Как появляется ток: Электрический ток. Электрическая цепь. Гальванические элементы. Аккумуляторы — урок. Физика, 8 класс.

Электрический ток, откуда он берется и как добирается до наших домов? ⋆ Geoenergetics.ru

Уважаемые читатели и просто посетители нашего журнала! Мы достаточно много и довольно подробно пишем о том, какими способами, при помощи каких именно энергетических ресурсов, производится электроэнергия на электростанциях. Атом, газ, вода – были нашими с вами «героями», разве что до альтернативных , «зеленых» вариантов еще не успели добраться. Но, если присмотреться внимательно, рассказы были далеко не полными. Еще ни разу мы не пробовали отследить детально путь электроэнергии от турбины до наших с вами розеток, с тропинками на освещение наших населенных пунктов и дорог, на обеспечение работы многочисленных насосов, обеспечивающих комфорт наших с вами жилищ.

Дороги и тропинки эти отнюдь не просты, порой извилисты и многократно меняют направление, но знать, как они выглядят – обязанность каждого культурного человека XXI века. Века, облик которого во многом определяет покорившаяся нам электроэнергия, которую мы научились преобразовывать так, чтобы были удовлетворены все наши потребности – как в промышленности, так и в частном пользовании. Ток в проводах линий электропередач и ток в батарейках наших гаджетов – очень разные токи, но они остаются все тем же электричеством. Какие усилия приходится прилагать электроэнергетикам, инженерам, чтобы обеспечить мощнейшие токи сталеплавильных заводов и маленькие, крошечные токи, допустим, наручных часов? Сколько работы приходится проделывать всем тем, кто поддерживает систему преобразований, передачи и распределения электроэнергии, какими такими методами обеспечена стабильность этой системы? Чем «Системный Оператор» отличается от «Федеральной Сетевой Компании», почему обе этих компании были, есть и будут в России не частными а государственными?

Вопросов очень много, ответы на них надо знать, чтобы более менее представлять, зачем нам так много энергетиков и чем же они, грубо говоря, занимаются? Мы ведь настолько привыкли, что с электричеством в домах и в городах все в полном порядке, что про электроинженеров вспоминаем только тогда, когда что-то вдруг перестает работать, когда мы выпадаем из зоны привычного уровня комфорта. Темно и холодно – вот только тогда мы с вами и говорим об энергетиках, причем говорим такие слова, которые мы печатать точно не будем.

Мы уверены, что нам откровенно повезло – взяться за эту не простую, нужную, да еще и огромную тему согласился настоящий профессионал. Просим любить и жаловать – Дмитрий Таланов, Инженер с большой буквы. Знаете, есть такая страна – Финляндия, в которой звание инженера настолько значимо, что в свое время ежегодно издавался каталог с перечнем специалистов, его имеющих. Хотелось бы, чтобы и в России когда-нибудь появилась такая славная традиция, благо в наш электронно-интернетный век завести такой ежегодно обновляемый каталог намного проще.

Статья, которую мы предлагаем вашему вниманию по инженерному коротка, точна и емка. Конечно, обо всем, что написал Дмитрий, можно рассказать намного подробнее, и в свое время наш журнал начал цикл статей о том, как в XIX веке происходило покорение электричества.

Георг Ом, Генрих Герц, Андре-Мари Ампер, Алессандро Вольт, Джеймс Ватт, Фарадей, Якоби, Ленц, Грамм, Фонтен, Лодыгин, Доливо-Добровольский, Тесла, Яблочков, Депрё, Эдисон, Максвелл, Кирхгоф, братья Сименсы и братья Вестингаузы – в истории электричества много славных имен, достойных того, чтобы мы о них помнили. В общем, если кому-то хочется припомнить подробности того, как все начиналось, милости просим, а статья Дмитрия – начало совсем другой истории. Очень надеемся, что она вам понравится, а продолжение статей Дмитрия Таланова мы увидим в самое ближайшее время.

Уважаемого Дмитрия от себя лично – с дебютом, ко всем читателям просьба – не скупитесь на комментарии!

 

Для чего нам электроэнергия и насколько она помогает нам жить, может узнать каждый, обведя критическим взглядом свое жилище и место работы.

Первое, что бросается в глаза, это освещение. И верно, без него даже 8-часовой рабочий день превратился бы в муку. Добираться до работы во многих мегаполисах и так небольшое счастье, а если придется это делать в темноте? А зимой так и в оба конца! Газовые фонари помогут на главных магистралях, но чуть свернул в сторону, и не видно ни зги. Можно легко провалиться в подвал или яму. А за городом на природе, освещаемой только светом звезд?

Ночное освещение улицы, Фото: pixabay. com

Удалять жару из офисов, куда с трудом добрался, без электричества тоже нечем. Можно, конечно, открыть окна и обвязать голову мокрым полотенцем, но надолго ли это поможет. Качающим воду насосам тоже нужно электричество, или придется регулярно ходить с ведром на ручную колонку.

Кофе в офисе? Забудьте! Только если всем сразу и не часто, чтобы дым от сгорающего угля не отравил рабочую атмосферу. Или за дополнительную денежку получать из соседнего трактира.

Отправить письмо в соседний офис? Надо взять бумагу, написать письмо от руки, затем ножками отнести его. На другой конец города? Вызываем курьера. В другую страну? А вы знаете, сколько это будет стоить? К тому же ответа не ждите ранее полугода из соседних стран и от года до пяти из-за океана.

Вернулись домой, надо зажечь свечи. Читать при них – мучение для глаз, поэтому придется заняться чем-то другим. А чем? ТВ нет, компьютеров нет, смартфонов – и тех нет, ибо нечем их запитать. Лежи на лавке и гляди в потолок! Хотя рождаемость точно повысится.

К этому следует добавить, что все пластмассы и удобрения сейчас получают из природного газа на заводах, где крутятся тысячи моторов, приводимых в движение всё тем же электричеством. Отсюда список доступных удобрений сильно укорачивается до тех, которые можно приготовить из природного сырья в чанах, размешивая в них ядовитую жижу лопатками с ручным, водяным или паровым приводом. Как результат, сильно сжимается объем производимых продуктов.

О пластмассах – забудьте! Эбонит – наше высшее счастье из длинного списка. А из металлов самым доступным становится чугун. Из медицины на сцену в качестве главного орудия снова выступают стетоскоп и быстро ржавеющий скальпель. Остальное канет в Лету.

Продолжать можно долго, но идея должна быть уже понятна. Нам нужно электричество. Мы можем выжить без него, но что это будет за жизнь! Так откуда же появилось это волшебное электричество?

Открытие электричества

Все мы знаем физическую истину, что ничто никуда бесследно не исчезает, а только переходит из одного состояния в другое. С этой истиной столкнулся греческий философ Фалес Милетский в VII веке до н. э. обнаружив электричество как вид энергии, натирая кусок янтаря шерстью. Часть механической энергии при этом перешла в электрическую и янтарь (на древнегреческом «электрон») электризовался, то есть приобрел свойства притягивать легкие предметы.

Этот вид электричества сейчас называют статическим, и он нашел себе широкое применение, в том числе в системах очистки газов на электростанциях. Но в Древней Греции ему не нашлось применения и, если бы Фалес Милетский не оставил после себя записей о своих экспериментах, мы бы никогда не узнали, кто был тот первый мыслитель, заостривший свое внимание на виде энергии, являющейся едва ли не самой чистой среди всех, с которыми мы знакомы по настоящий день. Ею также наиболее удобно управлять.

Сам термин «электричество» – то есть «янтарность» – ввел в употребление Уильям Гилберт в 1600 году. С этого времени с электричеством начинают широко экспериментировать, пытаясь разгадать его природу.

Как результат, с 1600 по 1747 годы последовала череда увлекательных открытий и появилась первая теория электричества, созданная американцем Бенджамином Франклином. Он ввел понятие положительного и отрицательного заряда, изобрел молниеотвод и с его помощью доказал электрическую природу молний.

Далее в 1785 происходит открытие закона Кулона, а в 1800 году итальянец Вольта изобретает гальванический элемент (первый источник постоянного тока, предшественник нынешних батарей и аккумуляторов), представлявший собой столб из цинковых и серебряных кружочков, разделённых смоченной в подсоленной воде бумагой. С появлением этого, стабильного по тем временам, источника электричества новые и важнейшие открытия быстро следуют одно за другим.

Майкл Фарадей, читающий рождественскую лекцию в Королевском институте. Фрагмент литографии, Фото: republic.ru

В 1820 году датский физик Эрстед обнаружил электромагнитное взаимодействие: замыкая и размыкая цепь с постоянным током, он заметил цикличные колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника. А в 1821 году французский физик Ампер открыл, что вокруг проводника с переменным электрическим током образуется переменное электромагнитное поле. Это позволило уже Майклу Фарадею в 1831 году открыть электромагнитную индукцию, описать уравнениями электрическое и магнитное поле и создать первый электрогенератор переменного тока. Фарадей вдвигал катушку с проводом в намагниченный сердечник и в результате в обмотке катушки появлялся электрический ток. Фарадей также придумал первый электродвигатель – проводник с электрическим током, вращающийся вокруг постоянного магнита.

Всех участников «гонки за электричеством» невозможно упомянуть в этой статье, но результатом их усилий явилась доказуемая экспериментом теория, детально описывающая электричество и магнетизм, в соответствии с которой мы производим сейчас всё, что требует электричества для своего функционирования.

Постоянный или переменный ток?

В конце 1880-х годов, еще до появления мировых стандартов на производство, распределение и потребление промышленной электроэнергии, разразилась битва между сторонниками использования постоянного и переменного тока. Во главе противостоящих друг другу армий встали Тесла и Эдисон.

Оба были талантливыми изобретателями. Разве что Эдисон обладал куда более развитыми способностями к бизнесу и к моменту начала «войны» успел запатентовать множество технических решений, в которых использовался постоянный ток (в то время в США постоянный ток являлся стандартом по умолчанию; постоянным называется ток, направление которого не меняется по времени).

Но была одна проблема: в те времена постоянный ток было очень трудно трансформировать в более высокое или низкое напряжение. Ведь если сегодня мы получаем электроэнергию напряжением 240 вольт, а наш телефон требует 5 вольт, мы втыкаем в розетку универсальную коробочку, которая преобразует что угодно во что угодно в нужном нам диапазоне, используя современные транзисторы, управляемые крошечными логическими схемами с изощренным программным обеспечением. А что можно было сделать тогда, когда до изобретения самых примитивных транзисторов оставалось еще 70 лет? И если по условиям электрических потерь требовалось повысить напряжение до 100’000 вольт, чтобы доставить электроэнергию на расстояние 100 или 200 километров, любые столбы Вольта и примитивные генераторы постоянного тока оказывались бессильны.

Понимая это, Тесла выступал за переменный ток, трансформация которого в любые уровни напряжения не представляла труда и в те времена (переменным считается ток, величина и направление которого периодически меняются со временем даже при неизменном сопротивлении этому току; при частоте сети 50Гц это происходит 50 раз в секунду). Эдисон же, не желая терять патентные отчисления себе, развернул кампанию по дискредитации переменного тока. Он уверял, что этот вид тока особо опасен для всего живого, и в доказательство публично убивал бродячих кошек и собак, прикладывая к ним электроды, соединенные с источником переменного тока.

Эдисон проиграл битву, когда Тесла предложил за 399’000 долларов осветить весь город Буффало против предложения Эдисона сделать то же за 554’000 долларов. В день, когда город осветился электричеством, полученным от станции, расположенной у Ниагарского водопада и вырабатывающей именно переменный ток, компания General Electric выкинула постоянный ток из рассмотрения в своих будущих бизнес-проектах, полностью поддержав своим влиянием и деньгами переменный ток.

Томас Эдисон (США), Рис.: cdn.redshift.autodesk.com

Может показаться, что переменный ток навсегда завоевал мир. Однако у него имеются наследственные болячки, растущие из самого факта переменности. Прежде всего это электрические потери, связанные с потерями в индуктивной составляющей проводов ЛЭП, которые используются для передачи электроэнергии на большие расстояния. Эти потери в 10-20 раз превышают возможные потери в тех же самых ЛЭП в случае протекания по ним постоянного тока. Плюс сказывается повышенная сложность синхронизации узлов энергосистемы (для пущего понимания, скажем, отдельных городов), ведь для этого требуется не только выровнять напряжения узлов, но и их фазу, ибо переменный ток представляет собой волну синусоиды.

Отсюда видна и значительно большая приверженность к «качаниям» узлов по отношению к друг другу, когда напряжение-частота начинают меняться вверх-вниз, на что обычный потребитель обращает внимание, когда у него в квартире мигает свет. Обычно это предвестник конца совместной работы узлов: связи между ними рвутся и какие-то узлы оказываются с дефицитом энергии, что ведет к снижению в них частоты (т.е. к снижению скорости вращения тех же электродвигателей и вентиляторов), а какие-то с избытком энергии, приводящем к опасному повышению напряжения по всему узлу, включая наши розетки с подключенными к ним устройствам. А при достаточно большой длине ЛЭП, что, к примеру, критично для РФ, начинают проявляться и другие портящие настроение электрикам эффекты. Не вдаваясь в детали, можно указать, что передавать электроэнергию переменного тока по проводам на сверхдальние расстояния становится трудно, а иногда и невозможно. Для сведения, длина волны частотой 50 Гц составляет 6000 км, и при приближении к половине этой длины – 3000 км – начинают сказываться эффекты бегущих и стоячих волн плюс эффекты, связанные с резонансом.

Эти эффекты отсутствуют при использовании постоянного тока. А значит, повышается стабильность работы энергосистемы в целом. Принимая это во внимание, а также то, что компьютеры, светодиоды, солнечные панели, аккумуляторы и многое другое используют для своей работы именно постоянный ток, можно заключить: война с постоянным током еще не проиграна. Современным преобразователям постоянного тока на любые используемые сегодня мощности и напряжения осталось совсем немного, чтобы сравняться в цене с привычными человечеству трансформаторами переменного тока. После чего, видимо, начнется триумфальное шествие по планете уже постоянного тока.

Фото: itc.ua

Электрический ток

Что такое электрический ток

Электрический ток — направленное движение электрически заряженных частиц под воздействием электрического поля. Такими частицами могут являться: в проводниках –электроны, в электролитах – ионы (катионы и анионы), в полупроводниках – электроныи, так называемые, «дырки» («электронно-дырочная проводимость»). Также существует»ток смещения», протекание которого обусловлено процессом заряда емкости, т. е. изменением разности потенциалов между обкладками. Между обкладками никакого движения частиц не происходит, но ток через конденсатор протекает. 

В теории электрических цепей за ток принято считать направленное движение носителей заряда в проводящей среде под действием электрического поля.

Током проводимости (просто током) в теории электрических цепей называют количество электричества, протекающего за единицу времени через поперечное сечение проводника: i=q/t, где i — ток. А; q = 1,6·10⁹ — заряд электрона, Кл; t — время, с.

Это выражение справедливо для цепей постоянного тока. Для цепей переменного тока применяют так называемое мгновенное значение тока, равное скорости изменения заряда во времени: i(t)= dq/dt.

Электрический ток возникает тогда, когда на участке электрической цепи появляется электрическое поле, или разность потенциалов между двумя точками проводника. Разность потенциалов между двумя точками электрической цепи называют напряжением или падением напряжения на этом участке цепи.

 

Вместо термина «ток» («величина тока») часто применяется термин «сила тока». Однако последний нельзя назвать удачным, так как сила тока не есть какая-либо сила в буквальном смысле этого слова, а только интенсивность движения электрических зарядов в проводнике, количество электричества, проходящего за единицу времени через площадь поперечного сечения проводника. 
Ток характеризуется силой тока, которая в системе СИ измеряется в амперах (А), и плотностью тока, которая в системе СИ измеряется в амперах на квадратный метр. 
Один ампер соответствует перемещению через поперечное сечение проводника в течение одной секунды (с) заряда электричества величиной в один кулон (Кл):

1А = 1Кл / с.

В общем случае, обозначив ток буквой i, а заряд q, получим:

i = dq / dt. 

Единица тока называется ампер (А). Ток в проводнике равен 1 А, если через поперечное сечение проводника за 1 сек проходит электрический заряд, равный 1 кулон.  

Рис. 1. Направленное движение электронов в проводнике 

Если вдоль проводника действует напряжение, то внутри проводника возникает электрическое поле. При напряженности поля Е на электроны с зарядом е действует сила f = Ее. Величины f и Е векторные. В течение времени свободного пробега электроны приобретают направленное движение наряду с хаотическим. Каждый электрон имеет отрицательный заряд и получает составляющую скорости, направленную противоположно вектору Е (рис. 1). Упорядоченное движение, характеризуемое некоторой средней скоростью электронов vcp, определяет протекание электрического тока.

Электроны могут иметь направленное движение и в разреженных газах. В электролитах и ионизированных газах протекание тока в основном обусловлено движением ионов. В соответствии с тем, что в электролитах положительно заряженные ионы движутся от положительного полюса к отрицательному, исторически направление тока было принято обратным направлению движения электронов.

За направление тока принимается направление, в котором перемещаются положительно заряженные частицы, т.е. направление, противоположное перемещению электронов. 
В теории электрических цепей за направление тока в пассивной цепи (вне источников энергии) взято направление движения положительно заряженных частиц от более высокого потенциала к более низкому. Такое направление было принято в самом начале развития электротехники и противоречит истинному направлению движения носителей заряда — электронов, движущихся в проводящих средах от минуса к плюсу.

 

Направление электрического тока в электролите и свободных электронов в проводнике

Величина, равная отношению тока к площади поперечного сечения S, называются плотностью тока (обозначается δ): δ= I / S

При этом предполагается, что ток равномерно распределен по сечению проводника. Плотность тока в проводах обычно измеряется в А/мм2.

По типу носителей электрических зарядов и среды их перемещения различают токи проводимости итоки смещения. Проводимость делят на электронную и ионную. Для установившихся режимов различают два вида токов: постоянный и переменный.

Электрическим током переноса называют явление переноса электрических зарядов заряженными частицами или телами, движущимися в свободном пространстве. Основным видом электрического тока переноса является движение в пустоте элементарных частиц, обладающих зарядом (движение свободных электронов в электронных лампах), движение свободных ионов в газоразрядных приборах.

Электрическим током смещения (током поляризации) называют упорядоченное движение связанных носителей электрических зарядов. Этот вид тока можно наблюдать в диэлектриках. 
Полный электрический ток — скалярная величина, равная сумме электрического тока проводимости, электрического тока переноса и электрического тока смещения сквозь рассматриваемую поверхность.

Постоянным называют ток, который может изменяться по величине, но не изменяет своего знака сколь угодно долгое время. Подробнее об этом читайте здесь: Постоянный ток

Переменным называют ток, который периодически изменяется как по величине, так и по знаку.Величиной, характеризующей переменный ток, является частота (в системе СИ измеряется в герцах), в том случае, когда его сила изменяется периодически. Переменный ток высокой частоты вытесняется на поверхность проводника. Токи высокой частоты применяется в машиностроении для термообработки поверхностей деталей и сварки, в металлургии для плавки металлов. Переменные токи подразделяют насинусоидальные и несинусоидальные. Синусоидальным называют ток, изменяющийся по гармоническому закону:

i = Im sin ωt,

где Im, — амплитудное (наибольшее) значение тока, А,

Скорость изменения переменного тока характеризуется его частотой, определяемой как число полных повторяющихся колебаний в единицу времени. Частота обозначается буквой f и измеряется в герцах (Гц). Так, частота тока в сети 50 Гц соответствует 50 полным колебаниям в секунду. Угловая частота ω — скорость изменения тока в радианах в секунду и связана с частотой простым соотношением:

ω = 2πf

Установившиеся (фиксированные) значения постоянного и переменного токов обозначают прописной буквой I неустановившиеся (мгновенные) значения — буквой i. Условно положительным направлением тока считают направление движения положительных зарядов.

Переменный ток — это ток, который изменяется по закону синуса с течением времени.

Под переменным током также подразумевают ток в обычных одно- и трёхфазных сетях. В этом случае параметры переменного тока изменяются по гармоническому закону.

Поскольку переменный ток изменяется во времени, простые способы решения задач, пригодные для цепей постоянного тока, здесь непосредственно неприменимы. При очень высоких частотах заряды могут совершать колебательное движение — перетекать из одних мест цепи в другие и обратно. При этом, в отличие от цепей постоянного тока, токи в последовательно соединённых проводниках могут оказаться неодинаковыми. Ёмкости, присутствующие в цепях переменного тока, усиливают этот эффект. Кроме того, при изменении тока сказываются эффекты самоиндукции, которые становятся существенными даже при низких частотах, если используются катушки с большой индуктивностью. При сравнительно низких частотах цепи переменного тока можно по-прежнему рассчитывать с помощью правил Кирхгофа, которые, однако, необходимо соответствующим образом модифицировать.

Цепь, в которую входят разные резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы, можно рассматривать, как если бы она состояла из обобщённых резистора, конденсатора и катушки индуктивности, соединённых последовательно. 

Рассмотрим свойства такой цепи, подключённой к генератору синусоидального переменного тока. Чтобы сформулировать правила, позволяющие рассчитывать цепи переменного тока, нужно найти соотношение между падением напряжения и током для каждого из компонентов такой цепи.

Конденсатор играет совершенно разные роли в цепях переменного и постоянного токов. Если, например, к цепи подключить электрохимический элемент, то конденсатор начнёт заряжаться, пока напряжение на нём не станет равным ЭДС элемента. Затем зарядка прекратится и ток упадёт до нуля. Если же цепь подключена к генератору переменного тока, то в один полупериод электроны будут вытекать из левой обкладки конденсатора и накапливаться на правой, а в другой — наоборот. Эти перемещающиеся электроны и представляют собой переменный ток, сила которого одинакова по обе стороны конденсатора. Пока частота переменного тока не очень велика, ток через резистор и катушку индуктивности также одинаков.

В устройствах-потребителях переменного тока переменный ток часто выпрямляется выпрямителями для получения постоянного тока.

Проводники электрического тока

Материал, в котором течёт ток, называется проводником. Некоторые материалы при низких температурах переходят в состояние сверхпроводимости. В таком состоянии они не оказывают почти никакого сопротивления току, их сопротивление стремится к нулю. Во всех остальных случаях проводник оказывает сопротивление течению тока и в результате часть энергии электрических частиц превращается в тепло. Силу тока можно рассчитать по закону Ома для участка цепи и закону Ома для полной цепи.

Скорость движения частиц в проводниках зависит от материала проводника, массы и заряда частицы, окружающей температуры, приложенной разности потенциалов и составляет величину, намного меньшую скорости света. Несмотря на это, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости света в данной среде, то есть скорости распространения фронта электромагнитной волны.

Как ток влияет на организм человека

Ток, пропущенный через организм человека или животного, может вызвать электрические ожоги, фибрилляцию или смерть. С другой стороны, электрический ток используют в реанимации, для лечения психических заболеваний, особенно депрессии, электростимуляцию определённых областей головного мозга применяют для лечения таких заболеваний, как болезнь Паркинсона и эпилепсия, водитель ритма, стимулирующий сердечную мышцу импульсным током, используют при брадикардии. В организме человека и животных ток используется для передачи нервных импульсов.

 

По технике безопасности, минимально ощутимый человеком ток составляет 1 мА. Опасным для жизни человека ток становится начиная с силы примерно 0,01 А. Смертельным для человека ток становится начиная с силы примерно 0,1 А. Безопасным считается напряжение менее 42 В.

Понимание течения электрического тока

Для большинства людей электричество — это таинственная сила, которая каким-то волшебным образом появляется, когда мы щелкаем выключателем или подключаем электроприбор. 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 проводах цепи аналогичны потоку воды в водопроводной системе.

Вот что вам нужно знать о том, как течет электричество.

• 01 05

  Движущиеся электроны

  Шариф Тарабай / Getty Images

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

  Как работают генераторы

  Что приводит электроны в движение? Физика сложна, но, по сути, электрический ток в проводах цепи возможен благодаря генератору коммунальных услуг (турбине, питаемой ветром, водой, атомным реактором или сжиганием ископаемого топлива). В 1831 году Майкл Фарадей обнаружил, что электрические заряды возникают, когда проводящий электричество материал (металлическая проволока) перемещается в магнитном поле. Это принцип, по которому работают современные генераторы: турбины, приводимые в действие падающей водой или паром, создаваемым ядерными реакторами, вращают огромные витки металлической проволоки внутри гигантских магнитов, тем самым создавая электрические заряды.

  При установлении этого массивного электрического поля положительных и отрицательных зарядов электроны в проводах по всей энергосистеме начинают действовать и начинают течь в ритме с электрическим полем. Когда вы щелкаете выключателем, включаете лампу или тостер, вы на самом деле подключаетесь к огромному потоку электронов, который вытягивается и выталкивается коммунальными генераторами, которые могут быть в сотнях миль от вас.

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

• 02 05

  Ток = Поток электроэнергии

   Виктор Де Шванберг/Science Photo Library/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 по водопроводной трубе. Электрический ток измеряется в амперах или амперах.

  Переменный и постоянный ток

  Электрический ток бывает двух видов: переменный ток (AC) и постоянный ток (DC). Технически постоянный ток течет только в одном направлении, а переменный ток меняет направление. В повседневных терминах переменный ток — это форма электричества, создаваемого генератором, который питает освещение, приборы и розетки в вашем доме, а постоянный ток — это форма энергии, обеспечиваемая батареями.

  Например, ваши фонарики — это системы постоянного тока, в то время как в домашних розетках используется система переменного тока.

  Многие возобновляемые источники энергии, такие как солнечные и ветряные генераторы, производят электричество постоянного тока, которое преобразуется в переменный ток для использования в домашних условиях. Аккумулятор автомобиля представляет собой систему постоянного тока, используемую для запуска двигателя, но как только двигатель запускается, электрическая система автомобиля имеет генератор переменного тока, который начинает создавать переменный ток для работы различных систем.

• 03 из 05

  Напряжение = Давление

  Марек Ягода / EyeEm / Getty Images

  Напряжение, также известное как электродвижущая сила часто определяется как давление электронов

  в системе. Его можно сравнить с давлением воды в трубе. Стандартные электрические 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 цепей на 120 вольт, в то время как сушилки, плиты и другие крупные приборы обычно используют цепи на 240 вольт.

• 04 из 05

  Мощность = Скорость потока

  Том Чанс / Getty Images

  Термин «мощность» относится к скорости , с которой электрическая энергия рассеивается, или потребляется. Общее количество электроэнергии, потребляемой электрической системой в вашем доме, считывается с помощью электросчетчика коммунальной компании. Она измеряется в киловатт-часах или 1000 ватт-часов, и именно так вам выставляется счет.

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

  Амперы, вольты и ватты существуют в математической зависимости друг от друга, выражаемой следующим образом: Вт = Вольт x Ампер

  Если прибор рассчитан на 120 вольт и 10 ампер, он будет потреблять до 1200 ватт во время работы: 120 вольт x 10 ампер = 1200 ватт.

• 05 из 05

  Ом = сопротивление

  Стэнли К. Патц / Getty Images

  Ом является измерением сопротивления потоку электронов через проводящий материал. Чем выше сопротивление, тем меньше поток электронов. Это сопротивление вызывает выделение определенного количества тепла в цепи. Например, фен дует горячим воздухом из-за сопротивления внутренней проводки, которая выделяет тепло. И именно сопротивление в крошечных проводах лампы накаливания заставляет ее нагреваться и светиться. Это также сопротивление, которое может привести к перегреву удлинителя, если он используется с прибором, который потребляет слишком много тока.

  В электрической цепи слишком большое сопротивление может привести к перегрузке цепи и вызвать электрический пожар. Поскольку плохие соединения, вызванные такими вещами, как ослабление винтовых клемм и коррозия, являются вероятными виновниками, электрические соединения следует регулярно проверять, чтобы обеспечить безопасность в электрической системе. Если у вас есть какие-либо опасения по поводу вашей работы с электричеством или вы хотите принять меры по обеспечению безопасности, подумайте о том, чтобы нанять профессионала для проведения плановой проверки.

Течение

Течение — это устойчивое, предсказуемое движение жидкости внутри более крупного тела этой жидкости. Жидкости – это материалы, способные течь и легко изменять форму. Самая известная природная жидкость – вода. Но воздух тоже считается жидкостью. Электричество также может течь в виде тока.

Воздушные потоки текут в атмосфере, слое воздуха, окружающем Землю. Водные потоки текут в реках, озерах и океанах. Электрические токи текут по линиям электропередач или в виде молнии.

Воздушные потоки
Движущийся воздух называется ветром. Воздушные потоки – это ветры, которые движутся речным потоком в определенном направлении. Термальные восходящие потоки — это легкие течения, вызванные подъемом теплого воздуха. Птицы, такие как орлы или калифорнийские кондоры, часто летают по этим восходящим потокам высоко в небо.

Реактивные потоки — это быстро движущиеся холодные потоки, которые окружают Землю высоко в атмосфере.

Воздушные потоки вызваны неравномерным нагревом Земли солнцем. Когда солнечный свет падает на Землю, он нагревает одни районы, особенно тропики, больше, чем другие. Поскольку поверхность Земли нагревается, она нагревает воздух прямо над ней. Нагретый воздух расширяется и становится легче окружающего воздуха. Он поднимается вверх, создавая поток теплого воздуха. Затем более холодный и тяжелый воздух вытесняет теплый воздух, образуя поток холодного воздуха.

Некоторые потоки воздуха знакомы. Ветры Санта-Ана — сезонные (осенние) явления в Южной Калифорнии. Эти теплые сухие течения дуют из пустыни Мохаве и Большого бассейна в сторону Тихого океана. Струйные течения знакомы альпинистам, поднимающимся на Эверест, самую высокую точку Земли.

Вершину Эвереста фактически пронизывает струйный поток, создавая ледяные ветры на вершине мира.

Водные течения
Речное течение — это движение воды по реке. Реки текут от высоких точек к более низким и, в конечном итоге, к более крупному водоему. Сила гравитации, которая заставляет воду течь вниз, создает речные течения.

Многие факторы влияют на силу речного течения. Речные течения зависят от объема или количества воды, протекающей в реке. Крутизна реки, когда она течет к месту назначения, может влиять на ее течение. Крутизна реки называется уклоном ее течения. Топография русла реки также влияет на ее течение. Топография относится к особенностям поверхности местности. Топография русла реки может включать песчаные отмели, бассейны и плотины.

Нил течет на север от высоких возвышенностей Африки к югу от Сахары к низменным районам Египта у Средиземного моря. Течения Нила усиливаются по мере увеличения объема воды, особенно там, где сливаются Голубой Нил (начиная с Эфиопии) и Белый Нил (начиная с Танзании). Асуанская плотина на юге Египта сильно уменьшает и контролирует поток течений Нила.

Океанские течения — это большие потоки воды, текущие как у поверхности океана, так и далеко под ним. Преобладающие ветры (воздушные потоки), которые дуют над частями океана, толкают воду, создавая поверхностные течения. Ветры также могут способствовать апвеллингу или течениям, которые перемещают холодную, богатую питательными веществами воду со дна океана на поверхность.

Вращение планеты с запада на восток заставляет океанские течения отклоняться вправо к северу от экватора и влево к югу от экватора. Это отклонение, известное как эффект Кориолиса, заставляет поверхностные токи течь по часовой стрелке по кругу в Северном полушарии и против часовой стрелки в Южном полушарии.

Различия в плотности морской воды также вызывают океанские течения. Плотность воды зависит от ее температуры и солености, или солености. Чем холоднее и соленее вода, тем она плотнее и тяжелее. Холодная, плотная вода имеет тенденцию тонуть и течь под более теплой и легкой водой, создавая течение. Сила океанских течений измеряется в свердрупах (SVAIR-drups), названных в честь норвежского океанографа.

Гольфстрим — одно из самых известных океанских течений в мире. Это теплое течение течет из Мексиканского залива, огибая американский штат Флорида, вдоль восточного побережья США и Канады, а затем пересекает Атлантический океан. Гольфстрим очень мощный. Из-за Гольфстрима в Северной Европе теплее, чем в любой другой области на ее широте, включая Аляску и Россию.

Электрические токи
Электричество — это поток электронов. Электроны — это части атомов, из которых состоит вся известная материя. По этой причине почти любая поверхность может быть электрической при правильных условиях.

Электричество нуждается в проводнике. Металлы, такие как медь, являются хорошими проводниками электричества в домах и на предприятиях. Одежда, ковры и люди могут быть проводниками статического электричества. Сила электричества измеряется в амперах (ampers).

Космический вакуум может быть проводником. Солнечный ветер представляет собой поток типа электричества от солнца.