Začít znovu. Každý má doma elektrické zásuvky. Vezměme si dva hřebíky. Nicméně ne, pojďme to nejprve přiblížit z teoretické stránky a k praxi se dostaneme o něco později.
Radioelektronika, elektrotechnika, elektrotechnika – to vše by se nemohlo stát, kdyby nebyl elektrický proud. A jakmile se rozhodnete naučit se vědu o rádiové elektronice, musíte na začátku pochopit, co je to ve skutečnosti elektrický proud. Učebnice fyziky uvádí následující definici: elektrický proud je řízený pohyb nabitých částic. Pohybující se nabité částice jsou elektrony a jejich náboj je záporný. Existují také protony – částice s kladným nábojem a neutrony – s neutrálním nábojem, ale ani jeden, ani druhý se nepohybují. To znamená, že když mluvíme o elektrickém proudu, budeme mít na mysli určitý zběsilý dav elektronů řítící se z bodu A do bodu B velmi vysokou rychlostí. To je obecně.
Ani pod nejmodernějším mikroskopem bychom nikdy nebyli schopni vidět elektron. A neexistuje způsob, jak se toho dotknout. Vy, milý čtenáři, můžete samozřejmě namítnout, že když vložíte dva hřebíky do objímky a pak je chytíte, pak všechno velmi pěkně cítíte. A jak to cítit. “Ale to je jedno,” odpovím. Pak pocítíme – to je jen výsledek průchodu proudu živými tkáněmi těla. Ale nemůžete se dotknout jednoho jednotlivého elektronu! K čemu to všechno je? Fyzika je navíc takových virtuálních věcí plná: zdá se, že existují, ale nikdo pořádně neví, jak vypadají. Jak je tedy můžete studovat? Proto je fyzika mezi lidmi uctívána jako temná a beznadějně divoká věda. Věc je přitom vyřešena velmi jednoduše. Jen je potřeba najít něco známějšího, něco, co každý člověk tisíckrát viděl, osahával, ovoněl, ochutnal atd. Navíc by toto chování mělo být podobné tomu, co studujeme. V současné době studujeme elektrický proud. Zkusme najít něco, co vypadá jako to a co každý viděl.
Často říkají: „proud teče“. To vytváří dobrou analogii. Neměli bychom srovnávat elektrický proud s proudem vody? Tak. Proud teče dráty – voda teče potrubím. Proud teče z „+“ do „-“ – voda teče shora dolů. Jak vidíte, je toho hodně společného. Jít!
Nejprve si dáme dohromady důmyslnou experimentálně-vědeckou sestavu pro určení vlastností elektrického proudu na vodním modelu. K tomu potřebujeme:
– 2 stejné plastové lahve libovolné velikosti se zátkou,
– kus tenké hadice (asi 30 cm).
– dva hřebíky.
Odřízneme dno lahví, vybereme (vyvrtáme) otvory do korku a vložíme tam konce hadice. Strukturu zavěsíme na zeď pomocí hřebíků ve stejné úrovni:
Začněme provádět vědecké experimenty.
Po každém experimentu vyvodíme závěr na základě získaných výsledků. Pokud se vám experimenty a závěry zdají hloupé, nedivte se. Je to tak – všechno je hloupě jednoduché! Tak nám vše vyjde :).
Experiment 1.
Naplníme levou láhev vodou (pravá je ještě prázdná) a uvidíme, co se stane.
Stane se toto: voda začne protékat hadicí z levé láhve do pravé. Zpočátku, kdy v pravé láhvi ještě není téměř žádná voda a levá je plná až po okraj, je rychlost proudění vody vysoká. Ale postupně, jak se pravá láhev plní a levá vyprazdňuje, rychlost klesá. V okamžiku, kdy se hladiny vody v obou lahvích vyrovnají, rychlost se stane nulovou. Jinými slovy, průtok vody v hadici zmizí.
Závěr 1: Voda teče z láhve, jejíž hladina je vyšší.
Závěr 2: Čím větší je rozdíl hladin, tím silnější je průtok vody v hadici
Závěr 3: Pokud jsou hladiny stejné, voda neteče vůbec.
Pokus 2. K tomu potřebujeme stopky.
Nalijeme vodu z pravé láhve doleva. To znamená, že se opět postaráme o to, aby vlevo bylo hodně a vpravo nic. Spustíme stopky. Když se hladiny v lahvích vyrovnají, zastavte stopky. Čas zapíšeme.
Zopakujeme to samé, ale hadici lehce upneme (ale tak, aby voda mohla téct).
Porovnejme výsledky měření času v prvním a druhém experimentu. Doba 2. pokusu bude samozřejmě delší.
Závěr: Čím tenčí hadice, tím menší proud vody obsahuje.
Na základě výsledků provedených experimentů shrňme. Totiž zjistíme, na čem závisí síla proudu v hadici.
To znamená,
1. Čím větší je rozdíl hladin v lahvích, tím větší je síla proudu.
2. Čím více je hadice stlačena, to znamená, čím větší je odpor hadice vůči vodě, která jí protéká, tím menší je proud.
Pojďme to spojit do jednoho zákona:
Čím větší je rozdíl hladin a čím nižší je odpor, tím větší je proud.
Nedávno jsme vyzvali čtenáře humanitních oborů, aby se ptali na vše technické. Mezi deset nejoblíbenějších otázek patří, jak proud protéká dráty a další otázky související s elektřinou. Pokusíme se odpovědět co nejjednodušeji.
Co je elektrický proud
„Proud“ pochází ze slova „flow“, tedy něco plyne. Dokážete si představit, že teče voda.
„Elektrický proud“ znamená, že proudí určité částice, které přenášejí elektrický náboj.
„Elektrický náboj“ lze považovat za kus energie, který může přimět některé speciální mechanismy, aby něco udělaly: roztočili, zahřáli, ochlazovali, zmenšovali se, žhnuli atd. Pokud máte například elektromotor, začne se otáčet. když do něj proudí elektrický náboj.
Částice, které přenášejí elektrický náboj v proudu, se nazývají elektrony. Dokážete si představit, že jde o molekuly vody, i když ve skutečnosti je to složitější.
Vědci nazývají elektron elementární částicí – tedy tou nejjednodušší věcí, která existuje a kterou nelze rozebrat.
Předpokládá se, že elektron je schopen přenášet minimální záporný náboj, jaký je v přírodě možný.
S elektrony je to tak, že je velmi obtížné je zachytit. Toto není nějaký bod v prostoru, který můžete vzít malou pinzetou a cítit. Je to spíše mrak, uvnitř kterého s určitou pravděpodobností může být v každém bodě elektron.
Existuje teorie, že elektron není jen částice, ale projev poruchy v elektromagnetickém poli. Můžete si to představit takto: prochází námi neviditelné pole, zdá se, že jsme do něj ponořeni. Oscilace tohoto pole vytvářejí v prostoru to, co vnímáme jako částici-elektron. Je to, jako bychom seděli na jezeře a viděli vlny, ale nevěděli, že přicházejí z jezera.
Jiný matematický koncept říká, že elektron je neviditelná struna, která určitým způsobem vibruje. To nebylo prokázáno, ale existuje teorie.
Jak proud protéká dráty?
- Představte si, že máte dýmku.
- Na jedné straně je k potrubí připojena velká nádrž na vodu. Voda na sebe tlačí.
- Na druhé straně potrubí je kohoutek. Když je zavřený, voda nikam neteče, protože nemá kam jít.
- Otevřete kohoutek, voda začne téct: z místa, kde na sebe tlačí, do místa, kde na ni nic netlačí.
Jak se to přenese do elektřiny:
- Máte materiál, ve kterém se mohou elektrony pohybovat s určitou volností. Takové materiály se nazývají vodiče – to jsou všechny druhy kovů, například měď.
- V jednom místě vodiče vzniká přebytek elektronů, které na sebe tlačí, jsou tam stísněné a namáhané.
- Jinde ve vodiči vzniká nedostatek elektronů.
- Elektrony začnou proudit z místa napětí do místa relaxace (relativně řečeno).
Ve skutečnosti se elektrony ve vodiči pohybují velmi málo a samy nepřenášejí energii z bodu A do bodu B.
Správnější by bylo říci toto: elektrony se obecně pohybují chaoticky a obecný směr jejich pohybu je řízen elektromagnetickým polem. Je to pole, které určuje, kolik energie kam přenést, a je to pole, které je zodpovědné za přenos této energie.
Ale zvenčí to vypadá k nerozeznání od samotných elektronů proudících dráty, jako voda. Učebnice se proto většinou omezují na toto vysvětlení.
Jak se proud přeměňuje na běžící motory, ohřívače a další užitečná zařízení
Lidé vynalezli zařízení, která přeměňují elektrický proud na užitečnou práci. Například:
Elektrický motor Funguje to takto: existuje centrální rotační osa a její okolí. Prostředím prochází proud, který vytváří elektromagnetické pole (představte si to jako magnet, který se tam objevuje). Na středové ose je také něco jako magnet, který působením vnějšího magnetu začne tuto osu otáčet. To má za následek rotaci.
Ohřívače Fungují takto: elektrony narážejí na atomy v topném článku a předávají jim energii. Atomy se začnou pohybovat, protože na ně narazí elektrony. Pohyb atomů je tepelná energie.
LED diody Fungují takto: používají kousky křemíku, do kterých se přimíchávají různé doplňkové materiály. Kombinace těchto směsí umožňují elektronům přenášet energii z jednoho kusu křemíku na druhý a současně tuto energii přeměňovat na fotony, tedy na světlo. V závislosti na tom, co je do křemíku přimícháno, lze získat LED diody různých barev.
O počítačích a jak tam funguje elektřina – řekneme vám to samostatně.
Co je stejnosměrný a střídavý proud?
Lidé přišli s myšlenkou, že elektrony mohou být poháněny podél vodiče dvěma způsoby: jednoduše jedním směrem a tam a zpět.
DC – to je, když proud teče jedním směrem z místa, kde máte přebytek elektronů (mínus) do místa, kde máte nedostatek elektronů (plus). Stejnosměrný proud se používá uvnitř čehokoli, co je napájeno bateriemi; ve veškeré elektronice; v počítačích a chytrých telefonech.
Střídavý proud – to je, když proud teče jedním směrem a poté druhým. Směr proudu se mění 50–60krát za sekundu. Tento vynález umožnil přenášet proud na velké vzdálenosti a jeho použití bylo pohodlnější. Vaše zásuvka má střídavý proud.
Vaše spotřební elektronika má AC/DC měnič. Odebírá střídavý proud ze zásuvky a převádí jej na stejnosměrný proud potřebný pro zařízení.
Co je zkrat?
Obvykle je proud veden dráty z nějakého důvodu, ale pro přenos energie do nějakého užitečného zařízení – například LED. Na tomto zařízení dochází ke ztrátě určité energie a je omezen tok proudu.
Pokud jednoduše necháte proud protékat dráty bez zátěže, poběží velmi energicky a cestou se srazí s atomy svého vodiče. Atomy z tak silného toku se začnou zahřívat. A pokud je velký proud, vodič se velmi rychle zahřeje a může se vznítit. Toto je zkrat.
Zkrat nastane, když jsou kladný a záporný nebo dva vodiče se střídavým proudem připojeny přímo. To se může stát, pokud váš pes žvýká váš napájecí kabel a spojí se dva dráty. Poté se během několika sekund dráty přehřejí a mohou se vznítit.
Aby se zabránilo požáru v důsledku zkratu, jsou nyní ve všech bytech instalována speciální zařízení: automaticky vypnou proud, když vidí, že proud je příliš vysoký.
Co potřebuje humanista vědět o proudu?
Neopravujte zásuvky sami a nevěšujte lustry na holé dráty. Zavolejte elektrikáře.
Nedotýkejte se nechráněných vodičů. Žádný a nikdy.
Nerozebírejte zařízení, pokud jsou označena štítkem „Nebezpečí úrazu elektrickým proudem“. Pravděpodobně je tam nějaký ošklivý kondenzátor, který by vám mohl způsobit elektrický šok. Obecně je lepší zařízení nerozebírat, pokud přesně nevíte, jak je opravit.
Máte-li malé děti, nasaďte nejprve na zásuvky krytky a potom poučte své děti o bezpečnosti zásuvek.
