Sähkövirran virtauksen ymmärtäminen

Supakorn Kaewinta / EyeEm / Getty-kuvat

Useimmille ihmisille sähkö on salaperäinen voima, joka ilmenee jotenkin taianomaisesti, kun käännämme valokytkintä tai kytketään laitteeseen virta. Vaikka sähkön virtauksen taustalla oleva tiede on hyvin monimutkainen, sähkön virtauksen tai virran perusteet on helppo ymmärtää, jos opit joitain keskeisiä termejä ja toimintoja. Se auttaa myös verraamaan sähkön virtausta johtimien läpi veden virtaukseen putkien läpi. Vaikka analogia ei ole täydellinen, monet virtapiirien sähkövirran ominaisuudet ovat samanlaisia ​​kuin vesijohto putkistojärjestelmässä.

• Liikkuvat elektronit

  

  Sharif Tarabay / Getty-kuvat

  Se, mitä kutsumme sähkövirraksi, tapahtuu hiukkasten tasolla johtavan materiaalin atomien keskuudessa - kotitalouspiirissä tämä on kuparijohdotus. Jokaisessa atomissa on kolmen tyyppisiä hiukkasia: neutronit, protonit (joilla on positiivinen sähkömagneettinen varaus) ja elektronit (joissa on negatiivinen varaus). Tärkeä partikkeli on tässä elektroni, koska sillä on ainutlaatuinen ominaisuus, että se pystyy erotumaan atomistaan ​​ja siirtymään viereiseen atomiin. Tämä elektronien virtaus tuottaa sähkövirran - negatiivisesti varautuneiden elektronien hypyt atomista atomiin.

  Kuinka generaattorit toimivat

  Mikä lähettää elektroneja liikkeelle? Fysiikka on monimutkaista, mutta pohjimmiltaan sähkövirtaus piirijohdoissa on mahdollista hyödyllisyysgeneraattorilla (tuulen, veden, atomireaktorin tai fossiilisten polttoaineiden polttamalla turbiinilla). Vuonna 1931 Michael Faraday havaitsi, että sähkövaraukset syntyivät, kun sähköä johtava materiaali (metallilanka) siirretään magneettikentän sisällä. Tämä on pääosa, jolla nykyaikaiset generaattorit toimivat: Turbiinit - riippumatta siitä, laskevatko ne vettä tai ydinreaktorien tuottamaa höyryä - pyörittävät valtavia metallilankakeloja jättiläisten magneettien sisällä aiheuttaen siten sähkövarauksia.

  Tämän positiivisen ja negatiivisen varauksen massiivisen sähkökentän ollessa muodostettu, sähköverkon johtimissa olevat elektronit hyppäävät toimintaan ja alkavat virrata poljinnolla sähkökentän kanssa. Kun käännät valokytkintä tai kytket lampun tai leivänpaahtimen, napautat tosiasiassa suurta hyödyllisyyden laajuista elektronivirtaa, jonka apuohjelmageneraattorit vetävät ja työntävät ja jotka saattavat olla satojen mailien päässä.

  Sähkögeneraattoreita verrataan toisinaan vesipumppuihin - ne eivät luo sähköä (aivan kuten vesipumppu ei luo vettä), mutta tekevät elektronien virtauksen mahdolliseksi.

• Nykyinen = sähkön virtaus

  

  Victor De Schwanberg / Science Photo Library / Getty-kuvat

  Termi virta tarkoittaa yksinkertaista elektronivirtausta piirissä tai sähköjärjestelmässä. Voit myös verrata sähkövirtaa vesiputken läpi virtaavan veden määrään tai tilavuuteen. Sähkövirta mitataan ampeereina tai ampeereina.

  Vaihtovirta vs. tasavirta

  Sähkövirta on kahta tyyppiä: vaihtovirta (AC) ja tasavirta (DC). Teknisesti tasavirta virtaa vain yhteen suuntaan, kun taas vaihtovirta kääntää suuntaa. Arjen mukaan vaihtovirta on generaattorien luoman sähkön muoto, joka käyttää kodin valoja, laitteita ja pistorasioita, kun taas tasavirta on paristojen tarjoama virta. Esimerkiksi taskulamput ovat tasavirtajärjestelmiä, kun taas kotisi pistorasiat käyttävät vaihtovirtajärjestelmää.

  Monet uusiutuvat energialähteet, kuten aurinko- ja tuuligeneraattorit, tuottavat tasavirtaenergiaa, joka muunnetaan vaihtovirtaan kodin käyttöä varten. Auton akku on tasavirtajärjestelmä, jota käytetään moottorin käynnistämiseen, mutta kun moottori on käynnistetty, auton sähköjärjestelmässä on vaihtovirtalaite, joka alkaa luoda vaihtovirtaa eri järjestelmien käyttämiseksi.

• Jännite = paine

  

  Marek Jagoda / EyeEm / Getty-kuvat

  Jännite, joka tunnetaan myös nimellä sähkömoottorivoima , määritellään usein järjestelmän elektronien paineeksi. Sitä voidaan verrata putken vedenpaineeseen. Kodin vakiopiireissä on joko noin 120 volttia (todellinen jännite voi vaihdella välillä 115 - 125 volttia) tai 240 volttia (todellinen alue: 230 - 250 volttia). Suurin osa valaisimista ja pistorasioista syötetään 120 voltin piireillä, kun taas kuivaimet, kattilat ja muut suuret laitteet käyttävät tyypillisesti 240 voltin piirejä.

• Teho = virtausnopeus

  

  Tom Chance / Getty-kuvat

  Termi watti tarkoittaa nopeutta, jolla sähköenergia hajoaa tai kuluu. Kodin sähköjärjestelmän kuluttama kokonaismäärä luetaan kunnallisyhtiön sähkömittarin läpi. Se mitataan kilowattitunneina tai 1 000 wattituntina, ja näin laskutetaan.

  Jokaisen sähkölaitteen, kuten valaisimen tai laitteen, käyttöaste mitataan watteina. Esimerkiksi 100 watin hehkulamppu, joka palaa 10 tuntia, käyttää yhden kilowattitunnin sähköä.

  Amperit, volttia ja wattia esiintyvät matemaattisessa suhteessa toisiinsa, joka ilmaistaan ​​seuraavasti: wattit = volttia x ampeeria

  Jos laitteen nimellisarvo on 120 volttia ja 10 ampeeria, sen käyttö on jopa 1 200 wattia, kun se toimii: 120 volttia x 10 ampeeria = 1 200 wattia.

• Ohms = vastus

  

  Stanley K Patz / Getty-kuvat

  Ohmit ovat sähköä johtavan materiaalin läpi kulkevan elektronivirtauksen resistanssin mittaus. Mitä suurempi vastus, sitä alhaisempi elektronien virtaus. Tämä vastus saa aikaan tietyn määrän lämpöä piirissä. Syynä siihen, että hiustenkuivaaja puhaltaa esimerkiksi kuumaa ilmaa, johtuu sisäisen johdotuksen vastus, joka tuottaa lämpöä. Ja hehkulampun pienten johtimien vastus aiheuttaa sen kuumenemisen ja hehkumisen valolla. Resistanssi voi myös ylikuumentaa jatkojohdon, jos sitä käytetään laitteessa, joka kuluttaa liian paljon virtaa.

  Piirin johdotuksessa liian suuri vastus voi ylikuormittaa piirin ja aiheuttaa sähköisen tulipalon. Koska löysät ruuviliittimet ja korroosio aiheuttavat huonot liitännät ovat todennäköisesti syyllisiä, sähköliitännät tulee tarkistaa säännöllisesti sähköjärjestelmän turvallisuuden varmistamiseksi.