Прежде чем приступить к работам, связанным с электричеством, необходимо немного «подковаться» теоретически в этом вопросе. Если говорить просто, то обычно под электричеством подразумевается это движение электронов под действием электромагнитного поля. Главное - понять, что электричество - энергия мельчайших заряженных частиц, которые движутся внутри проводников в определенном направлении.
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. 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. 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. 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.
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 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.
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 °C. Более подробно на этот вопрос поможет ответить учебник по электромеханике. 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. Об этом будет рассказано позднее. Земля, или, правильнее сказать, заземление - третий провод в однофазной сети. В сущности, рабочей нагрузки он не несет, а служит своего рода предохранителем. Это можно объяснить на примере. 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.
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 но- левой 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.
Этот термин в основном используется для описания электрической энергии, электрической силы и электричества самого по себе. Электрическая – это наиболее разносторонне применяемый тип энергий из всех используемых человечеством. Она используется для освещения, обогрева, охлаждения, передвижения, связи и других повседневных целей.
Электричество наиболее просто описать с помощью теории атомного строения материи. Согласно ей, наименьшей структурной единицей вещества является . В центре атома находится ядро, которое в свою очередь состоит из протонов и нейтронов. Протоны обладают энергией, которую принято называть положительной. Нейтрона не обладают зарядом и остаются нейтрально заряженными. Вокруг ядра вращаются , которые имеют отрицательный заряд. Количество электронов равно количеству протонов, поэтому атом в сумме имеет нейтральный заряд. Однако в некоторых ситуациях атом может получать дополнительные электроны или терять их. В этом случае он становится положительно или отрицательно заряженным и тогда он будет называться .
Электрический заряд (ион) помещенный рядом с одним или несколькими другими будет испытывать электрические силы. Один из основных законов электричества состоит в притяжении разно заряженных зарядов и отталкивании одноименно заряженных зарядов. Область пространства, в котором заряды взаимодействуют друг с другом называют . Обычно электрическое поле изображается в виде линий, которые носят название силовых . Эта линия показывает направление, по которому следовал бы положительный заряд к отрицательному.
Когда , которые образуют какой-либо материальный объект теряют свои электроны, объект становится отрицательно заряженным. В этом случае он будет отталкиваться от отрицательно заряженных объектов и притягиваться к положительно заряженным.
Существует термин «статическое электричество», которое возникает, когда объект имеет положительный или отрицательный заряд, но не втекают и не вытекают из него. Если такой объект прикоснется к другому объекту, который нейтрально заряжен, либо положительно заряжен, то он потеряет часть или весь свой заряд.
Электрический ток возникает, когда есть поток электрически заряженных . В качестве таких частиц чаще всего выступают электроны. Некоторые электрические токи состоят из отрицательных и положительных ионов. По всеобщему соглашению направлением электрического тока называется направление, противоположное движению электронов. обладает энергией, которая может быть преобразована в тепловую, световую или другой вид энергии.
Электрический ток в металлическом проводнике представляет собой движение от отрицательного полюса к положительному. В повседневно используемых электрических устройствах протекают миллиарды и миллиарды электронов каждую секунду. Однако отдельные электроны преодолевают расстояние со скоростью лишь около 14 см в час. Основная их сила в их числе!
Существую два основных вида тока: постоянный и переменный. Постоянный ток течет в одном постоянном направлении. Переменный ток течет попеременно в каждую сторону. В бытовой электрической сети течет переменный ток и направление его движения меняется 50 раз в секунду.
Переменный ток обладает рядом преимуществ: его параметры могут быть легко изменены, т.е. его легко трансформировать. Кроме того, устройства для переменного тока сделать и спроектировать гораздо проще, чем для постоянного. В тоже время постоянный проще хранить, поэтому те устройства которые питаются от батареек и аккумуляторов работают преимущественно на постоянном токе.
по некоторым материалам течет более легко, чем по другим. Другими словами разные материалы обладают разным электрическим сопротивлением. Материалы с небольшим сопротивлением называются проводниками. Практически все металлы являются проводниками, так как их легко теряют и принимают . , которые также обладают низким сопротивлением, называют электролитами.
Наряду с проводниками существуют диэлектрики, которые имеют высокое электрическое сопротивление. К ним относятся резина, бумага, древесина и мн. др. Несмотря на то что диэлектрики плохо проводят ток, они также широко используются в электрической технике. Например диэлектрики используются для изоляции проводов.
Материалы с сопротивлением между проводниками и диэлектриками называются полупроводниками. Они широко используются при построении электронных схем.
Физика электричества - это то, с чем приходится сталкиваться каждому из нас. В статье мы рассмотрим основные понятия, связанные с ней.
Что такое электричество? Для человека непосвященного оно ассоциируется со вспышкой молнии или с энергией, питающей телевизор и стиральную машину. Он знает, что электропоезда используют О чем еще он может рассказать? О нашей зависимости от электричества ему напоминают линии электропередач. Кто-то сможет привести и несколько других примеров.
Однако с электричеством связано немало других, не столь очевидных, но повседневных явлений. Со всеми ними нас знакомит физика. Электричество (задачи, определения и формулы) мы начинаем изучать еще в школе. И узнаем много интересного. Оказывается, бьющееся сердце, бегущий спортсмен, спящий ребенок и плавающая рыба - все вырабатывает электрическую энергию.
Электроны и протоны
Определим основные понятия. С точки зрения ученого, физика электричества связана с движением электронов и других заряженных частиц в различных веществах. Поэтому научное понимание природы интересующего нас явления зависит от уровня знаний об атомах и составляющих их субатомных частицах. Ключом к этому пониманию служит крошечный электрон. Атомы любого вещества содержат один или более электронов, движущихся по различным орбитам вокруг ядра подобно тому, как планеты вращаются вокруг Солнца. Обычно в атоме равно количеству протонов в ядре. Однако протоны, будучи значительно тяжелее электронов, можно считать как бы закрепленными в центре атома. Этой предельно упрощенной модели атома вполне достаточно, чтобы объяснить основы такого явления, как физика электричества.
О чем еще необходимо знать? Электроны и протоны имеют одинаковый по величине (но разного знака), поэтому они притягиваются друг к другу. Заряд протона является положительным, а электрона - отрицательным. Атом, имеющий электронов больше или меньше, чем обычно, называется ионом. Если в атоме их недостаточно, то он называется положительным ионом. Если же он содержит их избыток, то его называют отрицательным ионом.
Когда электрон покидает атом, тот приобретает некоторый положительный заряд. Электрон, лишенный своей противоположности - протона, либо движется к другому атому, либо возвращается к прежнему.
Почему электроны покидают атомы?
Это объясняется несколькими причинами. Наиболее общая состоит в том, что под воздействием импульса света или какого-то внешнего электрона движущийся в атоме электрон может быть выбит со своей орбиты. Тепло заставляет атомы колебаться быстрее. Это означает, что электроны могут вылететь из своего атома. При химических реакциях они также перемещаются от атома к атому.
Хороший пример взаимосвязи химической и электрической активности дают нам мышцы. Их волокна сокращаются при воздействии электрического сигнала, поступающего из нервной системы. Электрический ток стимулирует химические реакции. Они-то и приводят к сокращению мышцы. Внешние электрические сигналы нередко используются для искусственного стимулирования мышечной активности.
Проводимость
В некоторых веществах электроны под действием внешнего электрического поля движутся более свободно, чем в других. Говорят, что такие вещества обладают хорошей проводимостью. Их называют проводниками. К ним относится большинство металлов, нагретые газы и некоторые жидкости. Воздух, резина, масло, полиэтилен и стекло плохо проводят электричество. Их называют диэлектриками и используют для изоляции хороших проводников. Идеальных изоляторов (абсолютно не проводящих тока) не существует. При определенных условиях электроны можно удалить из любого атома. Однако обычно эти условия столь трудно выполнить, что с практической точки зрения подобные вещества можно считать непроводящими.
Знакомясь с такой наукой, как "Электричество"), мы узнаем, что существует особая группа веществ. Это полупроводники. Они ведут себя отчасти как диэлектрики, а отчасти - как проводники. К ним, в частности, относятся: германий, кремний, окись меди. Благодаря своим свойствам полупроводник находит множество применений. Например, он может служить электрическим вентилем: подобно клапану велосипедной шины он позволяет зарядам двигаться только в одном направлении. Такие устройства называются выпрямителями. Они используются и в миниатюрных радиоприемниках, и на больших электростанциях для преобразования переменного тока в постоянный.
Тепло представляет собой хаотичную форму движения молекул или атомов, а температура - мера интенсивности этого движения (у большинства металлов с понижением температуры движение электронов становится более свободным). Это означает, что сопротивление свободному движению электронов падает с уменьшением температуры. Другими словами, проводимость металлов возрастает.
Сверхпроводимость
В некоторых веществах при очень низких температурах сопротивление потоку электронов исчезает полностью, и электроны, начав движение, продолжают его неограниченно. Это явление называется сверхпроводимостью. При температуре несколько градусов выше абсолютного нуля (— 273 °С) она наблюдается в таких металлах, как олово, свинец, алюминий и ниобий.
Генераторы Ван де Граафа
В школьную программу входят различные опыты с электричеством. Существует можество видов генераторов, об одном из которых нам хотелось бы подробнее рассказать. Генератор Ван де Граафа используется для получения сверхвысоких напряжений. Если предмет, содержащий избыток положительных ионов, поместить внутрь контейнера, то на внутренней поверхности последнего появятся электроны, а на внешней - такое же количество положительных ионов. Если теперь коснуться внутренней поверхности заряженным предметом, то на него перейдут все свободные электроны. На внешней же положительные заряды останутся.
В положительные ионы от источника наносятся на ленту конвейера, проходящего внутри металлической сферы. Лента связана с внутренней поверхностью сферы с помощью проводника в виде гребня. Электроны стекают с внутренней поверхности сферы. На внешней же стороне ее появляются положительные ионы. Эффект можно усилить, используя два генератора.
Электрический ток
В школьный курс физики входит и такое понятие, как электрический ток. Что же это такое? Электрический ток обусловлен движением электрических зарядов. Когда электрическая лампа, соединенная с батареей, включена, ток течет по проводу от одного полюса батареи к лампе, затем через ее волосок, вызывая его свечение, и возвращается назад по второму проводу к другому полюсу батареи. Если выключатель повернуть, то цепь разомкнется - движение тока прекратится, и лампа погаснет.
Движение электронов
Ток в большинстве случаев представляет собой упорядоченное движение электронов в металле, служащем проводником. Во всех проводниках и некоторых других веществах всегда происходит какое-то случайное их движение, даже если ток не протекает. Электроны в веществе могут быть относительно свободны или сильно связаны. Хорошие проводники имеют свободные электроны, способные перемещаться. А вот в плохих проводниках, или изоляторах, большинство этих частиц достаточно прочно связано с атомами, что препятствует их движению.
Иногда естественным или искусственным путем в проводнике создается движение электронов в определенном направлении. Этот поток и называют электрическим током. Он измеряется в амперах (А). Носителями тока могут служить также ионы (в газах или растворах) и «дырки» (нехватка электронов в некоторых видах полупроводников. Последние ведут себя как положительно заряженные носители электрического тока. Чтобы заставить электроны двигаться в том или ином направлении, необходима некая сила. В природе ее источниками могут быть: воздействие солнечного света, магнитные эффекты и химические реакции. Некоторые из них используются для получения электрического тока. Обычно для этой цели служат: генератор, использующий магнитные эффекты, и элемент (батарея), действие которого обусловлено химическими реакциями. Оба устройства, создавая заставляют электроны двигаться в одном направлении по цепи. Величина ЭДС измеряется в вольтах (В). Таковы основные единицы измерения электричества.
Величина ЭДС и сила тока связаны между собой, как давление и поток в жидкости. Водопроводные трубы всегда заполнены водой под определенным давлением, но вода начинает течь, только когда открывают кран.
Аналогично может быть соединена с источником ЭДС, но ток в ней не потечет до тех пор, пока не будет создан путь, по которому могут двигаться электроны. Им может быть, скажем, электрическая лампа или пылесос, выключатель здесь играет роль крана, «выпускающего» ток.
Соотношение между током и напряжением
По мере роста напряжения в цепи растет и ток. Изучая курс физики, мы узнаем, что электрические цепи состоят из нескольких различных участков: обычно это выключатель, проводники и прибор - потребитель электричества. Все они, соединенные вместе, создают сопротивление электрическому току, которое (при условии постоянства температуры) для этих компонентов не изменяется со временем, но для каждого из них различно. Поэтому, если одно и то же напряжение применить к лампочке и к утюгу, то поток электронов в каждом из приборов будет различен, поскольку различны их сопротивления. Следовательно, сила тока, протекающего через определенный участок цепи, определяется не только напряжением, но и сопротивлением проводников и приборов.
Закон Ома
Величина электрического сопротивления измеряется в омах (Ом) в такой науке, как физика. Электричество (формулы, определения, опыты) - обширная тема. Мы не будем выводить сложные формулы. Для первого знакомства с темой достаточно того, что было сказано выше. Однако одну формулу все-таки стоит вывести. Она совсем несложная. Для любого проводника или системы проводников и приборов соотношение между напряжением, током и сопротивлением задается формулой: напряжение = ток х сопротивление. Это математическое выражение закона Ома, названного так в честь Георга Ома (1787-1854 гг.), который первым установил взаимосвязь этих трех параметров.
Физика электричества - очень интересный раздел науки. Мы рассмотрели лишь основные понятия, связанные с ней. Вы узнали, что такое электричество, как оно образуется. Надеемся, эта информация вам пригодится.
Электричество — это движущийся в определенном направлении поток частиц. Они обладают неким зарядом. По-другому, электричество — это энергия, которая получается при движении, а также освещение, появляющееся после получения энергии. Термин ввел ученый Уильям Гилберт в 1600 году. При проведении опытов с янтарем еще древнегреческий Фалес обнаружил, что минералом приобретался заряд. «Янтарь» в переводе с греческого означает «электрон». Отсюда пошло и название.
Электричество - это...
Благодаря электричеству, вокруг проводников тока или тел, обладающих зарядом, создается электрическое поле. Через него появляется возможность воздействовать на другие тела, у которых также есть некий заряд.
Все знают, что заряды бывают положительными и отрицательными. Конечно, это условное деление, но по сложившейся истории их так и продолжают обозначать.
Если тела заряжены одинаково, они будут отталкиваться, а если по-разному — притягиваться.
Суть электричества заключается не только в создании электрического поля. Возникает и магнитное поле. Поэтому между ними имеется родство.
Больше века спустя, в 1729 году, Стивен Грей установил, что есть тела, обладающие очень большим сопротивлением. Они способны проводить
В настоящее время больше всего электричеством занимается термодинамика. Но квантовые свойства электромагнетизма изучает квантовая термодинамика.
История
Вряд ли можно назвать конкретного человека, открывшего явление. Ведь и по сей день продолжаются исследования, выявляются новые свойства. Но в науке, которую нам преподают в школе, называют несколько имен.
Считается, что первым, кто заинтересовался электричеством, был живший в Древней Греции. Это он тер янтарь о шерсть и наблюдал, как начинали притягиваться тела.
Затем Аристотель изучал угрей, поражавших врагов, как поняли позже, электричеством.
Позже Плиний писал об электрических свойствах смолы.
Ряд интересных открытий закрепили за врачом английской королевы, Вильямом Жильбером.
В середине семнадцатого века, после того как стал известен термин «электричество», бургомистр Отто фон Герике изобрел электростатическую машину.
В восемнадцатом веке Франклин создал целую теорию явления, говоряющую о том, что электричество - это флюид или нематериальная жидкость.
Кроме упомянутых людей, с этим вопросом связывают такие знаменитые имена, как:
- Кулон;
- Гальвани;
- Вольт;
- Фарадей;
- Максвелл;
- Ампер;
- Лодыгин;
- Эдисон;
- Герц;
- Томсон;
- Клод.
Несмотря на их неоспоримый вклад, самым могущественным из ученых в мире по праву признают Николу Теслу.
Никола Тесла
Ученый родился в семье сербского православного священника на территории нынешней Хорватии. В шесть лет мальчик обнаружил чудесное явление, когда играл с черной кошкой: ее спина вдруг осветилась полоской голубого цвета, что сопровождалось искрами при прикосновении. Так мальчик впервые узнал, что такое «электричество». Это и определило всю его будущую жизнь.
Ученому принадлежат изобретения и научные работы о:
- переменном токе;
- эфире;
- резонансе;
- теории полей;
- радио и еще многом другом.
Многие связывают событие, получившее название с именем Николы Теслы, считая, что огромный взрыв в Сибири был вызван не падением космического тела, а опытом, проводимым ученым.
Природное электричество
Одно время в научных кругах существовало мнение, что электричества в природе не существует. Но эту версию опровергли тогда, когда Франклином была установлена электрическая природа молнии.
Именно благодаря ей аминокислоты начали синтезироваться, а значит, и появилась жизнь. Установлено, что движения, дыхание и другие процессы, происходящие в организме, возникают от нервного импульса, который имеет электрическую природу.
Всем известные рыбы — электрические скаты - и некоторые другие виды защищаются таким образом, с одной стороны, и поражают жертву, с другой.
Применение
Подключение электричества происходит за счет работы генераторов. На электростанциях создается энергия, передаваемая по специальным линиям. Ток образуется за счет преобразования внутренней или в электрическую. Станции, которые ее вырабатывают, где происходит подключение или отключение электричества, бывают различных видов. Среди них выделяют:
- ветровые;
- солнечные;
- приливные;
- гидроэлектростанции;
- тепловые атомные и другие.
Подключение электричества сегодня происходит практически везде. Представить себе жизнь без него современный человек не может. С помощью электричества производится освещение, передается информация по телефону, радио, телевидению… За счет него функционирует такой транспорт, как трамваи, троллейбусы, электрички, поезда метро. Появляются и все смелее заявляют о себе электромобили.
Если происходит отключение электричества в доме, то человек часто становится беспомощным в разных делах, так как даже бытовые приборы работают при помощи этой энергии.
Неразгаданные тайны Теслы
Свойства явления изучали с древних времен. Человечество узнало, как провести электричество, используя различные источники. Это в значительной степени облегчило им жизнь. Тем не менее в будущем людям еще предстоит немало открытий, связанных с электричеством.
Некоторые из них, может быть, даже уже были сделаны известным Николой Теслой, но затем были засекречены или уничтожены им самим. Биографы утверждают, что в конце жизни большинство записей ученый собственноручно сжег, осознав, что человечество не готово к ним и может навредить себе, использовав его открытия как самое мощное оружие.
Но по другой версии, считается, что часть записей была изъята спецслужбами США. Истории известен эсминец ВМФ США «Элдридж», который не только обладал способностью быть невидимым для радаров, но и перемещался моментально в пространстве. Есть свидетельства эксперимента, после которого часть экипажа тогда погибла, другая часть исчезла, а оставшиеся в живых сошли с ума.
Так или иначе, понятно, что все тайны электричества еще не раскрыты. Значит, человечество нравственно еще не готово к этому.
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.