Вы здесь

Как сделать ввод электричества в деревянный дом


Особенности ввода электричества в деревянный дом

 

Вступление

Деревянные дома были, да и будут, самыми популярными в загородном строительстве. Дерево доступно, деревянные дома легко возводимы и достаточно удобны для проживания. Однако, говоря деревянный дом, возникают непроизвольные ассоциации с пожаром. И это так, дерево легко загорается и хорошо горит, а сам деревянный дом пожароопасен. Именно по этому, всё, что может вызвать пожар, требует особого отношения. В первую очередь это касается отопления и электричества в деревянном доме.

Ввод электричества в деревянный дом

Наиболее распространен, воздушный ввод электричества в деревянный дом. Подключение электричества к дому осуществляется от ближайшей к дому опоры воздушной линии электропередачи (ВЛИ), самонесущими изолированными проводами (СИП). Провода СИП надежны, удобны в монтаже и эксплуатации, а главное безопасны.

В устройстве технологического подключения электричества к частному дому, важно соблюсти технологические нормы расстояний от опоры подключения к дому (не более 25 метров). В случае превышения этого расстояния, собственник дома должен установить дополнительную опору на своем участке.

Стоит отметить, что от ВЛИ (воздушной линии электропередачи изолированными проводами) можно осуществить отвод электропитания к дому не от опоры, а с пролета между опорами (ПУЭ 7, п.2.4.3).  

Остановимся более подробно на организации самого ввода электричества в дом, а именно проходе кабеля электропитания с улицы в дом.

Ввод электрического кабеля в деревянный дом

Согласно нормам ПУЭ, ввод электрического кабеля в любой, в том числе и деревянный дом, должен осуществляться на высоте не менее 2500 мм от уровня земли для СИП проводов (ПУЭ 7, п.2.4.55) и не менее 2750 мм для неизолированных проводов (ПУЭ 7, 2.4.55).

Сам ввод кабеля в дом осуществляется через сквозные отверстия в стене или крыше. Крышные вводы применяются крайне редко, и не будем на них останавливаться. Ввод кабеля в дом осуществляется через сквозное отверстие в стене дома, выполненное с небольшим наклоном к улице. Кабель в деревянный дом вводится, обязательно, через стальную гильзу (отрезок стальной трубы) (СНИП 03.05.06-85).

После прокладки кабеля через гильзу, она уплотняется для защиты от осадков и ветра. Уплотнение кабеля в проходной гильзе осуществляется с обеих сторон, со стороны дома и со стороны улицы.

Важно! Обратить внимание, согласно нормам, уплотнитель должен быть негорючим и легко удаляемым. То есть, не подходит ни монтажная пена, ни вата или ватин. Отличный вариант стекловата или негорючий синтетический уплотнитель.

Два варианта ввода СИП провода в деревянный дом

Можно выделить два практических приема, как вводить электричество в деревянный дом проводом СИП.

Вариант 1.

От магистрали ВЛИ делают абонентский отвод к дому проводом СИП. Монтаж проводов СИП от магистрали к дому, делается по схеме: На фасаде дома крепится специальный анкерный кронштейн типа (1) (КАМ-4000, CA 1500/2000, SO 253). Провод СИП крепится к этому кронштейну при помощи анкерного зажима типа (2) (ЗАБ 16-25, PA25x100). Смотрим рисунок. На рисунке стена дома кирпичная, но от этого суть не меняется, ввод в дом осуществляется непосредственно кабелем СИП, без его разрыва.

Вариант 2.

Отвод делается, как в варианте 1, но возле дома, после анкерного зажима, делается переход с провода СИП на кабель ВВГнг и в дом вводится кабель ВВГнг.

Разница заключается только в удобстве монтажа. Если учесть, что для ответвления используется СИП 16 мм2, то понятно некоторое неудобство прокладки этого провода внутри дома. Однако, если вводной щит стоит недалеко от ввода, этот вариант очень удобен.

Если же вводной щит стоит далеко от ввода в дом, то лучше сделать переход с провода СИП на ВВГнг (3×10 мм2) на фасаде дома.

Не буду останавливаться на вводе незащищенных проводов в деревянный дом. Эта технология отходит и нужно избегать приближение незащищенных проводов ВЛ к дому. Даже если ваша магистраль выполнена неизолированными проводами, можно прекрасно перейти с неизолированных проводов на провода СИП и сделать абонентское ответвление изолированным проводом СИП.

Выводы

Ввод электричества в деревянный дом осуществляется через стену, изолированным проводом СИП или кабелем ВВГнг. В стене дома кабель (провод) защищается стальной проходной гильзой уплотненной не горючими материалами.

©Elesant.ru

Другие статьи раздела: Электропроводка дома

 

 

советов по экономии затрат на электроэнергию в деревянном доме

Экономия электроэнергии и затрат на электроэнергию в вашем деревянном доме важна, если вы ищете больше способов получить максимальную отдачу от своей деревенской жизни. Жить в бревенчатом доме - это здорово и экологично, но это также отличный способ значительно сократить расходы на потребление электроэнергии. Как сэкономить электроэнергию, наслаждаясь жизнью в бревенчатом домике и при этом пользоваться всеми современными удобствами?

Важные советы по экономии электроэнергии в деревянном доме

Вам не нужно переходить к образу жизни пещерного человека, если вы хотите сэкономить на энергии, живя в своем бревенчатом доме.Есть эффективные способы сэкономить на расходах на электроэнергию и по-прежнему пользоваться преимуществами современных удобств. Вот несколько полезных советов, которые вы можете попробовать:

* Выберите правильную породу древесины

Древесина, из которой вы хотите построить свой деревянный дом, со временем играет решающую роль в ваших предприятиях по энергосбережению. Подумайте о R-ценности древесины, которая может повлиять на то, сколько электроэнергии вы можете сэкономить, отказавшись от использования системы отопления или охлаждения.Деревянные породы не созданы равными. Есть древесина, обладающая термической массой или сопротивлением тепловому потоку, что придает им более высокие изоляционные свойства, чем другие породы.

R-значение древесины может варьироваться от более дюйма для мягкой древесины до 0,71 дюйма для твердой древесины. Бревна - основной материал деревянного дома, и они действуют как тепловые батареи, сохраняя тепло в жаркие дни или сезоны и выделяя тепло ночью.

* Контроль влажности

Деревья обладают более высокими впитывающими свойствами, что позволяет им улавливать и удерживать большое количество жидкой воды по мере прохождения через свои клетки.Деревянный дом гигроскопичен или может быстро впитывать воду, что может привести к заражению насекомыми и гниению древесины. Контроль влажности за счет защиты бревен делает ваш бревенчатый дом водонепроницаемым. Бревенчатые дома, у которых нет проблем с гниением древесины и заражением насекомыми, сохраняют свою изоляцию, что позволяет вам экономить на расходах на электроэнергию.

Важно обработать деревянный дом инсектицидами и гидроизоляцией и повторно нанести их через несколько лет, чтобы продлить срок службы бревенчатой ​​хижины.Правильный размер желобов, большие выступы на крыше, дренажные равнины и водосточные трубы - важные особенности, которые могут помочь контролировать влажность в вашей бревенчатой ​​хижине и избежать затрат на электроэнергию.

* Соответствует строительному энергетическому кодексу

Деревянный дом обычно не имеет теплоизоляции и обычных деревянных каркасных стен, что делает их неудовлетворительными для энергетических стандартов строительных норм. Энергетические стандарты строительных норм соответствуют значениям сопротивления изоляции, установленным для современных зданий.Убедитесь, что ваш бревенчатый дом имеет смысл, особенно когда речь идет об энергоэффективности. Вы можете сначала изучить стандарты строительных норм для деревянных домов, прежде чем вкладывать средства в свой бревенчатый дом, будь то жилая недвижимость или недвижимость для отдыха.

Наем надежного и уважаемого подрядчика может помочь вам с этим требованием, потому что у него есть опыт в этом арсенале. Они могут связаться с должностными лицами округа или муниципального строительного кодекса от вашего имени для представления и утверждения конструкции вашего коттеджа.Государственное энергетическое управление может предоставить необходимую информацию относительно энергетических кодексов в вашем районе.

* Выберите энергоэффективный дизайн дома

Профессиональные производители деревянных домов предлагают широкий спектр конструкций бревенчатых домов, которые имеют высокий показатель энергоэффективности в вашем доме. Дизайн дома включает в себя структуру, охлаждение, отопление, а также системы горячего водоснабжения, которые работают вместе, чтобы помочь вам сэкономить электроэнергию в долгосрочной перспективе.Вы можете выбрать домашнего дизайнера, который предоставит все факты и подробности о системах и структурах, которые позволят вам значительно сократить потери энергии и вместо этого увеличить ваши сбережения.

Экономьте электроэнергию, наслаждайтесь комфортом дома

Энергоэффективные дома не только экономят деньги, но и помогают жить в прочном и комфортном доме. Дома с высокой энергоэффективностью имеют хорошую теплоизоляцию, а бревна проходят герметизирующую обработку, позволяющую поддерживать или регулировать температуру внутри дома.Вы можете наслаждаться комфортным и уютным домом независимо от времени года.

Проведение энергетической оценки дома

Энергетический аудит дома или энергетическая оценка дома - это процесс, с помощью которого вы можете узнать, сколько энергии использует ваш дом. Оценка энергопотребления позволяет узнать наиболее эффективные и существенные способы экономии затрат и потребления энергии в вашем доме. Существуют бесплатные калькуляторы и инструменты, которые помогут вам сэкономить на электроэнергии за счет проведения энергоаудита дома.Вы также можете нанять экспертов, специализирующихся на оценке энергопотребления дома, для получения более точного отчета.

* Узнайте о подходе к системам для всего дома

Проектирование и строительство энергоэффективного деревянного дома требует, чтобы вы знали о системном подходе для всего дома, чтобы оптимизировать свое предприятие по сокращению затрат на электроэнергию. Существуют различные детали, переменные и взаимодействия, которые могут повлиять на потребление энергии в вашем бревенчатом доме. Условия площадки, климат и поведение людей также играют решающую роль в общих затратах на энергию и ее использовании.

Системный подход для всего дома включает важность и функции бытовой техники и бытовой электроники, герметичность, изоляцию, освещение и дневное освещение, охлаждение и обогрев помещений, подогрев воды, а также двери, окна и световые люки в общем потреблении энергии.

Использование энергии в вашем деревянном доме

Что включает в себя домашний энергоаудит и как он может реально помочь вам с вашими затратами на энергию и потреблением? Энергетическая оценка дома включает в себя местонахождение утечек воздуха и их герметизацию или вентиляцию.Специалисты по оценке энергии проверяют изоляцию вашего дома и ее эффективность, чтобы предотвратить потери тепла и снизить ваши затраты на электроэнергию. Специалисты осмотрят ваше охлаждающее и отопительное оборудование, освещение, бытовую технику и электронику.

Деревянный дом, несомненно, является одной из лучших инвестиций, на которую вы могли бы пойти, если хотите получить прибыльный проект, который может дать вам больше, чем вы заплатили. Одна из самых важных вещей, которые следует учитывать при инвестировании в деревянный дом, - это научиться комфортно жить в нем, экономя при этом электроэнергию.

.

Как добавить электричество в садовый навес

Многие люди прекрасно обходятся без подачи электричества в свой сарай. Однако, если вы хотите использовать его не только для хранения в саду, часто возникает необходимость в установке источника электроэнергии.

Самое важное, что следует отметить, это то, что это не работа для среднего мастера по дому. Вы всегда должны нанимать опытного и квалифицированного электрика, чтобы убедиться, что работа выполняется правильно и безопасно. Они проложат кабель SWA (также известный как кабель, армированный стальной проволокой) от вашей собственности до вашего сарая.Его можно безопасно закапывать в землю, поскольку он непроницаем для воды и гниения. Этот кабель бывает нескольких разновидностей и толщин. С учетом обстоятельств ваш электрик будет знать, какой из них использовать. Как видите, это не так просто, как проложить кабель от A к B и подключить его. Здесь требуется гораздо больше работы, чтобы обеспечить выполнение работы в соответствии с высочайшими требованиями.

Как узнать, подходит ли ваш электрик для работы?

При поиске электрика (или о том, чтобы спросить у своего нынешнего электрика, могут ли они выполнить эту работу), убедитесь, что они имеют квалификацию для выполнения задач по электробезопасности Части P в домашних условиях.

Зачем вам электричество в сарае?

Это может показаться странным вопросом, но он задается с учетом логики. У двух людей не будет одинаковых требований. Например, у вас может быть большой сад, и вы хотите иметь возможность подключить электрическую газонокосилку, не протягивая длинный удлинитель из дома по лужайке. Кто-то другой может захотеть открыть небольшой бизнес из своего сарая. Им потребуется достаточное количество розеток для компьютеров, принтеров и другого сопутствующего оборудования.Также следует учитывать освещение - что, вероятно, потребуется во всех случаях - и, возможно, отопление.

Итак, прежде чем вызывать электрика, убедитесь, что вы знаете, что вам нужно и где это нужно. Таким образом, как только они придут к вам на территорию, вы будете готовы показать им, что требуется. Затем они могут точно процитировать вас по вашим требованиям.

Розетки внутри или снаружи?

Возможно, еще один странный вопрос? Ну… нет, если у вас есть электрический гриль для использования на открытом воздухе.Даже если все, что вам нужно для использования на открытом воздухе, - это газонокосилка, установить водонепроницаемую и устойчивую к атмосферным воздействиям уличную розетку будет проще, чем пойти в сарай и подключить к ней кабель.

Учтите также, сколько розеток вам понадобится. Хорошее практическое правило - всегда иметь на один или два больше, чем вы думаете, что вам нужно. (Точно так же, как розетки в вашем доме - у вас никогда не бывает слишком много, не так ли?)

Куда пойдет кабель?

Очевидно, ему нужно бежать из вашей собственности в сарай.Однако могут быть разные моменты, когда он может покинуть вашу собственность. Затем его необходимо подключить к электросети. Ваш существующий блок предохранителей может подойти для этого, но в некоторых случаях может потребоваться замена старого блока предохранителей, чтобы он был готов к установке нового кабеля. Вы, вероятно, начинаете понимать, почему требуется эксперт для обеспечения правильного и безопасного выполнения работы.

Как подготовить траншею для приема кабеля

Хорошей идеей будет отметить, где необходимо вырыть траншею, с помощью безопасного для травы спрея или веревки.Как только место будет согласовано с электриком, можно начинать копать. Траншею следует подготовить незадолго до прибытия электрика для работы. Между прочим, не все думают сами рыть траншею. Если у вас есть возможность, это сэкономит деньги на конечной стоимости всей работы. Об этом стоит помнить.

Еще раз проверьте, удовлетворены ли ваши требования, прежде чем бронировать работу

Даже если вы хотите, чтобы электричество было подведено к вашему сараю как можно скорее, стоит потратить дополнительный день или два на то, чтобы убедиться, что вы все продумали, прежде чем просить электрика прийти и процитировать вам работу.Сколько светильников вы хотите и какого типа вы хотите установить? Если вы знаете, возможно, вы могли бы получить их заранее и попросить электрика также безопасно установить их. Убедитесь, что вы знаете, что нужно подключать постоянно, а что нужно подключать только время от времени.

Обсудив все вопросы и подготовившись к некоторым вопросам от квалифицированного электрика, вы можете быть уверены, что получите наилучший результат после завершения работы. После того, как кабель проложен и все остальные элементы улажены, вы можете засыпать кабель землей и дерном и наслаждаться новым улучшенным навесом.

ПОЖАЛУЙСТА, ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Добавление электричества в ваше здание может считаться индивидуальной настройкой и может повлиять на вашу гарантию. Мы советуем вам связаться с поставщиком, прежде чем вы решите провести такую ​​работу.

.

Можно ли производить электричество из воды?

Вы когда-нибудь принимали вещи как должное? Например, подумайте о своем утреннем распорядке. Когда вы просыпаетесь, вы включаете свет? Взять обед из холодильника? Включите телевизор, пока не уйдете в школу? Большинство людей не задумывается об этих действиях. Они считают само собой разумеющимся, что щелчок переключателя заставит эти вещи включиться!

Однако для того, чтобы эти устройства работали, должно произойти многое. Для начала вам нужно, чтобы электричество поступало на розетки и выключатели в вашем доме.Без электричества лампы, холодильники и телевизоры были бы бесполезны.

Откуда у вас электричество? Некоторые люди получают электроэнергию от угольных электростанций. Другие получают электричество от солнечных батарей. Некоторые используют ветряные турбины. Некоторые люди даже получают электричество из воды! Это называется гидроэлектричеством.

Гидроэлектроэнергия производится за счет проточной воды. Если вы живете рядом с рекой, у которой есть плотины, вы можете использовать гидроэлектроэнергию. Так как же плотина использует воду для производства электроэнергии?

На самом деле это довольно просто.Аналогичным образом вырабатывают электроэнергию гидроэлектростанции и угольные электростанции. Оба используют машину, называемую турбиной. Они используют источник энергии для вращения гребных винтов турбины. Во время вращения турбина вращает металлический вал, соединенный с электрическим генератором. По сути, это двигатель, вырабатывающий электричество.

В случае плотины гидроэлектростанции проточная вода используется в качестве источника энергии для вращения турбины. Плотины гидроэлектростанций имеют специальный проход для воды. Эти проходы имеют наклон вниз, чтобы создать поток падающей воды.

По мере того, как вода падает по проходу, она проходит мимо гребных винтов турбины. Сила текущей воды вращает турбину. Турбина, в свою очередь, раскручивает металлический вал электрогенератора. Это делает электричество!

Но зачем нужны дамбы? Можно ли построить гидроэлектростанцию ​​на любой реке? Не совсем. Плотины гидроэлектростанций должны быть на крупных реках. У них также должен быть большой перепад высот. Затем инженеры контролируют поток воды, чтобы производить электричество по запросу с определенной скоростью.

Многие люди хотят использовать электричество из воды вместо угля. Потому что это лучше для окружающей среды. Когда мы используем уголь для производства электричества, мы его сжигаем. Это увеличивает количество парниковых газов, вызывающих изменение климата. Кроме того, как только уголь сгорает, он исчезает. С другой стороны, вода, используемая в плотинах гидроэлектростанций, продолжает течь. Благодаря естественному круговороту воды гидроэлектростанции используют возобновляемые источники энергии!

Стандарты: CCRA.L.3, CCRA.L.6, CCRA.R.1, CCRA.R.2, CCRA.R.4, CCRA.R.10, CCRA.SL.1

.

Что такое электричество? - learn.sparkfun.com

Добавлено в избранное Любимый 61

Начало работы

Электричество окружает нас повсюду, питая такие технологии, как наши сотовые телефоны, компьютеры, фонари, паяльники и кондиционеры. В современном мире от этого трудно спастись. Даже когда вы пытаетесь избежать электричества, оно по-прежнему действует во всей природе, от молнии во время грозы до синапсов внутри нашего тела.Но что такое - это электричество ? Это очень сложный вопрос, и по мере того как вы копаете глубже и задаете больше вопросов, на самом деле нет окончательного ответа, только абстрактные представления о том, как электричество взаимодействует с нашим окружением.

Электричество - это природное явление, которое встречается в природе и принимает множество различных форм. В этом уроке мы сосредоточимся на современной электроэнергии: на том, что питает наши электронные гаджеты. Наша цель - понять, как электричество течет от источника питания по проводам, зажигает светодиоды, вращающиеся двигатели и питает наши устройства связи.

Электричество кратко определяется как поток электрического заряда , , но за этим простым утверждением стоит так много всего. Откуда берутся обвинения? Как мы их перемещаем? Куда они переезжают? Как электрический заряд вызывает механическое движение или заставляет вещи загораться? Так много вопросов! Чтобы начать объяснять, что такое электричество, нам нужно приблизиться, за пределы материи и молекул, к атомам, которые составляют все, с чем мы взаимодействуем в жизни.

Это руководство основано на некотором базовом понимании физики, силы, энергии, атомов и [полей] (http: // en.wikipedia.org/wiki/Field_(physics)) в частности. Мы остановимся на основах каждой из этих физических концепций, но, возможно, также будет полезно обратиться к другим источникам.

Going Atomic

Чтобы понять основы электричества, нам нужно для начала сосредоточиться на атомах, одном из основных строительных блоков жизни и материи. Атомы существуют в более чем сотне различных форм в виде химических элементов, таких как водород, углерод, кислород и медь. Атомы многих типов могут объединяться, чтобы образовать молекулы, из которых состоит материя, которую мы можем физически увидеть и потрогать.

Атомы - это крошечных , максимальная длина которых составляет около 300 пикометров (это 3x10 -10 или 0,0000000003 метра). Медный пенни (если бы он действительно был сделан из 100% меди) имел бы 3,2х10 22 атомов (32 000 000 000 000 000 000 000 атомов) меди внутри.

Даже атом недостаточно мал, чтобы объяснить работу электричества. Нам нужно спуститься еще на один уровень и посмотреть на строительные блоки атомов: протоны, нейтроны и электроны.

Строительные блоки атомов

Атом состоит из трех различных частиц: электронов, протонов и нейтронов. У каждого атома есть центральное ядро, в котором протоны и нейтроны плотно упакованы вместе. Ядро окружает группа вращающихся электронов.

Очень простая модель атома. Это не масштабно, но полезно для понимания того, как устроен атом. Ядро ядра протонов и нейтронов окружено вращающимися электронами.

В каждом атоме должен быть хотя бы один протон. Число протонов в атоме важно, потому что оно определяет, какой химический элемент представляет собой атом. Например, атом с одним протоном - это водород, атом с 29 протонами - это медь, а атом с 94 протонами - это плутоний. Это количество протонов называется атомным номером атома .

Ядро-партнер протона, нейтроны, служат важной цели; они удерживают протоны в ядре и определяют изотоп атома.Они не критичны для нашего понимания электричества, поэтому давайте не будем о них беспокоиться в этом уроке.

Электроны критически важны для работы электричества (обратите внимание на общую тему в их названиях?) В наиболее стабильном, сбалансированном состоянии атом будет иметь такое же количество электронов, что и протоны. Как и в модели атома Бора ниже, ядро ​​с 29 протонами (что делает его атомом меди) окружено равным числом электронов.

По мере развития нашего понимания атомов развивались и наши методы их моделирования.Модель Бора - очень полезная модель атома при изучении электричества.

Не все электроны атома навсегда связаны с атомом. Электроны на внешней орбите атома называются валентными электронами. При наличии достаточной внешней силы валентный электрон может покинуть орбиту атома и стать свободным. Свободные электроны позволяют нам перемещать заряд, в этом и заключается вся суть электричества. Кстати о зарядке ...

Текущие расходы

Как мы упоминали в начале этого урока, электричество определяется как поток электрического заряда. Заряд - это свойство материи, такое же как масса, объем или плотность. Это измеримо. Точно так же, как вы можете количественно определить, сколько у чего-то массы, вы можете измерить его заряд. Ключевой концепцией заряда является то, что он может быть двух типов: положительный (+) или отрицательный (-) .

Чтобы переместить заряд, нам нужно носителей заряда , и именно здесь наши знания об атомных частицах, в частности, об электронах и протонах, пригодятся. Электроны всегда несут отрицательный заряд, а протоны - положительно.Нейтроны (верные своему названию) нейтральны, у них нет заряда. И электроны, и протоны несут одинаковую величину заряда , только другого типа.

Модель атома лития (3 протона) с обозначенными зарядами.

Заряд электронов и протонов важен, потому что он дает нам возможность воздействовать на них силой. Электростатическая сила!

Электростатическая сила

Электростатическая сила (также называемая законом Кулона) - это сила, действующая между зарядами.В нем говорится, что заряды одного типа отталкиваются друг от друга, а заряды противоположных типов притягиваются друг к другу. Противоположности притягивают, а любит отталкивать .

Величина силы, действующей на два заряда, зависит от того, как далеко они находятся друг от друга. Чем ближе подходят два заряда, тем больше становится сила (сдвигающая или отталкивающая).

Благодаря электростатической силе электроны отталкивают другие электроны и притягиваются к протонам.Эта сила является частью «клея», удерживающего атомы вместе, но это также инструмент, который нам нужен, чтобы заставить электроны (и заряды) течь!

Поток начислений

Теперь у нас есть все инструменты для обеспечения бесперебойной работы. Электроны в атомах могут действовать как наш носитель заряда , потому что каждый электрон несет отрицательный заряд. Если мы можем освободить электрон от атома и заставить его двигаться, мы сможем создать электричество.

Рассмотрим атомную модель атома меди, одного из предпочтительных источников элементов для потока заряда.В сбалансированном состоянии медь имеет 29 протонов в ядре и такое же количество электронов, вращающихся вокруг нее. Электроны вращаются на разных расстояниях от ядра атома. Электроны, расположенные ближе к ядру, испытывают гораздо более сильное притяжение к центру, чем электроны на далеких орбитах. Крайние электроны атома называются валентными электронами , для них требуется наименьшее количество силы, чтобы освободить атом.

Это диаграмма атома меди: 29 протонов в ядре, окруженные полосами вращающихся электронов.Электроны, расположенные ближе к ядру, трудно удалить, в то время как валентный электрон (внешнее кольцо) требует относительно небольшой энергии для выброса из атома.

Используя достаточную электростатическую силу, действующую на валентный электрон - либо толкая его другим отрицательным зарядом, либо притягивая его положительным зарядом - мы можем выбросить электрон с орбиты вокруг атома, создав свободный электрон.

Теперь рассмотрим медную проволоку: вещество, заполненное бесчисленными атомами меди. Поскольку наш свободный электрон плавает в пространстве между атомами, его тянут и толкают окружающие заряды в этом пространстве.В этом хаосе свободный электрон в конце концов находит новый атом, за который он цепляется; при этом отрицательный заряд этого электрона выбрасывает другой валентный электрон из атома. Теперь новый электрон дрейфует в свободном пространстве, пытаясь сделать то же самое. Этот цепной эффект может продолжаться и продолжаться, создавая поток электронов, называемый электрическим током , .

Очень упрощенная модель зарядов, протекающих через атомы для создания тока.

Электропроводность

Некоторые элементарные типы атомов лучше других выделяют свои электроны.Чтобы получить наилучший поток электронов, мы хотим использовать атомы, которые не очень крепко держатся за свои валентные электроны. Электропроводность элемента определяет, насколько сильно электрон связан с атомом.

Элементы с высокой проводимостью, которые имеют очень подвижные электроны, называются проводниками . Это типы материалов, которые мы хотим использовать для изготовления проводов и других компонентов, которые способствуют электронному потоку. Металлы, такие как медь, серебро и золото, обычно являются лучшим выбором в качестве хороших проводников.

Элементы с низкой проводимостью называются изоляторами . Изоляторы служат очень важной цели: они предотвращают поток электронов. Популярные изоляторы включают стекло, резину, пластик и воздух.

Статическое или текущее электричество

Прежде чем мы продолжим, давайте обсудим две формы, которые может принимать электричество: статическое или текущее. При работе с электроникой гораздо чаще встречается текущее электричество, но также важно понимать статическое электричество.

Статическое электричество

Статическое электричество возникает, когда на объектах, разделенных изолятором, накапливаются противоположные заряды. Статическое (как в «состоянии покоя») электричество существует до тех пор, пока две группы противоположных зарядов не найдут путь между собой, чтобы сбалансировать систему.

Когда заряды все же находят средство выравнивания, происходит статический разряд . Притяжение зарядов становится настолько большим, что они могут проходить даже через самые лучшие изоляторы (воздух, стекло, пластик, резину и т. Д.).). Статические разряды могут быть вредными в зависимости от того, через какую среду проходят заряды и на какие поверхности переносятся заряды. Выравнивание зарядов через воздушный зазор может привести к видимому сотрясению, поскольку бегущие электроны сталкиваются с электронами в воздухе, которые возбуждаются и выделяют энергию в виде света.

Запальные устройства с искровым разрядником используются для создания управляемого статического разряда. Противоположные заряды накапливаются на каждом из проводников, пока их притяжение не станет настолько сильным, что заряды могут течь через воздух.

Один из самых ярких примеров статического разряда - молния . Когда облачная система накапливает достаточно заряда относительно другой группы облаков или земли, заряды будут пытаться уравновеситься. Когда облако разряжается, огромное количество положительных (а иногда и отрицательных) зарядов проходит по воздуху от земли к облаку, вызывая видимый эффект, с которым мы все знакомы.

Статическое электричество также существует, когда мы терем шарик о голову, чтобы волосы встали дыбом, или когда мы шаркали по полу в пушистых тапочках и били кота (конечно же, случайно).В каждом случае трение от трения материалов разных типов переносит электроны. Объект, теряющий электроны, становится положительно заряженным, а объект, получающий электроны, становится отрицательно заряженным. Два объекта притягиваются друг к другу, пока не найдут способ уравновесить их.

Работая с электроникой, мы обычно не сталкиваемся со статическим электричеством. Когда мы это делаем, мы обычно пытаемся защитить наши чувствительные электронные компоненты от статического разряда.Профилактические меры против статического электричества включают ношение браслетов ESD (электростатический разряд) или добавление специальных компонентов в схемы для защиты от очень высоких скачков заряда.

Текущее электричество

Текущее электричество - это форма электричества, которая делает возможными все наши электронные штуковины. Эта форма электричества существует, когда заряды могут постоянно течь . В отличие от статического электричества, когда заряды собираются и остаются в покое, текущее электричество является динамическим, заряды всегда находятся в движении.Мы сосредоточимся на этой форме электричества на протяжении всего урока.

Цепи

Для протекания электрического тока требуется цепь: замкнутая бесконечная петля из проводящего материала. Схема может быть такой же простой, как проводящий провод, соединенный встык, но полезные схемы обычно содержат смесь проводов и других компонентов, которые контролируют поток электричества. Единственное правило, когда дело доходит до изготовления цепей, - в них не должно быть изоляционных промежутков .

Если у вас есть провод, полный атомов меди и вы хотите вызвать поток электронов через него, все свободных электронов должны где-то течь в том же общем направлении. Медь - отличный проводник, идеальный для протекания зарядов. Если цепь из медного провода разорвана, заряды не могут проходить через воздух, что также предотвратит перемещение любого из зарядов к середине.

С другой стороны, если бы провод был соединен встык, у всех электронов был бы соседний атом, и все они могли бы течь в одном и том же общем направлении.


Теперь мы понимаем , как могут течь электронов, но как мы вообще можем заставить их течь? Затем, когда электроны текут, как они производят энергию, необходимую для освещения лампочек или вращающихся двигателей? Для этого нам нужно понимать электрические поля.

Электрические поля

Мы знаем, как электроны проходят через материю для создания электричества. Это все, что касается электричества. Ну почти все.Теперь нам нужен источник, чтобы вызвать поток электронов. Чаще всего источником электронного потока является электрическое поле.

Что такое поле?

Поле - это инструмент, который мы используем для моделирования физических взаимодействий, которые не включают никаких наблюдаемых контактов . Поля нельзя увидеть, поскольку они не имеют физического внешнего вида, но эффект, который они оказывают, очень реален.

Мы все подсознательно знакомы с одной областью, в частности: гравитационным полем Земли, эффектом притяжения массивного тела другими телами.Гравитационное поле Земли можно смоделировать с помощью набора векторов, направленных в центр планеты; независимо от того, где вы находитесь на поверхности, вы почувствуете силу, толкающую вас к ней.

Сила или напряженность полей неодинакова во всех точках поля. Чем дальше вы находитесь от источника поля, тем меньшее влияние поле оказывает. Величина гравитационного поля Земли уменьшается по мере удаления от центра планеты.

Продолжая исследовать электрические поля, вспомните, в частности, как работает гравитационное поле Земли, оба поля имеют много общего.Гравитационные поля действуют на объекты массы, а электрические поля действуют на объекты заряда.

Электрополя

Электрические поля (е-поля) - важный инструмент в понимании того, как начинается и продолжает течь электричество. Электрические поля описывают тянущую или толкающую силу в пространстве между зарядами . По сравнению с гравитационным полем Земли, электрические поля имеют одно существенное отличие: в то время как поле Земли обычно привлекает только другие объекты массы (поскольку все , поэтому значительно менее массивны), электрические поля отталкивают заряды так же часто, как и притягивают их.

Направление электрических полей всегда определяется как направление , положительный тестовый заряд переместился бы на , если бы его уронили в поле. Испытательный заряд должен быть бесконечно малым, чтобы его заряд не влиял на поле.

Мы можем начать с построения электрических полей для одиночных положительных и отрицательных зарядов. Если вы сбросите положительный тестовый заряд рядом с отрицательным зарядом, тестовый заряд будет притягиваться к отрицательному заряду . Итак, для одиночного отрицательного заряда мы рисуем стрелки электрического поля, направленные внутрь во всех направлениях.Тот же самый испытательный заряд, падающий рядом с другим положительным зарядом , приведет к отталкиванию наружу, что означает, что мы рисуем стрелки , выходящие из положительного заряда.

Электрические поля одиночных зарядов. Отрицательный заряд имеет внутреннее электрическое поле, потому что он притягивает положительные заряды. Положительный заряд имеет внешнее электрическое поле, отталкиваясь, как заряды.

Группы электрических зарядов могут быть объединены для создания более полных электрических полей.

Равномерное электронное поле сверху направлено от положительных зарядов к отрицательным. Представьте себе крошечный положительный тестовый заряд, упавший в электронное поле; он должен следовать в направлении стрелок. Как мы видели, электричество обычно включает в себя поток электронов - отрицательных зарядов - которые текут против электрических полей.

Электрические поля предоставляют нам толкающую силу, необходимую для индукции тока. Электрическое поле в цепи похоже на электронный насос: большой источник отрицательных зарядов, который может толкать электроны, которые будут течь по цепи к положительному сгустку зарядов.

Электрический потенциал (энергия)

Когда мы используем электричество для питания наших цепей, штуковин и устройств, мы действительно преобразуем энергию. Электронные схемы должны иметь возможность накапливать энергию и передавать ее другим формам, таким как тепло, свет или движение. Накопленная энергия цепи называется электрической потенциальной энергией.

Энергия? Потенциальная энергия?

Чтобы понять потенциальную энергию, нам нужно понять энергию в целом. Энергия определяется как способность объекта выполнять работы над другим объектом, что означает перемещение этого объекта на некоторое расстояние.Энергия имеет вид , многие формы , некоторые мы можем видеть (например, механические), а другие - нет (например, химические или электрические). Независимо от того, в какой форме она находится, энергия существует в одном из двух состояний : кинетическом или потенциальном.

Объект имеет кинетическую энергию , когда он движется. Количество кинетической энергии объекта зависит от его массы и скорости. Потенциальная энергия , с другой стороны, представляет собой накопленную энергию , когда объект находится в состоянии покоя. Он описывает, сколько работы может сделать объект, если он будет приведен в движение.Это энергия, которую мы обычно можем контролировать. Когда объект приводится в движение, его потенциальная энергия превращается в кинетическую.

Давайте вернемся к использованию гравитации в качестве примера. Шар для боулинга, неподвижно сидящий на вершине башни Халифа, имеет много потенциальной (накопленной) энергии. После падения мяч, притягиваемый гравитационным полем, ускоряется по направлению к земле. Когда мяч ускоряется, потенциальная энергия преобразуется в кинетическую (энергию движения). В конце концов вся энергия мяча превращается из потенциальной в кинетическую, а затем передается всему, в что он попадает.Когда мяч находится на земле, у него очень низкая потенциальная энергия.

Электрическая потенциальная энергия

Точно так же, как масса в гравитационном поле имеет потенциальную энергию гравитации, заряды в электрическом поле имеют электрическую потенциальную энергию . Электрическая потенциальная энергия заряда описывает, сколько у него накопленной энергии, когда она приводится в движение электростатической силой, эта энергия может стать кинетической, и заряд может выполнять работу.

Подобно шару для боулинга, сидящему на вершине башни, положительный заряд в непосредственной близости от другого положительного заряда имеет высокую потенциальную энергию; оставленный свободным для движения, заряд будет отталкиваться от аналогичного заряда.Положительный тестовый заряд, помещенный рядом с отрицательным зарядом, будет иметь низкую потенциальную энергию, как и шар для боулинга на земле.

Чтобы привить чему-либо потенциальную энергию, мы должны выполнить работу , перемещая это на расстояние. В случае шара для боулинга работа заключается в том, чтобы поднять его на 163 этажа против поля силы тяжести. Точно так же необходимо проделать работу, чтобы подтолкнуть положительный заряд к стрелкам электрического поля (либо к другому положительному заряду, либо от отрицательного заряда).Чем дальше идет заряд, тем больше работы вам предстоит сделать. Точно так же, если вы попытаетесь отвести отрицательный заряд от положительного заряда - против электрического поля - вам придется выполнять работу.

Для любого заряда, находящегося в электрическом поле, его электрическая потенциальная энергия зависит от типа (положительный или отрицательный), количества заряда и его положения в поле. Электрическая потенциальная энергия измеряется в джоулях ( Дж ).

Электрический потенциал

Электрический потенциал основан на электрическом потенциале energy , чтобы помочь определить, сколько энергии хранится в электрических полях .Это еще одна концепция, которая помогает нам моделировать поведение электрических полей. Электрический потенциал равен , а не , как электрическая потенциальная энергия!

В любой точке электрического поля электрический потенциал равен количеству электрической потенциальной энергии, деленному на количество заряда в этой точке. Он убирает количество заряда из уравнения и оставляет нам представление о том, сколько потенциальной энергии могут обеспечить определенные области электрического поля. Электрический потенциал выражается в джоулях на кулон ( Дж / К ), который мы определяем как вольт (В).

В любом электрическом поле есть две точки электрического потенциала, которые представляют для нас значительный интерес. Есть точка с высоким потенциалом, где положительный заряд будет иметь максимально возможную потенциальную энергию, и есть точка с низким потенциалом, где заряд будет иметь минимально возможную потенциальную энергию.

Один из наиболее распространенных терминов, которые мы обсуждаем при оценке электроэнергии, - это напряжение . Напряжение - это разность потенциалов между двумя точками электрического поля.Напряжение дает нам представление о том, сколько толкающей силы имеет электрическое поле.


Обладая потенциальной и потенциальной энергией, у нас есть все ингредиенты, необходимые для производства электричества. Давай сделаем это!

Электричество в действии!

Изучив физику элементарных частиц, теорию поля и потенциальную энергию, мы теперь знаем достаточно, чтобы заставить электричество течь. Сделаем схему!

Сначала рассмотрим ингредиенты, необходимые для производства электричества:

  • Электричество определяется как поток заряда .Обычно наши заряды переносятся свободно текущими электронами.
  • Отрицательно заряженные электронов слабо прикреплены к атомам проводящих материалов. Небольшим толчком мы можем освободить электроны от атомов и заставить их течь в общем однородном направлении.
  • Замкнутая цепь из проводящего материала обеспечивает путь для непрерывного потока электронов.
  • Заряды приводятся в движение электрическим полем . Нам нужен источник электрического потенциала (напряжения), который толкает электроны из точки с низкой потенциальной энергией в точку с более высокой потенциальной энергией.

Короткое замыкание

Батареи - распространенные источники энергии, преобразующие химическую энергию в электрическую. У них есть две клеммы, которые подключаются к остальной цепи. На одном выводе имеется избыток отрицательных зарядов, а на другом все положительные заряды сливаются. Это разность электрических потенциалов, ожидающая начала действия!

Если мы подключим наш провод, полный проводящих атомов меди, к батарее, это электрическое поле будет влиять на отрицательно заряженные свободные электроны в атомах меди.Одновременно подталкиваемые отрицательной клеммой и притягиваемой положительной клеммой, электроны в меди будут перемещаться от атома к атому, создавая поток заряда, который мы знаем как электричество.

После секунды протекания тока электроны на самом деле переместились на очень - на доли сантиметра. Однако энергия, производимая текущим потоком, составляет огромных , особенно потому, что в этой цепи нет ничего, что могло бы замедлить поток или потреблять энергию.Подключить чистый проводник напрямую к источнику энергии - плохая идея . Энергия очень быстро перемещается по системе и превращается в тепле в проводе, которое может быстро превратиться в плавление проволоки или возгорание.

Освещение лампочки

Вместо того, чтобы тратить всю эту энергию, не говоря уже о разрушении батареи и провода, давайте построим схему, которая сделает что-нибудь полезное! Обычно электрическая цепь переводит электрическую энергию в другую форму - свет, тепло, движение и т. Д.Если мы подключим лампочку к батарее с помощью проводов между ними, мы получим простую функциональную схему.

Схема: батарея (слева), подключенная к лампочке (справа), цепь замыкается, когда замыкается переключатель (вверху). Когда цепь замкнута, электроны могут течь от отрицательной клеммы аккумулятора через лампочку к положительной клемме.

В то время как электроны движутся со скоростью улитки, электрическое поле почти мгновенно влияет на всю цепь (мы говорим о скорости света быстро).Электроны по всей цепи, будь то с самым низким потенциалом, с самым высоким потенциалом или непосредственно рядом с лампочкой, находятся под влиянием электрического поля. Когда переключатель замыкается и электроны подвергаются действию электрического поля, все электроны в цепи начинают течь в одно и то же время. Ближайшие к лампочке заряды сделают один шаг по цепи и начнут преобразовывать энергию из электрической в ​​световую (или тепловую).

Ресурсы и движение вперед

В этом уроке мы раскрыли лишь крохотную часть пресловутого айсберга.Остается еще масса нераскрытых концепций. Отсюда мы рекомендуем вам перейти сразу к нашему руководству по напряжению, току, сопротивлению и закону Ома. Теперь, когда вы знаете все об электрических полях (напряжении) и текущих электронах (токе), вы на правильном пути к пониманию закона, регулирующего их взаимодействие.

Для получения дополнительной информации и визуализаций, объясняющих электричество, посетите этот сайт.

Вот еще несколько концептуальных руководств для начинающих, которые мы рекомендуем прочитать:

Или, может быть, вы хотите узнать что-нибудь практическое? В этом случае ознакомьтесь с некоторыми из этих руководств по навыкам базового уровня:

.

Смотрите также