Over elektrische stroom, spanning en vermogen uit een Sovjet-kinderboek: eenvoudig en duidelijk

In de Sovjet-Unie, die zeer serieuze successen boekte in de ontwikkeling van wetenschap en technologie, raakte de radioamateurbeweging wijdverbreid. Vele duizenden jonge burgers hebben radiotechniek gestudeerd onder begeleiding van instructeurs in radiokringen en radioclubs die over speciale technische literatuur, gereedschappen en instrumenten beschikken. Velen van hen werden in de toekomst gekwalificeerde ingenieurs, ontwerpers, wetenschappers.

Voor dergelijke radioschakelingen is populair wetenschappelijke literatuur verschenen, waarin diverse vraagstukken op het gebied van natuurkunde, mechanica, elektrotechniek en elektronica in eenvoudige taal met een groot aantal illustraties werden toegelicht.

Een van de voorbeelden van dergelijke boeken is Cheslov Klimchevsky's boek "The Alphabet of a Radio Amateur", gepubliceerd door de uitgeverij "Svyazizdat" in 1962. Het eerste deel van het boek heet "Electrical Engineering", het tweede deel is "Radio Engineering", de derde is "Praktisch advies". , de vierde sectie - «Wij installeren onszelf».

Het boek zelf is hier te downloaden: Het alfabet voor amateurradio's (wild)

Dit type boek behoorde in de jaren zestig niet tot de hooggespecialiseerde literatuur.Ze kwamen uit in een oplage van tienduizenden exemplaren en waren bedoeld voor een massale lezer.

De Raz-radio werd zo volledig toegepast in het dagelijks leven van mensen, dat men destijds geloofde dat je niet alleen beperkt kon worden door het vermogen om aan de knoppen te draaien. En elke geschoolde persoon zou radio moeten bestuderen om te begrijpen hoe radiotransmissie en radio-ontvangst worden uitgevoerd, om kennis te maken met de fundamentele elektrische en magnetische verschijnselen die de sleutel vormen tot de theorie van radiotechniek. Ook is het in het algemeen nodig om vertrouwd te raken met de systemen en het ontwerp van ontvangstapparaten.

Laten we samen kijken en beoordelen hoe ze in die tijd complexe dingen wisten uit te leggen met eenvoudige afbeeldingen.

Een beginnende radioamateur van deze tijd:

Over elektrische stroom

Alle substanties in de wereld en daarmee alle objecten om ons heen, bergen, zeeën, lucht, planten, dieren, mensen, bestaan ​​uit onmetelijk kleine deeltjes, moleculen, en laatstgenoemde op hun beurt weer uit atomen. Een stuk ijzer, een druppel water, een onbeduidende hoeveelheid zuurstof, zijn een opeenhoping van miljarden atomen, de ene soort in ijzer, de andere in water of zuurstof.

Als je van een afstand naar het bos kijkt, lijkt het op een donkere strook die uit één stuk bestaat (vergelijk het bijvoorbeeld met een stuk ijzer). Als ze de rand van het bos naderen, zijn individuele bomen te zien (in een stuk ijzer - ijzeratomen). Een bos bestaat uit bomen; evenzo bestaat een stof (zoals ijzer) uit atomen.

In een naaldbos staan ​​de bomen anders dan in een loofbos; evenzo zijn de moleculen van elk chemisch element samengesteld uit atomen die verschillen van de moleculen van andere chemische elementen. IJzeratomen zijn dus anders dan bijvoorbeeld zuurstofatomen.

Als we nog dichter bij de bomen komen, zien we dat ze allemaal uit een stam en bladeren bestaan. Op dezelfde manier bestaan ​​de atomen van de substantie uit de zogenaamde Kern (stam) en elektronen (vellen).

De romp is zwaar en de kern is zwaar; het vertegenwoordigt de positieve elektrische lading (+) van het atoom. Bladeren zijn licht en elektronen zijn licht; ze vormen een negatieve elektrische lading (-) op het atoom.

Verschillende bomen hebben stammen met een verschillend aantal takken en het aantal bladeren is niet hetzelfde. Evenzo bestaat een atoom, afhankelijk van het chemische element dat het vertegenwoordigt, (in zijn eenvoudigste vorm) uit een kern (stam) met verschillende positieve ladingen — de zogenaamde protonen (takken) en een aantal negatieve ladingen - elektronen (vellen).

In het bos, op de grond tussen de bomen, hopen veel gevallen bladeren zich op. De wind tilt deze bladeren van de grond en ze circuleren tussen de bomen. Dus in een stof (bijvoorbeeld een metaal) tussen individuele atomen is er een bepaalde hoeveelheid vrije elektronen die niet tot een van de atomen behoren; deze elektronen bewegen willekeurig tussen de atomen.

Als je de draden die van een elektrische batterij komen, verbindt met de uiteinden van een stuk metaal (bijvoorbeeld een stalen haak): verbind het ene uiteinde ervan met de plus van de batterij - breng de zogenaamde positieve elektrische potentiaal (+) eraan, en het andere uiteinde aan de min van de batterij - breng een negatieve elektrische potentiaal (-), dan zullen de vrije elektronen (negatieve ladingen) tussen de atomen in het metaal beginnen te bewegen en naar de positieve kant van de batterij rennen.

Dit wordt verklaard door de volgende eigenschap van elektrische ladingen: tegengestelde ladingen, dat wil zeggen, positieve en negatieve ladingen trekken elkaar aan; zoals ladingen, dat wil zeggen, positief of negatief, integendeel, stoten elkaar af.

Vrije elektronen (negatieve ladingen) in het metaal worden aangetrokken door de positief geladen (+) pool van de batterij (stroombron) en bewegen zich daardoor niet meer willekeurig in het metaal, maar naar de pluszijde van de stroombron.

Zoals we al weten, is een elektron een elektrische lading. Een groot aantal elektronen die in één richting in het metaal bewegen, vormen de elektronenstroom, d.w.z. elektrische ladingen. Deze elektrische ladingen (elektronen) die in het metaal bewegen, vormen een elektrische stroom.

Zoals eerder vermeld, bewegen elektronen langs draden van min naar plus. We kwamen echter overeen om te overwegen dat de stroom in de tegenovergestelde richting stroomt: van plus naar min, dat wil zeggen alsof er geen negatieve, maar positieve ladingen langs de draden bewegen (dergelijke positieve ladingen zouden worden aangetrokken door de min van de stroombron) .

Hoe meer bladeren in het bos door de wind worden voortgedreven, hoe dikker ze de lucht vullen; evenzo, hoe meer ladingen in het metaal stromen, hoe groter de hoeveelheid elektrische stroom.

Niet elke stof kan met hetzelfde gemak een elektrische stroom geleiden. Vrije elektronen bewegen gemakkelijk, bijvoorbeeld in metalen.

Materialen waarin elektrische ladingen gemakkelijk kunnen bewegen, worden geleiders van elektrische stroom genoemd. Sommige materialen, isolatoren genoemd, hebben geen vrije elektronen en daarom vloeit er geen elektrische stroom door de isolatoren. Isolatoren zijn onder meer glas, porselein, mica, kunststoffen.

De vrije elektronen die aanwezig zijn in een stof die een elektrische stroom geleidt, zijn ook te vergelijken met waterdruppeltjes.

Individuele druppeltjes in rust creëren geen waterstroom. Een groot aantal van hen vormt in beweging een beek of rivier die in één richting stroomt. De waterdruppels in deze stroom of rivier bewegen in een stroom waarvan de kracht groter is, hoe groter het verschil in de niveaus van het kanaal langs zijn pad en dus hoe groter het verschil in de "potentialen" (hoogten) van het individu individuele segmenten van dit pad.

De grootte van de elektrische stroom

Om de verschijnselen veroorzaakt door elektrische stroom te begrijpen, vergelijk het met de stroming van water. Kleine hoeveelheden water stromen in beken, terwijl grote hoeveelheden water in rivieren stromen.

Neem aan dat de waarde van de waterstroom in de stroom gelijk is aan 1; Laten we de stroomwaarde in de rivier bijvoorbeeld nemen als 10. Ten slotte, voor een krachtige rivier is de waterstroomwaarde bijvoorbeeld 100, dat is honderd keer de waarde van de stroom in de stroom.

Een zwakke stroom water kan het wiel van slechts één molen aandrijven. We nemen de waarde van deze stroom gelijk aan 1.

Twee keer zoveel water kan twee van deze molens aandrijven. In dit geval is de waterstroomwaarde gelijk aan 2.

Vijfmaal de waterstroom kan vijf identieke molens aandrijven; de waarde van de waterstroming is nu 5. De stroming van de waterstroming in de rivier is waar te nemen; elektrische stroom vloeit door draden die onzichtbaar zijn voor onze ogen.

De volgende afbeelding toont een elektromotor (elektromotor) die wordt aangedreven door elektrische stroom. Laten we in dit geval de waarde van elektrische stroom gelijk aan 1 nemen.

Wanneer een elektrische stroom twee van dergelijke elektromotoren aandrijft, zal de hoeveelheid stroom die door de hoofddraad vloeit twee keer zo groot zijn, dat wil zeggen gelijk aan 2.Als tenslotte een elektrische stroom vijf dezelfde elektromotoren voedt, dan is de stroom op de hoofddraad vijf keer zo hoog als in het eerste geval; daarom is de grootte ervan 5.

Een praktische eenheid voor het meten van de hoeveelheid water of andere vloeistof (d.w.z. de hoeveelheid die per tijdseenheid, bijvoorbeeld per seconde, door de dwarsdoorsnede van een rivierbedding, pijp, enz. stroomt) is liter per seconde.

Om de grootte van de elektrische stroom te meten, dat wil zeggen de hoeveelheid lading die per tijdseenheid door de doorsnede van de draad stroomt, wordt de ampère als een praktische eenheid genomen.De grootte van de elektrische stroom wordt dus bepaald in ampère. De afgekorte ampère wordt aangegeven met de letter a.

De bron van elektrische stroom kan bijvoorbeeld een galvanische batterij of een elektrische accu zijn.

De grootte van de batterij of accu bepaalt de hoeveelheid elektrische stroom die ze kunnen leveren en de duur van hun actie.

Gebruik speciale apparaten, ampèremeters (A) om de grootte van elektrische stroom in de elektrotechniek te meten. Verschillende elektrische apparaten dragen verschillende hoeveelheden elektrische stroom.

Spanning

De tweede elektrische grootheid die nauw verband houdt met de grootte van stroom is spanning. Om gemakkelijker te begrijpen wat de spanning van een elektrische stroom is, laten we het vergelijken met het verschil in de niveaus van het kanaal (de val van het water in de rivier), net zoals we de elektrische stroom vergeleken met de stroming van water. Met een klein verschil in kanaalniveaus nemen we het verschil gelijk aan 1.

Als het verschil in kanaalniveaus groter is, is de waterval navenant groter. Stel bijvoorbeeld dat het gelijk is aan 10, dat wil zeggen tien keer meer dan in het eerste geval.Eindelijk, met een nog groter verschil in watervalniveaus, is het bijvoorbeeld 100.

Als de waterstroom van een kleine hoogte valt, kan deze slechts één molen aandrijven. In dit geval nemen we een waterdruppel gelijk aan 1.

Dezelfde stroom die van twee keer de hoogte valt, kan de wielen van twee vergelijkbare molens doen draaien. In dit geval is de waterdruppel gelijk aan 2.

Als het verschil in kanaalniveaus vijf keer zo groot is, drijft hetzelfde debiet vijf van dergelijke molens aan. De waterdruppel is 5.

Soortgelijke verschijnselen worden waargenomen bij het beschouwen van elektrische spanning. Het volstaat om de term «waterdruppel» te vervangen door de term «elektrische spanning» om te begrijpen wat het betekent in de volgende voorbeelden.

Laat maar één lamp branden. Stel dat er een spanning gelijk aan 2 op wordt aangelegd.

Om ervoor te zorgen dat vijf van dergelijke lampen die op dezelfde manier zijn aangesloten, kunnen branden, moet de spanning gelijk zijn aan 10.

Wanneer twee in serie met elkaar geschakelde identieke lampen branden (zoals lampen meestal in kerstboomslingers worden aangesloten), is de spanning 4.

In alle beschouwde gevallen gaat er door elke lamp een elektrische stroom van dezelfde grootte en wordt op elke lamp dezelfde spanning aangelegd, die deel uitmaakt van de totale spanning (accuspanning), die in elk individueel voorbeeld verschillend is.

Laat de rivier in het meer stromen. Voorwaardelijk nemen we het waterpeil in het meer als nul, dan is het niveau van het rivierkanaal nabij de tweede boom ten opzichte van het waterpeil in het meer gelijk aan 1 m, en het niveau van het rivierkanaal nabij de derde boom wordt 2 m. Het niveau van de geul nabij de derde boom is 1 m hoger dan het niveau nabij de tweede boom, d.w.z. tussen deze bomen is gelijk aan 1 m.

Het verschil in kanaalniveaus wordt gemeten in lengte-eenheden, bijvoorbeeld, zoals wij deden, in meters. In de elektrotechniek komt het niveau van de rivierbedding op elk punt ten opzichte van een bepaald nulniveau (in ons voorbeeld het waterpeil van het meer) overeen met een elektrische potentiaal.

Het verschil in elektrisch potentiaal wordt spanning genoemd. Elektrisch potentiaal en spanning worden gemeten met dezelfde eenheid: de volt, afgekort met de letter c. De eenheid voor het meten van elektrische spanning is dus de volt.

Speciale meetapparatuur genaamd voltmeters (V) worden gebruikt om elektrische spanning te meten.

Een dergelijke bron van elektrische stroom als batterij is algemeen bekend. Eén cel van de zogenaamde loodzuuraccu (waarin de loden platen zijn ondergedompeld in een waterige oplossing van zwavelzuur) heeft bij het opladen een spanning van ongeveer 2 volt.

Een anodebatterij, die wordt gebruikt om batterijradio's met elektrische stroom van stroom te voorzien, bestaat meestal uit enkele tientallen droge galvanische cellen, elk met een spanning van ongeveer 1,5 V.

Deze elementen zijn opeenvolgend verbonden (dat wil zeggen, de plus van het eerste element is verbonden met de min van de tweede, de plus van de tweede - met de min van de derde, enz.). In dit geval is de totale spanning van de batterij gelijk aan de som van de spanningen van de cellen waaruit deze is samengesteld.

Daarom bevat een batterij van 150 V 100 van dergelijke cellen die in serie met elkaar zijn verbonden.

In het stopcontact van het verlichtingsnetwerk met een spanning van 220 V kunt u één gloeilamp aansluiten die is ontworpen voor een spanning van 220 V of 22 identieke in serie geschakelde kerstboomverlichting die elk is ontworpen voor een spanning van 10 V.In dit geval heeft elke lamp slechts 1/22 van de lijnspanning, dat wil zeggen 10 volt.

De spanning die inwerkt op een bepaald elektrisch apparaat, in ons geval een gloeilamp, wordt de spanningsval genoemd. Als een 220 V-lamp dezelfde stroom verbruikt als een 10 V-lamp, dan is de totale stroom die door de slinger aan het netwerk wordt onttrokken even groot als de stroom die door de 220 V-lamp stroomt.

Uit wat gezegd is, blijkt dat bijvoorbeeld twee identieke lampen van 110 volt op een 220 V-net kunnen worden aangesloten, in serie met elkaar geschakeld.

Het is mogelijk radiobuizen te verwarmen die zijn ontworpen voor een spanning van bijvoorbeeld 6,3 V uit een batterij die bestaat uit drie in serie geschakelde cellen; lampen die zijn ontworpen voor een gloeispanning van 2 V kunnen worden gevoed door een enkele cel.

De gloeispanning van radio-elektrische buizen wordt weergegeven in afgeronde vorm aan het begin van het lampsymbool: 1,2 V - met het cijfer 1; 4,4 inch - nummer 4; 6,3 inch - nummer 6; 5 c — nummer 5.

Voor de oorzaak die elektrische stroom veroorzaakt

Als twee delen van het aardoppervlak, zelfs ver uit elkaar, op verschillende niveaus liggen, kan er waterstroming optreden. Het water zal van het hoogste punt naar het laagste punt stromen.

Net als elektrische stroom. Het kan alleen stromen als er een verschil is in elektrische niveaus (potentialen). Op een weerkaart wordt het hoogste barometrische niveau (hoge druk) aangegeven met een "+" teken en het laagste niveau met een "-" teken.

De niveaus worden uitgelijnd in de richting van de pijl. De wind waait in de richting van het gebied met het laagste barometrische niveau. Wanneer de druk gelijk wordt, stopt de luchtbeweging. De stroom van elektrische stroom stopt dus als de elektrische potentialen gelijk worden.

Tijdens een onweersbui is er een egalisatie van elektrische potentialen tussen de wolken en de grond of tussen de wolken. Verschijnt in de vorm van bliksem.

Er is ook een potentiaalverschil tussen de terminals (polen) van elke galvanische cel of batterij. Dus als je er bijvoorbeeld een gloeilamp aan bevestigt, zal er stroom doorheen stromen. Na verloop van tijd neemt het potentiaalverschil af (er treedt potentiaalvereffening op) en neemt ook de hoeveelheid stroom af.

Als je een gloeilamp in het stopcontact steekt, dan zal er ook een elektrische stroom doorheen lopen, omdat er een potentiaalverschil is tussen de stopcontacten van het stopcontact. In tegenstelling tot een galvanische cel of batterij wordt dit potentiaalverschil echter constant gehandhaafd - zolang de energiecentrale draait.

Elektrische energie

Er is een nauwe relatie tussen elektrische spanning en stroom. De hoeveelheid elektrisch vermogen hangt af van de hoeveelheid spanning en stroom. Laten we dit uitleggen aan de hand van de volgende voorbeelden.

Cherry valt van lage hoogte: lage hoogte - lichte spanning. Lage slagkracht - laag elektrisch vermogen.

Een kokosnoot valt van een kleine hoogte (ten opzichte van waar de jongen klom): Groot object - grote stroming. Lage hoogte - lage stress. Relatief hoge slagkracht - relatief hoog vermogen.

Een kleine bloempot valt van grote hoogte: een klein voorwerp is een kleine stroom. De grote hoogte van de val is een grote stress. Hoge slagkracht - hoog vermogen.

Lawine die van grote hoogte valt: Grote sneeuwmassa's - een grote stroming. De grote hoogte van de val is een grote stress. De grote vernietigende kracht van een lawine is een grote elektrische kracht.

Bij hoge stroom en hoge spanning wordt een groot elektrisch vermogen verkregen.Maar hetzelfde vermogen kan worden verkregen met hogere stroom en overeenkomstig lagere spanning of, omgekeerd, met lagere stroom en hogere spanning.

Gelijkstroom elektrisch vermogen is gelijk aan het product van de spannings- en stroomwaarden. Elektrisch vermogen wordt uitgedrukt in watt en wordt aangeduid met de letters W.

Er is al gezegd dat een waterstroom van een bepaalde grootte één molen kan aandrijven, tweemaal de stroom - twee molens, vier keer de stroom - vier molens, etc., ondanks het feit dat de waterdruppel (spanning) hetzelfde zal zijn .

De figuur toont een kleine waterstroom (overeenkomend met een elektrische stroom) die de wielen van vier molens laat draaien omdat de waterdruppel (overeenkomend met een elektrische spanning) groot genoeg is.

De wielen van deze vier molens kunnen draaien met tweemaal de waterstroom op halve hoogte van de val. Dan zouden de molens iets anders zijn gerangschikt, maar het resultaat zou hetzelfde zijn.

De volgende afbeelding toont twee lampen die parallel zijn aangesloten op een 110V-verlichtingsnetwerk. Door elk vloeit een stroom van 1 A. De stroom die door de beide lampen vloeit is in totaal 2 ampère.

Het product van de spannings- en stroomwaarden bepaalt het vermogen dat deze lampen van het net verbruiken.

110V x 2a = 220W.

Als de spanning van het verlichtingsnetwerk 220 V is, moeten dezelfde lampen in serie worden geschakeld, niet parallel (zoals in het vorige voorbeeld), zodat de som van de spanningsval erop gelijk is aan de spanning van de netwerk. De stroom die in dit geval door de twee lampen vloeit is 1 A.

Het product van de waarden van de spanning en de stroom die door het circuit vloeit, geeft ons het vermogen dat door deze lampen wordt verbruikt 220 V x 1a = 220 W, dat wil zeggen hetzelfde als in het eerste geval.Dit is begrijpelijk, aangezien in het tweede geval de stroom die uit het netwerk wordt gehaald twee keer minder is, maar twee keer de spanning in het netwerk.

Watt, kilowatt, kilowattuur

Elk elektrisch apparaat of elke machine (bel, gloeilamp, elektromotor, enz.) verbruikt een bepaalde hoeveelheid elektrische energie van het verlichtingsnetwerk.

Speciale apparaten, wattmeters genaamd, worden gebruikt om elektrisch vermogen te meten.

Het vermogen van bijvoorbeeld een verlichtingslamp, een elektromotor etc. kan worden bepaald zonder hulp van een wattmeter, als de netspanning en de hoeveelheid stroom die door de op het net aangesloten verbruiker van elektrische energie vloeit, bekend.

Evenzo, als het elektriciteitsverbruik en de netspanning bekend zijn, kan de hoeveelheid stroom die door de verbruiker vloeit, worden bepaald.

Bij een verlichtingsnet van 110 volt hoort bijvoorbeeld een lamp van 50 watt. Welke stroom vloeit er doorheen?

Aangezien het product van de spanning uitgedrukt in volt en de stroom uitgedrukt in ampère gelijk is aan het vermogen uitgedrukt in watt (voor gelijkstroom), deelt u na het maken van de omgekeerde berekening het aantal watt door het aantal volt ( netspanning), krijgen we de hoeveelheid stroom in ampère die door de lamp vloeit,

een = w / b,

de stroom is 50 W / 110 V = 0,45 A (ongeveer).

Er stroomt dus een stroom van ongeveer 0,45 A door de lamp, die 50 W aan energie verbruikt en is aangesloten op een 110 V elektrisch netwerk.

Als een kroonluchter met vier lampen van 50 watt, een tafellamp met een lamp van 100 watt en een strijkijzer van 300 watt worden opgenomen in het verlichtingsnetwerk van de kamer, dan is het vermogen van alle energieverbruikers 50 W x 4 + 100 W + 300 W = 600 W.

Aangezien de netspanning 220 V is, vloeit er een elektrische stroom gelijk aan 600 W / 220 V = 2,7 A (ongeveer) door de gemeenschappelijke verlichtingsdraden die geschikt zijn voor deze kamer.

Laat de elektromotor 5000 watt aan stroom van het net verbruiken, of zoals ze zeggen 5 kilowatt.

1000 watt = 1 kilowatt, net zoals 1000 gram = 1 kilogram. Kilowatt wordt afgekort als kW. Daarom kunnen we over de elektromotor zeggen dat deze een vermogen van 5 kW verbruikt.

Om te bepalen hoeveel energie wordt verbruikt door een elektrisch apparaat, moet rekening worden gehouden met de tijdsduur waarin die energie is verbruikt.

Als een lamp van 10 watt twee uur brandt, is het elektriciteitsverbruik 100 watt x 2 uur = 200 wattuur of 0,2 kilowattuur. Als een lamp van 100 watt 10 uur brandt, is de hoeveelheid verbruikte energie 100 watt x 10 uur = 1000 wattuur of 1 kilowattuur. Kilowattuur wordt afgekort als kWh.

Er staan ​​nog veel meer interessante dingen in dit boek, maar zelfs deze voorbeelden laten zien hoe verantwoordelijk en oprecht de auteurs van die tijd hun werk benaderden, vooral in het geval van lesgeven aan kinderen.