Що таке напруга в електричних ланцюгах

Всі ми знаємо, що для того, щоб включити світло, необхідно натиснути на поворотну клавішу вимикача, клацнути ім. Клацання - і лампа спалахує, освітлюючи все навколо. Зазвичай мало хто замислюється про процеси, що відбуваються в ці моменти. Насправді ж багато дослідників присвятили роки на те, щоб розібратися, що таке напруга і струм.

З аналогією з рідинами сенс слова «ток» відомий всім - це спрямований рух, потік. Стосовно до електрики, він являє собою впорядкований рух негативно і позитивно заряджених частинок. Важливо враховувати, що мова йде не тільки про електрони, а й про атоми, їх втратили. Заряд електрона негативний, а ось у іонів (згаданих атомів) - позитивний. Зрозуміти, що таке напруга, допоможе наступний приклад.

Уявімо собі найпростішу схему: лампа розжарювання, вимикач, підключений в розрив одного з двох підведених проводів, і джерело живлення. Щоб лампа загорілася, необхідно, насамперед, розбиратися, що таке напруга і в чому відмінність природного руху часток і примусового.

Метал дроти складається з атомів, в яких постійно відбувається природний рух електронів. Однак про струмі в даному випадку мова не йде, тому що має місце невпорядковане (хаотичне, ненаправленої) їх переміщення. Частинки «змушує» зміщуватися в потрібному напрямку електричне поле. Його джерелом можуть служити генератори на електростанціях, хімічні елементи та ін. Між силою струму і полем, його викликають, існує пряма залежність: зі зростанням величини електричного поля збільшується і струм.

Взагалі, сила струму - це кількість елементарних частинок, «пройшли» через провідник за одиницю часу. Сумарний заряд встигли пройти електронів вимірюється в кулонах. Звідси одиницею сили струму, ампер, є заряд в 1 кулон, що пройшов через провідник за 1 секунду.

Однак без розуміння того, що таке напруга, неможливо визначити чисельну залежність струму від електричного поля. Фактично, поле являє собою силу, яка змушує кожен електрон (або кулон) рухатися в потрібному напрямку. Однак так як значення поля розрізняється в кожній точці провідника, було прийнято його характеризувати роботою по переміщенню заряду, а не абстрактної силою.

Отже, напруга - це різниця потенціалів на протилежних кінцях провідника, підключеного до джерела ЕРС. Напруга вимірюється в вольтах. Для цього служить спеціальний прилад - вольтметр. Він підключається паралельно навантаженню: для вищевказаного прикладу два щупа вольтметра з'єднуються з відповідними двома контактами лампи. Це дозволяє виміряти напруженість поля між цими точками.

Для спрощення розуміння можна уявити саме «поведінку» заряджених частинок в провіднику. Електрон, як уже зазначалося, має негативним зарядом, отже, притягається до частинок з протилежним знаком заряду. Чим вище концентрація іонів у якого-небудь полюса, тим більше вільних електронів в провіднику (адже вони - частина атомів). Ця різниця між співвідношенням «-» і «+» є напругою.

Поле (напруга) генерують на електростанціях. Виходячи із закону електромагнітної індукції, в провіднику, що перетинає лінії напруженості магнітного поля, виникає електрорушійна сила. Досить підключити навантаження і створити ланцюг, як з'явиться напруга. У генераторах зовнішня сила (вода, пара, вітер) обертає електромагніт, який своїм полем наводить в обмотках ЕРС. Кожна обмотка формує фазу. Найбільшого поширення набуло трифазну напругу. Для його створення в генераторі присутні відразу три обмотки, розміщені певним чином (відстаючі один від одного на 120 градусів).