 1 Дж
Кл
= 1В.

Из выражения (3) можно определить работу поля при перемещении заряда между двумя его точками:

Работа электрического поля при перемещении заряда между двумя его точками равна произведению заряда на разность потенциалов (напряжение) между ними:

A=q(φ12) = qU (4)

Сравнивая (1) и (3), получим формулу, связывающую напряженность и напряжение:

U= A
q= qEd
q = Ed → E = U
d или E = φ12
d. (5)

Напряженность электрического поля направлена от точки поля с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом.

Потенциал электрического поля. Для выражения энергетической характеристики электрического поля в произвольной точке используется физическая величина, называемая потенциалом. Разность потенциалов между любой точкой электрического поля и точкой, принятой за нулевой потенциал, называют потенциалом поля в этой точке. Обычно вычисление потенциала производится относительно бесконечности.

• Потенциал — скалярная величина, численно равная работе поля по перемещению единичного положительного заряда в бесконечность при его отталкивании от положительного заряда q:

φ=φ1= A1→∞
q (6)

Потенциал обозначается символом φ. Единицей измерения потенциала в СИ является вольт: [φ] = 1 Дж
Кл
= 1В.

Потенциальная энергия заряда в электрическом поле. Так как электрическое поле является потенциальным, то к замкнутой системе заряд-электрическое поле можно применить теорему о потенциальной энергии.

• Работа, совершенная в потенциальном поле, равна изменению потенциальной энергии системы, взятому с противоположным знаком:

A = Wп1 — Wп2=-(Wп2-Wп1)=-ΔWп.(7)

Здесь Wп1 и Wп2 — потенциальные энергии заряда в точках 1 и 2 поля (b).

Работа электростатического поля. Потенциал. Эквипотенциальные поверхности

Работа электростатического поля. Потенциал. Эквипотенциальные поверхности

Подробности
Просмотров: 550

Электростатическое поле — это электрическое поле неподвижного заряда.
Сила F эл, действующая на заряд, перемещает его, совершая раборту.
В однородном электрическом поле Fэл = qE — постоянная величина

Работа поля (электрической силы) не зависит от формы траектории и на замкнутой траектории равна нулю.


ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО ТЕЛА В ОДНОРОДНОМ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Электростатическая энергия — потенциальная энергия системы заряженных тел (т.к. они взаимодействуют и способны совершить работу).

Так как работа поля не зависит от формы траектории, то одновременно

Сравнивая формулы работы, получим потенциальную энергию заряда в однородном электростатическом поле

Если поле совершает положительную работу ( вдоль силовых линий ), то потенциальная энергия заряженного тела уменьшается (но согласно закону сохранения энергии увеличивается кинетическая энергия ) и наоборот.

ПОТЕНЦИАЛ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ

-энергитическая характеристика электрического поля.
— равен отношению потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду.
— скалярная величина, определяющая потенциальную энергию заряда в любой точке электрического поля.

Величина потенциала считается относительно выбранного нулевого уровня.

РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ ( или иначе НАПРЯЖЕНИЕ )

— это разность потенциалов в начальной и конечной точках траектории заряда.

Напряжение между двумя точками ( U ) равно разности потенциалов этих точек и равно работе поля по перемещению единичного заряда.

СВЯЗЬ МЕЖДУ НАПРЯЖЕННОСТЬЮ ПОЛЯ И РАЗНОСТЬЮ ПОТЕНЦИАЛОВ

Чем меньше меняется потенциал на отрезке пути, тем меньше напряженность поля.
Напряженность электрического поля направлена в сторону уменьшения потенциала.

ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ

— поверхности, все точки которых имеют одинаковый потенциал

для однородного поля — это плоскость

для поля точечного заряда — это концентрические сферы

Эквипотенциальная поверхность имеется у любого проводника в электростатическом поле, т.к. силовые линии перпендикулярны поверхности проводника.
Все точки внутри проводника имеют одинаковый потенциал ( =0).
Напряженность внутри проводника = 0, значит и разность потенциалов внутри = 0.



Электростатика и законы постоянного тока — Класс!ная физика

Электрический заряд. Электризация. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Единица электрического заряда — Близкодействие и дальнодействие. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей. Силовые линии электрического поля — Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Поляризация диэлектриков
— Потенциальная энергия тела в электростатическом поле. Потенциал электростатического поля и разность потенциалов. Связь между напряженностью электростатического поля и разхностью потенциалов — Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора — Электрический ток. Сила тока. Условия, необходимые для существования электрического тока. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление — Работа и мощность тока

Билет №6

Билет №6

1. Третий закон Ньютона.  В инерциальной системе отсчета силы взаимодействия двух тел равны по модулю и направлены в противоположные стороны. Третий закон отражает факт равноправия взаимодействующих тел.

Свойство тела сохранять свою скорость при отсутствии взаимодействий с другими телами называется инертностью. Физическая величина, являющаяся мерой инертности тела в поступательном движении, называется инертной массой. В механике Ньютона считается, что: а) масса тела равна сумме масс всех частиц (или материальных точек), из которых оно состоит; б) для данной совокупности тел выполняется закон сохранения массы: при любых процессах, происходящих в системе тел, ее масса остается неизменной.

Силой называется векторная физическая векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей.

2. 1.Пусть в электрическом однородном поле с напряженностью вектор Е происходит перемещение заряда по линии напряженности на расстояние дельта d=d1-d2, тогда работа равна A=F(d1-d2)=qE(d1-d2). Из механики известно, что при перемещении между двумя точками в гравитационном поле работа силы тяжести не зависит от траектории движения тела. Силы гравитационного и электростатического взаимодействий имеют одинаковую зависимость от расстояния. Векторы силы направлены по прямой, соединяющей точечные тела. Отсюда следует, что и при перемещении заряда в электрическом поле из одной точки в другую работа сил электрического поля не зависит от траектории движения. Работы сил электростатического поля по замкнутой траектории равна нулю. Поле, работа сил которого по замкнутой траектории равна нулю, называется потенциальным. И гравитационное поле, и поле электростатическое являются потенциальными полями.

При перемещении электрического заряда в электростатическом поле работа сил равна произведению заряда на разность потенциалов начальной и конечной точек траектории движения заряда.. Так как работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки пространства в другую не зависит от траектории движения заряда межу этими точками, то разность потенциалов является величиной, не зависящей от траектории движения заряда. Следовательно, разность потенциалов может служить энергетической характеристикой электростатического поля. Единица разности потенциалов называется вольтом. Если потенциал электростатического поля на бесконечно большом расстоянии от точечного электрического заряда в вакууме принимается равным нулю, то на расстоянии r от заряда он определяется по формуле фи=k/q/r. Отношение работы А, совершаемый любым электрическим полем при перемещении заряда из одной точки поля в другую, к значению этого заряда называется напряжение между этими точками U=A/q. Отсюда работа сил электрического поля при перемещении заряда равна произведению напряжения U между точками на заряд q А=q*U. В электростатическом поле напряжение между двумя любыми точками равно разности потенциалов этих точек. U12=фи1-фи2. Напряжение характеризует электрическое поле, которое создает ток. Напряжение показывает, какую работу совершит электрическое поле при перемещении межу точками поля заряда. N=A/t   A=N*t  U=N*t/q = N/I.  Связь напряжения с напряженностью поля. При перемещении положительного заряда по линии напряженности однородного поля на в 1 Кл расстояние д кулоновская сила совершает работу  A-F*d=qEd   A=U*q  qEd=Uq   U=Ed   E=U/d.Потенциал. Потенциал поля точечного заряда.

Работа при перемещении заряда в однородном электростатическом поле. Однородное поле создают, на­пример,   большие   металлические пластины, имеющие заряды проти­воположного знака. Это поле дей­ствует на заряд  с постоянной силой F=qE.

Пусть пластины расположены вертикально левая пластина В заряжена отрицательно,  а пра­вая  D положительно. Вычислим работу, совершаемую полем  при  пе­ремещении положительного заряда q из точки 1,  находящейся на расстоя­нии d1   от пластины В, в точку 2, расположенную   на   расстоянии d2<d1 от той же пластины.

Точки 1 и 2 лежат на одной силовой линии. На участке пути d=d1d2 электрическое поле совершит поло­жительную  работу: A=qE(d1d2). Эта работа не зависит от формы  траектории. Потенциалом электростатическо­го поля называют отношение

потен­циальной энергии заряда в поле к этому заряду.

Согласно данному определению потенциал равен:

Разность потенциалов. Подобно потенциальной энергии, значение по­тенциала в данной  точке зависит от выбора нулевого уровня для отсчета потенциала. Практическое значение

 имеет не сам потенциал в точке, а изменение потенциала, которое не за­висит от выбора нулевого уровня отсчета потенциала. Так как потенциальная энергия

Wp= то работа равна:

Разность потенциалов равен:

Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками равна отношению работы поля при пе­ремещении заряда из начальной точки в конечную к этому за­ряду.  Разность потенциалов между двумя точками равна единице, если при перемещении заряда в 1 Кл из одной точки в другую электрическое поле совершает работу в 1 Дж. Эту еди­ницу называют вольтом (В).

 

Аккумулятор не хранит заряд, но как это работает?

Да, ток можно описать как движущиеся электрические заряды. Однако неправда, что эти заряды «хранятся в аккумуляторе». Приведу простую аналогию. Если электрический ток подобен воде, то аккумулятор подобен водяному насосу. В сцене выше парень описывает батарею, как если бы это был водяной шар, выбрасывающий воду. Это не так работает.

Если бы вы хотели сказать, что конденсатор накапливает заряд, это было бы нормально.Но в данном случае парень использует батарею, а не конденсатор.

Что такое электродвижущая сила?

Теперь более сложная модель аккумулятора. Во многих учебниках по физике есть подобная модель, но я думаю, что «Материя и взаимодействия» (мой любимый учебник по физике для начинающих) лучше всего объясняет термин «электродвижущая сила». О, «Материя и взаимодействия» также имеет наилучшую связь между электрическими полями и электрическими токами в цепях. Поверьте, если вы не читали этот учебник, посмотрите.

Для этой модели начнем с конденсатора. Да, я знаю, я только что сказал, что конденсатор — это не батарея, но просто подождите. Вот конденсатор с плоскими пластинами, который ни к чему не подключен.

В этом конденсаторе с параллельными пластинами вы можете сделать одну пластину положительной, убрав электроны и поставив другую пластину, сделав ее отрицательной. Как только вы получаете эти заряды на пластинах, между этими пластинами возникает в основном постоянное электрическое поле. Если поле имеет напряженность E и расстояние между пластинами составляет с , то изменение электрического потенциала от одной пластины к другой равно:

Отлично.Но, как я уже сказал, конденсатор — это не батарея. С батареей вы хотели бы, чтобы изменение электрического потенциала было почти постоянным. Если вы подключите лампочку к конденсатору, заряд одной пластины уйдет, чтобы произвести электрический ток. Это уменьшает заряд на пластине и, следовательно, также уменьшает электрический потенциал. Как вы могли бы решить эту проблему? Что, если вы поместите небольшую конвейерную ленту внутрь пластин, и эта лента будет перемещать электроны с положительной пластины на отрицательную?

Да, это не настоящий конвейер — это просто модель.Однако что происходит, когда все больше и больше электронов присоединяется к правой пластине? Да, электрическое поле внутри конденсатора увеличивается. В какой-то момент электрическое поле внутри конденсатора становится достаточно большим, чтобы оно воздействовало на электрон электрической силой с величиной, равной силе, с которой конвейерная лента давит на заряд. Помимо этого заряда (и электрического потенциала на батарее) электроны больше не могут быть перемещены на правую пластину.

Итак, давайте запишем это уравнение.Когда он полностью заряжен, на электрон в середине действуют две силы. Есть электрическая сила от зарядов (я назову это F C ) и есть сила от «батарейки» или чего бы то ни было ( F b ).

Зарядка электромобилей на рабочем месте

При правильном внедрении зарядки на рабочем месте работодатели могут повысить удобство и доступность вождения электромобилей для своих сотрудников.Зарядка на рабочем месте может продемонстрировать лидерство во внедрении передовых технологий.

Работодатели и работники могут найти ресурсы по планированию, организации и проведению успешных и обучающих мероприятий по зарядке на рабочем месте в наборе инструментов для зарядки рабочих мест «Чистые города».

С 2013 по 2017 год Министерство энергетики США (DOE) в рамках программы Workplace Charging Challenge сотрудничало с организациями, которые обязались предоставить своим сотрудникам зарядные станции для электромобилей (PEV).Многие из передовых практик, извлеченных уроков, инструментов и шаблонов, доступных здесь, основаны на достижениях партнеров Challenge.

Оценка и планирование оплаты труда на рабочем месте

Определение того, является ли программа оплаты труда подходящей для организации, часто начинается с оценки интереса сотрудников с помощью опроса. Следующие ресурсы могут помочь работодателям понять, как зарядка на рабочем месте может поддержать их портфель устойчивого развития:

Работодатели должны заранее проконсультироваться со своей коммунальной службой, подрядчиком по электроснабжению, поставщиком зарядного оборудования и другими заинтересованными сторонами, чтобы определить и обсудить потенциальные проблемы.Например, необходимо особое внимание при принятии решения о том, предлагать ли зарядку на рабочих местах, расположенных в арендованных помещениях.

Установка зарядки на рабочем месте

Зарядное оборудование подает электроэнергию от источника электроэнергии, такого как сеть или солнечные батареи, к PEV. Уровень 1, уровень 2 и быстрая зарядка постоянным током (DC) предлагают преимущества и требуют различных соображений для зарядки на рабочем месте:

  • Станции Уровня 1 дешевле, чем станции Уровня 2, но они заряжают транспортные средства медленнее и, как правило, могут использоваться только одним транспортным средством в течение стандартного рабочего дня.Дополнительную информацию см. в разделе «Зарядные станции для электромобилей уровня 1 на рабочем месте».

  • Станции уровня 2 чаще всего используются на рабочих местах, и каждый разъем уровня 2 может заряжать более одного автомобиля в день. Часто организациям необходимо установить политику, которая поощряет сотрудников совместно использовать станции и перемещать свои заряженные автомобили через определенное время. Некоторые станции уровня 2 позволяют упростить совместное использование нескольких разъемов, которые позволяют транспортным средствам заряжаться последовательно без необходимости отсоединения или перемещения транспортных средств владельцами.

  • Быстрая зарядка постоянным током может использоваться как часть стратегии, направленной на уменьшение перегрузок при зарядке или на то, чтобы позволить сотрудникам заряжаться за очень короткий промежуток времени. Часто установка станций быстрой зарядки постоянным током является самой дорогой в установке. Узнайте больше из тематического исследования Drive Electric Minnesota
  • .

Работодатели, желающие приобрести зарядную инфраструктуру и предложить зарядку на рабочем месте, также должны учитывать затраты, связанные с оборудованием, установкой, обслуживанием и электричеством. Расходы, связанные с оборудованием для снабжения электромобилей нежилыми помещениями, предоставляет информацию о расходах, связанных с приобретением, установкой и владением оборудованием.Федеральные, государственные и муниципальные стимулы могут предоставлять скидки, которые снижают затраты на оплату труда на рабочем месте.

Оценивая цели и потребности, работодатели могут выбрать лучшее решение для рабочего места. Найдите доступные варианты зарядного оборудования с помощью ресурса Plug In America Get Equipped или веб-сайта GoElectricDrive, а также ознакомьтесь с запросом руководства Министерства энергетики США по зарядке на рабочем месте.

Управление зарядкой на рабочем месте

Организации, предлагающие зарядку электромобилей (PEV) на рабочем месте, могут извлечь выгоду из установления четких правил в области администрирования, регистрации и ответственности, совместного использования и ценообразования, чтобы обеспечить безопасную и успешную зарядку на рабочем месте.Для организаций, предлагающих зарядку от зарядных розеток уровня 1 или стенных розеток, следует учитывать важные политики безопасности и управления уровня 1.

Администрация

Первым шагом к успешному администрированию зарядки на рабочем месте является назначение лица или группы лиц, ответственных за текущую эксплуатацию и техническое обслуживание зарядных станций, а также любые связанные с этим расходы. В более крупных организациях операциями по зарядке на рабочем месте обычно занимается менеджер по устойчивому развитию или объекту; однако в небольших организациях, где таких должностей может не быть, может быть неясно, кто несет непосредственную ответственность.Убедившись, что все соответствующие отделы и отдельные лица знают, кто отвечает за администрирование и обеспечение соблюдения программы, работодатели смогут решать проблемы быстро и эффективно.

Дополнительные сведения об администрировании зарядки см. в разделе «Другие соображения» на странице «Закупка и установка инфраструктуры зарядки». Дополнительные области, которые следует учитывать при разработке политик администрирования взимания платы на рабочем месте, включают:

  • Доступ к зарядке — Некоторые работодатели могут решить разрешить использование зарядных станций только сотрудникам, в то время как другие разрешают использовать их посетителям в определенные часы дня (см.S. Образец политики взимания платы на рабочем месте Министерства энергетики (DOE) для дополнительных соображений). Работодатели могут увеличить использование зарядных станций, заряжая транспортные средства в ночное время или разрешая общественную зарядку в нерабочее время.

  • Правоприменение и безопасность – Руководству следует определить, кто отвечает за соблюдение политики взимания платы на рабочем месте. Варианты могут включать дежурных в гараже, персонал службы безопасности или самоконтроль сотрудников. При рассмотрении вариантов правоприменения и обеспечения безопасности работодатели также могут подумать о том, как предотвратить вандализм и кражу зарядных станций в нерабочее время, когда указанный правоприменительный персонал может быть недоступен.

Регистрация и ответственность

Многие организации требуют, чтобы сотрудники, управляющие PEV, зарегистрировали свое транспортное средство, а некоторые требуют, чтобы они подписали стандартный отказ от прав. Примеры включают:

  • Регистрация . Многие работники должны зарегистрировать PEV у своего работодателя посредством внутренней регистрации или оформления билетов. Эта регистрация позволяет работодателю точно подсчитывать количество и тип транспортных средств, которые активно используют зарядные станции на рабочем месте.Регистрационная форма может содержать формулировку, требующую от владельцев транспортных средств согласия не возлагать на работодателя ответственность за любой ущерб, нанесенный транспортному средству, когда он припаркован на зарядной станции. В зависимости от зарядной станции или поставщика услуг зарядки работодателю также может потребоваться настроить учетную запись в сети зарядки и получить карты доступа или брелоки для сотрудников.

  • Отказ от ответственности . Некоторые работодатели также требуют, чтобы их сотрудники, управляющие PEV, подписали стандартный отказ от ответственности или пользовательское соглашение.Эти документы предусматривают, среди прочего, что работник берет на себя ответственность за любые риски, связанные с использованием зарядных станций на рабочем месте. Некоторые работодатели могут потребовать, чтобы все сотрудники, использующие их парковочные места, подписали форму ответственности за парковку. В этом случае проще добавить язык, относящийся к начислению платы, чем создавать отдельную форму. Работодателям настоятельно рекомендуется проконсультироваться со своим юрисконсультом относительно потенциальной ответственности, связанной с зарядными станциями на рабочем месте.

Совместное использование станций

Работодатели должны рассмотреть возможность разработки политики, определяющей, что должны делать сотрудники, когда необходимо зарядить больше PEV, чем доступно зарядных станций. При создании политик совместного использования зарядных станций руководство должно учитывать, как далеко сотрудники добираются до работы и какие типы электромобилей они водят. Размер аккумуляторной батареи автомобиля и уровень заряда (от почти разряженного до почти полного) будут влиять на время, необходимое для перезарядки.Например, работодатели могут отдавать предпочтение водителям полностью электрических транспортных средств, которым требуется зарядка на рабочем месте для выполнения ежедневных поездок на работу.

Важно убедиться, что водители PEV осведомлены о том, кто обеспечивает соблюдение политики, а также о последствиях несоблюдения заявленной политики взимания платы. Существует множество стратегий управления совместным использованием зарядных станций, в том числе:

  • Назначение — Для организаций с большим количеством зарядных станций, чем водителей PEV, назначьте одного сотрудника на зарядную станцию.Для организаций с меньшим количеством станций, чем у водителей PEV, назначьте двух «приятелей для зарядки» на каждую станцию. Эти «приятели по зарядке» ежедневно координируют свою зарядку. В качестве альтернативы назначьте двух сотрудников для каждой точки зарядки, но предоставьте одному доступ к зарядке утром, а другому — днем.

  • Система бронирования — используйте внутренний общий календарь или другой инструмент бронирования. Эта система позволяет сотрудникам бронировать доступ к зарядке аналогично тому, как сотрудники бронируют конференц-залы.

  • Ограничение по времени — Используйте строго соблюдаемую политику ограничения по времени, чтобы обеспечить совместное использование зарядных станций на рабочих местах сотрудниками. Политика ограничения времени может быть применена несколькими способами. Например, работодатели могут запрограммировать программное обеспечение зарядной станции на бесплатную зарядку до четырех часов, после чего с пользователя будет взиматься плата в размере 10 долларов в час. Другие работодатели могут иметь аналогичное максимальное время зарядки в четыре часа. Хотя большинство из них не взимают плату, они поощряют водителей добровольно перемещать свой автомобиль.Если водители не соблюдают эту политику в трех отдельных случаях, их право на взимание платы может быть приостановлено.

  • Самоуправляемый сотрудник — Обеспечьте хорошую коммуникационную платформу, такую ​​как специальный форум в интрасети или список рассылки электронной почты для водителей PEV. Эти коммуникационные платформы позволяют сотрудникам сообщать друг другу, нужна ли им зарядка или что зарядка завершена и место для зарядки свободно. Сотрудники самоуправляемой системы зарядки заряжают свои транспортные средства в порядке очереди и часто соглашаются с правилом, что только PEV, которые активно заряжаются, могут использовать парковочное место, связанное со станцией.Даже в самоуправляемой программе зарядки на рабочем месте очень важно, чтобы у участников был назначенный контактный пункт руководства, с которым можно координировать свои действия, если у пользователей возникают проблемы с оборудованием или поведением коллег.

Цены

Работодатели, которые обеспечивают зарядку на рабочем месте, должны решить, будут ли сотрудники платить за использование зарядной станции и каким образом. Многие существующие программы зарядки на рабочем месте бесплатны для сотрудников. Однако сборы могут помочь компенсировать капитальные и эксплуатационные расходы, связанные с взиманием платы на рабочем месте.Это также может повысить восприятие справедливости, поскольку не все сотрудники могут использовать зарядку PEV. Дополнительную информацию см. в разделе «Сборы» на странице «Эксплуатация и обслуживание инфраструктуры зарядки».

Если работодатель вводит платежную систему, важно разработать структуру оплаты, которая не является серьезным препятствием для использования. Фактически, структура платы может помочь уменьшить загруженность зарядных станций. Рекомендуется взимать плату с сотрудников по ставкам, немного превышающим местные тарифы на электроэнергию для жилых помещений, поскольку это позволяет людям, которые не могут заряжать дома, пользоваться экономическими преимуществами вождения на электричестве, в то же время отговаривая тех сотрудников, которым действительно не нужно заряжать электроэнергию на работе, занимать станции.

Важно, чтобы работодатели выбрали подходящий для них сценарий и четко изложили политику в соответствующих учебных материалах для сотрудников. Важно иметь последовательную политику в случае взимания платы за PEV, потому что сотрудники учитывают эти ожидаемые затраты (или их отсутствие) при принятии решения о покупке PEV. Работодатели должны проконсультироваться со своим бухгалтером или финансовым директором, чтобы определить любые налоговые последствия предоставления бесплатной оплаты работникам.

Уровень 1 Политики безопасности и управления

Организации, предлагающие зарядку PEV от зарядных розеток уровня 1 или стенных розеток, могут обеспечить безопасную и успешную зарядку на рабочем месте, приняв во внимание следующие политики безопасности и управления:

  • Зарядные розетки уровня 1 должны соответствовать Национальным электротехническим нормам и правилам для безопасной зарядки электромобилей и должны соответствовать местным строительным нормам и правилам (узнайте о соответствующих нормах и стандартах на странице ресурсов по нормам и стандартам).Работодатели должны подтвердить, что зарядная розетка уровня 1 является розеткой Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA) коммерческого класса, подключенной к специальному автоматическому выключателю. Розетки с прерывателем цепи замыкания на землю, которые защищают от поражения электрическим током, необходимы для использования вне помещений. Кроме того, рекомендуется попросить электрика осмотреть зарядную розетку уровня 1 и убедиться, что она находится в хорошем состоянии, прежде чем использовать ее для зарядки. См. раздел «Другие соображения» на странице «Закупка и установка инфраструктуры зарядки» для получения дополнительной информации о соответствии, разрешениях и проверках.

  • Работодатели должны ознакомиться с рекомендациями по установке зарядных устройств уровня 1 в соответствии с Законом об американцах-инвалидах (ADA). Требования Закона об американцах-инвалидах Министерства энергетики США к зарядным устройствам на рабочем месте содержат дополнительную информацию об обеспечении доступности оборудования для зарядки на рабочем месте.

  • При определении высоты выпускного отверстия уровня 1 работодателям рекомендуется учитывать вес шнура и типичную длину шнура.Следует избегать нагрузки на зарядную розетку уровня 1 или шнур, когда шнур висит в воздухе.

  • Ежегодно проверяя свои зарядные розетки уровня 1, работодатели могут убедиться, что устройства работают и могут безопасно работать.

Вовлечение сотрудников

После того, как на работе станет доступна зарядка, работодатели могут захотеть привлечь сотрудников к тому, как они могут воспользоваться этим преимуществом. Информационные ресурсы Министерства энергетики США по PEV для ваших сотрудников предлагают советы по обучению сотрудников тому, почему и как они могут воспользоваться преимуществами взимания платы на рабочем месте.Мероприятия по вождению также могут быть эффективным способом познакомить сотрудников с PEV и зарядкой на рабочем месте.

Ниже приведены несколько примеров того, как организации сделали доступной оплату труда для своих сотрудников:

  • Местные предприятия. Узнайте, как три небольшие компании — Hollywood Woodwork, MOM’s Organic Market и Posty Cards — успешно установили зарядные станции для своих сотрудников.

  • Кампусы университетов. Узнайте, как высшие учебные заведения продвигают внедрение PEV преподавателями, сотрудниками и студентами.

  • Медицинские учреждения. Узнайте, как больницы и другие организации здравоохранения улучшают качество местного воздуха, способствуя внедрению PEV для сотрудников.

  • Utilities Power Change – узнайте, как Государственная электроэнергетическая и газовая компания Нью-Джерси и подразделение Georgia Power компании Southern Company запускают программы зарядки на рабочем месте для своих коммерческих клиентов.

  • Федеральные агентства. Узнайте о соображениях по взиманию платы на федеральных рабочих местах, а также о примерах федеральных агентств, которые сделали это.

Как работает электричество? | Источник обучения

Мы используем электричество каждый день (почти) для всего. От зарядки мобильного телефона до принятия горячей ванны и просмотра любимых сериалов по телевизору — электричество есть практически везде. Однако большинство из нас, вероятно, не могли четко ответить на вопрос: «Как работает электричество ? » 

В этой статье мы дадим вам четкое представление о том, что такое электричество, а также некоторые интересные факты, в том числе о том, сколько ватт требуется вашим повседневным приборам.

Как работает электричество?  

Сама концепция электричества основана на движении электронов. Когда вы заставляете электроны двигаться синхронно, они в конечном итоге выделяют тепло, которое превращает провод, по которому они движутся, в магнит.

Britannica описывает электричество как явление, связанное с неподвижными или движущимися электрическими зарядами. Каждый электрический заряд является фундаментальным свойством материи, переносимой элементарными частицами.

Для электричества эта элементарная частица представляет собой электрон с отрицательным зарядом, который передается следующему электрону обычным методом. Итак, когда мы говорим о том, как работает электричество, это, по сути, результат накопления или движения определенного количества электронов. Более того, электричество движется по замкнутому контуру, по которому движутся электроны.

Поясним это на примере.

Представьте, что вы щелкаете выключателем, чтобы включить свет.Что вы делаете? Вы в основном замыкаете цепь. Применяя ту же логику, когда вы выключите выключатель, вы разомкнете цепь.

Теперь, когда вы замыкаете цепь, поток электричества от электрических проводов проходит через них через свет, и наоборот. Точно так же та же логика применяется, когда вы заряжаете свой телефон, включаете телевизор или работаете с любым другим устройством.

Кроме того, электричество принимает различные формы, такие как вода, уголь, ветер, солнечная энергия, гидроэлектроэнергия и ядерная энергия.  

Как производится электричество и из чего оно состоит?  

источник

Немногие знают, что электричество на самом деле является вторичным источником энергии — то, что вы получаете от преобразования других первичных источников энергии, таких как природный газ, уголь, атомная энергия, нефть и так далее. Интересно, что эти первичные источники энергии могут быть как возобновляемыми, так и невозобновляемыми, но само электричество не является ни тем, ни другим.

Электричество состоит из строительных блоков, называемых атомами, поэтому вам необходимо понять, как ведут себя атомы и, самое главное, как ведут себя электроны.

У каждого атома есть ядро, состоящее из протонов и нейтронов, а электроны — это заряженные частицы, которые вращаются вокруг ядра в оболочках. Поскольку протоны имеют положительный заряд, а электроны — отрицательный, они притягиваются друг к другу. Это удерживает оба заряда равными, что, в свою очередь, удерживает атом в равновесии. Итак, положительный заряд протона равен отрицательному заряду электрона.

Нейтроны не имеют электрического заряда, и поэтому они не играют активной роли, когда дело доходит до балансировки атома.

Понимание связи между протонами и электронами  

E лектроны сильно притягиваются к протонам. Но электроны в самой внешней оболочке не имеют такого сильного притяжения к протонам по сравнению с электронами в ближайших оболочках.

Слабо притягивающиеся электроны могут быть вытолкнуты с орбиты, что, в свою очередь, заставляет их переходить от одного атома к другому. Именно эти движущиеся электроны и есть электричество.

Электричество состоит из электронов. Но с технической точки зрения именно поток электрического заряда как форма электричества создает поток электрического тока.

Напомним, движение ряда электронов создает магнитные поля, которые запускают формирование электрических зарядов.

Проводящие материалы, которые используются для переноса электрического заряда, такие как медная проволока, имеют поток электронов с отрицательным зарядом. Это помогает проводить электричество, придавая потоку электронов целевое направление, позволяя им двигаться равномерно, одновременно создавая положительный заряд, известный как электрический ток.

Чтобы создать электричество, вам нужно правильно обуздать этот поток электрического тока, а затем направить его вместе с проводящим материалом.

Как измеряется электроэнергия? В каких единицах?

Измерение электричества и электрических единиц взаимосвязано. Вскоре вы поймете, что это значит.

Первой единицей измерения электрического тока в международной системе единиц является ампер или ампер (А). Он обозначает количество электронов (также известный как электрический ток), которые проходят через электрическую цепь в данный момент времени.

Далее следует вольт (В), который является мерой силы, толкающей электрон через электрическую цепь. Эта сила также известна как разность электрических потенциалов. Когда мы определяем напряжение, мы рассчитываем потенциал движения энергии. По сути, более низкое напряжение соответствует более низкой силе, а высокое напряжение означает более высокую силу.

Для измерения электричества необходимо также измерить электрическое сопротивление, которое выражается в омах (Ом). Как уже упоминалось, медная проволока является проводящим материалом, и, поскольку она имеет минимальное сопротивление, она обеспечивает легкий поток электронов.Именно поэтому медь является хорошим проводником электричества, имея низкое сопротивление.

Итак, вот оно: вам нужны ампер, вольт и ом для измерения электричества.

Что касается взаимосвязи между тремя понятиями, то один ампер эквивалентен величине тока, создаваемого силой в 1 В, действующей через сопротивление в 1 Ом.

Теперь медленно прочитайте это еще раз, мы знаем, что это немного сложно.

Обсуждение того, как измерять электричество, останется неполным, если вы не упомянете ватты (Вт), которые являются мерой мощности.Названная в честь шотландского изобретателя Джеймса Ватта, эта единица измерения показывает скорость выполнения работы.

Если вы подумаете об лампочке (созданной другим известным изобретателем, Томасом Эдисоном), вы поймете, как она светит ярче, когда вы увеличиваете подаваемую электрическую мощность, что также приводит к более высокой мощности. Лампа мощностью один ватт преобразует один джоуль электрической энергии в секунду.

При измерении электричества последней единицей, которую вы должны знать, является кулон, который представляет собой количество заряда, протекающего при силе тока в один ампер.

Другими словами, 1 ампер = 1 кулон в секунду

Почему электричество так важно?  

Мы почти уверены, что никто не станет спорить с важностью электричества. Учитывая неудобства, связанные даже с кратковременным отключением электроэнергии, жизнь без электричества практически немыслима. В конце концов, это необходимая форма энергии, которую мы используем на протяжении всей жизни, будь то отопление, освещение, транспорт или развлечения.

На самом деле, нам нужно электроэнергии для более зеленой и чистой Земли .

От вращающихся лопастей ветряных турбин до солнечной энергии и направления пара к геотермальным электростанциям — все остановилось бы при отсутствии электричества. Если вы хотите пользоваться возобновляемыми источниками энергии, вам необходимо обеспечить стабильное электроснабжение.

Откуда берется энергия?  

В Соединенных Штатах Америки тремя основными источниками производства электроэнергии являются уголь, нефть и природный газ . Но это может отличаться в зависимости от части мира, в которой вы живете.Например, гидроэнергетика является основным источником электроэнергии в Канаде, а во Франции электроэнергия в основном вырабатывается за счет ядерной энергии.

К счастью, растущая осведомленность об альтернативных источниках энергии привела к тому, что дома и предприятия используют энергию ветра и солнечную энергию. Атомные электростанции, биомасса и гидроэлектростанции также используются для производства электроэнергии.

Чтобы узнать больше о вашем источнике электроэнергии, вы можете обратиться к своему поставщику энергии.

Почему электричество не является источником энергии?  

Если вы вспомните, как мы описывали электричество ранее, вы поймете, что это способ транспортировки энергии из одного места в другое. Таким образом, электричество является не источником энергии само по себе, а скорее вторичным источником энергии.

Давайте обсудим это с помощью энергии ветра.

Именно поток ветра приводит в действие турбины, которые подключены к электрогенератору, вырабатывающему электричество.Таким образом, как только электричество вырабатывается и транспортируется, энергия преобразуется в другие формы энергии. Это также соответствует первому закону термодинамики, что его нельзя создать или разрушить.

Потенциальная энергия, хранящаяся в возобновляемых и невозобновляемых источниках энергии, преобразуется в электричество, которое затем помогает питать электрические устройства, транспортные средства и другие вещи.

Определение потребления электроэнергии  

Очень важно знать общее потребление электроэнергии обычными бытовыми приборами.Ведь чем выше потребление электроэнергии, тем больше вам придется платить. Ниже мы составили список потребления электроэнергии для нескольких распространенных электронных устройств.

Сколько электроэнергии потребляет телевизор?  

Как правило, большинство телевизоров потребляют от 120 до 170 Вт в зависимости от размера устройства и используемой технологии.

Например, 42-дюймовый ЖК-дисплей потребляет 120 Вт, а 50-дюймовый ЖК-дисплей — 150 Вт. Но когда вы меняете технологию, для работы 42-дюймового плазменного телевизора потребуется 220 Вт, а для 50-дюймовой плазмы — 300 Вт.

Сколько электроэнергии потребляет компьютер?  

Диапазон потребления электроэнергии настольным компьютером составляет около 200 Вт, и, опять же, в зависимости от типа используемого устройства потребление электроэнергии будет различаться.

Сколько электроэнергии потребляет лампочка?  

Чтобы узнать количество электроэнергии, потребляемой лампочкой, вам нужно посмотреть на количество ватт на ее упаковке. У вас могут быть лампочки мощностью 100 Вт, а также лампы мощностью 60 Вт.Более того, в то время как для светодиодной лампочки требуется 18 Вт, для люминесцентных ламп требуется около 36 Вт.

Сколько электроэнергии потребляет печь?  

Духовки бывают всех форм и размеров — некоторые предназначены для коммерческих кухонь, а другие предназначены для домашнего использования. Кроме того, блюда, которые вы готовите, также имеют разную температуру и продолжительность приготовления.

Для духовых шкафов нормально использовать мощность от 1000 до 5000 Вт, при этом средняя мощность составляет около 2400 Вт в час, при условии, что обычная температура приготовления остается в пределах 300-425°F.

Сколько электроэнергии потребляет кондиционер?  

Как и печи, кондиционеры также доступны в различных конфигурациях. Несколько других факторов также влияют на общее потребление электроэнергии — от количества комнат в вашем доме или квартире до желаемой внутренней температуры, вашей изоляции и так далее.

География и время года также имеют решающее значение. Подумайте об этом: использование переменного тока зимой в Нью-Йорке будет отличаться от использования переменного тока летом в Палм-Спрингс.

Чтобы дать вам представление, средний блок центрального кондиционера потребляет от 3000 до 5000 Вт мощности в жаркие месяцы года.

Сколько электроэнергии потребляет сушилка?  

В среднем сушилка для белья потребляет 5000 Вт, а средняя стиральная машина потребляет от 500 Вт (без электрического нагрева воды) до 1800 Вт (с электрическим нагревом воды).

Потребляют ли диммеры меньше электроэнергии?  

Да, диммеры обеспечивают меньшее потребление энергии.

Современные диммеры потребляют меньше электроэнергии по сравнению со старыми диммерами, поскольку в первых используется переключатель TRIAC, отключающий подачу электроэнергии несколько раз в секунду.

В результате общее количество энергии, достигающей лампочки, уменьшается. Это снижает количество производимого света, который, в свою очередь, потребляет меньше электроэнергии.

Сколько электроэнергии я использую?  

источник

Лучший способ определить общее количество потребляемой электроэнергии – это проанализировать свои ежемесячные счета за электроэнергию.

Потребление электроэнергии зависит от времени года, погоды и других факторов. Например, в те месяцы, когда вас нет дома, потребление электроэнергии будет ниже, чем в месяцы, когда к вам приходят гости.

Вы также можете рассчитать энергопотребление по следующей формуле: 

Шаг 1. Рассчитайте мощность каждого устройства, которое вы используете ежедневно  

Вы найдете это на упаковке каждого устройства. Вот список повседневных устройств, с которых можно начать: 

.
  • Микроволновая печь: 750–1100 Вт
  • Посудомоечная машина: 1200–2400 Вт
  • Утюг: 100–1800 Вт
  • Ноутбук: 50 Вт
  • Кофеварка: 900–1200 Вт

Шаг 2. Переведите ватты в киловатты   

Каждая 1000 Вт равна 1 кВт, поэтому просто примените это для своей мощности.

Шаг 3. Узнайте количество киловатт и ежемесячное использование устройства  

Для этого вам понадобятся три формулы: 

  1. Расчет ватт-часов в день

Мощность устройства (Вт) x Часы использования в день = Ватт-часы (Втч) в день

  1. Преобразование ватт-часов в киловатты

Использование устройства (Втч) / 1000 (Втч/кВтч) = Использование устройства в кВтч

  1. Найдите свое ежемесячное использование

Ежедневное потребление (кВтч) x 30 (дни) = приблизительное месячное потребление (кВтч / месяц)

Шаг 4. Рассчитайте полную стоимость   

Ежемесячное потребление в киловатт-часах (кВтч) x Тариф на электроэнергию ($/кВтч) = приблизительная стоимость в месяц 

Каково среднее потребление электроэнергии домохозяйством?  

В 2019 году среднегодовое потребление электроэнергии бытовым потребителем коммунальных услуг в США.С. составил 10 649 кВтч, в среднем почти 877 кВтч в месяц.

Во французских домохозяйствах среднее потребление электроэнергии было значительно ниже и составляло 6400 кВтч в год, в то время как Китай потребляет около 1300 кВтч ежегодно.

В разных регионах средний уровень использования разный. Кроме того, на цифры влияют и другие факторы, такие как размер дома, доступность электричества и стандарты бытовой техники.

Электричество буквально делает наше будущее ярким  

источник

Сегодня для большинства используемых нами устройств и действий, которыми мы занимаемся, требуется электричество.От охлаждения с вентилятором до разговоров по телефону и вождения (привет, владельцы Tesla!), это стало важной частью нашей повседневной жизни.

Внедрение возобновляемых источников энергии вместо источников ископаемого топлива может обеспечить более светлое будущее для нашей Земли и сократить выбросы углекислого газа. Свяжитесь со своим поставщиком энергии, чтобы перейти на электричество из возобновляемых источников энергии, таких как солнечные панели, биомасса и ветряные турбины.

Предоставлено вам justenergy.com

Все изображения предоставлены по лицензии Adobe Stock.
Избранное изображение:

Основы электрического заряда — AP Physics 1

Если вы считаете, что контент, доступный с помощью Веб-сайта (как это определено в наших Условиях обслуживания), нарушает одно или более ваших авторских прав, пожалуйста, сообщите нам, предоставив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному агенту, указанному ниже. Если университетские наставники примут меры в ответ на ан Уведомление о нарушении, он предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, предоставившей такой контент средства самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении может быть направлено стороне, предоставившей контент, или третьим лицам, таким как так как ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатов), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или деятельность нарушают ваши авторские права. Таким образом, если вы не уверены, что содержимое находится на Веб-сайте или на который ссылается Веб-сайт, нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к адвокату.

Чтобы подать уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись владельца авторских прав или лица, уполномоченного действовать от его имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробно, чтобы преподаватели университета могли найти и точно идентифицировать этот контент; например, мы требуем а ссылку на конкретный вопрос (а не только название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Заявление от вас: (а) что вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права не разрешены законом или владельцем авторских прав или его агентом; б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство вы либо владельцем авторских прав, либо лицом, уполномоченным действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему назначенному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

 

Определение заряда — Химический словарь

Что такое электрический заряд?

Электрический заряд является фундаментальным свойством материи. Его символ Q или q.

Два типа заряда

Заряд бывает двух видов: положительный и отрицательный: положительный заряд (+q) — это свойство протонов; отрицательный заряд (-q) является свойством электронов. Заряд протона по величине идентичен заряду электрона, но отличается по знаку.


Электрически нейтральный или заряженный

Если в теле содержится одинаковое количество протонов и электронов, то положительные заряды находятся в равновесии с отрицательными, и тело в целом электрически нейтрально.

Избыток протонов приводит к чистому положительному заряду. Избыток электронов приводит к чистому отрицательному заряду.

Заряды во Вселенной

Считается, что во Вселенной одинаковое количество протонов и электронов, поэтому она электрически нейтральна.

Единицы

Единицей заряда в системе СИ является кулон, обозначение C.

Один кулон – это количество заряда 6,241509 х 10 18 электронов (до семи значащих цифр).

Свойства заряда

Притяжение/Отталкивание

Одинаковые заряды отталкиваются.Поэтому положительное отталкивает положительное, а отрицательное отталкивает отрицательное.

Неодинаковые заряды притягиваются: положительные притягиваются отрицательные, и наоборот.

Сила притяжения/отталкивания

Силы между двумя зарядами можно рассчитать с помощью закона обратных квадратов, известного как закон Кулона.

Последствия для материи

Протоны в атомном ядре отталкиваются друг от друга. Если сильная ядерная сила меньше силы электрического отталкивания, то ядро ​​будет неустойчивым: либо его не будет, либо оно будет радиоактивным.

Электроны и протоны электрически притягиваются друг к другу — эти силы притяжения удерживают все атомы вместе и ответственны за всех химических связей.

Разделение заряда

В любой местности может существовать разделение электрических зарядов, что приводит к локальному суммарному положительному или отрицательному заряду. Такая ситуация существует в атомах. Каждый отдельный атом электрически нейтрален, потому что он имеет одинаковое количество протонов и электронов. Однако положительный заряд локализован в ядре, а отрицательный заряд занимает гораздо больший объем в электронных оболочках.

Разделение электрического заряда путем ионизации

Атомы могут ионизироваться, образуя частицы размером с атом, обладающие электрическим зарядом.

Например, атомы Li имеют сильную тенденцию отдавать электрон, чтобы стать ионами Li + , в то время как молекулы Cl 2 имеют сильное сродство к электронам:

Ли → Ли + + е

Cl 2   +  2e   →   2Cl

При соединении в химической реакции эти вещества ионизируются, образуя заряженные частицы, которые притягиваются друг к другу:

2Li +   + Cl 2   → 2Li + Cl

Электрический потенциал

Когда вы поднимаете объект, вы выполняете работу, и объект получает гравитационную потенциальную энергию.Если вы разделяете положительный и отрицательный заряды, вы выполняете работу, и заряды получают электрическую потенциальную энергию: объем выполняемой вами работы зависит от количества разделяемых зарядов и от того, насколько далеко вы отдаляете заряды друг от друга.

Электрический потенциал, В, измеряет количество работы, выполненной на единицу заряда.

В = Вт/Q

Единицей электрического потенциала является вольт (В). Один вольт равен одному джоулю на кулон.

Движение заряда

Чистый поток заряда в определенном направлении называется электрическим током.Заряды движутся в электрическом потенциальном поле. В повседневных терминах это означает, что напряжение может производить ток.

Проводники — это материалы, через которые может проходить заряд. Материалы, через которые не может пройти заряд или потоком можно пренебречь, называются изоляторами.

Ток, символ I, измеряет скорость, с которой заряд перемещается за любую выбранную точку; она измеряется в кулонах в секунду, C s -1 . Кулон в секунду обычно называют ампер или ампер, символ А.

Движение заряда может привести к потерям энергии — см. электрическое сопротивление и импеданс — или к отсутствию потерь — см. сверхпроводимость.


Электрический заряд и сила: определение, отталкивание и притяжение — видео и стенограмма урока

Ионы

В большинстве атомов одинаковое количество протонов и электронов, поэтому сам атом не имеет суммарного заряда. Однако есть много атомов, которые либо отдают электроны, либо принимают больше электронов с относительной легкостью. Когда это происходит, мы называем атом ионом . Если электрон уходит, то в атоме остается больше протонов, чем электронов, и атом становится положительным ионом .Точно так же, если появится электрон и присоединится к атому, тогда электронов будет больше, чем протонов, и атом станет отрицательным ионом.

Сохранение заряда

Статическое электричество от трения о голову воздушного шара вызвано переносом электронов.

Перенос электронов от одного атома к другому происходит постоянно. Помните, как вы натирали воздушный шар о волосы? Это отличный пример переноса электронов, но почему это происходит? Ответ в том, что ваши волосы содержат атомы, которые с удовольствием отдают часть своих электронов.С другой стороны, воздушный шар содержит атомы, которые хотят принять эти электроны и удержать их. Поэтому, когда вы потерли их друг о друга, куча электронов переместилась с ваших волос на воздушный шар. В результате этого переноса ваши волосы стали положительно заряженными, потому что в их атомах осталось больше протонов, чем электронов, а воздушный шар стал отрицательно заряженным, потому что в его атомах было больше электронов, чем протонов.

Очень важное наблюдение из этого примера состоит в том, что мы не создали больше электронов, чтобы создать отрицательный заряд на воздушном шаре, и мы не уничтожили ни одного электрона, чтобы создать положительный заряд на ваших волосах.Все, что мы делали, это переносили электроны из одного места в другое. Эта концепция известна как закон сохранения заряда . Проще говоря, заряд не создается и не уничтожается. Он только перемещается из одного места в другое.

Силы между заряженными частицами

Давайте поговорим о том, почему ваши волосы притянулись к воздушному шару после того, как их потерли друг о друга. Вы когда-нибудь слышали поговорку «противоположности притягиваются»? Очень важным явлением заряженных частиц является то, что противоположные заряды действуют друг на друга с силой, стремящейся притянуть их друг к другу.Поскольку ваши волосы были заряжены положительно, а воздушный шар — отрицательно, они действительно притягивались друг к другу. Теперь, если вы полностью уберете воздушный шар, вы можете заметить, что некоторые из ваших волос не лягут обратно на голову, а вместо этого торчат прямо в воздухе. Это наблюдение демонстрирует другое явление, заключающееся в том, что одинаковые заряды действуют друг на друга с силой, стремящейся их оттолкнуть. Все ваши волосы заряжены положительно, поэтому они изо всех сил стараются держаться подальше друг от друга!

Статическое электричество

Молния создается, когда электроны быстро перемещаются от одного объекта к другому по воздуху.

Когда электрический заряд накапливается на объекте, например на воздушном шаре, мы называем это статическим электричеством . Термин «статический» просто относится к тому факту, что электрический заряд не перемещается, а остается на воздушном шаре. Вы когда-нибудь были поражены статическим электричеством? Готов поспорить, что да, и в этом нет ничего «статичного»! Чтобы понять, почему это происходит, давайте еще раз взглянем на наш пример с воздушным шаром. Когда воздушный шар терся о ваши волосы, он накапливал целую кучу электронов.Теперь предположим, что мы приближаем воздушный шар к объекту с положительным зарядом. Электроны на шаре будут одновременно притягиваться к положительно заряженному объекту и отталкиваться друг от друга. Если силы притяжения и отталкивания достаточно сильны, электроны будут прыгать прямо через воздух, чтобы добраться до положительно заряженного объекта. Этот быстрый перенос электронов — это то, что вы видите, слышите и ощущаете как электрическую искру. В более широком масштабе это то же самое явление, которое вызывает молнию.

Итоги урока

Давайте повторим, что мы узнали. Электрический заряд , которым обладают электроны и протоны, отвечает за форму энергии, называемую электричеством . Протоны имеют положительный заряд, а электроны имеют равное количество отрицательного заряда. Когда атом без суммарного заряда получает или теряет электрон, он становится ионом . Электроны могут переходить от атомов одного объекта к атомам другого объекта. Этот перенос электронов оставляет один объект положительно заряженным, а другой объект становится отрицательно заряженным.В законе о сохранении заряда говорится, что заряд не создается и не уничтожается, а только передается. Объекты с противоположными зарядами действуют друг на друга с силой притяжения, а объекты с одинаковыми зарядами отталкивают друг друга. И, наконец, статическое электричество — это стационарное накопление заряда на объекте, которое может привести к искре, то есть быстрому переносу электронов между объектами.

Результат обучения

По завершении этого урока вы должны быть готовы:

  • Объяснить, как протоны и электроны могут создавать электрический заряд
  • Кратко расскажите, как трение воздушного шарика о волосы заставляет ваши волосы встать дыбом
  • Дайте определение электричеству, иону, закону сохранения заряда и статическому электричеству

Электрический заряд | Электромагнетизм | Физика

Ключевые моменты

  • Когда мы видим искру или вспышку молнии, мы видим результат движения отрицательных зарядов по воздуху.Эти отрицательные заряды называются электронами.
  • Одинаковые заряды отталкиваются. В отличие от обвинений притягивают.
  • Двигаются только отрицательные электроны. Положительные частицы, называемые протонами, закреплены в центре атомов.
  • Единицей электрического заряда является кулон (Кл).

Протоны и электроны несут заряд

Атомы состоят из нейтронов, протонов и электронов. Нейтроны не имеют заряда. Протоны заряжены положительно, а электроны – отрицательно.В нейтральном атоме ровно одинаковое количество протонов и электронов, поэтому сумма зарядов равна нулю.

В металлах (проводниках) электроны могут свободно перемещаться, в то время как протоны и нейтроны зафиксированы на месте внутри ядер атомов.

Некоторые другие неметаллические вещества, такие как углерод и вода, также проводят электричество. Заряды могут также существовать в жидкостях и газах. Батарея имеет жидкие электролиты, которые переносят заряженные атомы (ионы) к электродам, обеспечивая химическое хранение электрической энергии.Газы могут также состоять из заряженных ионов.

Изоляторы

Полиэтиленовый стержень можно зарядить, слегка потирая о материал. Обратите внимание, что электростатические силы намного сильнее гравитации.

Пластмасса, стекло, натуральные волокна и дерево являются изоляторами. Изоляторы не имеют свободных электронов, но удерживают их на месте. Когда они трутся о другой материал, некоторые электроны могут переходить из одного материала в другой.

Натирание полиэтиленового стержня шерстью приводит к тому, что полиэтилен становится отрицательно заряженным.Другие материалы, такие как плексиглас, становятся позитивными при трении.

Зарядные изоляторы трением

Заряженные стержни. Подобные заряды притягиваются, в отличие от зарядов отталкиваются

Два заряда одного знака (как заряд) будут отталкиваться (отталкивать друг друга). Два заряда разного знака (в отличие от заряда) будут притягиваться.

Если стержень из плексигласа и полиэтиленовый стержень приблизить друг к другу, они будут притягиваться, потому что один положительный, а другой отрицательный.

Индукция

Индукция в металлическом шаре: одинаковые заряды отталкиваются, разные заряды притягиваются

Когда отрицательно заряженный изолятор подносится близко к металлической сфере, на сфере рядом со стержнем возникает индуцированный положительный заряд.

Электроны отталкиваются в проводнике присутствием заряженного стержня, оставляя в проводнике две области с противоположным зарядом. Мы говорим, что это поляризовано в заряде.

Индукция в металлическом шаре: одинаковые заряды отталкиваются, разные заряды притягиваются

Заряд индуцируется из-за отсутствия контакта со сферой. Вместо этого непосредственная близость заряженного стержня заставляет электроны на этой стороне сферы отталкиваться и, таким образом, отталкиваться на другую сторону.В результате одна сторона сферы имеет суммарный отрицательный заряд, а другая — положительный заряд.

Точно так же, когда положительно заряженный изолятор подносится близко к металлической сфере, на сфере рядом с ним индуцируется отрицательный заряд, а дальняя сторона становится положительной, поскольку электроны притягиваются к положительному стержню.

Разрядка

Если положительно заряженный стержень касается металлической сферы, он забирает часть электронов, оставляя сферу с чистым положительным зарядом.

Если во время индуктивности накопилось достаточно отрицательного заряда, когда положительно заряженная сторона находится достаточно близко, часть электронов может перепрыгнуть через зазор. Это электрический разряд.

Молния является примером электрического разряда. И когда мы заряжаемся в сухой день, идя по синтетическому ковру в обуви с резиновой или пластиковой подошвой, мы можем почувствовать разряд, когда прикоснемся к чему-то металлическому, например к дверной ручке.

Когда электричество течет, это движение электронов.Каждый электрон имеет точный и неизменный заряд. Таким образом, количество электрического заряда равно количеству электронов, которые будут проведены.

Волосы встают дыбом, когда мы прикасаемся к электростатическому генератору Ван де Граафа, потому что положительный заряд шарика проходит по внешней стороне тела и попадает в пряди волос. Поскольку они имеют одинаковый заряд, они отталкиваются друг от друга.

Демонстрация электроскопа

История электричества — это увлекательная история, которая последовала за эпохальными открытиями.Существует ряд машин, которые привели к тому, что современный мир полностью зависит от электроэнергии.

Генератор Хоксби

Генератор Хоксби, изобретенный примерно в 1703-1705 гг., был одним из первых генераторов заряда

.

Изобретенный Фрэнсисом Хоксби в 1703-1705 гг., это был один из первых инструментов, использовавшихся для генерации электрического заряда по вызову в лаборатории. В нем используется трение между изолятором (стеклянной банкой) и лентой, которая натиралась о него с помощью вращающегося колеса, для создания статического заряда, который можно снять с помощью медных проводов.

Демонстрация Грея статического электричества с помощью сусального золота с использованием генератора Хоксби и изолятора из шелковой веревки

Лейденская банка

Этот прибор, также известный как лейденская банка и разработанный голландским ученым Питером ван Мусшенбруком в 1745 году, использовал генератор Хоксби для накопления заряда в банке с водой. Это привело к случайному обнаружению электрической цепи, когда Мешенбрук коснулся электрода, держа банку другой рукой. Он назван в честь города в Голландии, где было сделано открытие.

лейденских банки параллельно для создания первой батареи

Современный эквивалент лейденской банки — вездесущий конденсатор, представляющий собой электронный компонент, используемый для контроля и регулирования движения заряда по цепи.

Бенджамин Франклин в 1752 году увеличил заряд, втянув молнию в винную бутылку, тем самым доказав, что молния представляет собой тот же вид электричества, что и статическое электричество, производимое лабораторной лейденской банкой.

Франклину также приписывают изобретение термина «батарея», который он использовал для описания набора лейденских банок, соединенных вместе.

Лейденская банка с отводной трубкой для безопасного замыкания контура

Машина Ван де Граафа

Эта машина является развитием первого устройства для генерации электрического заряда: банки Хоксби. Это устройство использует ленту, чтобы тереть изолятор и генерировать заряд за счет трения. Этот заряд накапливается вокруг большой металлической сферы. Прикосновение к этой сфере, стоя на изоляторе, позволяет человеческому телу взять на себя заряд, вызывая эффекты, подобные встающим дыбом волосу.

Меньшая сфера, приближенная к проекции сферы Ван де Граафа, демонстрирует молнию. Генерируемое напряжение составляет удивительные 20 000 вольт! Но ток, который течет, составляет всего 0,00002 ампера, что слишком мало, чтобы причинить какую-либо травму.

Содержание © Renewable.Media. Все права защищены. Создано : 10 апреля 2014 г.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.