Прежде чем начинать заниматься электромонтажными работами или научиться читать электрические схемы, необходимо обладать определенными знаниями в этой области.  Давайте, рассмотрим некоторые из них, самые основные.

Электричество, что это такое?

Электричество — это один из видов энергии, существующих в природе. Одно из проявлений электричества – это молния во время грозы.

По сравнению с другими видами энергии, которые использует человек для своих нужд, электричество обладает значительными преимуществами. Данная энергия экологически чистая, ее можно передавать на большие расстояния. Производителями электричества могут быть: тепловые электростанции, гидроэлектростанции, атомные электростанции, установки использующие солнечную энергию, энергию ветра т.д.

К сожалению, при неправильной эксплуатации, электричество очень опасно. Поэтому соблюдаются строгие нормы и стандарты, для проектирования и монтажа электрических систем.

Электрический ток

Электрическим током (обычно обозначается буквой I), называют направленное движение свободных электронов в проводниках (проводах) и внутри электроприборов.

Чтобы лучше понять феномен электричества и природу возникновения электрического тока, его надо начинать изучать на уровне атома.

Строение атома

Вся материя (воздух, вода, живые существа ...) состоит из маленьких частиц - атомов. Они настолько малы, что для достижения ширины только одного волоса, их потребуется более миллиона.

Атом состоит из ядра, окруженного определенным количеством электронов. Электрон отрицательно заряженная частица, которая вращается вокруг своего ядра, как Луна вокруг Земли.

В некоторых веществах (в основном это различные металлы) атомы могут легко обмениваться электронами. Такие вещества хорошо проводят электрический ток и называются проводниками.

Другие вещества (пластик, фарфор, стекло, дерево ...), имеют атомы, у которых нет свободных электронов. Они являются хорошими изоляторами (диэлектриками).

Для того чтобы в проводнике возникло движения тока, необходимы два условия:

  1. Источник тока (генератор, батарейка), он создает электрическое поле, благодаря которому электроны могут передвигаться по проводнику.
  2. Наличие замкнутой цепи, это позволит двигаться электронам от одного полюса питания к другому. Разорвав цепь в любом месте, движение тока прекратится.

При работе генератор создает избыток электронов на одном полюсе и недостаток на другом, создавая разность напряженности электрического поля (потенциалы). Образно, генератор можно представить насосом, который из атомов вытягивает отрицательно заряженные электроны и отправляет их на одну из своих клемм. При этом на другой клемме атомы, потерявшие свои электроны, ждут возможность их восполнить. Если замкнуть такую цепь, то возникнет сдвиг электронов от клеммы минус (-) к клемме плюс (+), Такое движение (направленное движение электронов) и есть тот самый электрический ток.

Сами электроны в цепи движутся очень медленно. Скорость в медной проводке будет порядка 60 см в час. Скорость тока или сама электрическая энергия, в действительности, соответствует скорости электромагнитной волны, которая проходит от заряда к заряду со скоростью, близкой к скорости света. За одну секунду электрический ток может обойти Землю несколько раз.

Основные физические величины в электричестве.

Всего четыре физических величины могут объяснить большинство электрических явлений в наших повседневных устройствах: электрическое напряжение, сила тока, сопротивление и мощность.

Напряжением (U) называют разность потенциалов, который вырабатывает источник тока и измеряют в Вольтах (лат. V или рус. В). В батарейке разница между полюсами всего 1,5 Вольта, а в наших квартирах напряжение 230 Вольт.

Сила тока (I) это скорость электронов, с которой они проходят определенную точку в цепи, выражается в Амперах (А). Другими словами, ток силой 1 ампер это 6,24 миллиарда миллиардов электронов которые проходит через одну точку в цепи за 1 секунду.

Сопротивление (R) это препятствия на пути прохождения электронов, чем больше препятствий, тем сильнее сопротивление. Выражается в Ом (Ω). Тело с повышенным сопротивлением это изолятор (пластик и т.д), а тело с низким сопротивлением это проводник (медь и др.).

Мощность (P): величина, которая указывает активную энергию, поглощаемой потребителем за одну секунду, выражается в Ваттах (Вт);

В электрической цепи, связь между напряжением (U), током (I) и сопротивлением (R), устанавливает Закон Ома. Согласно этому закону, I=U/R (следовательно U=I·R и R=U/I).

Закон Ома
Закон Ома

Постоянный и переменный ток

Существуют два типа электрического тока: постоянный ток (символ "") и переменный ток (символ "~").

В постоянном токе (DC) электроны всегда движутся в одном направлении, от - до +. Как правило, это результат химической или фотоэлектрической реакции (аккумуляторы, батарейки, солнечные панели). 

Переменным называется ток (AC), который с определенной периодичностью меняет свое направление и величину.  Количество раз в секунду, с которой он это совершает, называется частотой (Гц). У нас и в большинстве стран мира частота переменного тока составляет 50 Гц. Большинство электрического освещения, бытовых электроприборов и ряд других потребителей работают на переменном токе.

Однофазный и трехфазный ток

В настоящее время производство, передача и распределение электроэнергии происходит с помощью трехфазного переменного тока. Такая структура сети позволяет значительно экономить на сечении подводящих проводов и использовать энергию в промышленности, и в быту.

Трехфазный ток состоит из трех фазных проводников (A, B, C или L1, L2, L3) и одного нейтрального (обозначается N). Три фазы применяют для электроприборов большой мощности. Для передачи трехфазного электричества на большие расстояния и для некоторых потребителей (трехфазные электродвигатели) нулевой проводник не нужен.

Однофазный ток состоит из одного фазного проводника (или A, или B, или С) и одного нейтрального (обозначается N). Большинство бытовых приборов работают на однофазном токе.