Zrozumienie przepływu prądu elektrycznego w obwodach

Dla większości ludzi elektryczność jest tajemniczą siłą, która w jakiś magiczny sposób pojawia się po naciśnięciu włącznika światła lub podłączeniu urządzenia. Mimo że nauka o przepływie elektryczności jest bardzo złożona, podstawy przepływu elektrycznego lub prądu są łatwe do zrozumienia, jeśli nauczysz się kilku kluczowych terminów i funkcji. Pomaga także porównać przepływ prądu przez przewody z przepływem wody przez rury. Chociaż analogia nie jest doskonała, wiele charakterystyk przepływu elektrycznego w przewodach obwodowych jest podobnych do przepływu wody w systemie wodno-kanalizacyjnym.

• Ruchome elektrony

  

  To, co nazywamy prądem elektrycznym, występuje na poziomie cząstek wśród atomów przewodzącego materiału - w obwodzie domowym, to jest drut miedziany. W każdym atomie są trzy rodzaje cząstek: neutrony, protony (które przenoszą dodatni ładunek elektromagnetyczny) i elektrony (przenoszące ładunek ujemny). Ważną cząstką tutaj jest elektron, ponieważ ma unikalną cechę polegającą na możliwości oddzielenia się od atomu i przejścia do sąsiedniego atomu. Ten przepływ elektronów wytwarza prąd elektryczny - skok ujemnie naładowanych elektronów z atomu na atom.

  Jak działają generatory

  Co wprawia elektrony w ruch? Fizyka jest skomplikowana, ale w gruncie rzeczy przepływ prądu w przewodach obwodu jest możliwy za pomocą generatora (turbina napędzana wiatrem, wodą, reaktorem atomowym lub spalaniem paliw kopalnych). W 1931 r. Michael Faraday odkrył, że ładunki elektryczne powstały, gdy materiał przewodzący prąd elektryczny (drut metalowy) porusza się w polu magnetycznym. Jest to zasada działania nowoczesnych generatorów: Turbiny - napędzane spadającą wodą lub parą wytwarzaną przez reaktory jądrowe - obracają ogromne cewki drutu metalowego wewnątrz gigantycznych magnesów, powodując w ten sposób przepływ ładunków elektrycznych.

  Po ustanowieniu tego ogromnego pola elektrycznego ładunków dodatnich i ujemnych, elektrony w drutach w całej sieci elektroenergetycznej wskakują do działania i zaczynają płynąć w rytmie z polem elektrycznym. Kiedy włączysz włącznik światła lub podłączysz lampę lub toster, w rzeczywistości spotykasz się z szerokim przepływem elektronów ciągniętych i popychanych przez generatory narzędziowe, które mogą znajdować się setki mil stąd.

  Generatory elektryczne są czasem porównywane do pomp wodnych - nie wytwarzają elektryczności (tak jak pompa wodna nie wytwarza wody), ale umożliwiają przepływ elektronów.

• Prąd = przepływ energii elektrycznej

  

  Termin prąd odnosi się do prostego przepływu elektronów w obwodzie lub układzie elektrycznym. Można również porównać prąd elektryczny do ilości lub objętości wody przepływającej przez rurę wodną. Prąd elektryczny jest mierzony w amperach lub amperach.

  Prąd przemienny a prąd stały

  Prąd elektryczny występuje w dwóch rodzajach: prąd przemienny (AC) i prąd stały (DC). Technicznie prąd stały płynie tylko w jednym kierunku, podczas gdy prąd zmienny zmienia kierunek. Na co dzień prąd przemienny jest formą wytwarzanej przez generator energii elektrycznej, która steruje oświetleniem, urządzeniami i gniazdami w domu, podczas gdy prąd stały jest formą energii dostarczanej przez akumulatory. Na przykład latarki są układami prądu stałego, podczas gdy gniazda w domu korzystają z układu prądu przemiennego.

  Wiele odnawialnych źródeł energii, takich jak generatory słoneczne i wiatrowe, wytwarza prąd stały, który przekształca się w prąd przemienny do użytku w domu. Akumulator samochodowy to układ prądu stałego używany do rozruchu silnika, ale po uruchomieniu silnika układ elektryczny samochodu ma alternator, który zaczyna wytwarzać prąd przemienny w celu uruchomienia różnych układów.

• Napięcie = ciśnienie

  

  
  
  Napięcie, znane również jako siła elektromotoryczna , jest często definiowane jako ciśnienie elektronów w układzie. Można to porównać do ciśnienia wody w rurze. Standardowe obwody w domu mają napięcie około 120 woltów (rzeczywiste napięcie może wynosić od około 115 do 125 woltów) lub 240 woltów (rzeczywisty zakres: od 230 do 250 woltów). Większość opraw oświetleniowych i gniazd zasilanych jest z obwodów o napięciu 120 woltów, podczas gdy suszarki, kuchenki i inne duże urządzenia zwykle wykorzystują obwody o napięciu 240 woltów.

• Moc = szybkość przepływu

  

  Termin moc odnosi się do szybkości, z jaką energia elektryczna jest rozpraszana lub zużywana. Całkowita ilość energii zużywanej przez instalację elektryczną w twoim domu jest odczytywana przez licznik energii elektrycznej przedsiębiorstwa energetycznego. Mierzy się go w kilowatogodzinach lub 1000 watogodzin i tak naliczane są opłaty.

  Każde urządzenie elektryczne, takie jak oprawa oświetleniowa lub urządzenie, ma współczynnik zużycia mierzony w watach. Na przykład 100-watowa żarówka płonąca przez 10 godzin zużywa jeden kilowatogodzinę energii elektrycznej.

  Wzmacniacze, wolty i waty istnieją w matematycznej relacji między sobą, wyrażone w następujący sposób: Waty = wolty x ampery

  Jeśli urządzenie ma moc znamionową 120 woltów i 10 amperów, zużyje do 1200 watów podczas pracy: 120 woltów x 10 amperów = 1200 watów.

• Ohm = Rezystancja

  

  Ohm to pomiar oporu przepływu elektronów przez materiał przewodzący. Im wyższy opór, tym mniejszy przepływ elektronów. Rezystancja ta powoduje wytwarzanie pewnej ilości ciepła w obwodzie. Przykładowo powodem, dla którego suszarka do włosów wdmuchuje gorące powietrze, jest opór w wewnętrznym okablowaniu, który wytwarza ciepło. I to opór w maleńkich drutach żarowej żarówki powoduje, że się nagrzewa i świeci światłem. Opór może również doprowadzić do przegrzania przedłużacza, jeśli jest on używany w urządzeniu, które pobiera zbyt dużo prądu.

  W okablowaniu obwodu zbyt duża rezystancja może przeciążyć obwód i spowodować pożar elektryczny. Ponieważ złe połączenia spowodowane przez luźne zaciski śrubowe i korozję są prawdopodobnie sprawcami, połączenia elektryczne powinny być regularnie sprawdzane, aby zapewnić bezpieczeństwo w instalacji elektrycznej.