יחידה נוכחית, נוסחה לחישוב מאפייני זרם

לכל אדם מושג מופשט של זרם חשמלי. עבור מכשיר חשמלי, מקור כוח הוא סוג של מקור אוויר לכל אורגניזם נושם. אולם בהשוואות אלה ההבנה של טבע התופעה מוגבלת ורק מומחים מבינים את המהות בצורה מעמיקה יותר.

בתכנית הלימודים בבית הספר כל אחד עוסק בקורס פיזיקה, המתאר את המושגים והחוקים הבסיסיים של חשמל. גישה מדעית יבשה אינה מעוררת עניין בקרב ילדים, כך שלרוב המבוגרים אין מושג מהו זרם חשמלי, מדוע הוא מתעורר, כיצד יש לו יחידת מדידה, או כיצד כל דבר יכול לעבור דרך חוטי מתכת בלתי ניתנים להסרה, ואפילו לגרום למכשירי חשמל לעבוד.

במילים פשוטות על זרם חשמלי

ההגדרה הסטנדרטית מתוך ספר לימוד לפיזיקה בבית הספר מתארת בתמציתיות את תופעת הזרם החשמלי. אך למען האמת, אתה יכול להבין זאת לחלוטין אם אתה לומד את הנושא הרבה יותר לעומק. אחרי הכל, המידע מוצג בשפה אחרת - מדעית. הרבה יותר קל להבין את טיבה של תופעה גופנית אם אתה מתאר הכל בשפה מוכרת המובנת לכל אדם. לדוגמה, זרם במתכת.

זה צריך להתחיל בעובדה שכל מה שאנו רואים כמוצקים וחסרי תנועה הוא רק לפי השקפתנו. פיסת מתכת ששוכבת על האדמה היא גוף מונוליטי ללא תנועה במובן האנושי. לצורך אנלוגיה, דמיין את כוכב הלכת שלנו בחלל, התבונן עליו מעל פני מאדים. האדמה נראית גוף שלם וחסר תנועה. אם תתקרב לפני השטח, יתברר כי לא מדובר בחומר מונוליטי אלא בתנועה מתמדת: מים, גזים, דברים חיים, צלחות ליטוגרפיות - כל זה זז ללא הפסקה, אם כי זה לא נראה מהחלל הרחוק.

בוא נחזור לפיסת המתכת שלנו ששוכבת על האדמה. זה ללא תנועה, מכיוון שאנו מסתכלים עליו מהצד כאובייקט מונוליטי. ברמה האטומית הוא מורכב מאלמנטים דקים הנעים כל הזמן. הם שונים, אך בין כולם, אנו מעוניינים באלקטרונים, שיוצרים שדה אלקטרומגנטי במתכות, המייצר את אותו זרם. יש להבין את המילה "זרם" כפשוטה, מכיוון שכאשר אלמנטים עם מטען חשמלי נעים, כלומר "זורמים" מאובייקט טעון אחד למשנהו, אז מתרחש "זרם חשמלי".

לאחר שהבנו את מושגי היסוד, נוכל לקבל הגדרה כללית:

זרם חשמלי הוא זרם של חלקיקים טעונים העוברים מגוף עם מטען גבוה יותר לגוף עם מטען נמוך יותר.

כדי להבין את המהות בצורה מדויקת יותר, עליכם להתעמק בפרטים ולקבל תשובות למספר שאלות בסיסיות.

עלילת וידיאו

תשובות לשאלות העיקריות בנושא זרם חשמלי

לאחר ניסוח ההגדרה עולות מספר שאלות הגיוניות.

מה גורם ל"זרם "הנוכחי, כלומר לזוז?
אם אלמנטי המתכת הקטנים ביותר נעים כל הזמן, אז מדוע זה לא מעוות?
אם משהו זורם מאובייקט אחד למשנהו, האם המסה של אובייקטים אלה משתנה?

התשובה לשאלה הראשונה היא פשוטה. כאשר מים זורמים מנקודה גבוהה לשפל, כך אלקטרונים יזרמו מגוף בעל מטען גבוה לגוף עם נמוך, תוך שמירה על חוקי הפיזיקה. וה"מטען "(או הפוטנציאל) הוא מספר האלקטרונים בגוף, וככל שיש יותר כך המטען גבוה יותר. אם נוצר קשר בין שני גופים עם מטענים שונים, האלקטרונים מהגוף הטעון יותר יזרמו אל הפחות טעונים. אז יהיה זרם שיסתיים כאשר המטענים של שני הגופים המפנים ישתוו.

כדי להבין מדוע החוט לא משנה את המבנה, למרות העובדה שהוא כל הזמן נע, אתה צריך לדמיין אותו בצורה של בית גדול בו אנשים חיים. גודל הבית לא ישתנה בכמה אנשים שנכנסים ויוצאים ממנו, כמו גם לעבור פנימה. במקרה זה, אדם הוא אנלוגי של אלקטרון במתכת - הוא נע בחופשיות ואין לו מסה מיוחדת בהשוואה לבניין כולו.

אם אלקטרונים עוברים מגוף לגוף - מדוע מסת הגופים לא משתנה? העובדה היא שמשקל האלקטרון כה קטן, שגם אם תסיר את כל האלקטרונים מהגוף, המסה שלו לא תשתנה.

מהי יחידת זרם

כדי "לחשב" את הזרם החשמלי משתמשים ביחידות מדידה שונות, ננתח שלוש מהן עיקריות:

חוזק זרם.
מתח.
התנגדות

אם אתה מנסה לתאר את מושג הכוח הנוכחי במילים פשוטות, עדיף לדמיין את שטף המכוניות העוברות במנהרה. מכוניות הן אלקטרונים והמנהרה היא חוט. ככל שעוברות יותר מכוניות ברגע אחד בזמן דרך חתך המנהרה - כך עולה כוח העוצמה הנמדד על ידי המכשיר תחת השם "מד זרם" באמפרס (A), ובנוסחאות מצוין האות (I).

מתח הוא ערך יחסי המבטא את ההבדל במטעני הגופים שביניהם זורם זרם. אם לאובייקט אחד מטען גבוה מאוד והשני נמוך מאוד, יהיה ביניהם מתח גבוה, כדי למדוד אילו משתמשים במד מתח ויחידה הנקראת וולט (V). בנוסחאות שזוהו על ידי האות (U).

התנגדות מאפיינת את יכולתו של מוליך, תיל נחושת מותנה, להעביר כמות מסוימת של זרם דרך עצמה, כלומר אלקטרונים. מוליך ההתנגדות מייצר חום, ומבלה חלק מאנרגיית הזרם העוברת בו ובכך מוריד את כוחו. ההתנגדות מחושבת ב- Ohms (אוהם), והאות (R) משמשת בנוסחאות.

נוסחאות לחישוב מאפייני זרם

בעזרת שלושה כמויות פיזיקליות ניתן לחשב את מאפייני הזרם באמצעות חוק אוהם. זה בא לידי ביטוי בנוסחה:

I = U / R

איפה שאני החוזק הנוכחי, U הוא המתח במעגל, R הוא ההתנגדות.

מהנוסחה אנו רואים כי חוזק הזרם מחושב על ידי חלוקת ערך המתח בערך ההתנגדות. מכאן שיש לנו את החוק:

חוזק הזרם פרופורציונלי ישירות למתח ופרופורציה הפוכה להתנגדות המוליך.

מבחינה מתמטית ניתן לחשב רכיבים אחרים מנוסחה זו.

התנגדות

R = U / I

מתח:

U = I * R

חשוב לציין כי הנוסחה תקפה רק לקטע ספציפי בשרשרת. למעגל שלם וסגור, כמו גם למקרים מיוחדים אחרים, ישנם חוקים אחרים של אוהם.

עלילת וידיאו

השפעת הזרם על חומרים שונים ועל יצורים חיים

אלמנטים כימיים שונים מתנהגים בצורה שונה תחת פעולת הזרם. מוליכי-על מסוימים אינם מתנגדים לאלקטרונים העוברים דרכם, מבלי לגרום לתגובה כימית כלשהי. מתכות עם לחץ מוגזם עבורן יכולות להיהרס, להמיס. דיאלקטרי שאינם עוברים זרם אינם נכנסים אליו כלל לאינטראקציה ובכך מגנים על הסביבה מפניה. תופעה זו משמשת בהצלחה על ידי בני אדם בבידוד חוטים עם גומי.

עבור אורגניזמים חיים, זרם הוא תופעה דו משמעית. הוא מסוגל להשפיע הן לטובה והן להרס. אנשים השתמשו זה מכבר בפריקות מבוקרות למטרות רפואיות: החל מהפרשות אור המעוררות פעילות מוחית ועד לזעזועים חשמליים חזקים שיכולים להפעיל לב עצור ולהחזיר אדם לחיים. פריקה חזקה יכולה להוביל לבעיות בריאותיות חמורות, כוויות, מוות ברקמות ואפילו מוות מיידי. כאשר עובדים עם מכשירים חשמליים, יש להקפיד על תקנות הבטיחות.

בטבע תוכלו למצוא תופעות רבות בהן ממלא תפקיד החשמל על ידי חשמל: מיצורי ים עמוק (רמפות חשמליות) שיכולים לזעזע, לברקים במהלך סופת רעמים. אדם שולט זה מכבר בכוח הטבעי הזה ומשתמש בו במיומנות בזכותו כל האלקטרוניקה המודרנית עובדת.