Добавить сайт в закладки

Что нужно знать об электричестве новичкам?

К нам часто обращаются читатели, которые раньше не сталкивались с работами по электричеству, но хотят в этом разобраться. Для этой категории создана рубрика "Электричество для начинающих".

Рисунок 1. Движение электронов в проводнике.

Прежде чем приступить к работам, связанным с электричеством, необходимо немного «подковаться» теоретиче­ски в этом вопросе.

Термин "электричество" подразумевает движение электронов под действием электромагнитного поля.

Главное - понять, что электричест­во - это энергия мельчайших заряженных частиц, которые движутся внутри проводников в определенном направлении (рис. 1).

Постоянный ток практически не меняет своего направления и величины во времени. Допустим, в обычной батарейке постоянный ток. Тогда заряд будет перетекать от минуса к плюсу, не меняясь, пока не иссякнет.

Переменный ток - это ток, который с определенной периодичностью меняет направление движения и величину. Представьте ток как поток воды, те­кущий по трубе. Через какой-то промежуток времени (например, 5 с) вода будет устремляться то в одну сторону, то в другую.

Рисунок 2. Схема устройства трансформатора.

С током это происходит на­много быстрее, 50 раз в секунду (частота 50 Гц). В течение одного периода колебания величина тока повышается до максимума, затем проходит через ноль, а потом происходит обратный процесс, но уже с другим знаком. На вопрос, почему так происходит и зачем нужен такой ток, можно ответить, что получение и передача переменного тока намного проще, чем постоянного. Получение и передача переменного тока тесно связаны с таким устройством, как трансформатор (рис. 2).

Генератор, который вырабатывает переменный ток, по устройству гораздо проще, чем генератор постоянного тока. Кроме того, для передачи энергии на дальнее расстояние переменный ток подходит лучше всего. С его помощью при этом теряется меньше энергии.

При помощи транс­форматора (специаль­ного устройства в виде катушек) переменный ток преобразу­ется с низкого напряжения на высокое, и наоборот, как это представлено на иллюстрации (рис. 3).

Именно по этой причине большинство приборов работает от сети, в которой ток переменный. Однако постоянный ток также применяется достаточно широко: во всех видах батарей, в химической промышленности и некоторых других областях.

Рисунок 3. Схема передачи переменного тока.

Многие слышали такие загадочные слова, как одна фаза, три фазы, ноль, заземление или земля, и знают, что это важные понятия в мире электричества. Однако не все понимают, что они обозначают и какое отношение имеют к окружающей действительности. Тем не менее знать это надо обязательно.

Не углубляясь в технические подробности, которые не нужны домашнему мастеру, можно сказать, что трехфазная сеть - это такой способ передачи электрического тока, когда переменный ток течет по трем проводам, а по одному возвращается назад. Вышесказанное надо немного пояснить. Любая электри­ческая цепь состоит из двух проводов. По одному ток идет к потребителю (например к чайнику), а по другому воз­вращается обратно. Если разомкнуть такую цепь, то ток идти не будет. Вот и все описание однофазной цепи (рис. 4 А).

Тот провод, по которому ток идет, называется фазовым, или просто фазой, а по которому возвращается - нулевым, или нолем. Трехфазная цепь состоит из трех фазовых проводов и одного обратного. Такое возможно потому, что фаза переменного тока в каждом из трех проводов сдвинута по отношению к соседнему на 120° (рис. 4 Б). Более подробно на этот вопрос поможет ответить учебник по электромеханике.

Рисунок 4. Схема электрических цепей.

Передача переменного тока происходит именно при помощи трехфазных сетей. Это выгодно экономически: не нужны еще два нулевых провода. Подходя к потребителю, ток разделяется на три фазы, и каждой из них дается по нолю. Так он попадает в квартиры и дома. Хотя иногда трехфазная сеть заводится прямо в дом. Как правило, речь идет о частном секторе, и такое положение дел имеет свои плюсы и минусы.

Земля, или, правильнее сказать, заземление - третий провод в однофазной сети. В сущности, рабочей нагрузки он не несет, а служит своего рода предо­хранителем.

Например, в случае когда электричество выходит из-под контроля (например, короткое замыкание), возникает угроза пожара или удара током. Чтобы этого не произошло (то есть значение тока не должно превышать безопасный для человека и приборов уровень), вводится заземление. По этому проводу избыток элек­тричества в буквальном смысле слова уходит в землю (рис. 5).

Рисунок 5. Простейшая схема заземления.

Еще один пример. Допустим, в работе электродвигателя стиральной машины возникла небольшая поломка и часть электрического тока попадает на внешнюю металлическую оболочку прибора.

Если заземления нет, этот заряд так и будет блуждать по стиральной машине. Когда человек прикоснется к ней, он моментально станет самым удобным выходом для данной энергии, то есть получит удар током.

При наличии провода заземления в этой ситуации излишний заряд стечет по нему, не причинив никому вреда. В дополнение можно сказать, что нулевой проводник также может быть заземлением и, в принципе, им и является, но только на электростанции.

Ситуация, когда в доме нет заземления, небезопасна. Как с ней справиться, не меняя всю проводку в доме, будет рассказано в дальнейшем.

ВНИМАНИЕ!

Некоторые умельцы, полагаясь на начальные знания по электротехнике, устанавливают нулевой провод как заземляющий. Никогда так не делайте.

При обрыве нулевого провода корпуса заземленных приборов окажутся под напряжением 220 В.

"COME ON, WHAT IS ELECTRICITY, REALLY?" by Bill Beaty. http://amasci.com/elect/elefaq1.html#ae

Когда я слышу фразу «электронные товары», я думаю о физических, материальных объектах, таких как радиоприемники AM, сотовые телефоны, MP3-плееры, наручные часы LCD, электронная игра «Simon», приемники GPS и т. Д.

Конечно, эти физические объекты - то, что я называю «электронными товарами», - осязаемы и квалифицируются как «товары» таким же образом, как стул и ручка. Оба эти электронные товары и стулья изготовлены из физических материалов - металла, пластика и т. Д. - и требуют некоторых навыков и инструментов для производства. Оба эти электронные товары и стулья экономят время и силы на приобретение сырья и преобразование их в окончательную форму.

Похоже, вы также заинтересованы в «нематериальных товарах», например, «цифровых товарах», которые могут быть легко скопированы в цифровом виде с любого цифрового носителя на любой другой.

Такие товары (песни в формате MIDI, песни в формате MP3, программное обеспечение, новостные статьи, фотографии в формате JPG, документы, описывающие точную форму каждой части стула и способы их сборки и т. Д.) в каком-то смысле «одинаковы», печатаются ли они на бумаге чернилами, хранятся в виде магнитных узоров на жестком диске, хранятся в памяти компьютера (крайне временно), хранятся как флуктуации плотности фотонов в пространстве между спутником на геостационарной орбите и земную станцию, хранящуюся как крошечные углубления на DVD-диске, или хранящиеся в любом из дюжины других носителей.

Информация может храниться в бумажной ленте в виде отверстий, пробитых в бумаге. Когда левое отверстие пробито, оно считается «включено» или значение «1». Когда правое отверстие пробито, оно считается «выключенным» или «ноль». (Стандартная бумажная лента имеет другое расположение).

В то время как подложка с бумажной лентой имеет массу, информация, представленная этими отверстиями, не имеет массы, потому что катушка бумажной ленты с некоторым цифровым изображением, хранящаяся на ней, весит меньше , чем полностью пустая (бегущая) бумажная лента, Кроме того, если вы начинаете с двух одинаковых пустых катушек, и на одной ленте вы добавляете ценный цифровой звук и полностью заполняете другую ленту нулями (которые практически не имеют ценности), получающиеся в результате катушки имеют практически ту же величину.

Виртуальный объект, хранящийся на катушке бумажной ленты, можно рассматривать в некотором смысле как осязаемый, поскольку он хранится в виде рисунка отверстий, пробитых в бумаге, которые можно увидеть и почувствовать.

Поскольку эти цифровые товары можно так легко перевести с одного носителя на другой, мне не имеет смысла сосредоточиться на одной тонкой детали физики одного конкретного носителя и предположить, что тонкие детали имеют какое-либо отношение к цифровому благу - - когда эта деталь полностью отличается, когда «тот же» цифровой товар хранится на другом носителе.

• информация хранится в конденсаторах в виде электронов. Когда конденсатор заполнен более чем на 50% с электронами, это считается "on" (бит со значением "1").

Неправильно. Информация хранится в конденсаторах в виде электромагнитной энергии. Это также в виде дисбаланса электронов, а не самих электронов. Чтобы «зарядить» конденсатор, мы берем несколько электронов из одной металлической пластины и помещаем их на другую металлическую пластину. Таким образом, количество электронов внутри конденсатора никогда не меняется.

• информацию, представленную определенный ток (или, скорее, ряд токов включения/выключения) имеет массу, потому что он состоит из электронов которые протекают через провод.

Неправильно, потому что провода всегда содержат одинаковое количество электронов. Информация хранится при перемещении или движении этих электронов. Аналогия: резиновый приводной ремень очень похож на ток в электрической цепи, где резина похожа на электроны. Электроны там внутри проводов, даже когда они не движутся.

• виртуальный объект осязаем, потому что он существует в памяти в виде электроны, которые есть (или нет) в определенный шаблон.

Неправильно. Например, в RAM-памяти электроны ведут себя аналогично шарикам на Abacus. Чтобы сохранить те и нули, мы переворачиваем бусины влево и вправо. Но мы никогда не добавляем никаких бисеров на счеты или не удаляем их. Важен только шаблон, а не бусины. Цифровая информация подобна написанию на песке, и мы не покупаем и не продаем песок, мы покупаем и продаем только образцы. В RAM-памяти общее число электронов никогда не меняется. Но в каждой ячейке памяти в каждом триггере поток электронов отводится на один из двух возможных путей для хранения одного из двух возможных состояний: одного или нуля.

Да, есть электричество.

Действительно, это демонстрирует одна из работ Эйнштейна 1905 года «Об электродинамике движущихся тел». Движущийся магнит становится более массивным из-за его увеличения энергии, и эта дополнительная инерция заставляет его электрическое поле также увеличиваться. Следовательно, E = mc ^ 2.

Если вы хотите, используя достаточно точные инструменты, вы можете измерить свой компьютер по шкале и найти разницу в весе при просмотре разных электронных писем. Разница в весе, какая бы маленькая она ни была, не будет равна нулю. В 1971 году двое мужчин, Хафеле и Китинг, взяли отдельные атомные часы на ряд авиалайнеров, идущих в противоположных направлениях, и измерили разницу между ними. Во время полета общий вес часов был заметно иным. Сила, вызывающая подъем самолета, генерируется электрически посредством химических реакций в его турбинах.

Таким образом, масса электричества не только массовая, как минимум в истории задокументировано, что количество этой массы измерено научно.

Я согласен с greg выше, что свойства электричества не имеют отношения к закону. Существует (насколько я знаю) хороший набор прецедентов/примеров для цитат.

Причина, по которой я оправдываю свое положение, - это то, что электроны никак не связаны с добром, нежели среда передачи. Газетная статья не была отличным примером, потому что бумага всегда одна и та же, она привязана к добру. Возможно, более близким примером является то, что телевизионная трансляция не стала ценной для радиоволн, на которых она транслировалась.

Необходимые электроны (или нет, см. оптические вычисления) для формирования «электрического хорошего» не являются постоянными - т. е. одни и те же электроны не остаются частью этого «хорошего»,

Кое-что из того, что никогда не меняется, является основой того, что это такое, является его закодированным описанием. Эти слова и нули, как сказал Скриввц.

Разработка того, является ли электричество физическим, не имеет значения, потому что «хорошее» теоретически было бы сделано из каждого электрона в мире , поскольку все они могли бы использоваться в разное время, чтобы сделать их и нули.

Значение электрического товара, как я вижу, определяется двумя вещами - интеллектуальной собственностью в нем и принятым правом собственности на него. Как известная картина, она была восстановлена, вы не платите за пигменты или даже мазки.

Идея получения бесплатного электричества использую разность потенциалов между нулем сети и землей.
Небольшая оговорка: этот способ получения энергии работает на 100 процентов. Это не обман, никакой не понятный аппарат черпающий электричество с эфира, никакой-то чудо прибор на магнитиках и т.п.
Мы будем использовать разность напряжения между нулем сети 220 В и заземлением.
Если говорить простым языком, то от электростанции до потребителей идут провода – ноль и три фазы. Так как провода имеют свое сопротивлении, следовательно, на них будет и «просадка» напряжения. Вот это напряжение мы и будем ловить. Этот потенциал так же создает перекос фаз.

Это законно?

Да, за это не наказывают электросети, так как мы не будем задействовать фазу. И фактически это не воровство.

Электрические счетчики будут учитывать эту энергию?

Все зависит от типа электросчетчика. Бывают счётчики с одним шунтом (с одним измерительным элементом) – самые распространённые и двух шунтовые (с двумя измерительными элементами). Одно шунтовые как раз не учитываю ноль – так как измерительный шунт у них расположен на фазе.

Сколько электричества можно получить?

Все зависит от количества абонентов в сети и мощности всей проводки. Обычно это где-то 3-10 вольт. Если подключить повышающий трансформатор, то можно зажечь светодиодную лампу. Напряжение после повышающего трансформатора порядка 100-220 В.

Схема

Трансформатор любой от радиоприемника, магнитофона и т.п. Желательно на низкое напряжение 3-9 Вольт вторичной обмотки.
Учтите, что все манипуляции вы используете на свой страх и риск.

Меры предосторожности

Обязательно в цепь между нулем и трансформатором поставьте предохранитель или автоматический выключатель ампер на 5-10. Это нужно для того, чтобы вся конструкция не выгорела, если вдруг поменяют фазу с нулем. Вероятность этого события конечно ничтожно мала, но нужно быть готовым ко всему. Скорее большая вероятность того, что ноль оборвется – а это бывает сплошь и рядом. И автомат вас обязательно спасет.
Даже при работе с нулем обязательно отключайте сеть. Ну и даже бесплатный свет не стоит оставлять без присмотра.

Мы знаем о том, что человеческий организм «работает» на основе электрохимических реакций. Каким же наши тела способны генерировать электричество?

Вспомните школьный курс физики: в каждом атоме есть некоторое количество протонов, электронов и нейтронов. Обычно количество электронов равно числу протонов, что позволяет поддерживать нейтральный баланс частицы. Электроны расположены на разных расстояниях от центра атома с протонами и нейтронами: чем дальше от ядра вращается электрон, тем больше его потенциальная энергия. Так называемые валентные электроны (расположенные на внешних орбитах) могут покидать атом даже при незначительном стороннем воздействии. Явление перемещения электронов от одних атомов к другим и называют электрическим током.

В организме человека присутствуют множество химических веществ (например, кислород, калий, магний, кальций или натрий), реакции которых друг с другом способствуют возникновению электрической энергии. В числе прочего, это происходит в процессе так называемого «клеточного дыхания» - извлечения клетками тела энергии, необходимой для жизнедеятельности.

Каждая из молекул этих химических веществ может создавать отрицательный или положительный электрический импульс в зависимости от конкретной цели. Например, в сердце человека есть клетки, которые в процессе поддержания сердечного ритма поглощают натрий и выделяют калий, что создаёт в клетке положительный заряд. Когда заряд достигает определённого значения, клетки обретают способность воздействовать на сокращения сердечной мышцы.

«Клеточное дыхание» - лишь один из химических процессов организма, способствующих выработке электричества. Каждый человек - это сложнейшее сочетание химических соединений, взаимодействие которые рождает электрический заряд.

Как работает «мозгопочта» - передача сообщений от мозга к мозгу через интернет

10 тайн мира, которые наука, наконец, раскрыла

10 главных вопросов о Вселенной, ответы на которые учёные ищут прямо сейчас

8 вещей, которые не может объяснить наука

2500-летняя научная тайна: почему мы зеваем

3 самых глупых аргумента, которыми противники Теории эволюции оправдывают своё невежество

Можно ли с помощью современных технологий реализовать способности супергероев?

Атом, люстр, нуктемерон, и ещё семь единиц времени, о которых вы не слышали

Согласно новой теории, параллельные вселенные могут существовать в действительности

Что приходит вам в голову, когда вы слышите слово «электричество» или «электрический»? Один человек представит себе розетку, другой - линию электропередач, трансформатор или сварочный аппарат, рыбак подумает о молнии, домохозяйка вспомнит пальчиковую батарейку или зарядное устройство для мобильного телефона, токарь - электродвигатель, а кто-нибудь и вовсе представит , сидящего в своей лаборатории возле извергающей молнии индукционной катушки, испытывающей резонанс.

Так или иначе, проявлений электричества в современном мире очень много. Цивилизацию сегодняшнего дня вообще невозможно представить без электричества. Однако что мы знаем о нем? Давайте освежим в памяти эти сведения.

От электростанции - к электроприбору

Когда мы у себя дома вставляем вилку в розетку, включая электрочайник, или нажимаем на выключатель, привычно желая зажечь электрическую лампочку, то в этот момент мы замыкаем электрическую цепь между и , чтобы предоставить электрическому заряду путь для движения, например через спираль чайника.

Источником электричества у нас дома, как правило, является розетка. Движущийся через проводник (которым в нашем примере является нихромовая спираль чайника) электрический заряд - это и есть . Проводник соединяет розетку с потребителем двумя проводами: по одному проводу заряд движется от розетки - к потребителю, по второму проводу в этот же самый момент - от потребителя - к розетке. Если ток переменный, то провода меняются ролями по 50 раз каждую секунду.

Источником энергии для движения электрических зарядов (или проще говоря - источником электричества) в городской сети прежде всего выступает электростанция. На электростанции электричество вырабатывается посредством мощного , ротор которого приводится во вращение ядерной установкой или силовой установкой другого типа (например гидротурбиной).

Внутри генератора намагниченный ротор пересекает провода статора, наводя в них , порождающую напряжение между выводами генератора. И это всегда именно , поскольку ротор генератора имеет 2 магнитных полюса и вращается с частотой 3000 оборотов в минуту, либо имеет 4 полюса и частоту вращения 1500 оборотов в минуту.

От трансформаторов электростанций сверхвысокое переменное напряжение величиной 110, 220 или 500 киловольт подается на провода , с которых оно затем поступает на понижающие подстанции, где с помощью трансформаторов в конце концов и понижается до уровня бытовых сетей - 220 вольт.

Это и есть напряжение в нашей розетке, которым мы пользуемся каждый день, даже не задумываясь от электростанции до нашей розетки со скоростью света (299792458 метров в секунду - скорость распространения по проводам электрического поля, которое толкает внутри них электроны, создавая ток).

Переменное напряжение 220 вольт в розетке

Генерируемое для розеток напряжение является переменным потому, что: во-первых, его легко можно трансформировать (понизить или повысить), а во-вторых генерируется оно проще и передается с меньшими потерями в проводах, чем постоянное.

Подавая на провода, к которым присоединен , переменное напряжение, мы получаем , который гармонически изменяя свое направление 50 раз в секунду, способен генерировать в магнитопроводе трансформатора переменное магнитное поле, которое в свою очередь опять же способно возбуждать электрический ток в проводах вторичных обмоток, обвивающих магнитопровод…

Если бы магнитное поле было постоянным в пространстве, охваченном обмоткой, то ток бы в обмотках просто не навелся (см. ).

Чтобы получить ток, необходимо изменять магнитный поток в пространстве, тогда вокруг получится , оно станет действовать на электрический заряд, который например может находится внутри медного провода (свободные электроны), расположенного вокруг этого пространства с изменяющимся магнитным потоком.

На данном принципе основана работа как генераторов, так и трансформаторов, с той лишь разницей, что в трансформаторе отсутствуют движущиеся рабочие части: источником переменного магнитного потока в трансформаторе выступает переменный ток первичной обмотки, а в генераторе - вращающийся ротор с постоянным магнитным полем.

И там и там изменяющееся магнитное поле по закону электромагнитной индукции порождает вихревое электрическое поле, которое действует на свободные электроны внутри проводников, приводя эти электроны в движение. Если цепь замкнуть на потребитель - получится ток через потребитель.

Накопление электричества и постоянный ток

Накапливать электричество в быту удобнее всего в форме химической энергии, а именно . Химическая реакция меду электродами способна создать ток при замкнутой на потребитель внешней цепи, и чем больше площадь электродов аккумулятора - тем больший ток может быть от него получен, а в зависимости от материала электродов и от количества соединенных последовательно внутри аккумулятора ячеек - генерируемое аккумулятором напряжение может быть разным.

Так, для литий-ионного аккумулятора стандартное напряжение одной ячейки составляет 3,7 вольта и может достигать 4,2 вольта. Положительно заряженные ионы лития при разряде движутся в электролите от анода(-) на основе меди и графита - к катоду(+) на основе алюминия, а при заряде - от катода - к аноду, где под действием ЭДС зарядного устройства образуется соединение графита с литием, в результате чего и накапливается энергия в форме химического соединения.

Похожим образом работают электролитические конденсаторы, отличающиеся от аккумуляторов меньшей электроемкостью, но большим количеством жизненных циклов заряда-разряда.

Для литий-ионного аккумулятора продолжительность полноценной жизни ограничивается максимум 1000 циклами заряда-разряда, а удельная энергоемкость достигает 250 Втч/кг. Что касается электролитических конденсаторов, то их ресурс работы на выпрямленном токе исчисляется десятками тысяч часов, но энергоемкость обычно менее 0,25 Втч/кг.

Статическое электричество

Если шелковую простыню постелить на шерстяное покрывало, хорошенько прижать их друг к другу, а затем попытаться развести в стороны, то возникнет . Это случится потому, что в условиях трения тел с разной диэлектрической проницаемостью произойдет разделение зарядов на их поверхностях: материал с большей диэлектрической проницаемостью зарядится положительно, а с меньшей диэлектрической проницаемостью - отрицательно.

Чем больше разница этих параметров - тем сильнее электризация. При трении ногами о шерстяной ковер, вы заряжаетесь отрицательно, а ковер - положительно. Уровни потенциалов могут достигать здесь десятков тысяч вольт, и дотронувшись например до водопроводного крана, соединенного с чем-нибудь заземленным, вы испытаете удар током. Но поскольку электроемкость мизерна, это неприятное событие не окажется крупной угрозой для вашей жизни.

Другое дело - электрофорная машина, в которой статический заряд, получаемый трением, накапливается в конденсаторе. Накопленный в лейденской банке заряд уже опасен для жизни.