Tentang arus listrik, voltase, dan daya dari buku anak-anak Soviet: sederhana dan jelas

Di Uni Soviet, yang mencapai keberhasilan yang sangat serius dalam pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, gerakan amatir radio menyebar luas. Ribuan warga muda telah mempelajari teknik radio di bawah bimbingan instruktur di lingkaran radio dan klub radio yang memiliki literatur, alat, dan instrumen teknis khusus. Banyak dari mereka di masa depan menjadi insinyur, desainer, ilmuwan yang berkualitas.

Literatur ilmiah populer diterbitkan untuk sirkuit radio semacam itu, di mana berbagai masalah fisika, mekanik, teknik kelistrikan, dan elektronik dijelaskan dalam bahasa sederhana dengan banyak ilustrasi.

Salah satu contoh dari buku tersebut adalah buku Cheslov Klimchevsky "The Alphabet of a Radio Amateur", yang diterbitkan oleh penerbit "Svyazizdat" pada tahun 1962. Bagian pertama dari buku ini berjudul "Electrical Engineering", bagian kedua adalah "Radio Rekayasa", yang ketiga adalah "Saran Praktis". , bagian keempat — «Kami memasang sendiri».

Bukunya sendiri dapat diunduh di sini: Alfabet Radio Amatir (liar)

Jenis buku tahun 1960-an ini bukan milik literatur yang sangat terspesialisasi.Mereka diterbitkan dalam sirkulasi puluhan ribu eksemplar dan ditujukan untuk pembaca massal.

Radio Raz diterapkan dengan sangat lengkap dalam kehidupan sehari-hari masyarakat, sehingga pada saat itu diyakini bahwa Anda tidak dapat dibatasi hanya oleh kemampuan memutar kenop Nika. Dan setiap orang yang berpendidikan harus mempelajari radio untuk memahami bagaimana transmisi radio dan penerimaan radio dilakukan, untuk mengenal fenomena dasar kelistrikan dan magnet yang menjadi kunci teori rekayasa radio. Berbicara secara umum, juga perlu untuk mengenal sistem dan desain perangkat penerima.

Mari kita lihat bersama dan menilai bagaimana saat itu mereka tahu bagaimana menjelaskan hal-hal rumit dengan gambar-gambar sederhana.

Seorang amatir radio pemula di zaman kita:

Tentang arus listrik

Semua zat di dunia dan, karenanya, semua benda di sekitar kita, gunung, laut, udara, tumbuhan, hewan, manusia, terdiri dari partikel, molekul yang sangat kecil, dan yang terakhir, pada gilirannya, atom. Sepotong besi, setetes air, oksigen dalam jumlah yang tidak signifikan, adalah akumulasi miliaran atom, satu jenis besi, jenis lainnya dalam air atau oksigen.

Jika Anda melihat hutan dari kejauhan, itu terlihat seperti strip gelap yang utuh (bandingkan, misalnya, dengan sepotong besi). Saat mereka mendekati tepi hutan, individu pohon dapat dilihat (dalam sepotong besi - atom besi). Hutan terdiri dari pepohonan; sama halnya, suatu zat (seperti besi) terdiri dari atom.

Di hutan jenis konifera, pepohonan berbeda dengan di hutan gugur; demikian pula, molekul setiap unsur kimia tersusun atas atom-atom yang berbeda dengan molekul unsur kimia lainnya. Jadi, atom besi berbeda dari, katakanlah, atom oksigen.

Mendekati lebih dekat ke pepohonan, kita melihat bahwa masing-masing terdiri dari batang dan daun. Dengan cara yang sama, atom-atom zat terdiri dari apa yang disebut Inti (batang) dan elektron (lembaran).

Batangnya berat dan intinya berat; itu mewakili muatan listrik positif (+) dari atom. Daunnya ringan dan elektronnya ringan; mereka membentuk muatan listrik negatif (-) pada atom.

Pohon yang berbeda memiliki batang dengan jumlah cabang yang berbeda dan jumlah daun tidak sama.Demikian juga, sebuah atom, bergantung pada unsur kimia yang diwakilinya, terdiri (dalam bentuk paling sederhana) inti (batang) dengan beberapa muatan positif — yang disebut proton (cabang) dan sejumlah muatan negatif - elektron (lembaran).

Di hutan, di tanah di antara pepohonan, banyak daun tumbang menumpuk. Angin mengangkat daun-daun ini dari tanah dan mereka beredar di antara pepohonan. Jadi dalam suatu zat (misalnya, logam) di antara masing-masing atom terdapat sejumlah elektron bebas yang bukan milik atom mana pun; elektron-elektron ini bergerak secara acak di antara atom-atom.

Jika Anda menghubungkan kabel yang berasal dari baterai listrik ke ujung sepotong logam (misalnya, kait baja): sambungkan salah satu ujungnya ke plus baterai - bawa apa yang disebut potensial listrik positif (+) ke sana, dan ujung lainnya ke minus baterai - bawa potensial listrik negatif (-), maka elektron bebas (muatan negatif) akan mulai bergerak di antara atom-atom di dalam logam, mengalir ke sisi positif baterai.

Ini dijelaskan oleh sifat muatan listrik berikut: muatan berlawanan, yaitu muatan positif dan negatif saling menarik; seperti muatan, yaitu positif atau negatif, sebaliknya, saling tolak.

Elektron bebas (muatan negatif) dalam logam tertarik ke terminal bermuatan positif (+) baterai (sumber arus) dan oleh karena itu bergerak di dalam logam tidak lagi secara acak, tetapi ke sisi positif dari sumber arus.

Seperti yang telah kita ketahui, elektron adalah muatan listrik. Sejumlah besar elektron yang bergerak dalam satu arah di dalam logam membentuk aliran elektron, mis. muatan listrik. Muatan listrik (elektron) yang bergerak dalam logam ini membentuk arus listrik.

Seperti yang telah disebutkan, elektron bergerak di sepanjang kabel dari minus ke plus. Namun, kami sepakat untuk mempertimbangkan bahwa arus mengalir ke arah yang berlawanan: dari plus ke minus, yaitu, seolah-olah tidak negatif, tetapi muatan positif bergerak di sepanjang kabel (muatan positif seperti itu akan tertarik ke minus sumber arus) .

Semakin banyak daun di hutan yang digerakkan oleh angin, semakin tebal memenuhi udara; demikian juga, semakin banyak muatan yang mengalir dalam logam, semakin besar jumlah arus listriknya.

Tidak setiap zat dapat menghantarkan arus listrik dengan kemudahan yang sama. Elektron bebas bergerak dengan mudah, misalnya pada logam.

Bahan di mana muatan listrik bergerak dengan mudah disebut konduktor arus listrik. Beberapa bahan, disebut isolator, tidak memiliki elektron bebas sehingga arus listrik tidak mengalir melalui isolator. Isolator meliputi, antara lain, kaca, porselen, mika, plastik.

Elektron bebas yang ada dalam zat yang menghantarkan arus listrik juga dapat dibandingkan dengan tetesan air.

Tetesan individu saat istirahat tidak membuat aliran air. Sejumlah besar dari mereka bergerak membentuk aliran atau sungai yang mengalir ke satu arah. Tetesan air dalam aliran atau sungai ini bergerak dalam aliran yang kekuatannya lebih besar, semakin besar perbedaan level saluran di sepanjang jalurnya dan, oleh karena itu, semakin besar perbedaan dalam "potensi" (ketinggian) individu tersebut. segmen individu dari jalan ini.

Besarnya arus listrik

Untuk memahami fenomena yang ditimbulkan oleh arus listrik, bandingkan dengan aliran air. Sejumlah kecil air mengalir di sungai, sementara sejumlah besar air mengalir di sungai.

Asumsikan nilai aliran air di sungai sama dengan 1; Mari kita ambil nilai aliran di sungai misalnya sebagai 10. Terakhir, untuk sungai yang kuat, nilai aliran airnya adalah, katakanlah, 100, yaitu seratus kali nilai aliran di sungai.

Aliran air yang lemah hanya dapat menggerakkan roda satu gilingan. Kami akan mengambil nilai aliran ini sama dengan 1.

Dua kali aliran air dapat menggerakkan dua pabrik ini. Dalam hal ini, nilai aliran air sama dengan 2.

Lima kali aliran air dapat menggerakkan lima pabrik identik; nilai debit air sekarang adalah 5. Debit aliran air di sungai dapat diamati; arus listrik mengalir melalui kabel yang tidak terlihat oleh mata kita.

Gambar berikut menunjukkan sebuah motor listrik (electric motor) yang digerakkan oleh arus listrik. Mari kita ambil dalam hal ini nilai arus listrik sama dengan 1.

Ketika arus listrik menggerakkan dua motor listrik tersebut, maka jumlah arus yang mengalir melalui kawat utama akan menjadi dua kali lebih besar, yaitu sama dengan 2.Terakhir, ketika arus listrik mengaliri lima motor listrik yang sama, maka arus pada kabel utama lima kali lebih tinggi daripada pada kasus pertama; jadi besarnya adalah 5.

Satuan praktis untuk mengukur jumlah aliran air atau cairan lain (yaitu, jumlah alirannya per satuan waktu, misalnya, per detik, melalui penampang dasar sungai, pipa, dll.) adalah liter per detik.

Untuk mengukur besarnya arus listrik, yaitu jumlah muatan yang mengalir melalui penampang kawat per satuan waktu, ampere diambil sebagai satuan praktis, sehingga besarnya arus listrik ditentukan dalam ampere. Ampere yang disingkat ditunjukkan dengan huruf a.

Sumber arus listrik dapat berupa, misalnya baterai galvanik atau akumulator listrik.

Ukuran baterai atau akumulator menentukan jumlah arus listrik yang dapat mereka berikan dan durasi kerjanya.

Untuk mengukur besarnya arus listrik dalam teknik kelistrikan, digunakan alat khusus yaitu amperemeter (A). Perangkat listrik yang berbeda membawa jumlah arus listrik yang berbeda.

Tegangan

Kuantitas listrik kedua yang terkait erat dengan besarnya arus adalah tegangan. Untuk lebih mudah memahami apa itu tegangan arus listrik, mari kita bandingkan dengan perbedaan ketinggian saluran (jatuhnya air di sungai), sama seperti kita membandingkan arus listrik dengan aliran air. Dengan perbedaan kecil pada level saluran, kami akan mengambil selisihnya sama dengan 1.

Jika perbedaan tingkat saluran lebih signifikan, maka air terjun juga lebih besar. Misalkan, misalnya, sama dengan 10, yaitu sepuluh kali lebih banyak daripada kasus pertama.Akhirnya, dengan perbedaan tingkat air terjun yang lebih besar, katakanlah, 100.

Jika aliran air jatuh dari ketinggian kecil, maka hanya satu gilingan yang dapat digerakkan. Dalam hal ini, kami akan mengambil setetes air sama dengan 1.

Aliran yang sama yang jatuh dari ketinggian dua kali dapat memutar roda dua gilingan serupa. Dalam hal ini, tetesan air sama dengan 2.

Jika perbedaan level saluran lima kali lebih besar, maka aliran yang sama menggerakkan lima pabrik tersebut. Tetesan air adalah 5.

Fenomena serupa diamati ketika mempertimbangkan tegangan listrik. Cukup mengganti istilah «tetesan air» dengan istilah «tegangan listrik» untuk memahami artinya dalam contoh berikut.

Biarkan hanya satu lampu yang menyala. Misalkan tegangan sama dengan 2 diterapkan padanya.

Agar lima bola lampu yang terhubung dengan cara yang sama dapat menyala, voltase harus sama dengan 10.

Ketika dua lampu identik yang dihubungkan secara seri satu sama lain dinyalakan (seperti lampu biasanya dihubungkan di karangan bunga pohon Natal), tegangannya adalah 4.

Dalam semua kasus yang dipertimbangkan, arus listrik dengan besaran yang sama melewati setiap bohlam dan tegangan yang sama diterapkan ke masing-masing bohlam, yang merupakan bagian dari tegangan total (tegangan baterai), yang berbeda di setiap contoh individu.

Biarkan sungai mengalir ke danau. Secara kondisional, kita akan mengambil ketinggian air di danau sebagai nol, maka ketinggian saluran sungai di dekat pohon kedua dalam kaitannya dengan ketinggian air di danau sama dengan 1 m, dan ketinggian saluran sungai di dekat pohon ketiga. pohon akan menjadi 2 m. Tingkat saluran di dekat pohon ketiga lebih tinggi 1 m dari tingkatnya di dekat pohon kedua, yaitu. antara pohon-pohon ini sama dengan 1 m.

Perbedaan level saluran diukur dalam satuan panjang, misalnya, seperti yang kita lakukan, dalam meter. Dalam teknik kelistrikan, level dasar sungai di titik mana pun sehubungan dengan level nol tertentu (dalam contoh kita level air danau) sesuai dengan potensi listrik.

Perbedaan potensial listrik disebut tegangan. Potensial dan tegangan listrik diukur dengan satuan yang sama—volt, disingkat dengan huruf c. Jadi, satuan untuk mengukur tegangan listrik adalah volt.

Alat pengukur khusus yang disebut voltmeter (V) digunakan untuk mengukur tegangan listrik.

Sumber arus listrik seperti baterai dikenal luas. Satu sel dari apa yang disebut baterai timbal-asam (di mana pelat timah direndam dalam larutan asam sulfat) ketika diisi memiliki tegangan sekitar 2 volt.

Baterai anoda, yang digunakan untuk menyalakan radio baterai dengan arus listrik, biasanya terdiri dari beberapa lusin sel galvanik kering, masing-masing bertegangan sekitar 1,5 V.

Elemen-elemen ini terhubung secara berurutan (yaitu, plus elemen pertama terhubung ke minus elemen kedua, plus elemen kedua ke minus elemen ketiga, dll.). Dalam hal ini, tegangan total baterai sama dengan jumlah tegangan sel penyusunnya.

Oleh karena itu, baterai 150 V berisi 100 sel yang dihubungkan secara seri satu sama lain.

Di soket jaringan penerangan dengan tegangan 220 V, Anda dapat menyambungkan satu bola lampu pijar yang dirancang untuk tegangan 220 V atau 22 lampu pohon Natal identik yang dihubungkan secara seri, yang masing-masing dirancang untuk tegangan 10 V.Dalam hal ini, setiap bohlam hanya memiliki 1/22 dari tegangan saluran, yaitu 10 volt.

Tegangan yang bekerja pada perangkat listrik tertentu, dalam kasus kami bola lampu, disebut penurunan tegangan. Jika bola lampu 220 V mengkonsumsi arus yang sama dengan bola lampu 10 V, maka arus total yang ditarik dari jaringan oleh karangan bunga akan sama besarnya dengan arus yang mengalir melalui bola lampu 220 V.

Dari apa yang telah dikatakan, jelas bahwa, misalnya, dua bola lampu 110 volt yang identik dapat dihubungkan ke jaringan 220 V, dihubungkan secara seri satu sama lain.

Dimungkinkan untuk memanaskan tabung radio yang dirancang untuk tegangan 6,3 V, misalnya, dari baterai yang terdiri dari tiga sel yang dihubungkan secara seri; lampu yang dirancang untuk tegangan filamen 2 V dapat ditenagai oleh satu sel.

Tegangan filamen tabung listrik radio ditunjukkan dalam bentuk bulat di awal simbol lampu: 1,2 V — dengan angka 1; 4,4 di — nomor 4; 6.3 di — nomor 6; 5 c — nomor 5.

Untuk penyebab yang menyebabkan arus listrik

Jika dua bidang permukaan bumi yang berjauhan sekalipun terletak pada ketinggian yang berbeda, maka aliran air dapat terjadi. Air akan mengalir dari titik tertinggi ke titik terendah.

Begitu juga arus listrik. Itu dapat mengalir hanya jika ada perbedaan level listrik (potensial). Pada peta cuaca, tingkat barometrik tertinggi (tekanan tinggi) ditandai dengan tanda "+" dan tingkat terendah dengan tanda "-".

Level akan disejajarkan dengan arah panah. Angin akan bertiup ke arah daerah dengan tingkat barometrik terendah. Ketika tekanan menyamakan, gerakan udara akan berhenti. Dengan demikian, aliran arus listrik akan berhenti jika potensial listrik disamakan.

Selama badai terjadi pemerataan potensi listrik antara awan dan tanah atau antara awan. Muncul dalam bentuk petir.

Ada juga perbedaan potensial antara terminal (kutub) dari setiap sel galvanik atau baterai. Oleh karena itu, jika Anda memasang, misalnya, bola lampu, arus akan mengalir melaluinya. Seiring waktu, beda potensial berkurang (potensi pemerataan terjadi) dan jumlah arus yang mengalir juga berkurang.

Jika Anda menyambungkan bola lampu ke listrik, arus listrik juga akan mengalir melaluinya, karena ada perbedaan potensial antara soket stopkontak. Namun, tidak seperti sel galvanik atau baterai, beda potensial ini dipertahankan secara konstan — selama pembangkit listrik beroperasi.

Energi listrik

Ada hubungan erat antara tegangan listrik dan arus. Besarnya daya listrik tergantung pada besarnya tegangan dan arus. Mari kita jelaskan ini dengan contoh-contoh berikut.

Cherry jatuh dari ketinggian rendah: Ketinggian rendah - sedikit ketegangan. Gaya tumbukan rendah — daya listrik rendah.

Kelapa jatuh dari ketinggian kecil (relatif terhadap tempat bocah itu memanjat): Benda besar - arus besar. Ketinggian rendah — stres rendah. Kekuatan benturan yang relatif tinggi — daya yang relatif tinggi.

Pot bunga kecil jatuh dari ketinggian: Benda kecil adalah arus kecil. Ketinggian musim gugur yang luar biasa adalah stres yang hebat. Kekuatan tumbukan tinggi — daya tinggi.

Longsor jatuh dari ketinggian: Massa besar salju - arus besar. Ketinggian musim gugur yang luar biasa adalah stres yang hebat. Kekuatan penghancur yang besar dari longsoran salju adalah kekuatan listrik yang besar.

Pada arus tinggi dan tegangan tinggi, diperoleh daya listrik yang besar.Tetapi daya yang sama dapat diperoleh dengan arus yang lebih tinggi dan tegangan yang lebih rendah atau, sebaliknya, dengan arus yang lebih rendah dan tegangan yang lebih tinggi.

Daya listrik arus searah sama dengan produk dari nilai tegangan dan arus. Daya listrik dinyatakan dalam watt dan dilambangkan dengan huruf W.

Telah dikatakan bahwa aliran air dengan besaran tertentu dapat menggerakkan satu kincir, dua kali aliran - dua kincir, empat kali aliran - empat kincir, dll., meskipun tetesan air (tegangan) akan sama .

Gambar tersebut menunjukkan aliran kecil air (sesuai dengan arus listrik) yang memutar roda empat gilingan karena tetesan air (sesuai dengan tegangan listrik) cukup besar.

Roda keempat kincir ini dapat berputar dengan aliran air dua kali lipat pada setengah ketinggian air terjun. Kemudian penggilingan akan diatur sedikit berbeda, tetapi hasilnya akan sama.

Gambar berikut menunjukkan dua lampu yang terhubung secara paralel ke jaringan penerangan 110V. Arus 1 A mengalir melalui masing-masing lampu, arus yang mengalir melalui kedua lampu adalah total 2 ampere.

Produk dari nilai tegangan dan arus menentukan daya yang dikonsumsi lampu ini dari jaringan.

110V x 2a = 220W.

Jika tegangan jaringan penerangan adalah 220 V, lampu yang sama harus dihubungkan secara seri, bukan paralel (seperti pada contoh sebelumnya), sehingga jumlah penurunan tegangan sama dengan tegangan jaringan jaringan. Arus yang mengalir dalam hal ini melalui kedua lampu adalah 1 A.

Produk dari nilai tegangan dan arus yang mengalir melalui rangkaian akan memberi kita daya yang dikonsumsi oleh lampu ini 220 V x 1a = 220 W, sama seperti pada kasus pertama.Ini bisa dimengerti, karena dalam kasus kedua arus yang diambil dari jaringan dua kali lebih sedikit, tetapi dua kali tegangan di jaringan.

Watt, kilowatt, kilowatt jam

Perangkat atau mesin listrik apa pun (bel, bola lampu, motor listrik, dll.) Mengonsumsi sejumlah energi listrik dari jaringan penerangan.

Perangkat khusus yang disebut wattmeters digunakan untuk mengukur daya listrik.

Daya, misalnya lampu penerangan, motor listrik, dll., Dapat ditentukan tanpa bantuan wattmeter, jika tegangan listrik dan jumlah arus yang mengalir melalui konsumen energi listrik yang terhubung ke listrik adalah diketahui.

Demikian pula, jika konsumsi daya jaringan dan tegangan jaringan diketahui, maka jumlah arus yang mengalir melalui konsumen dapat ditentukan.

Misalnya, jaringan penerangan 110 volt mencakup lampu 50 watt. Arus apa yang mengalir melaluinya?

Karena hasil kali tegangan yang dinyatakan dalam volt dan arus yang dinyatakan dalam ampere sama dengan daya yang dinyatakan dalam watt (untuk arus searah), maka setelah melakukan perhitungan sebaliknya, yaitu membagi jumlah watt dengan jumlah volt ( tegangan listrik), kita mendapatkan jumlah arus dalam ampere yang mengalir melalui lampu,

a = w / b,

arusnya adalah 50 W / 110 V = 0,45 A (kurang-lebih).

Jadi, arus sekitar 0,45 A mengalir melalui lampu, yang mengkonsumsi energi 50 W dan dihubungkan ke jaringan listrik 110 V.

Jika lampu gantung dengan empat lampu 50 watt, lampu meja dengan satu lampu 100 watt dan besi 300 watt disertakan dalam jaringan penerangan ruangan, maka daya semua konsumen energi adalah 50 W x 4 + 100 W + 300 W = 600 W.

Karena tegangan listrik adalah 220 V, arus listrik sama dengan 600 W / 220 V = 2,7 A (kurang-lebih) mengalir melalui kabel penerangan umum yang cocok untuk ruangan ini.

Biarkan motor listrik mengkonsumsi daya 5.000 watt dari jaringan, atau, seperti yang mereka katakan, 5 kilowatt.

1000 watt = 1 kilowatt, sama seperti 1000 gram = 1 kilogram. Kilowatt disingkat kW. Oleh karena itu, kami dapat mengatakan tentang motor listrik yang mengkonsumsi daya 5 kW.

Untuk menentukan berapa banyak energi yang dikonsumsi oleh perangkat listrik apa pun, perlu diperhitungkan lamanya waktu konsumsi energi tersebut.

Jika bola lampu 10 watt menyala selama dua jam, maka konsumsi energi listriknya adalah 100 watt x 2 jam = 200 watt-jam atau 0,2 kilowatt-jam. Jika bola lampu 100 watt menyala selama 10 jam, maka jumlah energi yang dikonsumsi adalah 100 watt x 10 jam = 1000 watt-jam atau 1 kilowatt-jam. Jam kilowatt disingkat kWh.

Masih banyak lagi hal yang menarik dalam buku ini, namun contoh-contoh ini pun menunjukkan betapa bertanggung jawab dan tulusnya penulis pada masa itu mendekati pekerjaan mereka, terutama dalam hal mengajar anak-anak.