Про вольт і напругу, щоб усі могли зрозуміти
Електричні схеми можна використовувати для передачі сигналів, зберігання інформації, проведення розрахунків, але найпоширенішою метою є маніпулювання енергією, наприклад, живлення лампочки за допомогою акумулятора.
Ми знаємо, що лампочки визначаються ватами, являючи собою кількість джоулів в секунду, перетворену в тепло і світло, але який зв’язок із потоком зарядів, виміряним амперметром?
Ось аналогія. Припустимо, хтось із ваших друзів не міг знайти роботу, крім навантажувача тюків соломи. Кількість калорій, які ви спалюєте за годину, буде залежати від кількості тюків, які ви завантажуєте за хвилину, і буде пропорційною зусиллям, які ви докладаєте для кожного тюка. Якщо йому доведеться завантажувати тюки на горище стайні, друг втомиться швидше, ніж інший працівник галузі, який просто штовхає тюки у вантажівку і не повинен їх піднімати.
Джоулі/секунди = (тюки/секунди) x (Джоулі/тюки)
Так само швидкість перетворення енергії в батареї буде залежати не тільки від того, скільки кулонів в секунду вона потрапляє в ланцюг, але і від механічної роботи, яку вона повинна виконати для кожного завдання:
джоулі/секунда = куломбі/секунда х джоулі/куломбі
або
потужність = струм х механічна робота на навантаження
Називаються джоулі на куломбі "Вольт", 1 V = 1 J/C; назва походить від італійського фізика Алессандро Вольта. Всім відомо, що батареї описуються кількістю вольт, але поняття напруги ширше; напруга - це, власне, властивість будь-якої точки простору.
Щоб краще зрозуміти, чому це так, повернімось до аналогії з тюками для ванни. Щоб підняти тюк до рівня стійкого мосту, потрібна кількість джоулів гравітаційної енергії. Оскільки ми говоримо про гравітаційну енергію, то більше сенсу говорити про одиниці маси, ніж про тюки для вимірювання кількості речовини. Гравітаційна версія напруги буде: джоулі на кілограм.
Гравітаційна енергія = mgh, але якщо ми хочемо розрахувати, скільки на кілограм, "м" зменшується, залишаючись при gh. Ми можемо призначити число всім точкам гравітаційного поля Землі, gh, що говорить нам про те, як важко перемістити кількість маси до однієї з цих точок. Наприклад, вершина Евересту матиме велике значення gh, через висоту. Це говорить нам про те, що в енергетичному відношенні дорого піднімати певну кількість маси з рівня (моря, скажімо) на вершину Евересту.
Напруга робить те саме, використовуючи електрику. Ми можемо візуалізувати електричну ланцюг як американські гірки. Акумулятор схожий на ту частину американських гірок, де вас піднімають наверх. Пік першої високої зони аналогічний напрузі акумулятора. Коли ви починаєте спуск, ця частина схожа на те, що відбувається на рівні цибулини. У випадку з американськими гірками початкова гравітаційна енергія перетворюється на тепло і звук, коли ви ковзаєте на землю. В електричному ланцюзі початкова електрична енергія перетворюється на тепло лампи (і гаряча нитка лампочки світиться, перетворюючи тепло в світло).
- ••• -
Ця стаття є частиною книги "Концептуальна фізика" Бенджаміна Кровелла
ЗМІСТ5.4 Напруга
Кредит зображення: deviantart.com/boldfrontiers
Ви можете коментувати використання облікового запису на сайті, FB, Twitter або Google або як відвідувач (без реєстрації). Для відвідувачів коментарі помірні (схвалено адміністратором).