Понимание потока электрического тока

Supakorn Kaewinta / EyeEm / Getty Images

Для большинства людей электричество - это таинственная сила, которая каким-то волшебным образом появляется, когда мы включаем выключатель света или подключаем прибор. Тем не менее, хотя наука о потоке электричества очень сложна, основы электрического потока или тока легко понять, если вы изучите некоторые ключевые термины и функции. Это также помогает сравнить поток электричества по проводам с потоком воды по трубам. Хотя аналогия не идеальна, многие характеристики электрического потока в проводных цепях аналогичны потоку воды в водопроводной системе.

• Движущиеся электроны

  

  Шариф Тарабай / Getty Images

  То, что мы называем электрическим током, происходит на уровне частиц среди атомов проводящего материала - в бытовой цепи, это медная проводка. В каждом атоме есть три типа частиц: нейтроны, протоны (которые несут положительный электромагнитный заряд) и электроны (которые несут отрицательный заряд). Важной частицей здесь является электрон, поскольку он обладает уникальной способностью отделяться от своего атома и переходить к соседнему атому. Этот поток электронов и создает электрический ток - скачок отрицательно заряженных электронов от атома к атому.

  Как работают генераторы

  Что отправляет электроны в движение? Физика сложна, но, по сути, электрический ток в цепных проводах возможен благодаря вспомогательному генератору (турбина, работающая от ветра, воды, атомного реактора или сжигания ископаемого топлива). В 1931 году Майкл Фарадей обнаружил, что электрические заряды создавались, когда материал, проводящий электричество (металлический провод), перемещался в магнитном поле. Это основной принцип работы современных генераторов: турбины, работающие на падающей воде или паре, создаваемые ядерными реакторами, вращают огромные витки металлической проволоки внутри гигантских магнитов, вызывая протекание электрических зарядов.

  С этим огромным электрическим полем положительных и отрицательных зарядов электроны в проводах по всей энергосистеме вступают в действие и начинают течь в ритме с электрическим полем. Когда вы нажимаете выключатель света или подключаете лампу или тостер, вы на самом деле подключаетесь к большому общему потоку электронов, который тянет и толкает генераторы, которые могут находиться за сотни миль.

  Электрические генераторы иногда сравнивают с водяными насосами - они не создают электричество (точно так же, как водяной насос не создает воду), но они делают возможным поток электронов.

• Текущий = Поток Электричества

  

  Виктор Де Шванберг / Научная фототека / Getty Images

  Термин « ток» относится к простому потоку электронов в цепи или электрической системе. Вы также можете сравнить электрический ток с количеством или объемом воды, протекающей через водопроводную трубу. Электрический ток измеряется в амперах или амперах.

  AC против постоянного тока

  Электрический ток существует в двух типах: переменный ток (AC) и постоянный ток (DC). Технически, постоянный ток течет только в одном направлении, а переменный ток меняет направление. В повседневной жизни переменный ток - это форма электричества, генерируемого генератором, который управляет освещением, бытовыми приборами и розетками в вашем доме, а постоянный ток - это форма энергии, обеспечиваемой батареями. Например, ваши фонарики представляют собой системы постоянного тока, в то время как розетки вашего дома используют систему переменного тока.

  Многие возобновляемые источники энергии, такие как солнечные и ветряные генераторы, вырабатывают электроэнергию постоянного тока, которая преобразуется в переменный ток для использования дома. Автомобильный аккумулятор - это система постоянного тока, используемая для запуска двигателя, но как только двигатель запускается, электрическая система автомобиля имеет генератор переменного тока, который начинает создавать переменный ток для работы различных систем.

• Напряжение = Давление

  

  Марек Ягода / EyeEm / Getty Images

  Напряжение, также известное как электродвижущая сила , часто определяется как давление электронов в системе. Это можно сравнить с давлением воды в трубе. Стандартные цепи в вашем доме имеют напряжение около 120 вольт (фактическое напряжение может варьироваться от 115 до 125 вольт) или 240 вольт (фактический диапазон: от 230 до 250 вольт). Большинство осветительных приборов и розеток питаются от 120-вольтных цепей, в то время как сушилки, шкафы и другие крупные приборы обычно используют 240-вольтовые цепи.

• Мощность = скорость потока

  

  Том Шанс / Getty Images

  Термин «мощность» относится к скорости, с которой электрическая энергия рассеивается или потребляется. Общее количество энергии, потребляемой электрической системой в вашем доме, считывается электрическим счетчиком коммунальной компании. Он измеряется в киловатт-часах или 1000 ватт-часах, и именно так вам выставляют счет.

  Каждое электрическое устройство, такое как осветительный прибор или прибор, имеет коэффициент использования, измеряемый в ваттах. Например, 100-ваттная лампочка, горящая в течение 10 часов, потребляет один киловатт-час электроэнергии.

  Амперы, вольт и ватты существуют в математическом отношении друг к другу, выраженному следующим образом: Ватт = Вольт х Ампер

  Если прибор рассчитан на 120 вольт и 10 ампер, он будет использовать до 1200 Вт при работе: 120 вольт x 10 ампер = 1200 Вт.

• Ом = сопротивление

  

  Stanley K Patz / Getty Images

  Ом - это измерение сопротивления потоку электронов через проводящий материал. Чем выше сопротивление, тем ниже поток электронов. Это сопротивление вызывает выделение определенного количества тепла в цепи. Например, причина, по которой фен выдувает горячий воздух, заключается в сопротивлении внутренней проводки, которая выделяет тепло. И именно сопротивление в крошечных проводах лампы накаливания заставляет его нагреваться и светиться светом. Это также сопротивление, которое может перегреть удлинитель, если он используется на приборе, который потребляет слишком много тока.

  В проводке цепи слишком большое сопротивление может привести к перегрузке цепи и вызвать электрический пожар. Поскольку плохие соединения, вызванные такими вещами, как ослабленные винтовые клеммы и коррозия, являются вероятными виновниками, электрические соединения должны регулярно проверяться для обеспечения безопасности в электрической системе.