كهرباء

بادئ ذي بدء ، من الضروري معرفة ما هو كهرباء. التيار الكهربائي هو الحركة المنظمة للجسيمات المشحونة في الموصل. من أجل أن تنشأ ، يجب أولاً إنشاء مجال كهربائي ، تحت تأثيره ستبدأ الجسيمات المشحونة المذكورة أعلاه في التحرك.

المعلومات الأولى عن الكهرباء ، التي ظهرت منذ عدة قرون ، تتعلق بـ "الشحنات" الكهربائية التي تم الحصول عليها من خلال الاحتكاك. بالفعل في العصور القديمة ، عرف الناس أن العنبر ، الذي يرتديه الصوف ، يكتسب القدرة على جذب الأشياء الخفيفة. ولكن في نهاية القرن السادس عشر فقط ، درس الطبيب الإنجليزي جيلبرت هذه الظاهرة بالتفصيل واكتشف أن العديد من المواد الأخرى لها نفس الخصائص تمامًا. الأجسام قادرة ، مثل العنبر ، بعد فركها على جذب الأجسام الخفيفة ، ودعا المكهرب. هذه الكلمة مشتقة من الإلكترون اليوناني - "العنبر". في الوقت الحاضر نقول إن هناك شحنات كهربائية على أجساد في هذه الحالة ، والجثث نفسها تسمى "مشحونة".

تنشأ الشحنات الكهربائية دائمًا عندما تكون المواد المختلفة على اتصال وثيق. إذا كانت الأجسام صلبة ، فإن النتوءات المجهرية والمخالفات الموجودة على سطحها تمنع اتصالها الوثيق. من خلال عصر هذه الأجسام وفركها معًا ، نجمع أسطحها معًا ، والتي بدون ضغط لن تلمس إلا في نقاط قليلة. في بعض الأجسام ، يمكن للشحنات الكهربائية أن تتحرك بحرية فيما بينها أجزاء مختلفةبينما في الآخرين غير ممكن. في الحالة الأولى ، تسمى الأجسام "الموصلات" ، وفي الحالة الثانية - "عوازل أو عوازل". الموصلات عبارة عن معادن ومحاليل مائية من الأملاح والأحماض وما إلى ذلك. ومن أمثلة العوازل الكهرمان والكوارتز والإبونيت وجميع الغازات التي تخضع للظروف العادية.

ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن تقسيم الهيئات إلى موصلات وعوازل كهربائية أمر تعسفي للغاية. جميع المواد توصل الكهرباء بدرجة أكبر أو أقل. الشحنات الكهربائية إما موجبة أو سالبة. هذا النوع من التيار لن يدوم طويلاً ، لأن الجسم المكهرب سوف ينفد من الشحنة. من أجل استمرار وجود تيار كهربائي في الموصل ، من الضروري الحفاظ على مجال كهربائي. لهذه الأغراض ، يتم استخدام مصادر التيار الكهربائي. أبسط حالة لحدوث تيار كهربائي هي عندما يكون أحد طرفي السلك متصلاً بجسم مكهرب ، والآخر متصل بالأرض.

لم تظهر الدوائر الكهربائية التي تزود لمبات الإنارة والمحركات الكهربائية إلا بعد اختراع البطاريات التي يعود تاريخها إلى حوالي عام 1800. بعد ذلك ، سار تطور عقيدة الكهرباء بسرعة كبيرة لدرجة أنه في أقل من قرن لم تصبح مجرد جزء من الفيزياء ، ولكنها شكلت أساس الحضارة الكهربائية الجديدة.

الكميات الرئيسية للتيار الكهربائي

كمية الكهرباء والقوة الحالية. يمكن أن تكون تأثيرات التيار الكهربائي قوية أو ضعيفة. تعتمد قوة التيار الكهربائي على مقدار الشحنة التي تتدفق عبر الدائرة في وحدة زمنية معينة. وكلما زاد عدد الإلكترونات التي تنتقل من قطب المصدر إلى آخر ، زادت الشحنة الكلية التي تحملها الإلكترونات. تسمى هذه الشحنة الإجمالية كمية الكهرباء التي تمر عبر الموصل.

على وجه الخصوص ، يعتمد التأثير الكيميائي للتيار الكهربائي على كمية الكهرباء ، أي أنه كلما زادت الشحنة التي تمر عبر محلول الإلكتروليت ، زادت كمية المادة التي تستقر على القطب السالب والأنود. في هذا الصدد ، يمكن حساب كمية الكهرباء بوزن كتلة المادة المترسبة على القطب ومعرفة كتلة وشحنة أيون واحد من هذه المادة.

القوة الحالية هي كمية تساوي نسبة الشحنة الكهربائية التي مرت عبر المقطع العرضي للموصل إلى وقت تدفقها. وحدة الشحن هي الكولوم (C) ، والوقت يقاس بالثواني. في هذه الحالة ، يتم التعبير عن وحدة القوة الحالية بوحدة C / s. هذه الوحدة تسمى الأمبير (A). من أجل قياس شدة التيار في الدائرة ، يتم استخدام جهاز قياس كهربائي يسمى مقياس التيار الكهربائي. للتضمين في الدائرة ، تم تجهيز مقياس التيار الكهربائي بمحطتين. يتم تضمينه في الدائرة في السلسلة.

الجهد الكهربائي. نحن نعلم بالفعل أن التيار الكهربائي هو حركة منظمة للجسيمات المشحونة - الإلكترونات. يتم إنشاء هذه الحركة بمساعدة مجال كهربائي ، يقوم بقدر معين من العمل. هذه الظاهرة تسمى عمل التيار الكهربائي. من أجل تحريك المزيد من الشحنة عبر دائرة كهربائية في ثانية واحدة ، يجب أن يقوم المجال الكهربائي بمزيد من العمل. بناءً على ذلك ، اتضح أن عمل التيار الكهربائي يجب أن يعتمد على قوة التيار. لكن هناك قيمة أخرى يعتمد عليها عمل التيار. هذه القيمة تسمى الجهد.

الجهد هو نسبة عمل التيار في قسم معين من الدائرة الكهربائية إلى الشحنة المتدفقة عبر نفس القسم من الدائرة. يتم قياس العمل الحالي بالجول (J) ، ويتم قياس الشحنة في المعلقات (C). في هذا الصدد ، ستكون وحدة قياس الجهد 1 J / C. هذه الوحدة تسمى الفولت (V).

لكي يظهر الجهد في دائرة كهربائية ، هناك حاجة إلى مصدر تيار. في الدائرة المفتوحة ، يكون الجهد موجودًا فقط في أطراف المصدر الحالية. إذا تم تضمين هذا المصدر الحالي في الدائرة ، فسيظهر الجهد أيضًا في أقسام معينة من الدائرة. في هذا الصدد ، سيكون هناك أيضًا تيار في الدائرة. أي باختصار يمكننا أن نقول ما يلي: إذا لم يكن هناك جهد في الدائرة ، فلا يوجد تيار. من أجل قياس الجهد ، يتم استخدام جهاز قياس كهربائي يسمى الفولتميتر. له مظهر خارجيإنه يشبه مقياس التيار المذكور سابقًا ، مع الاختلاف الوحيد في أن الحرف V يقع على مقياس الفولتميتر (بدلاً من A على مقياس التيار الكهربائي). يحتوي الفولتميتر على محطتين ، يتم توصيلهما بالتوازي مع الدائرة الكهربائية.

المقاومة الكهربائية. بعد توصيل جميع أنواع الموصلات ومقياس التيار الكهربائي بدائرة كهربائية ، يمكنك ملاحظة أنه عند استخدام موصلات مختلفة ، يعطي مقياس التيار قراءات مختلفة ، أي في هذه الحالة ، تكون القوة الحالية المتوفرة في الدائرة الكهربائية مختلفة. يمكن تفسير هذه الظاهرة من خلال حقيقة أن الموصلات المختلفة لها مقاومة كهربائية مختلفة ، وهي كمية فيزيائية. تكريما للفيزيائية الألمانية ، سميت أوم. كقاعدة عامة ، يتم استخدام وحدات أكبر في الفيزياء: كيلو أوم ، ميغا أوم ، إلخ. عادةً ما يتم الإشارة إلى مقاومة الموصل بالحرف R ، وطول الموصل هو L ، ومنطقة المقطع العرضي هي S. في هذه الحالة ، يمكن أن تكون المقاومة مكتوب كصيغة:

حيث يسمى المعامل p المقاومة. يعبر هذا المعامل عن مقاومة موصل طوله 1 متر مع مساحة مقطع عرضي تساوي 1 متر مربع. يتم التعبير عن المقاومة في أوم × م. نظرًا لأن الأسلاك ، كقاعدة عامة ، لها مقطع عرضي صغير إلى حد ما ، يتم التعبير عن مناطقها عادةً بالمليمتر المربع. في هذه الحالة ، ستكون وحدة المقاومة هي أوم × مم 2 / م. في الجدول أدناه. يوضح الشكل 1 مقاومة بعض المواد.

الجدول 1. المقاومة الكهربائية لبعض المواد
مواد	ع ، أوم × م 2 / م	مواد	ع ، أوم × م 2 / م
		سبيكة إيريديوم البلاتين
معدن أو سبيكة
		مانجانين (سبيكة)
الألومنيوم		قسطنطين (سبيكة)
التنغستن
		نيتشروم (سبيكة)
سبائك النيكل)		Fechral (سبيكة)
		الكروم (سبيكة)

حسب الجدول. في الشكل 1 ، يتضح أن النحاس لديه أصغر مقاومة كهربائية ، وسبائك المعادن لديها أكبرها. بالإضافة إلى ذلك ، فإن العوازل (العوازل) لديها مقاومة عالية.

السعة الكهربائية. نحن نعلم بالفعل أن موصلين منفصلين عن بعضهما البعض يمكن أن تتراكم الشحنات الكهربائية. تتميز هذه الظاهرة بكمية فيزيائية تسمى السعة الكهربائية. السعة الكهربائية لاثنين من الموصلات ليست أكثر من نسبة شحنة أحدهما إلى فرق الجهد بين هذا الموصل والموصل المجاور. كلما انخفض الجهد الكهربي عندما تتلقى الموصلات شحنة ، زادت سعتها. يتم أخذ الفاراد (F) كوحدة للسعة الكهربائية. في الممارسة العملية ، يتم استخدام أجزاء من هذه الوحدة: microfarad (F) و picofarad (pF).

Yandex.DirectAll الإعلاناتشقق للايجار اليومي في كازان!شقق من 1000 روبل. اليومي. فنادق صغيرة. وثائق الإبلاغ 16.forguest.ru شقق للايجار اليومي في كازانشقق مريحة في جميع مناطق قازان. تأجير شقة سريع متصفح Yandex.Browser الجديد!إشارات مرجعية مريحة وحماية موثوقة. متصفح للمشي اللطيف على الشبكة! browser.yandex.ru 0+

إذا أخذت موصلين منفصلين عن بعضهما البعض ، وضعتهما على مسافة صغيرة من بعضهما البعض ، تحصل على مكثف. تعتمد سعة المكثف على سماكة ألواحه وسماكة العازل الكهربائي ونفاذه. عن طريق تقليل سمك العازل بين ألواح المكثف ، من الممكن زيادة سعة الأخير بشكل كبير. على جميع المكثفات ، بالإضافة إلى السعة ، يجب تحديد الجهد الذي تم تصميم هذه الأجهزة من أجله.

عمل وقوة التيار الكهربائي. مما سبق يتضح أن التيار الكهربائي يقوم بقدر معين من العمل. عندما يتم توصيل المحركات الكهربائية ، فإن التيار الكهربائي يجعل جميع أنواع المعدات تعمل ، ويحرك القطارات على طول القضبان ، وينير الشوارع ، ويسخن المنزل ، وينتج أيضًا تأثيرًا كيميائيًا ، أي أنه يسمح بالتحليل الكهربائي ، وما إلى ذلك. يمكننا القول أن يساوي عمل التيار في قسم معين من الدائرة تيار المنتج والجهد والوقت الذي تم خلاله إنجاز العمل. يُقاس الشغل بالجول والجهد بالفولت والتيار بالأمبير والوقت بالثواني. في هذا الصدد ، 1 J = 1V x 1A x 1s. من هذا اتضح أنه من أجل قياس عمل التيار الكهربائي ، يجب استخدام ثلاثة أجهزة في وقت واحد: مقياس التيار الكهربائي ، ومقياس الفولتميتر والساعة. لكن هذا مرهق وغير فعال. لذلك ، عادة ، يتم قياس عمل التيار الكهربائي بواسطة عدادات كهربائية. يحتوي جهاز هذا الجهاز على جميع الأجهزة المذكورة أعلاه.

تساوي قوة التيار الكهربائي نسبة عمل التيار إلى الوقت الذي تم خلاله. يُشار إلى القوة بالحرف "P" ويتم التعبير عنها بالواط (W). في الممارسة العملية ، يتم استخدام كيلووات ، ميغاواط ، هيكتوواط ، إلخ. من أجل قياس قوة الدائرة ، تحتاج إلى استخدام مقياس الواط. يتم التعبير عن الأعمال الكهربائية بالكيلوواط / ساعة (kWh).

القوانين الأساسية للتيار الكهربائي

قانون أوم. يعتبر الجهد والتيار من أكثر الخصائص ملاءمة للدوائر الكهربائية. من السمات الرئيسية لاستخدام الكهرباء النقل السريع للطاقة من مكان إلى آخر ونقلها إلى المستهلك بالشكل المطلوب. يعطي ناتج فرق الجهد والقوة الحالية الطاقة ، أي كمية الطاقة المنبعثة في الدائرة لكل وحدة زمنية. كما ذكرنا أعلاه ، لقياس الطاقة في دائرة كهربائية ، سوف يستغرق الأمر 3 أجهزة. هل يمكن التعامل بواحد وحساب القوة من قراءاتها وبعض خصائص الدائرة مثل مقاومتها؟ أحب كثير من الناس هذه الفكرة ، واعتبروها مثمرة.

إذن ، ما هي مقاومة السلك أو الدائرة ككل؟ هل السلك ، مثل أنابيب المياه أو الأنابيب في نظام الفراغ ، له خاصية ثابتة قد تسمى المقاومة؟ على سبيل المثال ، في الأنابيب ، عادة ما تكون نسبة فرق الضغط الذي يخلق التدفق مقسومًا على معدل التدفق سمة ثابتة للأنبوب. بالطريقة نفسها ، يخضع تدفق الحرارة في السلك لعلاقة بسيطة ، والتي تشمل اختلاف درجة الحرارة ، ومساحة المقطع العرضي للسلك ، وطوله. كان اكتشاف مثل هذه العلاقة للدوائر الكهربائية نتيجة بحث ناجح.

في عشرينيات القرن التاسع عشر ، كان مدرس المدرسة الألماني جورج أوم أول من بدأ في البحث عن النسبة المذكورة أعلاه. بادئ ذي بدء ، كان يتطلع إلى الشهرة والشهرة ، مما يسمح له بالتدريس في الجامعة. كان هذا هو السبب الوحيد الذي جعله يختار مجالًا دراسيًا يقدم مزايا معينة.

كان أوم ابن صانع الأقفال ، لذلك كان يعرف كيفية سحب الأسلاك المعدنية ذات السماكات المختلفة ، والتي يحتاجها لإجراء التجارب. نظرًا لأنه في تلك الأيام كان من المستحيل شراء سلك مناسب ، فقد صنعه Om بيديه. أثناء التجارب ، جرب أطوالًا مختلفة وسمكًا مختلفًا ومعادن مختلفة وحتى درجات حرارة مختلفة. كل هذه العوامل اختلف بدوره. في زمن أوم ، كانت البطاريات لا تزال ضعيفة ، مما يعطي تيارًا متغيرًا. في هذا الصدد ، استخدم الباحث مزدوجًا حراريًا كمولد ، تم وضع مفرقه الساخن في اللهب. بالإضافة إلى ذلك ، استخدم مقياسًا مغناطيسيًا خامًا ، وقاس اختلافات الجهد (أطلق عليها أوم "الفولتية") عن طريق تغيير درجة الحرارة أو عدد الوصلات الحرارية.

لقد تم تطوير عقيدة الدوائر الكهربائية للتو. بعد اختراع البطاريات حوالي عام 1800 ، بدأت تتطور بشكل أسرع. تم تصميم وتصنيع أجهزة مختلفة (غالبًا باليد) ، وتم اكتشاف قوانين جديدة ، وظهرت المفاهيم والمصطلحات ، وما إلى ذلك. كل هذا أدى إلى فهم أعمق للظواهر والعوامل الكهربائية.

تحديث المعرفة بالكهرباء ، من ناحية ، تسبب في ظهور مجال جديد للفيزياء ، من ناحية أخرى ، كان أساس التطور السريع للهندسة الكهربائية ، أي البطاريات والمولدات وأنظمة الإمداد بالطاقة للإضاءة والمحرك الكهربائي تم اختراع الأفران الكهربائية والمحركات الكهربائية وغيرها ، وغيرها.

كانت اكتشافات أوم ذات أهمية كبيرة لتطوير نظرية الكهرباء ولتطوير الهندسة الكهربائية التطبيقية. جعلوا من السهل التنبؤ بخصائص الدوائر الكهربائية ل التيار المباشر، وبعد ذلك للمتغير. في عام 1826 ، نشر أوم كتابًا أوجز فيه الاستنتاجات النظرية والنتائج التجريبية. لكن آماله لم تكن مبررة ، فقد قوبل الكتاب بالسخرية. حدث هذا لأن طريقة التجربة التقريبية بدت جذابة قليلاً في عصر كان كثير من الناس مغرمين بالفلسفة.

لم يكن لدى Omu خيار سوى ترك منصبه كمدرس. لم يحصل على موعد في الجامعة لنفس السبب. لمدة 6 سنوات ، عاش العالم في فقر ، دون ثقة في المستقبل ، يعاني من شعور بخيبة أمل مريرة.

لكن تدريجياً اكتسبت أعماله شهرة خارج ألمانيا. تم احترام Om في الخارج ، وتم استخدام بحثه. في هذا الصدد ، اضطر المواطنون إلى التعرف عليه في وطنهم. في عام 1849 حصل على درجة الأستاذية في جامعة ميونيخ.

اكتشف أوم قانونًا بسيطًا يؤسس علاقة بين التيار والجهد لقطعة من الأسلاك (لجزء من الدائرة ، للدائرة بأكملها). بالإضافة إلى ذلك ، وضع قواعد تسمح لك بتحديد ما سيتغير إذا أخذت سلكًا بحجم مختلف. تمت صياغة قانون أوم على النحو التالي: تتناسب القوة الحالية في قسم من الدائرة بشكل مباشر مع الجهد في هذا القسم وتتناسب عكسًا مع مقاومة القسم.

قانون جول لينز. يؤدي التيار الكهربائي في أي جزء من الدائرة عملاً معينًا. على سبيل المثال ، لنأخذ جزءًا من الدائرة ، يوجد بين نهاياتها جهد (U). من خلال تعريف الجهد الكهربائي ، فإن الشغل المبذول عند تحريك وحدة شحنة بين نقطتين يساوي U. سيكون عمل التيار الكهربائي في هذا القسم:

هذا التعبير صالح للتيار المباشر في أي حال ، لأي قسم من الدائرة ، والذي قد يحتوي على موصلات ، ومحركات كهربائية ، وما إلى ذلك. الطاقة الحالية ، أي العمل لكل وحدة زمنية ، تساوي:

تُستخدم هذه الصيغة في نظام SI لتحديد وحدة الجهد.

لنفترض أن قسم الدائرة موصل ثابت. في هذه الحالة ، سيتحول كل العمل إلى حرارة ، والتي سيتم إطلاقها في هذا الموصل. إذا كان الموصل متجانسًا ويطيع قانون أوم (وهذا يشمل جميع المعادن والإلكتروليتات) ، فعندئذٍ:

أين ص هي مقاومة الموصل. في هذه الحالة:

تم اشتقاق هذا القانون تجريبيًا لأول مرة بواسطة E.Lenz ، وبشكل مستقل عنه بواسطة Joule.

وتجدر الإشارة إلى أن تسخين الموصلات له تطبيقات عديدة في الهندسة. الأكثر شيوعًا وأهمية من بينها مصابيح الإضاءة المتوهجة.

قانون الحث الكهرومغناطيسي. في النصف الأول من القرن التاسع عشر ، اكتشف الفيزيائي الإنجليزي م. فاراداي ظاهرة الحث المغناطيسي. هذه الحقيقة ، بعد أن أصبحت ملكًا للعديد من الباحثين ، أعطت دفعة قوية لتطوير الهندسة الكهربائية والراديو.

في سياق التجارب ، اكتشف فاراداي أنه عندما يخترق عدد خطوط الحث المغناطيسي سطحًا محاطًا بحلقة مغلقة يتغير ، ينشأ تيار كهربائي فيه. ربما يكون هذا هو أساس أهم قانون في الفيزياء - قانون الحث الكهرومغناطيسي. التيار الذي يحدث في الدائرة يسمى حثي. نظرًا لحقيقة أن التيار الكهربائي يحدث في الدائرة فقط في حالة وجود قوى خارجية تعمل على شحنات مجانية ، ثم مع تدفق مغناطيسي متغير يمر فوق سطح دائرة مغلقة ، تظهر هذه القوى الخارجية نفسها فيها. يسمى عمل القوى الخارجية في الفيزياء بالقوة الدافعة الكهربائية أو EMF الحثي.

يظهر الحث الكهرومغناطيسي أيضًا في الموصلات المفتوحة. عندما يعبر الموصل المغناطيسية خطوط القوة، يتم إنشاء الجهد في نهاياته. سبب ظهور مثل هذا الجهد هو الحث EMF. إذا لم يتغير التدفق المغناطيسي الذي يمر عبر الدائرة المغلقة ، فلن يظهر التيار الاستقرائي.

باستخدام مفهوم "EMF للحث" ، يمكن للمرء أن يتحدث عن قانون الحث الكهرومغناطيسي ، أي أن EMF للتحريض في حلقة مغلقة يساوي في القيمة المطلقة معدل تغير التدفق المغناطيسي عبر السطح الذي يحده عقدة.

حكم لينز. كما نعلم بالفعل ، يحدث تيار حثي في ​​الموصل. اعتمادًا على ظروف مظهرها ، لها اتجاه مختلف. في هذه المناسبة ، صاغ الفيزيائي الروسي لينز القاعدة التالية: إن التيار التحريضي الذي يحدث في دائرة مغلقة له دائمًا اتجاه بحيث لا يسمح المجال المغناطيسي الذي يخلقه بتغير التدفق المغناطيسي. كل هذا يسبب ظهور تيار تحريضي.

تيار الحث ، مثل أي تيار آخر ، لديه طاقة. هذا يعني أنه في حالة وجود تيار تحريضي ، تظهر الطاقة الكهربائية. وفقًا لقانون الحفاظ على الطاقة وتحويلها ، يمكن أن تنشأ الطاقة المذكورة أعلاه فقط بسبب كمية الطاقة لبعض أنواع الطاقة الأخرى. وبالتالي ، فإن حكم لينز يتوافق تمامًا مع قانون الحفاظ على الطاقة وتحويلها.

بالإضافة إلى الحث ، يمكن أن يظهر ما يسمى بالحث الذاتي في الملف. جوهرها على النحو التالي. إذا ظهر تيار في الملف أو تغيرت قوته ، يظهر مجال مغناطيسي متغير. وإذا تغير التدفق المغناطيسي الذي يمر عبر الملف ، فستظهر فيه قوة دافعة كهربائية ، تسمى EMF للحث الذاتي.

وفقًا لقاعدة لينز ، فإن المجال الكهرومغناطيسي للحث الذاتي عند إغلاق الدائرة يتداخل مع القوة الحالية ولا يسمح لها بالزيادة. عند إيقاف تشغيل دائرة EMF ، يقلل الحث الذاتي من القوة الحالية. في حالة وصول القوة الحالية في الملف إلى قيمة معينة ، يتوقف المجال المغناطيسي عن التغير ويصبح الحث الذاتي EMF صفرًا.

هذه هي الحركة المنظمة لبعض الجسيمات المشحونة. من أجل استخدام الإمكانات الكاملة للكهرباء بكفاءة ، من الضروري أن نفهم بوضوح جميع مبادئ الجهاز وتشغيل التيار الكهربائي. لذا ، دعنا نكتشف ما هو الشغل والقوة الحالية.

من أين يأتي التيار الكهربائي؟

على الرغم من البساطة الواضحة للسؤال ، إلا أن القليل منهم قادر على إعطاء إجابة واضحة عليه. بالطبع ، في الوقت الحاضر ، عندما تتطور التكنولوجيا بسرعة لا تصدق ، لا يفكر الشخص بشكل خاص في أشياء أولية مثل مبدأ تشغيل التيار الكهربائي. من أين تأتي الكهرباء؟ بالتأكيد سوف يجيب الكثيرون "حسنًا ، من المقبس ، بالطبع" أو يهزون أكتافهم ببساطة. وفي الوقت نفسه ، من المهم جدًا فهم كيفية عمل التيار. يجب أن يكون هذا معروفًا ليس فقط للعلماء ، ولكن أيضًا للأشخاص الذين لا يرتبطون بأي شكل من الأشكال بعالم العلوم ، لتطورهم العام متعدد الاستخدامات. لكن القدرة على استخدام مبدأ العملية الحالية بشكل صحيح ليس للجميع.

لذلك ، بالنسبة للمبتدئين ، يجب أن تفهم أن الكهرباء لا تنشأ من أي مكان: يتم إنتاجها بواسطة مولدات خاصة موجودة في محطات توليد الطاقة المختلفة. بفضل عمل تدوير ريش التوربينات ، يولد البخار الناتج عن تسخين المياه بالفحم أو الزيت الطاقة ، والتي يتم تحويلها لاحقًا إلى كهرباء بمساعدة مولد. المولد بسيط للغاية: يوجد في وسط الجهاز مغناطيس ضخم وقوي للغاية ، مما يتسبب في تحرك الشحنات الكهربائية على طول الأسلاك النحاسية.

كيف تصل الكهرباء إلى منازلنا؟

بعد الحصول على قدر معين من التيار الكهربائي بمساعدة الطاقة (الحرارية أو النووية) ، يمكن توفيره للناس. يعمل هذا التزويد بالكهرباء على النحو التالي: لكي تصل الكهرباء بنجاح إلى جميع الشقق والشركات ، يجب "دفعها". ولهذا تحتاج إلى زيادة القوة التي ستفعل ذلك. يطلق عليه جهد التيار الكهربائي. مبدأ التشغيل على النحو التالي: يمر التيار عبر المحول ، مما يزيد من جهده. علاوة على ذلك ، يتدفق التيار الكهربائي عبر الكابلات المثبتة في أعماق الأرض أو على ارتفاع (لأن الجهد يصل أحيانًا إلى 10000 فولت ، وهو أمر قاتل للإنسان). عندما يصل التيار إلى وجهته ، يجب أن يمر مرة أخرى عبر المحول ، والذي سيقلل الآن من جهده. ثم يمر عبر الأسلاك إلى الدروع المثبتة في المباني السكنيةأو غيرها من المباني.

يمكن استخدام الكهرباء المنقولة عبر الأسلاك بفضل نظام المقابس الذي يربط الأجهزة المنزلية بها. تحمل الجدران أسلاك إضافية يتدفق من خلالها التيار الكهربائي ، وبفضلها تعمل الإضاءة وجميع الأجهزة في المنزل.

ما هو العمل الحالي؟

يتم تحويل الطاقة التي يحملها التيار الكهربائي في حد ذاته بمرور الوقت إلى ضوء أو حرارة. على سبيل المثال ، عند تشغيل المصباح ، عرض كهربائييتم تحويل الطاقة إلى ضوء.

إذا كان يتكلم بلغة واضحة، إذن عمل التيار هو الفعل الذي أنتجته الكهرباء نفسها. علاوة على ذلك ، يمكن حسابها بسهولة باستخدام الصيغة. استنادًا إلى قانون الحفاظ على الطاقة ، يمكننا أن نستنتج أن الطاقة الكهربائية لم تختف ، فقد تغيرت كليًا أو جزئيًا إلى شكل آخر ، مع إطلاق قدر معين من الحرارة. هذه الحرارة هي عمل التيار عندما يمر عبر الموصل ويسخنه (يحدث التبادل الحراري). هكذا تبدو صيغة جول لينز: A \ u003d Q \ u003d U * I * t (العمل يساوي كمية الحرارة أو ناتج الطاقة الحالية والوقت الذي تدفقت خلاله عبر الموصل).

ماذا يعني التيار المباشر؟

التيار الكهربائي نوعان: متناوب ومباشر. يختلفون في أن الأخير لا يغير اتجاهه ، فلديه مشبكان (موجب "+" وسالب "-") ويبدأ حركته دائمًا من "+". والتيار المتردد له طرفان - الطور والصفر. وبسبب وجود مرحلة واحدة في نهاية الموصل ، فإنها تسمى أيضًا أحادية الطور.

تختلف مبادئ جهاز التيار المتردد أحادي الطور والتيار الكهربائي المباشر تمامًا: على عكس التيار المباشر ، يغير التيار المتردد اتجاهه (مكونًا تدفقًا من الطور إلى الصفر ومن الصفر باتجاه الطور) وحجمه . لذلك ، على سبيل المثال ، يغير التيار المتردد بشكل دوري قيمة شحنته. اتضح أنه عند تردد 50 هرتز (50 ذبذبة في الثانية) ، تغير الإلكترونات اتجاه حركتها 100 مرة بالضبط.

أين يستخدم التيار المباشر؟

التيار الكهربائي المباشر له بعض الميزات. نظرًا لحقيقة أنه يتدفق بشكل صارم في اتجاه واحد ، فمن الصعب تحويله. يمكن اعتبار العناصر التالية مصادر للتيار المباشر:

• البطاريات (القلوية والحمضية) ؛
• البطاريات التقليدية المستخدمة في الأجهزة الصغيرة ؛
• وكذلك الأجهزة المختلفة مثل المحولات.

عملية DC

ما هي خصائصه الرئيسية؟ هذه هي العمل والقوة الحالية ، وكلا هذين المفهومين مرتبطان ارتباطًا وثيقًا ببعضهما البعض. القوة تعني سرعة العمل لكل وحدة زمنية (لكل 1 ثانية). وفقًا لقانون Joule-Lenz ، نجد أن عمل التيار الكهربائي المباشر يساوي ناتج قوة التيار نفسه والجهد والوقت الذي اكتمل خلاله عمل المجال الكهربائي لنقل الشحنات على طول الموصل.

هذه هي الطريقة التي تبدو بها صيغة إيجاد عمل التيار ، مع مراعاة قانون أوم للمقاومة في الموصلات ، كما يلي: A \ u003d I 2 * R * t (العمل يساوي مربع القوة الحالية مضروبة في القيمة لمقاومة الموصل ومرة ​​أخرى مضروبة في قيمة الوقت الذي تم فيه العمل).

حركة موجهة (مرتبة) للجسيمات ، ناقلات الشحنة الكهربائية ، في مجال كهرومغناطيسي.

ما هو التيار الكهربائي في مواد مختلفة؟ لنأخذ على التوالي الجسيمات المتحركة:

• في المعادن - الإلكترونات ،
• في المنحلات بالكهرباء - أيونات (الكاتيونات والأنيونات) ،
• في الغازات - الأيونات والإلكترونات ،
• في الفراغ تحت ظروف معينة - الإلكترونات ،
• في أشباه الموصلات - الثقوب (موصلية ثقب الإلكترون).

يُطلق على التيار الكهربائي أحيانًا اسم تيار الإزاحة الناتج عن تغيير في المجال الكهربائي بمرور الوقت.

يتجلى التيار الكهربائي على النحو التالي:

• موصلات الحرارة (لم يتم ملاحظة هذه الظاهرة في الموصلات الفائقة) ؛
• التغييرات التركيب الكيميائيموصل (هذه الظاهرة هي في المقام الأول سمة مميزة للكهارل) ؛
• يخلق مجالًا مغناطيسيًا (يتجلى في جميع الموصلات دون استثناء).

إذا تحركت الجسيمات المشحونة داخل الأجسام العيانية بالنسبة إلى وسط معين ، فإن مثل هذا التيار يسمى "تيار التوصيل" الكهربائي. إذا كانت الأجسام المشحونة العيانية تتحرك (على سبيل المثال ، قطرات المطر المشحونة) ، فإن هذا التيار يسمى "الحمل الحراري".

التيارات مقسمة إلى التيارات المباشرة والمتناوبة. هناك أيضًا أنواع مختلفة من التيار المتردد. عند تحديد أنواع التيار ، يتم حذف كلمة "كهربائي".

• دي سي- التيار الذي لا يتغير اتجاهه وحجمه بمرور الوقت. يمكن أن يكون نابضًا ، مثل المتغير المعدل أحادي الاتجاه.
• التيار المتناوبهو تيار كهربائي يتغير بمرور الوقت. التيار المتردد هو أي تيار غير مباشر.
• التيار الدوري- التيار الكهربي الذي تتكرر قيمه الآنية على فترات منتظمة وبتسلسل غير متغير.
• التيار الجيبي- التيار الكهربائي الدوري ، وهو دالة جيبية للوقت. من بين التيارات المتناوبة ، التيار الرئيسي ، الذي تختلف قيمته وفقًا لقانون الجيب. يمكن تمثيل أي تيار دوري غير جيبي كمزيج من المكونات التوافقية الجيبية (التوافقيات) مع الاتساعات والترددات والمراحل الأولية المقابلة. في هذه الحالة ، يتغير الجهد الكهروستاتيكي لكل طرف للموصل فيما يتعلق بإمكانات الطرف الآخر للموصل بالتناوب من الموجب إلى السالب والعكس صحيح ، أثناء المرور عبر جميع الإمكانات الوسيطة (بما في ذلك احتمال الصفر). نتيجة لذلك ، ينشأ تيار يغير اتجاهه باستمرار: عندما يتحرك في اتجاه واحد ، فإنه يزداد ، ويصل إلى الحد الأقصى ، يسمى قيمة السعة ، ثم يتناقص ، ويصبح عند نقطة ما صفرًا ، ثم يزيد مرة أخرى ، ولكن في الاتجاه الآخر وأيضًا يصل أقصى قيمة، يسقط ليمر من خلال الصفر مرة أخرى ، وبعد ذلك تستأنف دورة جميع التغييرات.
• تيار شبه ثابت- تيار متناوب متغير ببطء نسبيًا ، للقيم اللحظية التي تكون قوانين التيارات المباشرة راضية عنها بدقة كافية. هذه القوانين هي قانون أوم وقواعد كيرشوف وغيرها. التيار شبه الثابت ، وكذلك التيار المباشر ، لهما نفس القوة الحالية في جميع أقسام الدائرة غير المتفرعة. عند حساب الدوائر الحالية شبه الثابتة بسبب ظهور e. د. يتم أخذ تحريض السعة والحث في الاعتبار كمعلمات مجمعة. شبه الثابتة هي التيارات الصناعية العادية ، باستثناء التيارات في خطوط النقل لمسافات طويلة ، حيث لا يتم استيفاء حالة شبه ثابتة على طول الخط.
• تيار عالي التردد- التيار المتردد (بدءًا من تردد يقارب عشرات كيلوهرتز) ، والذي تصبح فيه هذه الظواهر مهمة ، والتي تكون إما مفيدة ، أو تحديد استخدامها ، أو ضارة ، والتي تُتخذ ضدها التدابير اللازمة ، مثل إشعاع الموجات الكهرومغناطيسية و تأثير الجلد. بالإضافة إلى ذلك ، إذا أصبح الطول الموجي لإشعاع التيار المتردد مشابهًا لأبعاد عناصر الدائرة الكهربائية ، فإن حالة شبه ثابتة ، الأمر الذي يتطلب مناهج خاصة لحساب وتصميم هذه الدوائر.
• تموج الحاليهو تيار كهربائي دوري ، تختلف قيمته المتوسطة خلال هذه الفترة عن الصفر.
• تيار أحادي الاتجاههو تيار كهربائي لا يغير اتجاهه.

التيارات إيدي

تيارات إيدي (أو تيارات فوكو) هي تيارات كهربائية مغلقة في موصل هائل تحدث عندما يتغير التدفق المغناطيسي الذي يخترقه ، وبالتالي فإن التيارات الدوامة هي تيارات تحريضية. كلما تغير التدفق المغناطيسي بشكل أسرع ، زادت التيارات الدوامة. لا تتدفق تيارات إيدي على طول مسارات معينة في الأسلاك ، ولكنها تغلق في الموصل وتشكل ملامح تشبه الدوامة.

يؤدي وجود التيارات الدوامة إلى تأثير الجلد ، أي إلى حقيقة أن التيار الكهربائي المتناوب والتدفق المغناطيسي ينتشران بشكل أساسي في الطبقة السطحية للموصل. يؤدي تسخين التيار إيدي للموصلات إلى فقد الطاقة ، خاصة في قلب ملفات التيار المتردد. لتقليل فقد الطاقة بسبب التيارات الدوامة ، يتم تقسيم الدوائر المغناطيسية للتيار المتناوب إلى ألواح منفصلة ، معزولة عن بعضها البعض وموجودة بشكل عمودي على اتجاه التيارات الدوامة ، مما يحد من الخطوط العريضة المحتملة لمساراتها ويقلل بشكل كبير من حجم هذه التيارات . عند الترددات العالية جدًا ، بدلاً من المغناطيسات الحديدية ، تُستخدم الكهرومغناطيسية للدوائر المغناطيسية ، حيث لا تحدث التيارات الدوامة عمليًا بسبب المقاومة العالية جدًا.

صفات

من المسلم به تاريخيًا أن "" اتجاه التيار "" يتزامن مع اتجاه حركة الشحنات الموجبة في الموصل. في هذه الحالة ، إذا كانت الناقلات الحالية الوحيدة عبارة عن جسيمات سالبة الشحنة (على سبيل المثال ، الإلكترونات في معدن ما) ، فإن اتجاه التيار يكون عكس اتجاه حركة الجسيمات المشحونة.

سرعة الانجراف للإلكترونات

تعتمد سرعة الانجراف للحركة الموجهة للجسيمات في الموصلات الناتجة عن مجال خارجي على مادة الموصل ، وكتلة الجسيمات وشحنها ، ودرجة الحرارة المحيطة ، وفرق الجهد المطبق ، وهي أقل بكثير من سرعة الضوء . في ثانية واحدة ، تتحرك الإلكترونات في الموصل بحركة منظمة بأقل من 0.1 مم. على الرغم من ذلك ، فإن سرعة انتشار التيار الكهربائي الفعلي تساوي سرعة الضوء (سرعة انتشار مقدمة الموجة الكهرومغناطيسية). أي المكان الذي تغير فيه الإلكترونات سرعة حركتها بعد تغير الجهد يتحرك بسرعة الانتشار التذبذبات الكهرومغناطيسية.

القوة والكثافة الحالية

للتيار الكهربائي خصائص كمية: العددية - شدة التيار ، والمتجه - كثافة التيار.

تيار القوةأ - الكمية المادية، يساوي نسبة مقدار الشحن

ذهب لبعض الوقت

من خلال المقطع العرضي للموصل ، إلى قيمة هذه الفترة الزمنية.

يتم قياس القوة الحالية في النظام الدولي للوحدات بالأمبير (التعيين الدولي والروسي: أ).

وفقًا لقانون أوم ، التيار

في قسم الدائرة يتناسب طرديًا مع الجهد الكهربائي

يطبق على هذا القسم من الدائرة ويتناسب عكسيا مع مقاومته

إذا لم يكن التيار الكهربائي ثابتًا في قسم الدائرة ، فإن الجهد والتيار يتغيران باستمرار ، بينما بالنسبة للتيار المتناوب العادي ، فإن متوسط ​​قيم الجهد وقوة التيار يساوي الصفر. ومع ذلك ، فإن متوسط ​​قوة الحرارة المنبعثة في هذه الحالة لا يساوي الصفر.

لذلك ، يتم استخدام المصطلحات التالية:

• الجهد والتيار الآنيان ، أي يعمل فيهما هذه اللحظةزمن.
• ذروة الجهد والتيار ، أي القيم المطلقة القصوى
• يتم تحديد الجهد الفعال (الفعال) وقوة التيار من خلال التأثير الحراري للتيار ، أي أنهما لهما نفس القيم الموجودة للتيار المباشر مع نفس التأثير الحراري.

كثافة التيار- متجه ، قيمته المطلقة تساوي نسبة قوة التيار المتدفق عبر قسم معين من الموصل ، عموديًا على اتجاه التيار ، على مساحة هذا القسم ، واتجاه يتزامن المتجه مع اتجاه حركة الشحنات الموجبة التي تشكل التيار.

وفقًا لقانون أوم في الشكل التفاضلي ، فإن كثافة التيار في الوسط

يتناسب مع شدة المجال الكهربائي

وموصلية الوسط

قوة

في وجود التيار في الموصل ، يتم العمل ضد قوى المقاومة. تتكون المقاومة الكهربائية لأي موصل من عنصرين:

• المقاومة النشطة - مقاومة توليد الحرارة ؛
• المفاعلة - المقاومة بسبب نقل الطاقة إلى مجال كهربائي أو مغناطيسي (والعكس صحيح).

بشكل عام ، يتم إطلاق معظم العمل الذي يقوم به التيار الكهربائي كحرارة. تسمى قوة فقدان الحرارة القيمة ، يساوي الرقمأطلق الحرارة لكل وحدة زمنية. وفقًا لقانون Joule-Lenz ، تتناسب قوة فقد الحرارة في الموصل مع قوة التيار المتدفق والجهد المطبق:

تقاس الطاقة بالواط.

في وسط مستمر ، فقدان الطاقة الحجمي

يحدد منتج عدديناقلات كثافة التيار

وناقل شدة المجال الكهربائي

عند هذه النقطة:

تُقاس الطاقة الحجمية بالواط لكل متر مكعب.

تحدث مقاومة الإشعاع بسبب تكوين موجات كهرومغناطيسية حول الموصل. تعتمد هذه المقاومة بشكل معقد على شكل وأبعاد الموصل وعلى الطول الموجي للموجة المنبعثة. بالنسبة إلى موصل مستقيم واحد ، يكون فيه التيار في كل مكان له نفس الاتجاه والقوة ، ويكون طوله أقل بكثير من طول الموجة الكهرومغناطيسية المنبعثة منه

اعتماد المقاومة على الطول الموجي والموصل بسيط نسبيًا:

التيار الكهربائي الأكثر استخدامًا بتردد قياسي 50 "هرتز" يتوافق مع طول موجة يبلغ حوالي 6 آلاف كيلومتر ، وهذا هو السبب في أن طاقة الإشعاع عادة ما تكون صغيرة بشكل مهم مقارنة بقدرة فقدان الحرارة. ومع ذلك ، مع زيادة تواتر التيار ، يتناقص طول الموجة المنبعثة ، وتزداد قوة الإشعاع وفقًا لذلك. يسمى الموصل القادر على إشعاع طاقة ملموسة بالهوائي.

تكرار

يشير التردد إلى تيار متناوب يغير بشكل دوري القوة و / أو الاتجاه. يتضمن هذا أيضًا التيار الأكثر استخدامًا ، والذي يختلف وفقًا لقانون الجيب.

فترة التيار المتناوب هي أقصر فترة زمنية (معبرًا عنها بالثواني) تتكرر بعدها التغيرات في التيار (والجهد). يسمى عدد الفترات التي أكملها التيار لكل وحدة زمنية بالتردد. يتم قياس التردد بالهرتز ، حيث يقابل واحد هرتز (هرتز) فترة واحدة في الثانية.

تيار التحيز

في بعض الأحيان ، للراحة ، يتم تقديم مفهوم تيار الإزاحة. في معادلات ماكسويل ، يوجد تيار الإزاحة على قدم المساواة مع التيار الناجم عن حركة الشحنات. تعتمد شدة المجال المغناطيسي على إجمالي التيار الكهربائي ، والذي يساوي مجموع تيار التوصيل وتيار الإزاحة. بحكم التعريف ، كثافة تيار التحيز

كمية المتجهات المتناسبة مع معدل تغير المجال الكهربائي

في الوقت المناسب:

الحقيقة هي أنه عندما يتغير المجال الكهربائي ، وكذلك عندما يتدفق التيار ، يتم إنشاء مجال مغناطيسي ، مما يجعل هاتين العمليتين صديق مشابهعلى صديق. بالإضافة إلى ذلك ، عادة ما يكون التغيير في المجال الكهربائي مصحوبًا بنقل الطاقة. على سبيل المثال ، عند شحن وتفريغ مكثف ، على الرغم من عدم وجود حركة للجسيمات المشحونة بين لوحاته ، فإنهم يتحدثون عن تيار إزاحة يتدفق عبره ، ويحمل بعض الطاقة ويغلق الدائرة الكهربائية بطريقة غريبة. تيار التحيز

في المكثف تحدده الصيغة:

الشحنة على لوحات المكثف ،

الجهد الكهربائي بين الألواح ،

السعة الكهربائية للمكثف.

تيار الإزاحة ليس تيارًا كهربائيًا ، لأنه لا يرتبط بحركة شحنة كهربائية.

الأنواع الرئيسية للموصلات

على عكس العوازل الكهربائية ، تحتوي الموصلات على ناقلات حرة لشحنات غير معوضة ، والتي ، تحت تأثير القوة ، عادة ما يكون اختلاف في الجهود الكهربائية ، تتحرك وتنتج تيارًا كهربائيًا. تعد خاصية الجهد الحالي (اعتماد قوة التيار على الجهد) أهم خاصية للموصل. بالنسبة للموصلات المعدنية والإلكتروليتات ، فلديها ابسط شكل: التيار يتناسب طرديا مع الجهد (قانون أوم).

المعادن - هنا الناقلات الحالية هي إلكترونات موصلة ، والتي تُعتبر عادةً غاز إلكترون ، تُظهر بوضوح الخصائص الكمومية للغاز المنحل.

البلازما غاز مؤين. تحمل الشحنة الكهربية بواسطة الأيونات (الموجبة والسالبة) والإلكترونات الحرة التي تتشكل تحت تأثير الإشعاع (الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وغيرها) و (أو) التسخين.

الإلكتروليتات هي مواد وأنظمة سائلة أو صلبة توجد فيها الأيونات بأي تركيز ملحوظ ، مما يتسبب في مرور تيار كهربائي. تتشكل الأيونات في عملية التفكك الإلكتروليتي. عند تسخينها ، تقل مقاومة الإلكتروليتات بسبب زيادة عدد الجزيئات المتحللة إلى أيونات. نتيجة لمرور التيار عبر الإلكتروليت ، تقترب الأيونات من الأقطاب الكهربائية ويتم تحييدها ، وتستقر عليها. تحدد قوانين فاراداي للتحليل الكهربائي كتلة المادة المنبعثة على الأقطاب الكهربائية.

يوجد أيضًا تيار كهربائي للإلكترونات في الفراغ ، والذي يستخدم في أجهزة أشعة الكاثود.

التيارات الكهربائية في الطبيعة

كهرباء الغلاف الجوي هي الكهرباء الموجودة في الهواء. لأول مرة ، أظهر بنجامين فرانكلين وجود الكهرباء في الهواء وشرح سبب الرعد والبرق.

بعد ذلك ، ثبت أن الكهرباء تتراكم في تكثيف الأبخرة في الغلاف الجوي العلوي ، وتم توضيح القوانين التالية ، والتي تتبعها كهرباء الغلاف الجوي:

• في سماء صافية، بالإضافة إلى الطقس الغائم ، تكون كهرباء الغلاف الجوي دائمًا إيجابية ، إذا كانت لا تمطر أو برد أو ثلج على مسافة ما من نقطة المراقبة ؛
• يصبح الجهد الكهربائي للكهرباء في السحب قوياً بدرجة كافية ليتم إطلاقه من البيئة فقط عندما تتكثف أبخرة السحابة فيها قطرات المطر، والتي يمكن إثباتها من خلال حقيقة أنه لا توجد تصريفات صاعقة بدون مطر أو ثلج أو برد في مكان المراقبة ، باستثناء ضربة البرق العائدة ؛
• تزداد كهرباء الغلاف الجوي مع زيادة الرطوبة وتصل إلى الحد الأقصى عند هطول الأمطار والبرد والثلوج ؛
• المكان الذي تمطر فيه هو خزان للكهرباء الموجبة ، محاط بحزام من الكهرباء السالبة ، والذي بدوره محاط بحزام موجب. عند حدود هذه الأحزمة ، يكون الضغط صفرًا.

تشكل حركة الأيونات تحت تأثير قوى المجال الكهربائي تيار توصيل عمودي في الغلاف الجوي كثافة متوسطة، يساوي حوالي (2 ÷ 3) 10 12 أمبير / م².

يبلغ إجمالي التيار المتدفق على سطح الأرض بالكامل حوالي 1800 أ.

البرق هو تفريغ كهربائي شرارة طبيعية. تم تحديد الطبيعة الكهربائية للشفق القطبي. حرائق سانت إلمو هي تفريغ كهربائي طبيعي من كورونا.

التيارات الحيوية - تلعب حركة الأيونات والإلكترونات دورًا مهمًا للغاية في جميع عمليات الحياة. توجد القدرة الحيوية التي تم إنشاؤها في هذه الحالة على المستوى داخل الخلايا وفي الأجزاء الفردية من الجسم والأعضاء. يحدث انتقال النبضات العصبية بمساعدة الإشارات الكهروكيميائية. بعض الحيوانات ( سلالم كهربائية, ثعبان البحر الكهربائي) قادرة على تجميع إمكانات تصل إلى عدة مئات من الفولتات واستخدامها للدفاع عن النفس.

طلب

عند دراسة التيار الكهربائي ، تم اكتشاف العديد من خصائصه ، مما سمح له بالعثور عليها الاستخدام العمليفي مختلف مجالات النشاط البشري ، بل وحتى إنشاء مناطق جديدة لن تكون ممكنة لولا وجود التيار الكهربائي. بعد أن وجد التيار الكهربائي تطبيقًا عمليًا ، ولهذا السبب يمكن الحصول على التيار الكهربائي طرق مختلفة، في المجال الصناعي نشأ مفهوم جديد - صناعة الطاقة الكهربائية.

يستخدم التيار الكهربائي كحامل للإشارات متفاوتة التعقيد وأنواعها في مناطق مختلفة (هاتف ، راديو ، لوحة تحكم ، زر قفل البابوهلم جرا).

في بعض الحالات ، تظهر تيارات كهربائية غير مرغوب فيها ، مثل التيارات الشاردة أو تيار الدائرة القصيرة.

استخدام التيار الكهربي كناقل للطاقة

• الحصول على الطاقة الميكانيكية في مختلف المحركات الكهربائية ،
• الحصول على الطاقة الحرارية في أجهزة التدفئة والأفران الكهربائية أثناء اللحام الكهربائي ،
• الحصول على الطاقة الضوئية في أجهزة الإنارة والإشارات ،
• إثارة التذبذبات الكهرومغناطيسية ذات التردد العالي والتردد الفائق وموجات الراديو ،
• استقبال الصوت ،
• الحصول على مواد مختلفة بالتحليل الكهربائي وشحن البطاريات الكهربائية. هذا هو المكان الذي يتم فيه تحويل الطاقة الكهرومغناطيسية إلى طاقة كيميائية.
• خلق مجال مغناطيسي (في المغناطيس الكهربائي).

استخدام التيار الكهربائي في الطب

• التشخيص - تختلف التيارات الحيوية للأعضاء السليمة والمريضة ، في حين أنه من الممكن تحديد المرض وأسبابه ووصف العلاج. يسمى فرع علم وظائف الأعضاء الذي يدرس الظواهر الكهربائية في الجسم الفيزيولوجيا الكهربية.
  • تخطيط كهربية الدماغ هو طريقة لدراسة الحالة الوظيفية للدماغ.
  • تخطيط القلب الكهربائي هو تقنية لتسجيل ودراسة المجالات الكهربائية أثناء عمل القلب.
  • يعتبر تخطيط كهربية المعدة طريقة لدراسة النشاط الحركي للمعدة.
  • تخطيط كهربية العضل هو طريقة لدراسة الإمكانات الكهربية الحيوية التي تحدث في عضلات الهيكل العظمي.
• العلاج والإنعاش: التحفيز الكهربائي لمناطق معينة من الدماغ. علاج مرض باركنسون والصرع وكذلك الرحلان الكهربي. جهاز تنظيم ضربات القلب الذي يحفز عضلة القلب بالتيار النبضي يستخدم في حالات بطء القلب وعدم انتظام ضربات القلب الأخرى.

السلامة الكهربائية

وتشمل التدابير القانونية والاجتماعية والاقتصادية والتنظيمية والتقنية والصحية والصحية والطبية والوقائية وإعادة التأهيل وغيرها. يتم تنظيم قواعد السلامة الكهربائية من خلال الوثائق القانونية والتقنية والإطار التنظيمي والفني. معرفة أساسيات السلامة الكهربائية أمر إلزامي للأفراد الذين يخدمون التركيبات الكهربائية والمعدات الكهربائية. جسم الإنسان موصل للتيار الكهربائي. تتراوح مقاومة الإنسان للبشرة الجافة والسليمة من 3 إلى 100 كيلو أوم.

ينتج التيار الذي يمر عبر جسم الإنسان أو الحيوان الإجراءات التالية:

• حراري (حروق وتدفئة وتلف الأوعية الدموية) ؛
• كهربائيا (تحلل الدم ، وانتهاك التركيب الكيميائي والفيزيائي) ؛
• بيولوجي (تهيج وإثارة أنسجة الجسم ، تشنجات)
• ميكانيكي (تمزق الأوعية الدموية تحت تأثير ضغط البخار الناتج عن التسخين بتدفق الدم)

العامل الرئيسي الذي يحدد نتيجة الصدمة الكهربائية هو مقدار التيار الذي يمر عبر جسم الإنسان. وفقًا لإجراءات السلامة ، يصنف التيار الكهربائي على النحو التالي:

• "الآمن" هو التيار ، الذي يمر عبره طويلاً عبر جسم الإنسان لا يؤذيه ولا يسبب أي إحساس ، ولا تتجاوز قيمته 50 μA (تيار متردد 50 هرتز) و 100 μA تيار مباشر ؛
• التيار المتردد "الأدنى المحسوس" هو حوالي 0.6-1.5 مللي أمبير (تيار متردد 50 هرتز) و 5-7 مللي أمبير تيار مباشر ؛
• عتبة "عدم السماح" هي الحد الأدنى من التيار لمثل هذه القوة التي لم يعد الشخص قادرًا على تمزيق يديه بعيدًا عن الجزء الحامل للتيار بجهد إرادته. بالنسبة للتيار المتردد ، يكون هذا حوالي 10-15 مللي أمبير ، للتيار المباشر - 50-80 مللي أمبير ؛
• يشير مصطلح "عتبة الرجفان" إلى تيار تيار متردد (50 هرتز) يبلغ حوالي 100 مللي أمبير و 300 مللي أمبير تيار مستمر والذي من المحتمل أن يتسبب في رجفان عضلة القلب بأكثر من 0.5 ثانية. تعتبر هذه العتبة في الوقت نفسه قاتلة مشروطة للبشر.

في روسيا ، وفقًا لقواعد التشغيل الفني للتركيبات الكهربائية للمستهلكين (أمر وزارة الطاقة في الاتحاد الروسي بتاريخ 13 يناير 2003 رقم 6 "بشأن الموافقة على قواعد التشغيل الفني للتركيبات الكهربائية المستهلكين ") وقواعد حماية العمل أثناء تشغيل التركيبات الكهربائية (أمر وزارة الطاقة في الاتحاد الروسي بتاريخ 27 ديسمبر 2000 N 163" بشأن الموافقة على القواعد المشتركة بين القطاعات لحماية العمل (قواعد السلامة) للعملية للتركيبات الكهربائية ") ، تم إنشاء 5 مجموعات تأهيل للسلامة الكهربائية اعتمادًا على مؤهلات الموظف ومدة الخدمة وفولطية التركيبات الكهربائية.

ملحوظات

• Baumgart K. K. ، التيار الكهربائي.
• كما. كاساتكين. الهندسة الكهربائية.
• جنوب. سيندييف. الهندسة الكهربائية مع العناصر الإلكترونية.

كهرباء

إلىفئة:

مشغلو الرافعات والقلاع

-

كهرباء

ما يسمى التيار الكهربائي؟

تسمى الحركة المنظمة (الموجهة) للجسيمات المشحونة التيار الكهربائي. علاوة على ذلك ، فإن التيار الكهربائي ، الذي لا تتغير قوته بمرور الوقت ، يسمى ثابتًا. إذا كان اتجاه الحركة الحالية يتغير ويتغير. في الحجم والاتجاه تتكرر في نفس التسلسل ، ثم يسمى هذا التيار بالتناوب.

ما الذي يسبب ويحافظ على الحركة المنظمة للجسيمات المشحونة؟

-

يسبب ويحافظ على الحركة المنتظمة للجسيمات المشحونة في المجال الكهربائي. هل للتيار الكهربائي اتجاه معين؟
لديها. يُؤخذ اتجاه التيار الكهربائي على أنه حركة الجسيمات المشحونة إيجابياً.

هل من الممكن أن نلاحظ مباشرة حركة الجسيمات المشحونة في الموصل؟

رقم. لكن يمكن الحكم على وجود تيار كهربائي من خلال الأفعال والظواهر المصاحبة له. على سبيل المثال ، يتم تسخين الموصل الذي تتحرك على طوله الجسيمات المشحونة ، وفي الفراغ المحيط بالموصل ، يتشكل مجال مغناطيسي وتتحول الإبرة المغناطيسية بالقرب من الموصل مع التيار الكهربائي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن التيار الذي يمر عبر الغازات يتسبب في توهجها ، ويمر عبر محاليل الأملاح والقلويات والأحماض ، ويحللها إلى أجزاء مكونة.

ما الذي يحدد قوة التيار الكهربائي؟

يتم تحديد قوة التيار الكهربائي من خلال كمية الكهرباء التي تمر عبر المقطع العرضي للموصل لكل وحدة زمنية.
لتحديد قوة التيار في الدائرة ، من الضروري تقسيم كمية الكهرباء المتدفقة على الوقت الذي تدفقت خلاله.

ما هي وحدة التيار؟

تعتبر وحدة القوة الحالية هي قوة التيار غير المتغير ، والذي قد يتسبب ، عند مروره عبر موصلين متوازيين مستقيمين بطول لا نهائي من مقطع عرضي صغير ، على مسافة 1 متر من بعضهما البعض في الفراغ ، قوة بين هذه الموصلات تساوي 2 نيوتن لكل متر. سميت هذه الوحدة Ampere تكريما للعالم الفرنسي Ampère.

ما هي وحدة كمية الكهرباء؟

يتم أخذ كولوم (Ku) كوحدة كهربائية ، والتي تمر في ثانية واحدة بقوة تيار 1 أمبير (A).

ما هي الأداة المستخدمة لقياس التيار الكهربائي؟

تُقاس قوة التيار الكهربائي بأجهزة تسمى مقاييس أمبير. يتم معايرة مقياس الأمبير بالأمبير وأجزاء الأمبير وفقًا لقراءات الأجهزة القياسية الدقيقة. يتم حساب القوة الحالية وفقًا لمؤشرات السهم الذي يتحرك على طول المقياس من نقطة الصفر. يتم توصيل مقياس التيار الكهربائي في سلسلة بالدائرة الكهربائية ، باستخدام طرفين أو مشابك متوفرة على الجهاز. ما هو الجهد الكهربائي؟
جهد التيار الكهربائي هو فرق الجهد بين نقطتين في مجال كهربائي. إنه يساوي الشغل الذي تقوم به قوى المجال الكهربائي عند تحريك شحنة موجبة تساوي الوحدة من نقطة في المجال إلى أخرى.

الوحدة الأساسية لقياس الجهد هي Volt (V).

ما الجهاز الذي يقيس جهد التيار الكهربائي؟

يتم قياس جهد التيار الكهربائي بواسطة الأداة ؛ الروم ، وهو ما يسمى الفولتميتر. يتم توصيل الفولتميتر بالتوازي في دائرة كهربائية. صياغة قانون أوم في قسم الدائرة.

ما هي مقاومة الموصل؟

مقاومة الموصل هي كمية فيزيائية تميز خصائص الموصل. وحدة المقاومة هي أوم. علاوة على ذلك ، فإن مقاومة 1 أوم لها سلك يتم فيه ضبط تيار 1 أ بجهد في نهايته 1 فولت.

هل تعتمد المقاومة في الموصلات على حجم التيار الكهربائي المتدفق من خلالها؟

لا تعتمد مقاومة موصل معدني متجانس بطول معين ومقطع عرضي على حجم التيار المتدفق خلاله.

ما الذي يحدد المقاومة في الموصلات الكهربائية؟

تعتمد المقاومة في موصلات التيار الكهربائي على طول الموصل ومساحة المقطع العرضي ونوع مادة الموصل (مقاومة المادة).

علاوة على ذلك ، فإن المقاومة تتناسب طرديًا مع طول الموصل ، وتتناسب عكسًا مع منطقة المقطع العرضي وتعتمد ، كما ذكر أعلاه ، على مادة الموصل.

هل المقاومة في الموصلات تعتمد على درجة الحرارة؟

نعم ، هذا يعتمد. تؤدي زيادة درجة حرارة الموصل المعدني إلى زيادة سرعة الحركة الحرارية للجسيمات. يؤدي هذا إلى زيادة عدد تصادمات الإلكترونات الحرة ، وبالتالي إلى انخفاض متوسط ​​المسار الحر ، ونتيجة لذلك التوصيلويزيد المقاومة النوعيةمواد.

معامل درجة الحرارة لمقاومة المعادن النقية حوالي 0.004 درجة مئوية ، مما يعني زيادة مقاومتها بنسبة 4٪ مع زيادة درجة الحرارة بمقدار 10 درجة مئوية.

مع زيادة درجة الحرارة في الفحم المنحل بالكهرباء ، ينخفض ​​أيضًا متوسط ​​المسار الحر ، بينما يزداد تركيز حاملات الشحنة ، ونتيجة لذلك تقل مقاومتها مع زيادة درجة الحرارة.

صِغ قانون أوم لدائرة مغلقة.

القوة الحالية في دائرة مغلقة تساوي نسبة القوة الدافعة الكهربائية للدائرة إلى مقاومتها الكلية.

توضح هذه الصيغة أن القوة الحالية تعتمد على ثلاث كميات: القوة الدافعة الكهربائية E والمقاومة الخارجية R والمقاومة الداخلية ص.لا يكون للمقاومة الداخلية تأثير ملحوظ على القوة الحالية إذا كانت صغيرة مقارنة بالمقاومة الخارجية. في هذه الحالة ، يكون الجهد عند أطراف المصدر الحالي مساويًا تقريبًا للقوة الدافعة الكهربائية (EMF).

ما هي القوة الدافعة الكهربائية (EMF)؟

القوة الدافعة الكهربائية هي نسبة عمل القوى الخارجية لتحريك الشحنة على طول الدائرة إلى الشحنة. مثل فرق الجهد ، تقاس القوة الدافعة الكهربائية بالفولت.

ما هي القوى التي تسمى القوى الخارجية؟

تسمى أي قوى تعمل على الجسيمات المشحونة كهربائيًا ، باستثناء القوى الكامنة ذات الأصل الكهروستاتيكي (أي كولوم) ، بالقوى الخارجية. بسبب عمل هذه القوى ، تكتسب الجسيمات المشحونة الطاقة ثم تتخلى عنها عند التحرك في موصلات الدائرة الكهربائية.

قوى الطرف الثالث تحرك الجسيمات المشحونة داخل مصدر حالي ، أو مولد ، أو بطارية ، إلخ.

نتيجة لذلك ، تظهر الرسوم على محطات المصدر الحالي علامة المعاكس، وبين المحطات ، فرق محتمل معين. علاوة على ذلك ، عند إغلاق الدائرة ، يبدأ تكوين الشحنات السطحية في العمل ، مما يؤدي إلى إنشاء مجال كهربائي في جميع أنحاء الدائرة ، والذي يظهر نتيجة حقيقة أنه عند إغلاق الدائرة ، تنشأ شحنة سطحية على الفور تقريبًا على السطح بأكمله من الموصل. داخل المصدر ، تتحرك الشحنات تحت تأثير القوى الخارجية ضد قوى المجال الكهروستاتيكي (موجب من سالب إلى زائد) ، وفي بقية الدائرة يتم تشغيلها بواسطة المجال الكهربائي.

أرز. 1. الدائرة الكهربائية: 1- المصدر ، الكهرباء (البطارية). 2 - مقياس التيار الكهربائي ؛ 3 - وريث الطاقة (المتوهج) ؛ 4 - الأسلاك الكهربائية. 5 - ruSidnik أحادية القطب ؛ 6 - الصمامات

ما يسمى القوة الحالية؟ تم طرح هذا السؤال أكثر من مرة أو مرتين أثناء المناقشة. قضايا مختلفة. لذلك ، قررنا التعامل معها بمزيد من التفصيل ، وسنحاول أن نجعلها متاحة قدر الإمكان بدون عدد كبير من الصيغ والمصطلحات غير المفهومة.

إذن ما يسمى التيار الكهربائي؟ هذا تيار موجه من الجسيمات المشحونة. لكن ما هي هذه الجسيمات ، ولماذا تتحرك فجأة ، وأين؟ هذا ليس واضحا جدا. لذلك دعونا نلقي نظرة على هذه المسألة بمزيد من التفصيل.

• لنبدأ بالسؤال عن الجسيمات المشحونة ، والتي هي في الواقع حاملة للتيار الكهربائي. هم مختلفون في مواد مختلفة. على سبيل المثال ، ما هو التيار الكهربائي في المعادن؟ هذه إلكترونات. في الغازات والإلكترونات والأيونات ؛ في أشباه الموصلات - الثقوب. وفي الإلكتروليتات ، هذه هي الكاتيونات والأنيونات.

• هذه الجسيمات لها شحنة معينة.يمكن أن تكون إيجابية أو سلبية. يتم إعطاء تعريف الشحنة الموجبة والسالبة بشكل مشروط. الجسيمات التي لديها نفس الشحنة، يتنافرون ، والأضداد تجتذب بعضهم البعض.

• بناءً على ذلك ، اتضح أن الحركة ستحدث من القطب الموجب إلى السالب. وكلما زاد عدد الجسيمات المشحونة الموجودة على أحد الأقطاب المشحونة ، سينتقل المزيد منها إلى القطب بعلامة مختلفة.
• لكن هذه كلها نظرية عميقة ، لذلك دعونا نأخذ مثالًا ملموسًا.لنفترض أن لدينا منفذًا لا تتصل به أي أجهزة. هل يوجد تيار هناك؟
• للإجابة على هذا السؤال ، نحتاج إلى معرفة الجهد والتيار.لتوضيح الأمر ، دعنا ننظر إلى هذا باستخدام مثال أنبوب به ماء. ببساطة ، الأنبوب هو سلكنا. المقطع العرضي لهذا الأنبوب هو الضغط الشبكة الكهربائية، ومعدل التدفق هو تيارنا الكهربائي.
• نعود إلى منفذنا.إذا رسمنا تشابهًا مع أنبوب ، فإن المنفذ الذي لا يحتوي على أجهزة كهربائية متصلة به يكون أنبوبًا مغلقًا بصمام. أي لا توجد كهرباء.

• لكن هناك توتر هناك.وإذا كان في الأنبوب ، لكي يظهر التدفق ، فمن الضروري فتح الصمام ، ثم من أجل إنشاء تيار كهربائي في الموصل ، من الضروري توصيل الحمل. يمكن القيام بذلك عن طريق توصيل القابس بمأخذ التيار.
• بالطبع ، هذا عرض مبسط للغاية للسؤال ، وسيجد بعض المحترفين خطأ معي ويشيرون إلى عدم الدقة. لكنه يعطي فكرة عما يسمى التيار الكهربائي.

التيار المباشر والمتناوب

السؤال التالي الذي نقترح أن نفهمه هو: ما هو التيار المتردد والتيار المباشر. بعد كل شيء ، لا يفهم الكثيرون هذه المفاهيم بشكل صحيح.

التيار الثابت هو تيار لا يغير حجمه واتجاهه بمرور الوقت. في كثير من الأحيان ، يُشار أيضًا إلى التيار النابض على أنه ثابت ، ولكن دعنا نتحدث عن كل شيء بالترتيب.

• يتميز التيار المباشر بحقيقة أن نفس عدد الشحنات الكهربائية تحل محل بعضها البعض باستمرار في نفس الاتجاه.الاتجاه من قطب إلى آخر.
• اتضح أن الموصل لديه دائمًا شحنة موجبة أو سالبة.ومع مرور الوقت لم يتغير.

ملحوظة! عند تحديد اتجاه تيار التيار المستمر ، قد يكون هناك تناقضات. إذا كان التيار يتكون من حركة الجسيمات الموجبة الشحنة ، فإن اتجاهه يتوافق مع حركة الجسيمات. إذا كان التيار يتكون من حركة الجسيمات سالبة الشحنة ، فإن اتجاهه يعتبر معاكسًا لحركة الجسيمات.

• ولكن في ظل مفهوم ما يُشار إليه غالبًا بالتيار المباشر باسم التيار النابض.إنه يختلف عن الثابت فقط من حيث أن قيمته تتغير بمرور الوقت ، لكنه في نفس الوقت لا يغير علامته.
• لنفترض أن لدينا تيار 5A.بالنسبة للتيار المباشر ، لن تتغير هذه القيمة طوال الفترة الزمنية بأكملها. بالنسبة للتيار النابض ، سيكون في فترة زمنية واحدة 5 ، في 4 أخرى ، وفي الفترة 4.5 الثالثة. لكن في الوقت نفسه ، لا ينخفض ​​بأي حال من الأحوال إلى ما دون الصفر ، ولا يغير علامته.

• هذا التموج الحالي شائع جدًا عند تحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر.هذا هو التيار النابض الذي ينتجه العاكس أو جسر الصمام الثنائي في الإلكترونيات.
• تتمثل إحدى المزايا الرئيسية للتيار المباشر في إمكانية تخزينه.يمكنك القيام بذلك بيديك ، باستخدام البطاريات أو المكثفات.

التيار المتناوب

لفهم ماهية التيار المتردد ، نحتاج إلى تخيل شبيه بالجيوب الأنفية. هذا المنحنى المسطح هو أفضل ما يميز التغيير في التيار المباشر ، وهو المعيار.

	مثل موجة جيبية ، يغير التيار المتردد قطبيته بتردد ثابت. في فترة من الزمن يكون موجبًا ، وفي فترة أخرى يكون سالبًا.
	لذلك ، مباشرة في موصل الحركة ، لا توجد ناقلات شحن ، على هذا النحو. لفهم هذا ، تخيل موجة تصطدم بالشاطئ. يتحرك في اتجاه واحد ثم في الاتجاه المعاكس. نتيجة لذلك ، يبدو أن الماء يتحرك ، لكنه يظل في مكانه.
	بناءً على ذلك ، فإن التيار المتردد للغاية عامل مهميصبح معدل تغير القطبية. هذا العامل يسمى التردد. كلما زاد هذا التردد ، كلما تغيرت قطبية التيار المتردد في الثانية. في بلدنا ، يوجد معيار لهذه القيمة - 50 هرتز. أي أن التيار المتردد يغير قيمته من موجب شديد إلى أقصى سالب 50 مرة في الثانية.
	لكن لا يوجد تيار متردد فقط بتردد 50 هرتز. تعمل العديد من المعدات على تيار متناوب بترددات مختلفة. بعد كل شيء ، عن طريق تغيير تردد التيار المتردد ، يمكنك تغيير سرعة دوران المحركات. يمكنك أيضًا الحصول على معدلات معالجة بيانات أعلى - كما هو الحال في شرائح الكمبيوتر وغير ذلك الكثير.

ملحوظة! يمكنك أن ترى بوضوح ما هو التيار المتردد والمباشر ، باستخدام مثال المصباح الكهربائي العادي. يتضح هذا بشكل خاص في مصابيح الصمام الثنائي منخفضة الجودة ، ولكن إذا نظرت عن كثب ، يمكنك أيضًا رؤيتها على مصباح متوهج عادي. عند العمل بالتيار المباشر ، فإنها تحترق بضوء ثابت ، وعندما تعمل على التيار المتردد ، فإنها تومض قليلاً.

ما هي القوة وكثافة التيار؟

حسنًا ، اكتشفنا ما هو التيار المباشر وما هو التيار المتردد. لكن ربما لا يزال لديك الكثير من الأسئلة. سنحاول النظر فيها في هذا القسم من مقالتنا.

من هذا الفيديو يمكنك معرفة المزيد عن ماهية القوة.

• وأول هذه الأسئلة سيكون: ما هو جهد التيار الكهربائي؟ الجهد هو فرق الجهد بين نقطتين.

• السؤال الذي يطرح نفسه على الفور ، ما هي الإمكانات؟ الآن سيجد المحترفون خطأ معي مرة أخرى ، لكن لنضع الأمر على هذا النحو: هذه زيادة في الجسيمات المشحونة. أي أن هناك نقطة واحدة يوجد فيها فائض من الجسيمات المشحونة - وهناك نقطة ثانية حيث تكون هذه الجسيمات المشحونة إما أكثر أو أقل. هذا الاختلاف يسمى الجهد. يقاس بالفولت (V).

• لنأخذ مقبس عادي كمثال. ربما تعلمون جميعًا أن الجهد الكهربائي هو 220 فولت. لدينا سلكان في المقبس ، والجهد 220 فولت يعني أن إمكانات السلك الواحد أكبر من إمكانات السلك الثاني فقط لهذه 220 فولت.
• نحتاج إلى فهم مفهوم الجهد لفهم ماهية قوة التيار الكهربائي. على الرغم من أنه من وجهة نظر مهنية ، فإن هذا البيان ليس صحيحًا تمامًا. التيار الكهربائي ليس له قوة ، ولكنه مشتق منها.

• لفهم هذه النقطة ، دعنا نعود إلى تشبيه أنابيب المياه. كما تتذكر ، المقطع العرضي لهذا الأنبوب هو الجهد ، ومعدل التدفق في الأنبوب هو التيار. إذن: الطاقة هي كمية الماء التي تتدفق عبر هذا الأنبوب.
• من المنطقي أن نفترض أنه مع المقاطع العرضية المتساوية ، أي الفولتية ، كلما كان التدفق أقوى ، أي التيار الكهربائي ، زاد تدفق المياه للتحرك عبر الأنبوب. وفقًا لذلك ، سيتم نقل المزيد من الطاقة إلى المستهلك.
• ولكن إذا تمكنا ، على غرار الماء ، من نقل كمية محددة بدقة من الماء عبر أنبوب في قسم معين ، نظرًا لأن الماء لا ينضغط ، فكل شيء ليس كذلك مع التيار الكهربائي. من خلال أي موصل ، يمكننا نظريًا نقل أي تيار. ولكن في الممارسة العملية ، موصل صغير في المقطع العرضي كثافة عاليةالتيار سوف يحترق فقط.

• في هذا الصدد ، نحتاج إلى فهم ما هي كثافة التيار. بشكل تقريبي ، هذا هو عدد الإلكترونات التي تتحرك خلال قسم معين من الموصل لكل وحدة زمنية.
• يجب أن يكون هذا الرقم هو الأمثل. بعد كل شيء ، إذا أخذنا موصلًا لمقطع عرضي كبير ، وقمنا بنقل تيار صغير من خلاله ، فإن سعر هذا التركيب الكهربائي سيكون مرتفعًا. في الوقت نفسه ، إذا أخذنا موصلًا لمقطع عرضي صغير ، فنتيجة لكثافة التيار العالية سوف ترتفع درجة حرارتها وتحترق بسرعة.
• في هذا الصدد ، يحتوي PUE على قسم مطابق يسمح لك باختيار الموصلات بناءً على كثافة التيار الاقتصادي.

• لكن بالعودة إلى مفهوم ما هي القوة الحالية؟ كما فهمنا من خلال القياس لدينا ، مع نفس قسم الأنبوب ، تعتمد الطاقة المرسلة فقط على القوة الحالية. ولكن في حالة زيادة المقطع العرضي للأنبوب ، أي زيادة الجهد ، في هذه الحالة ، بنفس قيم سرعة التدفق ، سيتم نقل كميات مختلفة تمامًا من الماء. نفس الشيء صحيح في الكهرباء.

• كلما زاد الجهد ، قل التيار المطلوب لنقل نفس الطاقة. هذا هو السبب في استخدام خطوط الطاقة عالية الجهد لنقل الطاقة العالية لمسافات طويلة.

بعد كل شيء ، فإن الخط الذي يحتوي على مقطع عرضي للسلك يبلغ 120 مم 2 بجهد 330 كيلو فولت قادر على نقل طاقة أكبر بعدة مرات مقارنة بخط من نفس المقطع العرضي ، ولكن بجهد 35 كيلو فولت. على الرغم من أن ما يسمى بالقوة الحالية ، إلا أنها ستكون هي نفسها.

طرق نقل التيار الكهربائي

ما هو التيار والجهد الذي توصلنا إليه. حان الوقت لمعرفة كيفية توزيع التيار الكهربائي. سيتيح لك ذلك الشعور بثقة أكبر في التعامل مع الأجهزة الكهربائية في المستقبل.

كما قلنا سابقًا ، يمكن أن يكون التيار متغيرًا وثابتًا. في الصناعة ، وفي مآخذك ، يتم استخدام التيار المتردد. إنه أكثر شيوعًا لأنه من الأسهل توصيل الأسلاك. الحقيقة هي أنه من الصعب والمكلف تغيير جهد التيار المستمر ، ويمكنك تغيير جهد التيار المتردد باستخدام محولات عادية.

ملحوظة! لن يعمل أي محول تيار متردد على التيار المستمر. نظرًا لأن الخصائص التي يستخدمها متأصلة فقط في التيار المتردد.

• لكن هذا لا يعني على الإطلاق أن التيار المباشر لا يستخدم في أي مكان. لديه آخر خاصية مفيدة، وهي ليست متأصلة في المتغير. يمكن تجميعها وتخزينها.
• في هذا الصدد ، يتم استخدام التيار المباشر في جميع الأجهزة الكهربائية المحمولة ، في النقل بالسكك الحديدية، وكذلك في بعض المنشآت الصناعية حيث يكون من الضروري الحفاظ على الأداء حتى بعد الانقطاع الكامل لإمدادات الطاقة.

• طريقة التخزين الأكثر شيوعًا طاقة كهربائية، بطاريات قابلة للشحن. لديهم خاص الخواص الكيميائية، مما يسمح بالتراكم ، ومن ثم ، إذا لزم الأمر ، إعطاء التيار المباشر.
• تحتوي كل بطارية على كمية محدودة من الطاقة المخزنة. يطلق عليه سعة البطارية ، ويتم تحديده جزئيًا بواسطة تيار بدء البطارية.
• ما هو تيار البداية للبطارية؟ هذه هي كمية الطاقة التي تستطيع البطارية تقديمها في اللحظة الأولى لتوصيل الحمولة. الحقيقة هي أن البطاريات تختلف في طريقة إطلاقها للطاقة المتراكمة ، وذلك اعتمادًا على الخصائص الفيزيائية والكيميائية.

• يمكن للبعض أن يعطي على الفور والكثير. وبسبب هذا ، يتم تسريحهم بسرعة بالطبع. والثاني يعطي وقتا طويلا ولكن قليلا. بجانب، جانب مهمالبطارية هي القدرة على الحفاظ على الجهد.
• الحقيقة هي أنه ، كما تقول التعليمات ، بالنسبة لبعض البطاريات ، مع عودة السعة ، ينخفض ​​جهدها أيضًا تدريجيًا. والبطاريات الأخرى قادرة على إعطاء السعة الكاملة تقريبًا بنفس الجهد. بناءً على هذه الخصائص الأساسية ، يتم اختيار مرافق التخزين هذه للكهرباء.
• لنقل التيار المباشر ، في جميع الحالات ، يتم استخدام سلكين. هذا سلك موجب وسالب. أحمر و أزرق.

التيار المتناوب

لكن مع التيار المتردد ، كل شيء أكثر تعقيدًا. يمكن أن ينتقل عبر سلك واحد أو اثنين أو ثلاثة أو أربعة أسلاك. لشرح ذلك ، نحتاج إلى التعامل مع السؤال: ما هو التيار ثلاثي الطور؟

• يتم إنشاء التيار المتردد بواسطة مولد. عادة ما يكون لجميعهم تقريبًا هيكل من ثلاث مراحل. هذا يعني أن المولد لديه ثلاثة مخرجات ، وكل من هذه المخرجات ينتج تيارًا كهربائيًا يختلف عن المخرجات السابقة بزاوية 120 درجة.

• لفهم هذا ، دعنا نتذكر الجيب الجيبي ، وهو نموذج لوصف التيار المتردد ، ووفقًا للقوانين التي يتغير بها. لنأخذ ثلاث مراحل - "أ" و "ب" و "ج" ، ونأخذ نقطة معينة في الوقت المناسب. عند هذه النقطة ، تكون الموجة الجيبية "A" عند نقطة الصفر ، والموجة الجيبية للطور "B" في أقصى نقطة موجبة ، والموجة الجيبية للطور "C" عند النقطة السلبية القصوى.
• في كل وحدة زمنية لاحقة ، سيتغير التيار المتردد في هذه المراحل ، ولكن بشكل متزامن. أي ، بعد فترة زمنية معينة ، في المرحلة "أ" سيكون هناك حد أقصى سلبي. في المرحلة "ب" سيكون هناك صفر ، وفي المرحلة "ج" - حد أقصى إيجابي. وبعد فترة ، سوف يتغيرون مرة أخرى.

• نتيجة لذلك ، اتضح أن كل مرحلة من هذه المراحل لها إمكاناتها الخاصة ، والتي تختلف عن إمكانات المرحلة المجاورة. لذلك يجب أن يكون بينهما شيء لا يوصل الكهرباء.
• يسمى فرق الجهد هذا بين مرحلتين جهد الخط. بالإضافة إلى ذلك ، لديهم فرق جهد بالنسبة إلى الأرض - يسمى هذا الجهد بالطور.
• وهكذا ، إذا كان جهد الخط بين هذه الأطوار 380 فولت ، فإن جهد الطور هو 220 فولت. يختلف بقيمة 3. هذه القاعدة صالحة دائمًا لأي جهد.

• بناءً على ذلك ، إذا احتجنا إلى جهد 220 فولت ، فيمكننا أخذ سلك طور واحد ، وسلك متصل بشكل صارم بالأرض. ونحصل على شبكة أحادية الطور 220 فولت. إذا كنا بحاجة إلى شبكة 380 فولت ، فيمكننا فقط اتخاذ أي مرحلتين وتوصيل نوع من أجهزة التدفئة كما في الفيديو.

ولكن في معظم الحالات ، يتم استخدام جميع المراحل الثلاث. جميع المستهلكين الأقوياء متصلون بشبكة من ثلاث مراحل.

استنتاج

ما هو تيار الحث ، التيار السعوي ، تيار البدء ، تيار عدم التحميل ، تيارات التسلسل السلبي ، التيارات الضالة وأكثر من ذلك بكثير ، لا يمكننا ببساطة النظر فيه في مقال واحد.

بعد كل شيء ، قضية التيار الكهربائي ضخمة للغاية ، وقد تم إنشاء علم كامل للهندسة الكهربائية للنظر فيها. لكننا نأمل حقًا أن نكون قادرين على شرح الجوانب الرئيسية بلغة يسهل الوصول إليها. هذه المسألة، والآن لن يكون التيار الكهربائي شيئًا فظيعًا وغير مفهوم بالنسبة لك.