Κατανόηση της ροής ηλεκτρικού ρεύματος

Supakorn Kaewinta / EyeEm / Getty Images

Για τους περισσότερους ανθρώπους, η ηλεκτρική ενέργεια είναι μια μυστηριώδης δύναμη που κατά κάποιον τρόπο εμφανίζεται με μαγικό τρόπο όταν γυρίζουμε έναν διακόπτη φωτισμού ή συνδέουμε μια συσκευή. Ωστόσο, ενώ η επιστήμη πίσω από τη ροή του ηλεκτρισμού είναι πολύ περίπλοκη, τα βασικά της ηλεκτρικής ροής ή του ρεύματος είναι εύκολα κατανοητά αν μάθετε μερικούς βασικούς όρους και λειτουργίες. Βοηθά επίσης να συγκρίνετε τη ροή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω των συρμάτων με τη ροή του νερού μέσω των σωλήνων. Αν και η αναλογία δεν είναι τέλεια, πολλά χαρακτηριστικά της ηλεκτρικής ροής στα καλώδια κυκλωμάτων είναι παρόμοια με τη ροή του νερού σε ένα σύστημα υδραυλικών εγκαταστάσεων.

• Κινούμενα Ηλεκτρόνια

  

  Sharif Tarabay / Getty Images

  Αυτό που ονομάζουμε ηλεκτρικό ρεύμα συμβαίνει στο επίπεδο των σωματιδίων ανάμεσα στα άτομα ενός αγώγιμου υλικού - σε ένα οικιακό κύκλωμα, αυτή την καλωδίωση χαλκού. Σε κάθε άτομο υπάρχουν τρεις τύποι σωματιδίων: νετρόνια, πρωτόνια (που φέρουν θετικό ηλεκτρομαγνητικό φορτίο) και ηλεκτρόνια (τα οποία φέρουν αρνητικό φορτίο). Το σημαντικό σωματίδιο εδώ είναι το ηλεκτρόνιο, αφού έχει το μοναδικό χαρακτηριστικό ότι μπορεί να διαχωριστεί από το άτομο του και να μετακινηθεί σε ένα γειτονικό άτομο. Αυτή η ροή των ηλεκτρονίων είναι αυτό που δημιουργεί το ηλεκτρικό ρεύμα - το άλμα των αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων από άτομο σε άτομο.

  Πώς λειτουργούν οι γεννήτριες

  Τι αποστέλλει τα ηλεκτρόνια σε κίνηση; Η φυσική είναι περίπλοκη, αλλά στην ουσία η ηλεκτρική ροή σε καλώδια κυκλωμάτων καθίσταται δυνατή από μια γεννήτρια χρησιμότητας (ένας στρόβιλος που τροφοδοτείται από τον άνεμο, το νερό, έναν ατομικό αντιδραστήρα ή καύση ορυκτών καυσίμων). Το 1931, ο Michael Faraday ανακάλυψε ότι τα ηλεκτρικά φορτία δημιουργήθηκαν όταν ένα υλικό που διεξάγει ηλεκτρισμό (μεταλλικό σύρμα) μετακινείται μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο. Αυτός είναι ο κύριος παράγοντας με τον οποίο δουλεύουν οι σύγχρονοι γεννήτριες: Οι στρόβιλοι -που τροφοδοτούνται από πτώση νερού ή ατμού που δημιουργείται από πυρηνικούς αντιδραστήρες- περιστρέφουν τεράστιες σπείρες από μεταλλικό σύρμα μέσα σε γιγάντιους μαγνήτες, προκαλώντας έτσι τη ροή ηλεκτρικών φορτίων.

  Με αυτό το τεράστιο ηλεκτρικό πεδίο θετικών και αρνητικών φορτίων που καθιερώνονται, τα ηλεκτρόνια στα καλώδια σε όλο το ηλεκτρικό δίκτυο γίνονται σε δράση και αρχίζουν να ρέουν σε ρυθμό με το ηλεκτρικό πεδίο. Όταν αναποδογυρίζετε έναν διακόπτη φωτισμού ή συνδέετε μια λάμπα ή μια φρυγανιέρα, βάζετε πραγματικά μια μεγάλη ροή ηλεκτρόνων ευρείας χρήσεως που τραβιέται και ωθείται από γεννήτριες χρησιμότητας που μπορεί να απέχουν εκατοντάδες μίλια μακριά.

  Οι ηλεκτρικές γεννήτριες μερικές φορές παρομοιάζονται με αντλίες νερού - δεν δημιουργούν ηλεκτρισμό (ακριβώς όπως μια αντλία νερού δεν δημιουργεί νερό), αλλά καθιστούν δυνατή τη ροή των ηλεκτρονίων.

• Τρέχουσα = Ροή Ηλεκτρικής Ενέργειας

  

  Victor De Schwanberg / Επιστημονική βιβλιοθήκη φωτογραφιών / Getty Images

  Ο όρος ρεύμα αναφέρεται στην απλή ροή ηλεκτρονίων σε ένα κύκλωμα ή σε ένα ηλεκτρικό σύστημα. Μπορείτε επίσης να εξομοιώσετε το ηλεκτρικό ρεύμα με την ποσότητα ή τον όγκο του νερού που ρέει μέσω ενός σωλήνα νερού. Το ηλεκτρικό ρεύμα μετριέται σε ένταση ή ενισχυτές.

  AC vs DC ρεύμα

  Το ηλεκτρικό ρεύμα υπάρχει σε δύο τύπους: εναλλασσόμενο ρεύμα (AC) και συνεχές ρεύμα (DC). Από τεχνική άποψη, το ρεύμα συνεχούς ρεύματος ρέει μόνο σε μία κατεύθυνση, ενώ το ρεύμα AC αντιστρέφει την κατεύθυνση. Σε καθημερινή βάση, η AC είναι η μορφή της γεννήτριας που παράγει ηλεκτρική ενέργεια που λειτουργεί φώτα, συσκευές και πρίζες στο σπίτι σας, ενώ η DC είναι η μορφή της ισχύος που παρέχεται από τις μπαταρίες. Για παράδειγμα, τα φανάρια σας είναι συστήματα συνεχούς ρεύματος, ενώ τα πρίζα του σπιτιού σας χρησιμοποιούν ένα σύστημα AC.

  Πολλές ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως οι ηλιακές και αιολικές γεννήτριες, παράγουν συνεχούς ρεύματος που μετατρέπεται σε AC για χρήση στο σπίτι. Η μπαταρία ενός αυτοκινήτου είναι ένα σύστημα DC που χρησιμοποιείται για την εκκίνηση του κινητήρα, αλλά μόλις ξεκινήσει ο κινητήρας, το ηλεκτρικό σύστημα του αυτοκινήτου διαθέτει εναλλάκτη που αρχίζει να δημιουργεί ρεύμα AC για να τρέξει τα διάφορα συστήματα.

• Τάση = Πίεση

  

  Marek Jagoda / EyeEm / Getty Images

  Η τάση, επίσης γνωστή ως ηλεκτροκινητική δύναμη , συχνά ορίζεται ως η πίεση των ηλεκτρονίων σε ένα σύστημα. Μπορεί να παρομοιαστεί με την πίεση του νερού σε ένα σωλήνα. Τα τυπικά κυκλώματα στο σπίτι σας φέρουν περίπου 120 βολτ (η πραγματική τάση μπορεί να κυμαίνεται μεταξύ περίπου 115 έως 125 βολτ) ή 240 βολτ (πραγματική εμβέλεια: 230 έως 250 βολτ). Τα περισσότερα φωτιστικά και πρίζες τροφοδοτούνται από κυκλώματα 120 βολτ, ενώ οι ξηραντές, οι σειρές και άλλες μεγάλες συσκευές συνήθως χρησιμοποιούν κυκλώματα 240 βολτ.

• Ισχύς = Ρυθμός ροής

  

  Tom Chance / Getty Images

  Ο όρος ισχύς αναφέρεται στον ρυθμό με τον οποίο διανέμεται ή καταναλώνεται ηλεκτρική ενέργεια. Η συνολική ποσότητα ενέργειας που καταναλώνεται από το ηλεκτρικό σύστημα στο σπίτι σας διαβάζεται μέσω του ηλεκτρικού μετρητή της εταιρίας παροχής ηλεκτρικού ρεύματος. Μετρώνται σε κιλοβατώρες ή σε 1.000 watt-ώρες, και έτσι χρεώνεστε.

  Κάθε ηλεκτρική συσκευή, όπως φωτιστικό ή συσκευή, έχει ταχύτητα χρήσης που μετράται σε Watt. Για παράδειγμα, ένας λαμπτήρας 100 watt που καίει για 10 ώρες χρησιμοποιεί μία κιλοβατώρα ηλεκτρικής ενέργειας.

  Οι ενισχυτές, τα βολτ και τα βατ υπάρχουν σε μια μαθηματική σχέση μεταξύ τους, εκφράζονται ως εξής: Watts = Volts x Amps

  Εάν μια συσκευή βαθμολογείται στα 120 βολτ και 10 αμπέρ, θα χρησιμοποιεί μέχρι 1.200 watt όταν λειτουργεί: 120 volts x 10 amps = 1.200 watts.

• Ohms = Αντίσταση

  

  Stanley K Patz / Getty Images

  Τα Ohms είναι η μέτρηση της αντίστασης στη ροή των ηλεκτρονίων μέσω ενός αγώγιμου υλικού. Όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση, τόσο μικρότερη είναι η ροή των ηλεκτρονίων. Αυτή η αντίσταση προκαλεί μια ορισμένη ποσότητα θερμότητας που παράγεται στο κύκλωμα. Ο λόγος για τον οποίο ένα στεγνωτήρα μαλλιών φυσάει θερμό αέρα, για παράδειγμα, οφείλεται στην αντίσταση στην εσωτερική καλωδίωση, η οποία παράγει θερμότητα. Και είναι αντίσταση στα μικροσκοπικά καλώδια ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως που το αναγκάζει να θερμαίνεται και να ανάβει με το φως. Είναι επίσης αντίσταση που μπορεί να υπερθερμάνει ένα καλώδιο προέκτασης αν χρησιμοποιείται σε μια συσκευή που τραβάει υπερβολικό ρεύμα.

  Σε καλωδίωση κυκλώματος, η υπερβολική αντίσταση μπορεί να επιβαρύνει ένα κύκλωμα και να προκαλέσει ηλεκτρική φωτιά. Επειδή οι κακές συνδέσεις που προκαλούνται από πράγματα όπως χαλαρά κοχλιωτά τερματικά και διάβρωση είναι πιθανότακτοι, οι ηλεκτρικές συνδέσεις θα πρέπει να ελέγχονται τακτικά για να εξασφαλίζεται η ασφάλεια σε ένα ηλεκτρικό σύστημα.