Każda osoba ma abstrakcyjną koncepcję prądu elektrycznego. W przypadku urządzenia elektrycznego źródło zasilania jest rodzajem źródła powietrza dla każdego oddychającego organizmu. Ale w tych porównaniach zrozumienie natury tego zjawiska jest ograniczone i tylko specjaliści rozumieją istotę głębiej.
W szkolnym programie nauczania wszyscy uczęszczają na kurs fizyki, który opisuje podstawowe pojęcia i prawa elektryczności. Suche, naukowe podejście nie wzbudza zainteresowania dzieciami, więc większość dorosłych nie ma pojęcia, czym jest prąd elektryczny, dlaczego powstaje, jak ma jednostkę miary lub jak cokolwiek może poruszać się po nieruchomych metalowych drutach, a nawet sprawić, by urządzenia elektryczne działały.
W prostych słowach na temat prądu elektrycznego
Standardowa definicja z podręcznika do fizyki szkolnej zwięźle opisuje zjawisko prądu elektrycznego. Ale szczerze mówiąc, możesz to w pełni zrozumieć, jeśli przestudiujesz ten temat znacznie głębiej. W końcu informacje są prezentowane w innym języku - naukowym. O wiele łatwiej jest zrozumieć naturę zjawiska fizycznego, jeśli opisujesz wszystko w znajomym języku, który jest zrozumiały dla każdej osoby. Na przykład prąd w metalu.
Powinno zacząć się od tego, że wszystko, co uważamy za stałe i nieruchome, jest tylko naszym zdaniem. Kawałek metalu leżący na ziemi jest monolitycznym nieruchomym ciałem w ludzkim sensie. Dla analogii wyobraź sobie naszą planetę w kosmosie, patrząc na nią z powierzchni Marsa. Ziemia wydaje się być całym, nieruchomym ciałem. Jeśli zbliżysz się do jego powierzchni, stanie się oczywiste, że nie jest to monolityczny kawałek materii, ale ciągły ruch: woda, gazy, żywe istoty, płyty litosferyczne - wszystko to porusza się non stop, choć nie jest to widoczne z daleka.
Wróćmy do naszego kawałka metalu leżącego na ziemi. Jest nieruchomy, ponieważ patrzymy na niego z boku jak na obiekt monolityczny. Na poziomie atomowym składa się z ciągle poruszających się drobnych elementów. Są różne, ale interesują nas elektrony, które wytwarzają pole elektromagnetyczne w metalach generujących ten sam prąd. Słowo „prąd” należy rozumieć dosłownie, ponieważ gdy elementy z ładunkiem elektrycznym przemieszczają się, to znaczy „przepływają” z jednego naładowanego obiektu do drugiego, wówczas występuje „prąd elektryczny”.
Po zrozumieniu podstawowych pojęć możemy uzyskać ogólną definicję:
Aby lepiej zrozumieć istotę, musisz zagłębić się w szczegóły i uzyskać odpowiedzi na kilka podstawowych pytań.
Odpowiedzi na główne pytania dotyczące prądu elektrycznego
Po sformułowaniu definicji powstaje kilka logicznych pytań.
- Co powoduje, że obecny „przepływ”, to znaczy ruch?
- Jeśli najmniejsze metalowe elementy ciągle się poruszają, to dlaczego nie jest zdeformowane?
- Jeśli coś przepływa z jednego obiektu do drugiego, to czy masa tych obiektów zmienia się?
Odpowiedź na pierwsze pytanie jest prosta. Gdy woda przepływa z wysokiego do niskiego punktu, elektrony będą płynąć z ciała o wysokim ładunku do ciała o niskim, zgodnie z prawami fizyki. A „ładunek” (lub potencjał) to liczba elektronów w ciele, a im więcej, tym wyższy ładunek.Jeśli nastąpi kontakt między dwoma ciałami o różnych ładunkach, elektrony z ciała bardziej naładowanego przepłyną do mniej naładowanego. Będzie więc prąd, który skończy się, gdy ładunki dwóch ciał stykających się zrównają się.
Aby zrozumieć, dlaczego drut nie zmienia struktury, pomimo faktu, że ciągle się w nim porusza, musisz sobie to wyobrazić w postaci dużego domu, w którym żyją ludzie. Wielkość domu nie zmieni się, ilu ludzi wejdzie i wyjdzie z niego, a także wprowadzi się do środka. W tym przypadku osoba jest analogiem elektronu w metalu - porusza się swobodnie i nie ma specjalnej masy w porównaniu z całym budynkiem.
Jeśli elektrony przemieszczają się z jednego ciała do drugiego - dlaczego masa ciał nie zmienia się? Faktem jest, że ciężar elektronu jest tak mały, że nawet jeśli usuniesz wszystkie elektrony z ciała, jego masa się nie zmieni.
Co to jest jednostka prądu
Aby „obliczyć” prąd elektryczny, stosuje się różne jednostki miary, przeanalizujemy trzy główne:
- Obecna siła.
- Napięcie
- Odporność
Jeśli spróbujesz opisać pojęcie siły prądu w prostych słowach, najlepiej wyobrazić sobie przepływ samochodów przejeżdżających przez tunel. Samochody to elektrony, a tunel to drut. Im więcej samochodów przejeżdża w danym momencie przez przekrój tunelu, tym większa jest siła prądu, którą mierzy urządzenie zwane „amperomierzem” w amperach (A), a we wzorach jest oznaczona literą (I).
Napięcie jest wartością względną wyrażającą różnicę w ładunkach ciał, między którymi płynie prąd. Jeśli jeden obiekt ma bardzo wysoki ładunek, a drugi jest bardzo niski, wówczas między nimi będzie wysokie napięcie, aby zmierzyć, który woltomierz i jednostka o nazwie Volt (V). We wzorach oznaczonych literą (U).
Rezystancja charakteryzuje zdolność przewodnika, warunkowo miedzianego drutu, do przepuszczenia przez siebie pewnej ilości prądu, to znaczy elektronów. Przewodnik oporowy wytwarza ciepło, zużywając część energii przepływającego przez niego prądu, obniżając w ten sposób jego wytrzymałość. Rezystancja jest obliczana w omach (omach), a litera (R) jest używana we wzorach.
Wzory do obliczania charakterystyk prądowych
Używając trzech wielkości fizycznych, można obliczyć charakterystykę prądu za pomocą prawa Ohma. Wyraża się to wzorem:
I = U / R
Gdzie I to siła prądu, U to napięcie w obwodzie, R to rezystancja.
Ze wzoru wynika, że natężenie prądu oblicza się, dzieląc wartość napięcia przez wartość rezystancji. Stąd mamy brzmienie prawa:
Na podstawie tego wzoru można obliczyć matematycznie inne składniki.
Odporność
R = U / I
Napięcie:
U = I * R
Należy zauważyć, że formuła jest ważna tylko dla określonej sekcji łańcucha. W przypadku pełnego, zamkniętego obwodu, a także innych specjalnych przypadków, istnieją inne prawa Ohma.
Wpływ prądu na różne materiały i żywe stworzenia
Różne pierwiastki chemiczne zachowują się inaczej pod wpływem prądu. Niektóre nadprzewodniki nie są odporne na przemieszczające się przez nie elektrony, nie powodując żadnej reakcji chemicznej. Metale z nadmiernym obciążeniem mogą być niszczone, topione. Dielektryki, które nie przechodzą prądu, w ogóle nie wchodzą z nim w interakcje i tym samym chronią przed nim środowisko. Zjawisko to jest z powodzeniem stosowane przez ludzi w izolacji drutów z gumą.
Dla organizmów żywych prąd jest zjawiskiem niejednoznacznym. Jest w stanie mieć zarówno korzystne, jak i destrukcyjne efekty. Ludzie od dawna stosują kontrolowane wyładowania do celów leczniczych: od wyładowań świetlnych stymulujących aktywność mózgu do potężnych wstrząsów elektrycznych, które mogą uruchomić zatrzymane serce i przywrócić osobę do życia. Silne rozładowanie może prowadzić do poważnych problemów zdrowotnych, oparzeń, śmierci tkanek, a nawet natychmiastowej śmierci. Podczas pracy z urządzeniami elektrycznymi należy przestrzegać przepisów bezpieczeństwa.
W naturze można znaleźć wiele zjawisk, w których kluczową rolę odgrywa energia elektryczna: od stworzeń głębinowych (pochylni elektrycznych), które mogą szokować, po błyskawice podczas burzy. Człowiek od dawna opanował tę naturalną siłę i umiejętnie ją wykorzystuje, dzięki czemu działa cała nowoczesna elektronika.
Należy pamiętać, że zjawiska naturalne mogą być zarówno użyteczne, jak i szkodliwe dla ludzi. Uczenie się na ławce szkolnej i dalsza edukacja pomaga ludziom mądrze wykorzystywać zjawiska świata z korzyścią dla społeczeństwa.
