전기의 기초

고대 그리스인들은 전기에 대한 연구가 시작되기 오래 전에 전기 현상을 관찰했습니다. 마른 짚, 종이 또는 보풀과 깃털 조각을 끌어 들이기 시작하기 때문에 준 보석 호박석을 양모 또는 모피로 문지르는 것으로 충분합니다.

현대 학교 실험에서는 유리와 에보나이트 막대를 비단이나 양모로 문지릅니다. 이 경우 유리 막대에는 양전하가, 에보나이트 막대에는 음전하가 남아 있다고 생각됩니다. 이 막대는 또한 작은 종이 조각 등을 끌어당길 수 있습니다. 작은 물체. Charles Coulomb이 연구한 전기장 효과가 바로 이 매력입니다.

그리스어로 호박을 전자(electron)라고 부르는데, 이러한 인력을 설명하기 위해 William Hilbert(1540-1603)는 "전기"라는 용어를 제안했습니다.

1891년에 영국의 과학자 Stony George Johnston은 그가 전자라고 부르는 물질에 전기 입자가 존재한다는 가설을 세웠습니다. 이 진술은 와이어의 전기적 프로세스를 훨씬 쉽게 이해하도록 했습니다.

금속의 전자는 매우 자유롭고 원자에서 쉽게 분리되며 전기장의 작용에 따라 더 정확하게는 금속 원자 사이에서 전위차가 이동하여 생성됩니다. 전기... 따라서 구리선의 전류는 전선을 따라 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 흐르는 전자의 흐름입니다.

금속만이 전기를 전도할 수 있는 것은 아닙니다. 특정 조건에서 액체, 가스 및 반도체는 전기 전도성이 있습니다. 이러한 환경에서 전하 캐리어는 이온, 전자 및 정공입니다. 그러나 지금은 금속에 대해서만 이야기하고 있습니다. 금속에서도 모든 것이 그렇게 간단하지 않기 때문입니다.

지금은 방향과 크기가 변하지 않는 직류에 대해 이야기하고 있습니다. 따라서 전기 다이어그램에서 전류가 흐르는 위치를 화살표로 표시할 수 있습니다. 전류는 양극에서 음극으로 흐른다고 믿어지며, 이는 전기 연구 초기에 도달한 결론입니다.

나중에 전자가 실제로 정반대 방향인 마이너스에서 플러스로 이동한다는 것이 밝혀졌습니다. 그러나 이것에도 불구하고 그들은 "잘못된"방향을 포기하지 않았으며 더욱이 바로이 방향을 현재의 기술적 방향이라고합니다. 램프가 여전히 켜져 있으면 어떤 차이가 있습니까? 전자의 운동 방향은 참이라고 불리며 과학 연구에서 가장 자주 사용됩니다.

이것은 그림 1에 설명되어 있습니다.

그림 1.

스위치가 일정 시간 동안 배터리에 "투척"되면 전해 커패시터 C가 충전되고 약간의 전하가 축적됩니다. 커패시터를 충전한 후 스위치를 전구로 돌렸습니다. 램프가 깜박이고 꺼집니다. 커패시터가 방전됩니다. 플래시의 지속 시간은 커패시터에 저장된 전하의 양에 따라 달라집니다.

갈바닉 배터리도 전하를 저장하지만 커패시터보다 훨씬 더 많은 양을 저장합니다. 따라서 플래시 시간이 충분히 길어 램프가 몇 시간 동안 연소될 수 있습니다.

전하, 전류, 저항 및 전압

전하에 대한 연구는 1785년에 그의 이름을 딴 법칙을 발견한 프랑스 과학자 C. Coulomb에 의해 수행되었습니다.

공식에서 전하는 Q 또는 q로 표시됩니다. 이 양의 물리적 의미는 전자기적 상호 작용에 들어가는 대전체의 능력입니다: 전하가 반발함에 따라 서로 다른 전하가 끌어당깁니다 전하 사이의 상호 작용의 힘은 전하의 크기에 정비례하고 거리의 제곱에 반비례합니다 그들 사이에. 수식으로 나타내면 다음과 같습니다.

F = q1 * q2 / r2

전자의 전하는 매우 작기 때문에 실제로는 쿨롱이라는 전하의 크기를 사용합니다. 국제 시스템 SI (C)에서 사용되는 값입니다. 펜던트에는 6.24151 * 1018(10의 18승) 이상의 전자가 포함되어 있습니다. 이 전하에서 초당 1백만 개의 전자가 방출되면 이 과정은 최대 20만 년 동안 지속됩니다!

SI 시스템에서 전류 측정 단위는 프랑스 과학자 Andre Marie Ampere(1775 - 1836)의 이름을 딴 암페어(A)입니다. 1A의 전류에서 정확히 1C의 전하가 1초 동안 전선의 단면을 통과합니다. 이 경우 수학 공식은 다음과 같습니다. I = Q / t.

이 공식에서 전류는 암페어, 전하는 쿨롱, 시간은 초입니다. 모든 장치는 SI 시스템을 준수해야 합니다.

즉, 초당 하나의 펜던트가 해제됩니다. 시속 킬로미터 단위의 자동차 속도와 매우 유사합니다.따라서 전류의 세기는 전하의 흐름 속도에 지나지 않습니다.

일상 생활에서 더 자주 오프 시스템 단위 Ampere * hour가 사용됩니다. 용량이 암페어 시간으로 만 표시되는 자동차 배터리를 기억하는 것으로 충분합니다. 그리고 아무도 자동차 부품 상점의 펜던트를 기억하지 못하지만 모두가 이것을 알고 이해합니다. 그러나 동시에 1 C = 1 * / 3600 암페어 * 시간의 비율이 있습니다. 이러한 수량을 암페어 * 초라고 부를 수 있습니다.

또 다른 정의에서, 1A의 전류는 전위차(전압) 와이어 1V의 끝에서. 이 값 사이의 비율은 다음에 의해 결정됩니다. 옴의 법칙... 이것은 아마도 가장 중요한 전기 법칙 일 것입니다. 민속 지혜가 말하는 것은 우연이 아닙니다. «옴의 법칙을 모르면 집에 있으십시오!»

옴의 법칙 테스트

이 법칙은 이제 모든 사람에게 알려져 있습니다. «회로의 전류는 전압에 정비례하고 저항에 반비례합니다.» I = U / R의 세 글자만 있는 것 같습니다. 모든 학생은 «그래서 뭐?»라고 말할 것입니다. 그러나 실제로 이 짧은 공식으로 가는 길은 상당히 험난하고 길었습니다.

옴의 법칙을 테스트하기 위해 그림 2에 표시된 가장 간단한 회로를 조립할 수 있습니다.

그림 2.

조사는 매우 간단합니다. 종이에서 공급 전압을 한 점씩 증가시키면서 그림 3에 표시된 그래프를 구성하십시오.

그림 3.

I = U / R 관계는 U = I * R로 나타낼 수 있고 수학에서는 직선이기 때문에 그래프는 완벽한 직선으로 판명되어야 합니다. 실제로 오른쪽에서 선이 아래로 구부러집니다. 많지는 않지만 구부러지고 어떤 이유로 매우 다재다능합니다.이 경우 굽힘은 테스트 저항을 가열하는 방법에 따라 달라집니다. 긴 구리선으로 만들어진 것은 아무것도 아닙니다. 코일을 코일에 단단히 감을 수 있고 석면 층으로 닫을 수 있습니다. 오늘 방의 온도는 같을 수 있지만 어제는 다르거나 방에 초안이 있습니다.

이것은 온도가 가열될 때 신체의 선형 치수와 같은 방식으로 저항에 영향을 미치기 때문입니다. 각 금속에는 고유한 저항 온도 계수(TCR)가 있습니다. 그러나 거의 모든 사람들이 확장에 대해 알고 기억하고 있지만 전기적 특성(저항, 커패시턴스, 인덕턴스)의 변화는 잊어버립니다. 그러나 이러한 실험에서 온도는 가장 안정적인 불안정성의 원인입니다.

문학적 관점에서 볼 때 다소 아름다운 동어반복으로 판명되었지만 이 경우 문제의 본질을 매우 정확하게 표현합니다.

19세기 중반의 많은 과학자들이 이 의존성을 발견하려고 노력했지만 실험의 불안정성으로 인해 방해를 받고 얻은 결과의 진실에 대한 의문이 제기되었습니다.Georg Simon Ohm(1787-1854)만이 이에 성공했습니다. 모든 부작용 또는 그들이 말하는 것처럼 나무의 숲을 보는 것입니다. 1옴 저항은 여전히 ​​이 뛰어난 과학자의 이름을 지니고 있습니다.

각 성분은 옴의 법칙으로 표현될 수 있습니다: I = U / R, U = I * R, R = U / I.

이러한 관계를 잊지 않기 위해 소위 옴의 삼각형 또는 이와 유사한 것이 그림 4에 나와 있습니다.

그림 4. 옴의 삼각형

사용 방법은 매우 간단합니다. 손가락으로 원하는 값을 닫으면 다른 두 글자가 어떻게 해야 하는지 보여줍니다.

이 모든 공식에서 긴장이 어떤 역할을 하는지, 그 물리적 의미는 무엇인지 기억해야 합니다. 전압은 일반적으로 전기장의 두 지점에서의 전위차로 이해됩니다. 더 쉬운 이해를 위해 일반적으로 탱크, 물 및 파이프와 비유를 사용합니다.

이 "배관" 방식에서 파이프의 물 소비량(리터/초)은 전류(쿨롱/초)일 뿐이며 탱크의 상단과 열린 수도꼭지의 차이는 전위차(전압)입니다. . 또한 밸브가 열려 있으면 출구 압력은 대기압과 같아 조건부 제로 레벨로 간주할 수 있습니다.

전기 회로에서 이 규칙을 사용하면 모든 측정 및 조정이 이루어지는 공통 도체("접지")에 대한 지점을 지정할 수 있습니다. 항상 그런 것은 아니지만 대부분의 경우 전원 공급 장치의 음극 단자는 이 전선으로 간주됩니다.

전위차는 이탈리아 물리학자 알레산드로 볼타(1745-1827)의 이름을 따서 볼트(V)로 측정됩니다. 현대적인 정의에 따르면 1V의 전위차로 1C의 전하를 이동하는 데 1J의 에너지가 소비됩니다. 소비된 에너지는 «배관» 회로와 유사하게 전원에 의해 보충됩니다. 탱크의 수위를 지원하는 펌프여야 합니다.