Elektrba un magntisms Ldto daiu orienttu virztu kustbu
Elektrība un magnētisms
Lādēto daļiņu orientētu (virzītu) kustību elektriskā lauka iedarbības rezultātā sauc par elektrisko strāvu. Lai pastāvētu elektriskā strāva, jāizpildās diviem nosacījumiem: • vadītājā jābūt brīviem lādiņnesējiem, • vadītājā jāpastāv elektriskajam laukam. Vielas, kas labi vada elektrisko strāvu sauc par vadītājiem. Par elektriskās strāvas virzienu nosacīti pieņemts pozitīvo lādiņnesēju kustības virziens.
Strāvas stiprums (I) ir fizikāls lielums, kuru mēra ar elektriskā lādiņa (q) lielumu, kas vienā laika vienībā (t) izplūst caur vadītāja šķērsgriezumu. Strāvas stiprumu mēra ampēros (A), kas ir viens no SI sistēmas pamatvienībām. Elektrisko lādiņu mēra kulonos (C).
Strāvas stiprumu mēra ar ampērmetru. Lai izmērītu strāvas stiprumu, caur ampērmetru jāplūst visai ķēdes strāvai, tāpēc ampērmetru jāieslēdz virknē jebkurā ķēdes vietā. Ampērmetra pieslēgšanas shēma
Negaisa laikā starp mākoni un zemi zibens novada 20 C lielu lādiņu. Aprēķini zibens kanālā plūstošās strāvas stiprumu, ja zibens uzliesmojums ilgst 1 ms!
Elektriskais spriegums ir potenciālu starpība starp diviem elektriskās ķēdes punktiem. To mēra kā attiecību starp darbu, ko veic elektriskā strāva, pārvietojot lādiņus un šo lādiņu lielumu : U = A/q Spriegumu mēra voltos ( V )
Strāvas avots Spriegums Baterijas 1, 5 V - 4, 5 V Automašīnas akumulators 12 V - 24 V Elektriskais tīkls 220 V / 380 V Augstsprieguma elektrolīnija 20 000 V- 330 000 V Starp negaisa mākoņiem līdz 100 000 V Interesanti: elektriskais zutis rada līdz 500 V. Spriegums, kas lielāks par 36 V, ir cilvēkam bīstams!
Sprieguma mērīšanai izmanto voltmetru. Mērot spriegumu ķēdes posmā, voltmetrs jāpievieno paralēli tam ķēdes posmam, kuram gribam noteikt spriegumu. V Voltmetra pieslēgšanas shēma
Spriegumu vadītājā uztur strāvas avots, kas visbiežāk ir galvaniskais elements, baterija vai ģenerators.
ELEKTRISKĀS STRĀVAS DARBĪBAS VEIDI Elektriskā strāva rada izmaiņas apkārtējā vidē. Lādēto daļiņu orientēto plūsmu redzēt nevar, bet var novērot parādības, ko izraisa šī plūsma. Elektriskās strāvas darbības veidi: - Siltumdarbība – vadītājs, pa kuru plūst strāva, sasilst. - Ķīmiskā darbība – elektriskā strāva var mainīt vadītāja ķīmisko sastāvu. Piemēram, ja caur elektrolītu plūst elektriskā strāva, tad notiek vielas izdalīšanās uz elektrodiem. - Magnētiskā darbība – vads, kurā plūst strāva, mijiedarbojas ar magnētiem.
Kurš elektriskās strāvas darbības veids ir redzams katrā attēlā?
DAŽĀDA VEIDA ENERĢIJAS PĀRVĒRŠANĀS ELEKTROENERĢIJĀ Strāvas avotos cita veida enerģija pārvēršas elektroenerģijā. Šādas parādības piemēri: Hidroelektrostacijās ūdens masas potenciālā enerģija pārvēršas elektroenerģijā. Termoelektrostacijās elektroenerģijā pārvēršas siltuma enerģija, kas rodas, sadegot kurināmajam. Galvaniskajos elementos un baterijās elektrisko enerģiju iegūst ķīmisku reakciju rezultātā. Fotoelementos gaismas enerģija pārvēršas elektriskajā enerģijā.
ELEKTRISKĀ PRETESTĪBA Elektriskā pretestība (R) ir fizikāls lielums, kas raksturo vadītāja ietekmi uz elektrisko lādiņnesēju plūsmu elektriskajā ķēdē. Pretestības vienība ir oms (Ω). Vadītāja pretestība atkarīga no tā formas, izmēriem un materiāla. Vadītāja materiālu raksturo īpatnējā pretestība (ρ).
OMA LIKUMS ĶĒDES POSMAM Starp strāvas stiprumu, spriegumu un vadītāja pretestību pastāv sakarība, ko, par godu tās atklājējam, sauc par Oma likumu ķēdes posmam. Strāvas stiprums (I) ķēdes posmā ir tieši proporcionāls spriegumam (U) un apgriezti proporcionāls vadītāja pretestībai (R)
Mainoties strāvas stiprumam ķēdē, mainās arī strāvas darbība – spuldzītes spožums, skaļruņu skaļums, sildītāja temperatūra, elektrisko transporta līdzekļu kustības ātrums un vilcējspēks. Strāvas stiprumu var mainīt divējādi: - mainot spriegumu pie nemainīgas pretestības, - mainot vadītāja pretestību pie nemainīga sprieguma. Ierīces, ar kurām var mainīt strāvas stiprumu ķēdē, mainot tās kopējo pretestību, ir reostati.
ELEKTRISKĀ ĶĒDE UN SLĒGUMA VEIDI Lai strāvas patērētāji (spuldzes, elektromotori, sildītāji u. c. ) darbotos, tos jāpievieno strāvas avotam. Strāvas avoti, vadi, slēdži, elektroenerģijas patērētāji u. c. elementi veido elektrisko ķēdi. ! Lai elektriskajā ķēdē plūstu strāva, tai jābūt noslēgtai un visiem tās elementiem jābūt elektrību vadošiem. Elektriskās ķēdes elementus shēmās apzīmē grafiski, piemēram: Transformators Reostats Elektroenerģijas skaitītājs Kvēlspuldze
Virknes slēgums Virknes slēgumā darbojas likumsakarības: • strāvas stiprums (I) visos ķēdes posmos ir vienāds : Elektriskā ķēde ar virknē saslēgtu ampērmetru, pretestību R 1 un R 2
Paralēlais slēgums Paralēlajā slēgumā darbojas sekojošās likumsakarības:
Uzdevums. Salīdzini attēlos dotās elektriskās shēmas! Uzraksti, kāds katrā no dotajiem gadījumiem ir vadītāju slēgums. Zinot, ka visas spuldzes ir vienādas un to pretestība ir 10 Ω, aprēķini ķēdes kopīgo pretestību!
Uzdevums. Atrodi pareizo ceļu- savieno fizikālo lielumu apzīmējumu, mērvienību un nosaukumu! Apzīmējums Mērvienība I J Spriegums Q S Ω A Darbs Siltuma daudzums t C Garums A Ω • m Strāvas stiprums R q s J m V m 2 Īpatnēja pretestība Šķērsgriezuma laukums Laiks Lādiņš Pretestība l U Fizikālā lieluma nosaukums
ELEKTRISKĀS STRĀVAS DARBS UN JAUDA Elektriskās strāvas darbs raksturo to, cik daudz elektriskā lauka enerģijas, strāvai plūstot, pārvēršas citos enerģijas veidos – siltumā, mehāniskajā enerģijā u. c. Darbu raksturo spriegums (U) un pārvietoto lādiņu (q) lielums. Darbu mēra džoulos (J). Elektriskās strāvas darbu aprēķina : A = IUΔt , kur I - elektriskās strāvas stiprums, U - spriegums, Δt - laiks.
Visiem patērētājiem piemīt elektriskā pretestība, kas izraisa patērētāju sasilšanu. Strāvas radītais siltuma daudzums (Q) var būt • gan lietderīgs (piemēram, elektriskie sildītāji), • gan nelietderīgs (piemēram, elektroierīču pārkaršana). Šo sakarību sauc par Džoula – Lenca likumu.
MAGNĒTI UN MAGNĒTISKAIS LAUKS Magnēti ir priekšmeti, kas no attāluma pievelk dzelzs priekšmetus. Magnēti savā starpā pievelkas vai atgrūžas. Magnēta galus sauc par poliem. Dzelzs priekšmeti vislabāk pievelkas pie magnēta poliem, nevis pie magnēta vidus.
Vārds "magnēts" ir cēlies no senas Grieķijas pilsētas Magnēsijas, kuras apkārtnē raka dzelzs rūdu. Pirmie magnēti bija dabiskas izcelsmes. Dabā ir sastopama dzelzsrūda, kurai piemīt magnētiskās īpašības, tā ir radusies no Zemes dzīlēm, sacietējot vulkāniskajai lavai. Kirovskas rūdu karjers Sibīrijā.
Telpā ap magnētu pastāv magnētiskais lauks - vide, kurā uz tajā ievietotajām vielām darbojas magnētiskais spēks. Magnētisko lauku attēlo ar magnētiskā lauka līnijām. Magnētu pretējo polu magnētiskā lauka līnijas savienojas, bet vienādo polu - nesavienojas. Pieņemts uzskatīt, ka magnētiskā lauka spēka līnijas iziet no magnēta ziemeļpola N un satek kopā magnēta dienvidpolā S.
Magnētiskā lauka līnijas viegli redzēt ar dzelzs skaidiņu palīdzību:
Zeme ir milzīgs, bet vājš magnēts. Spēka līnijas izvietojas tā, it kā Zemes iekšienē atrastos stieņa magnēts. Zemes magnētisko lauku rada izkausēta metāla plūsmas virpuļi Zemes šķidrajā kodolā. Interesanti, ka šo teoriju 1999. gadā pierādīja Latvijas fiziķi Agra Gailīša vadībā. Debess ķermeņiem ar sacietējušu kodolu (piemēram, Mēnesim, Marsam), magnētiskā lauka nav.
Magnētiskais lauks aizsargā Zemi no kosmiskā starojuma. No kosmiskās telpas uz Zemi nepārtraukti plūst elektriski lādētas daļiņas. Šīs daļiņas kustas ar ļoti lielu ātrumu, un, ja tās nonāktu uz Zemes, dzīvība nevarētu pastāvēt, jo daļiņas sagrautu dzīvās šūnas. Zemes magnētiskais lauks satver kosmiskās daļiņas un tās līdz Zemei nenonāk. Kosmisko daļiņu un Zemes magnētiskā lauka mijiedarbību var redzēt kā polārblāzmu.
Debess puses nosaka ar kompasa palīdzību. Kompasa magnētadata vienmēr nostājas ziemeļu - dienvidu virzienā Tomēr, lietojot kompasu, ir jāzina dažas īpatnības. Zemes magnētiskie un ģeogrāfiskie poli nesakrīt. Atšķirība ir ap 2000 km. Pie tam, ģeogrāfiskais ziemeļpols ir tajā virzienā, kurā ir magnētiskais dienvidpols un ģeogrāfiskais dienvidpols ir tajā virzienā, kurā ir magnētiskais ziemeļpols
Uz Zemes ir apgabali, kur kompasa adata nerāda pareizi. Šo parādību sauc par magnētisko anomāliju. To var novērot vietās, kur ir daudz dzelzsrūdas. Kompasa rādījumi ir mainīgi tad, kad plosās magnētiskās vētras, ko izraisa izvirdumi uz Saules. Kompass nerādīs pareizi, ja tā tuvumā atradīsies magnēts vai blakus esošā vadā plūdīs elektriskā strāva http: //citadapasaule. com/2011/01/15/zemes-magnetiska-lauka-izmainas-un-magnetisko-polu-nobide-video/
Magnētisko lauku var iegūt arī ar vadītājiem, pa kuriem plūst strāva. Magnētiskā lauku raksturo ar indukciju B. Indukcijas lielumu un virzienu nosaka pēc magnētiskās mijiedarbības. Magnētiskā lauka mijiedarbības spēki ir Ampēra spēks un Lorenca spēks. http: //www. macibuvideo. lv/ampera-speka-aprekinasana
Ampēra spēks FA darbojas uz magnētiskajā laukā ievietotu taisnu vadītāju, kurā plūst strāva I: FA = I B l sin α, kur B – magnētiskā lauka indukcija, l – vadītāja aktīvās daļas garums, α – leņķis starp magnētiskā lauka indukcijas un strāvas plūšanas virzienu. Spēka darbības virzienu nosaka pēc kreisās rokas likuma: Ja kreiso roku novieto tā, lai vadītājam perpendikulārā magnētiskās indukcijas vektora projekcija ieietu plaukstā, bet četri izstieptie pirksti norādītu strāvas virzienu, tad par 90° atliektais īkšķis rāda vadītājam pieliktā magnētiskā spēka (Ampēra spēka) virzienu.
Maiņstrāva ir elektriskā strāva, kuras virziens (polaritāte) un stiprums elektriskajā ķēdē laika gaitā periodiski mainās. Atbilstoši mainās arī spriegums, tādēļ maiņstrāvu sauc arī par maiņspriegumu. Tehniskā maiņstrāva, ko lieto elektriskajos tīklos, Eiropā ir ar 50 Hz frekvenci, bet ASV - ar 60 Hz frekvenci. Maiņstrāvu plaši izmanto tehnikā enerģijas pārvadīšanai no ģeneratora līdz patērētājam un dažādu motoru vai sildierīču darbināšanai. Vajadzības gadījumā maiņstrāvu pārveido līdzstrāvā ar taisngriežu palīdzību.
Maiņstrāvas iegūšana: homogēnā magnētiskajā laukā, rotējot rāmītim, tajā inducējas elektrodzinējspēks. Mainīgais elektrodzinējspēks rada maiņstrāvas uzspiestās svārstības: Visām maiņstrāvas elektroierīcēm (sildītājiem, urbjmašīnām, TV u. c. ), vienmēr tiek uzrādītas sprieguma un strāvas efektīvās vērtības, kuras raksturotu maiņstrāvas enerģētisko darbību.
TRANSFORMATORS Transformators ir ierīce, kuru izmanto maiņsprieguma pārveidošanai. Transformatoru praktiskā pielietošana: Vislielākā nozīme transformatoriem ir elektrotīklos, kur tos izmanto strāvas pārveidošanai, lai varētu pārvadīt elektroenerģiju lielos attālumos ar iespējami maziem zudumiem. Transformatorus izmanto arī dažādās elektroierīcēs un radioaparatūrās - televizoros, radiouztvērējos, pastiprinātājos u. c.
- Slides: 36