Показания за электричество передать: Передать показания

• Вода = Заряд
• Давление = Напряжение
• Расход = Текущий

Рассмотрим резервуар для воды на определенной высоте над землей.На дне этой емкости находится шланг.

Давление на конце шланга может представлять напряжение. Вода в баке представляет собой заряд. Чем больше воды в баке, тем выше заряд, тем больше давление измеряется на конце шланга.

Мы можем представить этот резервуар как батарею, место, где мы накапливаем определенное количество энергии, а затем высвобождаем ее. Если мы сливаем из нашего бака определенное количество жидкости, давление, создаваемое на конце шланга, падает. Мы можем думать об этом как об уменьшении напряжения, например, когда фонарик тускнеет по мере разрядки батарей.Также уменьшается количество воды, протекающей через шланг. Меньшее давление означает, что течет меньше воды, что приводит нас к течению.

Текущий

Мы можем представить количество воды, текущей по шлангу из бака, как ток. Чем выше давление, тем выше расход, и наоборот. С водой мы бы измерили объем воды, протекающей по шлангу за определенный период времени.18 электронов (1 кулон) в секунду проходят через точку в цепи. Амперы представлены в уравнениях буквой «I».

Предположим теперь, что у нас есть два резервуара, каждый со шлангом, идущим снизу. В каждом резервуаре одинаковое количество воды, но шланг одного резервуара уже, чем шланг другого.

Мы измеряем одинаковое давление на конце любого шланга, но когда вода начинает течь, расход воды в баке с более узким шлангом будет меньше, чем расход воды в баке с более широкий шланг.С точки зрения электричества, ток через более узкий шланг меньше, чем через более широкий шланг. Если мы хотим, чтобы поток через оба шланга был одинаковым, мы должны увеличить количество воды (заряда) в баке с помощью более узкого шланга.

Это увеличивает давление (напряжение) на конце более узкого шланга, проталкивая больше воды через бак. Это аналогично увеличению напряжения, которое вызывает увеличение тока.

Теперь мы начинаем видеть взаимосвязь между напряжением и током.Но здесь следует учитывать третий фактор: ширину шланга. В этой аналогии ширина шланга – это сопротивление. Это означает, что нам нужно добавить еще один термин в нашу модель:

• Вода = заряд (измеряется в кулонах)
• Давление = напряжение (измеряется в вольтах)
• Расход = ток (измеряется в амперах, или сокращенно «амперах»)
• Ширина шланга = сопротивление

Сопротивление

Снова рассмотрим наши два резервуара для воды, один с узкой трубой, а другой с широкой.

Само собой разумеется, что мы не можем пропустить через узкую трубу столько же объема, сколько более широкую, при том же давлении. Это сопротивление. Узкая труба «сопротивляется» потоку воды через нее, даже если вода находится под тем же давлением, что и резервуар с более широкой трубой.

В электрических терминах это представлено двумя цепями с одинаковым напряжением и разным сопротивлением. Цепь с более высоким сопротивлением позволит протекать меньшему количеству заряда, то есть в цепи с более высоким сопротивлением будет меньше тока, протекающего через нее.18 электронов. Это значение обычно представлено на схемах греческой буквой «& ohm;», которая называется омега и произносится как «ом».

Закон Ома

Объединив элементы напряжения, тока и сопротивления, Ом разработал формулу:

Где

• В = Напряжение в вольтах
• I = ток в амперах
• R = Сопротивление в Ом

Это называется законом Ома.Скажем, например, что у нас есть цепь с потенциалом 1 вольт, током 1 ампер и сопротивлением 1 Ом. Используя закон Ома, мы можем сказать:

Допустим, это наш резервуар с широким шлангом. Количество воды в баке определяется как 1 В, а «узость» (сопротивление потоку) шланга определяется как 1 Ом. Используя закон Ома, это дает нам ток (ток) в 1 ампер.

Используя эту аналогию, давайте теперь посмотрим на бак с узким шлангом. Поскольку шланг более узкий, его сопротивление потоку выше.Определим это сопротивление как 2 Ом. Количество воды в резервуаре такое же, как и в другом резервуаре, поэтому, используя закон Ома, наше уравнение для резервуара с узким шлангом составляет

а какой ток? Поскольку сопротивление больше, а напряжение такое же, это дает нам значение тока 0,5 А:

Значит, в баке с большим сопротивлением ток меньше. Теперь мы видим, что если мы знаем два значения закона Ома, мы можем решить третье.Продемонстрируем это на эксперименте.

Эксперимент по закону Ома

Для этого эксперимента мы хотим использовать батарею на 9 В для питания светодиода. Светодиоды хрупкие и могут пропускать через них только определенное количество тока, прежде чем они перегорят. В документации к светодиоду всегда будет «текущий рейтинг». Это максимальное количество тока, которое может пройти через конкретный светодиод, прежде чем он перегорит.

Необходимые материалы

Для проведения экспериментов, перечисленных в конце руководства, вам потребуется:

ПРИМЕЧАНИЕ. светодиодов – это так называемые «неомические» устройства.Это означает, что уравнение для тока, протекающего через сам светодиод, не так просто, как V = IR. Светодиод вызывает в цепи то, что называется «падением напряжения», тем самым изменяя величину протекающего через нее тока. Однако в этом эксперименте мы просто пытаемся защитить светодиод от перегрузки по току, поэтому мы пренебрегаем токовыми характеристиками светодиода и выбираем номинал резистора, используя закон Ома, чтобы быть уверенным, что ток через светодиод безопасно ниже 20 мА.

В этом примере у нас есть батарея на 9 В и красный светодиод с номинальным током 20 мА, или 0.020 ампер. Чтобы быть в безопасности, мы бы предпочли не управлять максимальным током светодиода, а его рекомендуемым током, который указан в его техническом описании как 18 мА или 0,018 ампер. Если мы просто подключим светодиод напрямую к батарее, значения закона Ома будут выглядеть так:

следовательно:

, а поскольку сопротивления еще нет:

Деление на ноль дает бесконечный ток! Что ж, на практике не бесконечно, но столько тока, сколько может дать батарея. Поскольку мы НЕ хотим, чтобы через светодиод проходил такой большой ток, нам понадобится резистор.Наша схема должна выглядеть так:

Мы можем использовать закон Ома точно так же, чтобы определить значение резистора, которое даст нам желаемое значение тока:

следовательно:

вставляем наши значения:

решение для сопротивления:

Итак, нам нужно сопротивление резистора около 500 Ом, чтобы ток, проходящий через светодиод, не превышал максимально допустимый.

500 Ом не является обычным значением для стандартных резисторов, поэтому в этом устройстве вместо него используется резистор 560 Ом.Вот как выглядит наше устройство вместе.

Успех! Мы выбрали номинал резистора, достаточно высокий, чтобы ток через светодиод не превышал его максимального номинала, но достаточно низкий, чтобы ток был достаточным, чтобы светодиод оставался красивым и ярким.

Этот пример светодиодного / токоограничивающего резистора является обычным явлением в хобби-электронике. Вам часто придется использовать закон Ома, чтобы изменить величину тока, протекающего по цепи. Другой пример такой реализации – светодиодные платы LilyPad.

При такой настройке вместо того, чтобы выбирать резистор для светодиода, резистор уже встроен в светодиод, поэтому ограничение тока осуществляется без необходимости добавлять резистор вручную.

Ограничение тока до или после светодиода?

Чтобы немного усложнить задачу, вы можете разместить токоограничивающий резистор по обе стороны от светодиода, и он будет работать точно так же!

Многие люди, впервые изучающие электронику, борются с идеей, что резистор, ограничивающий ток, может находиться по обе стороны от светодиода, и схема по-прежнему будет работать как обычно.

Представьте себе реку в непрерывной петле, бесконечную, круглую, текущую реку. Если бы мы построили в нем плотину, то перестала бы течь вся река, а не только одна сторона. А теперь представьте, что мы помещаем водяное колесо в реку, которое замедляет течение реки. Неважно, где в круге находится водяное колесо, оно все равно замедлит поток на всей реке .

Это чрезмерное упрощение, поскольку резистор ограничения тока нельзя размещать где-либо в цепи ; он может быть размещен на с любой стороны светодиода для выполнения своей функции.

Чтобы получить более научный ответ, обратимся к закону напряжения Кирхгофа. Именно из-за этого закона резистор, ограничивающий ток, может располагаться по обе стороны светодиода и при этом иметь тот же эффект. Для получения дополнительной информации и некоторых практических задач с использованием KVL посетите этот веб-сайт.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Теперь вы должны понять концепции напряжения, тока, сопротивления и их взаимосвязь. Поздравляю! Большинство уравнений и законов для анализа цепей можно вывести непосредственно из закона Ома.Зная этот простой закон, вы понимаете концепцию, лежащую в основе анализа любой электрической цепи!

Эти концепции – лишь верхушка айсберга. Если вы хотите продолжить изучение более сложных приложений закона Ома и проектирования электрических цепей, обязательно ознакомьтесь со следующими руководствами.

Что такое электричество? – learn.sparkfun.com

Начало работы

Электричество окружает нас повсюду, питая такие технологии, как наши сотовые телефоны, компьютеры, фонари, паяльники и кондиционеры.В современном мире от этого трудно спастись. Даже когда вы пытаетесь избежать электричества, оно по-прежнему действует во всей природе, от молнии во время грозы до синапсов внутри нашего тела. Но что именно – это электричество ? Это очень сложный вопрос, и по мере того как вы копаете глубже и задаете больше вопросов, на самом деле нет окончательного ответа, только абстрактные представления о том, как электричество взаимодействует с нашим окружением.

Электричество – это природное явление, которое встречается в природе и принимает множество различных форм.В этом уроке мы сосредоточимся на современной электроэнергии: на том, что питает наши электронные гаджеты. Наша цель – понять, как электричество течет от источника питания по проводам, зажигает светодиоды, вращающиеся двигатели и питает наши устройства связи.

Электричество кратко определяется как поток электрического заряда , , но за этим простым утверждением стоит так много всего. Откуда берутся обвинения? Как мы их перемещаем? Куда они переезжают? Как электрический заряд вызывает механическое движение или заставляет вещи загораться? Так много вопросов! Чтобы начать объяснять, что такое электричество, нам нужно приблизиться, за пределы материи и молекул, к атомам, которые составляют все, с чем мы взаимодействуем в жизни.

Это руководство основывается на некоторых базовых представлениях о физике, силе, энергии, атомах и [полей] (http://en.wikipedia.org/wiki/Field_ (физика)) в частности. Мы рассмотрим основы каждой из этих физических концепций, но, возможно, также будет полезно обратиться к другим источникам.

Going Atomic

Чтобы понять основы электричества, нам нужно для начала сосредоточиться на атомах, одном из основных строительных блоков жизни и материи.Атомы существуют в более чем сотне различных форм в виде химических элементов, таких как водород, углерод, кислород и медь. Атомы многих типов могут объединяться, чтобы образовать молекулы, из которых состоит материя, которую мы можем физически увидеть и потрогать.

Атомы – это крошечных , максимальная длина которых составляет около 300 пикометров (это 3×10 ^-10 или 0,0000000003 метра). Медный пенни (если бы он действительно был сделан из 100% меди) имел бы 3,2х10 ²² атомов (320000000000000000000000 атомов) меди внутри.

Даже атом недостаточно мал, чтобы объяснить работу электричества. Нам нужно погрузиться еще на один уровень и посмотреть на строительные блоки атомов: протоны, нейтроны и электроны.

Строительные блоки атомов

Атом состоит из трех различных частиц: электронов, протонов и нейтронов. У каждого атома есть центральное ядро, в котором протоны и нейтроны плотно упакованы вместе. Ядро окружает группа вращающихся электронов.

Очень простая модель атома. Это не масштабно, но полезно для понимания того, как устроен атом. Ядро ядра протонов и нейтронов окружено вращающимися электронами.

В каждом атоме должен быть хотя бы один протон. Число протонов в атоме важно, потому что оно определяет, какой химический элемент представляет собой атом. Например, атом с одним протоном – это водород, атом с 29 протонами – это медь, а атом с 94 протонами – это плутоний.Это количество протонов называется атомным номером атома .

Ядро-партнер протона, нейтроны, служат важной цели; они удерживают протоны в ядре и определяют изотоп атома. Они не критичны для нашего понимания электричества, поэтому давайте не будем о них беспокоиться в этом уроке.

Электроны критически важны для работы электричества (обратите внимание на общую тему в их названиях?) В своем наиболее стабильном, сбалансированном состоянии атом будет иметь такое же количество электронов, что и протоны.Как и в модели атома Бора ниже, ядро ​​с 29 протонами (что делает его атомом меди) окружено равным числом электронов.

По мере развития нашего понимания атомов развивались и наши методы их моделирования. Модель Бора – очень полезная модель атома при изучении электричества.

Не все электроны атома навсегда связаны с атомом. Электроны на внешней орбите атома называются валентными электронами. При наличии достаточной внешней силы валентный электрон может покинуть орбиту атома и стать свободным. Свободные электроны позволяют нам перемещать заряд, в этом и заключается вся суть электричества. Кстати о зарядке …

Текущие расходы

Как мы упоминали в начале этого урока, электричество определяется как поток электрического заряда. Заряд – это свойство материи, такое же как масса, объем или плотность. Это измеримо. Точно так же, как вы можете количественно определить, сколько у чего-то массы, вы можете измерить его заряд. Ключевой концепцией заряда является то, что он может быть двух типов: положительный (+) или отрицательный (-) .

Чтобы переместить заряд, нам нужно носителя заряда , и именно здесь наши знания об атомных частицах – в частности, об электронах и протонах – пригодятся. Электроны всегда несут отрицательный заряд, а протоны – положительно. Нейтроны (верные своему названию) нейтральны, у них нет заряда. И электроны, и протоны несут одинаковые заряда , только другого типа.

Модель атома лития (3 протона) с обозначенными зарядами.

Заряд электронов и протонов важен, потому что он дает нам возможность воздействовать на них силой. Электростатическая сила!

Электростатическая сила

Электростатическая сила (также называемая законом Кулона) – это сила, действующая между зарядами. В нем говорится, что заряды одного типа отталкиваются друг от друга, а заряды противоположных типов притягиваются вместе. Противоположности притягивают, а любит отталкивать .

Величина силы, действующей на два заряда, зависит от того, как далеко они находятся друг от друга.Чем ближе подходят два заряда, тем больше становится сила (сдвигающая или отталкивающая).

Благодаря электростатической силе электроны отталкивают другие электроны и притягиваются к протонам. Эта сила является частью «клея», удерживающего атомы вместе, но это также инструмент, который нам нужен, чтобы заставить электроны (и заряды) течь!

Поток начислений

Теперь у нас есть все инструменты, чтобы заставить заряды течь. Электроны в атомах могут действовать как наш носитель заряда , потому что каждый электрон несет отрицательный заряд.Если мы можем освободить электрон от атома и заставить его двигаться, мы сможем создать электричество.

Рассмотрим атомную модель атома меди, одного из предпочтительных источников элементов для потока заряда. В сбалансированном состоянии медь имеет 29 протонов в ядре и такое же количество электронов, вращающихся вокруг нее. Электроны вращаются на разных расстояниях от ядра атома. Электроны, расположенные ближе к ядру, испытывают гораздо более сильное притяжение к центру, чем электроны на далеких орбитах. Крайние электроны атома называются валентными электронами , для их освобождения от атома требуется наименьшее количество силы.

Это диаграмма атома меди: 29 протонов в ядре, окруженные полосами вращающихся электронов. Электроны, расположенные ближе к ядру, трудно удалить, в то время как валентный электрон (внешнее кольцо) требует относительно небольшой энергии для выброса из атома.

Используя достаточную электростатическую силу, действующую на валентный электрон – либо толкая его другим отрицательным зарядом, либо притягивая его положительным зарядом – мы можем выбросить электрон с орбиты вокруг атома, создав свободный электрон.

Теперь рассмотрим медную проволоку: вещество, заполненное бесчисленными атомами меди. Поскольку наш свободный электрон плавает в пространстве между атомами, его тянут и толкают окружающие заряды в этом пространстве. В этом хаосе свободный электрон в конце концов находит новый атом, за который он цепляется; при этом отрицательный заряд этого электрона выбрасывает другой валентный электрон из атома. Теперь новый электрон дрейфует в свободном пространстве, пытаясь сделать то же самое. Этот цепной эффект может продолжаться и продолжаться, создавая поток электронов, называемый электрическим током .

Очень упрощенная модель зарядов, протекающих через атомы для создания тока.

Электропроводность

Некоторые элементарные типы атомов лучше других выделяют свои электроны. Чтобы получить наилучший поток электронов, мы хотим использовать атомы, которые не очень крепко держатся за свои валентные электроны. Электропроводность элемента измеряет, насколько сильно электрон связан с атомом.

Элементы с высокой проводимостью, которые имеют очень подвижные электроны, называются проводниками .Это типы материалов, которые мы хотим использовать для изготовления проводов и других компонентов, которые способствуют электронному потоку. Металлы, такие как медь, серебро и золото, обычно являются лучшим выбором в качестве хороших проводников.

Элементы с низкой проводимостью называются изоляторами . Изоляторы служат очень важной цели: они предотвращают поток электронов. Популярные изоляторы включают стекло, резину, пластик и воздух.

Статическое или текущее электричество

Прежде чем мы продолжим, давайте обсудим две формы, которые может принимать электричество: статическое или текущее.В работе с электроникой гораздо чаще встречается текущее электричество, но также важно понимать статическое электричество.

Статическое электричество

Статическое электричество возникает, когда на объектах, разделенных изолятором, накапливаются противоположные заряды. Статическое (как в «состоянии покоя») электричество существует до тех пор, пока две группы противоположных зарядов не найдут путь между собой, чтобы сбалансировать систему.

Когда заряды все же находят средство уравновешивания, происходит статический разряд .Притяжение зарядов становится настолько большим, что они могут проходить даже через лучшие изоляторы (воздух, стекло, пластик, резина и т. Д.). Статические разряды могут быть вредными в зависимости от того, через какую среду проходят заряды и на какие поверхности переносятся заряды. Выравнивание зарядов через воздушный зазор может привести к видимому сотрясению, когда бегущие электроны сталкиваются с электронами в воздухе, которые возбуждаются и выделяют энергию в виде света.

Одним из наиболее ярких примеров статического разряда является молния . Когда облачная система накапливает достаточно заряда относительно другой группы облаков или земли, заряды будут пытаться уравновеситься. Когда облако разряжается, огромное количество положительных (а иногда и отрицательных) зарядов проходит по воздуху от земли к облаку, вызывая видимый эффект, с которым мы все знакомы.

Статическое электричество также существует, когда мы терем шарик о голову, чтобы волосы встали дыбом, или когда мы шаркали по полу в пушистых тапочках и били кота (конечно же, случайно). В каждом случае трение от трения о разные типы материалов переносит электроны. Объект, теряющий электроны, становится положительно заряженным, а объект, получающий электроны, становится отрицательно заряженным. Два объекта притягиваются друг к другу, пока не найдут способ уравновесить их.

Работая с электроникой, мы обычно не сталкиваемся со статическим электричеством. Когда мы это делаем, мы обычно пытаемся защитить наши чувствительные электронные компоненты от статического разряда. Профилактические меры против статического электричества включают ношение браслетов ESD (электростатический разряд) или добавление специальных компонентов в схемы для защиты от очень высоких скачков заряда.

Текущее электричество

Текущее электричество – это форма электричества, которая делает возможными все наши электронные штуковины.Эта форма электричества существует, когда зарядов способны постоянно течь . В отличие от статического электричества, когда заряды собираются и остаются в покое, текущее электричество является динамическим, заряды всегда находятся в движении. Мы сосредоточимся на этой форме электричества на протяжении всего урока.

Схемы

Для протекания электрического тока требуется цепь: замкнутая, бесконечная петля из проводящего материала. Схема может быть такой же простой, как проводящий провод, соединенный встык, но полезные схемы обычно содержат смесь провода и других компонентов, которые контролируют поток электричества.Единственное правило, когда дело доходит до изготовления цепей, не должно иметь изоляционных промежутков .

Если у вас есть провод, полный атомов меди, и вы хотите вызвать поток электронов через него, всем свободным электронам нужно где-то течь в том же общем направлении. Медь – отличный проводник, идеальный для протекания зарядов. Если цепь из медного провода разорвана, заряды не могут проходить через воздух, что также предотвратит перемещение любого из зарядов к середине.

С другой стороны, если бы провод был соединен встык, у всех электронов был бы соседний атом, и все они могли бы течь в одном и том же общем направлении.

Теперь мы понимаем , как может течь электронов, но как мы вообще можем заставить их течь? Затем, когда электроны текут, как они производят энергию, необходимую для освещения лампочек или вращающихся двигателей? Для этого нам нужно понимать электрические поля.

Электрополя

Мы знаем, как электроны проходят через материю для создания электричества.Это все, что касается электричества. Ну почти все. Теперь нам нужен источник, чтобы вызвать поток электронов. Чаще всего источником электронного потока является электрическое поле.

Что такое поле?

Поле – это инструмент, который мы используем для моделирования физических взаимодействий, которые не связаны с какими-либо наблюдаемыми контактами . Поля нельзя увидеть, поскольку они не имеют физического внешнего вида, но эффект, который они оказывают, очень реален.

Мы все подсознательно знакомы с одной областью, в частности: гравитационным полем Земли, эффектом притяжения массивного тела другими телами.Гравитационное поле Земли можно смоделировать с помощью набора векторов, направленных в центр планеты; независимо от того, где вы находитесь на поверхности, вы почувствуете силу, толкающую вас к ней.

Сила или напряженность полей неодинакова во всех точках поля. Чем дальше вы находитесь от источника поля, тем меньшее влияние поле оказывает. Величина гравитационного поля Земли уменьшается по мере удаления от центра планеты.

Продолжая исследовать электрические поля, вспомните, в частности, как работает гравитационное поле Земли, оба поля имеют много общего.Гравитационные поля действуют на объекты массы, а электрические поля действуют на объекты заряда.

Электрополя

Электрические поля (е-поля) – важный инструмент в понимании того, как начинается и продолжает течь электричество. Электрические поля описывают тянущую или толкающую силу в пространстве между зарядами . По сравнению с гравитационным полем Земли, электрические поля имеют одно существенное отличие: в то время как поле Земли обычно привлекает только другие объекты массы (поскольку все , поэтому значительно менее массивны), электрические поля отталкивают заряды так же часто, как и притягивают их.

Направление электрических полей всегда определяется как направление , положительный тестовый заряд переместился бы на , если бы его уронили в поле. Испытательный заряд должен быть бесконечно малым, чтобы его заряд не влиял на поле.

Мы можем начать с построения электрических полей для одиночных положительных и отрицательных зарядов. Если вы сбросите положительный тестовый заряд рядом с отрицательным зарядом, тестовый заряд будет притягиваться к отрицательному заряду . Итак, для одиночного отрицательного заряда мы рисуем стрелки электрического поля, направленные внутрь во всех направлениях.Тот же самый тестовый заряд, упавший рядом с другим положительным зарядом , приведет к отталкиванию наружу, что означает, что мы рисуем стрелки, выходящие из положительного заряда.

Электрические поля одиночных зарядов. Отрицательный заряд имеет внутреннее электрическое поле, потому что он притягивает положительные заряды. Положительный заряд имеет внешнее электрическое поле, отталкиваясь, как заряды.

Группы электрических зарядов можно комбинировать для создания более полных электрических полей.

Равномерное электронное поле сверху направлено от положительных зарядов к отрицательным. Представьте себе крошечный положительный тестовый заряд, сброшенный в электронное поле; он должен следовать в направлении стрелок. Как мы видели, электричество обычно включает в себя поток электронов – отрицательных зарядов – которые текут на против электрических полей.

Электрические поля дают нам толкающую силу, необходимую для индуцирования тока. Электрическое поле в цепи похоже на электронный насос: большой источник отрицательных зарядов, который может толкать электроны, которые будут течь по цепи к положительному сгустку зарядов.

Электрический потенциал (энергия)

Когда мы используем электричество для питания наших цепей, устройств и устройств, мы действительно преобразуем энергию. Электронные схемы должны иметь возможность накапливать энергию и передавать ее другим формам, таким как тепло, свет или движение. Накопленная энергия цепи называется электрической потенциальной энергией.

Энергия? Потенциальная энергия?

Чтобы понять потенциальную энергию, нам нужно понять энергию в целом. Энергия определяется как способность объекта выполнять работу над другим объектом, что означает перемещение этого объекта на некоторое расстояние.Энергия присутствует в различных формах , некоторые мы можем видеть (например, механические), а другие – нет (например, химические или электрические). Независимо от того, в какой форме она находится, энергия существует в одном из двух состояний : кинетическом или потенциальном.

Объект имеет кинетическую энергию , когда он движется. Количество кинетической энергии объекта зависит от его массы и скорости. Потенциальная энергия , с другой стороны, представляет собой накопленную энергию , когда объект находится в состоянии покоя. Он описывает, сколько работы мог бы сделать объект, если бы он был приведен в движение.Это энергия, которую мы обычно можем контролировать. Когда объект приводится в движение, его потенциальная энергия превращается в кинетическую.

Давайте вернемся к использованию гравитации в качестве примера. Шар для боулинга, неподвижно сидящий на вершине башни Халифа, имеет много потенциальной (накопленной) энергии. После падения мяч, притягиваемый гравитационным полем, ускоряется по направлению к земле. Когда мяч ускоряется, потенциальная энергия преобразуется в кинетическую (энергию движения). В конце концов вся энергия мяча превращается из потенциальной в кинетическую, а затем передается всему, в что он попадает.Когда мяч находится на земле, у него очень низкая потенциальная энергия.

Электрический потенциал энергии

Так же, как масса в гравитационном поле имеет потенциальную энергию гравитации, заряды в электрическом поле имеют электрическую потенциальную энергию . Электрическая потенциальная энергия заряда описывает, сколько у него накопленной энергии, когда она приводится в движение электростатической силой, эта энергия может стать кинетической, и заряд может выполнять работу.

Подобно шару для боулинга, сидящему на вершине башни, положительный заряд в непосредственной близости от другого положительного заряда имеет высокую потенциальную энергию; оставленный свободным для перемещения, заряд будет отталкиваться от аналогичного заряда.Положительный тестовый заряд, помещенный рядом с отрицательным зарядом, будет иметь низкую потенциальную энергию, как и шар для боулинга на земле.

Чтобы привить чему-либо потенциальную энергию, мы должны выполнить работу , перемещая это на расстояние. В случае шара для боулинга работа заключается в том, чтобы поднять его на 163 этажа против поля силы тяжести. Точно так же необходимо проделать работу, чтобы подтолкнуть положительный заряд к стрелкам электрического поля (либо к другому положительному заряду, либо от отрицательного заряда).Чем дальше идет заряд, тем больше работы вам предстоит сделать. Точно так же, если вы попытаетесь отвести отрицательный заряд от положительного заряда – против электрического поля – вам придется выполнять работу.

Для любого заряда, находящегося в электрическом поле, его электрическая потенциальная энергия зависит от типа (положительный или отрицательный), количества заряда и его положения в поле. Электрическая потенциальная энергия измеряется в джоулях ( Дж, ).

Электрический потенциал

Электрический потенциал основан на электрическом потенциале энергия , чтобы помочь определить, сколько энергии хранится в электрических полях .Это еще одна концепция, которая помогает нам моделировать поведение электрических полей. Электрический потенциал равен , а не , как электрическая потенциальная энергия!

В любой точке электрического поля электрический потенциал равен количеству электрической потенциальной энергии, деленному на количество заряда в этой точке. Он убирает количество заряда из уравнения и оставляет нам представление о том, сколько потенциальной энергии могут обеспечить определенные области электрического поля. Электрический потенциал выражается в джоулях на кулон ( Дж / Кл ), который мы определяем как вольт (В).

В любом электрическом поле есть две точки электрического потенциала, которые представляют для нас значительный интерес. Есть точка с высоким потенциалом, где положительный заряд будет иметь максимально возможную потенциальную энергию, и есть точка с низким потенциалом, где заряд будет иметь минимально возможную потенциальную энергию.

Один из наиболее распространенных терминов, которые мы обсуждаем при оценке электричества, – это напряжение . Напряжение – это разность потенциалов между двумя точками электрического поля.Напряжение дает нам представление о том, сколько толкающей силы имеет электрическое поле.

Имея в своем арсенале потенциальную и потенциальную энергию, у нас есть все ингредиенты, необходимые для производства электричества. Давай сделаем это!

Электричество в действии!

Изучив физику элементарных частиц, теорию поля и потенциальную энергию, мы теперь знаем достаточно, чтобы заставить электричество течь. Сделаем схему!

Сначала рассмотрим ингредиенты, необходимые для производства электричества:

• Электричество определяется как поток заряда .Обычно наши заряды переносятся свободно текущими электронами.
• Отрицательно заряженные электрона слабо прикреплены к атомам проводящих материалов. Небольшим толчком мы можем освободить электроны от атомов и заставить их течь в общем однородном направлении.
• Замкнутая цепь из проводящего материала обеспечивает путь для непрерывного потока электронов.
• Заряды приводятся в движение электрическим полем . Нам нужен источник электрического потенциала (напряжения), который толкает электроны из точки с низкой потенциальной энергией в точку с более высокой потенциальной энергией.

Короткое замыкание

Батареи – распространенные источники энергии, преобразующие химическую энергию в электрическую. У них есть две клеммы, которые подключаются к остальной цепи. На одном выводе имеется избыток отрицательных зарядов, а на другом все положительные заряды сливаются. Это разность электрических потенциалов, ожидающая начала действия!

Если мы подключим наш провод, полный проводящих атомов меди, к батарее, это электрическое поле будет влиять на отрицательно заряженные свободные электроны в атомах меди.Электроны в меди, одновременно подталкиваемые отрицательной клеммой и притягиваемой положительной клеммой, будут перемещаться от атома к атому, создавая поток заряда, который мы называем электричеством.

После секунды протекания тока электроны фактически переместились на очень, мало – доли сантиметра. Однако энергия, производимая текущим потоком, составляет огромных , особенно потому, что в этой цепи нет ничего, что могло бы замедлить поток или потребить энергию.Подключать чистый проводник напрямую к источнику энергии – плохая идея . Энергия очень быстро перемещается по системе и превращается в тепле в проводе, которое может быстро превратиться в плавление проволоки или возгорание.

Освещение лампочки

Вместо того, чтобы тратить всю эту энергию, не говоря уже о разрушении батареи и провода, давайте построим схему, которая сделает что-нибудь полезное! Обычно электрическая цепь передает электрическую энергию в другую форму – свет, тепло, движение и т. Д.Если мы подключим лампочку к батарее с помощью проводов между ними, мы получим простую функциональную схему.

Схема: батарея (слева), подключенная к лампочке (справа), цепь замыкается, когда замыкается переключатель (вверху). Когда цепь замкнута, электроны могут течь от отрицательной клеммы аккумулятора через лампочку к положительной клемме.

В то время как электроны движутся со скоростью улитки, электрическое поле почти мгновенно влияет на всю цепь (мы говорим о скорости света быстро).Электроны по всей цепи, будь то с самым низким потенциалом, с самым высоким потенциалом или непосредственно рядом с лампочкой, находятся под влиянием электрического поля. Когда переключатель замыкается и электроны подвергаются действию электрического поля, все электроны в цепи начинают течь в одно и то же время. Ближайшие к лампочке заряды сделают один шаг по цепи и начнут преобразовывать энергию из электрической в ​​световую (или тепловую).

Ресурсы и дальнейшее развитие

В этом уроке мы раскрыли лишь крохотную часть пресловутого айсберга.Остается еще масса нераскрытых концепций. Отсюда мы рекомендуем вам перейти сразу к нашему руководству по напряжению, току, сопротивлению и закону Ома. Теперь, когда вы знаете все об электрических полях (напряжении) и текущих электронах (токе), вы на правильном пути к пониманию закона, регулирующего их взаимодействие.

Для получения дополнительной информации и визуализаций, объясняющих электричество, посетите этот сайт.

Вот еще несколько концептуальных руководств для начинающих, которые мы рекомендуем прочитать:

Или, может быть, вы хотите узнать что-нибудь практическое? В этом случае ознакомьтесь с некоторыми из этих руководств по базовым навыкам:

Электрические соединители | Ofgem

• Твиттер
• LinkedIn
• Facebook
• Подписаться

Поиск

• О нас
  • Кто мы
    • Управление рынков газа и электроэнергии
      • Члены GEMA
    • Наша структура
      • Директора
  • Наши приоритеты и цели
    • Наш подход к положению
    • Работа для потребителей
    • Повышение эффективности затрат
    • Содействие надежности поставок
    • Содействие устойчивости
    • Реализация государственных программ
  • Как мы взаимодействуем
    • Взаимодействие с потребителями
      • Внешние: большая группа пользователей
      • Не для внутреннего пользования: группа малых и средних пользователей
    • Работа по вопросам окружающей среды и устойчивого развития
      • Консультативная группа по устойчивому развитию
    • Взаимодействие с промышленностью
      • Независимые поставщики энергии
    • Взаимодействие с другими регулирующими органами
      • Объединенная группа регулирующих органов
    • Антимонопольное право
    • Связи с инвесторами
    • Связи с правительством и парламентами
      • Информационные бюллетени по внешним связям
      • Академическая панель Офгема
    • Связь инноваций
    • Форумы, семинары и рабочие группы – полный список
    • Взаимодействие с исследовательскими учреждениями по общим исследовательским интересам
  • Корпоративная политика, планирование и отчетность
    • Годовой отчет и финансовая отчетность
    • Корпоративная стратегия и планирование
    • Равенство и разнообразие
    • Управление записями (информацией)
  • Прозрачность
    • Организация аудита
    • Расходы и расходы
      • Расходы на руководителей, неисполнительных директоров и высшего руководства
      • Платежи поставщикам на сумму более 25 000 фунтов стерлингов
      • Информация об управлении персоналом
    • Свобода информации
    • Тема запроса доступа
    • Сообщение о нарушениях
    • Жалобы на Ofgem
  • Ofgem и Европа
    • Европейские регулирующие органы
    • Links – европейские организации, с которыми мы работаем
    • Brexit и переходный период
  • Ofgem, данные и кибербезопасность
  • Библиотека публикаций: Корпоративная информация
• Потребители
  • Справочник по бытовому газу и электричеству
    • Разберитесь со своими счетами за газ и электричество
      • Объяснение кредита на счет за электроэнергию
    • Пожаловаться на счет за газ или электроэнергию или счет поставщика
    • Умные счетчики, счетчики предоплаты и другие
      • Смарт счетчики: Ваши права
      • Производство и учет на месте
    • Как сменить поставщика энергии и совершить покупку по более выгодной цене
      • Аккредитованные Ofgem сайты сравнения цен
      • Как сменить поставщика энергии, если у вас есть долги
      • Как сменить поставщика энергии, если вы арендатор
      • Компенсация при неисправности переключателя энергии
      • Как работать с продавцами энергии
        • Защитите себя от мошенничества
    • Сэкономьте на счетах за газ и электричество
    • К кому обращаться, если трудно оплачивать счета за электроэнергию
      • Счет за электроэнергию: ваши права
      • Правила отключения электроэнергии и предоплаты счетчика
    • Дополнительная помощь от энергетических служб
      • Регистр приоритетных услуг
      • Схемы поддержки отопления дома и советы
      • Схемы поддержки энергосбережения и советы
      • Отключение электроэнергии: помощь и компенсация в соответствии с гарантированными стандартами
      • Защитная сетка Ofgem: если ваш поставщик энергии прекратит работу
    • Подключение и переезд в дом
      • Получение или изменение подключения к газу или электричеству
      • Кто мой поставщик газа или электроэнергии?
      • Кто у меня оператор распределительной сети газа или электроэнергии?
    • Объяснение основных терминов и проблем
  • Справочник по газу и электроэнергии для предприятий
    • Понимание энергетических контрактов для предприятий
    • Переключитесь на поставщика энергии и сделайте покупки по более выгодной цене
    • Пожаловаться на счет за электроэнергию или поставщика
    • Производство возобновляемой энергии
    • Защитная сетка Ofgem: если ваш поставщик энергии прекратит работу
    • Видео, информационные бюллетени и обновления
    • Объяснение основных терминов и проблем
  • Сравнительные данные поставщиков энергии
    • Сравнение показателей поставщиков по обслуживанию клиентов
    • Сравнить работу поставщика по жалобам
  • Исследования потребителей
    • Исследования домашних потребителей
    • Прочие исследования бытовых потребителей
    • Исследования бизнес-потребителей
    • Прочие исследования бизнес-потребителей
    • Наборы исследовательских данных
  • Объяснение энергии: видео и инфографика
• Газ
  • Оптовый рынок
    • Оптовый рынок газа ГБ
    • Эффективность рынка, анализ и реформа
      • Механизмы выдачи наличных
      • Поощрение системного оператора
      • Проверка кода существенных газов
      • Исключения доступа третьих лиц
    • Европейский рынок
      • Законодательство ЕС
      • REMIT
        • Регистрация в качестве участника рынка по REMIT
        • Сообщение о предполагаемых злоупотреблениях на рынке или подозрительных операциях в рамках REMIT
        • Использование исключений и отсрочка публикации инсайдерской информации в соответствии с REMIT
    • Качество газа
    • Безопасность поставок газа
      • Устройства аварийного газа
    • Форумы, семинары и рабочие группы
      • Рабочая группа по спросу
      • Пересмотр кодекса содержания газа – семинары
      • Семинары по перспективам национальных сетей
      • Европейские форумы
        • DECC / BEIS и Группа заинтересованных сторон Ofgem
    • Библиотека публикаций: Оптовый рынок газа
  • Розничный рынок
    • Розничный рынок газа ГБ
    • Обзор рынка и реформа
      • Максимальный тариф по умолчанию
      • Программа Smarter Markets
        • Расширение прав и возможностей потребителей и их защита
        • Работа с заинтересованными сторонами
          • Координационная группа по развитию умных рынков
      • Программа переключения
      • Обзор измерительных устройств
      • Обзор розничного рынка
        • Рыночные реформы проще, яснее и справедливее
        • Датчик подачи энергии
      • Внедрение средств правовой защиты CMA
        • Оценка состояния конкуренции на энергетическом рынке
        • Максимальная цена предоплаты
      • Прямой маркетинг
      • Уведомление об изменении цен
      • Угон газа
      • Программа сторонних посредников (TPI)
      • Будущее регулирование розничной торговли
      • Проект обратного выставления счетов за энергию
      • Проект Nexus
      • midata в энергетическом проекте
    • Измерение
      • Переход на интеллектуальные счетчики
        • Компания по передаче данных и связи: публикации Ofgem
        • Проект исследования спроса на энергию
      • Метрология и управление активами
      • Считывание и установка счетчика
    • Форумы, семинары и рабочие группы
      • Круглый стол по потребительским законам и коммуникациям
      • Европейские форумы
        • Гражданский энергетический форум
      • Обзор розничного рынка – взаимодействие с заинтересованными сторонами
      • Координационная группа Smarter Markets
      • Рабочая группа программы сторонних посредников (TPI)
      • Консультативный совет по проектированию для рыночных расчетов за полчаса
      • Форум независимых поставщиков Ofgem / DECC
      • Группа доставки программы переключения
      • Переключение полномочий по разработке программы
      • Форумы по разработке программ переключения
      • Консультативная группа по внешнему дизайну программы переключения
      • Группа управления программой переключения
      • Рабочая группа данных программы переключения
      • Орган технического проектирования программы переключения
    • Мониторинг розничного рынка
      • Анализ динамики цен на энергоносители
      • Понимание прибылей крупных поставщиков энергии
      • Типичные значения внутреннего потребления
    • Стратегия защиты потребителей
      • Инклюзивные рынки и инновации
      • Счетчик предоплаты клиентов
      • Регистр приоритетных услуг (PSR)
      • Отчетность по социальным обязательствам
      • Поддержка клиентов, которые не могут оплатить счета
    • Библиотека публикаций: Розничный рынок газа
  • Передающие сети
    • Газотранспортные сети Великобритании
    • Обзор платы за транспортировку газа
      • Отраслевой отчет о технических рабочих группах GTCR
    • Сетевой контроль цен
      • RIIO-T1 Контроль цен
      • Контроль цен на сжиженный природный газ (СПГ)
      • Обзор контроля над ценами на трансмиссию 4 Роллинг
    • Сетевые инновации
    • Улавливание и хранение углерода
    • Количество входов и выходов
      • Количество входов и аукционов
      • Запись замены
      • Выходная мощность
      • Выход замещения
    • Соединители газовые
    • Драйверы дохода
    • Форумы, семинары и рабочие группы
      • Форум по методологии тарификации национальной системы передачи (NTSCMF)
    • Библиотека публикаций: Газотранспортные сети
  • Распределительные сети
    • Газораспределительная сеть GB
    • Соединения и конкуренция
      • Конкуренция в соединениях
      • Независимые транспортеры газа
    • Сетевой контроль цен
      • Контроль цен RIIO – GD1
      • Обзор контроля над ценами в распределении газа, 2007-2013 гг.
      • Мониторинг соблюдения ценового контроля
      • Качество обслуживания
      • Служба поддержки клиентов
    • Зарядные устройства
      • Изменения в методологиях начисления платы
    • Сетевые инновации
    • Форумы, семинары и рабочие группы
    • Библиотека публикаций: Газораспределительные сети
• Электроэнергия
  • Оптовый рынок
    • Оптовый рынок электроэнергии Великобритании
    • Ликвидность
    • Эффективность рынка, анализ и реформа
      • Механизмы выдачи наличных
      • Поощрение системного оператора
      • Существенный пересмотр кодекса баланса электроэнергии
      • Реформа рынка электроэнергии
        • Правила рынка мощности (CM)
          • Правила рынка мощности Предложения по изменению
        • Разрешение споров по EMR
        • Продавец последней инстанции
          • Информация для генераторов
          • Информация для поставщиков
    • Европейский рынок
      • Законодательство ЕС
      • REMIT
        • Регистрация в качестве участника рынка по REMIT
        • Сообщение о предполагаемых злоупотреблениях на рынке или подозрительных операциях в рамках REMIT
        • Использование исключений и отсрочка публикации инсайдерской информации в соответствии с REMIT
    • Электробезопасность подачи
    • Форумы, семинары и рабочие группы
      • Рабочая группа по спросу
      • Семинары по перспективам национальных сетей
      • Европейские форумы
        • DECC / Группа заинтересованных сторон Ofgem
      • Будущие торговые соглашения и будущие оптовые рынки
    • Библиотека публикаций: Оптовый рынок электроэнергии
  • Розничный рынок
    • Розничный рынок электроэнергии Великобритании
    • Обзор рынка и реформа
      • Максимальный тариф по умолчанию
      • Гибкость системы электроснабжения
      • Программа переключения
      • Программа Smarter Markets
        • Расширение прав и возможностей потребителей и их защита
        • Электроэнергетика поселка
        • Работа с заинтересованными сторонами
      • Стимулирование участия в выборе тарифов на энергию
      • Обзор измерительных устройств
      • Внедрение средств правовой защиты CMA
        • Оценка состояния конкуренции на энергетическом рынке
        • Максимальная цена предоплаты
      • Обзор розничного рынка
        • Рыночные реформы проще, яснее и справедливее
        • Датчик подачи энергии
      • Прямой маркетинг
      • Уведомление об изменении цен
      • Кража электроэнергии
      • Программа сторонних посредников (TPI)
      • Будущее регулирование розничной торговли
      • Проект обратного выставления счетов за энергию
      • midata в энергетическом проекте
    • Измерение
      • Переход на интеллектуальные счетчики
        • Компания по передаче данных и связи: публикации Ofgem
        • Проект исследования спроса на энергию
        • Умные счетчики: планы конфиденциальности DNO
      • Метрология и управление активами
    • Форумы, семинары и рабочие группы
      • Круглый стол по потребительским законам и коммуникациям
      • Экспертная группа по расчетам за электроэнергию
      • Европейские форумы
        • Гражданский энергетический форум
      • Обзор розничного рынка – взаимодействие с заинтересованными сторонами
      • Координационная группа Smarter Markets
      • Рабочая группа программы сторонних посредников (TPI)
      • Форум независимых поставщиков Ofgem / DECC
      • Группа доставки программы переключения
      • Переключение полномочий по разработке программы
      • Форумы по разработке программ переключения
      • Консультативная группа по внешнему дизайну программы переключения
      • Группа управления программой переключения
      • Рабочая группа данных программы переключения
      • Орган технического проектирования программы переключения
    • Мониторинг розничного рынка
      • Анализ динамики цен на энергоносители
      • Понимание прибыли шести крупных поставщиков энергии
      • Типичные значения внутреннего потребления
    • Стратегия защиты потребителей
      • Инклюзивные рынки и инновации
      • Счетчик предоплаты (PPM) клиентов
      • Регистр приоритетных услуг (PSR)
      • Отчетность по социальным обязательствам
      • Поддержка клиентов, которые не могут оплатить счета
    • Библиотека публикаций: Розничный рынок электроэнергии
  • Передающие сети
    • Передающие сети Великобритании
    • Сетевой контроль цен
      • Контроль цен RIIO-T1
      • Обзор контроля над ценами на трансмиссию 4 Роллинг
      • Визуальные удобства
    • Разъемы электрические
    • Конкуренция в наземной передаче
    • Морская передача
      • Наша роль в морской транспортировке
      • Тендеры на транспортировку в море
        • Тендерный раунд 1
        • Тендерный раунд 2
        • Тендерный раунд 3
        • Тендерный раунд 4
        • Тендерный раунд 5
        • Тендерный раунд 6
        • Тендерный раунд 7
      • Разработка политики морской транспортировки
        • Долгосрочные тендеры
        • Координационная политика
      • Закон об энергетике
      • Стандартные рамки передачи
      • Форумы, семинары и рабочие группы
        • Системный оператор по кодам владельца передачи
        • Рабочая группа сетевого кода
        • Великобритания Рабочая группа по стандартам безопасности и качества поставок
      • Библиотека публикаций: оффшорная передача
    • Важные инвестиции
      • Инвестиции в передачу для возобновляемой генерации (TIRG)
      • Стимулы для инвестиций в передачу
      • Strategic Wider Works
        • Beauly Mossford
        • Кинтайр-Хантерстон
        • Кейтнесс Морей
        • Соединения Северо-Западного побережья
        • Ссылки на шотландские острова
        • Хинкли Сибанк
    • Зарядка
      • Project TransmiT
      • Реформа доступа к сети и перспективные платежи
      • Целенаправленная проверка начисления: тщательный анализ кода
    • Подключения
    • Европейские инициативы
      • Законодательство ЕС
    • Сетевые инновации
    • Обзор доступа к передаче
    • Комплексное планирование и регулирование передачи (ITPR)
    • Форумы, семинары и рабочие группы
      • Расширение конкуренции в отраслевой группе передачи
      • Семинары по комплексному планированию и регулированию передачи
      • Форум заинтересованных сторон проекта TransmiT
    • Библиотека публикаций: Сети передачи электроэнергии
    • Реформа СО в электроэнергетике
  • Распределительные сети
    • Распределительные сети Великобритании
    • Соединения и конкуренция
      • Конкуренция в соединениях
      • Операторы независимых распределительных сетей
      • Распределенное поколение
    • Сетевой контроль цен
      • Контроль цен RIIO-ED1
      • Отчетность по затратам
      • Обзор контроля над ценами сбыта 5
      • Обзор контроля над ценами сбыта 4
      • Мониторинг соблюдения ценового контроля
      • Качество обслуживания
        • Стимулы качества обслуживания
      • Служба поддержки клиентов
    • Зарядные устройства
      • Изменения в методологиях начисления платы
    • Механизм поощрения убытков
    • Сетевые инновации
      • Поощрение финансирования инноваций
      • Фонд низкоуглеродных сетей
        • Проекты первого уровня
          • Электричество Норт Вест Лимитед
          • Северная электросеть
          • ИП Энергетические сети
          • SSE
          • Энергетические сети Великобритании
          • Western Power Distribution
        • Проекты второго уровня
          • Электричество Нортвест Лимитед
          • Северная электросеть
          • ИП Энергетические сети
          • SSE
          • Энергетические сети Великобритании
          • Western Power Distribution
          • Второй уровень – проекты без финансирования
        • Экспертная панель
    • Форумы, семинары и рабочие группы
      • DECC & Ofgem Smart Grid Forum
        • Второй рабочий поток (WS2): структура оценки
        • Рабочее направление три (WS3): Развитие сетей для низкоуглеродных технологий
        • Рабочий поток шесть (WS6): коммерческие и нормативные вопросы
        • Рабочий поток седьмой (WS7): система распределения 2030
        • Рабочий поток девять (WS9): технологические инновации и рост
      • Управляющая группа по подключению электричества (ECSG)
        • Расширение подгруппы состязательности
        • Подгруппа точек подключения
      • Группа клиентов по подключению счетчиков
      • Рабочая группа по качеству обслуживания
      • Группа клиентов по неизмеренным соединениям
    • Библиотека публикаций по электрическим распределительным сетям
• Экологические программы
  • Роль Офгем и ее результаты
    • Отчет о деятельности поставщика: государственные экологические программы
  • Поощрение за использование возобновляемых источников тепла для дома (Domestic RHI)
    • Кандидаты
      • Соответствующая критериям система отопления