Електричното напрежение (енергия на зарядите) и електродвижещото напрежение
(енергия на източника) се отнасят до различни концепции (разбирания, обяснения) в електротехниката.
Електричното напрежение е разликата в потенциала между две точки във веригата,
докато електродвижещото напрежение е способността на източник да "бута" зарядите по веригата.
В този урок ще разгледаме някои видове източници на напрежение и
тяхното свързване в електрически вериги.
1. Източници на напрежение
Вече знаем, че в затворена верига с източник и консуматор тече електричен ток.
Електроните се движат по веригата от отрицателния към положителния полюс на източника. Вътре
в източника действат сили който са по-големи от електричните и те карат зарядите да се
натрупват върху отрицателния полюс.
Тези сили в източниците могат да бъдат създадени от химични или биологични процеси,
от светлина, от вятър, вода и други механични действия.
Напрежението на източниците се отбелязва пак с U и се измерва също във волтове,
като се използват познатите вече уреди - волтметри.
2. Електрически генератори
Съществуват различни типове генератори, които се различават по начина, по който генерират
напрежението и по приложенията, за които са предназначени.
Електрическият генератор най-често представлява въртяща се електрическа машина,
състояща се от два главни компонента: неподвижна част – статор и подвижна или въртяща се част – ротор.
Роторът е задвижван от двигател, който може да бъде парна,
водна или друга турбина (турбогенератор), двигател с вътрешно горене, вятърна турбина и т.н.
Преди да бъде открита връзката между магнетизма и електричеството, генераторите се основават
на електростатични принципи (електростатична индукция). Електростатичните генератори са неефективни
при нужда от голяма мощност и са полезни само за приложения, изискващи изправено високо напрежение,
създаване на електрически полета и научни експерименти.
Динамото е първият електрически генератор, способен да произвежда електрическа енергия
за индустриални нужди, и все още е най-важният генератор в употреба през 21 век.
Динамото използва принципите на електромагнетизма, за да преобразува механичното
въртене в променлив електрически ток. Първото динамо, основаващо се на Фарадеевия принцип,
е построено през 1832 от Хиполит Пиксии, френски производител на инструменти.
То използвало постоянен магнит, въртян от манивела. Въртящият магнит е така разположен,
че неговият северен и южен полюс да минават до парче желязо, обвито с проводник.
Пиксии открива, че въртящият се магнит произвежда токов импулс в проводника всеки път,
когато полюс минава покрай намотката. Още повече, южният и северният полюс на
магнита индуцират токове с противоположни посоки. Чрез прибавяне на комутатор
Пиксии е в състояние да преобразува променливия ток в постоянен.
Всеки правотоков
електродвигател с колектор и статор с постоянен магнит може да работи като динамо,
когато бъде въртяна оста му от външна сила. Макар и често използваният в автомобилите
генератор да се нарича динамо или алтернатор, той всъщност е трифазен генератор с
електрическо подмагнитване на ротора и с трифазен токоизправител на изхода.
Важно е да се уточни, че генераторът поражда електрически ток при включване в
електрическа верига, а не просто електрически заряд, запасен в намотката.
Това може да се сравни с водна помпа, която задвижва поток от вода, но не произвежда самата вода.
Работата на генератора започва с двигателя. Когато двигателят работи,
той преобразува енергията в механична енергия.
Тази механична енергия след това завърта електромагнит вътре в статора,
който е компонент с желязна сърцевина с медни жици, навити на намотки около него.
Въртеливото движение създава напрежение в магнитното поле между статора и ротора.
Това се нарича електромагнитна индукция. Когато статорът е свързан към консуматор
се предизвиква протичането на ток.
През 1831 – 1832 Майкъл Фарадей открива, че вследствие на движението на проводник
в магнитно поле в посока, перпендикулярна на силовите линии на магнитното поле,
се генерира потенциална разлика между краищата на проводника (виж електромагнитна индукция).
Фарадей изобретява първия електромагнитен генератор, наречен Фарадеев диск (определен вид
еднополюсен генератор, използващ меден диск, въртящ се между полюсите на подковообразен магнит).
Той произвеждал постоянен ток с малки стойности.
Отчитаме напрежението в крайщата на консуматора и тока през него.
При напрежение 0.5 V, амперметърът показва ток 0.05 А.
Увеличаваме напрежението и отчитаме отново големината на тока.
Данните ги нанасяме в таблица.
Така и с много други опити и материали, немският физик
Георг Ом
достига до извода, че:
Отнощението от напрежение и ток е характерна величина за даден проводник
и го нарича електрично съпротивление.
3. Формула и единица за съпротивление
Съпротивлението се означава с буквата
R (чете се "ер").
По определение:
Единицата за електрично съпротивление
се нарича
ом
и се бележи с гръцката буква
Ω (омега).
Тъй като отношението от напрежение и ток е малко, в практиката се използват и
по-големи кратни единици: 1 kΩ = 1000 Ω и 1 MΩ = 1000000 Ω .
Съпротивлението не зависи от приложеното напрежение и от тока, който протича през проводника.
То зависи от вида на материала (така нареченото - специфично съпротивление), от дължината на
проводника, температурата и от напречното му сечение. Повече подробности ще научите в горните класове.
Електрическото съпротивление можем да измерим с уред наречен
омметър.
В електрическите вериги се използват два вида проводници - съединителни и съпротивителни.
Съединителните проводници се изработват от материали с малко съпротивление като мед и
алуминий. При решаването на задачи съпротивлението на съединителните проводници се пренебрегва.
Съпротивителните съпротивления са направени от сплави с голямо съпротивление и се използват в
нагревателните електроуреди. Други са направени с точно определено съпротивление и
се наричат
резистори. Те осигуряват необходимите ток и напрежение.
Резисторите се означават със схемния знак за консуматор.