Электричество в рисунках

 «Электричество» – суть понятия для детей и взрослых
Что же нас «бьёт», ток? или напряжение?


В этой главе стиль изложения можно назвать так: «детский сад». А всё потому, что во многих фильмах, книгах, телепередачах, даже в некоторых серьёзных трудах по психологии можно встретить изречение такого толка:
– вы знаете, как работает электричество? Я не знаю. И никто не знает.
– все знают, что такое электричество, но никто не может описать его.
И т.п.

Вот именно – никто не знает! Потому, что понятие «Электричество» не раскрывается ни в школе, ни в ВУЗе…

И потому вот здесь так подробно, «по-детски» описано электричество, чтобы любой ребёнок смог это понять, зримо представить, так же, как радугу, как снег, как прибой. Чтобы любой человек далее смог бы представить себе это непростое, но теперь, после прочтения, уже и несложное для восприятия явление. 

Тема – мелочь тема, если на неё глянет профессионал-электрик. Но только всего лишь глянет – вот беда, а объяснить не сможет. Мало того, вопрос «что нас «бьёт» – ток или напряжение» – равнозначен вопросу – «что вперёд появилось, курица или яйцо». Не по смыслу, а по сложности. Даже среди профессионалов.

«Простейшие» понятия, казалось бы, известные всем, сейчас выступят в качестве примера несколько другого, нового мышления. Принцип рассуждений назовём так: «Докопаться до сути».

На примере задачи: попробуем объяснить ребёнку, что будет, если он сунет пальчик в розетку. Приведём пример показа сути этого сложного явления простейшими, условно одинаковопонятными объяснениями.

Начнём с тока. Суть самого явления электричество, в правильном понимании, начинается наоборот: потенциал, разность потенциалов, электродвижущая сила, напряжение, «привязка» напряжения к сопротивлению проводника и затем только ток. Но объяснить и понять, в бытовом понимании, легче в обратном порядке.

Итак, каким образом нам объяснить ребёнку, что может произойти, если он сунет пальчик в розетку? Чем его там «стукнет»? И объяснить необходимо так, чтобы ребёнок понял, что́ его стукнет. Чтобы ребёнок смог понять природу электричества, но прежде – на словах, из рассказа. «Без пальчиков».

* * *

Итак, тема. По проводу «течёт» ток. Это как?

Да очень просто. Применим правильный термин – «проводник». И объясним это ребёнку. Следующими словами. По поверхности проводника, то есть по проводу, «бегут» маленькие твёрдые шарики. Маленькие-маленькие! Твёрдые и чёрненькие. Вдоль провода. По самому проводу. По верху провода, по его поверхности. Как на рисунке.

Рис 1. Эскизный показ электрического тока.

Рис 1. Эскизный показ электрического тока.

Они «бегут», и если что-то встретится им на пути, то шарики будут это что-то «толкать». И чем больше шариков будет «бежать» тем сильнее они будут толкать всё, что встретится им на пути.

Рис. 2.  Шарик ударит по пальцу  – столкнёт его со своего пути.

Рис. 2.
Шарик ударит по пальцу
– столкнёт его со своего пути.

Шарики – это ток. А вот количество шариков и определяет силу тока. Силу тока измеряем амперами. Это значит: какое-то количество шариков на единицу площади поверхности проводника (провода) и есть единица силы тока.

Рис. 3. Ток малой силы  (мало ампер)

Рис. 3. Ток малой силы (мало ампер)

 

Рис. 4. Ток большой силы  (много ампер)

Рис. 4. Ток большой силы (много ампер)

Если использовать не приведённые термины, понятные для детей, а термины специальные, то надо будет сказать: проводимость бывает зарядовая и дырочная. Коротко и ясно. Правда, этой фразы достаточно, чтобы кого-то «поставить в тупик». В том числе и некоторых «профессионалов».

Вернёмся же к простейшим объяснениям. На уровне детей.

Дырки искать не будем. Будем смотреть только на шарики. Шарики «бегут» не прямо. Точнее, прямо, но с колебаниями вправо-влево.

Рис. 5. Эскизный показ напряжения.

Рис. 5. Эскизный показ напряжения.

Чтобы «бежать» прямо, надо просто «бежать». Но чтобы «бежать» с колебаниями, надо напрягаться. Так «бежать» трудно. И колебания их вправо-влево назовём напряжением. Чуть-чуть колеблются шарики в своём беге – маленькое напряжение. Сильно колеблются – большое напряжение. Большое напряжение или маленькое – этому соответствуют амплитуды их колебаний, то есть, насколько шарики колеблются вправо-влево. Напряжение измеряем вольтами.

Это только начало. Далее можно нарисовать потенциал и разность потенциалов. Это уже чуть посложнее. Кому лень рисовать, может представить в уме. Все представили рисунок «разность потенциалов»? Причём, возражения «я не умею рисовать» не принимаются. Уметь рисовать не надо. Надо просто представить рисунок «потенциал электрического заряда». А потом представить рисунок «разность потенциалов». Это должны (обязаны!) представлять в уме инженеры-электрики. И такие рисунки было бы полезно рисовать в школьной программе обучения. Как элемент простейшего представления предмета. И только потом можно будет понять, что есть поле магнитное, что есть поле электрическое и как они соединяются в электромагнитное поле. Всё это нарисовать, чтобы суметь понять.
Но без первых двух рисунков почти невозможно понять, что «бьёт» человека, ток или напряжение. А с применением рисунков можно объяснить, что если рукой коснуться проводника (провода), где «бегут» шарики с маленьким напряжением, например, в 12 вольт или 36 вольт, то они будут несильно «постукивать» по пальцам или по ладони.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Рис. 6. Прикосновение к проводу с малым напряжением. «Удар» слабый, не больно пальцу. Просто «пощипывание».

 

 

 

 

Если же напряжение будет большое, скажем в 220 вольт, то колебания шариков будут сильные.

Рис. 7. Прикосновение к проводу с высоким напряжением. «Удар» сильный. Палец ощущает болевой контакт с чем-то невидимым. Больно! Шарик срикошетил и отскочил.

Рис. 7. Прикосновение к проводу с высоким напряжением. «Удар» сильный. Палец ощущает болевой контакт с чем-то невидимым. Больно! Шарик срикошетил и отскочил.

 

 

 

 

Рис. 8. Прикосновение к проводу с высоким напряжением. «Удар» сильный. Палец ощущает болевой контакт, и боль уходит дальше в руку. Этот момент наглядно показывает, что есть такое  «поражение электротоком».

Рис. 8. Прикосновение к проводу с высоким напряжением. «Удар» сильный. Палец ощущает болевой контакт, и боль уходит дальше в руку. Этот момент наглядно показывает, что есть такое «поражение электротоком».

Шарики не просто будут «стукаться» в руку, но и войдут в руку и «побегут» внутри руки, и через ногу «выбегут» в землю. Или через другую руку «выбегут» в стену или во что-то другое, чего касается в этот момент рука.

Это очень больно, когда внутри тебя, через руку, сквозь руку «бегут» маленькие-маленькие шарики. А если шариков будет «бежать» очень много (ток силой 0,1А), то рука почернеет и отвалится.

Эти все объяснения очень понятны для первичного объяснения. Для детей. А потом уже можно дать объяснение вторичное, с применением специальных терминов. Школьникам старших классов.

Для полноты картины можно детям объяснить, что такое сопротивление.

Представьте, что вы берёте иголку и остриём надавливаете на кончик пальца. Кожа прогнётся под остриём, и будет чуть-чуть больно. Но иголка не вонзается в палец, потому что кожа сопротивляется острию. Кожа имеет сопротивление. Надавим сильнее, кожа прогнётся сильнее, и боль будет сильнее. В данном случае кожа прогибается, но сопротивления кожи всё ещё хватает, чтобы не допустить прокола. Но если давить сильнее, если давление иголки будет сильнее, чем сопротивление кожи, то иголка проколет кожу и тогда будет о-очень больно.

Так и с электрическим током. Наша кожа имеет способность сопротивляться току так же, как и кончику иглы. И сила сопротивления кожи так в электричестве и называется – сопротивление. Но наша кожа имеет разное сопротивление. Сухую кожу не так просто проколоть иголкой. Надо сильно давить. А если кожа мокрая, например, если вы купаетесь в речке или моетесь в ванной? Мы знаем, что в воде гораздо легче поцарапаться или порезаться. Мокрая кожа имеет сопротивление ниже, чем сухая. Мокрую кожу, если надавить на неё иголкой, очень легко проколоть. Всё это потому, что сопротивление мокрой кожи ниже, чем сопротивление сухой кожи.

А теперь посмотрим на рисунок _7_. Если палец сухой, то сопротивление его в таком случае будет большое, и шарик (ток) ударит и отскочит. Будет не слишком больно. Но если палец мокрый, то шарик пробьёт кожу и заскочит внутрь пальца. А за ним устремятся ещё и ещё. Это будет очень больно. Это будет называться, что вас ударило током.

Если вернуться к рисункам, поясняющими, что же такое напряжение, то можно пояснить так. Палец мокрый ударит ток даже низкого напряжения. В смысле — пробъёт. Низкое напряжение в 12 В или 36 В. Как на рисунке _8_. А палец сухой ток низкого напряжения будет постукивать, пощипывать, как на рисунке _6_. А вот если напряжение высокое, как в наших розетках, 220 В, то такое высокое напряжение пробьёт сопротивление кожи даже сухого пальца. Ток с высоким напряжением пробьет сопротивление кожи так, как иголка проколет кожу. Высокое напряжение, как на рисунке_8_ означает, что шарики будут с силой стучать в кожу, пробивать сопротивление кожи, сделают маленькие-малюсенькие дырочки и устремятся в палец, в руку, в тело. Это очень больно. И даже смертельно – если в вас заскочит очень много шариков…

* * *

Далее, продолжая в этом же ключе, можно объяснить и нарисовать потенциал заряда и разность потенциалов. И нарисовать-представить зримо, чем разность потенциалов отличается от напряжения, и чем напряжение отличаются от электродвижущей силы источника тока. И так далее.

* * *

Данный пример не есть совет системе просвещения. Специалисты системы просвещения лучше знают, как подать материал в учебных заведениях. Но этот пример представляет собой другой метода показа и осмысления простых, казалось бы, вопросов, которые, как оказалось, совсем не простые. Это принципиальный подход к любой проблеме, вопросу, аксиоме, любой стороне жизни: изложить вроде бы всем известные понятия простейшими, условно одинаковопонятными терминами, «докопаться» до сути.

Правда у каждого своя. И через эти «толпы правд» не видно истины. Потому что в наш информационный век мы начинаем мыслить поверхностно. На известные события смотрим «новым взглядом». А термины остались старые.

* * *

Хочется надеяться, что маленькие дети смогут теперь узнать, со слов взрослых, – что такое электрический ток, прежде, чем сунут пальчик в розетку.

А взрослые дяди с квалификацией электрика теперь больше не будут спорить – что нас бьёт: ток? или напряжение?

* * *

Теперь, без экивоков. И без детского лепета. Что же нас «бьёт», ток? или напряжение?

Во-первых, напряжение есть характеристика тока. Ответ – «бьёт» ток.

Во-вторых. Болевые ощущения в организме происходят при сильных возмущениях электромагнитных полей клеток и при деформации нервных окончаний – нейронов. Такое воздействие организм получает от движущихся зарядов при условии, если этих зарядов достаточно много. Условием движения зарядов (минусовых – электронов) является наличие разности потенциалов (напряжения) и отношения этого напряжения к сопротивлению проводника (электрическое сопротивление тела, замеренное между двумя точками соприкосновения). При определённом соотношении движение зарядов будет столь велико, что возникнут возмущения электромагнитных полей клеток и деформация нейронов. Что регистрируется мозгом как боль. Движение зарядов есть ток. Ответ – «бьёт» ток.

Дополнительно. Некое определённо большое количество зарядов, проходящее через живую клетку, будет вызывать в ней физические разрушения, что будет регистрироваться мозгом как очень сильная боль. Местные необратимые разрушения начинаются при определённо плотном потоке проходящих зарядов. Плотный и массовый поток зарядов (см. рис. 4), или же назовём это ток силой в 0,1А и выше, проводит массовое разрушение клеток. Ток силой 0,1А считается опасным для жизни. Ответ – «бьёт» ток.

А напряжение… А напряжение есть предпосылка того, какой ток «пойдёт» через организм. И мало того. Напряжение – это характеристика тока. Но пока током не «ударило», то напряжение до этого момента ещё не напряжение, а Э.Д.С.
«Бьёт», всё-таки, ток.

* * *

Тем же читателям, которые сделают вывод для себя – мол, это и так  всё ясно, и незачем было писать эту простоту, есть шанс отличиться: представить сначала, а потом описать (проговорить вслух) или нарисовать простое явление – электромагнитный поток. И чтобы ребёнок вас понял! Или посложнее – описать и нарисовать напряжённость электромагнитного поля.

Представьте, как это теперь просто – назвать вещи и события своим именами и договаривать до конца.
В электричестве можно описать и нарисовать всё: и что такое напряжение, и что такое Э.Д.С. Почему электродвижущая сила генератора автомобиля составляет 13-15 Вольт, а напряжение бортовой сети автомобиля — всего 10-12 Вольт.
Можно теперь очень просто объяснить ребёнку – куда деваются в автомобиле эти 2 Вольта?

Вот так-то – «детский сад»!

 

 

Запись опубликована в рубрике Жизнь в её структуре. Добавьте в закладки постоянную ссылку.

2 комментария на «Электричество в рисунках»

  1. Сергей говорит:

    Нельзя подобную чушь нести детям. Они так и будут электроны представлять как «твёрдые, чёрные шарики» — а это совсем не так. Беда в том, что люди до сих пор не представляют как выглядит то, что является одновременно и корпускулой (шариком) и волной (энергией), т.е. то, что они именуют электроном, а движение этих самых электронов — током. Вот почему говоря об электричестве мы не можем знать что это такое на самом деле.

    • ivanplatonov говорит:

      Да, логично.
      Но проблема в том, что данное представление электричества понятно даже ребёнку. А школьная и вузовская программы основываются на бытовых понятиях, типа «это же очевидно» и «подразумевается, что…».
      В итоге, без начального представления ученики и студенты половина тупо смотрит на преподавателя, а другая половина именно догадывается, подразумевает. Копните их поглубже, и многие «подразумевают» совершенно разные понятия.
      Данное объяснение — начальный этап.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*