Prąd i woda
Czytając materiały na temat zwrotnic zwykle natrafimy na teksty pisane "technokratycznym" językiem "inżynier dla inżyniera". Termin goni termin, wzór pogania wzorem. Ich wyjaśnienia odwołują do kolejnych terminów i wzorów. Niby mądre, ale "nie idzie" tego zrozumieć bez ukończenia studiów na wydziale elektrycznym i pół litra nie pomaga.
Jak to sobie można poukładać? Może szukając analogii pomiędzy zjawiskami hydrologicznymi i elektrycznymi.
Co to jest prąd elektryczny
Prąd elektryczny to uporządkowany strumień elektronów. Atomy składają się z protonów i neutronów tworzących jądro atomowe oraz krążących wokół jądra elektronów. Neutrony są obojętne elektrycznie. Umownie przyjmuje się, że protony mają dodatni ładunek elektryczny, a elektrony ujemny ładunek elektryczny. Sumarycznie na zewnątrz atom jest obojętny elektrycznie. Elektrony należą do cząstek elementarnych. Czym są i co robią owe cząstki współczesna nauka za dobrze nie wie. Na wyjaśnienie trzeba jeszcze poczekać.
Niektóre pierwiastki poruszające się wokół ich jąder elektrony trzymają bardziej mocno - izolatory, a inne słabiej - przewodniki np. metale. W bryle metalu najdalej położone od jąder atomowych elektrony przemieszczają się chaotycznie "skacząc" z atomu na atom. Nazywane są elektronami swobodnymi (dla uproszczenia znikome siły łączące je z jądrami atomowymi zostają pominięte, a elektrony traktowane są jako całkowicie swobodne). To ich obecności metale zawdzięczają swój charakterystyczny metaliczny połysk.
Zupa elektronowa
Szukając porównania z wodą możemy powiedzieć, że w bryle metala np. przewodzie mamy do czynienia z chaotyczną zupą elektronową. Elektrony przemieszczają się wewnątrz bez składu i ładu. Podobnie jest w jeziorze wypełnionym wodą. Cząsteczki wody będące złożeniem jednego atomu tlenu i dwóch atomów wodoru odbijając się od siebie w sposób przypadkowy tworząc wodną zupę jeziora.
Zupa wodna
Co się stanie jeśli nasze jezioro pochylimy? Woda zacznie płynąć od miejsc wyżej położonych do miejsc niżej położonych. Ruch cząsteczek wody zostanie uporządkowany tak jak to ma miejsce w rzekach. Różnica poziomów spowoduje ruch wody. Podobnie dzieje się w przewodzie elektrycznym. Przykładając do jego końców napięcie elektryczne czyli różnicę potencjałów elektrony zaczynają płynąć w kierunku od wyższego potencjału (plus) do niższego (minus). Ruch elektronów zostaje uporządkowany i w takiej ukierunkowanej formie nazywany jest prądem elektrycznym. Istnieje teoria mówiąca, że elektrony płyną odwrotnie, ale do naszych rozważań nie wnosi to nic nowego, ważny jest sam ruch.
W naturze Słońce poprzez parowanie, wiatr i opady zapewnia obieg wody. Powrotny transport wody z miejsc niżej położonych do miejsc wyżej położonych. Utrzymywaniem różnicy potencjałów (napięcia) w domowym gniazdku elektrycznym zajmuje się Zakład Energetyczny - dostawca energii elektrycznej zapewniający obieg elektronów w lokalnej sieci elektroenergetycznej.
Powódź czyli spięcie
Jeżeli pozwolimy wodzie przemieścić się bez żadnego oporu z miejsca wyżej położonego do miejsca niżej położonego skutek może być opłakany np. zostaniemy zalani wodą lub wręcz zatopieni. Podobnie jest z elektronami. Płynąc bez przeszkód przez przewód doprowadzą do spięcia (zwarcia), a w gorszym przypadku do porażenia prądem elektrycznym czy nawet śmierci. Wkładając palce do gniazdka elektrycznego stajemy się właśnie takim "przewodem zwierającym".
Na ratunek
Jak można sobie z tym poradzić i jeszcze wykorzystać? W przypadku rzek ludzie nauczyli się budować zapory regulujące tempo przepływu wody. Zapory można wykorzystać na kilka sposobów: ochrona przeciwpowodziowa, zbiornik wody pitnej, produkcja energii elektrycznej (hydroelektrownia), miejsce sportu i rekreacji itp.
Podobnie rzecz się ma z uporządkowanym strumieniem elektronów czyli prądem elektrycznym. Stawiając na jego drodze np. system audio dochodzi do utrudnienia w jego przepływie (elementy elektroniczne) i wykorzystania w postaci pożądanej zamiany energii elektrycznej na energię akustyczną i niepożądanej zamiany energii elektrycznej na energię cieplną (grzanie urządzeń).
W zwrotnicach głośnikowych wykorzystuje się takie elementy "zaporowe" jak: rezystory (oporniki), kondensatory i cewki. Głośniki również są elementami zaporowymi, w których dochodzi do zamiany energii elektrycznej na akustyczną i cieplną.
Elementami "ujarzmiającymi" przepływ prądu elektrycznego zajmiemy się w kolejnych częściach. Najpierw jednak kilka słów wprowadzenia do tematu zwrotnic głośnikowych.
Dodatek matematyczny
- Ilość przepływających elektronów na sekundę mierzona jest w Amperach (A) - natężenie prądu elektrycznego.
- Energia jaką niosą mierzona jest w Woltach (V) - napięcie elektryczne.
- Mnożąc przez siebie obie wartości otrzymamy moc elektryczną mierzoną w Watach (W).
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz