Κατανόηση της ροής ηλεκτρικού ρεύματος στα κυκλώματα

Κινούμενα ηλεκτρόνια

Αυτό που ονομάζουμε ηλεκτρικό ρεύμα εμφανίζεται στο επίπεδο των σωματιδίων μεταξύ των ατόμων ενός αγώγιμου υλικού - σε ένα κύκλωμα οικιακής χρήσης, αυτό είναι η καλωδίωση χαλκού. Σε κάθε άτομο υπάρχουν τρεις τύποι σωματιδίων: νετρόνια, πρωτόνια (που φέρουν θετικό ηλεκτρομαγνητικό φορτίο) και ηλεκτρόνια (τα οποία φέρουν αρνητικό φορτίο). Το σημαντικό σωματίδιο εδώ είναι το ηλεκτρόνιο, δεδομένου ότι έχει το μοναδικό χαρακτηριστικό ότι είναι σε θέση να διαχωριστεί από το άτομο του και να μετακινηθεί σε ένα παρακείμενο άτομο. Αυτή η ροή ηλεκτρονίων είναι αυτό που δημιουργεί ηλεκτρικό ρεύμα - το άλμα των αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων από άτομο σε άτομο.

Πώς λειτουργούν οι γεννήτριες

Τι στέλνει τα ηλεκτρόνια σε κίνηση; Η φυσική είναι περίπλοκη, αλλά στην ουσία, η ηλεκτρική ροή στα καλώδια κυκλώματος καθίσταται δυνατή από μια γεννήτρια κοινής ωφέλειας (στρόβιλος που τροφοδοτείται από αέρα, νερό, ατομικό αντιδραστήρα ή καύσιμα ορυκτά καύσιμα). Το 1931, ο Michael Faraday ανακάλυψε ότι τα ηλεκτρικά φορτία δημιουργήθηκαν όταν ένα υλικό που μεταφέρει ηλεκτρισμό (μεταλλικό σύρμα) κινείται μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο. Αυτή είναι η αρχή με την οποία λειτουργούν οι σύγχρονες γεννήτριες: Οι στρόβιλοι, είτε τροφοδοτούνται από νερό που πέφτει είτε από ατμό που δημιουργείται από πυρηνικούς αντιδραστήρες, περιστρέφουν τεράστια πηνία από μεταλλικό σύρμα μέσα σε γιγάντιους μαγνήτες, προκαλώντας έτσι τη ροή ηλεκτρικών φορτίων.

Με αυτό το τεράστιο ηλεκτρικό πεδίο θετικών και αρνητικών φορτίων, τα ηλεκτρόνια στα καλώδια σε όλο το ηλεκτρικό δίκτυο πηδούν σε δράση και αρχίζουν να ρέουν σε ρυθμό με το ηλεκτρικό πεδίο. Όταν αναποδογυρίζετε έναν διακόπτη φωτός ή συνδέετε μια λάμπα ή φρυγανιέρα, στην πραγματικότητα αγγίζετε μια μεγάλη ροή ηλεκτρονίων που τραβάει και ωθείται από γεννήτριες χρησιμότητας που μπορεί να βρίσκονται εκατοντάδες μίλια μακριά.

Οι ηλεκτρικές γεννήτριες μερικές φορές παρομοιάζονται με αντλίες νερού - δεν δημιουργούν ηλεκτρισμό (όπως μια αντλία νερού δεν δημιουργεί νερό), αλλά καθιστούν δυνατή τη ροή ηλεκτρονίων.

Ρεύμα = ροή ηλεκτρικής ενέργειας

Ο όρος ρεύμα αναφέρεται στην απλή ροή ηλεκτρονίων σε κύκλωμα ή ηλεκτρικό σύστημα. Μπορείτε επίσης να συγκρίνετε το ηλεκτρικό ρεύμα με την ποσότητα ή τον όγκο του νερού που ρέει μέσω ενός σωλήνα νερού. Το ηλεκτρικό ρεύμα μετράται σε ένταση ή ενισχυτή.

AC εναντίον DC

Το ηλεκτρικό ρεύμα υπάρχει σε δύο τύπους: εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) και συνεχές ρεύμα (DC). Τεχνικά, το ρεύμα DC ρέει μόνο προς μία κατεύθυνση, ενώ το ρεύμα AC αντιστρέφει την κατεύθυνση. Σε καθημερινή βάση, το AC είναι η μορφή ηλεκτρικής ενέργειας που δημιουργείται από γεννήτρια που λειτουργεί φώτα, συσκευές και πρίζες στο σπίτι σας, ενώ το DC είναι η μορφή ισχύος που παρέχεται από μπαταρίες. Για παράδειγμα, οι φακοί σας είναι συστήματα DC, ενώ οι πρίζες του σπιτιού σας χρησιμοποιούν σύστημα AC.

Πολλές ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως ηλιακές και αιολικές γεννήτριες, παράγουν ρεύμα DC που μετατρέπεται σε AC για χρήση στο σπίτι. Η μπαταρία ενός αυτοκινήτου είναι ένα σύστημα DC που χρησιμοποιείται για την εκκίνηση του κινητήρα, αλλά μόλις τεθεί σε λειτουργία ο κινητήρας, το ηλεκτρικό σύστημα του αυτοκινήτου διαθέτει εναλλάκτη που αρχίζει να δημιουργεί ρεύμα AC για τη λειτουργία των διαφόρων συστημάτων.

Τάση = πίεση

Η τάση, επίσης γνωστή ως ηλεκτροκινητική δύναμη, ορίζεται συχνά ως η πίεση των ηλεκτρονίων σε ένα σύστημα. Μπορεί να παρομοιαστεί με την πίεση του νερού σε ένα σωλήνα. Τα τυπικά κυκλώματα στο σπίτι σας μεταφέρουν είτε περίπου 120 βολτ (η πραγματική τάση μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ περίπου 115 έως 125 βολτ) ή 240 βολτ (πραγματικό εύρος: 230 έως 250 βολτ). Τα περισσότερα φωτιστικά και πρίζες τροφοδοτούνται από κυκλώματα 120 volt, ενώ τα στεγνωτήρια, οι σειρές και άλλες μεγάλες συσκευές συνήθως χρησιμοποιούν κυκλώματα 240 volt.

Ισχύς = ρυθμός ροής

Ο όρος ισχύς αναφέρεται στον ρυθμό με τον οποίο η ηλεκτρική ενέργεια διασκορπίζεται ή καταναλώνεται. Η συνολική ποσότητα ισχύος που καταναλώνεται από το ηλεκτρικό σύστημα στο σπίτι σας διαβάζεται μέσω του ηλεκτρικού μετρητή της εταιρείας κοινής ωφέλειας. Μετράται σε kilowatt-hour ή 1000 watt-hour, και έτσι χρεώνεστε.

Κάθε ηλεκτρική συσκευή, όπως φωτιστικό ή συσκευή, έχει ρυθμό χρήσης που μετράται σε βατ. Για παράδειγμα, μια καύση λαμπτήρα 100 watt για 10 ώρες χρησιμοποιεί μία κιλοβατώρα ηλεκτρικής ενέργειας.

Τα αμπέρ, τα βολτ και τα βατ υπάρχουν σε μαθηματική σχέση μεταξύ τους, εκφρασμένα ως εξής: Watts = volts x amps

Εάν μια συσκευή έχει ονομαστική ισχύ στα 120 βολτ και 10 αμπέρ, θα χρησιμοποιεί έως και 1200 watt όταν λειτουργεί: 120 βολτ x 10 αμπέρ = 1200 watt.

Ωμ = αντίσταση

Τα ωμ είναι η μέτρηση της αντίστασης στη ροή ηλεκτρονίων μέσω αγώγιμου υλικού. Όσο υψηλότερη είναι η αντίσταση, τόσο χαμηλότερη είναι η ροή των ηλεκτρονίων. Αυτή η αντίσταση προκαλεί μια συγκεκριμένη ποσότητα θερμότητας στο κύκλωμα. Ο λόγος για τον οποίο ένας στεγνωτήρας μαλλιών φυσά ζεστό αέρα, για παράδειγμα, οφείλεται στην αντίσταση στην εσωτερική καλωδίωση, η οποία παράγει θερμότητα. Και είναι η αντίσταση στα μικροσκοπικά καλώδια ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως που την προκαλεί να ζεσταθεί και να λάμψει με φως. Είναι επίσης αντίσταση που μπορεί να υπερθερμανθεί ένα καλώδιο προέκτασης εάν χρησιμοποιείται σε μια συσκευή που τραβάει πολύ ρεύμα.

Στην καλωδίωση κυκλώματος, η υπερβολική αντίσταση μπορεί να υπερφορτώσει ένα κύκλωμα και να προκαλέσει ηλεκτρική πυρκαγιά. Επειδή οι κακές συνδέσεις που προκαλούνται από πράγματα όπως οι χαλαροί ακροδέκτες βίδας και η διάβρωση είναι πιθανά ένοχοι, οι ηλεκτρικές συνδέσεις πρέπει να ελέγχονται τακτικά για να διασφαλίζεται η ασφάλεια σε ένα ηλεκτρικό σύστημα.