Elektrizität, Strom, Spannung, Widerstand und Leistung. Elektrischer Strom, Spannung – sogar ein Kind wird es verstehen! Spannungsbezeichnung und Maßeinheit

In diesem Artikel analysieren wir im Detail, was Spannung ist und wie man sie einfach darstellt und misst.

Definition

Spannung ist eine elektromotorische Kraft, die freie Elektronen in derselben Richtung von einem Atom zum anderen drückt.

In den Anfängen der Elektrizität wurde Spannung als „Spannung“ bezeichnet elektromotorische Kraft(EMF). Aus diesem Grund wird in Gleichungen wie z. B. die Spannung durch das Symbol dargestellt E.

Alessandro Volta

Die Einheit der elektrischen Spannung ist das Volt, benannt nach Alessandro Volta, einem italienischen Physiker, der zwischen 1745 und 1827 lebte.

Alessandro Volta war einer der Pioniere der dynamischen Elektrizität. Während er die grundlegenden Eigenschaften der Elektrizität erforschte, erfand er die erste Batterie und vertiefte das Verständnis der Elektrizität.

Spannungsdarstellung

Der einfachste Weg, die Spannung zu verstehen, besteht darin, sich den Druck in einem Rohr vorzustellen. Bei höherer Spannung (Druck) fließt ein höherer Strom. Während es wichtig ist zu verstehen, dass Spannung (Druck) ohne Strom (Fluss) existieren kann, kann Strom ohne Spannung (Druck) nicht existieren.

Spannung wird oft als Potentialdifferenz bezeichnet, da zwischen zwei beliebigen Punkten in einem Stromkreis ein Unterschied in der potentiellen Energie der Elektronen besteht. Wenn Elektronen durch eine Batterie fließen, erhöht sich ihre potenzielle Energie, wenn sie jedoch durch eine Glühbirne fließen, verringert sich ihre potenzielle Energie und diese Energie verlässt den Stromkreis in Form von Licht und Wärme.

Nehmen wir zum Beispiel eine normale 1,5-V-AA-Batterie. Zwischen den beiden Anschlüssen (+ und -) besteht ein Potenzialunterschied von 1,5 V.

Die Spannung oder Potentialdifferenz ist einfach ein Maß für die Energiemenge (in Joule) pro Ladungseinheit (Coulomb). Beispielsweise erhält in einer 1,5-Volt-AA-Batterie jedes Coulomb (Ladung) 1,5 Volt oder Joule Energie.

Spannung = [Joule ÷ Coulomb]

1 Volt = 1 Joule pro Coulomb

100 Volt = 100 Joule pro Coulomb

1 Coulomb = 6.200.000.000.000.000.000 Elektronen (6,2 × 10 18)

Wie wird die Spannung gemessen?

Wir messen die Spannung in der Einheit „Volt“, die in Zeichnungen und technischer Literatur normalerweise einfach mit dem Buchstaben „V“ gekennzeichnet ist. Oft ist es notwendig, die Höhe der Spannung zu quantifizieren. Dies erfolgt anhand von SI-Einheiten. Die häufigsten Spannungsgrößen, die Sie sehen werden, sind:

• Megavolt (mV)
• Kilovolt (kV)
• Volt (V)
• Millivolt (mV)
• Mikrovolt (µV)

Die Spannung wird immer an zwei Punkten mit einem sogenannten Gerät gemessen Voltmeter. Voltmeter sind entweder digital oder analog, wobei letzteres am genauesten ist. Voltmeter sind in der Regel in tragbare Digitalmultimeter eingebaut (siehe unten) und ein gängiges und oft unverzichtbares Werkzeug für jeden Elektriker oder Elektrotechniker. Normalerweise findet man analoge Voltmeter in älteren Schalttafeln wie Schalttafeln und Generatoren, aber fast alle neuen Geräte sind standardmäßig mit digitalen Messgeräten ausgestattet.

Auf Schaltplänen sehen Sie Voltmeter-Geräte, die mit dem Buchstaben gekennzeichnet sind V innerhalb eines Kreises wie folgt:

Spannungsberechnung

In Stromkreisen kann die Spannung nach berechnet werden Ohmsches Dreieck. Um die Spannung (V) zu ermitteln, multiplizieren Sie einfach den Strom (I) mit dem Widerstand (R).

Spannung (V) = Strom (I) * Widerstand (R)

V = I *R

Beispiel

Stromkreis (I) = 10 A
Stromkreiswiderstand (R) = 2 Ohm

Spannung (V) = 10 A * 2 Ohm

Antwort: V = 20V

Wieder aufnehmen

• Spannung ist die Kraft, die Elektronen von einem Atom zum anderen bewegt
• Spannung wird auch als Potenzialdifferenz bezeichnet
• Die Spannung wird in der Einheit „Volt“ (V) gemessen.
• Batterien erhöhen die potentielle Energie von Elektronen
• Glühbirnen und andere Lasten reduzieren die potentielle Energie von Elektronen
• Die Spannung wird mit einem Voltmeter gemessen
• Die Stromkreisspannung kann durch Multiplikation von Strom und Widerstand berechnet werden

Auf dieser Seite werden die Grundgrößen des elektrischen Stroms kurz zusammengefasst. Bei Bedarf wird die Seite mit neuen Werten und Formeln aktualisiert.

Aktuelle Stärke– ein quantitatives Maß für den elektrischen Strom, der durch den Querschnitt eines Leiters fließt. Je dicker der Leiter, desto mehr Strom kann durch ihn fließen. Der Strom wird mit einem Gerät namens Amperemeter gemessen. Die Maßeinheit ist Ampere (A). Die aktuelle Stärke wird durch den Buchstaben angezeigt - ICH.

Hinzu kommt, dass Gleich- und Wechselstrom niedriger Frequenz durch den gesamten Leiterquerschnitt fließen. Hochfrequenter Wechselstrom fließt nur entlang der Oberfläche des Leiters – der Hautschicht. Je höher die Frequenz des Stroms, desto dünner Hautschicht Leiter, durch den hochfrequenter Strom fließt. Dies gilt für alle Hochfrequenzelemente – Leiter, Induktoren, Wellenleiter. Um den aktiven Widerstand des Leiters gegenüber hochfrequentem Strom zu verringern, wird daher ein Leiter mit großem Durchmesser gewählt, der zusätzlich versilbert ist (Silber hat bekanntlich einen sehr geringen spezifischen Widerstand).

Spannung (Spannungsabfall)– ein quantitatives Maß für die Potentialdifferenz (elektrische Energie) zwischen zwei Punkten in einem Stromkreis. Die Spannung der Stromquelle ist die Potentialdifferenz an den Anschlüssen der Stromquelle. Die Spannung wird mit einem Voltmeter gemessen. Die Maßeinheit ist Volt (V). Die Spannung wird durch den Buchstaben angezeigt - U, die Spannung der Stromquelle (synonym mit elektromotorischer Kraft) kann mit dem Buchstaben bezeichnet werden – E.

Wo U– Spannungsabfall an einem Stromkreiselement, ICH– Strom, der durch ein Schaltungselement fließt.

Verlustleistung (absorbierte Leistung) eines elektrischen Schaltkreiselements– der Wert der Verlustleistung des Schaltungselements, die das Element aufnehmen (aushalten) kann, ohne seine Nennparameter zu ändern (Ausfall). Die Verlustleistung von Widerständen wird im Namen angegeben (zum Beispiel: ein Zwei-Watt-Widerstand – OMLT-2, ein Zehn-Watt-Drahtwiderstand – PEV-10). Bei der Berechnung von Schaltplänen wird der Wert der erforderlichen Verlustleistung eines Schaltungselements anhand der Formeln berechnet:

Für einen zuverlässigen Betrieb wird der durch die Formeln ermittelte Wert der Verlustleistung des Elements mit dem Faktor 1,5 multipliziert, wobei zu berücksichtigen ist, dass eine Leistungsreserve gewährleistet sein muss.

Leitfähigkeit des Schaltungselements– die Fähigkeit eines Schaltkreiselements, elektrischen Strom zu leiten. Die Einheit der Leitfähigkeit ist Siemens (Cm). Die Leitfähigkeit wird durch den Buchstaben angegeben - σ . Die Leitfähigkeit ist der Kehrwert des Widerstands und hängt mit diesem durch die Formel zusammen:

Wenn der Leiterwiderstand 0,25 Ohm (oder 1/4 Ohm) beträgt, beträgt die Leitfähigkeit 4 Siemens.

Frequenz des elektrischen Stroms– ein quantitatives Maß, das die Änderungsrate der elektrischen Stromrichtung charakterisiert. Es gibt Konzepte - kreisförmige (oder zyklische) Frequenz - ω, die die Änderungsrate des Phasenvektors des elektrischen (magnetischen) Feldes bestimmt und Frequenz des elektrischen Stroms - f, charakterisiert die Änderungsrate der Richtung des elektrischen Stroms (Zeiten oder Schwingungen) in einer Sekunde. Die Frequenz wird mit einem Gerät namens Frequenzmesser gemessen. Die Maßeinheit ist Hertz (Hz). Beide Frequenzen stehen in Beziehung zueinander durch den Ausdruck:

Zeitraum des elektrischen Stroms– ein Kehrwert der Frequenz, der angibt, wie lange der elektrische Strom eine zyklische Schwingung ausführt. Die Periodendauer wird üblicherweise mit einem Oszilloskop gemessen. Die Einheit der Periode ist Sekunde (s). Die Schwingungsdauer des elektrischen Stroms wird durch den Buchstaben angegeben - T. Die Periode hängt mit der Frequenz des elektrischen Stroms zusammen durch den Ausdruck:

Wellenlänge eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes– eine Dimensionsgröße, die eine Schwingungsperiode des elektromagnetischen Feldes im Raum charakterisiert. Die Wellenlänge wird in Metern (m) gemessen. Die Wellenlänge wird durch den Buchstaben angegeben – λ . Die Wellenlänge hängt von der Frequenz ab und wird durch die Lichtgeschwindigkeit bestimmt:

Reaktanz des Induktors (Drossel)– der Wert des Innenwiderstands der Induktivität gegenüber harmonischem Wechselstrom bei einer bestimmten Frequenz. Bezeichnet wird die Reaktanz einer Induktivität XL und wird durch die Formel bestimmt:

Resonanzfrequenz des Schwingkreises– Frequenz des harmonischen Wechselstroms, bei der der Schwingkreis einen ausgeprägten Amplituden-Frequenzgang (AFC) aufweist. Die Resonanzfrequenz des Schwingkreises wird durch die Formel bestimmt:

Gütefaktor des Schwingkreises- eine Kennlinie, die die Breite des Resonanzfrequenzgangs bestimmt und angibt, wie oft die Energiereserven im Stromkreis größer sind als die Energieverluste während einer Schwingungsperiode. Der Gütefaktor berücksichtigt das Vorhandensein eines aktiven Lastwiderstands. Der Qualitätsfaktor wird mit dem Buchstaben bezeichnet - Q.

Für einen Serienschwingkreis in RLC-Schaltungen, bei dem alle drei Elemente in Reihe geschaltet sind, wird der Gütefaktor berechnet:

Wo R, L Und C- Widerstand, Induktivität bzw. Kapazität des Resonanzkreises.

Für einen Parallelschwingkreis, bei dem Induktivität, Kapazität und Widerstand parallel geschaltet sind, wird der Gütefaktor berechnet:

Puls-Tastverhältnis ist das Verhältnis der Pulswiederholungsperiode zu ihrer Dauer. Das Tastverhältnis der Impulse wird durch die Formel bestimmt.

In der Praxis müssen Spannungsmessungen häufig durchgeführt werden. Spannung wird in der Funktechnik, in elektrischen Geräten und Schaltkreisen usw. gemessen. Die Art des Wechselstroms kann gepulst oder sinusförmig sein. Spannungsquellen sind entweder Stromgeneratoren.

Arten von Spannungsmessungen

Die Impulsstromspannung hat Amplituden- und Durchschnittsspannungsparameter. Quellen einer solchen Spannung können Impulsgeneratoren sein. Die Spannung wird in Volt gemessen und mit „V“ oder „V“ bezeichnet. Bei Wechselspannung erscheint das Symbol „ ~ ", bei konstanter Spannung wird das Symbol "-" angezeigt. Die Wechselspannung im heimischen Haushaltsnetz ist mit ~220 V gekennzeichnet.

Hierbei handelt es sich um Instrumente zur Messung und Steuerung der Eigenschaften elektrischer Signale. Oszilloskope arbeiten nach dem Prinzip der Ablenkung eines Elektronenstrahls, der auf dem Display ein Bild der Werte variabler Größen erzeugt.

Wechselspannungsmessung

Gemäß den behördlichen Unterlagen muss die Spannung in einem Haushaltsnetz 220 Volt mit einer Abweichungsgenauigkeit von 10 % betragen, d. h. die Spannung kann im Bereich von 198-242 Volt schwanken. Wenn die Beleuchtung in Ihrem Zuhause schwächer geworden ist, Lampen häufig ausfallen oder Haushaltsgeräte instabil geworden sind, müssen Sie zur Identifizierung und Beseitigung dieser Probleme zunächst die Spannung im Netzwerk messen.

Vor der Messung sollten Sie das vorhandene Messgerät für den Einsatz vorbereiten:

• Überprüfen Sie die Unversehrtheit der Isolierung der Steuerkabel mit Sonden und Spitzen.
• Stellen Sie den Schalter auf Wechselspannung mit einer Obergrenze von 250 Volt oder höher.
• Stecken Sie die Messleitungen z. B. in die Buchsen des Messgerätes. Um Fehler zu vermeiden, ist es besser, auf die Bezeichnungen der Steckdosen am Gehäuse zu achten.
• Schalten Sie das Gerät ein.

Am Multimeter wird die Messgrenze von 700 Volt gewählt. Bei manchen Geräten müssen zur Messung der Spannung mehrere unterschiedliche Schalter auf die gewünschte Position eingestellt werden: die Stromart, die Art der Messung sowie das Einstecken der Drahtenden in bestimmte Buchsen. Das Ende der schwarzen Spitze im Multimeter wird in die COM-Buchse (gemeinsame Buchse) gesteckt, die rote Spitze in die mit „V“ gekennzeichnete Buchse. Diese Buchse wird üblicherweise zum Messen jeglicher Art von Spannung verwendet. Die mit „ma“ gekennzeichnete Buchse dient zur Messung kleiner Ströme. Die mit „10 A“ gekennzeichnete Buchse dient zur Messung einer erheblichen Strommenge, die bis zu 10 Ampere erreichen kann.

Wenn Sie die Spannung messen, während das Kabel in die „10 A“-Buchse eingesteckt ist, fällt das Gerät aus oder die Sicherung brennt durch. Daher ist bei Messarbeiten Vorsicht geboten. Am häufigsten treten Fehler auf, wenn der Widerstand zuerst gemessen wurde und dann vergessen wurde, in einen anderen Modus zu wechseln, und mit der Messung der Spannung begonnen wurde. In diesem Fall brennt im Gerät ein Widerstand durch, der für die Widerstandsmessung verantwortlich ist.

Nachdem Sie das Gerät vorbereitet haben, können Sie mit den Messungen beginnen. Wenn beim Einschalten des Multimeters nichts auf der Anzeige erscheint, bedeutet dies, dass die Batterie im Gerät leer ist und ausgetauscht werden muss. Am häufigsten enthalten Multimeter „Krona“, das eine Spannung von 9 Volt erzeugt. Die Lebensdauer beträgt je nach Hersteller etwa ein Jahr. Auch wenn das Multimeter längere Zeit nicht benutzt wurde, kann die Krone trotzdem defekt sein. Wenn die Batterie in Ordnung ist, sollte das Multimeter eins anzeigen.

Die Drahtsonden müssen in die Steckdose gesteckt oder mit blanken Drähten berührt werden.

Das Display des Multimeters zeigt sofort die Netzspannung in digitaler Form an. Bei einer Messuhr weicht die Nadel um einen bestimmten Winkel ab. Der Zeigertester verfügt über mehrere abgestufte Skalen. Wenn man sie genau betrachtet, wird alles klar. Jede Skala ist für eine bestimmte Messung konzipiert: Strom, Spannung oder Widerstand.

Die Messgrenze des Geräts wurde auf 300 Volt eingestellt, Sie müssen also auf der zweiten Skala zählen, die eine Grenze von 3 hat, und die Messwerte des Geräts müssen mit 100 multipliziert werden. Die Skala hat einen Teilwert von 0,1 Volt, also erhalten wir das in der Abbildung gezeigte Ergebnis, etwa 235 Volt. Dieses Ergebnis liegt innerhalb akzeptabler Grenzen. Wenn sich die Zählerstände während der Messung ständig ändern, kann es zu schlechten Kontakten in den elektrischen Leitungsverbindungen kommen, was zu Funkenbildung und Netzstörungen führen kann.

Gleichspannungsmessung

Konstantspannungsquellen sind Batterien, Niederspannungsbatterien oder Batterien, deren Spannung 24 Volt nicht überschreitet. Daher ist das Berühren der Batteriepole ungefährlich und es sind keine besonderen Sicherheitsmaßnahmen erforderlich.

Um die Leistung einer Batterie oder einer anderen Quelle zu beurteilen, ist es notwendig, die Spannung an ihren Polen zu messen. Bei AA-Batterien befinden sich die Strompole an den Enden des Gehäuses. Der Pluspol ist mit „+“ gekennzeichnet.

Gleichstrom wird auf die gleiche Weise gemessen wie Wechselstrom. Der einzige Unterschied besteht darin, das Gerät auf den entsprechenden Modus einzustellen und die Polarität der Anschlüsse zu beachten.

Die Batteriespannung ist normalerweise auf dem Gehäuse angegeben. Das Messergebnis gibt jedoch noch keinen Aufschluss über den Zustand der Batterie, da die elektromotorische Kraft der Batterie gemessen wird. Die Betriebsdauer des Geräts, in das der Akku eingebaut wird, hängt von seiner Kapazität ab.

Um die Leistung der Batterie genau beurteilen zu können, ist es notwendig, die Spannung bei angeschlossener Last zu messen. Für eine AA-Batterie eignet sich als Last eine normale 1,5-Volt-Taschenlampenglühbirne. Wenn die Spannung bei eingeschaltetem Licht leicht abnimmt, also nicht mehr als 15 %, ist die Batterie somit betriebsbereit. Fällt die Spannung deutlich stärker ab, kann eine solche Batterie nur noch in einer Wanduhr dienen, die sehr wenig Energie verbraucht.

Geladene Teilchen, die in ein elektrisches Feld eintreten, beginnen sich geordnet in eine bestimmte Richtung zu bewegen. Die Teilchen erhalten eine bestimmte Energie, das heißt, es wird Arbeit verrichtet. Bestimmung des Arbeitsaufwands zur Bewegung elektrischer Ladungen in einem elektrischen Feld mit einer Stärke E erforderte die Einführung einer anderen physikalischen Größe – der elektrischen Spannung U.

Welche Arbeit leistet das elektrische Feld?

Arbeitseinstellung A von einem elektrischen Feld ausgeführt, wenn eine positive Ladung von einem Punkt des Feldes zu einem anderen bewegt wird, auf die Ladungsmenge Q elektrische Spannung genannt U zwischen diesen Punkten:

$$ U = ( A \over q ) $$

Wir können sagen, dass die elektrische Spannung gleich der Arbeit ist, die aufgewendet wird, um eine Ladung von 1 Coulomb von einem Punkt im elektrischen Feld zu einem anderen zu bewegen.

Um dann den Arbeitsaufwand des Feldes zu bestimmen, können wir den folgenden Ausdruck erhalten:

$$ A = ( q * U ) $$

Reis. 1. Elektronen in einem elektrischen Feld.

Maßeinheiten

Im Internationalen Einheitensystem (SI) ist die Spannungseinheit (V) nach dem italienischen Entdecker Alessandro Volta (1745-1827) benannt, der einen großen Beitrag zum Verständnis der Natur der Elektrizität leistete. Da die Arbeit in Joule (J) und die Ladung in Coulomb (K) gemessen wird, gilt:

$$ =( \over ) $$

Die Spannung kann in einem weiten Bereich schwanken, daher gehören nicht zum System gehörende Einheiten wie:

• 1 Mikrovolt (µV) = 0,0000001 V;
• 1 Millivolt (mV) = 0,001 V;
• 1 Kilovolt (kV) = 1000 V;
• 1 MV (Megavolt) = 1.000.000 V.

Gleich- und Wechselspannung

Es gibt zwei Arten von Spannungen – Konstantspannung und Wechselspannung. Ein Beispiel für Konstantspannungsquellen sind gewöhnliche Batterien, die in Haushaltsgeräten verwendet werden: Fernbedienungen, Telefone usw. Auf der Oberfläche der Batterien sind immer die Symbole „−“ und „+“ vorhanden.

Dies bedeutet, dass die Richtung des von der Batterie erzeugten elektrischen Feldes immer konstant bleibt. Wechselspannungsquellen wurden später erfunden und erlangten große Verbreitung, da sich Wechselstrom leichter umwandeln (verstärken, schwächen) und über große Entfernungen übertragen lässt.

Reis. 2. Diagramme von Gleich- und Wechselspannungen.

Die Diagramme zeigen, dass eine konstante Spannung nicht von der Zeit abhängt,

$$U(t) = const $$

Die Wechselspannung ändert sich, indem sie einen Nullwert durchläuft und dabei das Vorzeichen „+“ in „−“ ändert. Für die elektrische Spannungsformel U(t) eignen sich gut die trigonometrischen Funktionen Sinus oder Cosinus:

$$ U(t) = U_А * sin(ω*t) $$

wo U A — Amplitude der Wechselspannung, also der maximale Spannungswert;

ω - Frequenz der Wechselspannung, die angibt, wie oft sich in einer Sekunde das Vorzeichen der Spannung ändert, d. h. „Plus“ wechselt zu „Minus“. Der Frequenzwert zeigt an, mit welcher Geschwindigkeit (wie oft) sich die Spannungspolarität ändert. In den Steckdosen unserer Wohnungen ändert sich beispielsweise die Spannung 50 Mal pro Sekunde (mit einer Frequenz von 50 Hertz).

Die Einwirkung elektrischer Spannung wird ab bestimmten Werten für den Menschen gefährlich. In trockenen Räumen gilt eine Spannung von bis zu 36 V als sicher. In Räumen mit erhöhter Feuchtigkeit liegt dieser Wert sogar bei 12 V. Daher müssen Sie beim Arbeiten und Umgang mit Elektrogeräten stets Sicherheitsvorkehrungen beachten.

Wie und mit welcher Spannung wird gemessen

Die Spannung wird mit einem Instrument namens Voltmeter gemessen. Ein Voltmeter wird parallel zu dem Element des Stromkreises geschaltet, an dem der Spannungsabfall gemessen werden soll. Ein Voltmeter ist in den Diagrammen als Kreis mit dem Buchstaben V darin dargestellt.

Reis. 3. Verschiedene Voltmeter und ihre Bezeichnungen in den Diagrammen.

Bisher waren alle Voltmeter Zeigervoltmeter, und der Spannungswert wurde durch einen Pfeil auf der Instrumentenskala mit aufgedruckten digitalen Werten angezeigt. Mittlerweile werden die meisten dieser Geräte mit elektronischer Anzeige (LED oder Flüssigkristall) hergestellt. Das Voltmeter selbst soll das Messergebnis nicht beeinflussen, deshalb wird sein Eigenwiderstand sehr groß gewählt, sodass praktisch keine Ladungen (elektrischer Strom) durch ihn fließen.

Was haben wir gelernt?

Wir haben also gelernt, dass elektrische Spannung eine physikalische Größe ist, die die Arbeit der elektrischen Feldkraft zur Bewegung elektrischer Ladungen charakterisiert. Die Spannung kann konstant oder variabel sein. Voltmeter dienen zur Spannungsmessung.

Test zum Thema

Auswertung des Berichts

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Ohne grundlegende Kenntnisse über Elektrizität kann man sich nur schwer vorstellen, wie Elektrogeräte funktionieren, warum sie überhaupt funktionieren, warum man den Fernseher anschließen muss, damit er funktioniert, und warum eine Taschenlampe nur eine kleine Batterie braucht, um im Dunkeln zu leuchten .

Und so werden wir alles der Reihe nach verstehen.

Strom

Strom ist ein natürliches Phänomen, das die Existenz, Wechselwirkung und Bewegung elektrischer Ladungen bestätigt. Elektrizität wurde erstmals im 7. Jahrhundert v. Chr. entdeckt. Griechischer Philosoph Thales. Thales bemerkte, dass ein Stück Bernstein, wenn es an Wolle gerieben wird, leichte Objekte anzieht. Bernstein heißt im Altgriechischen Elektron.

So stelle ich mir vor, wie Thales sitzt, ein Stück Bernstein auf seinem Himation (das ist die Wolloberbekleidung der alten Griechen) reibt und dann mit verwirrtem Blick zusieht, wie Haare, Fadenfetzen, Federn und Papierfetzen angezogen werden zum Bernstein.

Dieses Phänomen nennt man statische Elektrizität. Sie können dieses Erlebnis wiederholen. Reiben Sie dazu ein normales Plastiklineal gründlich mit einem Wolltuch ab und führen Sie es an die kleinen Papierstücke heran.

Es ist zu beachten, dass dieses Phänomen schon lange nicht mehr untersucht wurde. Und erst im Jahr 1600 führte der englische Naturforscher William Gilbert in seinem Aufsatz „Über den Magneten, magnetische Körper und den großen Magneten – die Erde“ den Begriff Elektrizität ein. In seiner Arbeit beschrieb er seine Experimente mit elektrifizierten Objekten und stellte auch fest, dass andere Stoffe elektrisiert werden können.

Dann erforschten die fortschrittlichsten Wissenschaftler der Welt drei Jahrhunderte lang Elektrizität, schrieben Abhandlungen, formulierten Gesetze, erfanden elektrische Maschinen und erst 1897 entdeckte Joseph Thomson den ersten materiellen Träger der Elektrizität – das Elektron, ein Teilchen, das elektrische Prozesse in Gang setzt Substanzen möglich.

Elektron– Dies ist ein Elementarteilchen, dessen negative Ladung ungefähr gleich ist -1,602·10 -19 Cl (Anhänger). Festgelegt e oder e –.

Stromspannung

Um geladene Teilchen von einem Pol zum anderen bewegen zu können, ist es notwendig, zwischen den Polen eine Verbindung herzustellen Potentialdifferenz oder - Stromspannung. Spannungseinheit – Volt (IN oder V). In Formeln und Berechnungen wird die Spannung mit dem Buchstaben bezeichnet V . Um eine Spannung von 1 V zu erhalten, müssen Sie eine Ladung von 1 C zwischen den Polen übertragen und dabei 1 J (Joule) Arbeit verrichten.

Stellen Sie sich zur Verdeutlichung einen Wassertank vor, der sich in einer bestimmten Höhe befindet. Aus dem Tank kommt ein Rohr. Wasser unter natürlichem Druck verlässt den Tank durch ein Rohr. Lassen Sie uns zustimmen, dass Wasser ist elektrische Ladung, die Höhe der Wassersäule (Druck) beträgt Stromspannung und die Geschwindigkeit des Wasserflusses ist elektrischer Strom.

Je mehr Wasser sich im Tank befindet, desto höher ist der Druck. Auch aus elektrischer Sicht gilt: Je größer die Ladung, desto höher die Spannung.

Beginnen wir mit dem Ablassen des Wassers, der Druck wird abnehmen. Diese. Der Ladezustand sinkt – die Spannung sinkt. Dieses Phänomen kann bei einer Taschenlampe beobachtet werden; die Glühbirne wird schwächer, wenn die Batterien entladen werden. Bitte beachten Sie, dass der Wasserdurchfluss (Strom) umso geringer ist, je niedriger der Wasserdruck (Spannung) ist.

Elektrischer Strom

Elektrischer Strom ist ein physikalischer Prozess der gerichteten Bewegung geladener Teilchen unter dem Einfluss eines elektromagnetischen Feldes von einem Pol eines geschlossenen Stromkreises zum anderen. Ladungstragende Teilchen können Elektronen, Protonen, Ionen und Löcher sein. Ohne einen geschlossenen Stromkreis ist kein Strom möglich. Teilchen, die elektrische Ladungen tragen können, kommen nicht in allen Stoffen vor, in denen sie vorkommen Dirigenten Und Halbleiter. Und Stoffe, in denen solche Partikel nicht vorkommen - Dielektrika.

Aktuelle Einheit – Ampere (A). In Formeln und Berechnungen wird die Stromstärke durch den Buchstaben angegeben ICH . Ein Strom von 1 Ampere wird erzeugt, wenn eine Ladung von 1 Coulomb (6,241·10 18 Elektronen) in 1 Sekunde durch einen Punkt in einem Stromkreis fließt.

Schauen wir uns noch einmal unsere Wasser-Strom-Analogie an. Nehmen wir jetzt erst zwei Tanks und füllen sie mit der gleichen Menge Wasser. Der Unterschied zwischen den Tanks liegt im Durchmesser des Auslassrohrs.

Öffnen wir die Wasserhähne und stellen wir sicher, dass der Wasserfluss aus dem linken Tank größer ist (der Rohrdurchmesser ist größer) als aus dem rechten. Diese Erfahrung ist ein klarer Beweis für die Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit vom Rohrdurchmesser. Versuchen wir nun, die beiden Flüsse auszugleichen. Füllen Sie dazu Wasser (Ladung) in den rechten Tank. Dadurch wird mehr Druck (Spannung) erzeugt und die Durchflussrate (Strom) erhöht. In einem Stromkreis spielt der Rohrdurchmesser eine Rolle Widerstand.

Die durchgeführten Experimente zeigen deutlich den Zusammenhang zwischen Stromspannung, Stromschlag Und Widerstand. Wir werden etwas später mehr über den Widerstand sprechen, aber jetzt noch ein paar Worte zu den Eigenschaften des elektrischen Stroms.

Wenn die Spannung ihre Polarität nicht ändert, von Plus nach Minus, und der Strom in eine Richtung fließt, dann ist dies der Fall D.C. und dementsprechend konstante Spannung. Wenn die Spannungsquelle ihre Polarität ändert und der Strom erst in die eine, dann in die andere Richtung fließt, ist dies bereits der Fall Wechselstrom Und Wechselspannung. Maximal- und Minimalwerte (in der Grafik angegeben als Io ) - Das Amplitude oder Spitzenstromwerte. In Haushaltssteckdosen ändert die Spannung 50 Mal pro Sekunde ihre Polarität, d. h. Schwingt der Strom hier und da, so stellt sich heraus, dass die Frequenz dieser Schwingungen 50 Hertz, kurz 50 Hz, beträgt. In einigen Ländern, beispielsweise in den USA, beträgt die Frequenz 60 Hz.

Widerstand

Elektrischer Widerstand– eine physikalische Größe, die die Eigenschaft eines Leiters bestimmt, den Stromdurchgang zu behindern (Widerstand zu leisten). Widerstandseinheit – Ohm(bezeichnet Ohm oder der griechische Buchstabe Omega Ω ). In Formeln und Berechnungen wird der Widerstand durch den Buchstaben angegeben R . Ein Leiter hat einen Widerstand von 1 Ohm, an dessen Polen eine Spannung von 1 V anliegt und ein Strom von 1 A fließt.

Leiter leiten Strom unterschiedlich. Ihre Leitfähigkeit hängt in erster Linie vom Material des Leiters sowie vom Querschnitt und der Länge ab. Je größer der Querschnitt, desto höher die Leitfähigkeit, aber je größer die Länge, desto geringer die Leitfähigkeit. Widerstand ist das umgekehrte Konzept der Leitfähigkeit.

Am Beispiel des Sanitärmodells kann der Widerstand als Rohrdurchmesser dargestellt werden. Je kleiner es ist, desto schlechter ist die Leitfähigkeit und desto höher ist der Widerstand.

Der Widerstand eines Leiters äußert sich beispielsweise in der Erwärmung des Leiters, wenn Strom durch ihn fließt. Darüber hinaus ist die Erwärmung umso stärker, je größer der Strom und je kleiner der Leiterquerschnitt ist.

Leistung

Elektrische Energie ist eine physikalische Größe, die die Geschwindigkeit der Stromumwandlung bestimmt. Sie haben zum Beispiel schon mehr als einmal gehört: „Eine Glühbirne hat so viele Watt.“ Dies ist die Leistung, die die Glühbirne pro Zeiteinheit während des Betriebs verbraucht, d. h. Umwandlung einer Energieart in eine andere mit einer bestimmten Geschwindigkeit.

Stromquellen wie Generatoren zeichnen sich ebenfalls durch Leistung aus, die jedoch bereits pro Zeiteinheit erzeugt wird.

Netzteil – Watt(bezeichnet W oder W). In Formeln und Berechnungen wird die Leistung durch den Buchstaben angegeben P . Für Wechselstromkreise wird der Begriff verwendet Volle Kraft, Maßeinheit – Voltampere (VA oder V·A), gekennzeichnet durch den Buchstaben S .

Und schließlich ungefähr Stromkreis. Dieser Stromkreis besteht aus einer Reihe elektrischer Komponenten, die elektrischen Strom leiten können und entsprechend miteinander verbunden sind.

Was wir auf diesem Bild sehen, ist ein einfaches elektrisches Gerät (Taschenlampe). Unter Spannung U(B) eine Stromquelle (Batterien) durch Leiter und andere Komponenten mit unterschiedlichen Widerständen 4,61 (244 Stimmen)