A feszültségről és a feszültségről, hogy mindenki megértse
Az elektromos áramkörök használhatók jelek továbbítására, információk tárolására, számítások elvégzésére, de a leggyakoribb cél az energia manipulálása, például egy villanykörte akkumulátorral történő ellátása.
Tudjuk, hogy az izzókat watt határozza meg, ez a másodpercenként joule száma hővé és fénnyé alakulva, de mi a kapcsolat az ampermérővel mért töltésárammal?
Itt egy hasonlat. Tegyük fel, hogy egyik barátja nem talált más munkát, mint egy szalmabála rakodó. Az óránként elégetett kalóriák száma a percenként betöltött bálák számától függ, és arányos lesz az egyes bálákra fektetett erőfeszítésekkel. Ha bálákat kell raknia az istálló tetőterébe, a barát gyorsabban elfárad, mint egy másik iparági dolgozó, aki csak bálákat tol be egy teherautóba, és nem kell felvennie őket.
Joule/másodperc = (bála/másodperc) x (joule/bála)
Hasonlóképpen, az akkumulátor energiaátalakulásának sebessége nemcsak attól függ, hogy másodpercenként hány coulombot kerül be az áramkörbe, hanem attól is, hogy mekkora munkát kell elvégeznie az egyes feladatoknál:
jouli/másodperc = coulombi/másodperc x jouli/coulombi
vagy
teljesítmény = áram x mechanikus munka-terhelésenként
Joule per coulombi nevű "Volt", 1 V = 1 J/C; a név az olasz fizikustól származik Alessandro Volta. Mindenki tudja, hogy az elemeket a voltok száma írja le, de a feszültség fogalma tágabb; a feszültség valójában a tér bármely pontjának a tulajdonsága.
Annak érdekében, hogy jobban megértsük, miért van ez így, térjünk vissza a fürdőbálákkal való analógiára. Számos joule gravitációs energiára van szükség ahhoz, hogy a bálát a stabil híd szintjére emeljük. Mivel gravitációs energiáról beszélünk, az anyag mennyiségének mérésére sokkal ésszerűbb tömegegységekről beszélni, mint bálákról. A feszültség gravitációs változata a következő lenne: joule kilogrammonként.
Gravitációs energia = mgh, de ha meg akarjuk számolni, hogy kilogrammonként mennyi, akkor az "m" csökken, marad gh. Számot rendelhetünk a Föld gravitációs mezőjének minden pontjához, gh, amely megmondja, mennyire nehéz egy tömegmennyiséget e pontok egyikébe mozgatni. Például a Mount Everest csúcsának nagy értéke lesz gh, a magasság miatt. Ez azt mondja nekünk, hogy energia szempontjából drága egy bizonyos tömegmennyiséget felemelni (mondjuk a tenger szintjéről) a Mount Everest tetejére.
A feszültség ugyanezt teszi, áramot használ. Egy elektromos áramkört hullámvasútként jeleníthetünk meg. Az akkumulátor olyan, mint a hullámvasútnak az a része, ahol felemelkedik. Az első magas zóna csúcsa analóg az akkumulátor feszültségével. Amikor megkezdi az ereszkedést, ez a rész hasonló ahhoz, ami az izzó szintjén történik. Hullámvasút esetén a kezdeti gravitációs energia hővé és hangzá alakul át, amikor a földre csúszik. Az elektromos áramkörben a kezdeti elektromos energia átalakul izzó hővé (és az izzó forró izzószála ragyog, a hőt fénnyé változtatja).
- ••• -
Ez a cikk Benjamin Crowell "Fogalmi fizika" című könyvének része
TARTALOM5.4 Feszültség
Kép jóváírás: deviantart.com/boldfrontiers
Hozzászólhat a fiók használatát az oldalon, az FB, a Twitter vagy a Google által, vagy látogatóként (regisztráció nélkül). A látogatók számára a megjegyzések mérsékeltek (admin jóváhagyta).