49 Yıllık Tecrübesi İle Bir Haberleşme Klasiği...
Elektrik Hakkında

Başlangıç

Elektrik, çevremizde, cep telefonlarımız, bilgisayarlar, ışıklar, lehim ütüleri ve klimalar gibi teknolojiyi güçlendiriyor. Modern dünyamızdan kaçmak zor. Elektrikten kaçmaya çalışsanız bile, gökyüzü fırtınasındaki yıldırımdan vücudumuzdaki sinapslara kadar doğada heryerde var olduğu için bunu başaramayız. Peki tam olarak elektrik nedir? Bu çok karmaşık bir sorudur ve daha derine inip daha fazla soru sormak ile kesin bir cevaplara ulaşmak ta çok zor, yalnızca çevremizle elektrik enerjisinin nasıl etkileşime girdiğine dair soyut temsiller vasıtasıyla bazı şeyler söyleyebiliriz.

Herkese açık alan NOAA yıldırım resmi

Elektrik doğada görülen ve birçok farklı form alan doğal bir fenomendir. Bu yazıda şu anki elektriğe odaklanacağız: elektronik aygıtlarımıza güç sağlayan şeyler. Amacımız, elektriğin bir güç kaynağından teller vasıtasıyla nasıl aktığını, LED'leri aydınlatmanın, elektrik motorlarının nasıl çalıştığını ve iletişim cihazlarımızı güçlendirmek için olan kısmını anlamaktır.

Elektrik kısaca elektrik yükünün akışı olarak tanımlanıyor , ancak basit ifadenin arkasında çok şey var. Yükler nereden geliyor? Onları nasıl harekete geçireceğiz? Nereye taşınıyorlar? Bir elektrik şarjı mekanik harekete neden olur veya ışıkları aydınlatır mı? Çok fazla soru! Elektriğin ne olduğunu açıklamaya başlamak için, madde ve moleküllerin ötesinde, hayatta etkileşime girdiğimiz her şeyi oluşturan atomlara doğru zum yapmamız gerekiyor.

Bu eğitim, fizik, kuvvet , enerji , atomlar ve alanların bazı temel anlayışlarını temel alır Bu fizik kavramlarının her birinin temelini gözden geçireceğiz, ancak diğer kaynaklara danışmak da yardımcı olabilir.

Atomik Olmak

Elektriğin temellerini anlamak için, hayat ve maddenin temel yapı taşlarından biri olan atomlara odaklanarak başlamamız gerekir. Atomlar hidrojen, karbon, oksijen ve bakır gibi kimyasal elementler olarak yüzlerce farklı formda mevcuttur. Birçok türdeki atomlar, fiziksel olarak görüp dokunabildiğimiz maddeyi inşa eden moleküller oluşturmak için birleşebilir.

Atomlar çok küçük , maksimum 300 pikometreden (3x10 -10 veya 0.0000000003 metre) uzanıyor Bir bakır kuruş (eğer gerçekten de% 100 bakırdan yapılmışsa) içinde 3.2x10 22 atom (32.000.000.000.000.000.000.000 atom) bakır olacaktır.

Atom bile elektrikin işleyişini açıklayacak kadar küçük değildir. Bir kat daha dalış yapmalı ve atomların yapı taşlarına bakmalıyız: protonlar, nötronlar ve elektronlar.

Atomların Yapı Taşları

Bir atom üç farklı parçacık kombinasyonu ile oluşturulmuştur: elektronlar, protonlar ve nötronlar. Her atomun merkezi bir çekirdeği bulunur; burada protonlar ve nötronlar sıkı birşekilde bir araya gelmiştir. Çekirdek etrafında dönen bir grup elektron vardır.

Rutherford atom modeli

Çok basit bir atom modeli. Ölçek yapmak değil, atomun nasıl inşa edildiğini anlamak için yararlıdır. Protonların ve nötronların çekirdek çekirdeği, yörüngede bulunan elektronlarla çevrilidir.

Her atomun içinde en az bir proton olmalıdır. Bir atomdaki proton sayısı önemlidir, çünkü atomun hangi kimyasal elementi temsil ettiğini tanımlar. Örneğin, sadece bir proton içeren bir atom hidrojendir, 29 protonlu bir atom bakır ve 94 protonlu bir atom plütonyumdur. Bu proton sayısı, atomun atom numarası olarak adlandırılır .

Protonun çekirdek ortağı olan nötronlar önemli bir amaca hizmet eder; protonları çekirdekte tutarlar ve bir atomun izotopunu belirlerler. Elektriği anlamamız açısından kritik değildir, bu nedenle bu ders için bunları merak etmeyelim.

Elektronlar elektrik çalışmalarında kritiktir (adlarında ortak bir tema olduğuna dikkat edin?) En dengeli ve dengeli halde bir atom, protonlar ile aynı sayıda elektrona sahip olacaktır. Gibi Bohr atom modeline altında, 29 protonları (o bir bakır atomunu yapma) sahip bir çekirdeği elektron eşit sayıda ile çevrilidir.

Bakır Bohr modeli

Atomlar konusundaki anlayışımız geliştikçe, onları modellemek için yöntemimiz de vardır. Bohr modeli, elektriği keşfettiğimiz için çok yararlı bir atom modeli.

Atomun elektronları, sonsuza dek atoma bağlı değildir. Atomun dış yörüngesindeki elektronlara değerlik elektronları denir. Yeterli dış kuvvetle, bir değerlik elektron atomun yörüngesinden kaçabilir ve özgürleşebilir. Serbest elektronlar , şarj hareket etmemize izin veriyor, elektrik budur. Suçtan bahsetmişken ...

Akan Yükler

Bu dersin başında belirttiğimiz gibi, elektrik, elektrik yükünün akışı olarak tanımlanır. Yükleme , maddenin bir özelliği, tıpkı kütle, hacim veya yoğunluk gibi. Ölçülebilir. Bir şeylerin ne kadar kütlesi olduğunu ölçebildiğiniz gibi, ne kadar şarj olduğunu da ölçebilirsiniz. Yüklü kilit kavram, iki tipte gelebileceğidir: pozitif (+) veya negatif (-) .

Yükü taşımak için yük taşıyıcıya ihtiyacımız var ve atomik parçacıklara, yani özellikle elektronlara ve protonlara ilişkin bilgimizin kullanışlı olduğu yer. Elektronlar daima negatif bir yük taşırken, protonlar daima pozitif yüklüdürler. Nötronlar (kendi adlarına) nötrdürler, hiçbir yükü yoktur. Hem elektron hem de protonlar aynı miktarda şarj taşır , sadece farklı bir türe sahiptir.

Parçacık yükleri ile lityum atomu etiketli

Yükleri etiketli bir lityum atomu (3 proton) modeli.

Elektron ve protonların yükü önemlidir, çünkü onlara bir kuvvet uygulamak için araçlar sağlar. Elektrostatik kuvvet!

Elektrostatik kuvvet

Elektrostatik kuvvet ( Coulomb yasası olarak da bilinir ) yükler arasında çalışan bir kuvvettir. Aynı türdeki suçlamaların birbirini ittiği belirtilirken, karşıt tip suçlamalar birlikte çekilmektedir. Karşıtlar çeker ve itmeyi sever .

Ücretler çeker / iter

Miktarı iki suçlamasıyla etki eden kuvvetin birbirlerinden ne kadar uzak bağlıdır. İki şarja ne kadar yakın gelirse, kuvvet (ya birlikte itme ya da çekme) olur.

Elektrostatik kuvvet sayesinde elektronlar diğer elektronları itip protonlara çekişirler. Bu kuvvet, atomları bir arada tutan "tutkal" ın bir parçasıdır, ancak aynı zamanda elektronları (ve yüklemeleri) akıtmamız için gereken araçtır!

Yüklenmiş Akışı Oluşturma

Artık yükleri karşılayacak tüm araçlar var. Elektronlar atomu bizim olarak hareket edebilir ve bu yük taşıyıcı , her elektron negatif bir yük taşıyan, çünkü. Bir elektronu bir atomdan kurtarabilir ve onu harekete geçirirsek, elektrik üretebiliriz.

Yük akışı için tercih edilen elemental kaynaklardan birisi olan bir bakır atomunun atom modelini düşünün. Dengeli durumda, bakırın çekirdeğinde 29 proton vardır ve çevresinde eşit sayıda elektron bulunur. Elektronlar, atomun çekirdeğinden farklı mesafelerde yörüngede dolaşıyorlar. Çekirdeğe daha yakın elektronlar, merkeze uzak yörüngelerden daha güçlü bir cazibe hissederler. Bir atomun en dıştaki elektronlarına değerlik elektronları denir , bunlar bir atomdan kurtulmak için en az kuvvet gerektirirler.

Valans elektronlu etiketli bakır atom

Bu bir bakır atom diyagramı: çekirdeğinde 29 proton, çevreleyen elektronların bantları ile çevrili. Nükleusa daha yakın elektronlar kaldırmak zordur, ancak valans (dış halka) elektronu atomdan atılmak için nispeten az enerji gerektirir.

Valans elektronuna yeterince elektrostatik kuvvet uygulayarak -veya- onu başka bir negatif yük ile itmek ya da pozitif bir yükle çekmek-elektronu, atom etrafındaki yörüngedeki boşluğu dışarı atarak serbest elektron oluşturabiliriz.

Şimdi bakır tel düşünün: Sayısız bakır atomu ile dolu madde. Bizim gibi serbest elektron atomları arasında bir boşlukta yüzüyor, bu çekti ve o alanda yükleri çevreleyen tarafından dürtülüyor oluyor. Bu kaosda, serbest elektron sonunda yeni bir atom bulur; Bunu yaparken, o elektronun negatif yükü, atomdan başka bir değerlik elektron çıkarır. Artık yeni bir elektron, aynı şeyi yapmak isteyen boş alana doğru sürükleniyor. Bu zincir etkisi, elektrik akımı denilen bir elektron akışı yaratmaya devam edebilir .

Basit elektron akışı

Akım yapmak için atomlardan akan yüklerin çok basitleştirilmiş bir modeli.

İletkenlik

Bazı temel atom türleri elektronlarını serbest bırakmada diğerlerinden daha iyidir. Mümkün olan en iyi elektron akışını elde etmek için, değerlik elektronlarına sıkı sıkıya tutunmayan atomları kullanmak istiyoruz. Bir elementin iletkenliği bir elektronun bir atoma ne kadar sıkı bağlı olduğunu ölçer.

Çok mobil elektrona sahip yüksek iletkenliğe sahip elemanlar, adlandırılır iletkenler . Bunlar, elektron akışına yardımcı olan teller ve diğer bileşenleri yapmak için kullanmak istediğimiz malzeme türleri. Bakır, gümüş ve altın gibi metaller genellikle iyi iletkenler için en iyi seçeneklerimizdir.

Düşük iletkenliğe sahip elementlere izolatörler denir İzolatörler çok önemli bir amaca hizmet eder: elektron akışını engellerler. Popüler izolatörler cam, kauçuk, plastik ve hava içerir.

Statik veya Mevcut Elektrik

Daha da ileri gitmeden önce, elektrikin alabileceği iki form tartışalım: statik veya akım. Elektronikle çalışırken mevcut elektrik çok daha yaygın olacaktır, ancak statik elektriğin de anlaşılması önemlidir.

Statik elektrik

Bir izolatörle ayrılmış cisimler üzerine karşı yüklerin birikmesi durumunda statik elektrik oluşur. Statik ("dinlenme halindeymiş gibi") elektrik iki grup karşı karşıya kalanlar birbirlerini aralarından sistemi dengelemek için bir yol bulana kadar var olurlar.

Statik elektrik örneği

Yükler eşitleme vasıtasını bulduklarında statik boşalma meydana gelir. Elektronların cazibesi o kadar büyük olur ki en iyi yalıtkanlardan (hava, cam, plastik, kauçuk vb.) Akabilirler. Statik deşarjlar, şarjların hangi ortamdan geçtiği ve hangi yüzeylerin aktarıldığına bağlı olarak zararlı olabilir. Hava boşluğu boyunca dengelenen yükler, hareket eden elektronların havadaki elektronlarla çarpışmasıyla görünür bir şoka neden olabilir; bu da heyecanlı hale gelir ve ışık şeklinde enerji açığa çıkarır.

Kıvılcım aralıklı ateşleyici statik şok

Kıvılcım aralıklı ateşleyiciler kontrollü bir statik deşarj oluşturmak için kullanılır. Karşıt yükler, iletkenlerinin her biri üzerinde cazibe olana kadar büyük yükler oluşturur, bu nedenle havaya büyük yükler akabilir.

Statik deşarjın en çarpıcı örneklerinden biri yıldırımdır . Bir bulut sistemi ya başka bir bulut grubuna ya da yeryüzüne zemin hazırlarken suçlamalar eşitlenir. Bulut deşarjların, pozitif (ya da bazen negatif) bizim aşina konum görünür etkiye neden bulut yerden hava yoluyla çalıştırmak suçlamaların büyük miktarlarda gibi.

Saçımızı ayağa kalkmak için balonları ovuşturduğumuzda veya bulanık terliklerle yerinde karıştırdığımızda ve aile kedisini şok ederken (elbette yanlışlıkla) statik elektrik de tanıdık geliyor Her durumda, farklı materyal türlerine sürtünme sürtünmeleri elektronları transfer eder. Elektronları kaybeden nesne pozitif yüklü olurken, elektron kazanılan nesne negatif yüklü olur. Eşitlenmesi için bir yol bulana kadar iki nesne birbirine çekilir.

Elektronikle çalışırken, genellikle statik elektriği ele almak zorunda değiliz. Yaptığımızda, genellikle hassas elektronik bileşenlerin statik deşarjdan korunmasını sağlamaya çalışıyoruz. Statik elektriğe karşı önleyici tedbirler arasında, ESD (elektrostatik deşarj) bilek kayışlarının takılması ya da devrelerin çok yüksek şarjlara karşı korunması için özel bileşenler eklenmesi sayılabilir.

Mevcut Elektrik

Şu anki elektrik, tüm elektronik aygıtlarımızı mümkün kılan elektrik biçimidir. Bu elektrik biçimi, elektronlar sürekli olarak aktığı zaman ortaya çıkar elektronların toplandığı ve dinlendiği statik elektriğe karşıt olarak, mevcut elektrik dinamiktir, elektronlar daima hareket halindedir. Öğretimin geri kalanında bu elektrik biçimine odaklanacağız.

devreler

Akım sağlamak için mevcut elektrik bir devre gerektirir : kapalı, bitmeyen bir iletken malzeme ilmiği. Bir devre uçtan uca bağlanmış bir iletken tel kadar basit olabilir, ancak kullanışlı devreler genelde elektrik akışını kontrol eden bir tel karışımı ve diğer bileşenleri içerir. Devrelerin yapılmasında tek kural, yalıtım boşluklarına sahip olamazlar .

Bakır atomlarla dolu bir teliniz varsa ve bunun üzerinden elektron akışı oluşturmak istiyorsanız, tüm serbest elektronların bir yerde aynı genel yönde akması gerekir. Bakır, şarj akışını sağlamak için mükemmel mükemmel bir iletkendir. Bir bakır tel devresi kırılırsa, yükler havaya akamaz ve bu da herhangi bir yere gidişin herhangi bir yere gitmesini engeller.

Öte yandan, tel uçtan uca bağlıysa, elektronların hepsinin komşu bir atomu vardır ve hepsi aynı genel yönde akabilir.


Artık anlıyoruz nasıl elektronlar akabilir, ama nasıl onları ilk etapta akan alabilirim? Sonra, elektronlar aktığında, ampulleri veya motorları döndürmek için gereken enerjiyi nasıl üretirler? Bunun için, elektrik alanlarını anlamamız gerekir.

Elektrik alanları

Elektrik yaratmak için elektronların madde boyunca nasıl aktığına dair bir ele var. Elektrik için gereken her şey bu. Şey, hemen hemen hepsi. Şimdi elektron akışını tetiklemek için bir kaynağa ihtiyacımız var. Genellikle bu elektron akışı kaynağı bir elektrik alanından gelecektir.

Tarla nedir?

Bir alan , gözlemlenebilir bir temas içermeyen fiziksel etkileşimleri modellemek için kullandığımız bir araçtır Alanlar, fiziksel görünümü olmadığı için görülemez, ancak sahip oldukları etki çok gerçektir.

Hepimiz bilinçaltı olarak özellikle bir alanla aşina: Dünya'nın yerçekimi alanı , diğer organları çeken muazzam bir vücudun etkisi. Dünyanın yerçekimsel alanı, tümünün gezegenin merkezine işaret eden bir dizi vektörle modellenebilir; Yüzeyde olduğunuza bakılmaksızın, sizi kuvvetin kendisine doğru iterek hissedeceksiniz.

Yerçekimi alanı

Alanların gücü veya yoğunluğu, alanın her noktasında aynı değildir. Sahanın kaynağından ne kadar uzaklaşırsanız, alanın etkisi o kadar az olur. Gezegenin merkezinden uzaklaştıkça, yerçekiminin alanının büyüklüğü azalır.

Elektrik alanlarını keşfetmeye devam ederken, özellikle yerçekimi alanının nasıl çalıştığını hatırlayın, her iki alan birçok benzerliği paylaşır. Yerçekimsel alanlar kütle nesnelerine bir kuvvet uyguluyor ve elektrik alanlar yük nesnelerine bir kuvvet uyguluyor.

Elektrik alanları

Elektrik alanları (e-alanlar), elektriğin nasıl başladığını ve akmaya devam ettiğini anlamada önemli bir araçtır. Elektrik alanları , yükler arasındaki boşluktaki çekme veya itme kuvvetini tanımlar . Dünyanın yer çekimi alanıyla karşılaştırıldığında, elektrik alanlarının önemli bir farkı vardır: Dünyanın alanı genellikle diğer kütlesi nesneleri yalnızca çekerken (her şey çok daha az büyük olduğu için), elektrik alanlar şarjları onları çektiği kadar uzaklaştırır.

Elektrik alanlarının yönü her zaman, pozitif bir test yükünün sahaya düşürüldüğü takdirde hareket edecek yönü olarak tanımlanır Test yükü, alanın etkilenmesini önlemek için son derece küçük olmalıdır.

Yalnız pozitif ve negatif yükler için elektrik alanları oluşturarak başlayabiliriz. Negatif bir şarjın yakınında pozitif bir test şarjı düşürdüyseniz, test şarjı negatif şarja doğru çekilir Yani, tek bir negatif yük için, elektrik alanımızı , her yönde içe doğru bakan oklarını çizelim Aynı test şarjının başka bir pozitif şarjın altına düşmesi dışarıya doğru itme ile sonuçlanacak ve bu da pozitif şarjdan çıkan okları çizdiğimiz anlamına geliyor .

Tek şarjlı elektrik alanları

Tek yüklerin elektrik alanları. Negatif bir şarjın içe doğru bir elektrik alanı vardır çünkü pozitif yükleri çeker. Pozitif yük, dışarıya doğru bir elektrik alanına sahiptir ve yükler gibi uzaklaşır.

Daha komple elektrik alanları oluşturmak için elektrik yükleri grupları birleştirilebilir.

Daha büyük e-alan

Yukarıdaki üniforma e-alanı, pozitif yüklerden negatiflere doğru uzaklaşıyor. E-alana düşen küçük bir pozitif test şarjını düşünün; okların yönünü takip etmelidir. Gördüğümüz gibi, elektrik, genellikle elektrik alanlarına karşı akan elektron-negatif yüklerin akışını içerir .

Elektrik alanları bize akımı tetiklemek için gereken itme kuvvetini sağlar. Bir devredeki bir elektrik alanı bir elektron pompası gibidir: elektronları ilerletebilen büyük bir negatif yük kaynağı, devre boyunca pozitif yük masrafına doğru akacaktır.

Elektrik Potansiyeli (Enerji)

Devrelerimize, cihazlarımıza ve aygıtlarımıza güç sağlamak için elektriği kullandığımızda enerjiyi gerçekten dönüştürüyoruz. Elektronik devreler enerji depolayabilmelidir ve ısı, ışık veya hareket gibi diğer formlara aktarabilmelidir. Bir devrenin depolanan enerjisine elektrik potensiyeli enerjisi denir.

Enerji? Potansiyel enerji?

Potansiyel enerjiyi anlamak için genel olarak enerjiyi anlamamız gerekir. Enerji, bir cismin başka bir cisim üzerinde çalışabilme yeteneği olarak tanımlanır; bu , cismin bir miktar uzaklaşması demektir. Enerji birçok biçimde gelir; bazıları (mekanik gibi) ve yapamayacağımız diğerleri (kimyasal veya elektrik gibi). Ne biçim olursa olsun, enerji iki halden birinde bulunur : kinetik veya potansiyel.

An object has kinetic energy when it’s in motion. The amount of kinetic energy an object has depends on its mass and speed. Potential energy, on the other hand, is a stored energy when an object is at rest. It describes how much work the object could do if set into motion. It’s an energy we can generally control. When an object is set into motion, its potential energy transforms into kinetic energy.

Yerçekimi potensiyel enerjisi

Yerçekimine bir örnek olarak geri dönelim. Khalifa kulesinin tepesinde hareketsiz duran bir bowling topu , potansiyel (depolanmış) enerjiye sahiptir. Düştüğü zaman, çekim alanı tarafından top çekildi-yere doğru ivme kazanıyor. Top hızlandığında potansiyel enerji kinetik enerjiye (hareket enerjisi) dönüştürülür. Sonunda topun enerjisinin tümü potansiyelden kinetik hale dönüştürülür ve sonra vurur her neyse geçer. Top yere geldiğinde, potansiyel enerjisi çok düşüktür.

Elektrik Potansiyel Enerji

Tıpkı bir yerçekimi alanındaki kütleçekim potensiyel enerjisi vardır, bir elektrik alanındaki yükler bir elektrik potensiyeline sahiptir . Bir şarjın elektrik potansiyel enerjisi, bir elektrostatik güçle harekete geçirildiğinde, enerjinin kinetik olabileceği ve şarjın işe yarayabileceği depolanan enerjisini tanımlar.

Bir kulenin tepesinde oturan bir bowling topu gibi, başka bir pozitif yüke yakın bir pozitif yük, yüksek bir potansiyel enerjiye sahiptir; Hareket etmek için özgür bıraktıysa, yük, benzer yükten uzaklaşırdı. Negatif bir şarjın yakınına yerleştirilen pozitif bir test şarjı, yerdeki bowling topuna benzeyen düşük potansiyel enerjiye sahip olur.

Bir alanda potansiyel enerji

Potansiyel enerjiye sahip bir şeyi yerleştirmek için, bir mesafe boyunca hareket ettirerek  yapmak zorundayız Bowling topu söz konusu olduğunda, çalışma, yerçekimine karşı, 163 kat yukarıya çıkarmadan gelir. Benzer şekilde, bir elektrik alanının oklarına karşı pozitif bir yük (başka bir pozitif yüke doğru veya negatif yükten uzaklaşmak) itmek için iş yapılmalıdır. Saha giderek artar, ne kadar çok iş yaparsanız yapın. Eğer negatif bir yük çekmeye çalışırsanız Aynı şekilde, uzak bir pozitif yüke-karşı bir elektrik dan alanına-sen işi yapmak zorundayız.

Elektrik alanındaki herhangi bir yük için elektrik potansiyel enerjisi, türüne (pozitif veya negatif), şarj miktarına ve sahadaki konumuna bağlıdır. Elektrik potensiyel enerjisi, joule ( J ) birimiyle ölçülür .

Elektrik potansiyeli

Elektrik potansiyeli, elektrik alanlarında ne kadar enerjinin depolandığını tanımlamaya yardımcı olmak için elektrik potansiyel enerjisine dayanır Elektrik alanlarının davranışını modellememize yardımcı olan başka bir konsepttir. Elektrik potansiyeli, elektrik potansiyel enerjisi ile aynı değildir !

Bir elektrik alanındaki herhangi bir noktada elektrik potansiyeli, elektrik potansiyel enerjisinin bu noktadaki yük miktarına bölünmesiyle elde edilen miktardır . Denklemin dışına çıkan şarj miktarını alır ve bize, elektrik alanının ne kadar potansiyel enerji alanının sağlayabileceği konusunda fikir verir. Elektrik potansiyeli , bir volt (V) olarak tanımladığımız coulomb ( J / C ) joule birimi cinsinden gelir .

Herhangi bir elektrik alanında iki önemli elektrik potansiyeli vardır ki bunlar bizim için çok önemlidir. Yüksek bir potansiyel var, burada pozitif bir şarj olası en yüksek potansiyel enerjiye sahip olacak ve potansiyel bir enerjinin mümkün olan en düşük potansiyel enerjiye sahip olduğu düşük bir potansiyel noktası var.

Elektriği değerlendirirken tartıştığımız en yaygın terimlerden biri voltajdır . Bir voltaj, bir elektrik alanındaki iki nokta arasındaki potansiyel farktır. Voltaj bize bir elektrik alanının ne kadar itme kuvvetine sahip olduğuna dair bir fikir verir.


Kemerimizin altındaki potansiyel ve potansiyel enerji ile, mevcut elektrik üretmek için gerekli tüm maddelere sahibiz. Haydi Yapalım şunu!

Eylem Elektrik!

Parça fiziği, saha teorisi ve potansiyel enerji üzerinde çalıştıktan sonra, artık elektrik akışı yapacak kadar çok şey biliyoruz. Devre yapalım!

Önce, elektrik üretmemiz gereken malzemeleri gözden geçireceğiz:

  • Elektrik tanımı , şarj akışıdır . Genellikle yüklerimiz, serbestçe akan elektronlar tarafından taşınacaktır.
  • Negatif yüklü elektronlar gevşek olarak iletken malzemelerin atomlarına tutulur. Az miktarda itilme ile, elektronları atomlardan serbest bırakabilir ve onları genel olarak tek yönlü bir akışa sokabiliriz.
  • Kapalı bir iletken malzeme devresi , elektronların sürekli olarak akması için bir yol sağlar.
  • Sıyarmalar bir elektrik alanı tarafından tahrik edilir Elektronları düşük potansiyel enerjiden daha yüksek potansiyel enerjiye iten bir elektrik potansiyeline (voltaj) ihtiyacımız var.

Kısa Devre

Piller, kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren ortak enerji kaynaklarıdır. Devrenin geri kalanına bağlanan iki terminalleri var. Bir terminalde, negatif yüklerin fazlalığı var, diğer taraftan pozitif yüklerin hepsi birleşiyor. Bu, yalnızca harekete geçmeyi bekleyen bir elektrik potansiyeli farkı!

Ücretli pil

İletken bakır atomlarla dolu telimizi pile bağlarsak, bu elektrik alanı bakır atomlarındaki negatif yüklü serbest elektronları etkileyecektir. Aynı anda negatif terminal tarafından itilen ve pozitif terminal tarafından çekilen, bakırdaki elektronlar atomdan atoma doğru hareket ederek elektrik olarak bildiğimiz şarj akışını yaratacaktır.

Akü kısa devresi

Akımın bir saniyesinden sonra, elektronlar aslında santimetrelik çok küçük fraksiyonlar taşıyorlardı. Bununla birlikte, akımın ürettiği enerji büyüktür , özellikle bu devrede akışı yavaşlatacak veya enerjiyi tüketen hiçbir şey yoktur. Saf bir iletkeni doğrudan bir enerji kaynağına bağlamak kötü bir fikirdir . Enerji sistemi üzerinden çok hızlı bir şekilde hareket eder ve telde erime teline veya ateşe dönüşebilecek şekilde ısıya dönüşür.

Işık Ampulü Aydınlatmak

Tüm enerjisini boşa harcamak yerine bataryayı ve telin tahrip edilmesinden bahsetmiyorum, işe yarayan bir devre kuralım! Genellikle bir elektrik devresi, elektrik enerjisini başka bir forma (ışık, ısı, hareket vb.) Aktarır. Kabloya bir ampul bağlarsak, basit ve işlevsel bir devreye sahip oluruz.

Ampul animasyonu

Şematik: Bir ampul (sol) bir ampule (sağ) bağlarken, devre anahtar (üst) kapandığında tamamlanır. Devre kapalıyken, elektronlar pilin negatif ucundan ampul vasıtasıyla pozitif terminale itilebilir.

Elektronlar salyangoz hızında hareket ederken, elektrik alanı tüm devreyi neredeyse anında etkiler (ışığın hızlı bir şekilde konuştuğunu söyleriz). Devredeki elektronlar, en düşük potansiyelte, en yüksek potansiyelde veya ampulün hemen yanında elektrik alanından etkilenirler. Anahtar kapandığında ve elektronlar elektrik alanına maruz kaldığında, devredeki tüm elektronlar görünüşte aynı anda akmaya başlıyorlar. Ampule en yakın olan yükler devre boyunca bir adım ilerleyerek enerjiyi elektrikten ışığa (veya ısıya) dönüştürmeye başlar.