Веригата на следващия чертеж е прекъсната (тъй като въздухът между двете
1. ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ТОК Използват се също кратните и частите на единицата ампер: 1 ma = 1 1000 A = 10 3 A = 0,001 A 1 µa = 1 1000000 A = 10 6 A = 0,000001 A 1 ka = 1000 A = 10 3 А. Кварцова крушка с часовник (100 W) хладилник тостер електрически радиатор пералня машина стартер локомотив мълния 0, 001 ma 0, 43 A 0, 5 A 1, 8 A 9 A 16 A 100 A 200 A 300 000 A Таблица 1: Примери за Амперажи 1.3.3 Сечение на ампераж и проводник Колкото по-голямо е напречното сечение на проводник с дължина 1 см (напр. Медна тел), толкова повече свободни електрони съдържа той. Ако електрическият ток в два медни проводника с различни напречни сечения има една и съща стойност, електроните в тях трябва да се движат с различна скорост: в тънък проводник електроните трябва да са по-бързи, отколкото в дебел проводник: напречното сечение на двата проводника се увеличава в секунда същият брой електрони пресича бавна скорост по-бърза скорост Фигура 3: различно напречно сечение, еднаква сила на тока 1.3.4 Измерване на силата на тока За измерване на силата на тока се използва амперметър, наричан още амперметър. 4в Y. Райзер
1. ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ТОК DC 0,000 ma ma 150 50 500 1 A 5 A OFF AC DC ma A COM Фигура 5: Цифров амперметър 1.3.5 Сравнение с водна верига За да се разбере по-добре текущият поток, може да се види движението на електроните в затворен Сравнете електрическата верига с движението на водните молекули във воден цикъл: Източник на енергия Помпа M Превключващ спирателен вентил Електрически мотор Хидравлична турбина Фигура 6: Електрическа верига/воден цикъл По време на водния цикъл помпата задвижва водните молекули. Те могат да се движат, когато спирателният кран е отворен. Когато водните молекули протичат през турбината, тя започва да се движи. Потокът може да бъде измерен във всяка точка на веригата (тъй като има еднаква стойност навсякъде). Той съответства на броя на водните молекули, които пресичат напречно сечение на цикъла в секунда. В електрическата верига източник на енергия задвижва електроните. Те от- 6 c Y. Reiser
1. ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ТОК ще тече по веригата, когато ключът е затворен. Когато електроните преминат през електродвигателя, той започва да се върти. Интензитетът на тока може да бъде измерен във всяка точка на веригата (тъй като навсякъде има една и съща стойност). Той съответства на заряда, който пресича едно напречно сечение на проводника в секунда. Водна верига електрическа верига източник на енергия помпа източник на захранване включване/изключване спирачен кран превключвател на турбина турбина електродвигател дебит брой молекули/сек. Зареждане/сек. (Сила на тока) Таблица 2: Сравнение на водна верига и електрическа верига Точно както при електрическа верига, водата може да тече във водната верига само когато веригата е затворена. Ако имате еднакъв поток в тесен водопровод, молекулите трябва да се движат по-бързо, отколкото в тръба с по-голямо напречно сечение. 7в Й. Райзер
2. ЕЛЕКТРИЧЕСКО НАПРЕЖЕНИЕ DC 0,000 VV 100 10 OFF 500 1 kv 5 kv AC DC V COM Фигура 9: Цифрово устройство за измерване на напрежението Изборът на обхвата на измерване и вида на тока трябва да се извърши по същия начин, както за текущото устройство за измерване (виж 1.3.4 стр. 4 ). 10в Й. Райзер
3. ЕЛЕКТРИЧЕСКА ЕНЕРГИЯ 3 Електрическа енергия Според дефиницията електрическото напрежение е енергията, обменяна между заряд от 1 C и източник на енергия или консуматор (вж. Страница 8): Така че важи следното: U = E el QE el = UQ (1) Електрическият ток се определя от (виж стр. 3): = Q t Така че: Q = t (2) Комбинирайки уравнения (1) и (2), се получава: E el = U t S-единицата на електрическото напрежение е волта (1 V = 1 J). S-единицата на електрическия ток е ампери (1 A = 1 C). S-единицата за време е секундата (ите). s От това заключаваме: [E el] = J C C s s = J Единицата на електрическата енергия е същата като тази на всички други форми на енергия: Джоул. Пример за изчисление: Електрическото напрежение, приложено към ютията, е 230 V. Електрическият ток, който преминава през електрическата верига на ютията, е 5 А. Ако ютията е включена за половин час, консумираната електрическа енергия е: E el = U t = 230 V 5 A 1800s = 230 JC 5 C s 1800 s = 2 070 000 J = 2,07 MJ. 11в Й. Райзер
4. ЕЛЕКТРИЧЕСКА МОЩ 4 Електрическа мощност 4.1 Дефиниция на електрическа мощност Електрическата мощност на източник на енергия/електрически консуматор е електрическата енергия, която се обменя в секунда между електрическите заряди и източника на енергия/потребителя. Символ на електрическа мощност: P el Формула: P el = E el t S-единицата електрическа мощност е ват (W) 4. Тъй като S-единицата електрическа енергия е джаул (J), което съответства на втория (s) ), получаваме: 1 W = 1 J s Ако електроните получат енергия от 1 J за 1 s от източник на енергия, мощността, доставена от източника на енергия, е 1 W. Da (виж стр. 11): получаваме: E el = U t P el = U tt = U Ако знаете напрежението U, приложено към електрически компонент, както и силата на тока в този компонент, можете лесно да изчислите мощността/консумацията с тази формула: P el = U 4 в чест на шотландския инженер Джеймс Уат (1736-1819) 12 c Y. Reiser
4. ЕЛЕКТРИЧЕСКА МОЩ Пример: Електрическото напрежение, приложено към лампа с нажежаема жичка, е U = 5 V. Токът в нажежаемата жичка е = 1,3 A. Електрическата мощност, консумирана от лампата с нажежаема жичка, следователно е: P el = U = 5 V 1,3 A = 6,5 W. Забележка: Използват се и множителите и частите на S-единицата на мощността: 1 kw = 10 3 W = 1000 W 1 MW = 10 6 W = 1 000 000 W. Джобен калкулатор велосипедна лампа фризер ютия плот електрически локомотив слънчева клетка; 1 см 2 батерия задвижващ динамо център за захранване 0,4 mw 2,4 W 150 W 1 kw 6 kw 3 MW 5 mw 2 W 3 W 300 MW Таблица 3: Примери за електрическа мощност 13 c Y. Reiser
5. ЕЛЕКТРИЧЕСКО УСТОЙЧИВО Пример: Техн. Съпротивлението на чертежа 11 е показано със следните пръстени: Символ на техника. Съпротивление: червено синьо оранжево сребро Така се прилага следното: R = 26 10 3 Ω ± 10% R = 26 kω = 26 000 Ω В електрическите схеми на веригите техническото съпротивление е представено със следния символ: R Фигура 12: техн. Съпротивление в електрическа схема 17 c Y. Reiser
5. ЕЛЕКТРИЧЕСКА УСТОЙЧИВОСТ 5.5 Закон на Ом 5.5.1 Експеримент Прилагаме различни напрежения върху парче константанова тел. За всяко напрежение U измерваме силата на тока, който минава през проводника. AUV константанов проводник Фигура 13: Закон на Ом: Електрическа верига U (V) (A) U (VA) OЗабележка (освен грешките при измерването): Таблица 5: Таблица за измерване, ако напрежението U се удвои, напрежението U също се удвоява утроен, силата на тока също се утроява. Ако напрежението U се умножи по n, токовата сила също се умножи по n. Заключение: 18 c Y. Reiser
5. ЕЛЕКТРИЧЕСКО УСТОЙЧИВО Силата на тока, протичащ през константановия проводник, е пропорционална на напрежението U, приложено към проводника. Изчисляване на коефициентите на измерените стойности: Нека изчислим коефициента U за всяка измерена стойност: Можете да видите, че този коефициент, освен грешките при измерване е константа. Това потвърждава пропорционалността между силата на тока и напрежението U. Графично представяне: Ако представим измерените стойности в графика (U на оста y, на оста x): Установяваме, че всички точки (с изключение на грешките в измерването) са в една Права нулева точка. Нека добавим приблизителна права линия към правата линия и изчислим нейния наклон: Координати на две точки по права линия: A (,) B (,) Наклон = U B U A B A = 19 c Y. Reiser
6. СЕРИЯ И ПАРАЛЕЛНО СВЪРЗВАНЕ НА СТЕНДОВЕ ЗА РЕЗИСТОРИ U 1 U 2 R 1 R 1 R tot. U tot. U tot. Фигура 15: Два последователно свързани резистора се заменят с един закон на Ом се прилага за първия резистор: U 1 = R 1 (1) Законът на Ом се прилага по същия начин за втория резистор: U 2 = R 2 (2 ) Законът на Ом се прилага за общото съпротивление: U tot. = R общо. (3) Тъй като напреженията на двата резистора се сумират, се прилага следното: U tot. = U 1 + U 2 () Ако замените (1), (2) и (3) в (*): R tot. = R 1 + R 2 след опростяване с едно се получава: R tot. = R 1 + R 2 Общата стойност на двата последователно свързани резистора съответства на сумата от стойностите на отделните резистори. 22в Й. Райзер
6. СЕРИЯ И ПАРАЛЕЛНО СВЪРЗВАНЕ НА РЕЗИСТОРИ 6.2 Паралелно свързване Нека разгледаме следната схема, в която два резистора са свързани паралелно на източника на захранване: UA 1 U 1 R 1 1 BU 2 2 R 2 2 Фигура 16: Паралелно свързване на два резистора 6.2.1 Ампераж На възел А интензитетът на тока се разделя на интензитет на тока 1, който пресича частта от веригата, която съдържа R 1, и интензитета на тока 2, който минава през R 2. Важи следното: 6.2.2 Напрежение = 1 + 2 Всички заряди, които са от лявата страна на веригата, имат еднаква енергия. Същото важи и за обвиненията вдясно. Ако заряд от 1 C се движи отляво надясно, енергийната разлика (и следователно напрежението) е еднаква, независимо от коя част на веригата е преминал зарядът: 6.2.3 Съпротивление U = U 1 = U 2 Сега искаме двата паралелни резистора R1 и R2 отново от един резистор R tot. заменете, без да променяте тока във веригата: 23 c Y. Reiser
6. СЕРИЯ И ПАРАЛЕЛНО СВЪРЗВАНЕ НА РЕЗИСТОРИ U A 1 U R 1 1 B U U R tot. 2 R 2 2 Фигура 17: два паралелни резистора се заменят с единичен Законът на Ома е написан: за първото съпротивление: за второто съпротивление: за общото съпротивление: Тъй като токовете се събират: U = R 1 1 1 = UR 1 (1) U = R 2 2 2 = UR 2 (2) U = R общо. = U R общо. (3) = 1 + 2 () Ако заменим (1), (2) и (3) в (*), получаваме: U R tot. = U R 1 + U R 2 След опростяване с U накрая се получава: 1 R tot. = 1 R 1 + 1 R 2 Ако два резистора са свързани паралелно, обратната стойност на общото съпротивление е равна на сумата от обратните стойности на отделните съпротивления. 24в Й. Райзер