Исследовательская работа для детей "Электрические цепи, или в мире электричества". Для воспитателей детских садов, школьных педагогов и воспитателей - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Проект “В мире профессий” По доминирующей деятельности: информационная, творческая, игровая. В зависимости от характера содержания: ребенок и общество. В зависимости от характера контактов:.

Содержание

Исследовательская работа для детей “Электрические цепи, или в мире электричества”.

Так появилась тема для моего первого настоящего !

У меня часто возникали вопросы.: Как электричество заставляет лампочки светиться? Где электричество в розетке? Как мои игрушки d работает от аккумулятора dКак мои игрушки работают на батарейках? ? И в чем разница между между электричеством и электроэнергией??

И вот, в конце первого полугодия учебного года. в трудовой книжке для “мир вокруг нас”задача: “Собери электрическую цепь и нарисовать ее.». Отец был более чем счастлив купить необходимые «Электромонтажник». Когда схема была собрана, он рассказал мне, как электрический ток .. И я удивлялся, почему я могу свободно держать батарею, и ток не причинит мне вреда, но не могу засунуть пальцы в розетку, потому что это убьет меня.

После этого я точно решил, что мне необходимо разобраться в своих вопросах о об электричестве…! И именно по этой причине мы выбрали эту тему. .

ГипотезаТок в в электрической цепи отличается..

Чтобы проверить свою гипотезу, я определил цель исследования и провели серию экспериментов.

ЦельИсследовать электрические цепи с различными видами тока.

Для достижения своей цели я изучил все вышеперечисленные вопросы по порядку.Цели:

1. изучать природу электричество и электрический ток.

2. узнать о принципе аккумуляторы.

3. выяснить, как Как электричество попадает в наши дома.

Чтобы справиться с ними, я сделал следующее работа:

1) Я спрашивал своего отца и проводил с ним эксперименты;

2) Я читаю энциклопедии для детей;

4) искали информацию в Интернете;

5) смотрели обучающие мультфильмы о электрическая энергия.

Методы и приемы Методы исследованияНаблюдение, эксперимент

Оборудование: Комплект для строительства электрооборудования, мультиметр.

Практическая значимостьрезультаты расследования исследование позволит нам больше узнать об окружающем нас мире. и поможет в повседневной жизни.

Результат работа представлен в виде презентации.

1. характер электричество и электрический ток

Из мультфильма “Смешарики:ПИН-код: Борьба за электричество“Я уже был в курсе,Уже в Древней Греции это было замечено.Если потереть янтарь о шерсть, он будет притягивать другие предметы, находящиеся рядом. Силу, которая притягивает объекты друг к другу, греки называли электричество. Древнегреческое слово “янтарь” означает электрон. Со страницы «электрон»– янтарь образовал слово электричество. Это первое знакомство людей с электричество.

Ученые доказали, что“Все вокруг нас…состоит из элементарных частиц…“протоны и электроныкоторые обладают удивительным свойством электрический заряд.».

Рисунок 1: Протон и электрон

Протон является положительным веществом, а электрон отрицательно заряженная частица (рис. 1,2).

Рисунок 2: Протон и электрон

Электроны и протоны притягиваются друг к другу и образуют структуру, называемую атомом. Протоны расположены в ядре атома, вокруг них циркулируют электроны (рис. 3).

Когда янтарь трется о шерсть, частицы из атомов шерсти переходят в атомы янтаря (рис. 4).

Рисунок 4: Что происходит во время трения

В результате шерсть теряет часть своих свойств. электроны становится положительно заряженным, а янтарь – отрицательно заряженным. Отрицательно и положительно заряженные атомы начинают притягиваться друг к другу. (Рисунок 5). Этот вид электрическая энергия называется статическим электричеством.

Рисунок 5: Статика электричество

Если некоторые атомы имеют избыток электроновтогда под действием электрический силы, они отправляются в то место, где их недостающие электроны. Такой поток электронов называется электрическим током (рис. 6).

Рис. 6. Электрический ток

Я попытался повторить пример, показанный в мультфильме. (рис. 7).

Рис. 7. Эксперимент с янтарем

Затем я проделал тот же эксперимент с линейкой.Я потерла линейку о шерсть, и кусочки бумаги притянулись к ней. (рис. .

Рис. 8 Эксперимент с линейкой

В моем эксперименте электроны из линейки “прыгнул” на шерсть, а линейка притягивала бумагу к себе, пытаясь для “захвата” из него. электроны.

Я сделал вывод, что янтарь и линейка электрифицированныйчто приводит к статическому электрическая энергия.

1) Одинаковые заряды отталкиваются, разные заряды притягиваются. Равнозаряженные тела отталкиваются, а противоположно заряженные – притягиваются.

2) Электричество возникающее в результате потери равновесия положительно и отрицательно заряженных частиц, называется статическим электричеством.

3) Когда многие, многие электроны “бежать” вдоль проводника в том же направлении. электрический ток.

4) Электрический Ток – это упорядоченное движение заряженных частиц.

2. изучение принципа как работает аккумулятор

Электричество может возникать не только в результате трения. Это может быть вызвано химической реакцией. Именно так работают батареи в том виде, в котором мы их знаем.

Первый электрический батарея была изобретена в 1799 году. Он был изобретен Алессандро Вольта (рис. 9).. Он также является изобретателем источника постоянного тока электрический ток.

Рисунок 9: Алессандро Вольта (1745 – 1827)

Батареи бывают круглой, квадратной и прямоугольной формы. (рис. 10).

Рисунок 10: Типы батарей

Я посмотрел на конструкцию и расскажу вам о пальчиковой батарейке. Его назвали так потому, что он похож на палец. Снаружи я увидел, что на одном конце батареи есть “плюс”а на другом конце “минус” (рис. 11).

Рис. 11. Пальчиковая батарейка

В современной батарее два цилиндра (анод +; катод -) помещены один в другой. Между цилиндрами (плюс и минус) – специальный барьер (сепаратор, раствор или паста) (Рисунок 12).

Рисунок 12: Структура обычной батареи

Электрический ток течет от одного цилиндра к другому электрический ток (Рисунок 13).

Рисунок 13. Принцип работа аккумулятора

Например, ток течет от одного цилиндра по проводу к лампочке, а от нее по проводу к другому цилиндру. (Рисунок 14).

Рисунок 14. Схематическая диаграмма

Чтобы было понятно, вышеупомянутую схему я сделал вместе с отцом, электрическая цепь. На рисунке 15 показан результат эксперимента.

Рисунок 15. Электрическая цепь в действии

Мы с папой пытались сделать собственную батарейку дома. (рис. 16).

Рис. 16: Аккумулятор своими руками

Для этого нам необходимо (рис. 17):

– Прочное бумажное полотенце;

– два изолированных медных провода.

Рисунок 17. Что необходимо

Как провести эксперимент?:

1. растворите немного соли в воде.

2. разрежьте бумажное полотенце и фольгу на квадраты размером чуть больше монет.

3. замочите бумажные квадратики в соленой воде.

4.Укладывайте их один на другой.Медная монета, кусочек фольги, еще одна монета и так несколько раз. В верхней части стопки должна быть бумага, в нижней – монеты.

5 Зачищенный конец одного провода просунули под стопку, а другой конец подсоединили к лампочке. Один конец другого провода был помещен на вершину стопки, другой конец также был подключен к лампочке.

Лампочка не загорелась, но диод (Рисунок 18).

Рисунок 18. Эксперимент с монетой

Диод практически не загорался, поэтому мы решили провести еще один эксперимент с уксусом.

Для этого нам потребовалось (рис. 19):

– картонные коробки из ‘Kinder boxes.;

Рисунок 19: Что нам было нужно

Как провести эксперимент:

1. соедините саморезы с медным проводом (Рисунок 20)..

2. вливать “конфета” уксус (Рис. 21).

3. по очереди помещаются в коробка “киндер” Саморезы и медная проволока, чтобы в одном “Киндер” проволокой, а другой – самонарезающим винтом (рис. 22)..

4. подсоедините один провод к саморезу, а другой – к медному проводу (рис. 23).

5. подсоедините провода к лампочке (Рис. 24).

Лампочка не загорелась, но диод горел хорошо. (Рис. 25).

Таким же образом электричество вырабатывается во фруктах и овощах. Я экспериментировал с лимоном и картофелем.

Я поместил медные и цинковые пластины в лимон и картофель и измерил напряжение вольтметром (рис. 26 и 27).

Рисунок 26. Эксперимент с лимоном

Рис. 27. Эксперимент с картофелем

Вольтметр показал, что и лимон, и картофель развили мощность электрический ток при примерно одинаковом напряжении.

Трех лимонов было достаточно, чтобы диод медленно загорался без дополнительных источников тока. Когда добавили еще один лимон, диод начал гореть на полную мощность, но лампочка не загорелась, как в предыдущих экспериментах (Рис. 28).

Рис. 28. Эксперимент с лимоном

В эксперименте с картофелем мы взяли 12 картофелин, но лампочка все равно не загорелась. (Рис. 29).

Рис. 29. Эксперимент с картофелем

Из экспериментов с лимоном и картофелем я сделал вывод, что электрический ток в овощах и фруктах возникает в результате химической реакции между металлом и кислотой, содержащейся в овощах и фруктах.

Я также узнал о том, как светлый источник электроэнергии – солнечные батареи.

Солнечная панель состоит из ряда солнечных элементов, каждый из которых непосредственно преобразует световую энергию в электричество. Это совсем не сложно, за исключением того, что для изготовления солнечного элемента необходимо найти вещество с нужными свойствами.

Свет “выбивает” электроны из материалакоторый покрывает пластины батареи и генерирует электрический ток (Рис. 30).

Рисунок 30: Солнечная батарея

У нас в доме есть солнечная батарея, которая в течение дня накапливает электричествоа затем выпускает его ночью. (Рис. 31).

Рисунок 31: Пример солнечной панели

Пока батарея находится под воздействием солнечного света, бабочка не загорается, но как только мы накрываем ее телефоном, она загорается.

Солнечные панели также можно найти в домашних калькуляторах. (Рис. 32).

Рис. 32. Калькуляторы с солнечными панелями

ЗаключениеСолнечные батареи не только производят электричествоно и хранят его с помощью батарей.

Поэтому я пришел к выводу, что батареи – это устройства, которые производят электрическая энергия. Но одной батарейки недостаточно, чтобы перегорела лампочка или диод.

Для этого необходимо создать замкнутую цепь из электрических устройств. …замкнутая цепь электрических устройств…. Мой отец научил меня делать простой электрическая цепь..

Элементы электрическая цепь соединены вместе и подключены к источнику питания.

Простейший Электрическая цепь состоит из:

1) источник питания;

2) потребитель электроэнергии потребитель электроэнергии (a lamp, бытовая техника);

3) генерирующее и разрывное устройство (переключатель, кнопка);

4. соединительные кабели;

Чертежи, показывающие, как электрический устройства в цепи называются электрические схемы.

На стр. электрические схемы на электрических схемах показаны все компоненты электрическая цепь отмечены символом.

ПриложениеЕсли аккумулятор является частью электрическая цепьтогда поток электронов протекает от отрицательного полюса батареи к положительному полюсу через все элементы устройства схема.

Таким образом как работают мои игрушки!

3. Как электричество попадает в наши дома

Как электричество попадает в наши дома нуждается в электричествепо порядку для запуска машин на заводах.ходят поезда и трамваи. И дома. для питания всевозможных устройств…которые помогут вам быстро сделать домашнее задание… . Но где и как электричество подается в дом? Электричество?

И вот что я узнал (Рисунок 33):

1. Электричество для нашего дома производится на электростанция (ТЭЦ-17).

2. подробнее электричество движется по линии электропередачи под высоким напряжением.

3. затем электричество поступает в трансформатор и становится полезным

для домашнего хозяйства электрические приборы. входит в наши дома.

4. от трансформатора электричество достигает наших домов по проводам.

Рисунок 33: Как электричество

Я попросил своих родителей показать мне, где и как электричество доходит до нашего дома (Рисунок 34).

Рисунок 34: Как электричество доходит до нашего дома

Чтобы иметь столько электричества электроэнергии, они строят электростанции..

Электричество в электростанции вырабатывается специальным устройством, называемым генератором (Рисунок 35).

Рисунок 35: Генератор

Генератор работает от различных видов энергии.

Тепловые получают энергию от сгорания топлива (газ, дизельное топливо или уголь). У нас в Ступине есть такой завод (например, ТЭЦ-17) (Рис. 36).

Рисунок 36: ТЭЦ-17 в Ступино. Ступино

На стр. гидроэлектростанция использует энергию воды для вращения турбогенератора. Один из них можно увидеть в городе Шатура (Рисунок 37).

Рисунок 37. шатура гидроэлектростанция

На атомной электростанции электростанция использует энергию тепла, выделяемого во время ядерной реакции (Рисунок 38).

Рисунок 38: Ростовская АЭС электростанция

Кроме того, существуют также ветряные электростанции электростанции (Рисунок 39, солнце (рис. 40) и многие другие.

Рисунок 39: Ветер электростанция

Рисунок 40: Солнечная электростанция

При нажатии выключателя на лампе или другом устройстве электрический токкоторый поступает от генератора, начинает течь по проводам, устройство начинает работать, и лампочка начинает светиться. Как в моем электрическая схема (Рис. 41).

Рисунок 41. Электрическая схема для управления лампочкой

Производство Производство электроэнергии стоит дорого, поэтому важно заботиться о нем и не тратить его впустую.

Но почему электричество опасно? И почему батарейка для меня безвредна, а электричество в розетке так опасно.Вот чему я научился:

Электричество – это движение заряженных частиц в одном направлении. Частицы “бег” не равномерно, а колеблется. (Рисунок 42).

Рисунок 42. Электрический ток

“Колебания” слабый – напряжение небольшое (например, в батарее). “Шок” слабый (Рисунок 43).

Рисунок 43. Электрический ток в батарее

Сильная вибрация – высокое напряжение. Шок” сильный. Когда вы прикасаетесь к проводнику, ваш палец испытывает удар и боль (Рисунок 44).

Рисунок 44. Электричество в розетке

В розетке имеется напряжение 220 вольт, и поражение электрическим током может привести к травмам, ожогам и смерти.

Вот почему ток в розетке так опасен!

В результате всех исследований Исследования, которые я провел, привели меня к определенному выводу.:

1. Электричество – это общее название для ВСЕХ явлений, так или иначе связанных со свойствами электрические заряды.

2. ток – это направленное движение электрический заряды под действием сил электрический характер. Это просто частный случай электрическая энергия.

3. Электричество приходит в наш дом через электрическая цепь от электростанции..

Чем сильнее колебания движущихся частиц, тем выше напряжение тока в цепь и тем выше риск поражения электрическим током.

Давайте будем осторожны с электричествоДавайте осознаем, какую опасность он представляет.

1. leenson I. A. Таинственные заряды и магниты. Интересное электрическая энергия.ОтредактированоОлмаМедиаГрупп, 2014;

Прикрепленные файлы:

yelektricheskie-cepi-ili-v-mire-yelektrichestva_gvi35.pptx | 17464.38 Kb

“Я в эмоциональном мире”. (Фоторепортаж) Понимание собственных эмоций и чувств – важный момент в формировании личности подростка. Дети воспринимают мир очень эмоционально.

Содержание программы: Цель: Совершенствовать навыки диалогической речи и повествования на основе личного опыта. Расширение знаний детей.

Конспект открытого занятия по безопасности жизнедеятельности в подготовительной группе “Королева электричества” Цель: формирование умения безопасного поведения при контакте с электроприборами. Образовательные цели: обогатить словарный запас терминами.

Тема: “В мире картин”. Задачи: развивать речевую активность детей, художественные средства. Задачи: Образование: обобщения.

Советы родителям “Безопасность дома. Электроприборы” Безопасность детей в современных условиях – одна из самых актуальных проблем. Подготовьте своего ребенка с помощью навыков поиска.

“В стране электричества”. Научно – экспериментальная деятельность с использованием цифровой лаборатории в подготовительной группе Научно – экспериментальная деятельность с использованием цифровой лаборатории “Наураша в стране Наурандии” в подготовительной группе. Тема: “В стране.

Цели: знакомство дошкольников с одним из источников опасности – электрическим током, закрепление правил безопасного поведения.

В мире добрых сказок. В мире добрых сказок. В сказке легче поверить в чудеса”. В сказке легче найти дорогу. Чтобы открыть дверь в маленькое сердце”. Однажды.

В мире сказок! В нашей группе дети любят сказки так же, как и во всем мире. Каждый день мы читаем детям сказку. Сказка – это волшебная история.

Я узнал из мультфильма “Смешарики: Pin Codes Electricity”, что еще в Древней Греции греки заметили, что если янтарь натереть шерстью, то он начнет притягивать яркие предметы, находящиеся поблизости.

Исследовательская работа на тему “Откуда берется электричество?

В повседневной жизни мы часто сталкиваемся с таким понятием, как “электричество”. Я спрашивал папу, почему горят лампочки, откуда берется электричество в розетке, как работают мои игрушки на батарейках. Меня заинтересовала тема “Откуда берется электричество”. Я решил, что мне нужно разобраться со своими вопросами об электричестве.

Моя работа основана на гипотеза Что батареи и бытовые приборы используют разную электрическую энергию.

Чтобы проверить свою гипотезу, я поставил цель исследования и провел серию экспериментов.

Цель работы Изучение электрических цепей с различными видами тока.

Чтобы достичь своей цели, я исследовал все интересующие меня вопросы один за другим.

Цель: 1. изучить природу электричества и электрического тока.

2. выяснить, как работает батарея.

3. выяснить, как электричество попадает в наши дома.

Чтобы решить эти проблемы, я проделал следующую работу:

Я спрашивал своего отца и проводил с ним эксперименты;

Прочитайте информацию в детской энциклопедии;

Я искал статьи в Интернете;

Просмотр развивающих мультфильмов об электричестве.

Методы и приемы исследования: Наблюдение и проведение экспериментов.

Практическая значимость: Результаты исследований позволяют лучше понять окружающий нас мир и помогают в повседневной жизни.

Оборудование: 1. электрический строительный набор для детей.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Из мультфильма “Смешарики: Пин-код электричества” я узнал, что еще в Древней Греции греки заметили, что если янтарем натереть шерсть, то он притягивает яркие предметы, находящиеся рядом.

Силу, которая притягивает объекты друг к другу, греки называли электрическая энергия . Янтарь, в переводе с древнегреческого, называется электрон . Из “электрона”, янтаря, было образовано слово “электричество”. Так люди впервые познакомились с электричеством.

Природа электричества и электрического тока

Ученые доказали, что все вокруг нас состоит из элементарных частиц. протоны и электроны которые обладают удивительным свойством – они электрически заряжены.

Протон – является положительным, и электрон отрицательно заряженная частица (рис.1)

Рис.1 Протон и электрон

Когда янтарь трется о шерсть, электроны переходят от шерсти к янтарю. В результате шерсть, потеряв часть своих электронов, становится положительно заряженной, а янтарь – отрицательно заряженным. Отрицательно и положительно заряженные частицы начинают притягиваться друг к другу (рис. 4). Этот тип электричества называется статическое электричество. Если на одном проводнике имеется избыток электронов, электрические силы заставляют электроны течь туда, где их недостаточно. Этот поток электронов называется электрический ток.

Я попробовал провести эксперимент, описанный в комиксе о генерации статического электричества (приложение 1).

Для проведения эксперимента нам понадобятся:

Тонко нарезанная бумага.

Если потереть линейку о шерсть, а затем поднести листки бумаги к линейке, они будут притягиваться к линейке. Мы уже знаем, почему это происходит. Электроны с линейки “перескакивали” на шерсть, а линейка тянула бумагу к себе, пытаясь “захватить” с нее электроны.

Рисунок 2: Экспериментирование с линейкой

Я пришел к выводу, что линейка наэлектризовалась, что вызвало появление статического электричества.

Выводы из эксперимента :

Аналогично заряженные тела отталкиваются друг от друга (рис. 3), а противоположно заряженные тела притягиваются друг к другу (рис. 4).

Рис.3 Отталкивание Рис.4 Притяжение .

Электрический ток, возникающий в результате потери равновесия заряженных частиц, называется статическим электричеством.

Когда много-много электронов “бегут” по проводнику в одном и том же направлении, возникает электрический ток.

Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц.

Как работают аккумуляторы

Электрический ток может возникать не только при трении. Она также может быть вызвана химической реакцией. Именно так работает аккумулятор в том виде, в котором мы его знаем.

Они существуют уже более 200 лет, с тех пор как была изобретена первая батарейка. Он был изобретен Алессандро Вольто.

Батарейки бывают разных форм и размеров. Они бывают круглыми, квадратными и прямоугольными. (Рис.5)

Рис. 5 Какие существуют типы батарей?

Я узнал о пальчиковой батарейке и расскажу вам о ней. Они назвали его так, потому что он похож на палец. На внешней стороне я увидел знак плюс на одном конце и знак минус на другом. (Рис.6)

Рис.6. Пальчиковая батарейка.

Простейшая электрическая цепь состоит из:

потребитель электроэнергии (лампочка или электроприборы)

Замыкающее устройство (выключатель или кнопка)

Простая электрическая цепь заставляет мои игрушки работать.

Чтобы объяснить это, мы с папой сделали следующую электрическую цепь (рис.7,8) (Приложение 2).

Рис.7. Электрическая схема Рис.8. Электрическая схема

Рис.9. Вот как выглядит настоящая электрическая цепь

Мы решили провести еще один эксперимент и собрать самодельную, домашнюю батарейку (Приложение 3).

Для этого нам нужны:

– крепкое бумажное полотенце;

– 2 изолированных медных провода.

Как проводился эксперимент:

Мы растворили немного соли в воде.

Разрежьте бумажное полотенце и фольгу на квадраты размером чуть больше монет.

Замочите бумажные квадратики в соленой воде.

Складывайте их друг на друга: медная монета, фольга. Снова монета, бумажный квадрат и так несколько раз. В верхней части стопки должна находиться бумага, в нижней – монета (рисунок 10).

Положите изолированный конец одного из проводов под ворс, другой конец подсоедините к лампочке. Поместите один конец другого провода поверх кучи и подсоедините другой конец к лампочке.

Фото 10. Эксперимент с монетами

Лампочка не загорелась, диод едва горел, поэтому мы решили провести еще один эксперимент с использованием уксуса (приложение 4).

Для этого нам необходимо:

Детские коробки.

Сначала мы соединили саморез с медным проводом, как показано на рис.11.

Рис. 11. Самонарезающий винт и медная проволока

Мы расположили киндер-кирпичи в ряд, налили в них немного уксуса и вставили в каждый по саморезу. Как на фото 12.

Рис. 12. Этап 1

Подсоедините провод к медному проводу с одной стороны и к саморезу с другой стороны (рис.13).

Рис.13. Шаг 2

Подсоедините провод к лампочке, и она начнет светиться (рис.14). Таким образом, мы успешно изготовили батарею самостоятельно.

Рис.14. Шаг 3

Таким же образом электричество появляется во фруктах и овощах. Я провел эксперименты с лимоном и картофелем (приложение 5).

Я вставил медные и цинковые пластины в лимон и картофель и измерил напряжение вольтметром (рис.15, 16).

Рис.15. Эксперимент с лимоном

Рис.16. Эксперимент с картофелем

Вольтметр показал, что в лимоне и картофеле течет электрический ток примерно одинакового напряжения.

Трех лимонов было достаточно, чтобы светодиод медленно загорелся без дополнительного источника тока. Когда добавили еще один лимон, светодиод начал гореть на полную мощность (рис.17), но лампочка, как и в предыдущих экспериментах, не загорелась.

Рис.17. Лимонный эксперимент

В эксперименте с картофелем я взял 12 картофелин, но лампочка все равно не горела, горел только диод (рис.18).

Рис.18. Эксперимент с картофелем

В ходе всех экспериментов я пришел к выводу, что электричество – это результат химической реакции между металлом и кислотой. Таким образом, можно сказать, что батарея – это устройство, вырабатывающее электричество. Однако одной батарейки недостаточно, чтобы заставить лампочку светиться. Необходимо сделать замкнутый контур. Компоненты в электрической цепи соединены проводами и подключены к источнику питания.

Как электричество попадает в наши дома

Современному человеку электричество необходимо для работы машин на заводах, поездов и трамваев. А дома нам нужна электроэнергия для питания наших приборов. Но где и как электричество попадает в наши дома? И вот что я выяснил.

Электроэнергия для нашего дома производится на Зуевской ТЭС.

Затем электрический ток проходит по линиям электропередач под высоким напряжением до 100 000 вольт.

Затем напряжение поступает в трансформаторы, где оно понижается и становится пригодным для бытовых приборов.

От трансформатора электричество поступает в наши дома.

Для производства такого количества электроэнергии строятся электростанции. Электричество вырабатывается специальным устройством, называемым генератором. Когда он вращается, он вырабатывает электричество. Для работы генератора используются различные виды энергии.

На тепловых электростанциях (см. Рисунок 19) электроэнергия вырабатывается путем сжигания топлива (угля, газа и мазута).

Рисунок 19: Теплоэлектростанция

Если генератор приводится в движение энергией падающей воды, то такая электростанция называется гидроэлектростанция (Рисунок 20).

Рисунок 20: Гидроэлектростанция

Существуют также атомные электростанции (Рисунок 21), которые используют энергию, выделяющуюся при ядерной реакции.

Рисунок 21: Атомная электростанция

Однако крупные электростанции производят электроэнергию под названием AC . Он не течет по прямой линии, а очень быстро колеблется. Батарея производит ток, который течет по прямой линии без колебаний. Это называется постоянный ток . Когда вы нажимаете выключатель на лампе или другом приборе, электрический ток, поступающий от генератора, начинает течь по проводам, прибор начинает работать, а лампочка светиться.

Но стало известно еще об одной выгоде. Напряжение между каждой фазой не 220, а все 380. Как так? Значит, когда на северном полюсе одной фазы напряжение +200 В, на южном полюсе другой фазы в это же время напряжение -180 В (это магнит, торчащий из противоположного конца). Таким образом, +200 – (-180) = + 380 В

Электроэнергия в России. Откуда берется электричество в розетке?

Люди учатся в лучших школах мира в самой читающей стране мира, но толку от этого нет. Потому что три четверти предметов преподают какую-то бесполезную ерунду. В результате они приобретают отвратительные предрассудки. Например, кого бы вы ни спросили о том, почему летают самолеты, каждый вспомнит глупую картинку из школы. Например, изгиб крыла, то-то и то-то. Стримлайн, Бернулли.

Это выглядит элегантно, но самолет может летать вверх ногами без каких-либо проблем или ограничений, хотя согласно школьным знаниям подъемная сила в этом случае должна прижиматься к земле….. Один американец в 1930-х годах пролетел сотни миль в перебранке – видимо, школьникам того времени это надоело. Дело в том, что крыло может быть идеально симметричным и плоским, а не кривым, и это не мешает полету. Самолет летает не потому, что крыло кривое, а потому, что трудно сильно надавить на поршень шприца или ручку велосипедного насоса. Самолет удерживается в воздухе за счет сопротивления сжатого воздуха. Чем больше скорость, тем больше сопротивление. И ключевую роль в подъемной силе играет угол атаки – грубо и неправильно говоря, угол между входящим потоком воздуха и плоскостью крыла. Да, кривизна крыла помогает экономить бензин, но она не является причиной способности к полету. Не утруждайте себя опровержением – там написано – гуманно, взять нечего.

А вот ток – его никак нельзя объяснить иначе, чем магией после школьной программы. Если вы варите дурь в пустыне и не заметили, как разряжается аккумулятор, вы, конечно, можете использовать кислоту и цинк, чтобы сделать кислотный аккумулятор, но далеко на этом не уедешь. Но не вся магия исчезла из этого мира. Доказательством этого является забавный факт существования магнитов. Нет, у ученых есть всякие отговорки про поля и прочую ерунду, но факт в том, что магнит приводится в движение магией. Магнит имеет два полюса. Волшебное, невидимое магнитное поле выходит из северного полюса и входит в южный полюс в виде крыльев бабочки. Сила этого поля не одинакова. В одних местах она сильнее, в других слабее, а на концах ее вообще нет.

Так, если начать вращать магнит рядом с медным проводником, в проводнике потечет электрический ток. От конца, который находится рядом с одним полюсом магнита, до другого конца, который находится рядом с другим полюсом. Но только если полюса движутся к проводнику или от него.

Вы можете зажать проводник и начать вращать магнит. Когда магнит совершает полный оборот, ток течет сначала в одну сторону, а затем в другую. На концах проводника создается разность потенциалов. На одном конце есть избыток энергии на другом. Таким образом, течет ток. Чтобы сделать ток сильнее, мы наматываем как можно больше проволоки в виде катушки. Катушка компактна, можно намотать много проволоки, и все это помещается в невидимое магнитное поле. Чем больше витков провода, тем больше накапливается потенциал, тем большая разность потенциалов создается. Кроме того, чем быстрее мы перемещаем магнит к проводу или от него, тем больше потенциал. Эта разность потенциалов называется напряжениекоторый создается в проводнике.

Это давление, с которым ток пытается протечь через проводник. Это то же самое, что давление воды в трубе. Это зависит от количества витков, которые вы наматываете на катушки, и скорости вращения магнита. А сам ток – это вода в трубе. Труба может быть очень узкой, но с очень высоким напором. Он также может быть очень плотным, но с очень маленькой головкой. Аналогом разности потенциалов является высота, на которой находится резервуар с водой. Чем больше высота, тем больше голова. Количество воды зависит от наличия препятствий в трубе – например, груды камней и песка. Это сопротивление. Это работает как в трубе с водой, так и в трубе с электричеством. Давление (натяжение) воды высокая, но труба заблокирована (высокая сопротивление), и вода почти не течет (текущий низкий ). Обычные люди вроде нас уже понимают это, но для электриков потребовался целый ученый Ом, чтобы сформулировать этот закон. I (сила тока) =U(напряжение)/R(сопротивление). Сопротивление току зависит от материала. Некоторые проводники, такие как медь и золото, хорошо проводят электричество, другие, такие как китайская поддельная медная проволока или ржавое железо, проводят плохо. Они характеризуются высокой прочностью. Существуют также некоторые проводники, которые выбираются именно из-за их высокого сопротивления – напр. нихромовая проволока в нагревателе или утюге. Из-за высокого сопротивления току материал нагревается, пытаясь предотвратить прохождение напряжения.

Сила тока измеряется в амперах и обозначается буквой (I, а единицей измерения является A, например. I=10A), Напряжение выражается в Вольтах (Вольт – дедушка злого Мегавольта) и обозначается буквой (U, а его единицей является V, например. U=230 В), сопротивление в омах и обозначается буквой (R – Resistant, а единица измерения – Ом или заглавной греческой буквой Omega, проверьте сами в редакторе. напр. R=50 Ом)

Люди сразу поняли, что электричество ведет себя как вода. В XVIII веке был печально известный Бенджамин Франклин. Он изобрел громоотвод, 100 долларов и теорию о том, что электричество представляет собой невидимую жидкость – “флюид”. С этой теорией боролись 50 лет, но безрезультатно. В отличие от громоотводов, он никогда не был монетизирован, хотя ходят слухи, что у тех, кто пробовал его использовать, дома сгорали как спички. Известно несколько судебных исков о попытке установить “новшества” в своем доме. Тогда это сделали те же люди, которые сейчас покупают новые iPhone и Tesla. Один долго судился, с триумфом выиграл дело, установил новомодную функцию и сжег свой дом во время первой же грозы. На самом деле, вы должны признаться себе, что внутри проводника на самом деле ничего никуда не течет – это просто абстракция для того, чтобы понять и не сойти с рельсов. Ну, и подготовка к квантовой физике, где здравомыслящим людям вообще нечего делать. Когда вы попытаетесь рассказать о том, куда и как текут электроны, проходящий мимо физик кивнет и погладит вас с грустной улыбкой. Как, а электроны – это не шарики в проволоке, это волна, но это не точно.

Поэтому нужно просто принять то, что это магия, и делать то, что вы можете почувствовать и измерить.

Главное в токе – это то, какое напряжение нам удалось создать. Как мы помним, это зависит от того, сколько проволоки мы поместим в магнитное поле и как быстро мы будем перемещать магнит от этой проволоки.

И вот магнит вращается. По мере вращения магнита полюса приближаются к катушкам, и ток становится все сильнее и сильнее, максимум достигается, когда магнитное поле сильнее всего вблизи катушек, затем полюса магнита снова начинают удаляться, ток ослабевает до нуля. Мы сказали, что поскольку север магнита находится на верхней катушке, а затем на нижней, то ток течет на пол-оборота в одну сторону, на пол-оборота в другую, то сильнее, то слабее, а затем вообще не течет. Оказалось, что это очень… переменная текущий.

На рисунке видно, что разные положения магнита вызывают разное напряжение в проводнике. (ЭДС – это электродвижущая сила, под действием которой ток стремится начать движение. Как только мы замыкаем цепь и включаем лампочку, она превращается в напряжение)

Если вы подключите к этой цепи лампу накаливания, она не будет работать очень хорошо. Он будет включаться и выключаться. Ильич все думал и думал о своей лампочке (странно, лампочку изобрел Павел Николаевич Яблочков, а назвали ее в честь Ильича), и ему пришла в голову идея заставить магнит вращаться быстрее. Он догадался вращать его так быстро, чтобы глаз не заметил, как он выгорает и вспыхивает, а для подсчета денег это неудобно – он догадался вращать его около 50 раз в секунду. Друг Иллича Герц был знаменит тем, что любил делать что-то раз в секунду – что-то в этом роде. Поэтому 50 оборотов магнита в секунду назвали частотой 50 герц. У Америки было больше денег, и ей нужно было считать быстрее, поэтому ей нужна была частота 60 Герц. Предположительно, это был тот самый Герц, о котором Розенбаум пел, что он был хорош в синагогальном разврате. Что ж, очевидно, это не сработало в научной сфере.

Очевидно, если нарисовать, как изменяется ток, производимый вращающимся магнитом, с течением времени, то получатся красивые волны – синусоида. Евклид изобрел эти синусоиды 2400 лет назад. Интересно, был ли у него кусок медной проволоки и магнит? Наверное, так и было.

Когда они научились поворачивать магнит, то получалось разное напряжение, но каким-то образом они добились пикового напряжения около 100-200 вольт. Американцы получили 110, в Советской России к 1960-м годам – 127. Но дело в том, что чем выше напряжение, тем больший ток можно пропустить через тот же участок провода. У американцев, как известно, денег много, а в России традиционно хреново, и они решили поднять напряжение до 220 – чтобы сэкономить. По тем же причинам для передачи электроэнергии на большие расстояния используется гораздо более высокое напряжение. В деревнях – 1 000 вольт, между городами – 10 000 вольт, 35 000; на федеральном уровне они более жадные, поэтому жадность заставляет их использовать 110 киловольт или больше – там очень любят деньги. А затем трансформаторные подстанции снижают напряжение до привычного нам уровня. Существует множество проектов по использованию высокого напряжения в домашних условиях – тогда можно значительно сэкономить на толщине проводов. Но всю технику и инфраструктуру пришлось бы менять. Только коммунисты или инопланетяне могли запустить такой проект.

Мы называем наше устройство с вращающимся магнитом и катушками генератором тока. Как мы понимаем, напряжение генератора зависит от количества витков провода, силы магнита и скорости вращения магнита. Они даже придумали параметр Volts per coil, который говорит о том, сколько вольт вы получаете с одного витка провода на катушке. Но от чего зависит ток в самой цепи, ведь как только вы что-то к ней подключаете, генератор становится ее частью? Ток зависит только от текущий. Если вы подключите к генератору тусклую лампочку с высоким сопротивлением, через нее не будет протекать большой ток. Именно столько тока будет в цепи генератора. И если мы включим гигантскую фару, через нее потечет большой ток, она имеет относительно низкое сопротивление, поэтому в цепи генератора потечет очень большой ток. Чтобы выдержать это, толщина проводов на обмотках должна быть большой, иначе генератор превратится в нагреватель и сгорит. Хорошо, если генератор вращается с одной скоростью, но что если скорость не постоянна, как обеспечить нужное напряжение? Далее нам нужно контролировать силу магнита. Для этого мы используем электромагнит вместо естественного. (Это сердечник из магического сплава, обернутый вокруг проволоки. Как только по проволоке проходит ток, сердечник превращается в магнит. Чем выше сила тока, тем сильнее магнит). Это выглядит следующим образом:

Когда генератор вращается неравномерно, специальное устройство, регулятор напряжения, изменяет ток в обмотке сердечника электромагнита, от этого изменяется сила магнита и поддерживается одно и то же заданное напряжение. Но максимальная сила магнита зависит от толщины сердечника, поэтому генератор все равно рассчитан на определенный предел тока. Если это значение превышено, регулятор больше не сможет увеличивать напряжение по мере необходимости, и оно начнет падать по мере дальнейшего увеличения тока нагрузки. Также, как мы помним, чтобы проводить больший ток, нам приходится делать все более толстые провода на катушках, но чем толще провода, тем меньше витков поместится на катушке того же размера, тем менее плотно они будут лежать, а мы помним, что количество витков очень важно для величины напряжения. В результате максимальная нагрузка на осциллятор закладывается в его конструкцию как компромисс между несколькими параметрами. Хотите больше мощности – сделайте новый, более мощный генератор.

Итак, наш электрогенератор работает, электромагнит вращается, тесто делается, электричество продается в казино и кинотеатры. Бизнес-схема работает. Приверженцы этой идеи задавались вопросом, смогут ли они заработать больше денег на этом устройстве без дополнительных больших затрат. Что если корову доить сильнее – будет ли она производить больше молока? Американская Tesla, жадная до денег, не заставила себя долго ждать и наклеила на ту же конструкцию еще две катушки. Он хотел сделать еще пять, но вовремя понял, что кабелей слишком много и это не может быть плохо для бизнеса, к тому же они еще не придумали резать кабель в точках цветмета.

Вот как это сделал Тесла – гений, но в воздухе не пахнет электричеством:

И вот как это работает:

Раньше магнит делал круг практически для всего, но теперь он просто отрывается от одной катушки и появляется другая. Он разовьет тот же потенциал, но пойдет дальше, и тогда третий виток снова проделает ту же работу. В пустом пространстве это похоже на трехстороннее отопление. И в каждом отдельном проводе (они называли их фазы) то же самое “фазное напряжение” в 220 вольт (у американцев 110). На рисунке видно, что с тремя фазами это та же синусоида, что и с одной, только теперь их три. И они находятся на расстоянии 120 градусов друг от друга – потому что магнит перемещается на 120 градусов, чтобы возбудить следующую катушку.

Но стало известно еще об одной выгоде. Напряжение между фазами не 220, а все 380. Как так? Значит, когда одна фаза имеет +200 В на северном полюсе – другая в это же время тянет -180 В (из ее противоположного конца торчит магнит). Получается, что +200 – (-180) = + 380 В.

Получается, что есть три независимые линии (фазы), в каждой из которых вращающийся магнит индуцирует ток, но с задержкой. В первой фазе ток достигает максимума, во второй фазе в это же время он только увеличивается, а в третьей фазе уже уменьшается. Поэтому если вы переключите три лампы в одной люстре на разные фазы, люстра не будет мигать вообще, потому что когда ток равен нулю в одной фазе и лампа гаснет, он присутствует в двух других. Он полезен в различных отраслях промышленности – в электродвигателях, машинах и печах. Но система очень дорогая – целых 6 проводов идут от генератора к потребителям – расточительство.

У американцев, как мы помним, было столько же денег, сколько сейчас у москвичей. Но в России нужно было экономить, и русский ученый Михаил Осипович Доливо-Добровольский придумал объединить витки всех трех катушек и взять оттуда отдельный провод. В результате было получено четыре. Однако русские не сразу поняли эту идею (он был русским, поэтому не был Эдисоном), но немцы подхватили ее, и он организовал всю электрическую систему в Европе. Все.

Экономика была не намного лучше. В четвертом (НУЛЕВОМ) проводнике не было тока – он был аннигилирован фазными переменными токами во всех трех фазах. Поэтому этот проводник можно сделать тоньше, чем фазные проводники. А поскольку в четвертом проводнике нет тока, может быть, он тоже не нужен? И я сделал версию с тремя дирижерами.

Он был полезен для передачи электроэнергии в промышленных масштабах; до тех пор ничего лучшего не было изобретено. Это и другие его великие изобретения полностью определили форму современных электрических сетей.

Подключение потребителей к трехфазному генератору осуществляется следующим образом:

В комплект входят как однофазные лампы, так и трехфазный электродвигатель.

Однофазные лампы подключаются одним проводом к фазе, а другим – к нейтральному (нулевому) проводу. Они используют напряжение 220 В. Нейтральный провод обозначен пунктирной линией. Трехфазный электродвигатель просто подключен ко всем трем фазам и использует напряжение 380.

Затем, немного сложнее – электрическая схема жилого дома, где разные входы подключены к разным фазам генератора

Они рисуют самые разные вещи, и ничего сразу не понятно. Но это просто. Генератор показан слева. Три катушки. Один конец всех трех катушек соединен с точкой – оттуда выходит синий нулевой проводник. Фазы – это три красные линии. В результате все три фазы и нейтральный проводник на стороне потребителя сходятся в одной точке. Однако сначала они подводят ток к входам в дома (белые квадраты с надписью Ra справа). Между фазами 380 вольт, а между каждой фазой и нейтральным проводом – 220 вольт. Теперь мы знаем почему. И вот контрольный вопрос: что произойдет, если синий провод оборвется по пути в дом?

И выясняется, что квартира вдруг подключена не к нейтрали генератора, а к двум другим фазам через синий провод. И мы знаем, что между фазами – 380. Там они и появятся. И почему? Ну, мы же помним, что нейтральный провод тоньше фазного в целях экономии энергии – в спокойной жизни по нему не течет ток. В случае чего, он первым выходит из строя. Так мы узнали и объяснили величайшую военную тайну электриков.

Но, как обычно, мы забыли о безопасности. Предусмотрен и нейтральный провод – очень важное средство безопасности. Нейтральный провод заземляется (к нему подключается большая железка, закопанная глубоко в землю) со стороны генератора, а повторное заземление выполняется на каждом столбе по пути к нагрузкам, и когда провод входит в дом – в последний раз. С какой целью? Таким образом, в любой момент ток с фазного провода может быть подан на землю. Земля фактически действует как дополнительный проводник. Ток от фазного провода, захваченного в заземленном проводнике, условно “тянется” обратно к генератору. Это значительно повышает безопасность. Все железопроводящие конструкции и предметы, такие как ванны, корпуса стиральных машин и холодильников, мы подключаем к земле, и как только фазный провод касается корпуса, ток течет на землю, точно так же, как он течет через нейтральный провод к генератору. И здесь возникает ситуация с прерывателем остаточного тока. И, как правило, в таких условиях току легче пойти на землю, чем куда-либо еще. Это то, что требуется. Земля изображена в виде перевернутой елочки.

С электричеством связана очень простая вещь, которую, как ни странно, трудно понять. Вот наш работающий генератор, вырабатывающий напряжение на разноцветных проводах, как показано на рисунке. Мы сняли фазный и нулевой провода с генератора и для удобства подключили их к клеммам. Можно подключить провода от нагрузок к клеммам, но исходите из того, что пока ничего не подключено. Где находится фаза и нейтраль на генераторе переменного тока? На клеммах. Между ними существует напряжение. Если вы коснетесь фазы, он ударит, но если вы коснетесь нуля, то, скорее всего, нет. А если мы подключили клеммы к вставке лампочки (например, один провод к фазе, другой к нулю), где теперь фаза и ноль? Нигде и совсем нигде. Теперь он закрыт ЦИРКУЛЯЦИЯ (circute), который включает в себя как генератор, так и лампу и проводку. Теперь один и тот же ток протекает по всей цепи, в зависимости от сопротивления лампочки – где бы вы к ней ни прикоснулись, с любого направления, в любом месте, она ударит, потому что вы сами становитесь частью этой электрической цепи, как тостер или радиатор. Все наши приборы (будь то чайник или лампочка) имеют переключатели для открывания и закрывания ЧАЙН. Обычно провод, идущий от лампочки к фазе (где находится потенциал), открыт для безопасности. Если вы разорвали цепь в этой точке, другой провод, идущий от лампочки к нулю и от самой лампочки, не должен быть запитан – там нет потенциала.

Фотография поможет вам осознать серьезность момента (если выключатель разомкнут – от ноль Синие провода не дадут шокирующего тока. Но если вы замкнете выключатель, он будет стучать и стучать повсюду – это будет непрерывная электрическая цепь с протекающим в ней током):

Конечно, необходимо соблюдать осторожность, поскольку повреждения линии и неосторожность могут привести к возникновению опасного потенциала и в нейтральном проводнике.

Что произойдет, если вы просто соедините фазу и нейтраль без лампочки?

Это будет. КОРОТКАЯ ЦЕПЬ. . В этом случае провод сам становится потребителем, как лампочка, за неимением других кандидатов. Сопротивление провода очень низкое (чтобы он лучше проводил ток). Это означает, что ток, согласно закону Ома, будет протекать через него очень большой. Намного больше, чем рассчитан провод. В результате провод начнет нагреваться и загорится, а если взять более толстый и еще более толстый провод, то генератор может оказаться не рассчитанным на такой большой ток и также выйдет из строя. Именно поэтому существуют всевозможные защитные устройства – автоматические выключатели, которые размыкают цепь, если ток превышает допустимый предел.

На этом введение закончено. Стоит только вспомнить, что современное электричество и освещение изобрели не Эдисоны или Теслы, а русские Яблочков, Долив-Добровольский и Лосев. Что? Разве вы не слышали о “Лосев-Лайт”? Losev-Light – так называют светодиоды во всем мире. Кроме России, конечно. У каждого из нас есть Эдисоны и Ильичи.

Здесь не использована важная часть электричества – питание электроприборов. Почему для одного прибора нужен толстый провод, а для другого – тонкий. Как не платить лишние деньги электрику, когда вы слышите слова “косинус фи” и “реактивная мощность”. Как выбрать защитные аппараты в распределительном щите и сечение проводов, чтобы не спалить квартиру и баню, но это уже другая история.

Но когда вы натираете стеклянную палочку шелком, происходит обратное. Электроны из поверхностного слоя стекла покидают палочку. В этом случае стеклянная палочка становится положительно заряженной, превышая суммарный заряд протонов.

Электрический ток – это…

направленный поток электронов, который имеет две основные характеристики, это сила тока и напряжение. Проводники электрического тока характеризуются электрическое сопротивление.

Конечно, проводники имеют множество других характеристик, таких как сечение провода и сопротивление изоляции. Как и в случае с водопроводной трубой, это сечение трубы и толщина стенки, а сам ток бывает переменным или постоянным, причем переменный ток также имеет частоту, которая подробно описана в других статьях на этом сайте:

– статья об электрическом напряжении и токе

В электронных оболочках атома обычно есть несколько электронов, связь которых с ядром довольно слабая. Под воздействием температуры, химических реакций и взаимодействия примесей, которые в любом случае находятся в металле, электроны отскакивают от своих атомов, образуя положительно заряженные ионы. Электроны, которые отскакивают, называются свободными электронами, и они движутся хаотично.

Что такое электрический ток и каковы условия его существования

Электрический ток представляет собой направленное движение носителей заряда – это стандартная формулировка из учебника физики. Носители заряда, в свою очередь, определяются как определенные частицы материи. Это могут быть:

Электроны – носители отрицательного заряда.
Ионы являются носителями положительных зарядов.

Но откуда берутся носители заряда? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны вспомнить наши базовые знания о структуре материи. Все, что нас окружает, – это материя, состоящая из молекул, мельчайших частиц. Частицы состоят из атомов.

Атом состоит из ядра, вокруг которого по определенным орбитам движутся электроны. Частицы также движутся хаотично.

Движение и структура каждой из этих частиц зависит от самого вещества и от влияния окружающей среды, например, температуры, напряжения и т.д.

Ион – это атом, соотношение электронов и протонов которого изменилось. Если атом изначально нейтрален, ионы делятся на:

Анионы – это положительные ионы атома, потерявшего электроны.
Катионы – это атомы с “лишними” электронами, присоединенными к атому.

Единицей измерения тока является ампер, и согласно закону Ома он рассчитывается по формуле:

I=U/R,

Где U – напряжение, [В], а R – сопротивление, [Ом].

Или же она прямо пропорциональна количеству заряда, переносимого в единицу времени:

I=Q/t,

где Q – заряд, [Кл], а t – время, [с].

Условия существования электрического тока

Мы поняли, что такое электрический ток, теперь давайте поговорим о том, как заставить его течь. Для протекания электрического тока необходимо выполнение двух условий:

Наличие свободных носителей заряда.
Электрическое поле.

Первое условие существования и протекания электрического тока зависит от вещества, в котором протекает (или не протекает) ток, и его состояния. Второе условие также возможно: чтобы существовало электрическое поле, должны существовать различные потенциалы, между которыми протекают носители заряда.

Напоминание: Напряжение, ЭДС – это разность потенциалов. Из этого следует, что для выполнения условий существования тока – наличия электрического поля и электрического тока – необходимо наличие напряжения. Это могут быть катушки заряженного конденсатора, гальванический элемент, ЭДС, создаваемая магнитным полем (генератор).

Мы выяснили, как он создается, теперь давайте поговорим о том, куда он направляется. Чаще всего в обычном использовании ток перемещается в проводниках (плоские провода, лампочки) или в полупроводниках (светодиоды, процессор вашего смартфона и другая электроника), реже – в газах (люминесцентные лампы).

Итак, основными носителями заряда в большинстве случаев являются электроны, которые перемещаются от минусовой точки (точки с отрицательным потенциалом) к плюсовой (точке с положительным потенциалом, подробнее об этом вы узнаете ниже).

Однако интересно отметить, что направление движения тока было принято за движение положительных зарядов – от плюса к минусу. Однако в действительности все происходит наоборот. Дело в том, что решение о направлении тока было принято до того, как была изучена природа тока и определено, что заставляет ток течь и существовать.

Электричество в различных средах

Мы уже упоминали, что в различных средах электрический ток может меняться в зависимости от природы носителей заряда. Среды можно разделить по характеру их проводимости (в порядке уменьшения проводимости):

Проводники (металлы).
Полупроводник (кремний, германий, арсенид галлия и т.д.).
Диэлектрик (вакуум, воздух, дистиллированная вода).

В металлах

Металлы имеют свободные носители заряда, и их иногда называют “электрическим газом”. Откуда берутся бесплатные носители заряда? Дело в том, что металл, как и любое другое вещество, состоит из атомов.

Атомы, так или иначе, движутся или вибрируют. Чем выше температура металла, тем сильнее это движение. Таким образом, сами атомы остаются на месте, образуя металлическую структуру.

Электронные оболочки атома обычно содержат несколько электронов, связь которых с ядром довольно слабая. Под воздействием температуры, химических реакций и взаимодействия примесей, которые в любом случае находятся в металле, электроны отскакивают от своих атомов, образуя положительно заряженные ионы. Отсоединенные электроны называются свободными электронами, и они движутся хаотично.

Если к ним приложить электрическое поле – например, подключить батарею к куску металла – хаотическое движение электронов становится упорядоченным. Электроны будут перемещаться от точки с отрицательным потенциалом (например, катода гальванического элемента) к точке с положительным потенциалом.

В полупроводниках

Полупроводники – это материалы, в которых в нормальном состоянии нет свободных носителей заряда. Они находятся в так называемой запретной зоне.

Однако при действии внешних сил, таких как электрическое поле, тепло, различные излучения (свет, радиация и т.д.), они преодолевают запретную зону и попадают в свободную зону или зону проводимости.

Электроны отскакивают от атомов и высвобождаются, образуя ионы – носители положительного заряда.

Положительные носители в полупроводниках называются дырками.

Если просто передать энергию полупроводнику, например, нагреть его, носители заряда будут двигаться хаотично. Однако в случае полупроводниковых элементов, таких как диоды или транзисторы, на противоположных концах кристалла (с металлизированным слоем и припаянными выводами) будет возникать ЭДС, но это не имеет отношения к теме сегодняшней статьи.

Если к полупроводнику приложить источник ЭДС, носители заряда также перейдут в зону проводимости и начнется их направленное движение – дырки будут двигаться в сторону с более низким электрическим потенциалом, а электроны – в сторону с более высоким потенциалом.

В вакууме и в газе

Вакуум – это среда, в которой нет газа или его количество минимально (фактически). Поскольку в вакууме нет вещества, то нет и источника носителей заряда.

Однако протекание тока в вакууме дало начало электронике и целой эре электронных компонентов – вакуумных трубок.

Они использовались в первой половине прошлого века и постепенно уступили место транзисторам в 1950-х годах (в зависимости от конкретной области электроники).

Предположим, что у нас есть сосуд, из которого удален весь газ, т.е. имеется полный вакуум. В сосуде есть два электрода, назовем их анодом и катодом.

Если мы соединим отрицательный потенциал источника ЭДС с катодом, а положительный – с анодом, то ничего не произойдет и ток не потечет. Однако, если мы начнем нагревать катод, потечет ток.

Этот процесс называется термоионной эмиссией – испусканием электронов с нагретой поверхности электрона.

На схеме показан процесс протекания тока в вакуумной трубке. В вакуумных трубках катод нагревается нитью накала, изображенной на рисунке (H), как и в лампе накаливания.

Если мы изменим полярность питания, поместив минус на анод, а плюс на катод, ток не потечет. Таким образом, мы докажем, что ток в вакууме течет за счет движения электронов от КАТОД к АНОД.

Газ, как и любое вещество, состоит из молекул и атомов, а это значит, что если газ подвергнуть воздействию электрического поля, то при определенной силе (напряжение ионизации) электроны оторвутся от атома, тогда будут выполнены оба условия для протекания электрического тока – поле и свободные носители.

Как уже упоминалось, этот процесс называется ионизацией. Она может возникнуть не только в результате приложенного напряжения, но и при нагревании газа, рентгеновском излучении, воздействии ультрафиолетовых лучей и др.

Ток будет протекать через воздух, даже если между электродами поместить горелку.

Протекание тока в инертных газах сопровождается люминесценцией газа, это явление активно используется в люминесцентных лампах. Протекание электрического тока в газообразной среде называется газовым разрядом.

В жидкости

Предположим, у нас есть сосуд с водой, в котором находятся два электрода, к которым подведено питание. Если вода дистиллированная, то есть чистая и без примесей, то она является диэлектриком. Однако если добавить в воду немного соли, серной кислоты или любого другого вещества, образуется электролит, и через него течет ток.

Электролит – это вещество, которое проводит электричество, диссоциируя на ионы.

Если в воду добавить сульфат меди, то на одном из электродов (катоде) отложится слой меди – это называется электролизом, который доказывает, что электрический ток в жидкости осуществляется за счет движения ионов – носителей положительного и отрицательного заряда.

Электролиз – это физико-химический процесс, который заключается в разделении компонентов, образующих электролит, на электродах.

Так выполняется медное покрытие, золотое покрытие и покрытие другими металлами.

Заключение

В общем, для протекания электричества необходимы свободные носители заряда:

электроны в проводниках (металлах) и в вакууме;
электроны и дырки в полупроводниках;
ионы (анионы и катионы) в жидкостях и газах.

Чтобы сделать движение этих носителей упорядоченным, необходимо электрическое поле. Проще говоря, приложить напряжение к концам тела или поместить два электрода в среду, в которой должен протекать электрический ток.

Также стоит отметить, что ток взаимодействует с веществом определенным образом; существует три типа взаимодействия

тепловой;
химический;
физический.

В заключение рекомендуем посмотреть полезное видео, в котором более подробно рассматриваются условия существования и протекания электрического тока:

Полезная тема:

Что такое вихревые токи и какие меры предпринимаются для их уменьшения

Как проверить диодный мост – пошаговая инструкция

Процессы в нервной системе человека и животных, такие как движение и дыхание, вызываются нервным импульсом, возникающим из электричества, которое существует в тканях живых существ.

История открытия электричества

Для начала следует сказать, что нет такого ученого, которого можно было бы считать первооткрывателем электричества, потому что с древних времен и до наших дней многие ученые изучали его свойства и узнавали об электричестве что-то новое.

Первым человеком, заинтересовавшимся электричеством, был древнегреческий философ Фалес. Он обнаружил, что янтарь, который трется о шерсть, приобретает свойство притягивать другие светлые тела.
Затем другой древнегреческий ученый, Аристотель, изучал неких угрей, которые поражали врагов, как мы теперь знаем, электрическими разрядами.
В 70 году нашей эры римский писатель Плиний изучал электрические свойства смолы.
Однако об электричестве долгое время после этого не было известно.
Только в 16 веке Уильям Гилберт, придворный врач английской королевы Елизаветы I, занялся изучением электрических свойств и сделал несколько интересных открытий. Затем началось буквальное “помешательство на электричестве”.
Термин “электричество” появился только в 1600 году, его ввел английский ученый Уильям Гилберт.
В 1650 году благодаря мэру Магдебурга Отто фон Герике, который изобрел электростатическую машину, стало возможным наблюдать эффект отталкивания тел друг от друга под действием электричества.
В 1729 году английский ученый Стивен Грей, проводя эксперименты по передаче электрического тока на расстояние, случайно обнаружил, что не все материалы обладают одинаковой способностью передавать электричество.
В 1733 году. Французский ученый Шарль Дюфе открыл существование двух видов электричества, которые он назвал стеклянным электричеством и смоляным электричеством. Они получили свое название после того, как потерли стекло о шелк и смолу о шерсть.
Первый конденсатор, или батарея электричества, был изобретен голландцем Питером ван Моошенбруком в 1745 году. Этот конденсатор был назван Лейденской банкой.
В 1747 году американский Б. Франклин создал первую в мире теорию электричества. Согласно Франклину, электричество – это нематериальный флюид или жидкость. Другой вклад Франклина в науку заключается в том, что он изобрел громоотвод и с его помощью доказал, что молния имеет электрическое происхождение. Он также ввел такие понятия, как положительный и отрицательный заряд, но не открыл заряд. Это открытие было сделано ученым Зиммером, который доказал существование полюсов заряда: положительного и отрицательного.
Изучение свойств электричества перешло в науку после открытия Кулоном в 1785 году закона силы взаимодействия между точечными электрическими зарядами, который стал известен как закон Кулона.
В 1791 году итальянский ученый Гальвани опубликовал трактат о том, что электричество вырабатывается в мышцах животных, когда они двигаются.
Изобретение батареи другим итальянским ученым, Вольта, в 1800 году привело к быстрому развитию науки об электричестве и ряду важных открытий в этой области.
Всего через 20 лет за этим последовали открытия Фарадея, Максвелла и Ампера.
В 1874 году русский инженер А.Н. Лодыгин получил патент на лампочку с угольным стержнем, изобретенную в 1872 году. Затем вольфрамовый стержень был использован в лампе. А в 1906 году он продал свой патент компании Томаса Эдисона.
В 1888 году Герц зарегистрировал электромагнитные волны.
В 1879 году Джозеф Томсон открывает электрон, который является материальным носителем электричества.
В 1911 году француз Жорж Клод изобрел первую в мире неоновую лампу.
Двадцатый век подарил миру теорию квантовой электродинамики.
В 1967 году был сделан еще один шаг к изучению свойств электричества. В том же году была создана теория электрослабых взаимодействий.

Однако это лишь основные открытия, сделанные учеными, которые способствовали применению электричества. Однако исследования продолжаются, и каждый год в области электричества совершаются новые открытия.

Все уверены, что самым великим и влиятельным в плане открытий, связанных с электричеством, был Никола Тесла. Сам он родился в Австрийской империи, ныне территория Хорватии. В его багаже изобретений и научных работ были переменный ток, теория поля, эфир, радио, резонанс и многое другое. Некоторые люди допускают возможность того, что феномен Тунгусского метеорита – это не что иное, как работа самого Николы Теслы, то есть взрыв огромной мощности на территории Сибири.

Хозяин мира – Никола Тесла.

Электричество в природе

Некоторое время считалось, что электричества в природе не существует. Однако после того, как Б. Франклин установил, что молния имеет электрическую природу происхождения, это мнение перестало существовать.

Значение электричества в природе, как и в жизни человека, огромно. В конце концов, именно молния привела к синтезу аминокислот и, следовательно, к появлению жизни на Земле.

Процессы в нервной системе человека и животных, такие как движение и дыхание, являются результатом нервного импульса, который генерируется электричеством, существующим в тканях живых существ.

Электричество в природе

Некоторые виды рыб используют электричество, а точнее электрические разряды, для защиты от врагов, для поиска пищи под водой и ее добычи. К таким рыбам относятся угри, миноги, электрические скаты и даже некоторые акулы. Все эти рыбы имеют специальный электрический орган, который работает по принципу конденсатора, то есть накапливает довольно большой электрический заряд, а затем разряжает его на жертву, которая прикоснулась к такой рыбе. Такой орган также работает на частоте в несколько сотен герц и имеет напряжение в несколько вольт. Сила тока в электрическом органе рыбы меняется с возрастом: чем старше рыба, тем выше сила тока. Электрический ток также используется глубоководными рыбами для ориентации в воде. Электрическое поле искажается объектами в воде. И эти искажения помогают рыбе ориентироваться.

Смертельные эксперименты. Электричество

Выработка электроэнергии

Электростанции специально разработаны для выработки электроэнергии. Электростанции используют генераторы для производства электроэнергии, которая затем передается по линиям электропередач в места потребления. Электричество создается путем преобразования механической или внутренней энергии в электрическую. Электростанции подразделяются на: гидроэлектростанции или гидроэлектростанции, термоядерные электростанции, ветровые электростанции, приливные электростанции, солнечные электростанции и другие электростанции.

На гидроэлектростанциях турбины генераторов, приводимые в движение потоком воды, вырабатывают электроэнергию. На тепловых электростанциях электроэнергия производится таким же образом, но вместо воды используется пар, который образуется в результате нагрева воды при сжигании такого топлива, как уголь.

Что такое электричество – о природе электричества – I. П. Копылов – Ж. Н. Иванов – Глобальная волна

Очень похожий принцип работы используется в атомной электростанции или ядерной установке. Только на атомных электростанциях используется другой вид топлива – радиоактивные материалы, такие как уран или плутоний. Их ядра делятся, выделяя очень большое количество тепла, которое используется для нагрева воды и превращения ее в пар, который затем поступает в турбину для выработки электроэнергии. Для питания этих установок требуется очень мало топлива. Десять граммов урана производят столько же электроэнергии, сколько один вагон угля.

Почему в розетке 220 вольт?

Использование электроэнергии

В настоящее время жизнь без электричества становится невозможной. В XXI веке он стал частью жизни людей. Электричество часто используется для освещения, например, с помощью электрической лампочки или неоновой лампы, а также для передачи всех видов информации по телефону, телевидению и радио, а в прошлом – по телеграфу. Также в 20 веке возникла новая область применения электричества: источник энергии для электродвигателей трамваев, метро, троллейбусов и электропоездов. Электричество необходимо для работы различных бытовых приборов, которые значительно улучшают жизнь современных людей.

Сегодня электроэнергия также используется для производства и обработки высококачественных материалов. Электрогитары, работающие от электричества, можно использовать для создания музыки. Кроме того, электричество до сих пор используется как гуманный способ убийства преступников (электрический стул) в странах, где смертная казнь разрешена.

Учитывая также, что жизнь современного человека становится практически невозможной без компьютеров и мобильных телефонов, для работы которых требуется электричество, трудно переоценить значение электроэнергии.

Электричество в мифологии и искусстве

В мифологии почти всех народов есть боги, которые могут метать молнии, то есть использовать электричество. Например, у греков есть Зевс, у индусов – Агни, который может превращаться в молнию, у славян – Перун, у скандинавов – Тор.

В мультфильмах также есть электричество. Так, в диснеевском мультфильме “Черный плащ” есть антигерой Мегавалт, который способен повелевать электричеством. В японской анимации электричеством владеет покемон Пикачу.

Заключение

Исследования свойств электричества начались еще в древние времена и продолжаются по сей день. Узнав об основных свойствах электричества и о том, как правильно его использовать, люди значительно облегчили свою жизнь. Электричество также используется на заводах, фабриках и т.д., что означает, что от него можно получить и другие выгоды. Значение электричества, как в природе, так и в жизни современного человека, огромно. Без электрического явления молнии на земле не было бы жизни, а без нервных импульсов, также генерируемых электричеством, невозможно было бы гармоничное функционирование всех частей организмов.

Люди всегда были благодарны электричеству, даже когда не знали о его существовании. Они наделили своих главных богов способностью метать молнии.

Современный человек также не равнодушен к электричеству, но можно ли о нем забыть? Она дает электрическую энергию героям мультфильмов и фильмов, строит электростанции для выработки электроэнергии и делает многое другое.

Таким образом, электричество – это величайший дар, который подарила нам сама природа и который мы с радостью научились использовать.

Читайте далее: