Що таке плата?

Я гімназист. Я люблю комп’ютери та електроніку. Кілька тижнів тому я думав створити власний електронний гаджет, але, на жаль, не мав великих знань з електроніки. Отже, я вирішив вчитися. Після Гуглінга тут і там я натрапив на велику кількість інформації. Ніщо, окрім однієї речі, що мене переслідує та залякує, - це те, що означає термін " Зарядка" ? Жодна з книг не говорить про те, що це означає. Деякі кажуть, що це основна властивість матерії, а просто вона, і не визначають її далі. Тоді як деякі навіть не намагаються розповісти про це. У Вікіпедії вона визначається як:

Електричний заряд - це фізична властивість речовини, яка змушує її відчувати силу, коли вона близька до інших електрично заряджених речовин.

Визначення досить складне і заплутане. Так само з навчальних посібників із веб-сайтами All About Circuits я отримав інший тип визначення та розуміння.

З книг я дізнався, що ми досі не знаємо багато про звинувачення, навіть великі вчені, такі як сер Стівен Хокінг, про це не знають багато. Це правильно? Якщо ні, то чому це було написано в книгах (я маю на увазі тут книги не книги), яке його правильне визначення? Чому більшість книг не визначають, які збори є?

Як сказав Алі, заряд є властивістю (або характеристикою або ознакою) частинки. Частка може бути атомом, а може бути просто частиною атома, як електрон або протон.

На жаль, ми не можемо сказати багато про те, чому частинки мають цю властивість чи що викликає існування цієї властивості. Ми можемо описати лише деякі речі, які ми спостерігаємо про цю властивість, яку ми називаємо зарядкою .

• Зарядка буває двох видів, які ми довільно позначаємо як "позитивні" та "негативні".

• Позитивні заряди відштовхують один одного силою, яку ми можемо виміряти, негативні заряди відштовхують один одного аналогічно, а протилежні заряди притягують один одного.

• Ми виявляємо, що є компоненти атомів, звані "протони" та "електрони", які завжди позитивно і негативно заряджаються відповідно.

• Заряд зберігається. Це означає, що в усіх експериментах, які ми пробували, різниця між кількістю позитивного та негативного заряду в закритій системі є такою ж в кінці експерименту, як і на початку експерименту, і тому ми вважаємо, що це стосується всіх закритих систем у Всесвіті.

Незважаючи на те, що ми не знаємо, що таке плата чи звідки вона походить, опису того, що вона робить , достатньо для того, щоб передбачити багато корисних речей і зробити багато корисних інструментів, таких як радіостанції та комп'ютери.

Щоб зробити це просто зараз (як тільки ви потрапите до фізики коледжу, це буде розширено), заряд - це нагромаджені електрони або брак електронів, де ви б очікували, що їх буде кілька. Електрони мають негативний заряд, а протони - позитивний. Нормальний атом має таку ж кількість електронів, як протони, тому нетто заряд.

На деяких атомах зовнішні кілька електронів дещо «пухкі». Коли у вас є ціла купа цих атомів поруч один з одним, як атоми міді у мідному дроті, ці пухкі електрони можуть стрибати між сусідніми атомами. Однак якщо вони стрибають занадто далеко, вони залишають позитивний заряд (оскільки негативний відійшов) там, де вони пішли, і негативний заряд там, де вони є. Цей дисбаланс зарядів створює електричне поле , яке можна думати як силове поле, яке штовхає і тягне на себе електрони. Електрони підтягуються до позитивних зарядів і відштовхуються від негативних. Таким чином, це електричне поле не дасть електронам звільнитися з одного місця і накопичитися в іншому на протязі кількох атомів.

Джерело напруги, як акумулятор, - це те, що створює електричне поле. Якщо ви підключите протилежні кінці акумулятора до протилежних кінців цього мідного дроту з усіма дещо рухливими електронами, то ви можете змусити всі електрони в середньому перейти від кінця від'ємної напруги дроти до позитивного напруги. Щоб підтримувати електричне поле, прикладене до дроту, акумулятор потім перекачує електрони, що витікають з + кінця проводу назад, на кінець дроту, де вони знову перескакують між атомами міді і знову закінчуються на + кінці .

Масовий рух електронів називається струмом , який є зарядами, що протікають. Це дуже схоже на течію в річці, тече багато молекул води. Оскільки заряд одного електрона дуже малий і мало корисний для нашого людського масштабу, ми використовуємо одиницю заряду, яку називають кулоном . Однак Coulomb - це просто калібрована купа заряду. Насправді це близько 6,24 х 10 ¹⁸ зарядів електронів. Насправді це -6,24 х 10 ¹⁸ електронів, оскільки ми довільно вирішили, що електрони мають негативний заряд.

Знову для того, щоб зберегти діапазон чисел в людському масштабі, ми вимірюємо струм в Ампері , який є одним кулоном заряду, що протікає щосекунди. Отже, якщо у вас 1 ампер (іноді "Амп" або офіційна абревіатура "А") протікає ліворуч праворуч по дроту, то насправді 6,240 000 000 000 000 000 електронів протікають праворуч ліворуч за будь-яку точку вздовж цього проводу.

Тепер, коли ви маєте основне уявлення про те, що таке заряд і струм, забудьте про рух електронів зі своїми негативними зарядами. Решта електроніки побудована на Amp і Coulombs. Розгляньте це як концептуальні одиниці струму і заряду, які ви будете використовувати звідси. Той факт, що вони, як правило, грунтуються на фактичних негативних звинуваченнях, не має значення і просто викликає плутанину.

Тож повернемося до тієї батареї, яка викликала струм у нашому проводі. Акумулятор - це просто насос для зарядки. Іншими словами, це може зробити струм. Однак є ще одна метрика, яку тут важливо згадати, а саме те, наскільки сильно може натиснути акумулятор. Один акумулятор може зайнятись сильнішим зарядом, ніж інший, подібно до того, як один водяний насос може зробити тиск більш високим, ніж інший. Саме цей тиск змушує електричне поле, яке змушує заряди рухатися, які є поточними. Цей електричний тиск вимірюється в одиницях вольт . Чим більше вольт може зробити акумулятор, тим більше струм може спричинити протікання через той же опір . Це подібно до того, що водяний насос більш високого тиску може зробити більший потік води через насадку однакового розміру.

То як ми можемо пов’язати напругу, струм та опір? Як ви, мабуть, бачите, що більше напруга (тиск) робить більше струму (потік), але більший опір (менша насадка) робить менший потік. Щоб сказати це математично:

  струм = напруга / опір

Це також дає нам визначення опору, переставляючи це рівняння:

  опір = напруга / струм

Поняття опору припадає багато в електроніці, тому у нас є спеціальний прилад для його вимірювання, який називається Ом . Насправді Ом визначається як:

  Ом = Вольт / Ампер

Ми маємо короткі скорочення для всіх трьох цих кількостей, оскільки майже вся електроніка заснована на них. А Вольт скорочено "V", Ампер - "A", а Ом - грецькою літерою "Ω".

Це рівняння, яке стосується опору, напруги та струму, є наріжним каменем електроніки і називається Законом Ома , після того, як хлопець вперше придумав це.

Повернемось до першої форми закону Ома, яку я показав, яка говорить про те, скільки ми отримуємо в даний час:

  У фізичних величинах: струм = напруга / опір
  У загальних одиницях: Ампер = Вольт / Ом, або A = V / Ω

Про це вже багато над чим подумати. Спробуйте обернутись навколо цього, перш ніж йти далі. Задайте тут питання, як вам потрібно це зрозуміти. Як тільки ви це отримаєте, ми можемо перейти до всіляких крутих речей.

Відповідь Оліна відмінна. Я додам, що аналогія може допомогти.

(Для цілей цієї аналогії давайте ігнорувати все після Ньютона. Загальна відносність та Хіггс Босон цікаві, але не збираються допомогти зрозуміти заряд.)

Напевно, ви маєте інстинктивне розуміння маси , зокрема гравітаційної маси . Але що це?

Гравітаційна маса - це властивість речовини, яка змушує її відчувати силу, яку називають гравітацією, - коли вона наближається до іншої речовини з масою. Індивідуальна кількість маси атома дуже-дуже мала, але їх у нас дуже багато, і вони можуть скластись, щоб справді створити дуже великі маси.

Хоча всі атоми мають малу кількість маси, деякі мають набагато більше, ніж інші. Якщо у вас є мішок з воднем і мішок свинцю з однаковою кількістю атомів у кожному, один буде набагато масивнішим, ніж інший.

Числовий опис того, як масивний предмет впливає на іншого, називається гравітаційним полем . Якщо ви уявляєте велику масу - Землю, скажімо - і уявляєте собі крихітну масу - кульковий підшипник, скажімо - магічно підвішений у точці над Землею, якщо ви раптом магічно дозволите їй рухатись, вона рухатиметься в конкретний напрямок - у напрямку до центру Землі. Уявіть, що Земля оточена полем крихітних стрілок, усі вказують у напрямку, в який би впав кульовий підшипник. Довжина стріли - наскільки важко було б витягнути кульковий підшипник: дуже важко біля поверхні землі, навряд чи взагалі повз орбіту Місяця. Це "поле" стрілок - це гравітаційне поле Землі.

Заряд дуже схожий на гравітаційну масу. Як і маса, це основна властивість матерії. Як і маса, вона змушує два об'єкти відчувати силу між ними. Як і маса, подібно до того, як деякі види матерії є більш масивними, ніж інші, так і деякі види матерії більш схильні виробляти заряд, ніж інші. Як і маса, ви можете взяти велике джерело заряду і уявити поле стріл навколо нього, яке підкаже вам, у якому напрямку і наскільки сильною була б сила на невеликий заряд, розміщений там; ось електростатичне поле .

Чим тоді заряд і маса не відрізняються? Основні відмінності між зарядом і масою:

(1) Маса буває лише одного виду, заряд буває двох видів. Вся маса притягується до всієї іншої маси. Наче звинувачення відштовхуються, на відміну від зарядів.

(2) Сили заряду набагато більше, ніж сили гравітації. Натріть повітряну кулю на волосся і приклейте до стелі. Сил заряду в цій кулі достатньо, щоб подолати притягнення предмета розміром до Землі! (Хоча, правда, відстані є актуальними. Ваша куля знаходиться за тисячі метрів від центру Землі та дуже близько до стелі.) Сила між масами абсурдно мала в порівнянні з силою між зарядами.

(3) Зарядку дуже легко переміщати в порівнянні з масою. Рух заряду через провідник - це значна частка швидкості світла. (Рух окремих заряджених частинок може бути повільним; подумайте про це як про ввімкнення крана, підключеного до дуже довгого шланга, який вже наповнений водою. Хвиля тиску, яка виштовхує воду з ділового кінця шланга, рухається набагато швидше вниз по шлангу, ніж вода, що виходить із крана, робить.)

Електричний заряд - це фізична властивість речовини, яка змушує її відчувати силу, коли вона близька до інших електрично заряджених речовин.

Мені здається досить хорошим визначенням. Щоб цитувати Річарда Фейнмана:

"Ми нічого не можемо точно визначити! Якщо ми зробимо спробу, ми потрапимо в той параліч думки, який приходить до філософів, які сидять навпроти одного, один одному говорячи:" Ви не знаєте, про що говорите! " Другий говорить: "Що ви розумієте під знанням? Що ви маєте на увазі під розмовою? Що ви маєте на увазі під собою?" Тощо.

Хоч і серйозніше; у класичній фізиці є дві важливі сили. Гравітаційна сила, яку ви, мабуть, досить добре знайомі. Це причина, по якій Сонце обертається в галактиці, причина, по якій Земля обходить Сонце, і причина, чому люди в Китаї не падають із Землі. Ви можете обчислити гравітаційну силу між двома об'єктами, використовуючи

See the symmetry there! Charge is to the electric force what mass is to the gravitational force! There are some assymetries such as the fact that charge comes in both plus and minus flavors while mass can only be positive, but don't worry about that for now.

Good luck with your project!

one thing, that daunts and intimidates me is that what the term Charge means?

First a bit of background...

Currently, we believe that, given the observations and experimental results so far, there are four "fundamental interactions" and the electromagnetic interaction is one of those four.

What is a fundamental interaction? From the linked Wikipedia article:

Fundamental interactions, also called fundamental forces or interactive forces, are modeled in fundamental physics as patterns of relations in physical systems, evolving over time, that appear not reducible to relations among entities more basic.

Imagine that you observe that two objects attract or repel each other but that said objects do not attract or repel other objects. In an attempt to explain or model this, you might hypothesize that the two interacting objects have a property that the other objects do not. You might even call this property a charge. You might further hypothesize, after additional observations, that there are two types and that "opposite charges attract" and "like charges repel".

In some cases, the interaction may be explainable by other known phenomenon or, it may be that we determine the interaction simply is - it is the given and the best we can do is model the interaction without being to explain it in terms of something 'more fundamental' .

This is what we do with electric charge and the electromagnetic interaction. We observe it and attempt to model it mathematically and use notions such as electric charge and electric field etc.

At some point, we may discover another, more fundamental 'layer' to reality and be able to answer the question "what is electric charge?" in those terms.

For example, some theorists imagine that electric charge is actually a vibrational mode of a fundamental 1D entity - a supersymmetric superstring - that somehow 'lives' in 10 or 11 dimensions of which 3 are our 'ordinary' spatial dimensions.

But this really only leads to the question "but what is this more fundamental stuff?" What is a supersymmetric superstring?

At this point, it's best not to wonder what electric charge is but, rather, to wonder how it works, e.g., Coulomb's Law.

Further, if you're interested in learning practical electronics, you'll really need to concentrate on circuit theory which is more concerned with voltage and current rather than electric charge.

I find it helpful to think of charge as a thing, along the lines of "one electron equals one piece of charge". I don't think that many concepts in electronics correspond directly to the concept of a physical object like this.

If charge is a thing, then 'voltage' describes the amount of energy associated with a particular charge (perhaps analogously to how some object might be hot or cold) and 'current' is the amount of charge that flows through a wire in a given time. The voltage on a capacitor is proportional to the amount of charge stored on its plates, where the proportionality constant is the size of the capacitor. And so on.

That's hugely simplistic, but you might find it a useful mental model to get started with.

To add to Olin's mental picture.

Think of the battery or power supply as something that can take electrons from one side and pile them up on the other so you have a starvation on one end of the circuit and an excess on the other. The starved side then starts pulling those loose electrons off the atoms on that end of the circuit, causing a ripple or chain effect. like a bucket brigade the loose electrons hop from atom to atom toward the starved side of the battery, and as you can guess when you follow that circuit all the way around to the other end of the battery where the atoms have too many electrons they are happy to give them out to the atoms in the circuit who then pass them around. the more the battery can starve one end and surplus the other the faster the atoms in the circuit try to compensate by moving those spares around the circuit. The flow of these spares around the circuit is current. The battery having a surplus on one end and starvation on the other is voltage.

Now how does the battery starve one end of electrons and give them to the other? Well that is the magic of batteries and a separate question. Sometimes it is a chemistry thing, a side effect of chemical reactions. But it depends on the battery technology. Likewise what if it isnt a battery lets say but a wall wart instead or AC coming out of the wall socket? Another good question.

I find it most easy to think of the flow of electrons as you would think of water in pipes, something you can visualize because you have most likely experienced pipes or hoses and water. Water is pumped from one end of the battery to the other, pushing it through the pipe (circuit) and landing in the starved end of the pump, to be pushed through again. We lose a little bit of water in the process so over time the pump just doesnt have enough water to make the thing work anymore (the battery is used up). Resistors are just kinks in the circuit that slow the water down. bigger wires are like a bigger pipe you can move more water through. The speed of the water is the current, hmmm...and so on.

The most precise answer would be "nobody knows". However, we can still study its properties.

We can model the whole world in terms of 'fields'. A field is like a stretched-out rubber sheet. The sheet doesn't have to be flat; in some places it may rise up and in other places it may dip down. These deviations act like charge. Of course, the real world is 3D but a sheet is only a 2D model.

There are different kinds of fields, based on the way their charge can behave.

There is a field where charge can only go 'one way', for example the sheet might only have upwards bumps, not downwards dips. We call this field gravity, and this 'one way' charge is called mass. Two masses (bumps) will always attract each other, but mass is quite feeble: the bumps aren't very high. This is why a tiny rocket engine is capable of moving away from the Earth, overpowering the mass of the whole planet. However, since all of the bumps go the same way, they will always build up, which results in huge structures like galaxies. The only reason everything hasn't attracted into one huge lump is because the Universe is expanding, which spreads everything out faster than gravity can clump it together.

There is a different field where charge can go 'two ways', for example upwards bumps and downwards dips. This is the electromagnetic field, which electronics is based on. The charge in this field is called 'electric charge', or just 'charge', and we distinguish between the two 'directions' by calling one 'positive' and the other 'negative'. These charges are stronger than mass, which we can see if we use a charged rod to pick up bits of paper. However, unlike mass, like charges will repel each other (positive-positive or negative-negative), and opposite charges will attract. This causes electric charge to get mixed together, like mixing white paint with black paint, so that the result is 'neutral' and it doesn't have much effect on very large (galactic) scales. However, quantum physics stops everything from mixing completely; when we look close enough, there are small, indivisible lumps of positive and negative charge. These are usually electrons and protons, but they're mixed together in little neutral lumps called atoms. Electronics is all about moving electrons around between atoms (note that pulling an electron away from an atom is not the same as 'splitting the atom', which means something else!).

There is another kind of field where the charge can go in three 'directions'. This is called the (strong) nuclear field and behaves in very strange ways. The charge of this field is known as 'colour', with the 'directions' called 'red', 'green' and 'blue'. Note that these are just made-up names, like 'positive' and 'negative', to make sure everyone is talking about the same thing. The words themselves don't mean anything.

If we imagine these fields as rubber sheets, we can stack them on top of each other. There will be patterns in the charge: the bump usually line up, so that, for example, an electric charge moves around with a mass. We call these patterns 'fermions', and give some names like 'electrons', 'pions', etc.

We can also make waves on the sheets. Waves on the electromagnetic sheet correspond to light waves.

Another field is usually mentioned, called the 'weak nuclear' field, but the recent Higgs boson discovery shows that this may actually be part of the electromagnetic field (a theory known as the 'electroweak' field).

A charge is a property that some of the elementary particles have. Such as the electron (which has a negative charge) and the proton (which has a positive charge).

Charges are measured in coulomb (read KOOLON) after a French scientist. The electron has -1.6*10^-19 C (negative charge) and the proton has a +1.6*10^19 C.

Charges (or particles that have these charges) of opposite polarities attract and those with same polarities repel each-other. Asking "why" at this level is like asking why the universe exists so things will get philosophical from here. It's just the way the universe works. So yeah... We don't know why a charge exists or how... or what it is exactly. We just call it a "property". And we only describe what it does or how it behaves. Note that we could've arbitrarily flipped the polarities of the charges (an electron would carry a positive charge and a proton would carry a negative one) and everything will still work as before. Because it's still a valid description.

Charge is not a property of the atom. Atoms (in their non-ionized state) are all neutral (they have no net charge : number of electrons == number of protons) Now if somehow an atom loses an electron, the number of positive charges (from protons) will be higher than the number of negative charges so it appears that the atom (now called an Ion/been ionized) carries a positive charge !

A current is a flow of charges. Some examples of that would be :

The flow of electrons in a metal (negative charges) is what you measure as a current in a copper wire.

The flow of ions (the aforementioned ionized atoms) is what constitutes the current in electrolytic solutions.

Say you have a particle, or a group of particles. Create a closed Gaussian surface around it. Then charge can be defined as the surface integral of the electric field flux through the Gaussian surface divided by the permittivity constant. I know this isn't what you were looking for (it's clearly going to be over your head) but I thought it might be a good addition to the other answers here that do answer your question. Or in other words charge is the extent to which something exists in an non neutral constant form.