by Robert Hazen, Ph.D., George Mason University
obwody elektryczne są ważnymi pojęciami, które mają praktyczne zastosowanie w naszym codziennym życiu. Jest to bardzo prosta koncepcja, która zawiera trzy różne komponenty-źródło energii elektrycznej, urządzenie i zamkniętą pętlę przewodzącego materiału.
źródło energii elektrycznej
pierwszym składnikiem obwodu elektrycznego jest źródło energii elektrycznej, które umożliwia poruszanie się elektronów. Źródłem może być bateria, ogniwo słoneczne lub elektrownia wodna-miejsce, w którym znajdują się dodatnie i ujemne zaciski i z którego ładunek może płynąć z jednego do drugiego. To pchnięcie ładunku elektrycznego nazywa się napięciem, którego potencjał jest mierzony w woltach.
urządzenie w obwodzie elektrycznym
drugim elementem jest urządzenie. Reaguje na przepływający przez nią prąd. Dziś urządzenie to coś, co można podłączyć do gniazdka ściennego i używać z prądem. Pętla jest zwykle zamknięta za pomocą kawałka materiału przewodzącego. Zwykle jest to drut, ale są też inne rodzaje materiałów, które mogą zamknąć pętlę. Na przykład w telewizorze znajdują się różne paski metalu, które zostały osadzone na plastikowej powierzchni, która może być materiałem przewodzącym, a nawet w niektórych przypadkach podwoziem urządzenia, które staje się częścią obwodu zamkniętego.
rezystancja obwodu elektrycznego
trzecim składnikiem jest rezystancja; każdy obwód ma pewną odporność na przepływ elektronów. Elektrony zderzają się z innymi elektronami i atomami, które tworzą drut, a tym samym przekształcają część swojej energii w ciepło. Po prostu nie jest możliwe przeniesienie energii z jednej formy do drugiej bez utraty części tej energii jako ciepła.
dowiedz się więcej o elektromagnetyzmie.
Latarka jako obwód elektryczny
latarka jest prostym urządzeniem, które zawiera wszystkie trzy z tych elementów. Źródłem są dwie baterie w latarce.
żarówka na końcu latarki jest urządzeniem, do którego przepływa prąd. Prąd przepływa przez bardzo małe włókno, które ogrzewa się do bardzo wysokiej temperatury ze względu na opór elektryczny. W rezultacie filament świeci jasno.
obwăłd jest wreszcie uzupeĹ 'niony paskiem metalu, ktĂłry schodzi w dăłĺ’ bocznej lufy latarki. Na jednym końcu latarki znajduje się również cewka drutu, a na drugim końcu znajdują się punkty styku akumulatora, a także drugi pasek drutu, który razem uzupełniają Obwód.
Przełącznik, bezpiecznik i wyłączniki
latarki i większość innych urządzeń elektrycznych również mają przełącznik. Przełącznik jest jedynie urządzeniem, które pomaga przerwać ciągłą pętlę przewodzącego materiału.
gdy przełącznik jest otwarty, nie ma przepływu prądu, ale gdy przełącznik jest zamknięty, występuje przepływ. Zasadniczo wszystkie obwody działają w ten sposób. Nawet w obwodzie podłączonym do ściany Twojego pokoju, istnieje ciągła pętla drutu, która rozciąga się od Twojego domu aż do elektrowni.
bezpiecznik lub wyłącznik jest używany do zapobiegania poważnym pożarom z powodu przeciążeń. Bezpiecznik jest zaprojektowany tak, aby spalić się, jeśli prąd stanie się zbyt wysoki.
dowiedz się więcej o pierwszym prawie termodynamiki.
rodzaje obwodów elektrycznych
istnieją dwa rodzaje obwodów występujących w domach i innych typowych urządzeniach; mianowicie obwody szeregowe i obwody równoległe.
obwody szeregowe— obwody szeregowe składają się z kilku urządzeń, z których każde jest połączone jeden po drugim w jednej dużej pętli. Chociaż różne urządzenia mają różne napięcia, ten sam prąd przepływa przez każde urządzenie w obwodzie szeregowym.
jeśli jedno z urządzeń w obwodzie szeregowym jest uszkodzone, cały obwód ulega awarii. Na przykład, jeśli są trzy żarówki połączone szeregowo, w jednej pętli przewodu podłączonego do akumulatora. Jeśli jedna żarówka zostanie odkręcona, cały obwód ulegnie awarii.
obwody równoległe —w obwodach równoległych różne urządzenia są rozmieszczone tak, że jedno źródło dostarcza napięcie do oddzielnych pętli przewodu. Napięcie w każdym urządzeniu w obwodzie jest dokładnie takie samo, ale ogólnie różne urządzenia będą widzieć różne prądy. W tym przypadku każde urządzenie będzie działać, nawet jeśli inne zawiodą.
na przykład, jeśli dwie żarówki są połączone równolegle, a jedna jest odkręcona, druga zadziała. Nowoczesne lampki choinkowe są wykonywane w równoległych obwodach, dzięki czemu nawet jeśli jedno światło wypali, całe pasmo nie musi być wyrzucane.
jest to zapis z serii wideo radość Nauki. Oglądaj teraz na Wondrium.
usystematyzowanie relacji między obwodami elektrycznymi – prawa Kirchhoffa
usystematyzowane zachowanie obwodów ma ogromne znaczenie w elektrotechnice i jest wyjaśnione przez prawa Kirchhoffa. Pierwsze prawo stanowi: „energia wytwarzana przez źródło równa się energii zużywanej w obwodzie, w tym ciepła, które jest tracone w wyniku oporu.”
drugie prawo mówi, że prąd płynący do dowolnego węzła jest sumą prądów płynących z tego węzła.”Oznacza to, że prądem są elektrony przepływające przez przewody, a liczba elektronów przepływających do złącza równa się liczbie elektronów wypływających z tego złącza.
dowiedz się więcej o entropii.
czy różne formy energii elektrycznej są zasadniczo takie same?
Michael Faraday dokonał dokładnych, systematycznych badań wszystkich tych różnych rodzajów elektryczności. Był w stanie wykazać, że wszystkie te różne formy energii elektrycznej wytwarzały dokładnie ten sam rodzaj zjawiska i wynikały z ruchu elektronów.
Faraday doszedł do wniosku, że wszystkie formy energii wytwarzanej przez iskry, mogą przepływać przez przewody i mogą być wykonane do pracy. Jego badania wykazały również po raz pierwszy, że zwierzęca elektryczność węgorza elektrycznego, elektryczność pochodząca z baterii i elektryczność pioruna były jednym i tym samym zjawiskiem.
prąd elektryczny i moc
przepływ lub ruch elektronów przez obwód elektryczny nazywa się prądem elektrycznym. Prąd jest mierzony w amperach. Jeden amper odpowiada około 6 miliardom elektronów mijających punkt w tym obwodzie co sekundę.
kolejnym ważnym terminem związanym z elektrycznością jest energia. Moc jest definiowana jako praca podzielona przez czas. W obwodzie elektrycznym moc jest równa napięciu prądowemu, mierzonemu w watach. Im wyższa moc, tym szybciej energia zużywana przez ten obiekt, czy to żarówka, wzmacniacz lub jakiekolwiek urządzenie elektryczne.
dowiedz się więcej o magnetyzmie i elektryczności statycznej.
Częste pytania dotyczące wkładu Alessandro Volty i wynalazku baterii
gdy prąd przepływa przez bardzo mały filament, ogrzewa się do bardzo wysokiej temperatury z powodu oporu elektrycznego. Powoduje to, że żarnik pali się jasno, a tym samym żarówka w latarce świeci.
Bezpieczniki i wyłączniki są zaprojektowane tak, aby zapobiec uszkodzeniu urządzeń elektrycznych z powodu przeciążenia. Podczas gdy bezpieczniki muszą być wymienione po przeciążeniu, wyłączniki muszą być po prostu zresetowane.
przepływ elektronów przez obwód elektryczny nazywa się prądem elektrycznym i jest mierzony w amperach.
lampy choinkowe z dawnych czasów były seryjnym rodzajem obwodu, w którym gdyby jedna żarówka nie działała, cały obwód by się nie udał. Jednak nowoczesne lampki choinkowe kierują się zasadą równoległych obwodów