ソビエトの児童書に登場する電流、電圧、電力について: シンプルかつ明快
科学技術の発展で大きな成功を収めたソビエト連邦では、アマチュア無線運動が広まりました。何千人もの若者が、特別な技術文献、ツール、機器を備えたラジオサークルやラジオクラブの講師の指導の下で無線工学を学んできました。彼らの多くは将来、資格のあるエンジニア、デザイナー、科学者になりました。
このような無線回路に関する一般的な科学文献が出版され、物理学、機械学、電気工学、電子工学のさまざまな問題が多数の図とともに平易な言葉で説明されていました。
そのような本の例の 1 つは、1962 年に出版社「Svyazizdat」から出版されたチェスロフ クリムチェフスキーの本「アマチュア無線のアルファベット」です。本の最初のセクションは「電気工学」と呼ばれ、2 番目のセクションは「ラジオ」です。エンジニアリング」、3 番目は「実践的なアドバイス」、4 番目のセクション — «私たちは自分自身をインストールします»。
この本自体はここからダウンロードできます。 アマチュア無線のアルファベット (ワイルド)
1960 年代のこの種の本は、高度に専門的な文献には属していませんでした。これらは何万部も発行され、大衆の読者を対象としていました。
Raz ラジオは人々の日常生活に完全に応用されていたため、当時はノブを回す能力だけに制限されることはないと信じられていました。そして、教育を受けたすべての人は、無線送信と無線受信がどのように行われるかを理解し、無線工学理論の鍵となる基本的な電気現象と磁気現象を知るために、無線を勉強する必要があります。一般的に言えば、受信デバイスのシステムと設計に精通する必要もあります。
一緒に見て、当時彼らが複雑なことを簡単な絵で説明する方法をどのように知っていたかを判断してみましょう。
私たちの時代のアマチュア無線初心者:
電流について
世界中のすべての物質、そしてそれに応じて私たちの周りのすべての物体、山、海、空気、植物、動物、人は、計り知れないほど小さな粒子、分子、そして後者は原子で構成されています。鉄片、水滴、微量の酸素は、何十億もの原子の集合体であり、ある種類は鉄に含まれ、別の種類は水または酸素に含まれます。
遠くから森を見ると、それは一枚の暗い帯のように見えます（たとえば、鉄片と比較してください）。森の端に近づくと、個々の木が（鉄片の中に、つまり鉄原子として）見えるようになります。森は木で構成されています。同様に、物質 (鉄など) は原子で構成されています。
針葉樹林では、木々は落葉樹林とは異なります。同様に、各化学元素の分子は、他の化学元素の分子とは異なる原子で構成されています。したがって、鉄原子は、たとえば酸素原子とは異なります。
さらに木に近づくと、それぞれが幹と葉で構成されていることがわかります。同様に、物質の原子はいわゆる原子核（幹）と電子（シート）。
体幹も重く、体幹も重い。それは原子の正の電荷 (+) を表します。葉は光であり、電子も光です。それらは原子上に負の電荷 (-) を形成します。
樹木が異なれば、幹の枝の数も異なり、葉の数も同じではありません。同様に、原子は、それが表す化学元素に応じて、（最も単純な形では）いくつかの正の電荷を持った核（幹）で構成されます。いわゆる陽子（枝）と多数の負電荷、つまり電子（シート）です。
森の中、木々の間の地面にはたくさんの落ち葉が積もっています。風がこれらの葉を地面から持ち上げ、木々の間を循環します。したがって、物質 (金属など) では、個々の原子の間に、どの原子にも属さない一定量の自由電子が存在します。これらの電子は原子間をランダムに移動します。
電池からのワイヤーを金属片 (鋼製フックなど) の端に接続する場合: その一端を電池のプラスに接続します。いわゆる正の電位 (+) が生じます。これに、もう一方の端をバッテリーのマイナスに接続します。マイナスの電位（-）をもたらすと、自由電子（マイナス電荷）が金属内の原子間を移動し始め、バッテリーのプラス側に流れ込みます。
これは、次の電荷の性質によって説明されます。反対の電荷、つまり、正電荷と負電荷は互いに引き合います。逆に、電荷のようなもの、つまりプラスまたはマイナスは互いに反発します。
金属内の自由電子 (マイナス電荷) は、バッテリー (電流源) のプラスに帯電した (+) 端子に引き寄せられるため、金属内をランダムに移動するのではなく、電流源のプラス側に移動します。
すでにご存知のとおり、電子は電荷です。金属内を一方向に移動する多数の電子が電子流を構成します。電気料金。金属中を移動するこれらの電荷（電子）は電流を形成します。
すでに述べたように、電子はワイヤーに沿ってマイナスからプラスに移動します。ただし、電流は逆方向、つまりプラスからマイナス、つまりマイナスではなく、正電荷がワイヤに沿って移動する（そのような正電荷は電流源のマイナスに引き寄せられる）と考えることに同意しました。 。
森の葉が風に吹かれて吹き飛ばされるほど、空気は厚くなります。同様に、金属内を流れる電荷が多いほど、電流の量も大きくなります。
すべての物質が同じように簡単に電流を流すことができるわけではありません。自由電子は、たとえば金属中を容易に移動します。
電荷が移動しやすい物質を電流の導体と呼びます。絶縁体と呼ばれる一部の材料には自由電子がないため、絶縁体には電流が流れません。絶縁体には、ガラス、磁器、雲母、プラスチックなどの材料が含まれます。
電流を流す物質中に存在する自由電子は、水滴にたとえることもできます。
静止している個々の液滴は水流を生成しません。それらの多数が動いて、一方向に流れる小川や川を形成します。この小川や川の水滴は、その力が大きくなるほど、その経路に沿った水路のレベルの差が大きくなり、したがって、個々の「可能性」（高さ）の差が大きくなります。このパスの個々のセグメント。
電流の大きさ
電流によって引き起こされる現象を理解するには、電流を水の流れと比較してください。小川には少量の水が流れますが、川には大量の水が流れます。
小川の水流の値が 1 に等しいと仮定します。たとえば、川の流れの値を 10 とします。最後に、強力な川の場合、水の流量値はたとえば 100 になります。これは、川の流れの値の 100 倍です。
弱い水流だけで水車の車輪を動かすことができます。このストリームの値を 1 とします。
2 倍の水の流れで 2 つのミルを駆動できます。この場合、水流値は 2 に等しくなります。
5 倍の水流で 5 つの同一のミルを駆動できます。水の流れの値は 5 になりました。川の水の流れが観察できます。私たちの目には見えない電線には電流が流れています。
次の図は、電流によって駆動される電気モーター (電気モーター) を示しています。この場合、電流の値が 1 であるとします。
電流が 2 つのこのような電気モーターを駆動する場合、主線を流れる電流の量は 2 倍、つまり 2 になります。最後に、5 つの同じ電気モーターに電流が流れると、主線に流れる電流は最初の場合より 5 倍になります。したがって、そのマグニチュードは 5 です。
水やその他の液体の流量（つまり、河床やパイプなどの断面を単位時間あたり、たとえば 1 秒あたりに流れる量）を測定するための実用的な単位は次のとおりです。毎秒リットル。
電流の大きさ、つまり単位時間当たりに電線の断面を流れる電荷の量を測定する場合、実用的な単位としてアンペアが考えられ、電流の大きさはアンペアで決まります。省略形のアンペアは文字 a で示されます。
電流源は、例えば、ガルバニック電池または蓄電器であり得る。
バッテリーまたは蓄電池のサイズによって、供給できる電流の量と動作時間が決まります。
電気工学で電流の大きさを測定するには、特別な装置である電流計（A）を使用します。電気機器が異なれば、流れる電流の量も異なります。
電圧
電流の大きさに密接に関係する 2 番目の電気量は電圧です。電流の電圧をより簡単に理解するために、電流を水の流れにたとえたのと同じように、電流の電圧を水路の高低差 (川の水の落下) に比べてみましょう。チャネルレベルの差が小さい場合は、その差を 1 とみなします。
チャネルレベルの差がより顕著である場合、それに応じて水の降下量も大きくなります。たとえば、それが 10 に等しい、つまり最初のケースの 10 倍であると仮定します。最後に、降水レベルの差がさらに大きくなり、たとえば 100 になります。
水流が低い高さから落ちる場合、水車は 1 台しか駆動できません。この場合、1 に等しい水滴を取得します。
2 倍の高さから落ちる同じ水流が、2 つの同様の風車の車輪を回転させることができます。この場合、水ドロップは2になります。
チャネルレベルの差が 5 倍大きい場合、同じ流れで 5 つのミルが駆動されます。水ドロップは5個。
電圧を考慮した場合にも同様の現象が観察されます。以下の例での意味を理解するには、「水滴」という用語を「電圧」という用語に置き換えるだけで十分です。
ランプは 1 つだけ点灯させてください。 2 に等しい電圧が印加されたとします。
同じように接続された 5 つの電球が点灯するには、電圧が 10 に等しくなければなりません。
互いに直列に接続された 2 つの同一の電球が点灯する場合 (電球は通常、クリスマス ツリーの花輪に接続されているため)、電圧は 4 です。
考慮したすべてのケースにおいて、同じ大きさの電流が各電球を通過し、同じ電圧がそれぞれの電球に印加されます。これは合計電圧 (バッテリ電圧) の一部であり、個々の例で異なります。
川を湖に流れ込ませてください。条件付きで、湖の水位をゼロとすると、湖の水位に対する 2 番目の木の近くの河道の高さは 1 m に等しく、3 番目の木の近くの河道の高さは 1 m に等しくなります。木は2mになります。 3 番目の木の近くの水路のレベルは、2 番目の木の近くのそのレベルより 1 m 高くなります。これらの木の間は 1 m に相当します。
チャネル レベルの差は、長さの単位 (たとえば、先ほどと同様にメートル) で測定されます。電気工学では、特定のゼロ レベル (この例では湖の水位) を基準とした任意の点の川床のレベルが電位に対応します。
電位差を電圧といいます。電位と電圧は同じ単位、ボルト (文字 c で省略) で測定されます。したがって、電圧を測定する単位はボルトです。
電圧の測定には、電圧計（V）と呼ばれる特別な測定装置が使用されます。
電池のような電流源は広く知られている。いわゆる鉛蓄電池（鉛板が硫酸水溶液に浸漬されている）の 1 つのセルは、充電すると約 2 ボルトの電圧になります。
バッテリーラジオに電流を供給するために使用される陽極バッテリーは、通常、それぞれの電圧が約 1.5 V の数十個の乾式ガルバニ電池で構成されています。
これらの要素は順番に接続されます (つまり、最初の要素のプラスが 2 番目の要素のマイナスに接続され、2 番目の要素のプラスが 3 番目の要素のマイナスに接続される、というように)。この場合、バッテリーの合計電圧は、バッテリーを構成するセルの電圧の合計に等しくなります。
したがって、150 V バッテリーには、相互に直列に接続されたこのようなセルが 100 個含まれています。
電圧 220 V の照明ネットワークのソケットには、電圧 220 V 用に設計された白熱電球 1 個、または電圧 10 V 用に設計された 22 個の同一のクリスマス ツリー ライトを直列に接続して差し込むことができます。この場合、各電球の線間電圧は 1/22、つまり 10 ボルトのみになります。
特定の電気機器 (この場合は電球) に作用する電圧は、電圧降下と呼ばれます。 220 V 電球が 10 V 電球と同じ電流を消費する場合、ガーランドによってネットワークから引き出される合計電流は、220 V 電球を流れる電流と同じ大きさになります。
これまで述べてきたことから、たとえば、2 つの同一の 110 ボルトの電球を互いに直列に接続して 220 V ネットワークに接続できることは明らかです。
たとえば、直列に接続された 3 つのセルからなるバッテリーから、6.3 V の電圧用に設計されたラジオ管を加熱することができます。 2 V のフィラメント電圧用に設計されたランプは、単一セルで電力を供給できます。
ラジオ電子管のフィラメント電圧は、ランプ記号の先頭に丸められた形式で示されます。1.2 V - 数字の 1。 4.4 インチ — 番号 4; 6.3 インチ - 6 番。 5 c — 番号 5。
電流が流れる原因について
たとえ遠く離れていても、地表の 2 つの領域が異なるレベルにある場合、水の流れが発生する可能性があります。水は高いところから低いところへ流れます。
電流も同様です。電気レベル（電位）に差がある場合にのみ流れます。天気図では、最高気圧 (高気圧) は「+」記号で示され、最低気圧は「-」記号で示されます。
レベルは矢印の方向に整列します。風は気圧が最も低い地域の方向に吹きます。圧力が均等になると、空気の動きは止まります。したがって、電位が等しくなると電流の流れは止まります。
雷雨の間、雲と地面の間、または雲と雲の間の電位が等化されます。稲妻の姿で現れる。
各ガルバニ電池またはバッテリーの端子 (極) 間にも電位差が生じます。したがって、たとえば電球を取り付けると、電流が流れます。時間の経過とともに電位差が減少し（等電位化が起こり）、流れる電流量も減少します。
電球をコンセントに差し込むと、コンセント間に電位差が生じるため、電球にも電流が流れます。ただし、ガルバニ電池やバッテリーとは異なり、発電所が稼働している限り、この電位差は常に維持されます。
電気エネルギー
電圧と電流の間には密接な関係があります。電力の量は電圧と電流の量によって決まります。以下の例でこれを説明しましょう。
チェリーが低い高さから落ちる: 高さが低い - わずかな緊張。低い衝撃力 - 低電力。
ココナッツが低い高さから落ちる（少年が登った場所と比較して）：大きな物体 - 大きな流れ。低高度 - 低ストレス。比較的高い衝撃力 - 比較的高い出力。
小さな植木鉢が高いところから落ちます。小さな物体は小さな流れです。落下の高さは大きなストレスです。高い衝撃力 - ハイパワー。
高いところから落ちる雪崩：大きな雪の塊、そして大きな流れ。落下の高さは大きなストレスです。雪崩の大きな破壊力は大きな電力です。
大電流、高電圧で大きな電力が得られます。しかし、より高い電流とそれに応じてより低い電圧、または逆により低い電流とより高い電圧で同じ電力を得ることができます。
直流電力は、電圧値と電流値の積に等しい。電力はワット単位で表され、文字 W で示されます。
すでに述べたように、水滴（電圧）が同じであるにもかかわらず、ある程度の大きさの水流は水車を 1 台、流量の 2 倍で 2 台、流量の 4 倍で 4 台などを駆動することができます。 。
この図は、水滴 (電圧に相当) が十分に大きいため、4 つの水車の車輪を回転させる小さな水の流れ (電流に相当) を示しています。
これら 4 つの水車の車輪は、滝の半分の高さで 2 倍の水流で回転できます。その場合、ミルの配置は若干異なりますが、結果は同じになります。
次の図は、110V 照明ネットワークに並列接続された 2 つのランプを示しています。それぞれに1Aの電流が流れ、2本のランプに流れる電流は合計2Aとなります。
電圧と電流の値の積によって、これらのランプがネットワークから消費する電力が決まります。
110V×2a＝220W。
照明ネットワークの電圧が 220 V の場合、同じランプは (前の例のように) 並列ではなく直列に接続し、それらの電圧降下の合計がランプの電圧と等しくなるようにする必要があります。通信網。この場合、2 つのランプに流れる電流は 1 A です。
回路を流れる電圧と電流の値の積は、これらのランプによって消費される電力220 V x 1a = 220 W、つまり最初のケースと同じになります。2 番目のケースでは、ネットワークから取得される電流は 2 倍少なくなりますが、ネットワーク内の電圧は 2 倍になるため、これは理解できます。
ワット、キロワット、キロワット時
電気機器や機械 (ベル、電球、電気モーターなど) は、照明ネットワークから一定量の電気エネルギーを消費します。
電力を測定するには、電力計と呼ばれる特別な装置が使用されます。
たとえば、照明ランプや電気モーターなどの電力は、主電源電圧と主電源に接続された電気エネルギーの消費者を流れる電流量があれば、電力計の助けを借りずに決定できます。知られています。
同様に、系統電力消費と系統電圧がわかっていれば、消費者に流れる電流量を決定できます。
たとえば、110 ボルトの照明ネットワークには 50 ワットのランプが含まれています。そこにはどんな電流が流れるのでしょうか？
ボルトで表される電圧とアンペアで表される電流の積は、ワットで表される電力 (直流の場合) に等しいため、逆の計算を行った後、つまりワット数をボルト数で割ります (主電源電圧）、ランプに流れる電流量をアンペア単位で取得します。
a = w / b、
電流は 50 W / 110 V = 0.45 A (約) です。
したがって、ランプには約 0.45 A の電流が流れ、50 W のエネルギーを消費し、110 V の電気ネットワークに接続されます。
50 ワットの電球が 4 つ付いたシャンデリア、100 ワットの電球が 1 つ付いたテーブルランプ、および 300 ワットのアイロンが部屋の照明ネットワークに含まれている場合、すべてのエネルギー消費者の電力は 50 W x 4 + 100 W となります。 + 300 W = 600 W。
主電源電圧が 220 V であるため、この部屋に適した一般的な照明線には、600 W / 220 V = 2.7 A (およそ) に等しい電流が流れます。
電気モーターがネットワークから 5000 ワットの電力、つまり 5 キロワットの電力を消費するとします。
1000 ワット = 1 キロワット、1000 グラム = 1 キログラムと同様です。キロワットはkWと略されます。したがって、電気モーターについては、5 kWの電力を消費すると言えます。
電気機器が消費するエネルギーの量を判断するには、そのエネルギーが消費された時間の長さを考慮する必要があります。
10 ワットの電球が 2 時間点灯している場合、電力消費量は 100 ワット x 2 時間 = 200 ワット時、または 0.2 キロワット時となります。 100 ワットの電球が 10 時間点灯している場合、消費されるエネルギー量は 100 ワット x 10 時間 = 1000 ワット時、または 1 キロワット時です。キロワット時はkWhと省略されます。
この本には他にも興味深いことがたくさんありますが、これらの例でも、当時の著者が、特に子供たちを教える場合に、いかに責任を持って誠実に自分の仕事に取り組んでいたかを示しています。