1
136576

Электротехника - это просто!

Электротехника для начинающих. От теории к практике. Для всех кто хочет вспомнить и разобраться с тем, что изучалось нами еще когда-то в школе на уроках физики. Хочу доказать, что электротехника - это очень интересная и практически полезная область знаний!

на сайте с 26 декабря 2009

Что такое электрический заряд

Современной теорией, объясняющей строение вещества, является электронная теория. Согласно этой теории все тела состоят из мельчайших частиц, называемых молекулами, размеры которых измеряются стомиллионными долями сантиметра.

Молекула — это наименьшая частица вещества, которую можно отделить от тела и которая обладает всеми свойствами, присущими этому телу. Так, например, молекула железа обладает всеми свойствами железа, молекула воды — свойствами воды и т. д. Молекулы, в свою очередь, состоят из еще более мелких частиц, называемых атомами. Число атомов в молекулах различных веществ и строение молекул различно.

Если молекулы какого-нибудь тела состоят из одинаковых атомов, то такое тело называется простым. Примерами простых тел могут служить медь, железо, сера, кислород, водород и т. д.

Если молекула вещества состоит из нескольких различных по своему строению атомов, то тело, состоящее из таких молекул, называется сложным. Молекулы сложных тел образуются из различных сочетаний атомов простых тел.

Молекула воды, например, состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Два простых тела — водород и кислород, — взятых в определенном сочетании, образуют сложное тело —воду. Или, например, молекула серной кислоты, раствор которой используется в качестве электролита кислотных аккумуляторов, состоит из двух атомов водорода, одного атома серы и четырех атомов кислорода.

Долгое время ученые считали атом неделимой частицей, и лишь в начале 20-го века удалось определить в общих чертах внутреннее строение атома. К настоящему времени строение атома изучено довольно глубоко.

Установлено, что атом любого вещества состоит из ядра и вращающихся во круг него по замкнутым кривым (орбитам) одной или нескольких мельчайших частиц, называемых электронами. Каждый электрон атома обладает очень малым электрическим зарядом.
Например, атом водорода состоит из ядра и вращающегося вокруг него одного электрона. Ядро атома, в свою очередь, состоит из протонов и нейтронов. Эти частицы настолько уплотнены, что объем ядра во много раз меньше объема самого атома.

Ядро атома, как и электроны, обладает электрическим зарядом. Причиной этому являются протоны, входящие в состав ядра и имеющие такие же по величине электрические заряды, как и электроны. Но протоны, в противоположность электронам, мало подвижны, масса их почти в две тысячи раз больше массы электрона. Частица нейтрон, входящая в ядро атома, не имеет никакого электрического заряда, т. е. она нейтральна.

Таким образом, электроны, вращающиеся вокруг ядра атома, и протоны, входящие в состав ядра, являются носителями равных по величине электрических зарядов. Установлено, что между электроном и протоном всегда действует сила взаимного притяжения, а между электронами, так же как и между протонами,— сила взаимного отталкивания.
В силу этого различия условились считать, что электрон обладает отрицательным электрическим зарядом, а протон — положительным.

Следовательно, существует, как бы два рода электричества — положительное и отрицательное, о чем люди знали задолго до открытия электрического тока, но правильно объяснить этого не могли.

Наличие в атоме разноименно заряженных частиц приводит к тому, что между положительно заряженным ядром атома и вращающимися вокруг него электронами действуют силы взаимного притяжения, скрепляющие атом в одно целое.

Чем же отличаются один от другого атомы различных веществ? Различие атомов состоит прежде всего в разном количестве протонов и нейтронов в их ядрах, в силу чего неодинаков и положительный заряд ядер атомов различных веществ. Количество вращающихся электронов у атомов различных веществ также неодинаково и определяется величиной положительного заряда ядра. Наконец, у атомов одних веществ электроны прочно связаны с ядром, в то время как у атомов других веществ эта связь значительно слабее.

В атоме любого вещества количество электронов, вращающихся вокруг ядра, равно количеству протонов, содержащихся в ядре. Так как электрические заряды электрона и протона равны по величине, то общий (суммарный) отрицательный заряд электронов равен положительному заряду ядра. Эти заряды взаимно уравновешивают друг друга, в результате чего сам атом не имеет электрического заряда, т. е. является нейтральным.

В каждом атоме электроны составляют вокруг ядра оболочку, которую принято называть электронной оболочкой. Ядро атома вместе с окружающей его электронной оболочкой находится в непрерывном колебательном движении.

При движении атомы сталкиваются друг с другом и от них отрешаются (вылетают из электронной оболочки) один или несколько электронов. В этом случае атом перестает быть нейтральным и становится положительно заряженным, так как его положительный заряд стал больше отрицательного. Однако такое нарушение электронной оболочки происходит у атомов только тех веществ, у которых чрезвычайно слаба связь между ядром и электронами. К таким веществам относятся все металлы и уголь, в противоположность другим твердым телам, таким, как дерево, стекло, эбонит, у которых связь электронов с ядром атома настолько прочна, что в обычных условиях нарушения электронных оболочек не происходит.

Оторвавшиеся от атомов электроны называются свободными электронами. Свободные электроны, беспорядочно двигаясь в междуатомном пространстве, частично захватываются другими атомами, потерявшими также в результате столкновений свои электроны. Взамен электронов, захваченных атомами, образуются новые свободные электроны.

Такой процесс появления и исчезновения свободных электронов в теле происходит непрерывно. С увеличением температуры тела скорость колебательного движения атомов возрастает, столкновения их между собой учащаются и становятся сильнее, в результате чего количество свободных электронов в теле увеличивается. Однако, несмотря на увеличение количества свободных электронов внутри тела, оно не получает электрического заряда, так как общее (суммарное) количество электронов и протонов в теле не меняется, и тело остается электрически нейтральным.

Если каким-либо образом удалить из тела некоторое количество свободных электронов, то общий (суммарный) положительный заряд его будет больше суммарного отрицательного заряда, и следовательно, тело окажется заряженным положительно. И, наоборот, если телу прибавить некоторое количество электронов, то оно получит отрицательный заряд. При этом как удаление из тела электронов, так и сообщение ему их извне совершенно не изменяет свойств тела, и оно остается точно таким, каким было до сообщения ему заряда.
Итак, если в теле создается недостаток электронов, то оно заряжается положительно, если же избыток, то оно заряжается отрицательно, причем чем больше избыток или недостаток электронов в теле, тем большим электрическим зарядом это тело обладает.

Электротехника для начинающих

Галилео - Электричество

Про разность потенциалов, электродвижущую силу и напряжение

Разность потенциалов
Известно, что одно тело можно нагреть больше, а другое меньше. Степень нагрева тела называется его температурой. Подобно этому, одно тело можно наэлектризовать больше другого. Степень электризации тела характеризует величину, называемую электрическим потенциалом или просто потенциалом тела.
Что значит наэлектризовать тело? Это значит сообщить ему электрический заряд, т. е. прибавить к нему некоторое количество электронов, если мы тело заряжаем отрицательно, или отнять их от него, если мы тело заряжаем положительно. В том и другом случае тело будет обладать определенной степенью электризации, т. е. тем или иным потенциалом, причем тело, заряженное положительно, обладает положительным потенциалом, а тело, заряженное отрицательно, — отрицательным потенциалом.

Разность уровней электрических зарядов двух тел принято называть разностью электрических потенциалов или просто разностью потенциалов.

Следует иметь в виду, что если два одинаковых тела заряжены одноименными зарядами, но одно больше, чем другое, то между ними также будет существовать разность потенциалов.

Кроме того, разность потенциалов существует между двумя такими телами, одно из которых заряжено, а другое не имеет заряда. Так, например, если какое-либо тело, изолированное от земли, имеет некоторый потенциал, то разность потенциалов между ним и землей (потенциал которой принято считать равным нулю) численно равна потенциалу этого тела.

Итак, если два тела заряжены таким образом, что потенциалы их неодинаковы, между ними неизбежно существует разность потенциалов.

Всем известное явление электризации расчески при трении ее о волосы есть не что иное, как создание разности потенциалов между расческой и волосами человека.

Действительно, при трении расчески о волосы часть электронов переходит на расческу, заряжая ее отрицательно, волосы же, потеряв часть электронов, заряжаются в той же степени, что и расческа, но положительно. Созданная таким образом разность потенциалов может быть сведена к нулю прикосновением расчески к волосам. Этот обратный переход электронов легко обнаруживается на слух, если наэлектризованную расческу приблизить к уху. Характерное потрескивание будет свидетельствовать о происходящем разряде.

Говоря выше о разности потенциалов, мы имели в виду два заряженных тела, однако разность потенциалов можно получить и между различными частями (точками) одного и того же тела.

Так, например, рассмотрим, что произойдет в куске медной проволоки, если под действием какой-либо внешней силы нам удастся свободные электроны, находящиеся в проволоке, переместить к одному концу ее. Очевидно, на другом конце проволоки получится недостаток электронов, и тогда между концами проволоки возникнет разность потенциалов.

Стоит нам прекратить действие внешней силы, как электроны тотчас же, в силу притяжения разноименных зарядов, устремятся к концу проволоки, заряженному положительно, т. е. к месту, где их недостает, и в проволоке вновь наступит электрическое равновесие.

Электродвижущая сила и напряжение

Для поддержания электрического тока в проводнике необходим какой-то внешний источник энергии, который все время поддерживал бы разность потенциалов на концах этого проводника.
Такими источниками энергии служат так называемые источники электрического тока, обладающие определенной электродвижущей силой, которая создает и длительное время поддерживает разность потенциалов на концах проводника.

Электродвижущая сила (сокращенно ЭДС) обозначается буквой Е. Единицей измерения ЭДС служит вольт. У нас в стране вольт сокращенно обозначается буквой "В", а в международном обозначении — буквой "V".
Итак, чтобы получить непрерывное течение электрического тока, нужна электродвижущая сила, т. е. нужен источник электрического тока.

Первым таким источником тока был так называемый "вольтов столб", который состоял из ряда медных и цинковых кружков, проложенных кожей, смоченной в подкисленной воде. Таким образом, одним из способов получения электродвижущей силы является химическое взаимодействие некоторых веществ, в результате чего химическая энергия превращается в энергию электрическую. Источники тока, в которых таким путем создается электродвижущая сила, называются химическими источниками тока.

В настоящее время химические источники тока — гальванические элементы и аккумуляторы — широко применяются в электротехнике и электроэнергетике.

Другим основным источником тока, получившим широкое распространение во всех областях электротехники и электроэнергетики, являются генераторы.

Генераторы устанавливаются на электрических станциях и служат единственным источником тока для питания электроэнергией промышленных предприятий, электрического освещения городов, электрических железных дорог, трамвая, метро, троллейбусов и т. д.

Как у химических источников электрического тока (элементов и аккумуляторов), так и у генераторов действие электродвижущей силы совершенно одинаково. Оно заключается в том, что ЭДС создает на зажимах источника тока разность потенциалов и поддерживает ее длительное время.

Эти зажимы называются полюсами источника тока. Один полюс источника тока испытывает всегда недостаток электронов и, следовательно, обладает положительным зарядом, другой полюс испытывает избыток электронов и, следовательно, обладает отрицательным зарядом.

Соответственно этому один полюс источника тока называется положительным (+), другой — отрицательным (—).

Источники тока служат для питания электрическим током различных приборов — потребителей тока. Потребители тока при помощи проводников соединяются с полюсами источника тока, образуя замкнутую электрическую цепь. Разность потенциалов, которая устанавливается между полюсами источника тока при замкнутой электрической цепи, называется напряжением и обозначается буквой U.

Единицей измерения напряжения, так же как и ЭДС, служит вольт ...

Школа для электрика: про разность потенциалов, электродвижущую силу и напряжение

Полезные ссылки:

Что такое электричество

Что такое электрический ток

История обнаружения и изучения действий электрического тока

Открытие теплового действия тока

Электрический ток в жидкостях и газах

Электрическое сопротивление проводников

Последовательное и параллельное соединение сопротивлений

Что такое переменный ток и чем он отличается от тока постоянного

Что такое электрический ток

На английском, но посмотреть стоит, так как очень забавно все сделано.

Самый главный закон электротехники - Закон Ома

Немецкий физик Георг Ом(1787-1854) экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (т. е. проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорционально напряжению U на концах проводника:

I = U/R, где R - электрическое сопротивление проводника.

Это уравнение  выражает закон Ома для участка цепи (не содержащего источника тока): сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорционально сопротивлению проводника.

Участок цепи, в котором не действуют э.д.с. (сторонние силы) называют однородным участком цепи, поэтому эта формулировка закона Ома справедлива для однородного участка цепи ... закон Ома

Закон Ома в википедии

Проверить закон Ома для участка цепи в действии можно на этой страничке. Там находится небольшая форма с выпадающими вкладками. Внося два любых значения  (тока, напряжения, сопротивления или мощности) в два свободных окошка, можно тут же получить значение двух оставшихся величин

Еще один демонстационный скрипт, демонстрирующий закон Ома созданный с помощью JAVA апплета. Вы можете подключать различные
батарейки и резисторы, перетаскивая эти объекты мышью на схему. Нажатием на
переключатель Вы замыкаете и размыкаете цепь. Вам предлагается экспирементальным
путем установить мощность лампочки

История о том, как Георг Симон Ом открыл закон Ома

Как акулы используют закон Ома и теорию вероятностей


Статья д. т. н., проф. Генриха Кардашева из журнала "Радиолюбитель". В статье описываются несколько очень интересных экспериментов, связанных с законом Ома, которые можно провести с использованием набора радиодеталей «МАСТЕР КИТ», простейшего мультиметра и схемотехнической программы Electronics Worcbench

Электромагнитная индукция

Очень оригинально снятый и по сюжету и по постановке видеоролик, в котором российские школьницы расскажут Вам что такое электромагнитная индукция.

Что такое электромагнитная индукция

Возникновение в проводнике ЭДС индукции

Электромагнитная индукция Если поместить в магнитное поле проводник и перемещать его так, чтобы он при своем движении пересекал силовые линии поля, то в проводнике возникнет электродвижущая сила, называемая ЭДС индукции.

ЭДС индукции возникнет в проводнике и в том случае, если сам проводник останется неподвижным, а перемещаться будет магнитное поле, пересекая проводник своими силовыми линиями.

Если проводник, в котором наводится ЭДС индукции, замкнуть на какую-либо внешнюю цепь, то под действием этой ЭДС по цепи потечет ток, называемый индукционным током.

Явление индуктирования ЭДС в проводнике при пересечении его силовыми линиями магнитного поля называется электромагнитной индукцией.

Электромагнитная индукция — это обратный процесс, т. е. превращение механической энергии в электрическую.

Явление электромагнитной индукции нашло широчайшее применение в электротехнике. На использовании его основано устройство различных электрических машин.

Величина и направление ЭДС индукции

Рассмотрим теперь, каковы будут величина и направление индуктированной в проводнике ЭДС.
Величина ЭДС индукции зависит от количества силовых линий поля, пересекающих проводник в единицу времени, т. е. от скорости движения проводника в поле.

Величина индуктированной ЭДС находится в прямой зависимости от скорости движения проводника в магнитном поле.

Величина индуктированной ЭДС зависит также и от длины той части проводника, которая пересекается силовыми линиями поля. Чем большая часть проводника пересекается силовыми линиями поля, тем большая ЭДС индуктируется в проводнике. И, наконец, чем сильнее магнитное поле, т. е. чем больше его индукция, тем большая ЭДС возникает в проводнике, пересекающем это поле.

Итак, величина ЭДС индукции, возникающей в проводнике при его движении в магнитном поле, прямо пропорциональна индукции магнитного поля, длине проводника и скорости его перемещения.

Зависимость эта выражается формулой Е = Blv, где Е — ЭДС индукции; В — магнитная индукция; I — длина проводника; v — скорость движения проводника.

Следует твердо помнить, что в проводнике, перемещающемся в магнитном поле, ЭДС индукции возникает только в том случае, если этот проводник пересекается магнитными силовыми линиями поля. Если же проводник перемещается вдоль силовых линий поля, т. е. не пересекает, а как бы скользит по ним, то никакой ЭДС в нем не индуктируется. Поэтому приведенная выше формула справедлива только в том случае, когда проводник перемещается перпендикулярно магнитным силовым линиям поля.

Направление индуктированной ЭДС (а также и тока в проводнике) зависит от того, в какую сторону движется проводник. Для определения направления индуктированной ЭДС существует правило правой руки.

Если держать ладонь правой руки так, чтобы в нее входили магнитные силовые линии поля, а отогнутый большой палец указывал бы направление движения проводника, то вытянутые четыре пальца укажут направление действия индуктированной ЭДС и направление тока в проводнике

ЭДС индукции в катушке

Мы уже говорили, что для создания в проводнике ЭДС индукции необходимо перемещать в магнитном поле или сам проводник, или магнитное поле. В том и другом случае проводник должен пересекаться магнитными силовыми линиями поля, иначе ЭДС индуктироваться не будет. Индуктированную ЭДС, а следовательно, и индукционный ток можно получить не только в прямолинейном проводнике, но и в проводнике, свитом в катушку.

При движении внутри катушки постоянного магнита в ней индуктируется ЭДС за счет того, что магнитный поток магнита пересекает витки катушки, т. е. точно так же, как это было при движении прямолинейного проводника в поле магнита.

Если магнит опускать в катушку медленно, то возникающая в ней ЭДС будет настолько мала, что стрелка прибора может даже не отклониться. Если же, наоборот, магнит быстро ввести в катушку, то отклонение стрелки будет большим ... электромагнитная индукция

Полезные ссылки по теме:

Открытие закона электромагнитной индукции

"Экспериментальные исследования" Майкла Фарадея

Становление основ теории электрических цепей и электромагнетизма

Самоиндукция и взаимоиндукция

Про магнитное поле, соленоиды и электромагниты

DVD-диск с видео по электротехнике и основам электроники


Учеба дома

«Образование дома? – это смешно!» - скажете Вы. Смешного в этом ничего нет. Да нелегко без педагога, без наставника. А Вы знаете многих учителей, которые знают свое дело «от и до»? А как же они преподают?

Разумеется, с помощью методических и учебных пособий, они всегда под рукой. Прочитал молодой педагог с вечера материальчик к предмету, как домашний урок и пошел со шпаргалкой, на следующий день, детей учить. Конечно, в процессе работы этот человек станет учителем и может быть не плохим. А станет он им благодаря книгам.

Почему бы нам с Вами не попробовать учиться дома? Выгадал минутку, сел за стол, почитал, сегодня не получилось, завтра продолжил. Компьютер есть, учись – не хочу. Есть небольшое «но». Тот педагог доучивался и набирался опыта, потому что школа – это его основная работа, у него был стимул.

Стимул – это необходимое условие для всех начинаний. Где взять? Для этого разработаны некоторые домашние уроки и методы обучения, хотя конкретно на каком – либо останавливаться не следует. Лучше всего ознакомится со всеми, какие есть. Извлечь для себя самое полезное и на основе этого можно приступать. «А к чему приступать?» - спросите Вы. А начинать надо с выбора профессии, которая Вам по душе.

Не имеет значение, молоды Вы или нет, учиться никогда не поздно. Очень много людей живут до преклонного возраста и жалеют о том, что не стали учиться тогда, когда думали, что уже поздно.

В 30-40 лет, не задумываясь – вперед!

Есть такие моменты: Работает человек, работает, время идет, а работа–то так себе, отпахал рабочее время, думая о прекрасном, да и ладно. А есть же в каждом стремление к чему–то индивидуальному, творческому, есть, наконец, мечты. Подумайте, в каком направлении деятельности Вы могли бы совмещать Ваши желания с работой, а еще лучше, если работа и была бы воплощением Ваших желаний.

Главным фактором в успехах нашей жизни является состояние души, уязвимое место, часто бывает причиной неудач и неразумных поступков.

Психологическое равновесие способствует присутствию радости и счастья в учёбе, в работе и вообще в жизни.

Прежде чем Вы делаете какое либо решение, серьёзное решение - «Куда пойти учиться?», «Кем пойти работать?», в первую очередь обращайте внимание на свои ощущения при рассмотрении сущности, основы, перспективы предмета своего выбора.

Ни в коем случае не должны влиять на Ваше сознание ни месторасположение учёбы или работы, ни советы (даже друзей, они так же могут быть ошибочными),ни примеры, которые обычно неудачно приводятся, даже зарплата ( в основном зарплата зависит не от сферы деятельности, а от должности, которую Вы займёте, если будете хорошо учить домашние уроки и работать).

Можно конечно прислушаться к человеку компетентному, являющимся примером благополучия, опять же это его успехи, это ему нравится его деятельность, а где же "Ваше"?

А "Ваше" внутри Вас самих.

Вообще, как говорится - «сердце подскажет», но мне сдаётся - это работает не всегда, а скорее всего, не работает никогда.

Так что отодвигайте деньги, советы, примеры и приметы в сторону и просто выбирайте то, что Вам нравится, учитывая, что будете заниматься этим долго, может даже всю Вашу счастливую жизнь.

Автор статьи: Ванюшин Михаил - создатель мультимедийного видео-курса "В мир электричества - как в первый раз!".

На диске - видео уроки практических работ с Flash & Gif анимацией, с тестами и комментариями с экрана. На основе классической теории - 4 Gb, 8 часов видео,12 скрипт-тестов.

Благодаря этому видео-курсу у Вас появляется прекрасная возможность овладеть фундаментальными знаниями в области электротехники и электроники!

Видео-курс по электротехнике и основам электроники "В мир электричества, как в первый раз!"

Батарейка из лимона

Научное обоснование: В этой самодельной гальванической батарейке покрытый цинком гвоздь действует как отрицательный электрод, а покрытая медью монета - как положительный. Электролитом является лимонный сок, его положительно заряженные ионы водорода взаимодействую с цинком: Zn + 2H+ -> Zn2+ + H2.

Полезные ссылки

Комментарии

11 октября 2010 в 13:33
 
Неплохая подборка, понятная даже для человека с гуманитарным складом ума:) Дерзайте далее!
23 декабря 2012 в 20:29
 
Для начинающего электрика самое то!

Оставить комментарий

Поделиться с друзьями

Share on Twitter