Rafmagnsfræði fyrir byrjendur

Phonon.b, CC BY-SA 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0>, via Wikimedia Commons

Atóm

Atóm er minnsta eining efnis sem heldur efnafræðilegum eiginleikum frumefnis. Atóm samanstanda af þremur tegundum agna: róteindir, nifteindir og rafeindir. Róteindir og nifteindir finnast í kjarnanum í miðju atómsins, en rafeindir finnast í sporbrautum umhverfis kjarnann.

Rafeindir eru neikvætt hlaðnar agnir sem ganga á braut um kjarna atóms. Hver rafeind hefur ákveðið orkustig og rafeindir í mismunandi orkustigum eru staðsettar í mismunandi svigrúmum. Rafeindirnar í ysta sporbrautinni eru kallaðar gildisrafeindir og þær ákvarða efnafræðilega eiginleika atómsins.

Almennt séð hreyfast rafeindir í sporbrautum á óreglulegan hátt, sem þýðir að ómögulegt er að spá fyrir um nákvæma staðsetningu rafeindarinnar á hverjum tíma. Hins vegar er hægt að reikna út líkurnar á að finna rafeind á tilteknum stað.

Atóm geta einnig fengið eða tapað orku með því að taka til sín eða gefa frá sér rafeindir.

Rafspenna

Rafspenna, einnig þekkt sem rafspennumunur, er mælikvarði á rafmöguleikaorku á hverja hleðslueiningu sem er til staðar á milli tveggja punkta í rafrás. Það er oft vísað til einfaldlega sem "spenna" eða "mögulegur munur."

Í rafrásinni streyma hlaðnar agnir (venjulega rafeindir) frá svæði með háspennu (jákvæð hleðsla) til svæði með lágspennu (neikvæð hleðsla). Spennan gefur kraftinn sem knýr strauminn í gegnum hringrásina. Eining rafspennu er voltið, sem er skilgreint sem mögulegur mismunur sem þarf til að færa eitt kólómb af hleðslu á milli tveggja punkta í hringrás, þegar eitt joule af vinnu er unnið í ferlinu.

Hægt er að mæla spennu með því að nota tæki sem kallast spennumælir og er tengt yfir þá tvo punkta í hringrásinni sem á að mæla mögulegan mun á milli. Rafspenna er grundvallarhugtak í rafeindatækni og er notuð í margs konar notkun, allt frá því að knýja heimilistæki til að keyra flókin rafeindatæki.

Rafstraumur

Rafstraumur er flæði rafhleðslu í gegnum leiðara, svo sem vír. Það er flutningur rafeinda frá einum stað til annars í rafrás. Rafstraumur er mældur í amperum (A), sem er skilgreint sem magn rafhleðslu sem flæðir í gegnum hringrás á einni sekúndu þegar mögulegum munur upp á eitt volt er beitt yfir hringrásina.

Í einfaldri hringrás rennur rafstraumur frá jákvæðu skautum spennugjafa, eins og rafhlöðu eða aflgjafa, í gegnum leiðarann og síðan aftur í neikvæða skaut spennugjafans. Straumstreymi er alltaf í stefnu rafeinda sem eru neikvætt hlaðnar agnir.

Rafstraumur er grundvallarhugtak í rafeindatækni og er notað í margs konar notkun, allt frá því að knýja ljós og mótora til að keyra flókin rafeindatæki. Það er mikilvægur þáttur rafmagnsverkfræði og er mikilvægt að skilja til að hanna og greina rafrásir.

Viðnám

Viðnám er mælikvarði á andstöðu við flæði rafstraums í gegnum leiðara. Í rafrás er viðnám sá eiginleiki sem ákvarðar hversu mikill straumur mun flæða í gegnum tiltekinn leiðara við ákveðna spennu.

Viðnám er mælt í ohmum (Ω) og fer það eftir eðlis- og rafeiginleikum leiðarans, svo sem lengd hans, þversniðsflatarmál og efninu sem hann er gerður úr. Því lengri og þynnri sem leiðarinn er, því meiri verður viðnám hans. Á sama hátt hafa efni sem eru lélegir leiðarar, eins og gúmmí eða gler, meiri viðnám en góðir leiðarar eins og kopar eða ál.

Samkvæmt lögmáli Ohms er sambandið milli spennu, straums og viðnáms í rafrásinni gefið með jöfnunni: V = I x R, þar sem V er spennan, I er straumurinn og R er viðnámið. Þetta þýðir að spennan yfir leiðara er í réttu hlutfalli við strauminn sem flæðir í gegnum hann og í öfugu hlutfalli við viðnám leiðarans.

Viðnám er mikilvægt hugtak í rafeindatækni og rafmagnsverkfræði og er notað til að hanna og greina rafrásir. Það er einnig mikilvægur þáttur sem þarf að hafa í huga við val á efni og íhlutum til notkunar í rafkerfum, þar sem það getur haft áhrif á heildarhagkvæmni og afköst kerfisins.

Samantekt

Eldingar

Rafmagn er grundvallarþáttur nútímalífs og tækni og vísar til flæðis hlaðinna agna í gegnum leiðara. Rafmagnsvísindin byggja á hegðun hlaðinna agna, eins og rafeinda og róteinda, og samspili þeirra við raf- og segulsvið.

Á grunnstigi þess er rafmagn afleiðing af hreyfingu rafeinda, sem eru neikvætt hlaðnar agnir, frá einu atómi til annars. Þegar rafeindir flytjast frá einu atómi til annars geta þær búið til rafstraum, sem er hleðsluflæði í gegnum leiðara eins og vír eða önnur raftæki.

Hegðun rafhleðslu er stjórnað af eðlisfræðilögmálum, sérstaklega lögmálum rafsegulfræðinnar, sem lýsa samspili raf- og segulsviða. Þessi lögmál eru notuð til að útskýra hvernig rafsvið verða til, hvernig rafstraumar flæða í gegnum leiðara og hvernig segulsvið verða til með því að hreyfa hlaðnar agnir.

Rafmagn hefur mörg hagnýt forrit, allt frá því að knýja heimili og fyrirtæki til að keyra flókin rafeindatæki. Það er einnig notað í fjölmörgum atvinnugreinum, svo sem framleiðslu, flutningum og fjarskiptum.

Grunnur nútíma rafkerfis er raforkukerfið, sem samanstendur af flóknu neti virkjana, spennubreyta, flutningslína og dreifikerfa. Rafmagnsnetið er notað til að afhenda raforku frá virkjunum til heimila og fyrirtækja og gegnir mikilvægu hlutverki í nútímasamfélagi.

Framleiðsla á raforku felur venjulega í sér umbreytingu á orku úr einu formi í annað. Mest rafmagn er framleitt með því að brenna jarðefnaeldsneyti, svo sem kolum eða jarðgasi, til að mynda hita, sem síðan er notaður til að búa til gufu sem knýr hverfla til að framleiða rafmagn. Aðrir raforkugjafar eru kjarnorka sem nýtir orkuna sem losnar við kjarnorkuhvörf til að framleiða hita og endurnýjanlega orkugjafa eins og sólar- og vindorku sem framleiða rafmagn beint úr orku sólar og vinds.

Örugg og skilvirk notkun raforku krefst grunnskilnings á meginreglum rafmagnsöryggis. Raflost getur valdið alvarlegum meiðslum eða dauða og mikilvægt er að gera varúðarráðstafanir þegar unnið er með raftæki eða kerfi. Þetta felur í sér að nota viðeigandi persónuhlífar, svo sem hanska og öryggisgleraugu, og fylgja viðeigandi öryggisaðferðum þegar unnið er með rafkerfi sem eru í gangi.

Í stuttu máli er rafmagn flæði hlaðinna agna í gegnum leiðara og er grundvallarþáttur nútímalífs og tækni. Rafmagnsvísindin byggja á hegðun hlaðinna agna og samspili þeirra við raf- og segulsvið. Rafmagn er notað í margs konar notkun, allt frá því að knýja heimili og fyrirtæki til að keyra flókin rafeindatæki, og er framleitt úr ýmsum áttum, þar á meðal jarðefnaeldsneyti, kjarnorku og endurnýjanlegum orkugjöfum. Skilningur á meginreglum rafmagnsöryggis er nauðsynlegur fyrir örugga og skilvirka notkun raforku.