Förstå elektrisk strömflöde i kretsar
För de flesta är elektricitet en mystisk kraft som på något sätt uppträder magiskt när vi slår på en ljusbrytare eller ansluter en apparat. Ändå, medan vetenskapen bakom strömmen av elektricitet är mycket komplex, är grunderna för elflöde, eller ström lätt att förstå om du lär dig några nyckeltermer och funktioner. Det hjälper också till att jämföra flödet av el genom ledningar med flödet av vatten genom rören. Även om analogin inte är perfekt, liknar många egenskaper hos det elektriska flödet i kretstrådarna flödet av vatten i ett rörsystem.
- 01
Rörliga elektroner
Det vi kallar elektrisk ström inträffar på partikelnivån bland atomerna i ett ledande material - i en hushållskrets, detta är kopparkabeln. I varje atom finns tre typer av partiklar: neutroner, protoner (som har en positiv elektromagnetisk laddning) och elektroner (som har en negativ laddning). Den viktiga partikeln här är elektronen, eftersom den har den unika egenskapen att kunna separera från sin atom och flytta till en intilliggande atom. Detta elektronflöde är det som skapar elektrisk ström - hoppet av negativt laddade elektroner från atom till atom.
Hur generatorer fungerar
Vad skickar elektronerna i rörelse? Fysiken är komplicerad, men i huvudsak möjliggörs ett elektriskt flöde i kretstrådar genom en elgenerator (en turbin som drivs av vind, vatten, en atomreaktor eller brinnande fossila bränslen). 1931 upptäckte Michael Faraday att elektriska laddningar skapades när ett material som leder elektricitet (metalltråd) flyttas inom ett magnetfält. Detta är det princip som moderna generatorer arbetar med: Turbinerna - oavsett om de drivs av fallande vatten eller ånga som skapas av kärnreaktorer - roterar stora spolar av metalltråd inuti jättemagneter, vilket får elektriska laddningar att strömma.
Med detta massiva elektriska fält med positiva och negativa laddningar etablerade hoppar elektronerna i ledningarna i kraftnätet till handling och börjar flyta i kadens med det elektriska fältet. När du vänder på en ljusbrytare eller kopplar in en lampa eller brödrost, tappar du faktiskt in i ett stort strömflöde av elektroner som dras och skjuts av elgeneratorer som kan vara hundratals mil bort.
Elektriska generatorer jämförs ibland med vattenpumpar - de skapar inte elektricitet (precis som en vattenpump skapar inte vatten), men de möjliggör flöden av elektroner.
- 02
Ström = elflöde
Termen ström avser det enkla flödet av elektroner i en krets eller ett elektriskt system. Du kan också jämföra elektrisk ström med mängden eller volymen av vatten som strömmar genom ett vattenrör. Elektrisk ström mäts i ampere eller ampere.
AC mot DC-ström
Elektrisk ström finns i två typer: växelström (AC) och likström (DC). Tekniskt strömmar likström endast i en riktning, medan växelström vänder riktning. I vardagen är växelström formen av genererad elektricitet som driver lampor, apparater och uttag i ditt hem, medan likström är den form av ström som tillhandahålls av batterier. Till exempel är dina ficklampor DC-system, medan ditt hems uttag använder ett AC-system.
Många förnybara energikällor som sol- och vindgeneratorer producerar likström som omvandlas till växelström för användning i hemmet. En bils batteri är ett DC-system som används för att starta motorn, men när motorn har startats har bilens elektriska system en generator som börjar skapa växelström för att köra de olika systemen.
- 03
Spänning = tryck
Det hjälper också till att jämföra flödet av el genom ledningar med flödet av vatten genom rören.Spänning, även känd som elektromotorisk kraft, definieras ofta som trycket från elektronerna i ett system. Det kan liknas vid vattentrycket i ett rör. Standardkretsarna i ditt hem har antingen cirka 120 volt (den faktiska spänningen kan variera mellan cirka 115 och 125 volt) eller 240 volt (faktisk intervall: 230 till 250 volt). De flesta armaturer och uttag matas av 120-volts kretsar, medan torktumlare, intervall och andra stora apparater vanligtvis använder 240-volts kretsar.
- 04
Wattage = flödeshastighet
Termen watt avser den hastighet med vilken elektrisk energi släpps ut eller förbrukas. Den totala mängden ström som förbrukas av det elektriska systemet i ditt hem läses genom elföretagets elmätare. Det mäts i kilowattimmar eller 1000 wattimmar, och det är så du faktureras.
Varje elektrisk enhet, såsom en armatur eller en apparat, har en användningshastighet mätt i watt. Till exempel använder en 100-watts glödlampa i 10 timmar en kilowattimmar el.
Förstärkare, volt och watt finns i ett matematiskt förhållande till varandra, uttryckt enligt följande: Watts = volt x amp
Om en apparat har en nominell effekt på 120 volt och 10 ampere kommer den att använda upp till 1200 watt när den är igång: 120 volt x 10 ampere = 1200 watt.
- 05
Ohms = motstånd
Ohm är mätningen av motstånd mot strömmen av elektroner genom ett ledande material. Ju högre motstånd, desto lägre flöde av elektroner. Detta motstånd gör att en viss mängd värme genereras i kretsen. Anledningen till att en hårtork blåser varm luft, till exempel, beror på motståndet i de interna ledningarna som producerar värme. Och det är motstånd i de små trådarna på en glödlampa som får den att värmas upp och lysa av ljus. Det är också motstånd som kan överhettas en förlängningssladd om den används på en apparat som drar för mycket ström.
Vid kretskoppling kan för mycket motstånd överbelasta en krets och orsaka elektrisk brand. Eftersom dåliga anslutningar orsakade av saker som lösa skruvplintar och korrosion sannolikt är skyldiga, bör elektriska anslutningar kontrolleras regelbundet för att säkerställa säkerheten i ett elsystem.
