Виды электрического тока в быту

Поражение электрическим током

Широкое применение электрического оборудования на производстве и в разнообразной электротехники в быту способствует возрастанию уровня электротравматизма, которым сопровождается поражение электрическим током. Электрический ток при определенных условиях является опасным поражающим фактором, негативно воздействующим на человеческий организм. На рис. ниже показана кисть человеческой руки, травмированная электротоком.

Воздействие электротока на человеческий организм

Механизм негативного влияния электротока на человеческий организм является сложным и многообразным. При своем прохождении через тело ток оказывает следующие виды воздействий:

Термическое воздействие, проявляющееся нагревом кожи и ткани внутренних органов вплоть до ожогов, приводящих к повреждениям кровеносных сосудов, нервных волокон и мозга и омертвению тканей участков тела. При термических воздействиях отмечаются резкие функциональные расстройства систем жизнеобеспечения человека, например, внезапно возникающие кровотечения;
Электролитическое воздействие, вызывающее электролиз лимфатической жидкости и разложение крови, нарушая физико-химический состав всех тканей организма;
Биологическое воздействие, выражающееся в нарушении нормального протекания биоэлектрических процессов, присущих живой материи. Действие биотоков, управляющих внутренними движениями тканей человеческого организма, нарушается, что приводит к непроизвольным противоестественным судорожным сокращениям сердечных мышц и легкого. Живые клетки и ткани, с которыми связана жизнеспособность организма, приходят в опасное возбуждение от воздействия тока и могут погибнуть;
Механическое действие электрического тока, которое вызывает расслоение и разрыв тканей за счет взрывоподобного по скорости образования пара из крови и лимфатической жидкости. Механическое действие провоцирует сильнейшие сокращения мышц, вплоть до разрыва мышечных волокон;
Световое действие, характеризующееся электроофтальмией после воздействия мощного потока ультрафиолетового излучения от вспышки электрической дуги. Внешние признаки поражения электрическим током проявляются воспалением наружной оболочки глаза.

На рис. ниже показан глаз с признаками электроофтальмии.

Понятие электротравмы

Патофизиологическим результатом разнообразных воздействий электротоков различной силы на человека является поражение электрическим током, трактуемое ГОСТ Р МЭК 61140-2000 «Защита от поражения электрическим током. Общие положения по безопасности…» как «…физиологическое воздействие проходящего через тело человека электрического тока» (п.3.1). Весь комплекс изменений анатомических соотношений в организме, нарушений функций систем, органов и тканей, сопровождающийся соответствующей реакцией организма на действие протекающего через него тока принято называть электротравмой. В обиходной речи электротравмой называют повреждения электрическим током, фиксируемые визуально (ожог) или по ответной реакции организма следующего вида:

ощущение механического толчка или удара, когда происходит поражение током;
мышечные судороги с болевым эффектом;
фибрилляция сердца, выражающаяся в нарушении работы сердечной мышцы, вплоть до остановки сердца и клинической смерти.

Обратите внимание! Вероятность поражающего травмирования электротоком относится к категории неявных опасностей, поскольку отсутствуют внешние атрибуты и признаки реальной грозящей опасности, чтобы люди могли бы заблаговременно их обнаружить при помощи органов чувств (например, по аналогии «горячий-холодный» или «тупой-острый» предмет).

Степень тяжести поражения от удара электрическим током, в зависимости от реакции организма, подразделяется следующим образом:

Первая степень – мышечные судороги, повышается артериальное давление, сильное головокружение, но без потери сознания;
Вторая степень – мышечные судороги и потеря сознания, которое быстро возвращается, но надолго сохраняется состояние испуга. Иногда наблюдается частичный паралич;
Третья степень – судороги групп мышц, приводящие к разрывам мягких тканей и вывихам суставов. Нарушаются сердечная деятельность и дыхание, происходит потеря сознания. Из-за спазма голосовых связок пострадавший не в состоянии кричать, чтобы позвать на помощь;
Четвертая степень – паралич дыхательной системы, фибрилляция сердечной мышцы. Клиническая смерть.

Важно! Клинической смертью называют переходный период, наступающий с момента остановки дыхания и работы сердца. У пострадавшего от удара током отсутствуют признаки жизни, его сердце не работает, дыхание отсутствует. Однако при поражении током в период клинической смерти жизненные функции органов сразу не угасают, что дает шанс на сохранение жизни человеку, если вовремя оказать ему соответствующую помощь – искусственное дыхание и массаж сердца.

Классификация электротравматизма

Электротравмы классифицируют по следующим признакам:

По месту получения травмы электротоком;

В общем случае определены три вида травматических поражений токами различного характера происхождения:

Производственные электротравмы – если человек пострадал на работе, работая с оборудованием, задействованным от электричества;
Бытовые травмы от электричества, полученные в бытовых условиях. В основном, бытовому электротравматизму подвержены домохозяйки и маленькие дети. Основные причины – игнорирование требований техники безопасности в обращении с бытовой техникой (стиральными машинами, электромикроволновками, утюгами);
Природные электротравмы – как результат воздействия природного электричества. Классический пример – удар молнией, представляющий собой разряд атмосферного электричества.

На рис. ниже показана типовая бытовая электротравма – ожог руки после удара током от неисправного электроприбора.

По характеру действия тока (длительность воздействия);

Временной характер воздействия тока приводит к двум видам электротравматизма:

Мгновенным электротравмам, полученным от действия электрического разряда в течение короткого промежутка времени (так называемый удар током). Для них присущи опасные для жизни повреждения, требующие оказания срочной медицинской помощи;
Хроническому протеканию электротравматизма, связанному с длительным и незаметным влиянием электрических полей на человека. Например, хроническим электротравмам подвержен персонал, работающий вблизи мощных высоковольтных генераторов. Симптомы поражения хронического характера проявляются в повышенной утомляемости, треморе, повышенном артериальном давлении, нарушении сна, ухудшении памяти.

По характеру поражения определены:

Местные электротравмы, характеризующиеся местным (локальным) повреждением определенной части тела;
Общие электротравмы, представляющие собой обширные поражения организма в результате протекания через него электрического тока. При общих электротравмах возможны остановки сердца и дыхания, приводящие к клинической смерти пострадавшего человека.

Согласно статистическим данным, повреждения от ударов током распределены следующим образом:

20% всех случаев приходятся на местные электротравмы;
25% – травмы общего характера;
55% являются смешанными, в которых одновременно проявляются местные и общие поражения организма.

Виды местных электротравм

Местные электротравмы (далее по тексту МЭ) представляют собой ярко выраженные локальные нарушения анатомической целостности тканей, включая костные, вызванные поражающим действием электрического тока и дуги. В большинстве случаев МЭ излечиваются, функции органов пострадавшего частично или полностью восстанавливаются. Случаи гибели людей от МЭ довольно редки, чаще всего смерть наступает от тяжелого ожога. Опасность МЭ и сложность лечения оцениваются в соответствии со следующими факторами:

место, характер и степень повреждения ткани/тканей;
реакция организма на локальное повреждение.

Наиболее характерными являются следующие виды МЭ:

Электроожоги, являющиеся результатом термической агрессии электротока при его протекании через тело;
Электрические знаки (метки), представленные уплотненными участками бледно-желтого цвета в виде резко очерченных пятен на коже пострадавшего от удара током. Могут выглядеть как резаная или колотая рана либо как обугленный участок тела. На участке с электрической меткой кожа теряет чувствительность;
Металлизация кожи, обусловленная проникновением в верхние слои человеческой кожи микрочастиц металла, расплавившегося при горении электрической дуги, или заряженных металлочастиц из ванн с электролитом;

Дополнительная информация. При коротком замыкании или отключении рубильника под нагрузкой образуется мощный тепловой поток, инициирующий расплавление металла токоведущих элементов. Возникающие при КЗ динамические силы разбрызгивают частицы расплавленного металла, которые разлетаются по сторонам с высокой скоростью.

Механические повреждения как следствие неконтролируемых резких судорожных сокращений мышц при ударе током. Отмечаются вывихи суставов и разрывы связок, разрывы нервных волокон и кровеносных сосудов;
Электроофтальмия.

Рассмотрим подробнее электроожоги как наиболее часто встречающиеся МЭ.

Электроожоги

На долю электроожогов приходится практически 60% всех МЭ. По условиям происхождения электроожоги разделяют на две категории травматизма:

токовые (или контактные) ожоговые травмы, возникающие в процессе протекания электротока непосредственно через человеческое тело при прямом контакте человека с токоведущими элементами;
дуговые ожоги, обусловленные поражением от электрической дуги.

На рис. ниже приведен пример вспышки дуги, зафиксированной камерой видеонаблюдения.

Токовые ожоги возникают в электроустановках с небольшим напряжением, не превышающим 2 кВ. При более высоких напряжениях обычно образуется искра или дуга, которые становятся причиной ожога. По степени тяжести поражения токовые ожоги подразделяют следующим образом:

I степень – незначительные повреждения верхних слоев кожного эпидермиса, покраснения и припухлость кожи без образования волдырей. Травма легко залечивается в домашних условиях, иногда даже не требует лечения;
II степень – наряду с обычным повреждением верхнего слоя на коже выступают волдыри, заполненные желтоватым экссудатом (в обиходе волдыри от ожога просто называют пузырями). При небольших участках ожога вполне достаточно стационарного лечения на дому;
III степень – кожа поражена по всей толще с развитием некроза, не допускающего ее самостоятельной регенерации (омертвление кожи и подкожной клетчатки);
IV степень –полное некротическое поражение кожи, клетчатки, мышц, костей и сухожилий. Визуально последствия выражены обугленными конечностями и другими участками тела.

Важно! Для лечения ожогов III и IV степени требуется хирургическое вмешательство.

На рис. ниже проиллюстрированы степени ожоговых повреждений электротоком.

Для возникновения дуговых ожогов нет необходимости в прохождении тока через человека. При горении дуги образуется мощный поток тепловой энергии, способный нанести сильнейшие ожоги вплоть до III и IV степени тяжести.

Общие электротравмы

Для общих электротравм (далее по тексту ОЭ) характерно поражение двух и более участков тела или сразу нескольких внутренних органов. Прямую угрозу жизнедеятельности организма представляют нарушения нормального функционирования различных систем жизнеобеспечения, включая работу сердца, мозга и центральной нервной системы.

Повреждающие возможности электрического тока зависят от следующих основных факторов:

Рода тока (переменный или постоянный) и частоты тока;
Силы тока и величины приложенного напряжения;
Продолжительности действия тока;
Пути электротока;

Принято выделять следующие петли вероятного прохождения тока через организм (см. рис. ниже):

поз. 1 – «рука-рука»;
поз. 2 – «левая рука-ноги»;
поз. 3 – «правая рука-нога»;
поз. 4 – «руки-ноги»;
поз. 5 – «нога-нога»;
поз. 6 – «голова-ноги»;
поз. 7 – «голова-рука»;
поз. 8 – «голова-нога».

Наиболее опасными по степени поражения считаются петли «голова-рука» (поз. 7) и «голова-нога» (поз.8), для которых характерно прохождение тока через головной и спинной мозг. Наименее опасной считается петля «нога-нога» (поз. 5), практически не затрагивающая жизненно важные органы.

Сопротивления человеческого тела и состояния кожного покрова;
Индивидуальных особенностей человеческого организма;
Влажности окружающего воздуха.

Несчастных случаев, связанных с поражением электрическим током, можно избежать, если строго соблюдать требования техники безопасности при эксплуатации электрооборудования или не пользоваться неисправными бытовыми электроприборами (например, в быту часто пренебрегают аккуратным подсоединением проводов к розеткам, пользуясь оголенными проводами, что чревато электротравмой). Правильное проектирование, монтаж или ремонт электрических устройств обеспечивают их безопасную эксплуатацию.

На рис. ниже показано опасное подсоединение проводов к розеткам.

Видео

Что такое электрический ток?

Открытия, связанные с электричеством, кардинально изменили нашу жизнь. Используя электрический ток как источник энергии, человечество сделало прорыв в технологиях, которые облегчили наше существование. Сегодня электричество приводит в движение токарные станки, автомобили, управляет роботизированной техникой, обеспечивает связь. Этот список можно продолжать очень долго. Даже трудно назвать отрасль, где можно обойтись без электроэнергии.

В чём секрет такого массового использования электричества? Ведь в природе существуют и другие источники энергии, более дешевые, чем электричество. Оказывается всё дело в транспортировке.

Электрическую энергию можно доставить практически везде:

к производственному цеху;
квартире;
на поле;
в шахту, под воду и т. д.

Электроэнергию, накопленную аккумулятором, можно носить с собой. Мы пользуемся этим ежедневно, беря с собой сотовый телефон. Ни один другой вид энергии не обладает такими универсальными свойствами как электричество. Разве это не является достаточной причиной для того, чтобы глубже изучить природу и свойства электричества?

Что такое электрический ток?

Электрические явления наблюдались давно, но объяснить их природу человек смог относительно недавно. Удар молнии казался чем-то неестественным, необъяснимым. Странным казалось потрескивание некоторых предметов при их трении. Искрящаяся в темноте расчёска, после расчёсывания шерсти животных (например, кошки) вызвала недоумение, но подогревала интерес к этому явлению.

Как всё начиналось

Ещё древним грекам было известно свойство янтаря, потёртого о шерсть, притягивать некоторые мелкие предметы. Кстати, от греческого названия янтаря –«электрон» пошло название «электричество».

Когда физики вплотную занялись исследованием электризации тел, они начали понимать природу подобных явлений. А первый кратковременный электрический ток, созданный человеком, появился при соединении проводником двух наэлектризованных предметов (см. рис. 1). В 1729 году англичане Грей и Уиллер открыли проводимость зарядов некоторыми материалами. Но определения электрического тока они не смогли дать, хотя и понимали, что заряды перемещаются от одного тела к другому по проводнику.

Рис. 1. Опыт с заряженными телами

Об электрическом токе, как о физическом явлении заговорили лишь после того, как итальянец Вольта дал объяснение опытам Гальвани, а в 1794 году изобрёл первый в мире источник электричества – гальванический элемент (столб Вольта). Он обосновал упорядоченное перемещение заряженных частиц по замкнутой цепи.

Определение

В современной трактовке электрическим током называют направленное перемещение силами электрического поля заряженных частиц, Носителями зарядов металлических проводников являются электроны, а растворов кислот и солей — отрицательные и положительные ионы. Полупроводниковыми носителями зарядов являются электроны и «дырки».

Для того чтобы электрический ток существовал, необходимо всё время поддерживать электрическое поле. Должна существовать разница потенциалов, поддерживающая наличие первых двух условий. До тех пор, пока эти условия соблюдены, заряды будут упорядоченно перемещаться по участкам замкнутой электрической цепи. Эту задачу выполняют источники электричества.

Такие условия можно создать, например, с помощью электрофорной машины (рис. 2). Если два диска вращать в противоположных направлениях, то они будут заряжаться разноимёнными зарядами. На щётках, прилегающих к дискам, появится разница потенциалов. Соединив контакты проводником, мы заставим заряженные частицы двигаться упорядоченно. То есть электрофорная машина является источником электричества.

Рисунок 2. Электрофорная машина

Источники тока

Первыми источниками электрической энергии, нашедшими практическое применение, были упомянутые выше гальванические элементы. Усовершенствованные гальванические элементы (народное название – батарейки) широко применяются по сей день. Они используются для питания пультов управления, электронных часов, детских игрушек и многих других гаджетов.

Читать еще: Очищаем от рекламы настройки телефона

С изобретением генераторов переменных токов электричество приобрело второе дыхание. Началась эра электрификации городов, а позже и всех населённых пунктов. Электрическая энергия стала доступной для всех граждан развитых стран.

Сегодня человечество ищет возобновляемые источники электроэнергии. Солнечные панели, ветряные электростанции уже занимают свои ниши в энергосистемах многих стран, включая Россию.

Характеристики

Электрический ток характеризуется величинами, которые описывают его свойства.

Сила и плотность тока

Для описания характеристики электричества часто используют термин «сила тока». Название не совсем удачное, так как оно характеризует только интенсивность движения электрических зарядов, а не какую-то силу в буквальном смысле. Тем не менее, этим термином пользуются, и он означает количество электричества (зарядов) проходящего через плоскость поперечного сечения проводника. Единицей измерения силы тока в системе СИ является ампер (А).

1 А означает то, что за одну секунду через поперечное сечение проводника проходит электрический заряд 1 Кл. (1А = 1 Кл/с).

Плотность тока – векторная величина. Вектор направлен в сторону движения положительных зарядов. Модуль этого вектора равен отношению силы тока на некотором перпендикулярном к направлению движения зарядов сечении проводника к площади этого сечения. В системе СИ измеряется в А/м 2 . Плотность более ёмко характеризует электричество, однако на практике чаще используется величина «сила тока».

Разница потенциалов (напряжение) на участке цепи выражается соотношением: U = I×R, где U – напряжение, I – сила тока, а R – сопротивление. Это знаменитый закон Ома.

Мощность

Электрическими силами совершается работа против активного и реактивного сопротивления. На пассивных сопротивлениях работа преобразуется в тепловую энергию. Мощностью называют работу, выполненную за единицу времени. По отношению к электричеству применяют термин «мощность тепловых потерь». Физики Джоуль и Ленц доказали, что мощность тепловых потерь проводника равна силе тока умноженной на напряжение: P = I× U. Единица измерения мощности – ватт (Вт).

Частота

Переменный ток характеризуется также частотой. Данная характеристика показывает, как за единицу времени изменяется количество периодов (колебаний). Единицей измерения частоты является герц. 1 Гц = 1 периоду за секунду. Стандартная частота промышленного тока составляет 50 Гц.

Ток смещения

Понятие «ток смещения» ввели для удобства, хотя в классическом понимании его нельзя назвать током, так как отсутствует перенос заряда. С другой стороны, интенсивность магнитного поля пребывает в зависимости от токов проводимости и смещения.

Токи смещения можно наблюдать в конденсаторах. Несмотря на то, что при зарядке и разрядке между обкладками конденсатора не происходит перемещения заряда, ток смещения протекает через конденсатор и замыкает электрическую цепь.

Виды тока

По способу генерации и свойствам электроток бывает постоянным и переменным. Постоянный – это такой, что не меняет своего направления. Он течёт всегда в одну сторону. Переменный ток периодически меняет направление. Под переменным понимают любой ток, кроме постоянного. Если мгновенные значения повторяются в неизменной последовательности через равные промежутки времени, то такой электроток называют периодическим.

Классификация переменного тока

Классифицировать изменяющиеся во времени токи можно следующим образом:

Синусоидальный, подчиняющийся синусоидальной функции во времени.
квазистационарный – переменный, медленно изменяющийся во времени. Обычные промышленные токи являются квазистационарными.
Высокочастотный – частота которого превышает десятки кГц.
Пульсирующий – импульс которого периодически изменяется.

Различают также вихревые токи, которые возникают в проводнике при изменении магнитного потока. Блуждающие токи Фуко, как их ещё называют, не текут по проводам, а образуют вихревые контуры. Индукционный ток имеет ту же природу что и вихревой.

Дрейфовая скорость электронов

Электричество по металлическому проводнику распространяется со скоростью света. Но это не означает, что заряженные частицы несутся от полюса к полюсу с такой же скоростью. Электроны в металлических проводниках встречают на своём пути сопротивление атомов, поэтому их реальное перемещение составляет всего 0,1 мм за секунду. Реальная, упорядоченная скорость перемещения электронов в проводнике называется дрейфовой.

Если замкнуть проводником полюсы источника питания, то вокруг проводника молниеносно образуется электрическое поле. Чем больше ЭДС источников, тем сильнее проявляется напряжённость электрического поля. Реагируя на напряжённость, заряженные частицы вмиг принимают упорядоченное движение и начинают дрейфовать.

Направление электрического тока

Традиционно считают, что вектор электрического тока направлен к отрицательному полюсу источника. Но на самом деле электроны движутся к положительному полюсу. Традиция возникла из-за того, что за направление вектора было выбрано движение положительных ионов в электролитах, которые действительно стремятся к негативному полюсу.

Электроны проводимости с отрицательным зарядом в металлах были открыты позже, но физики не стали менять первоначальные убеждения. Так укрепилось утверждение, что ток направлен от плюса к минусу.

Электрический ток в различных средах

В металлах

Носителями тока в металлических проводниках являются свободные электроны, которые из-за слабых электрических связей хаотично блуждают внутри кристаллических решёток (рис. 3). Как только в проводнике появляется ЭДС, электроны начинают упорядочено дрейфовать в сторону позитивного полюса источника питания.

Рис. 3. Электрический ток в металлах

В результате прохождения тока возникает сопротивление проводников, которое препятствует потоку электронов и приводит нагреванию. При коротком замыкании выделение тепла настолько сильное, разрушает проводник.

В полупроводниках

В обычном состоянии у полупроводника нет свободных носителей зарядов. Но если соединить два разных типа полупроводников, то при прямом подключении они превращаются в проводник. Происходит это потому, что у одного типа есть положительно заряженные ионы (дырки), а у другого – отрицательные ионы (атомы с лишним электроном).

Под напряжением электроны из одного полупроводника устремляются для замещения (рекомбинации) дырок в другом. Возникает упорядоченное движение свободных зарядов. Такую проводимость называют электронно-дырочной.

В вакууме и газе

Электрический ток возможен и в ионизированном газе. Заряд переносится положительными и отрицательными ионами. Ионизация газов возможна под действием излучения или вследствие сильного нагревания. Под действием этих факторов возбуждаются атомы, которые превращаются в ионы (рис. 4).

Рис 4. Электрический ток в газах

В вакууме электрические заряды не встречают сопротивления, поэтому. заряженные частицы движутся с околосветовыми скоростями. Носителями зарядов являются электроны. Для возникновения тока в вакууме необходимо создать источник электронов и достаточно большой положительный потенциал на электроде.

Примером может служить работа вакуумной лампы или электронно-лучевая трубка.

В жидкостях

Оговоримся сразу – не все жидкости являются проводниками. Электрический ток возможен в кислотных, щёлочных и соляных растворах. Иначе говоря – в средах, где имеются заряженные ионы.

Если опустить в раствор два электрода и подключить их к полюсам источника, то между ними будет протекать электрический ток (рис. 5). Под действием ЭДС катионы устремятся к катоду (минусу), а анионы к аноду. При этом будет происходить химическое воздействие на электроды – на них будут оседать атомы растворённых веществ. Такое явление называют электролизом.

Рис. 5. Электроток в жидкостях

Для лучшего понимания свойств электротока в разных средах, предлагаю рассмотреть картинку на рисунке 6. Обратите внимание на вольтамперные характеристики (4 столбец).

Рис. 6. Электрический ток в средах

Проводники электрического тока

Среди множества веществ, лишь некоторые являются проводниками. К хорошим проводникам относятся металлы. Важной характеристикой проводника является его удельное сопротивление.

Небольшое сопротивление имеют:

На практике наиболее часто применяют алюминиевые и медные проводники, так как они не слишком дорогие.

Электробезопасность

Несмотря на то что электричество прочно вошло в нашу жизнь, не следует забывать об электробезопасности. Высокие напряжения опасны для жизни, а короткие замыкания становятся причиной пожаров.

При выполнении ремонтных работ необходимо строго соблюдать правила безопасности: не работать под высоким напряжением, использовать защитную одежду и специальные инструменты, применять ножи заземления и т.п.

В быту используйте только такую электротехнику, которая рассчитана на работу в соответствующей сети. Никогда не ставьте «жучки» вместо предохранителей.

Помните, что мощные электролитические конденсаторы имеют большую электрическую емкость. Накопленная в них энергия может вызвать поражение даже спустя несколько минут после отключения от сети.

Что такое электрический ток?

Электрическую энергию можно доставить практически везде:

к производственному цеху;
квартире;
на поле;
в шахту, под воду и т. д.

Что такое электрический ток?

Как всё начиналось

Рис. 1. Опыт с заряженными телами

Определение

Рисунок 2. Электрофорная машина

Источники тока

Характеристики

Электрический ток характеризуется величинами, которые описывают его свойства.

Сила и плотность тока

Мощность

Частота

Ток смещения

Читать еще: Лучшая бюджетная видеокарта для игр

Виды тока

Классификация переменного тока

Классифицировать изменяющиеся во времени токи можно следующим образом:

Синусоидальный, подчиняющийся синусоидальной функции во времени.
квазистационарный – переменный, медленно изменяющийся во времени. Обычные промышленные токи являются квазистационарными.
Высокочастотный – частота которого превышает десятки кГц.
Пульсирующий – импульс которого периодически изменяется.

Дрейфовая скорость электронов

Направление электрического тока

Электрический ток в различных средах

В металлах

Рис. 3. Электрический ток в металлах

В полупроводниках

В вакууме и газе

Рис 4. Электрический ток в газах

Примером может служить работа вакуумной лампы или электронно-лучевая трубка.

В жидкостях

Рис. 5. Электроток в жидкостях

Рис. 6. Электрический ток в средах

Проводники электрического тока

Небольшое сопротивление имеют:

На практике наиболее часто применяют алюминиевые и медные проводники, так как они не слишком дорогие.

Электробезопасность

Электрический ток и его использование

Урок 29. Технология 8 класс ФГОС

Конспект урока “Электрический ток и его использование”

Сейчас можно с уверенностью сказать, что самым главным достижением человечества является открытие электрического тока и его использование.

Электрическая энергия имеет огромное значение, как в жизни каждого отдельно взятого человека, так и в развитии современного общества в целом.

На сегодняшний день сложно представить нашу жизнь без электричества. Ведь именно оно освещает наше жильё и улицы, приводит в движение трамваи, троллейбусы и поезда.

Да, и все бытовые приборы, которыми мы пользуемся дома, работают при помощи электрической энергии.

Работа современных средств связи, без которых мы не представляем свою жизнь — телефона, радио, телевидения, интернета — также основана на использовании электрической энергии.

Электроэнергия поселилась во всех сферах деятельности человека. Без электричества не могут обойтись ни промышленность, ни сельское хозяйство, ни даже наука.

Без него невозможно было бы развитие кибернетики, вычислительной и космической техники.

Но, важно понимать, что электрическая энергия, которую мы используем, не существует в природе в готовом для потребления виде. Её нельзя добыть, как полезное ископаемое – нефть или уголь.

Так откуда же она берётся?

Чтобы любая энергия стала полезной человеку, он должен был научиться с ней обращаться, это значит, должен был научиться преобразовывать одни виды энергии в другие.

Человечество справилось с этой нелёгкой задачей. Люди стали получать электрическую энергию, которая так необходима для производственных и бытовых нужд, из других видов энергии: механической, тепловой, световой, химической.

Преобразования энергии различных видов в электрическую энергию происходят на электростанциях. Устройство, которое преобразует какую-либо энергию в электрическую, называют источником.

Основную часть электрической энергии люди получают преобразованием механической энергии при помощи специальных электромеханических машин.

Эти машины называются – электрогенераторы. В электрогенераторе механическая энергия турбины преобразуется в электрическую энергию. Турбина – это такое вращающееся колесо специальной конструкции. Так, например, на гидроэлектростанциях турбина вращается за счёт энергии падающей воды.

На тепловых электростанциях турбина вращается с помощью энергии движения пара.

А на ветряных электростанциях – за счёт энергии ветра.

На космических станциях источником электрической энергии являются фотоэлементы. Именно они преобразуют солнечную энергию в электрическую.

Помимо стационарных источников существуют переносные источники электрической энергии. Это гальванические элементы, различные аккумуляторы, а также батареи из них.

В переносных источниках электрическая энергия получается за счёт химического процесса взаимодействия разнородных металлов с особым веществом – электролитом. Существуют ещё и малогабаритные механические генераторы, которые работают за счёт мускульной силы рук или ног человека. Примером малогабаритного механического генератора может послужить генератор для велосипедной фары.

Давайте попробуем разобраться, как же происходит процесс передачи электрической энергии.

Вообще, первые сведения об электричестве появились много столетий назад и относились они тогда к электрическим зарядам, которые получались посредством трения. Ещё в Древней Греции было установлено, что если янтарь натереть шерстяной тканью, то он приобретёт способность притягивать лёгкие предметы.

Кстати, по-гречески слово «янтарь» звучит как «электрон». От этого слова и произошёл термин «электричество». Затем люди выяснили, что точно такими же свойствами обладают и многие другие вещества. Тогда такие вещества были названы наэлектризованными. Сейчас же мы говорим, что на телах в таком состоянии имеются электрические заряды, а сами же тела называем заряженными.

Итак, электрическая энергия передаётся при помощи потока мельчайших заряженных частиц.

Эти заряженные частицы всегда возникают при тесном контакте различных веществ. В некоторых телах электрические заряды могут свободно перемещаться между различными частями, в других же это невозможно. В первом случае вещества называют проводниками, во втором – диэлектриками или изоляторами.

Проводниками являются все металлы, растворы солей, кислот, включая обычную питьевую воду.

Примерами изоляторов могут служить стекло, резина, различные пластмассы.

Следует знать, что деление веществ на проводники и диэлектрики весьма условно. Так как все вещества в большей или меньшей степени проводят электричество.

В природе различают два вида электрических зарядов. Условно их называют положительными и отрицательными.

Вокруг каждого из этих зарядов существует электрическое поле, за счёт которого одноимённые заряды отталкиваются друг от друга, а разноимённые притягиваются друг к другу. В случае взаимодействия различных веществ разноимённые заряды будут стремиться перейти из одного вещества в другое. Перемещение этих заряженных частиц и будет представлять собой электрический ток.

Вообще, электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц под действием электрического поля.

Исторически за направление электрического тока было принято движение положительных зарядов, которые перемещаются от положительного полюса источника к отрицательному по проводнику, подключённому к полюсам.

Количество зарядов, прошедших за единицу времени через поперечное сечение проводника, называется силой тока.

Выражается эта зависимость следующей формулой: , где – сила тока, – количество зарядов, – время.

Единицу силы тока называют ампером, в честь французского учёного Андре Ампера.

Электропитание всех электрических устройств осуществляется постоянным и переменным током. Электрический ток, направление и значение которого не меняются со временем, называют постоянным. А электрический ток, направление и значение которого способны периодически изменяться, называют переменным.

Электропитание большинства электротехнических устройств осуществляется переменным током.

А теперь давайте рассмотрим особенности протекания электрического тока в различных средах и его применение.

Итак, при рассмотрении вопроса протекания электрического тока надо учитывать наличие различных носителей тока – элементарных зарядов – характерных для данного физического состояния вещества. Само по себе вещество может быть твёрдым, жидким или газообразным.

В металлических проводниках ток образуется за счёт движения электронов, имеющих отрицательный заряд. Вообще, все металлы являются проводниками тока. Применение тока в металлах используется для передачи электроэнергии на расстояние.

Из жидкостей электрический ток проводят только электролиты – растворы солей, кислот и щелочей. Прохождение постоянного электрического тока через жидкие среды сопровождается химическими реакциями. Это свойство широко применяют в аккумуляторах, в электрометаллургии для получения алюминия и бокситов, а также при электрохимической обработке материалов и очистке металлов от примесей.

Электрический ток в газовой среде вызывает свечение газа. На основе этого явления работают лампы дневного света, лазеры, прожекторы.

Устройства, которые преобразуют электрическую энергию в другие виды энергии – свет, тепло, механическую и химическую энергию, – называют приёмниками или потребителями электрической энергии, а в электротехнике – нагрузкой.

Для того чтобы электрическое устройство (или нагрузка) работало, его нужно соединить с полюсами источника тока. На практике источник с нагрузкой часто соединяют с помощью дополнительных проводников, в быту и электротехнике их называют проводами.

То, о чём мы сейчас с вами говорили: источник электрической энергии, нагрузка и соединительные провода – всё вместе это называется электрической цепью.

На этом уроке мы говорили об электрическом токе и его использовании. Рассмотрели различные источники электроэнергии. Разобрались, как происходит процесс передачи электрической энергии. А также рассмотрели особенности протекания электрического тока в различных средах и его применение.

В розетке постоянный ток или переменный?

Люди, мало-мальски знакомые с электротехникой, без труда ответят на вопрос о том, какой ток в розетке. Конечно же переменный. Этот вид электричества гораздо проще производить и передавать на большие расстояния, а потому выбор в пользу переменного тока очевиден.

Виды тока

Существует два вида тока — постоянный и переменный. Чтобы понять разницу и определить, постоянный или переменный ток находится розетке, следует вникнуть в некоторые технические особенности. Переменный ток имеет свойство изменяться по направлению и величине. Постоянный же ток обладает устойчивыми качествами и направлением передвижения заряженных частиц.

Переменный ток выходит из генераторов электростанции с напряжением, составляющим 220–440 тысяч вольт. При подходе к многоквартирному зданию ток уменьшается до 12 тысяч вольт, а на трансформаторной станции преобразуется в 380 вольт. Напряжение между фазами именуют линейным. Низковольтный участок понижающей подстанции выдает три фазы и нулевой (нейтральный) провод. Подключение энергопотребителей осуществляется от одной из фаз и нулевого провода. Таким образом, в здание заходит переменный однофазный ток с напряжением 220 вольт.

Читать еще: Сброс пароля Windows 10

Схема распределения электроэнергии между домами представлена ниже:

В жилище электричество поступает на счетчик, а далее — через автоматы на коробки каждого помещения. В коробках имеется разводка по комнате на пару цепей — розеточную и осветительной техники. Автоматы могут предусматриваться по одному для каждого помещения или по одному для каждой цепи. С учетом того, на сколько ампер рассчитана розетка, она может быть включена в группу или быть подключенной к выделенному автомату.

Переменный ток составляется примерно 90% всей потребляемой электроэнергии. Столь высокий удельный вес вызван особенностями этого вида тока — его можно транспортировать на значительные расстояния, изменяя на подстанциях напряжение до нужных параметров.

Источниками постоянного тока чаще всего являются аккумуляторные батареи, гальванические элементы, солнечные панели, термопары. Постоянный ток широко используется в локальных сетях автомобильного и воздушного транспорта, в компьютерных электросхемах, автоматических системах, радио- и телевизионной аппаратуре. Постоянный ток применяется в контактных сетях железнодорожного транспорта, а также на корабельных установках.

Обратите внимание! Постоянный ток используется во всех электронных приборах.

На схеме, представленной ниже, показаны принципиальные отличия между постоянным и переменным токами.

Параметры домашней электрической сети

Основными параметрами электричества являются его напряжение и частота. Стандартное напряжение для домашних электросетей — 220 вольт. Общепринятая частота — 50 герц. Однако в США используется другое значение частоты — 60 герц. Параметр частоты задается генерирующим оборудованием и является неизменным.

Напряжение в сети конкретного дома или квартиры может быть отличным от номинала (220 вольт). На данный показатель влияет техническое состояние оборудования, сетевые нагрузки, загруженность подстанции. В результате напряжение может отклоняться от заданного параметра в ту или другую сторону на 20–25 вольт.

Скачки напряжения отрицательно сказываются на работоспособности электробытовой техники, поэтому подключения в домашней сети рекомендуется осуществлять через стабилизаторы напряжения.

Токовая нагрузка

Все розетки имеют определенную маркировку, по которой можно судить о допустимой токовой нагрузке. Например, обозначение «5A» указывает на максимальную силу тока в 5 ампер. Допустимые показатели следует соблюдать, поскольку в противном случае возможен выход оборудования из строя, в том числе его возгорание.

Маркировка на розетках показана на рисунке внизу:

Ко всем легально продаваемым электроприборам прилагается паспорт, где указана потребляемая мощность или номинал токовой нагрузки. Крупнейшими потребителями электроэнергии являются такие электробытовые приборы, как кондиционеры, микроволновые печи, стиральные машины, кухонные электроплиты и духовки. Таким приборам для нормальной работы понадобится розетка с нагрузкой не меньше 16 ампер.

Если же в документации к электробытовой технике отсутствуют сведения о потребляемых амперах (сила тока в розетке), определение нужных величин осуществляется по формуле электрической мощности:

Показатель мощности имеется в паспорте, напряжение сети известно. Чтобы определить потребление электричества, нужно показатель мощности (указывается только в ваттах) разделить на величину напряжения.

Разновидности розеток

Розетки предназначены для создания контакта между электрической сетью и бытовой техникой. Они изготовлены так, чтобы обеспечить надежную защиту от случайных прикосновений к токоведущим элементам. Современные модели чаще всего оснащены защитным заземлением, представленным в виде отдельного контакта.

По способу монтажа существует два вида розеток — открытые и скрытые. Выбор разновидности розетки во многом определяется типом монтажа. К примеру, при организации наружной проводки используют накладные открытые розетки. Такая фурнитура проста в монтаже и не нуждается в нишах для подрозетников. Встроенные же модели более привлекательны с эстетической точки зрения и более безопасны, поскольку токоведущие элементы находятся внутри стены.

Розетки отличаются по токовой величине. Большая часть устройств предназначена для работы с 6, 10 или 16 амперами. Старые образцы советского производства рассчитаны только на 6,3 ампера.

Обратите внимание! Максимально возможный для розетки ток должен находиться в соответствии с мощностью потребителя, подключаемого к электросети.

Методы измерения напряжения и тока

Чтобы измерить показатели напряжения и тока применяются следующие способы:

Наиболее простой метод — подключение к розетке электрического прибора соответствующего напряжения. Если в розетке есть ток, электроприбор будет функционировать.
Индикатор напряжения. Это приспособление может быть однополюсным и представлять собой специальную отвертку. Также выпускаются двухполюсные индикаторы с парой контакторов. Однополюсное устройство определяет фазу в розеточном контакте, но не обнаруживает наличие или отсутствие нуля. Двухполюсный же индикатор показывает ток между фазами, а также между нулем и фазой.
Мультиметр (мультитестер). С помощью специального тестера проводятся измерения любого типа тока, присутствующего в розетке — как переменного, так и постоянного. Также мультиметром проверяют уровень напряжения.
Контрольная лампа. С помощью лампы определяют наличие электричества в розетке при условии, что лампочка в контрольном приборе соответствует напряжению в тестируемой розетке.

Перечисленной выше информации вполне достаточно для общего понимания принципов организации электрической сети в доме. Приступать к проведению любых электротехнических работ следует только с соблюдением всех мер безопасности и при наличии соответствующей квалификации.

Применение электрической энергии в домашнем быту

Наряду с успехами, которые делает электрификация в Советском Союзе, с каждым годом проникая все глубже и глубже в различные отрасли народного хозяйства и захватывая новые области (транспорт, сельское хозяйство), есть одна область, которой она до настоящего времени совсем почти не коснулась, если не считать электрического освещения, — это домашний быт.

А между тем, самый беглый обзор тех преимуществ, которые дает применение электричества в домашнем быту, заставляет обратить на развитие электрификации быта самое серьезное внимание, в особенности, при проектировании и строительстве новых социалистических городов.

Электричество в домашнем быту улучшает гигиенические условия жизни и облегчает выполнение домашних работ. Поддержание в чистоте кухонь, обслуживаемых электричеством, обходится значительно дешевле — нет копоти, золы, остатков несгоревшего топлива, исключена возможность попадания в кухонные помещения вредных продуктов сгорания и светильного газа, что может иметь место в случае применения газа, а потому нет необходимости в усиленной вентиляции помещения кухонь, что приходится делать, в особенности, в больших кухнях, при массовом приготовлении пищи (в ресторанах, столовых, больницах и т. п.). Электрические плиты излучают меньше тепла, чем плиты с открытым пламенем (угольные или газовые), так как температуры нагревания, с которыми приходится иметь дело в электрических плитах, значительно ниже, чем в случае применения угольных, дровяных или газовых плит, так как эти температуры определяются исключительно потребностью в тепле того процесса, который совершается на плите (варка, печение или жарение того или иного количества определенного продукта) и не находится ни в какой зависимости от процессов горения топлива, как-то имеет место в плитах с открытым пламенем. Вследствие этого в помещении электрической кухни обычно менее высокая температура, что особенно важно летом. Равномерность температуры и возможность поддерживания ее в границах, необходимых для приготовления данного блюда, является отличительной особенностью электрической плиты, благодаря чему почти исключена возможность порчи пищи от неправильного нагревания ее и, в частности, пригорания масла.

Значительное сбережение времени и сил дает употребление для стирки белья аппарата с центрифугой.

Электрические аппараты для нагревания воды, которые, нагреваясь ночным током, утром предоставляют в распоряжение потребителя воду, подогретую до высокой температуры, ускоряют приготовление утреннего чая, кофе и т. п.; применение горячей воды ускоряет также и процесс приготовления всякого рода супов.

Вообще применение электричества в домашнем быту увеличивает степень механизации последнего, позволяет, с одной стороны, избежать применения в хозяйстве труда домашних работниц и, с другой стороны, значительно облегчает и сокращает труд женщин в домашнем быту и позволяет им посвятить освободившееся время труду на производстве или общественной работе.

Самое же важное в условиях советского Союза это то, что облегчая возможность введения общественного питания и механизацию отдельных процессов домашнего хозяйства и позволяя осуществлять их с меньшей затратой времени, сил и средств в центральных предприятиях, электрификация быта может оказать большое влияние на скорейшее внедрение в домашний быт коллективизации.

Электричество в домашнем быту за границей

Применение электричества в домашнем быту за-границей — дело не новое. В некоторых странах за последние годы оно получило значительное развитие. Наибольшее распространение применение электричества в домашнем быту получило в Швейцарии, Северо-Американских Соединенных Штатах и в Германии; менее значительное — в Норвегии, Великобритании, Австрии, Франции, Бельгии и Японии.

Швейцария. В Швейцарии из 4,5 млрд. квтч, произведенных в 1928 г. на электрических станциях, 410 млн. квтч, т. е. 9,1% использовано для домашних нужд. Интересно отметить, что потребление энергии на эту цель было более значительным, чем для целей железнодорожной тяги, которое было в том же году равно 7,1% [1]

Электрические кухни особенно значительное распространение получили среди деревенского населения, в районах, где не имеется газа [2]. Здесь не менее 200‑250 тыс. жителей пользуются электрической энергией для этой цели, потребляя в год 80‑100 млн. квтч. Одно из наиболее интересных применений электричества с точки зрения улучшения нагрузки станций в ночное время — это нагревание воды в ночное время в приборах, аккумулирующих тепло (Heißwasserspeicher), при чем потребление энергии таким прибором на одно лицо, пользующееся им, достигает от 0,5 до 1,5 квтч в день. Таких приборов в Швейцарии установлено до 10 тыс. штук и потребление ими энергии достигает 50 млн. квтч в год. Нагретая в приборах вода дальше идет на приготовление пищи и другие хозяйственные нужды. Так как около 50% общего количества калорий, потребных на приготовление пищи, идут на нагревание воды, использование ночного тока для этого процесса уменьшает на соответствующую величину нагрузку электрических станций в дневное время. Устанавливая низкие тарифы на электрическую энергию, отпускаемую ночью, электрические предприятия в Швейцарии добились за последние годы значительного улучшения использования электрических станций в ночное время. Некоторые станции в настоящее время загружены ночью почти в той же степени, что и днем. В частности, Базельская электрическая станция имеет присоединенными к своей сети 5.400 таких приборов на общую установленную мощность 10 тыс. квтч. Ночная нагрузка этой станции от 24 до 6 часов составляет 76% зимнего максимума [3]. В среднем же по всем электрическим станциям Швейцарии отношение пика ночной нагрузки к пику дневной равно в настоящее время 3:10 и отношение минимума ночной нагрузки к минимуму дневной 6:6,5 [4].

Кроме электрических кухонь и приборов для нагревания воды ночным током в Швейцарии очень распространены электрические утюги. Число их, по последним данным, достигает 400 тыс. шт. (один утюг на 10 жителей). Потребление энергии на глажение белья достигает величины 30 млн. квтч в год.

Применение электричества для отопления жилищ особого распространения в Швейцарии не получило. Обычно электрические комнатные печи служат здесь для дополнительного нагрева в зимние периоды помещений, отапливаемых обычными комнатными печами на дровах или каменном угле.

Для оплаты энергии применяются три системы тарификации [5]: простой тариф на энергию для освещения и для различных аппаратов малой мощности; двойной тариф с отношением 5:1 на энергию для освещения (более высокая ставка) и на энергию для электрификации быта (более низкая ставка) и, наконец, тройной тариф с отношением 10:2:1, соответственно для энергии на освещение, для энергии для электрификации бута вообще и для энергии на нагревание воды в аккумулирующих тепло приборах. При применении последней системы тарификации максимальный тариф применяется в вечерние часы, средний тариф в дневные часы и наиболее низкий от 12 до 13 часов и от 21 часа до 7 часов. В зависимости от сезона, часы применения отдельных ставок тарифа несколько передвигаются.

Снижение цены на энергию, идущую на нагревание воды в приборах, аккумулирующих тепло, — главное средство, которое позволило швейцарским обществам, распределяющим электрическую энергию, значительно увеличить продажу энергии мелким потребителям. Другой метод, применявшийся в то же время и также оказавшийся очень эффективным, состоял в широкой пропаганде идеи электрификации домашнего быта путем устройства соответствующих лекций, выставок и консультаций по вопросам применения электрической энергии в домашнем быту.

Северо-Американские Соединенные Штаты. Северо-Американские Соединенные Штаты — одна из наиболее электрифицированных стран мира. Для того, чтобы составить себе представление о развитии здесь электрификации, достаточно привести несколько цифр из отчетных данных за 1928 г. о работе электрических станций [6].

Общая установленная мощность машин на электрических станциях САСШ на 1‑е января 1929 г. достигала величины 31,8 млн. кВт; общая выработка электрической энергии на электрических станциях в 1928 г. была равна 83,1 млрд квтч (не считая 1.600 млрд квтч импортированных из Канады), что на душу населения в 1928 г. составило около 700 квтч. Число электрифицированных жилищ в городах и сельских местностях САСШ к началу 1929 г. было равно 19.077 тыс. и число жителей в них 81 млн. чел., что составляет 67% всего населения САСШ. К концу 1929 г. число электрифицированных жилищ увеличилось до 19.500 тыс. Годовое потребление электрической энергии в 1928 г. достигло 69.700 млрд. квтч, при чем на электрические приборы, применяемые в домашнем быту, не считая электрического освещения, израсходовано 3.404 млрд. квтч т. е. около 4,9%.

Данные о числе присоединенных приборов и потребленной ими электрической энергии таковы [7]:

0 0 голоса

Рейтинг статьи