Напружанне току - важнае паняцце электратэхнікі

Электрычнасць - найбольш выкарыстоўваецца чалавекам від энергіі. Без перабольшання можна сказаць, што вызначэнне электрычнага току як спарадкаванага руху электронаў добра вядома яшчэ са школьнага падручніка па фізіцы. Але вось што такое напружанне току і якім чынам забяспечваецца гэта «спарадкаванае рух», адкажа далёка не кожны. Успомнім, што электрон, элементарны электрычны зарад, сам па сабе па правадыру ня рухаецца. З іншага боку, толькі рух зарадаў па ланцугу суправаджаецца выкананнем карыснай працы ў выглядзе ператварэння энергіі з аднаго віду ў іншы. Менавіта дзякуючы гэтым ператварэнням электрычны ток у адных выпадках напальвае нітка лямпачкі, а ў іншых - круціць ротар электрарухавіка. У першым выпадку маем ператварэнне электрычнай энергіі ў цеплавую, а ў другім - у магнітную. Энергія якія рухаюцца зарадаў расходуецца за кошт крыніцы, які падтрымлівае электрычны ток у ланцугу. Працякаючы па правадыру, ток пераносіць энергію крыніцы ЭРС да спажыўца - ніткі напалу, абмотак электрарухавіка і г.д.

Калі вызначыць ток як колькасць зарадаў, якія праходзяць па правадыру, то можна сказаць, што праца току залежыць ад колькасці гэтых зарадаў у адзінку часу. А ад чаго залежыць электрычны ток у ланцугу? Разгледзім мадэль праходжання току на прыкладзе вадзяной бруі, якая выцякае з адтуліны ў ніжняй частцы цыліндру, запоўненай даверху. Уявім, што ў нашай мадэлі цыліндр - гэта правадыр, а вада - гэта вялікі лік кропелек-электронаў. Тады зусім ясна, што вынікае за адзінку часу колькасць вады залежыць ад двух параметраў - ціску слупа вады, якое ў электрычных ланцугах называецца як напружанне току, і дыяметра адтуліны - аналага электрычнага супраціву. Вышыня вадзянога слупа ў дадзенай мадэлі вызначае верхні патэнцыял крыніцы энергіі, кропелькі-зарады падобныя на паток электронаў, якія перамяшчаюцца ад верхняга пласта да ніжняга. Патэнцыйная энергія вадзяной масы, г.зн. здольнасць выканаць некаторую карысную працу, на верхнім і ніжнім узроўнях розная. Дзякуючы наяўнасці розніцы патэнцыялаў вада можа выцякаць з адтуліны і з пераўтварэннем патэнцыйнай энергіі слупа вады ў кінэтычную энергію бруі вады. Калі вышыню вадзянога слупа павялічваць, то рознасць патэнцыялаў, або напружанне току, павялічваецца, і сіла току, дакладней, маса вынікаючай ў адзінку часу вады, таксама расце. Такім чынам, прапанаваная мадэль паказвае прама прапарцыйную залежнасць сілы току ад напружання.

У тэорыі электрычнасці гэтая выснова запісваецца наступным чынам: I = f (U) * K, дзе I - ток, U - напружанне, а K - індывідуальная характарыстыка рэакцыі электрычнай ланцугу на які праходзіць ток - праводнасць. У тэхніцы звычайна ўжываюць велічыню, зваротную праводнасці R = 1 / K, і завецца яна «супраціў». Супраціў звычайна трактуецца як карысная нагрузка ланцуга. У нашай мадэлі такім «супрацівам» выступае плошча адтуліны для зліву вады: чым яна больш, тым больш яе праходнасць, або, кажучы мовай электратэхнікі, праводнасць, а значыць, супраціў патоку вады памяншаецца.

На мадэлі наглядна відаць, як патэнцыйная энергія патоку кропелек-зарадаў пераўтворыцца ў кінэтычную энергію вынікаючай бруі. Чым менш супраціў (або больш праводнасць), тым большая механічная работа выконваецца над масай вады. Інакш кажучы, карысныя нагрузкі розных відаў - гэта пераўтваральнікі току, напрыклад, нітка напальвання пераўтворыць электрычную энергію ў цеплавую і светлавую, шпулька рэле пераўтворыць электрычную энергію ў магнітную і г.д.

Вяртаючыся да электрычных ланцугах, можна зрабіць выснову, што сіла току I і напружанне току U з'яўляюцца электрычнымі параметрамі, вызначальнымі працу току А (А = U * I).

Пры гэтым сіла току вызначаецца колькасцю перанесенага зарада, а напружанне і ёсць тая прычына, якая прымушае электроны «упорядоченно» перамяшчацца ад большага патэнцыялу да меншага. Калі напружанне току адсутнічае, то ніякае колькасць вольных электронаў у рэчыве не прывядзе да руху зарадаў. Гэта значыць, што адсутнасць напружання тока не прыводзіць да перадачы энергіі.

Добрай дэманстрацыяй атрыманых высноваў з'яўляюцца гідраэлектрастанцыі: іх будуюць з выкарыстаннем вялікага перападу узроўняў (патэнцыялаў) вады. Тут маса падаючай вады падобная таку, а розніца узроўняў верхняга і ніжняга бьефов гуляе ролю перападу патэнцыялаў.