Mkondo wa umeme ni nini? Masharti ya kuwepo kwa sasa ya umeme: sifa na vitendo

2024 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 10:41

Mkondo wa umeme ni chaji ya umeme inayosonga. Inaweza kuchukua fomu ya kutokwa kwa ghafla kwa umeme tuli, kama vile umeme. Au inaweza kuwa mchakato unaodhibitiwa katika jenereta, betri, nishati ya jua au seli za mafuta. Leo tutazingatia dhana yenyewe ya "mkondo wa umeme" na masharti ya uwepo wa mkondo wa umeme.

Nishati ya umeme

Nyingi ya umeme tunaotumia huja kwa njia ya mkondo wa kupishana kutoka kwa gridi ya umeme. Imeundwa na jenereta zinazofanya kazi kulingana na sheria ya Faraday ya induction, kwa sababu ambayo uwanja wa sumaku unaobadilika unaweza kushawishi mkondo wa umeme kwenye kondakta.

Jenereta zina mizinga ya waya inayozunguka ambayo hupitia sehemu za sumaku zinapoendeleamzunguko. Koili zinapozunguka, hufungua na kufunga kuhusiana na uwanja wa sumaku na kuunda mkondo wa umeme ambao hubadilisha mwelekeo kwa kila zamu. Ya sasa hupitia mzunguko kamili mbele na nyuma mara 60 kwa sekunde.

Jenereta zinaweza kuwashwa na mitambo ya stima inayopashwa joto na makaa ya mawe, gesi asilia, mafuta au kinu cha nyuklia. Kutoka kwa jenereta, sasa inapita kupitia mfululizo wa transfoma, ambapo voltage yake huongezeka. Kipenyo cha nyaya huamua kiasi na nguvu ya mkondo wanayoweza kubeba bila joto kupita kiasi na kupoteza nguvu, na voltage inadhibitiwa tu na jinsi waya zinavyowekwa maboksi kutoka ardhini.

Inafurahisha kutambua kuwa mkondo wa maji unabebwa na waya mmoja tu, sio mbili. Pande zake mbili zimeteuliwa kuwa chanya na hasi. Walakini, kwa kuwa polarity ya mkondo wa kubadilisha hubadilika mara 60 kwa sekunde, wana majina mengine - moto (laini za nguvu za shina) na msingi (zinazopita chini ya ardhi ili kukamilisha mzunguko).

Kwa nini tunahitaji umeme?

Kuna matumizi mengi ya umeme: inaweza kuwasha nyumba yako, kufua na kukausha nguo zako, kuinua mlango wa gereji yako, kuchemsha maji kwenye birika, na kuwasha vifaa vingine vya nyumbani vinavyorahisisha maisha yetu. Hata hivyo, uwezo wa sasa wa kusambaza taarifa unazidi kuwa muhimu.

Inapounganisha kwenye Mtandao, kompyuta hutumia sehemu ndogo tu ya mkondo wa umeme, lakini hii ni kitu ambacho bila hiyo mtu wa kisasasiwezi kufikiria maisha yake.

Dhana ya mkondo wa umeme

Kama mtiririko wa mto, mtiririko wa molekuli za maji, mkondo wa umeme ni mtiririko wa chembe zinazochajiwa. Ni nini kinachosababisha, na kwa nini haiendi katika mwelekeo sawa? Unaposikia neno mtiririko, unafikiria nini? Labda itakuwa mto. Ni ushirika mzuri, kwa sababu ndiyo sababu mkondo wa umeme ulipata jina lake. Inafanana sana na mtiririko wa maji, badala ya molekuli za maji kusonga kando ya mkondo, chembe zilizochaji husogea kando ya kondakta.

Miongoni mwa masharti muhimu kwa uwepo wa mkondo wa umeme, kuna kipengee kinachotoa uwepo wa elektroni. Atomu katika nyenzo ya kupitishia umeme zina nyingi ya chembechembe hizi zisizolipishwa ambazo huelea karibu na kati ya atomi. Harakati zao ni za nasibu, kwa hivyo hakuna mtiririko katika mwelekeo wowote. Je, inachukua nini ili mkondo wa umeme uwepo?

Masharti ya kuwepo kwa mkondo wa umeme ni pamoja na kuwepo kwa voltage. Inapotumika kwa kondakta, elektroni zote zisizolipishwa zitasogea katika mwelekeo ule ule, na kuunda mkondo.

Ninataka kujua kuhusu mkondo wa umeme

Jambo la kufurahisha ni kwamba wakati nishati ya umeme inapitishwa kupitia kondakta kwa kasi ya mwanga, elektroni zenyewe husogea polepole zaidi. Kwa kweli, ikiwa unatembea kwa urahisi karibu na waya wa conductive, kasi yako itakuwa haraka mara 100 kulikoelektroni kusonga. Hii ni kutokana na ukweli kwamba hawahitaji kusafiri umbali mkubwa ili kupeleka nishati kwa kila mmoja.

Mkondo wa moja kwa moja na mbadala

Leo, aina mbili tofauti za mkondo hutumika sana - moja kwa moja na kupishana. Katika kwanza, elektroni huhamia katika mwelekeo mmoja, kutoka upande wa "hasi" hadi upande wa "chanya". Mkondo unaopishana husukuma elektroni nyuma na mbele, kubadilisha mwelekeo wa mtiririko mara kadhaa kwa sekunde.

Jenereta zinazotumika katika mitambo ya kuzalisha umeme zimeundwa ili kuzalisha mkondo wa kupokezana. Huenda hukuwahi kugundua kuwa mwanga ndani ya nyumba yako unamulika kadiri mwelekeo wa sasa unavyobadilika, lakini hutokea haraka sana kwa macho kutambua.

Je, kuna masharti gani ya kuwepo kwa mkondo wa umeme wa moja kwa moja? Kwa nini tunahitaji aina zote mbili na ni ipi iliyo bora zaidi? Haya ni maswali mazuri. Ukweli kwamba bado tunatumia aina zote mbili za sasa unapendekeza kwamba zote mbili hutumikia madhumuni mahususi. Kuanzia karne ya 19, ilikuwa wazi kwamba upitishaji wa nguvu kwa umbali mrefu kati ya mtambo wa umeme na nyumba uliwezekana tu kwa viwango vya juu sana. Lakini tatizo lilikuwa kwamba kutuma volti ya juu sana ilikuwa hatari sana kwa watu.

Suluhisho la tatizo hili lilikuwa kupunguza msongo wa mawazo nje ya nyumba kabla ya kuituma ndani. Hadi leo, sasa umeme wa moja kwa moja hutumiwa kusambaza kubwaumbali, hasa kutokana na uwezo wake wa kugeuza kwa urahisi hadi vikomo vingine.

Jinsi mkondo wa umeme unavyofanya kazi

Masharti ya kuwepo kwa mkondo wa umeme ni pamoja na kuwepo kwa chembe zinazochajiwa, kondakta na voltage. Wanasayansi wengi wamechunguza umeme na kugundua kuwa kuna aina mbili zake: tuli na sasa.

Ni ya pili ambayo ina jukumu kubwa katika maisha ya kila siku ya mtu yeyote, kwani ni mkondo wa umeme unaopita kwenye saketi. Tunaitumia kila siku kuwezesha nyumba zetu na zaidi.

Mkondo wa umeme ni nini?

Chaji za umeme zinapozunguka katika saketi kutoka sehemu moja hadi nyingine, mkondo wa umeme huzalishwa. Masharti ya kuwepo kwa sasa ya umeme ni pamoja na, pamoja na chembe za kushtakiwa, kuwepo kwa kondakta. Mara nyingi ni waya. Mzunguko wake ni mzunguko uliofungwa ambao sasa inapita kutoka kwa chanzo cha nguvu. Wakati mzunguko umefunguliwa, hawezi kukamilisha safari. Kwa mfano, wakati mwanga ndani ya chumba chako umezimwa, mzunguko huwa wazi, lakini wakati wa kufungwa, mwanga huwashwa.

Nguvu ya sasa

Masharti ya kuwepo kwa mkondo wa umeme katika kondakta huathiriwa sana na sifa ya volteji kama vile nguvu. Hiki ni kipimo cha ni kiasi gani cha nishati kinachotumika kwa muda fulani.

Kuna vitengo vingi tofauti ambavyo vinaweza kutumikamaonyesho ya tabia hii. Hata hivyo, nguvu za umeme ni karibu kupimwa katika watts. Wati moja ni sawa na joule moja kwa sekunde.

Chaji ya umeme katika mwendo

Je, kuna masharti gani ya kuwepo kwa mkondo wa umeme? Inaweza kuchukua fomu ya kutokwa kwa ghafla kwa umeme tuli, kama vile umeme au cheche kutoka kwa msuguano na kitambaa cha pamba. Mara nyingi zaidi, hata hivyo, tunapozungumzia sasa umeme, tunamaanisha aina ya umeme iliyodhibitiwa zaidi ambayo hufanya taa na vifaa vya kazi. Chaji nyingi za umeme hubebwa na elektroni hasi na protoni chanya ndani ya atomi. Hata hivyo, hizi za mwisho mara nyingi hazijasonga ndani ya viini vya atomiki, kwa hivyo kazi ya kuhamisha chaji kutoka sehemu moja hadi nyingine hufanywa na elektroni.

Elektroni katika nyenzo ya kuongozea kama vile chuma kwa kiasi kikubwa hazina uhuru wa kusogezwa kutoka atomi moja hadi nyingine pamoja na mikanda yao ya upitishaji, ambayo ni mizunguko ya juu ya elektroni. Nguvu ya kielektroniki ya kutosha au volteji hutengeneza usawa wa chaji ambayo inaweza kusababisha elektroni kupita kwenye kondakta kama mkondo wa umeme.

Ikiwa tutachora mlinganisho na maji, basi chukua, kwa mfano, bomba. Tunapofungua valve kwenye mwisho mmoja ili kuruhusu maji kuingia kwenye bomba, sio lazima tusubiri maji hayo yafanye kazi hadi mwisho wa bomba. Tunapata maji upande wa pili karibu mara moja kwa sababu maji yanayoingia husukuma maji ambayo tayari yako kwenye bomba. Hiki ndicho hutokea wakati kuna mkondo wa umeme kwenye waya.

Mkondo wa umeme: masharti ya kuwepo kwa mkondo wa umeme

Mkondo wa umeme kwa kawaida hutazamwa kama mtiririko wa elektroni. Wakati ncha mbili za betri zimeunganishwa kwa kila mmoja kwa waya wa chuma, molekuli hii ya kushtakiwa inapita kupitia waya kutoka mwisho mmoja (electrode au pole) ya betri hadi kinyume. Kwa hivyo, hebu tutaje masharti ya kuwepo kwa mkondo wa umeme:

1. Chembe chembe zilizochajiwa.
2. Explorer.
3. Chanzo cha voltage.

Hata hivyo, si kila kitu ni rahisi sana. Ni hali gani zinahitajika kwa uwepo wa mkondo wa umeme? Swali hili linaweza kujibiwa kwa undani zaidi kwa kuangalia sifa zifuatazo:

• Tofauti inayowezekana (voltage). Hii ni moja ya sharti. Kati ya pointi 2 lazima kuwe na tofauti inayoweza kutokea, ikimaanisha kwamba nguvu ya kukataa ambayo imeundwa na chembe za kushtakiwa katika sehemu moja lazima iwe kubwa zaidi kuliko nguvu zao katika hatua nyingine. Vyanzo vya voltage, kama sheria, haitokei kwa asili, na elektroni husambazwa sawasawa katika mazingira. Hata hivyo, wanasayansi waliweza kuvumbua aina fulani za vifaa ambapo chembechembe hizi zinazochajiwa zinaweza kujilimbikiza, na hivyo kuunda voltage inayohitajika sana (kwa mfano, katika betri).
• Ukinzani wa umeme (kondakta). Hii ni hali ya pili muhimu ambayo ni muhimu kwa kuwepo kwa sasa ya umeme. Hii ndio njia ambayo chembe za kushtakiwa husafiri. Ni nyenzo tu ambazo huruhusu elektroni kusonga kwa uhuru hufanya kama kondakta. Ndio sawa kwenyeambazo hazina uwezo huu huitwa vihami. Kwa mfano, waya wa chuma utakuwa kondakta bora, wakati sheath yake ya mpira itakuwa kihami bora.

Baada ya kusoma kwa makini hali ya kuibuka na kuwepo kwa mkondo wa umeme, watu waliweza kudhibiti kipengele hiki chenye nguvu na hatari na kukielekeza kwa manufaa ya wanadamu.