Визначення електричного струму
Електричний струм — середня швидкість потоку електричного заряду (тобто заряду за одиницю часу), що пройшов через точку простору. Цей заряд несе електрони рухаючись по дроту в електричному колі. Чим більше число електронів, що рухаються за цією точкою в секунду, тим більша сила струму.
Одиницею сили струму в СІ є ампер (А), який часто неофіційно називають «амперами». Сам електричний заряд вимірюється в кулонах (С).
Заряд на одному електроні становить -1,60 × 10-19 C, тоді як на a протон дорівнює за величиною, але позитивні в знак. Цей номер вважається основний зарядe. Таким чином, базовою одиницею ампера є кулони в секунду (С / с).
За домовленістю, електричний струм тече у зворотному напрямку потоку електронів. Це пояснюється тим, що напрям струму був описаний ще до того, як вчені знали, які носії заряду рухаються під впливом електричного поля. З усіх практичних цілей позитивні заряди, що рухаються в позитивному напрямку, мають той самий фізичний (обчислювальний) результат, що і негативні заряди, що рухаються в негативному напрямку, коли йдеться про електричний струм.
Електрони рухаються до позитивного висновку в електричному колі. Отже, електронний потік, або рухомий заряд, знаходиться далеко від негативного терміналу. Рух електронів у мідному дроті або іншому провідному матеріалі також породжує а магнітне поле що має напрямок і величину, що визначаються напрямком електричного струму, а отже і рухом електронів; це принцип, за яким електромагніт будується.
Способи вимірювання напруги і струму
Щоб перевірити відповідність величини напруги електромережі встановленим вимогам, а також з’ясувати, скільки ампер протікає через той чи інший її елемент, використовуються різні прилади для вимірювання струму і напруги.
Індикаторна викрутка
Найбільш дешевим пристроєм, що дозволяє перевірити наявність потенціалу на контакти розетки, є звичайна індикаторна викрутка. При цьому дізнатися, скільки вольт докладено між контактами не можна.
У нормально працюючій мережі при торканні індикатора до фазному контакту розетки вбудований в ручку покажчика напруги світлодіод яскраво світиться, при торканні до нульового проводу таке світіння відсутня. Цей спосіб може застосовуватися лише для визначення наявності напруги в фазному проводі.
Істотними його недоліками є неможливість контролю цілісності нульового провідника, величини напруги, а також схильність до точності вимірювань впливу «наведень», створюваних магнітними полями проходять поруч електричних проводів. Таким чином, індикатор може світитися навіть при відсутності номінальної напруги на фазному контакті розетки.
Тестер
Більше точним способом вимірювання напруги є використання спеціальних приладів – вольтметрів (часто застосовуються тестери або мультиметри, що дозволяють вимірювати кілька величин: напругу, струм, опір, ємність конденсаторів і т. д).
Такий прилад підключається паралельно до мережі (його щупи вставляються в розетку при відсутності підключених до неї споживачів). Використовуючи подібні пристрої можна з’ясувати, скільки вольт постійного або змінного напруги докладено до контактів розетки.
Сила струму в розетці може бути виміряна за допомогою мультиметра, підключеного послідовно в мережі в якості амперметра.
Важливо! Прилад, налаштований на вимірювання струму можна підключати паралельно до мережі. Він може вийти з ладу.
Вимірювальні кліщі
Головний недолік використання амперметра – це складність його підключення. Тому в багатьох випадках для того, щоб перевірити, скільки ампер протікає у проводі, можна використовувати вимірювальні кліщі. Головною перевагою цього пристрою є відсутність необхідності розмикання ланцюга і відключення електрообладнання при його використанні.
Таким чином, серед всіх характеристик електроенергії побутових електричних мереж, найбільш важливими є частота, напруга, а також номінальний струм.
Дізнатися який струм в розетці можна з використанням вимірювальних приладів або аналітичним шляхом з допомогою формули.
Электрическое напряжение в цепи
Для источников напряжения в схемах обычно используется один из следующих символов.
Источники напряжения и электрическая цепь
Источник напряжения всегда имеет два соединения/полюса. Полюс «плюс» и полюс «минус». Само напряжение обозначено стрелкой напряжения (UQ). Для источников оно всегда отображается от плюса к минусу.
Электрическое напряжение, падающее на резисторе, также можно обозначить стрелкой напряжения (на схеме обозначена как красная стрелка UR ). Это указывает на техническое направление электрического тока.
Также часто можно услышать термин «напряжение холостого хода» или «напряжение источника». Это выходное напряжение ненагруженного источника, т.е. источника, к которому ничего не подключено. Если цепь замкнута с нагрузкой, то можно измерить только напряжение на полюсах источника.
Единица измерения электрического напряжения
Единицей измерения электрического напряжения в СИ является Вольт, сокращенно В (в честь итальянского учёного А. Вольта).
= 1 В
Теперь вы можете объяснить смысл надписи 4,5 В или 9 В на круглой или плоской батарейке. Смысл в том, что при переносе с одного полюса источника на другой (через спираль лампочки или другой проводник) заряда 1 Кл силами электрического поля может быть совершена работа соответственно 4,5 Дж или 9 Дж.
В электротехнике напряжение может варьироваться от микровольт (1 мкВ = 1 * 10-6 В) и миливольт (1 мВ = 10-3 В), до киловольт (1 кВ = 1 * 103 В) и мегавольт (1 МВ = 106 В)
Вы можете преобразовать отдельные единицы измерения следующим образом:
1 В = 1000 мВ, 1 мВ = 1000 мкВ, 1 МВ = 1000 кВ, 1 кВ = 1000 В.
висновок
Підведемо підсумки. Умовами виникнення ЕРС самоіндукції є: наявність індуктивності в ланцюзі і зміна струму в навантаженні. Це може відбуватися як в роботі, при зміні режимів або обурюють впливах, так і при комутації приладів. Це явище може завдати шкоди контактам реле і пускачів, так як призводить до утворення дуги при розмиканні індуктивних ланцюгів, наприклад, електродвигунів. Щоб знизити негативний вплив велика частина комутаційної апаратури оснащується дугогасильними камерами.
В корисних цілях явище ЕРС використовується досить часто, від фільтра для згладжування пульсацій струму і фільтра частот в відеоапаратури, до трансформаторів і високовольтних котушок запалювання в автомобілях.
Наостанок рекомендуємо переглянути корисне відео по темі, на яких коротко і детально розглядається явище самоіндукції:
Сподіваємося, тепер вам стало зрозуміло, що таке самоіндукція, як вона проявляється і де її можна використовувати. Якщо виникли питання, задавайте їх у коментарях під статтею!
Матеріали по темі:
- Властивості і характеристики електричного поля
- Закони Фарадея в хімії та фізики
- Розподіл зарядів у провіднику
Пересчетные коефіцієнти
Щоб виконати завдання: «запишіть одиниці виміру сили» — потрібно ознайомитися з наступними таблицями.
| v⋅T⋅e |
Ньютон (одиниця СІ) |
Діна |
кілограм-сила, килопонд |
фут-сила | фут-сила |
| 1 Н | ⋅ 1 кг⋅м/с2 | = 105 дін | ≈ 0,10197 кп | ≈ 0,22481 футів | 7,2330 фунтів |
| 1 дін | = 10−5Н | ⋅ 1 г⋅см/ с2 | ≈ 1.0197 ⋅ 10-6 кп | ≈ 2,2481 ⋅ 10-6 футів | ≈ 7,2330⋅ 10-5 фунтів |
| 1 килопонд | = 9,80665 N | = 980665 дін | ≡дп⋅ (1 кг) | ≈ 2.2046 футів | ≈ 70,932 фунт |
| 1 фут | ≈ 4.448222 N | ≈ 444822 дін | ≈ 0,45359 кп | ≡гн⋅ 1 фут | ≈ 32,174 фунт |
| 1 фунт | ≈ 0,138255 Н | ≈ 13825 дін | ≈ 0,014098 кп | ≈ 0.031081 футів | ≡ 1 фунт/ с2 |
Підходи до одиниць маси, сили або ваги показано нижче.
| v⋅T⋅e | Сила | Вага | Маса |
| 2-й закон руху | m = F/a | F = W⋅a/г | F = m ⋅ a |
| система |
BG GM |
EE M |
AE CGS MTC SI |
| Прискорення (а) |
фут/с2 м/с2 |
фут/с2 м/с2 |
фут/с2; Гал; м/с2 і м/с2 |
| Маса (м) |
Слабкий МКГСС |
фунт-маса, кг | фунт; грам, тонна і кг |
|
Сила (F), вага (W) |
Фут Килопонд |
Фут-сила Килопонд |
Фунт; Діна; Стін і Ньютон |
| Тиск (р) |
Фунт/дюйм2 Технічна атмосфера |
Фунт-сила/дюйм2 Атмосфера |
фунт на квадратний фут; микробар; пьеза і паскаль |
Стандартні префікси в системі вимірювання одиниць (СІ) v⋅T⋅e.
| Ім’я префікса | Дека | Гекто | Кіло | Мега | Гіга | Тера | Пета | Екса | Зетта | Иотта | |
| Символ префікса | da | h | k | M | G | T | P | E | Z | Y | |
| Чинник | 100 | 101 | 102 | 103 | 106 | 109 | 1012 | 1015 | 1018 | 1021 | 1024 |
| Ім’я дольного префікса | Дей | Санті | Міллі | Мікро | Нано | Піко | Фемто | Атто | Зепто | Йокто | |
| Символ дольного префікса | d | c | m | μ | N | п | e | Z | Y | ||
| Чинник | 100 | 10-1 | 10-2 | 10-3 | 10-6 | 10-9 | 10-12 | 10-15 | 10-18 | 10-21 |
10-24 |
Отже, ми розглянули категорію одиниці виміру сили і супутні даній темі питання.
визначення
Для провідників електричної ємністю називається величина, яка характеризує здатність тіла накопичувати електричний заряд. Це і є її фізичний зміст. Позначається латинською буквою C. Вона дорівнює відношенню заряду до потенціалу, якщо це записати у вигляді формули, то виходить наступне:
C = q / Ф
Електроємність будь-якого предмета залежить від його форми і геометричних розмірів. Якщо розглянути провідник у формі кулі, як приклад, то формула для розрахунку її величини матиме вигляд:
Ця формула справедлива для відокремленого провідника. Якщо розташувати поруч два провідника та розділити їх діелектриком, тоді вийде конденсатор. Про це трохи пізніше, зараз давайте розберемося, в чому вимірюється електроємність.
Одиниця виміру електричної ємності – фарад. Якщо розкласти її на складові відповідно до формули то:
1 фарад = 1 Кл / 1 В
Історично склалося так, що розмірність цієї одиниці вибрана не зовсім вірно. Справа в тому, що на практиці доводиться працювати з величинами електроємна: милі-, мікро-, нано- та пикофарад. Що дорівнює часткам Фарада, а саме:
1 мФ = 10 ^ (- 3) Ф
1 мкФ = 10 ^ (- 6) Ф
1 нФ = 10 ^ (- 9) Ф
1 пФ = 10 ^ (- 12) Ф
единица, в чём будет измеряться мощность, электрический заряд и теория определения
Сила тока представляет собой движение заряженных частиц в определённом направлении, во взятом проводнике. Многих физиков в прошлом волновал вопрос: в чём измеряется ток и как измерить то, что невидимо и неосязаемо. Но благодаря ряду открытий ситуация стала проясняться. Для того чтобы появилось движение заряженных частиц, нужно воздействие электрического поля.
В то же время заряженные частицы появляются постоянно, благодаря плотному контакту в любых веществах:
- проводники
- полупроводники
- диэлектрики.
Заряженные частицы способны совершать свободные движения в разных направлениях. Материалы, где свободно перемещаются заряженные частицы, называют проводниками: металл, растворы соли.
Материалы, где электрические частицы не могут перемещаться, называют диэлектриками: газ, кварц, дерево.
Материалы, которые имеют не только электронную, но и «дырочную» проводимость, которая зависит от многих внешних факторов (свет, температура, магнитные и электрические поля) называют полупроводниками: селен, кремний, германий.
Единицы измерения
Ток подразделяют на несколько разновидностей. Основные из них представлены таким образом:
- Постоянный -значение и направление не меняются во времени;
- Синусоидальный — величина меняется по синусоидальному закону;
- Высокочастотный — частота начинается с десятки килогерц;
- Периодический — значения которого повторяются во времени с одинаковой периодичностью;
Пульсирующий — изменяющий периодически значение во времени, отличное от нуля.
Учёные часто задавались вопросом, в каких единицах измеряется сила тока. Для измерения, пользуются физической величиной. Эта физическая величина равна отношению значения заряда Q, протёкшего за какое-то время через поперечное сечение проводника, к значению этого временного периода: I=Q/t. И измеряется в амперах и показывает обозначение силы тока: A.
Электрический ток в чём измеряется, в том и рассчитывается — на принципиальных схемах. Такое определение помогает рассчитать блоки питания определённой мощности.
В электрических цепях показатели рассчитывают по закону Ома, и именно это отвечает на вопрос чему равен ток. Сила I на определённом участке цепи прямо пропорциональна напряжению, подаваемому на него и обратно пропорциональна сопротивлению R участка цепи: I=U/R.
Разные значения
Если на участке цепи переменный ток, напряжение постоянно изменяется, поэтому если взять средние значения напряжения, то они будут равны нулю, а средняя мощность будет нулю не равна. Для этого стали применять такие понятия:
- мгновенные значения;
- амплитудные значение ;
- действующие значения.
Мгновенные значения -это те, которые имеют место в данный момент времени. Амплитудные значения — самые максимальные. Действующие значения определяются тепловым свойством тока, текущего через сечение проводника, а направление векторной величины совпадает с направлениями перемещения положительных частиц.
Для точных измерений нужны основные параметры: напряжение, мощность, сопротивление, частота.
Измерение мощности
Мощностью называют определённое количество работы, которое совершается за одну секунду времени.
Для измерения мощности была принята единица — ватт .
Следовательно, мощностью в 1 Вт называют силу в 1 А при значении напряжения в 1 В.
Для того чтобы вычислить мощность, нужно силу тока умножить на напряжение .
Если мощность обозначается буквой P, то формула примет вид:
P = I*U.
Мощность вычисляется с помощью сопротивления. Часто бывают известны сила тока и сопротивление цепи, а напряжение, обычно, неизвестно.
Следовательно, воспользовавшись законом Ома :
U=IR
получаем формулу: Р = I2*R
Определение частоты
Передвижение электронов в проводнике в одну сторону, а затем в другую принято называть одним колебанием. За одним колебанием следует другое. При таких колебаниях в проводнике происходит соответствующее колебание магнитного поля.
Время, затраченное на одно колебание, называют периодом и обозначают буквой Т. Период обозначают в секундах.
Одной из важных величин является частота. Она показывает число колебаний в секунду и обозначается буквой f. Название единицы частоты — герц, (Гц) .
Практическое применение
Электрический постоянный ток всегда имеет всегда одно направление, которое называют постоянным. Он широко применяется для питания электронных устройств.
Если ток меняет направление, его называют переменным, и он применяется для передачи энергии по проводам на большие расстояния.
Види напруги
Знання їхніх особливостей і характеристик експлуатації, вкрай необхідно для маніпуляцій в електрощитах і при роботі з пристроями, питаемыми від 380 вольт:
Лінійне. Його позначають як межфазный струм, тобто проходить між парою контактів або ідентичними клеймами різних фаз. Воно визначається різницею потенціалів пари фазних контактів.
Фазне. Воно з’являється при замиканні початкового і кінцевого висновків фази. Також, його позначають як струм, що виникає при замиканні одного з контактів фази з нульовим виводом. Його величина визначається абсолютним значенням різниці висновків від фази і Землі.
Відмінності
У звичайній квартирі або приватному будинку, як правило, існує лише однофазний тип мережі 220 вольт, тому до їх щита електроживлення, підведені в основному два дроти – фаза і нуль, рідше до них додається третій – заземлення.
До висотних багатоквартирних будинків з офісами, готелями або торговими центрами, підводиться відразу 4 або 5 кабелів електроживлення, які забезпечують три фази мережі 380 вольт.
Чому таке жорстке розділення? Справа в тому, що трифазна напруга, по-перше, саме відрізняється підвищеною потужністю, а по-друге, воно специфічно підходить для живлення особливих надпотужних електродвигунів трифазного типу, які використовуються на заводах, в электролебедках ліфтів, ескалаторних підйомниках і т. д.
Такі двигуни при включенні в трифазну мережу виробляють в рази більше зусилля, ніж їх однофазні аналоги тих же габаритів і ваги.
Проводити розведення проводки такого типу можна без використання професійного обладнання та приладів, досить звичайних викруток з індикаторами.
Поєднуючи провідники не потрібно монтувати нульовою контакт, адже ймовірність пробою дуже мала, завдяки не зайнятої нейтралі.
Але така схема мережі має і своє слабке місце, так як в лінійній схемі монтажу вкрай складно знайти місце пошкодження провідника в разі аварії або поломки, що може підвищити ризик виникнення пожежі.
Таким чином, головною відмінністю між фазним і лінійним типами є різні схеми підключення проводів обмоток джерела та споживача електроенергії.
Фактична і номінальна потужність
При вимірюванні потужності в споживача формула потужності струму дозволяє визначити її фактичну величину, тобто ту, яка реально виділяється в даний момент часу на споживача.
У паспортах різних електричних приладів також відзначають значення потужності. Її називають номінальною. У паспорті електричного приладу зазвичай вказують не тільки номінальну потужність, але і напруга, на яке він розрахований. Однак напруга в мережі може трохи відрізнятися від зазначеного в паспорті, наприклад, збільшуватися. Зі збільшенням напруги збільшується і сила струму в мережі, а отже, і потужність струму в споживачі. Тобто значення фактичної і номінальної потужності приладу можуть відрізнятися. Максимальна фактична потужність електричного пристрою більше номінальної. Це зроблено з метою запобігання виходу приладу з ладу при незначних змінах напруги в мережі.
Якщо ланцюг складається з декількох споживачів, то, розраховуючи їх фактичну потужність, слід пам`ятати, що при будь-якому поєднанні споживачів загальна потужність у всьому ланцюзі дорівнює сумі потужностей окремих споживачів.
Постійний і змінний струм
Види електричного струму
Наступним питанням, в якому ми пропонуємо розібратися – це: що таке змінний струм і постійний струм. Адже багато хто не зовсім правильно розуміють ці поняття.
Постійний струм
Постійним називається струм, який протягом часу не змінює своєї величиною і напрямком. Досить часто до постійного ще відносять пульсуючий струм, але давайте про все по порядку.
Постійний струм
- Постійний струм характеризується тим, що однакова кількість електричних зарядів постійно змінює один одного в одному напрямку. Напрямок – це від одного полюса, до іншого.
- Виходить, що провідник завжди має або позитивний, або негативний заряд. І протягом часу це незмінно.
Види пульсуючого струму
- Але під поняття, що таке постійний струм досить часто відносять і так званий пульсуючий струм. Від постійного він відрізняється тільки тим, що його значення протягом часу змінюється, але при цьому він не змінює свого знака.
- Припустимо, ми маємо струм в 5А. Для постійного струму ця величина буде незмінною протягом усього періоду часу. Для пульсуючого струму, в один відрізок часу вона буде 5, в інший 4, а в третій 4,5. Але при цьому він ні в якому разі не знижується нижче нуля, і не змінює свого знака.
Варіант перетвореного з змінного, постійного пульсуючого струму
- Такий пульсуючий струм дуже поширений при перетворенні змінного струму в постійний. Саме такий пульсуючий струм видає ваш інвертор або діодний міст в електроніці.
- Одним з головних переваг постійного струму є те, що його можна накопичувати. Зробити це можна своїми руками, за допомогою акумуляторних батарей або конденсаторів.
Змінний струм
Щоб зрозуміти, що таке змінний струм, нам необхідно уявити собі синусоїду. Саме ця плоска крива найкраще характеризує зміну постійного струму, і є стандартом.
|
|
Як і синусоїда, змінний струм з постійною частотою змінює свою полярність. В один період часу він позитивний, а в інший період часу він негативний. |
|
|
Тому, безпосередньо в провіднику пересування, носіїв заряду, як такого, немає. Щоб зрозуміти це, уявіть собі хвилю, що набігає на берег. Вона рухається в одну сторону, а потім – у зворотний. У підсумку, вода на кшталт рухається, але залишається на місці. |
|
|
Виходячи з цього, для змінного струму дуже важливим фактором стає його швидкість зміни полярності. Цей фактор називають частотою.
Чим вище ця частота, тим частіше за секунду змінюється полярність змінного струму. У нашій країні для цього значення є стандарт – він дорівнює 50 Гц. Тобто, змінний струм змінює своє значення від крайнього позитивного, до крайнього негативного 50 раз в секунду. |
|
|
Але існує не тільки змінний струм частотою в 50Гц. Багато що обладнання працює на змінному струмі відмінних частот.
Адже за рахунок зміни частоти змінного струму, можна змінювати швидкість обертання двигунів. Можна також отримувати більш високі показники обробки даних – як наприклад в чіпсетах ваших комп’ютерів, і багато іншого. |
Співвідношення
Значення напруги фази дорівнює близько 58% від потужності лінійного аналога. Тобто, при звичайних експлуатаційних параметрах, лінійне значення стабільно перевершує фазне в 1,73 рази.
Оцінка напруги в мережі трифазного електричного струму, в основному проводиться за показниками його лінійної складової. Для ліній струму цього типу, що подається з підстанцій, воно, як правило, дорівнює 380 вольтів, і ідентично фазному аналогу в 220 В.
В електромережах з чотирма проводами, напруга трифазного струму маркується обома значеннями – 380/220 В. Це забезпечує можливість живлення від мережі пристроїв, як з однофазним споживанням електроенергії 220 вольт, так і більш потужних агрегатів, розрахованих на струм 380 Ст.
Найдоступнішою і універсальної стала система трифазного типу 380/220 В, має нульовий провід, так зване заземлення. Електричні агрегати, що працюють на одній фазі 220 В., можуть бути запитані від лінійного напруги при підключенні до будь-якої парі фазних висновків.
Електричні агрегати трифазного живлення працюють тільки при підключенні відразу до трьох висновків різних фаз.
У цьому випадку, застосування нульового виводу в якості заземлення, не є обов’язковим, хоча в разі пошкодження ізоляції проводів, відсутність серйозно підвищує ймовірність удару струмом.
Приклад із звичайною водою
Цей потенціал тиску еквівалентний напрузі. Чим більше води в баку, тим сильніше вплив. Чим потужніший заряд зберігається в батареї, тим вище напруга.
Коли відкриваєш шланг, тече потік води. Тиск у резервуарі визначає, наскільки швидко він витікає. Електричний струм вимірюється в амперах. Чим більше вольт, тим сильніше А струму. Значить, чим сильніше тиск води, тим швидше вона витече з бака.
Тим не менш струм також залежить від опору. У разі шланга – це його ширина. Широка труба дозволяє пропускати більше води за менший час, а вузька – протистоїть потоку рідини. З електричним струмом також може бути опір, виміряний в Омах.
Постулати Ейнштейна: божевільна природа та експерименти на зорельоті
На початку XX століття великий фізик Альберт Ейнштейн сказав своїм колегам: «Рівномірний прямолінійний рух неможливо відрізнити від спокою, хоча швидкість світла не залежить від руху джерела».
Ця фраза для тодішніх вчених несла в собі приблизно такий же сенс, як для мене наказ, описаний в пролозі. Тому що друга її частина різко суперечила першій. Поїхати в Київ просто. Залишитися в Одесі ще простіше. Зробити те й інше відразу – абсурд.
Погодитися, що швидкість світла не залежить від руху лампи, дуже просто. У XIX столітті з’ясувалася хвильова природа світла, а швидкість хвиль ніяк не залежить від швидкості джерела. Наприклад, звукові хвилі неможливо прискорити, пославши їх «з розбігу».
З іншого боку, легко визнати, що строго рівномірні прямолінійні рухи неможливо відрізнити від спокою. Кожен на власному досвіді відчув це в каюті пароплава. Такі рухи фіксуються лише по відношенню один до одного, тобто відносні. Ще 400 років тому про це писав прозорливий Галілей.
Як бачите, окремо обидві частини ейнштейнівської заяви нітрохи не страшні. Поєднання ж їх представлялося божевільним тому, що першою, здавалося, націло спростовувалася друга. Як необхідністю перебування в Одесі націло відкидається відрядження до Києва.
Нехай я сиджу в ракеті, що знаходиться десь в далекому космосі. І не знаю, чи рухаюся я. Але хочу дізнатися.
Якби навколо було нерухоме повітря, я скористався б незалежністю швидкості звуку від швидкості звукового джерела: дав би з ракети звуковий сигнал і перевірив, я наздоганяю його хвилі чи ні. У повітрі така операція цілком доступна. Сучасні літаки навіть обганяють рев своїх двигунів: помітивши раптово відносну тишу, льотчик розуміє, що шум залишився позаду і мчить літак у повітрі швидше звуку. Але повітря за вікном ракети немає. Звуки мовчать.
Зате у мене є прожектор. І так як швидкість світла, подібно швидкості звуку, не залежить від швидкості джерела, я вирішую за допомогою світла виявити власний рух. Ось я запалив прожектор, від нього побіг світловий сигнал. Варто мені, здавалося б, дізнатися, наганяю я його або відстаю від нього в своїй ракеті, і справа зроблена: якщо наздоганяю або відстаю, значить, рухаюся, якщо ні – стою на місці. А якщо, включивши прожектор, я не бачу його світла, значить, моя ракета обігнала світло — подібно літаку, що обігнав звук. Можливо таке?
Тут-то і доводиться дати парадоксально-негативну відповідь: Ні, неможливо. Хоч швидкість світла, дійсно, не залежить від руху ліхтаря.
У 1881 році американець Майкельсон здійснив саме те, що захотів зробити я в своїй ракеті. Він запалив в лабораторії лампу і спробував перевірити, чи можна зареєструвати «гонитву» за її світлом. Лабораторія то напевно рухалася – вона перебувала на Землі, що мчить по орбіті навколо Сонця. І Майкельсон придумав дотепний спосіб реєстрації «гонитви». Але з його затії нічого не вийшло. Світловий промінь абсолютно не «відчував» руху Землі, мчав з однаковою швидкістю і вздовж руху Земної кулі по орбіті, і проти, і під будь-яким кутом.
Так «несумісне» поєдналося! Стала експериментальним фактом дивовижна згода двох «непримиренних» тверджень про рух і світло. Тепер будемо називати їх першим і другим постулатами Ейнштейна. Перший — про відносність швидкостей, другий — про незалежність швидкості світла від руху лампи.
Перший постулат — головний. А другий з величезною переконливістю його підтверджує. Якщо раніше була надія хоч за допомогою світла відрізнити «абсолютний» рух від «абсолютного» спокою, то з приходом Ейнштейна вона зникла.
І справа тут не тільки в світлі. Не думайте, що для людей, які заплющили очі, фізика змінюється. Замість світла у формулюванні другого постулату можна підставити радіохвилі, тяжіння, нейтрино, будь-яке поле, яке поширюється зі світловою швидкістю (а тільки такі поля і є в природі), — постулат залишиться в силі. Словом, по Ейнштейну, ніяким фізичним експериментом не можна виявити «абсолютну» швидкість. Її просто немає. Світ такий, що в ньому існують тільки відносні швидкості. І відносний спокій.
У цьому світі багато незвичного. Головну його особливість Ейнштейн збагнув, якщо вірити біографам, «одного ранку, добре виспавшись». Це було відкриття, що перевернуло звичний погляд на весь устрій природи – відкриття відносності одночасності. Доказ того дивного факту, що події, одночасні для одного спостерігача, повинні бути неодночасні для іншого спостерігача, який рухається відносно першого.
. Схеми електричних кіл
8. Схеми електричних кілГрафічне зображення електричного кола, що містить умовні
позначкиелементів й показує з’єднання між ними, називається схемою електричногокола.Найбільш загальні відомості про електротехнічний пристрій
міститьструктурна схема, на якій
показані основні функціональні частини приладу, їх призначення й взаємозв’язки.Судити про особливості функціональних частин і деталей, з
яких вониполягають, процесах, що протікають в окремих частинах і
пристрої в цілому, за структурною схемою неможливо. Для цього призначені принциповіелектричні схеми, на яких
показані всі елементи пристрою й усі зв’язки міжними. Поруч із умовними графічними позначеннями (УГП)
деталей вказуються їхні позиційні позначення, що полягають із однієї або двох
букв латинського алфавіту, привласнених даному виду елементів, і цифр, що
позначають номера однотипних елементів на схемі.
Мал. 1. Схеми приймача прямого підсилення: а) структурна;
б) принципова
Функціональні схеми займають
проміжне положення між принциповимий структурними й сполучають у собі характерні риси обох,
вони доситьдокладні для вивчення процесів, що відбуваються, але не
містять надлишкової інформації.
При виготовленні, настроюванні й ремонті пристрою, крімперерахованих, користуються також схемами електричних з’єднань (на якихуказують маркування виводів елементів і номера сполучних проводів),
іелектромонтажними кресленнями, на
яких зображують не тільки елементи в масштабі у вигляді контурних обрисів, на тих місцях, де
вони розташовані всамому пристрої, але й приводять усі необхідні дані для
виробництва монтажу.Частина електричного кола, що містить виділену сукупність
її елементів,називається ділянкою електричного
кола.Розглядаючи схеми різних електричних кіл, можна виділити
в ниххарактерні ділянки:• гілка – ділянка кола,
уздовж якої проходить той самий струм. Гілкаскладається з одного або декількох послідовно з’єднаних
компонентів;• вузол – місце з’єднання
трьох і більше гілок;• контур – замкнений шлях,
що проходить по декількох гілках так, щожодна гілка й жоден вузол не зустрічаються більш одного
разу.З’єднання ділянок електричного кола, за допомогою якого
утворюєтьсяелектричне коло, називається електричним
з’єднанням. Електричні з’єднання на схемах зображують суцільними
лініями, а вузли – зачерненими кружечками.
конденсатори
Конденсатор – це дві пластини з провідного матеріалу, розташовані один навпроти одного, між яким знаходиться шар діелектрика. У зарядженому стані обкладання мають різні потенціали: одна з них буде позитивною, а друга негативною. Електроємність конденсатора залежить від величини заряду на його обкладках і різниці потенціалів, напруги між ними. Між пластинами виникає електростатичне поле, яке утримує заряди на обкладинках. Формула електричної ємності конденсатора в загальному випадку:
C = q / U
Якщо сказати простими словами, то ємність конденсатора залежить від площі пластин і відстані між ними, а також відносної діелектричної проникності матеріалу, розташованого між ними. Їх розрізняють за використовуваним діелектрика:
- керамічні;
- плівкові;
- слюдяні;
- металопаперові;
- електролітичні;
- танталові та ін.
За формою обкладок:
- плоскі;
- циліндричні;
- сферичні та ін.
Так як формула площі фігури залежить від її форми, то і формула ємності буде різною для кожного випадку.
Для плоского конденсатора:
Для двох концентричних сфер з загальним центром:
Для циліндричного конденсатора:
Як і у інших елементів електричного кола і в цьому випадку є два основних способи з’єднання конденсаторів: паралельне і послідовне.
Від цього залежить підсумкова електрична ємність отриманої ланцюга. Розрахунки ємності декількох конденсаторів нагадують розрахунки опору резисторів в різному включенні, тільки формули для способів з’єднання розташовані навпаки, тобто:
- При паралельному з’єднанні загальна електроємність ланцюга є сумою ємностей кожного з елементів. Кожен наступний підключений збільшує підсумкову ємність
Cобщ = C1 + C2 + C3
- При послідовному підключенні електроємність ланцюга знижується, подібно зниження опору в ланцюзі паралельно включених резисторів. Тобто:
Cобщ = (1 / С1) + (1 / С2) + (1 / С3)
Важливо! У паралельній схемі з’єднання напруги на обкладках кожного елемента однакові. Це використовують для отримання великих значень електроємна. У послідовному включенні двох елементів напруги на обкладках кожного з конденсаторів складають по половині загальної напруги. Для трьох – третини і так далі.
Що до, і що після
А як бути з відносністю одночасності? Вона зберігається. Але лише для подій, які неможливо з’єднати причинним зв’язком.
В городі зламався кущ бузини (перша подія), а в Києві чхнув дядько (друга подія) — ось події, взагалі кажучи, ніяк не пов’язані між собою. Значить, вони можуть бути одночасними щодо якихось спостерігачів. Але раптом з’ясовується ось що: чхаючи, дядько зачепив курок рушниці, завдяки чому стався постріл, куля полетіла в город і зламала там кущ бузини. Так складається ланцюжок причин і наслідків. І тому дозвіл на одночасність пропадає.
З точки зору будь-якого, як завгодно рухомого, спостерігача, спочатку чхне дядько, а потім зламається бузина. Нехай навіть немає рушниці, нехай дядько чхнув сам по собі, а бузина зламалася сама по собі, але якщо цю рушницю можна промислити, не порушуючи постулатів Ейнштейна, якщо, інакше кажучи, події допускають причинний зв’язок, то вони тому обов’язково неодночасні.
Тепер повернемо нашим подіям втрачене право на одночасність. Заради цього, залишивши дядька в Києві, озброїмо його наддалекобійною рушницею-лазером, яка стріляє світлом, а город влаштуємо де-небудь на Місяці. Чхаючи, незграбний дядько знову зачіпає спусковий гачок, рушниця стріляє, світлова «куля» летить на Місяць, але потрапляє туди, припустимо, через півсекунди після того, як там зламався кущ бузини. Тепер ми маємо право заявити: обидві події причино не пов’язані. Дядька, незважаючи на його неакуратність, не можна звинувачувати в поломці куща. Тому що світло від Києва до Місяця (380 тисяч кілометрів) рухається більше секунди, а поломка бузини на Місяці відбулася за півсекунди до прильоту туди світлової кулі. Так наші події отримали дозвіл на відносну одночасність. Для спостерігачів, що рухаються по-різному, вони матимуть різну послідовність або будуть збігатися.
Чим далі розташовані події одна від одної в просторі, тим ширше межі їх відносної одночасності. Від Землі до найближчої зірки (Проксима Центавра) приблизно сто тисяч мільярдів кілометрів. Світло проходить цей шлях за чотири роки. Я з Землі посилаю до Проксима світловий (або радіо) сигнал — і впевнений, що будь-яка з земних подій, що відбулися в наступне чотириріччя, не пов’язана причинним зв’язком з будь-якою подією на Проксимі, що відбуваються в будь-який момент протягом чотирьох років до прибуття туди земного світлового сигналу.
Так що, якщо якийсь бравий фантаст напише таку фразу: «коли втомлений космонавт обідав на супутнику Проксими, в далекому Києві його друзі зустрічали новий, 2067 рік», — не вірте цьому фантасту. За відліками неоднаково рухомих спостерігачів обід космонавта може збігатися з настанням в Києві різних нових років!
Трансформатор і взаємоіндукція
Якщо розташувати дві котушки в безпосередній близькості, наприклад, на одному сердечнику, то буде спостерігатися явище взаємоіндукції. Припустимо змінний струм по першій, тоді її змінний потік буде пронизувати витки другої і на її висновках з’явиться ЕРС.
Це ЕРС буде залежати від довжини проводу, відповідно кількості витків, а також від величини магнітної проникності середовища. Якщо їх розташувати просто біля один одного — ЕРС буде низьким, а якщо взяти сердечник з магнітомягкого стали — ЕРС буде значно більше. Власне, так і влаштований трансформатор.
Цікаво: таке взаємний вплив котушок один на одного називають індуктивним зв’язком.
