Electricitatea este indispensabilă societății moderne, iar aparatele electrice sunt componente esențiale pentru funcționarea acesteia. Deci, cum face electricitatea să funcționeze aparatele electrice?
Pentru ușurință de înțelegere, acest articol nu va aprofunda în concepte și formule teoretice, ci mai degrabă va descrie modul în care electricitatea alimentează aparatele electrice. Pentru a răspunde la această întrebare, trebuie mai întâi să clarificăm câteva definiții: electricitate, energie electrică și aparate electrice.
Electricitatea se referă la fenomenul fizic generat de mișcarea electronilor; energia electrică este efectul energiei electrice care lucrează în diferite forme; un aparat electric este un dispozitiv care se bazează funcțional pe energia electrică pentru a-și conduce componentele de bază, în general împărțit în două tipuri: echipamente electrice și echipamente electronice.
Echipamentele electrice se referă la dispozitivele care convertesc energia electrică în energie mecanică sau alte forme de energie, cum ar fi motoarele electrice, convertoarele de tensiune și becurile; echipamentele electronice, într-un sens mai restrâns, se referă la dispozitivele care utilizează energie electrică pentru prelucrarea datelor, cum ar fi procesoarele și plăcile grafice. Aparatele electrice pe care le folosim zilnic sunt în general compuse din ambele tipuri de dispozitive, cum ar fi frigidere, televizoare și computere.
Un aparat electric, cum ar fi un telefon mobil, constă din mai multe sisteme electrice, cum ar fi un sistem de alimentare cu energie, un sistem interactiv și un sistem de calcul. Sistemele diferite constituie împreună un dispozitiv electronic portabil-un telefon mobil. Cum joacă electricitatea un rol în aceste sisteme? În primul rând, este important să clarificăm că ceea ce antrenează aparatele electrice nu este electricitatea în sine, ci energia electrică. Cu alte cuvinte, electricitatea funcționează în cadrul sistemului electric, determinându-l să producă efecte corespunzătoare. Să ne imaginăm electronii ca niște oameni minusculi; mișcarea lor generează electricitate, iar această mișcare este muncă realizată.
În timpul acestei lucrări efectuate de acești oameni minusculi, energia este convertită în forme precum căldură, lumină, energie chimică și energie cinetică, care sunt percepute de utilizator, iar apoi percepem aparatul ca și când începe să funcționeze. Cum are loc acest proces? Să aruncăm o privire mai atentă, folosind un telefon mobil ca exemplu.
În primul rând, sistemul de alimentare cu energie al telefonului prioritizează alimentarea cu energie a sistemului de calcul și a sistemului de control al energiei. Când bateria începe să furnizeze energie, electronii din CPU încep să se miște sub forță. Circuitele logice ale CPU efectuează calcule, determinând alocarea ulterioară a puterii și alimentând aceste informații înapoi la sistemul de control al puterii. La primirea acestor informații de alocare, sistemul de control al puterii ajustează căile logice din cadrul sistemului pentru a distribui puterea în mod corespunzător.
Apoi, electricitatea ajunge la sistemele de afișare și interacțiune. După ce este pornit, sistemul de afișare folosește teoria electrotermală pentru a emite lumină și căldură, luminând ecranul, care devine conținutul pe care îl vedem pe telefon. Nu vom intra în detalii despre motivul pentru care ecranul poate afișa conținut diferit; acest proces este conversia energiei electrice în energie luminoasă. Sistemul de interacțiune prezintă diferite forme pe diferite dispozitive. Dispozitivele fără-cu ecran tactil folosesc comutatoare. În sistemul de interacțiune, rolul principal al energiei electrice este transmisia de informații.
După o operațiune, telefonul vrea să redea o melodie. Electricitatea este alocată sistemului de sunet. În acest sistem, energia electrică joacă două roluri: În primul rând, transmiterea de informații prin schimbarea stării curente prin sistemul de distribuție a energiei pentru a transmite conținutul specific de sunet care urmează să fie redat. În al doilea rând, folosind teoria electrodinamică, conducând difuzorul să vibreze și să producă sunet. În acest moment, telefonul primește un mesaj prin care se solicită vibrație. Sistemul de distribuție a energiei alocă electricitatea motorului cu vibrații. Sub acțiunea combinată a teoriilor electromagnetice și electrodinamice, motorul începe să vibreze; acest proces este conversia energiei electrice în energie cinetică.
Pe măsură ce se apropie iarna, mărcile „bune” de telefoane mobile vor pregăti cu atenție încălzitoare de mâini pentru utilizatorii-telefoane fierbinți și calde. Aceasta este energia termică care este aproape inevitabil generată atunci când energia electrică este convertită în alte forme de energie. Încălzitoarele electrice și păturile electrice sunt toate aparate proiectate pe baza teoriei electrotermale.
După ce a trecut prin atâtea sisteme, electricitatea se întoarce la sursă, bateria? Nu! Aceasta implică cea mai fundamentală întrebare: cum se mișcă electronii? Voltaj. Electronii care se deplasează în întregul sistem nu pornesc de la baterie și se întorc la ea! Ceea ce determină mișcarea lor se numește energie potențială, care este diferența de tensiune. Când o baterie este în uz, tensiunea la bornele sale este nivelată treptat, iar energia potențială se epuizează lent, rezultând lipsa energiei. În timpul încărcării, sursa de alimentare externă transformă această energie potențială în energie chimică, creând o diferență de tensiune între bornele bateriei.
Prin urmare, în esență, funcționarea aparatelor electrice este un proces de conversie a energiei. Principiile principale implicate sunt electromagnetismul, energia electrocinetică, contactul electric, arcul electric și energia electrotermală. Prin aceste teoreme rezumate, conversia energiei electrice în alte forme de energie poate fi controlată artificial. Fiecare aparat electric funcționează pe unul dintre aceste cinci principii, dar fiecare are propriile sale caracteristici unice. Prin urmare, dacă doriți să înțelegeți în detaliu cum funcționează aparatele electrice, ar trebui să învățați teoria electrică și să analizați probleme specifice în moduri specifice.
