Šta se naziva jačina struje? Ovo pitanje se pojavilo više od jednom ili dva puta tokom diskusije. razna pitanja. Stoga smo odlučili da se time pozabavimo detaljnije, a mi ćemo pokušati to učiniti što je više moguće. na prostom jeziku bez ogromnog broja formula i nerazumljivih pojmova.

Dakle, šta se zove električna struja? Ovo je usmjerena struja nabijenih čestica. Ali šta su to čestice, zašto se iznenada kreću i gde? Ovo nije baš jasno. Dakle, pogledajmo ovo pitanje detaljnije.

• Počnimo s pitanjem o nabijenim česticama, koje su, u stvari, nosioci električne struje. AT različite supstance oni su različiti. Na primjer, šta je električna struja u metalima? Ovo su elektroni. U plinovima, elektronima i ionima; u poluprovodnicima - rupe; a u elektrolitima su to kationi i anjoni.

• Ove čestice imaju određeni naboj. Može biti pozitivan ili negativan. Definicija pozitivnog i negativnog naboja data je uslovno. Čestice koje imaju isto punjenje, odbijaju jedna drugu, a suprotnosti se privlače.

• Na osnovu toga ispada logično da će se kretanje odvijati od pozitivnog pola ka negativnom. I što je više naelektrisanih čestica na jednom naelektrisanom polu, to će se više njih kretati ka polu sa drugačijim predznakom.
• Ali ovo je sve duboka teorija, pa uzmimo konkretan primjer. Recimo da imamo utičnicu na koju nije priključen nijedan uređaj. Ima li struje tamo?
• Da bismo odgovorili na ovo pitanje, moramo znati koji su napon i struja. Da bi bilo jasnije, pogledajmo ovo na primjeru cijevi s vodom. Pojednostavljeno rečeno, cijev je naša žica. Poprečni presjek ove cijevi je napon električna mreža, a brzina protoka je naša električna struja.
• Vraćamo se u naš izlaz. Ako povučemo analogiju s cijevi, onda je utičnica bez priključenih električnih uređaja cijev zatvorena ventilom. Odnosno, nema struje.

• Ali tu postoji napetost. A ako je u cijevi, da bi se pojavio protok, potrebno otvoriti ventil, tada je potrebno spojiti opterećenje kako bi se stvorila električna struja u vodiču. To se može učiniti tako što ćete utikač uključiti u utičnicu.
• Naravno, ovo je vrlo pojednostavljena prezentacija pitanja, a neki stručnjaci će mi naći zamjerke i ukazati na nepreciznosti. Ali daje ideju o tome što se zove električna struja.

Jednosmjerna i naizmjenična struja

Sljedeće pitanje koje predlažemo da shvatimo je: šta je naizmjenična struja i jednosmjerna struja. Uostalom, mnogi ne razumiju sasvim ispravno ove koncepte.

Konstantna struja je struja koja ne mijenja svoju veličinu i smjer tokom vremena. Često se pulsirajuća struja naziva i konstantom, ali hajde da pričamo o svemu po redu.

• Jednosmjernu struju karakterizira činjenica da isti broj električnih naboja stalno zamjenjuju jedan drugog u istom smjeru. Smjer je od jednog pola do drugog.
• Ispada da provodnik uvijek ima ili pozitivan ili negativan naboj. I vremenom je nepromijenjen.

Bilješka! Prilikom određivanja pravca jednosmerna struja mogu postojati nedosljednosti. Ako struja nastaje kretanjem pozitivno nabijenih čestica, tada njen smjer odgovara kretanju čestica. Ako struja nastaje kretanjem negativno nabijenih čestica, onda se smatra da je njen smjer suprotan kretanju čestica.

• Ali pod konceptom onoga što se jednosmjerna struja često naziva takozvanom pulsirajućom strujom. Od konstante se razlikuje samo po tome što se njena vrijednost mijenja tokom vremena, ali istovremeno ne mijenja svoj predznak.
• Recimo da imamo struju od 5A. Za jednosmjernu struju, ova vrijednost će biti nepromijenjena tokom cijelog vremenskog perioda. Za pulsirajuću struju, u jednom vremenskom periodu biće 5, u drugom 4, a u trećem 4,5. Ali u isto vrijeme, ni u kom slučaju ne pada ispod nule i ne mijenja svoj predznak.

• Ova struja mreškanja je vrlo česta pri pretvaranju AC u DC. To je pulsirajuća struja koju proizvodi vaš inverter ili diodni most u elektronici.
• Jedna od glavnih prednosti jednosmjerne struje je da se može skladištiti. To možete učiniti vlastitim rukama, koristeći baterije ili kondenzatore.

Izmjenična struja

Da bismo razumjeli šta je naizmjenična struja, trebamo zamisliti sinusoidu. Upravo ova ravna kriva najbolje karakterizira promjenu jednosmjerne struje i standard je.

	Poput sinusnog vala, naizmjenična struja mijenja svoj polaritet na konstantnoj frekvenciji. U jednom periodu je pozitivan, au drugom negativan.
	Dakle, direktno u provodniku kretanja nema nosilaca naboja, kao takvih. Da biste ovo razumjeli, zamislite val koji se razbija o obalu. Kreće se u jednom, a zatim u suprotnom smjeru. Kao rezultat, voda se čini da se kreće, ali ostaje na mjestu.
	Na osnovu toga, za naizmjeničnu struju je vrlo važan faktor postaje njegova brzina promjene polariteta. Ovaj faktor se naziva frekvencija. Što je ova frekvencija viša, to se češće mijenja polaritet naizmjenične struje u sekundi. Kod nas postoji standard za ovu vrijednost - to je 50Hz. To jest, naizmjenična struja mijenja svoju vrijednost od ekstremno pozitivne do ekstremno negativne 50 puta u sekundi.
	Ali ne postoji samo naizmjenična struja frekvencije od 50 Hz. Mnogi uređaji rade na izmjeničnu struju različitih frekvencija. Uostalom, promjenom frekvencije naizmjenične struje, možete promijeniti brzinu rotacije motora. Takođe možete dobiti veće stope obrade podataka - kao u vašim kompjuterskim čipsetima i još mnogo toga.

Bilješka! Na primjeru obične sijalice možete jasno vidjeti što su naizmjenična i jednosmjerna struja. To je posebno vidljivo na diodnim lampama niske kvalitete, ali ako dobro pogledate, možete ga vidjeti i na običnoj žarulji sa žarnom niti. Kada rade na jednosmjernoj struji, oni gore uz stalno svjetlo, a kada rade na naizmjeničnu struju, lagano trepere.

Šta je snaga i gustina struje?

Pa, otkrili smo šta je jednosmerna, a šta naizmenična struja. Ali vjerovatno još uvijek imate puno pitanja. Pokušat ćemo ih razmotriti u ovom dijelu našeg članka.

Iz ovog videa možete saznati više o tome šta je snaga.

• I prvo od ovih pitanja će biti: koliki je napon električne struje? Napon je razlika potencijala između dvije tačke.

• Odmah se postavlja pitanje koji je potencijal? Sada će mi profesionalci opet naći zamjerke, ali recimo to ovako: ovo je višak nabijenih čestica. To jest, postoji jedna tačka u kojoj postoji višak naelektrisanih čestica - i postoji druga tačka u kojoj su te naelektrisane čestice ili više ili manje. Ova razlika se naziva napon. Mjeri se u voltima (V).

• Uzmimo za primjer običnu utičnicu. Svi vi vjerovatno znate da je njegov napon 220V. Imamo dvije žice u utičnici, a napon od 220V znači da je potencijal jedne žice veći od potencijala druge žice samo za ovih 220V.
• Potrebno nam je razumijevanje koncepta napona da bismo razumjeli kolika je snaga električne struje. Iako sa stručne tačke gledišta, ova izjava nije sasvim tačna. Električna struja nema snagu, već je njen derivat.

• Da bismo razumjeli ovu tačku, vratimo se našoj analogiji s vodovodnim cijevima. Kao što se sjećate, poprečni presjek ove cijevi je napon, a brzina protoka u cijevi je struja. Dakle: snaga je količina vode koja teče kroz ovu cijev.
• Logično je pretpostaviti da je kod jednakih presjeka, odnosno napona, jači protok, odnosno električna struja, veći protok vode da se kreće kroz cijev. Shodno tome, više snage će se prenijeti na potrošača.
• Ali ako, analogno s vodom, možemo prenijeti strogo određenu količinu vode kroz cijev određenog presjeka, budući da se voda ne komprimira, onda nije sve tako s električnom strujom. Kroz bilo koji provodnik, teoretski možemo prenijeti bilo koju struju. Ali u praksi, provodnik malog presjeka na velika gustoća struja će jednostavno pregorjeti.

• U tom smislu, moramo razumjeti koja je gustina struje. Grubo govoreći, ovo je broj elektrona koji se kreću kroz određeni dio provodnika u jedinici vremena.
• Ovaj broj bi trebao biti optimalan. Uostalom, ako uzmemo vodič velikog poprečnog presjeka i kroz njega prenosimo malu struju, tada će cijena takve električne instalacije biti visoka. U isto vrijeme, ako uzmemo vodič malog poprečnog presjeka, tada će se zbog velike gustoće struje pregrijati i brzo izgorjeti.
• S tim u vezi, PUE ima odgovarajući odjeljak koji vam omogućava da odaberete vodiče na osnovu ekonomske gustoće struje.

• Ali da se vratimo na koncept šta je trenutna moć? Kao što smo shvatili po našoj analogiji, kod istog presjeka cijevi, prenesena snaga ovisi samo o jačini struje. Ali ako se poveća poprečni presjek naše cijevi, odnosno poveća napon, u ovom slučaju, pri istim vrijednostima brzine protoka, prenosit će se potpuno različite količine vode. Isto važi i za elektriku.

• Što je veći napon, manja je struja potrebna za prijenos iste snage. Zbog toga se visokonaponski dalekovodi koriste za prijenos velike snage na velike udaljenosti.

Uostalom, vod s poprečnim presjekom žice od 120 mm 2 za napon od 330 kV sposoban je prenijeti višestruko više snage u odnosu na liniju istog poprečnog presjeka, ali s naponom od 35 kV. Iako ono što se zove trenutna snaga, oni će biti isti.

Metode za prijenos električne struje

Što je struja i napon smo shvatili. Vrijeme je da shvatimo kako distribuirati električnu struju. To će vam omogućiti da se u budućnosti osjećate sigurnije u radu s električnim uređajima.

Kao što smo već rekli, struja može biti promjenjiva i konstantna. U industriji, iu vašim utičnicama, koristi se naizmjenična struja. Češće je jer je lakše ožičiti. Činjenica je da je prilično teško i skupo promijeniti istosmjerni napon, a izmjenični napon možete promijeniti pomoću običnih transformatora.

Bilješka! Nijedan AC transformator neće raditi na DC. Budući da su svojstva koja koristi svojstvena samo naizmjeničnoj struji.

• Ali to uopće ne znači da se jednosmjerna struja nigdje ne koristi. On ima drugu korisno svojstvo, što nije svojstveno varijabli. Može se akumulirati i pohraniti.
• S tim u vezi, jednosmjerna struja se koristi u svim prijenosnim električnim uređajima, u željeznički transport, kao i na pojedinim industrijskim objektima gdje je potrebno održavati performanse i nakon potpunog prestanka napajanja.

• Najčešći način skladištenja električna energija, are punjive baterije. Imaju posebne hemijska svojstva, omogućavajući akumulaciju, a zatim, ako je potrebno, dajte jednosmjernu struju.
• Svaka baterija ima strogo ograničenu količinu pohranjene energije. Zove se kapacitet baterije, a dijelom je određen početnom strujom baterije.
• Kolika je početna struja baterije? To je količina energije koju baterija može dati u samom početnom trenutku spajanja opterećenja. Činjenica je da se, ovisno o fizičkim i kemijskim svojstvima, baterije razlikuju po načinu na koji oslobađaju akumuliranu energiju.

• Neki mogu dati odmah i mnogo. Zbog toga se, naravno, brzo otpuštaju. A drugi daju dugo, ali malo. osim toga, važan aspekt baterija je sposobnost održavanja napona.
• Činjenica je da, kako kaže upute, za neke baterije, kako se kapacitet vraća, njihov napon također postupno opada. I druge baterije su u stanju dati gotovo cijeli kapacitet sa istim naponom. Na osnovu ovih osnovnih svojstava, ova skladišta se biraju za električnu energiju.
• Za prijenos jednosmjerne struje, u svim slučajevima, koriste se dvije žice. Ovo je pozitivna i negativna žica. Crvena i plava.

Izmjenična struja

Ali s naizmjeničnom strujom sve je mnogo složenije. Može se prenositi preko jedne, dvije, tri ili četiri žice. Da bismo ovo objasnili, moramo se pozabaviti pitanjem: šta je trofazna struja?

• Naizmjeničnu struju stvara generator. Obično gotovo svi imaju trofaznu strukturu. To znači da generator ima tri izlaza, a svaki od ovih izlaza proizvodi električnu struju koja se od prethodnih razlikuje za ugao od 120⁰.

• Da bismo ovo razumjeli, sjetimo se naše sinusoide, koja je model za opisivanje naizmjenične struje, a po čijim se zakonima mijenja. Uzmimo tri faze - "A", "B" i "C", i uzmemo određenu tačku u vremenu. U ovom trenutku, sinusni talas "A" faze je u nultoj tački, sinusni talas "B" faze je u ekstremnoj pozitivnoj tački, a sinusni talas "C" faze je u ekstremnoj negativnoj tački.
• U svakoj narednoj jedinici vremena, naizmjenična struja u ovim fazama će se mijenjati, ali sinhrono. Odnosno, nakon određenog vremena, u fazi "A" doći će do negativnog maksimuma. U fazi "B" bit će nula, au fazi "C" - pozitivan maksimum. I nakon nekog vremena, oni će se ponovo promijeniti.

• Kao rezultat toga, ispada da svaka od ovih faza ima svoj potencijal, koji se razlikuje od potencijala susjedne faze. Stoga mora postojati nešto između njih što ne provodi struju.
• Ova razlika potencijala između dvije faze naziva se mrežni napon. Osim toga, imaju potencijalnu razliku u odnosu na uzemljenje - ovaj napon se naziva faza.
• I tako, ako je linijski napon između ovih faza 380V, tada je fazni napon 220V. Razlikuje se za vrijednost u √3. Ovo pravilo uvijek vrijedi za bilo koji napon.

• Na osnovu toga, ako nam je potreban napon od 220V, onda možemo uzeti jednu faznu žicu, i to žicu koja je čvrsto povezana sa zemljom. I dobijamo jednofaznu mrežu od 220V. Ako nam treba mreža od 380V, onda možemo uzeti samo bilo koje 2 faze i spojiti neku vrstu grijača kao na videu.

Ali u većini slučajeva koriste se sve tri faze. Svi moćni potrošači povezani su na trofaznu mrežu.

Zaključak

Što je indukcijska struja, kapacitivna struja, početna struja, struja praznog hoda, struje negativnog niza, lutajuće struje i još mnogo toga, jednostavno ne možemo razmotriti u jednom članku.

Na kraju krajeva, pitanje električne struje je prilično obimno, a čitava elektrotehnička nauka je stvorena da ga razmotri. Ali zaista se nadamo da smo bili u mogućnosti da objasnimo glavne aspekte na pristupačnom jeziku. ovaj problem, a sada vam električna struja neće biti nešto strašno i neshvatljivo.

Bez struje je nemoguće zamisliti život savremeni čovek. Volti, Amperi, Vati - ove riječi se čuju u razgovoru o uređajima koji rade na struju. Ali šta je to električna struja i koji su uslovi za njeno postojanje? O tome ćemo dalje razgovarati pružanjem kratko objašnjenje za električare početnike.

Definicija

Električna struja je usmjereno kretanje nosača naboja - ovo je standardna formulacija iz udžbenika fizike. Zauzvrat, određene čestice materije nazivaju se nosiocima naboja. Oni mogu biti:

• Elektroni su nosioci negativnog naboja.
• Joni su nosioci pozitivnog naboja.

Ali odakle potiču nosači naboja? Da biste odgovorili na ovo pitanje, morate zapamtiti osnovna znanja o strukturi materije. Sve što nas okružuje je materija, sastoji se od molekula, njenih najmanjih čestica. Molekule se sastoje od atoma. Atom se sastoji od jezgra oko kojeg se elektroni kreću po datim orbitama. Molekuli se takođe kreću nasumično. Kretanje i struktura svake od ovih čestica zavise od same supstance i uticaja na nju. okruženje kao što su temperatura, napon itd.

Jon je atom u kojem se promijenio odnos elektrona i protona. Ako je atom u početku neutralan, onda se ioni, pak, dijele na:

• Anioni su pozitivni joni atoma koji je izgubio elektrone.
• Kationi su atom sa "dodatnim" elektronima vezanim za atom.

Jedinica struje je Amper, prema njoj se izračunava po formuli:

gdje je U napon [V], a R otpor [Ohm].

Ili direktno proporcionalno iznosu prenosa naknade po jedinici vremena:

gdje je Q naboj, [C], t je vrijeme, [s].

Uslovi za postojanje električne struje

Shvatili smo šta je električna struja, a sada razgovarajmo o tome kako osigurati njen protok. Da bi električna struja tekla, moraju biti ispunjena dva uslova:

1. Prisustvo besplatnih nosača naplate.
2. Električno polje.

Prvi uslov za postojanje i protok električne energije zavisi od supstance u kojoj struja teče (ili ne teče), kao i od njenog stanja. Drugi uvjet je također izvodljiv: za postojanje električnog polja neophodno je prisustvo različitih potencijala između kojih postoji medij u kojem će teći nosioci naboja.

podsjetiti: Napon, EMF je potencijalna razlika. Iz toga proizilazi da je za ispunjenje uslova za postojanje struje - prisustvo električnog polja i električne struje potreban napon. To mogu biti ploče napunjenog kondenzatora, galvanske ćelije, EMF koji je nastao pod djelovanjem magnetsko polje(generator).

Shvatili smo kako nastaje, hajde da pričamo o tome gde je usmerena. Struja se, u osnovi, u našoj uobičajenoj upotrebi, kreće u provodnicima (električne instalacije u stanu, žarulje sa žarnom niti) ili u poluprovodnicima (LED, procesor vašeg pametnog telefona i druga elektronika), rjeđe u plinovima (fluorescentne sijalice).

Dakle, u većini slučajeva, glavni nosioci naboja su elektroni, oni se kreću od minusa (tačka s negativnim potencijalom) do plusa (tačka s pozitivnim potencijalom, o tome ćete saznati više u nastavku).

Ali zanimljiva je činjenica da je smjer kretanja struje uzet kao kretanje pozitivnih naboja - od plusa do minusa. Iako se u stvari dešava suprotno. Činjenica je da je odluka o smjeru struje donesena prije proučavanja njene prirode, a i prije nego što je utvrđeno zbog čega struja teče i postoji.

Električna struja u različitim okruženjima

To smo već spomenuli u raznim okruženjima električna struja se može razlikovati po vrsti nosioca naboja. Mediji se mogu podijeliti prema prirodi provodljivosti (u opadajućem redoslijedu provodljivosti):

1. Provodnik (metali).
2. Poluprovodnici (silicijum, germanijum, galijum arsenid, itd.).
3. Dielektrik (vakuum, vazduh, destilovana voda).

u metalima

Metali sadrže slobodne nosioce naboja i ponekad se nazivaju "električni plin". Odakle dolaze besplatni nosači punjenja? Činjenica je da se metal, kao i svaka tvar, sastoji od atoma. Atomi se nekako kreću ili osciliraju. Što je temperatura metala viša, to je kretanje jače. Istovremeno, sami atomi opšti pogled ostaju na svojim mjestima, zapravo formirajući strukturu metala.

U elektronskim omotačima atoma obično postoji nekoliko elektrona koji imaju prilično slabu vezu s jezgrom. Pod uticajem temperatura hemijske reakcije i interakcijom nečistoća, koje su u svakom slučaju u metalu, elektroni se odvajaju od njihovih atoma, formiraju se pozitivno nabijeni ioni. Odvojeni elektroni nazivaju se slobodnim i kreću se nasumično.

Ako na njih djeluje električno polje, na primjer, ako spojite bateriju na komad metala, haotično kretanje elektrona će postati uređeno. Elektroni iz tačke na koju je povezan negativan potencijal (na primer katoda galvanske ćelije) počeće da se kreću ka tački sa pozitivnim potencijalom.

u poluprovodnicima

Poluprovodnici su materijali u kojima se normalno stanje nema besplatnih nosača. Oni su u tzv. zabranjenoj zoni. Ali ako se primjenjuju vanjske sile, kao što su električno polje, toplina, različita zračenja (svjetlo, zračenje, itd.), one savladavaju pojas i prelaze u slobodni pojas ili provodni pojas. Elektroni se odvajaju od svojih atoma i postaju slobodni, formirajući ione - nosioce pozitivnog naboja.

Pozitivni nosači u poluvodičima nazivaju se rupe.

Ako jednostavno prenesete energiju na poluvodič, na primjer, zagrijete ga, počet će kaotično kretanje nosača naboja. Ali ako mi pričamo o poluvodičkim elementima, kao što su dioda ili tranzistor, onda će se na suprotnim krajevima kristala (na njih se nanosi metalizirani sloj i lemljeni vodi) pojaviti EMF, ali to nije tema današnjeg članka.

Ako na poluvodič primijenite izvor EMF-a, tada će se i nosioci naboja kretati u provodni pojas, a počet će i njihovo usmjereno kretanje - rupe će ići na stranu s nižim električnim potencijalom, a elektroni - na stranu sa veći.

U vakuumu i gasu

Vakum je medij sa potpunim (idealan slučaj) odsustvom gasova ili minimalnom (u stvarnosti) njegovom količinom. Pošto nema materije u vakuumu, nema izvora za nosioce naboja. Međutim, protok struje u vakuumu označio je početak elektronike i čitavu eru elektronski elementi- vakumske lampe. Korišteni su u prvoj polovini prošlog stoljeća, a 50-ih godina počeli su postepeno ustupati mjesto tranzistorima (u zavisnosti od specifičnog područja elektronike).

Pretpostavimo da imamo posudu iz koje je sav gas ispumpan, tj. to je potpuni vakuum. U posudu su postavljene dvije elektrode, nazovimo ih anoda i katoda. Ako negativni potencijal izvora EMF spojimo na katodu, a pozitivan na anodu, ništa se neće dogoditi i struja neće teći. Ali ako počnemo zagrijavati katodu, struja će početi teći. Ovaj proces se naziva termoionska emisija - emisija elektrona sa zagrijane površine elektrona.

Na slici je prikazan proces strujanja struje u vakuumskoj lampi. U vakuumskim cevima, katoda se zagreva pomoću obližnje niti na slici (H), kao što je ona koja se nalazi u lampi za osvetljenje.

U isto vrijeme, ako promijenite polaritet napajanja - primijenite minus na anodu i primijenite plus na katodu - struja neće teći. Ovo će dokazati da struja u vakuumu teče zbog kretanja elektrona od KATODE ka ANODI.

Gas se, kao i svaka tvar, sastoji od molekula i atoma, što znači da ako je plin pod utjecajem električnog polja, tada će se pri određenoj jačini (jonizacijski napon) elektroni odvojiti od atoma, tada će se oba uvjeta za protok električne struje će biti ispunjen - polje i slobodni mediji.

Kao što je već spomenuto, ovaj proces se naziva jonizacija. Može se pojaviti ne samo od primijenjenog napona, već i kada se plin zagrijava, rendgenskih zraka, pod utjecajem ultraljubičastog i drugih stvari.

Struja će teći kroz zrak, čak i ako je gorionik ugrađen između elektroda.

Protok struje u inertnim plinovima je praćen luminiscencijom plina, ova pojava se aktivno koristi u fluorescentne lampe. Protok električne struje u plinovitom mediju naziva se plinsko pražnjenje.

u tečnosti

Recimo da imamo posudu s vodom u koju su postavljene dvije elektrode na koje je priključen izvor napajanja. Ako je voda destilirana, odnosno čista i ne sadrži nečistoće, onda je to dielektrik. Ali ako u vodu dodamo malo soli, sumporne kiseline ili bilo koje druge tvari, nastaje elektrolit i kroz njega počinje teći struja.

Elektrolit je tvar koja provodi električnu struju raspadajući se na ione.

Ako dodate vodu plavi vitriol, tada će se sloj bakra taložiti na jednu od elektroda (katoda) - to se zove elektroliza, što dokazuje da se električna struja u tekućini odvija zbog kretanja iona - nosilaca pozitivnog i negativnog naboja.

Elektroliza je fizički i hemijski proces koji se sastoji u razdvajanju komponenti koje čine elektrolit na elektrodama.

Tako dolazi do bakrenja, pozlate i premazivanja drugim metalima.

Zaključak

Da rezimiramo, za protok električne struje potrebni su besplatni nosači naboja:

• elektroni u provodnicima (metali) i vakuumu;
• elektroni i rupe u poluvodičima;
• joni (anjoni i kationi) u tečnostima i gasovima.

Da bi kretanje ovih nosača postalo uređeno, potrebno je električno polje. Jednostavnim riječima- primijeniti napon na krajevima tijela ili instalirati dvije elektrode u okruženju gdje se očekuje da teče električna struja.

Također je vrijedno napomenuti da struja na određeni način utječe na tvar, postoje tri vrste izloženosti:

• termalni;
• hemijski;
• fizički.

Korisno

U provodnicima, pod određenim uslovima, može doći do neprekidnog uređenog kretanja slobodnih nosilaca električnog naboja. Takav pokret se zove strujni udar. Za smjer kretanja električne struje uzima se smjer kretanja pozitivnih slobodnih naboja, iako se u većini slučajeva kreću elektroni – negativno nabijene čestice.

Kvantitativna mjera električne struje je jačina struje I- skalar fizička količina, jednak omjeru punjenja q, prenosi se kroz poprečni presjek provodnika za vremenski interval t, do ovog vremenskog intervala:

Ako struja nije konstantna, tada se za pronalaženje količine naboja koja prolazi kroz vodič izračunava površina figure ispod grafa ovisnosti jačine struje o vremenu.

Ako se jačina struje i njen smjer ne mijenjaju s vremenom, onda se takva struja naziva trajno. Jačina struje se mjeri ampermetrom, koji je serijski spojen na kolo. AT međunarodni sistem Jačina struje u jedinicama SI mjeri se u amperima [A]. 1 A = 1 C/s.

Nalazi se kao omjer ukupnog naboja i ukupnog vremena (tj., prema istom principu kao i prosječna brzina ili bilo koja druga prosječna vrijednost u fizici):

Ako se struja ravnomjerno mijenja tokom vremena od vrijednosti I 1 za vrijednost I 2, tada se vrijednost prosječne struje može naći kao aritmetička sredina ekstremnih vrijednosti:

gustina struje- jačina struje po jedinici poprečnog presjeka vodiča izračunava se po formuli:

Kada struja teče kroz provodnik, struja doživljava otpor provodnika. Razlog otpora je interakcija naboja s atomima tvari vodiča i međusobno. Jedinica otpora je 1 ohm. Otpor provodnika R određuje se formulom:

gdje: l- dužina provodnika, S je njegova površina poprečnog presjeka, ρ - otpor materijala provodnika (pazite da potonju vrijednost ne pobrkate sa gustinom tvari), koja karakterizira sposobnost materijala provodnika da se odupre prolazu struje. Odnosno, ovo je ista karakteristika supstance, kao i mnoge druge: specifična toplota, gustina, tačka topljenja, itd. Jedinica mjerenja otpornosti je 1 Ohm m. Specifična otpornost supstance je tabelarna vrijednost.

Otpor vodiča zavisi i od njegove temperature:

gdje: R 0 – otpor provodnika na 0°S, t je temperatura izražena u stepen celzijus, α je temperaturni koeficijent otpora. Ona je jednaka relativnoj promjeni otpora kako temperatura poraste za 1°C. Za metale je uvijek veći od nule, za elektrolite, naprotiv, uvijek je manji od nule.

Dioda u DC kolu

Diode- Ovo je nelinearni element kola, čiji otpor zavisi od smera strujanja struje. Dioda je označena kako slijedi:

Strelica na shematskom simbolu diode pokazuje u kojem smjeru prolazi struja. U ovom slučaju, njegov otpor je nula, a dioda se može jednostavno zamijeniti vodičem s nultim otporom. Ako struja teče kroz diodu u suprotnom smjeru, tada dioda ima beskonačno veliki otpor, odnosno uopće ne propušta struju i predstavlja prekid u krugu. Tada se dio kruga s diodom može jednostavno precrtati, jer struja ne teče kroz njega.

Ohmov zakon. Serijsko i paralelno povezivanje provodnika

Njemački fizičar G. Ohm je 1826. eksperimentalno ustanovio da je strujna snaga I, koji teče kroz homogeni metalni provodnik (tj. provodnik u kojem ne djeluju vanjske sile) sa otporom R, proporcionalno naponu U na krajevima provodnika:

vrijednost R pozvao električni otpor. Provodnik sa električnim otporom naziva se otpornik. Ovaj odnos izražava Ohmov zakon za homogeni dio kola: Jačina struje u vodiču je direktno proporcionalna primijenjenom naponu i obrnuto proporcionalna otporu provodnika.

Zovu se provodnici koji poštuju Ohmov zakon linearno. Grafička zavisnost jačine struje I od napona U(takvi grafovi se nazivaju strujno-naponske karakteristike, skraćeno VAC) je prikazan pravom linijom koja prolazi kroz početak. Treba napomenuti da postoje mnogi materijali i uređaji koji se ne pridržavaju Ohmovog zakona, kao što su poluvodička dioda ili lampa na plinsko pražnjenje. Čak i za metalne vodiče pri dovoljno visokim strujama, uočava se odstupanje od Ohmovog linearnog zakona, budući da električni otpor metalnih vodiča raste s povećanjem temperature.

Provodnici u električnim krugovima mogu se povezati na dva načina: serijski i paralelni. Svaka metoda ima svoje obrasce.

1. Obrasci serijske veze:

Formula za ukupni otpor serijski spojenih otpornika vrijedi za bilo koji broj vodiča. Ako je kolo spojeno serijski n isti otpor R, zatim ukupni otpor R 0 se nalazi po formuli:

2. Uzorci paralelna veza:

Formula za ukupni otpor paralelno spojenih otpornika vrijedi za bilo koji broj vodiča. Ako je kolo spojeno paralelno n isti otpor R, zatim ukupni otpor R 0 se nalazi po formuli:

Električni mjerni instrumenti

Za mjerenje napona i struja u DC električnim krugovima koriste se posebni uređaji - voltmetri i ampermetri.

Voltmetar dizajniran za mjerenje razlike potencijala primijenjene na njegove terminale. Povezan je paralelno sa dijelom kola na kojem se mjeri razlika potencijala. Svaki voltmetar ima neki unutrašnji otpor. R b. Kako voltmetar ne bi doveo do primjetne preraspodjele struja kada je priključen na mjereno kolo, njegov unutarnji otpor mora biti velik u odnosu na otpor dijela kola na koji je spojen.

Ampermetar dizajniran za mjerenje struje u kolu. Ampermetar je serijski spojen na prekid u električnom kolu tako da cijela izmjerena struja prolazi kroz njega. Ampermetar takođe ima određeni unutrašnji otpor. R A. Za razliku od voltmetra, unutrašnji otpor ampermetra mora biti dovoljno mali u poređenju sa ukupnim otporom čitavog kola.

EMF. Ohmov zakon za kompletno kolo

Za postojanje jednosmerne struje potrebno je imati uređaj u električnom zatvorenom kolu sposoban da stvara i održava razlike potencijala u delovima kola usled rada sila neelektrostatičkog porekla. Takvi uređaji se nazivaju izvori jednosmerne struje. Zovu se sile neelektrostatičkog porijekla koje djeluju na slobodne nosioce naboja iz izvora struje spoljne sile.

Priroda vanjskih sila može biti različita. U galvanskim ćelijama ili baterijama nastaju kao rezultat elektrohemijskih procesa, u DC generatorima vanjske sile nastaju kada se vodiči kreću u magnetskom polju. Pod djelovanjem vanjskih sila, električni naboji se kreću unutar izvora struje protiv sila elektrostatičkog polja, zbog čega se može održavati konstantna električna struja u zatvorenom kolu.

Kada se električni naboji kreću duž istosmjernog kola, vanjske sile koje djeluju unutar izvora struje rade. Fizička količina jednaka omjeru rada A st vanjske sile pri kretanju naboja q od negativnog pola izvora struje do pozitivnog na vrijednost ovog naboja, naziva se elektromotorna sila izvora (EMF):

Dakle, EMF je određen radom vanjskih sila pri pomicanju jednog pozitivnog naboja. Elektromotorna sila, kao i razlika potencijala, mjeri se u voltima (V).

Ohmov zakon za kompletno (zatvoreno) kolo: jačina struje u zatvorenom kolu jednaka je elektromotornoj sili izvora podijeljenoj s ukupnim (unutrašnjim + vanjskim) otporom kola:

Otpor r– unutrašnji (unutarnji) otpor izvora struje (zavisi od unutrašnja struktura izvor). Otpor R– otpor opterećenja (otpor vanjskog kola).

Pad napona u vanjskom kolu dok je jednak (takođe se zove napon na terminalima izvora):

Važno je razumjeti i zapamtiti: EMF i unutarnji otpor izvora struje ne mijenjaju se kada su različita opterećenja povezana.

Ako je otpor opterećenja nula (izvor se sam zatvara) ili mnogo manji od otpora izvora, tada će krug teći struja kratki spoj :

Struja kratkog spoja - maksimalna struja koja se može dobiti dati izvor sa elektromotornom silom ε i unutrašnji otpor r. Za izvore sa malim unutrašnjim otporom, struja kratkog spoja može biti vrlo velika i uzrokovati uništenje električnog kola ili izvora. Na primjer, olovne baterije koje se koriste u automobilima mogu imati struju kratkog spoja od nekoliko stotina ampera. Posebno su opasni kratki spojevi u rasvjetnim mrežama koje napajaju trafostanice (hiljade ampera). Kako bi se izbjegao destruktivni učinak tako velikih struja, osigurači ili posebni prekidači su uključeni u strujni krug.

Višestruki EMF izvori u kolu

Ako krug sadrži nekoliko emfs povezanih u seriju, zatim:

1. Kod ispravnog (pozitivni pol jednog izvora je povezan sa negativnim drugog) veze izvora, ukupni EMF svih izvora i njihov unutrašnji otpor mogu se naći po formulama:

Na primjer, takvo povezivanje izvora se vrši u konzolama daljinski upravljač, kamere i ostali kućanski aparati napajani na više baterija.

2. Ako su izvori povezani pogrešno (izvori su povezani istim polovima), njihov ukupni EMF i otpor izračunavaju se po formulama:

U oba slučaja raste ukupni otpor izvora.

At paralelna veza ima smisla povezivati ​​izvore samo sa istim EMF-om, inače će se izvori isprazniti jedan u drugi. Dakle, ukupni EMF će biti isti kao EMF svakog izvora, odnosno paralelnom vezom nećemo dobiti bateriju sa velikim EMF-om. Istovremeno se smanjuje unutarnji otpor baterije izvora, što omogućava dobivanje velika moć struja i snaga u kolu:

Ovo je značenje paralelnog povezivanja izvora. U svakom slučaju, prilikom rješavanja problema prvo treba pronaći ukupni EMF i ukupni unutrašnji otpor rezultirajućeg izvora, a zatim napisati Ohmov zakon za kompletno kolo.

Rad i strujna snaga. Joule-Lenzov zakon

Posao A električna struja I teče kroz fiksni provodnik sa otporom R, pretvoren u toplinu Q, koji se ističe na provodniku. Ovaj rad se može izračunati pomoću jedne od formula (uzimajući u obzir Ohmov zakon, sve one slijede jedna iz druge):

Zakon pretvaranja rada struje u toplotu eksperimentalno su nezavisno ustanovili J. Joule i E. Lenz i naziva se Joule–Lenzov zakon. Snaga električne struje jednak omjeru rada struje A na vremenski interval Δ t, za koji je rađen ovaj rad, pa se može izračunati pomoću sljedećih formula:

Rad električne struje u SI, kao i obično, izražava se u džulima (J), snaga - u vatima (W).

Energetski bilans zatvorenog kola

Razmotrimo sada kompletno kolo istosmjerne struje koje se sastoji od izvora s elektromotornom silom ε i unutrašnji otpor r i spoljašnja homogena oblast sa otporom R. U ovom slučaju, korisna snaga ili snaga oslobođena u vanjskom kolu je:

Maksimalna moguća korisna snaga izvora se postiže ako R = r i jednak je:

Ako je spojen na isti izvor struje različitih otpora R 1 i R Dodjeljuju im se 2 jednake snage, tada se unutarnji otpor ovog izvora struje može pronaći po formuli:

Gubitak snage ili snaga unutar izvora struje:

Ukupna snaga koju razvija trenutni izvor:

Trenutna efikasnost izvora:

Elektroliza

elektroliti Uobičajeno je nazivati ​​provodne medije u kojima je protok električne struje praćen prijenosom materije. Nosioci slobodnih naboja u elektrolitima su pozitivno i negativno nabijeni ioni. Elektroliti uključuju mnoge spojeve metala s metaloidima u rastopljenom stanju, kao i neke čvrste tvari. Međutim, glavni predstavnici elektrolita koji se široko koriste u tehnologiji su vodene otopine anorganskih kiselina, soli i baza.

Prolazak električne struje kroz elektrolit je praćen oslobađanjem tvari na elektrodama. Ovaj fenomen je imenovan elektroliza.

Električna struja u elektrolitima je kretanje jona oba znaka u suprotnim smjerovima. Pozitivni joni se kreću prema negativnoj elektrodi ( katoda), negativni joni - do pozitivne elektrode ( anoda). Joni oba znaka pojavljuju se u vodenim otopinama soli, kiselina i alkalija kao rezultat cijepanja nekih neutralnih molekula. Ovaj fenomen se zove elektrolitička disocijacija.

zakon elektrolize eksperimentalno je ustanovio engleski fizičar M. Faraday 1833. godine. Faradejev zakon određuje količinu primarnih produkata koji se oslobađaju na elektrodama tokom elektrolize. Dakle, masa m supstanca koja se oslobađa na elektrodi je direktno proporcionalna naelektrisanju Q prolazi kroz elektrolit:

vrijednost k pozvao elektrohemijski ekvivalent. Može se izračunati pomoću formule:

gdje: n je valencija supstance, N A je Avogadrova konstanta, M – molarna masa supstance e je elementarni naboj. Ponekad se uvodi i sljedeća notacija za Faradejevu konstantu:

Električna struja u plinovima iu vakuumu

Električna struja u plinovima

AT normalnim uslovima gasovi ne provode elektricitet. To je zbog električne neutralnosti molekula plina i, posljedično, odsustva električnih nosača naboja. Da bi plin postao provodnik, jedan ili više elektrona moraju biti odstranjeni iz molekula. Tada će postojati slobodni nosioci naboja - elektroni i pozitivni ioni. Ovaj proces se zove jonizacija gasa.

Moguće je jonizirati molekule plina vanjskim utjecajem - jonizator. Jonizatori mogu biti: struja svjetlosti, rendgensko zračenje, struja elektrona ili α -čestice. Molekuli gasa su takođe jonizovani kada visoke temperature. Ionizacija dovodi do pojave slobodnih nosilaca naboja u gasovima - elektrona, pozitivnih iona, negativnih jona (elektron u kombinaciji sa neutralnom molekulom).

Ako se u prostoru koji zauzima ionizirani plin stvori električno polje, tada će se nosači električnih naboja početi kretati na uredan način - tako nastaje električna struja u plinovima. Ako ionizator prestane da radi, tada gas ponovo postaje neutralan, jer rekombinacija– formiranje neutralnih atoma jonima i elektronima.

Električna struja u vakuumu

Vakum je takav stepen razrjeđivanja plina pri kojem se može zanemariti sudar njegovih molekula i pretpostaviti da prosečna dužina slobodni put prelazi linearne dimenzije posude u kojoj se nalazi plin.

Električna struja u vakuumu naziva se provodljivost međuelektrodnog razmaka u vakuumskom stanju. U ovom slučaju ima toliko malo molekula plina da procesi njihove ionizacije ne mogu obezbijediti toliki broj elektrona i jona koji su potrebni za ionizaciju. Provodljivost međuelektrodnog razmaka u vakuumu može se osigurati samo uz pomoć nabijenih čestica koje su nastale uslijed emisionih pojava na elektrodama.

• Nazad
• Naprijed

Kako se uspješno pripremiti za CT iz fizike i matematike?

Da bi se uspješno pripremili za CT iz fizike i matematike, između ostalog, moraju biti ispunjena tri kritična uslova:

1. Proučite sve teme i ispunite sve testove i zadatke date u materijalima za učenje na ovoj stranici. Da biste to učinili, ne trebate baš ništa, naime: svaki dan posvetiti tri do četiri sata pripremi za CT iz fizike i matematike, proučavanju teorije i rješavanju problema. Činjenica je da je CT ispit na kojem nije dovoljno samo znati fiziku ili matematiku, potrebno je i znati brzo i bez grešaka riješiti veliki broj zadataka u različite teme i različite složenosti. Ovo poslednje se može naučiti samo rešavanjem hiljada problema.
2. Naučite sve formule i zakone u fizici, te formule i metode u matematici. Zapravo, i to je vrlo jednostavno učiniti, postoji samo oko 200 potrebnih formula u fizici, a još nešto manje u matematici. U svakom od ovih predmeta postoji desetak standardnih metoda za rješavanje problema. osnovni nivo teškoće koje se takođe mogu naučiti, a samim tim potpuno automatski i bez poteškoća riješiti pravi trenutak većina CT. Nakon toga ćete morati razmišljati samo o najtežim zadacima.
3. Pohađati sve tri faze probnog testiranja iz fizike i matematike. Svaki RT se može posjetiti dva puta kako bi se riješile obje opcije. Opet, na CT-u, pored sposobnosti brzog i efikasnog rješavanja problema, te poznavanja formula i metoda, potrebno je i znati pravilno planirati vrijeme, rasporediti snage i što je najvažnije ispravno popuniti formular za odgovore. , ne brkajući ni brojeve odgovora i zadataka, ni svoje ime. Takođe, tokom RT-a je važno da se naviknete na stil postavljanja pitanja u zadacima, što može izgledati vrlo neobično nespremnoj osobi na DT-u.

Uspješna, marljiva i odgovorna implementacija ove tri tačke omogućit će vam da na CT-u pokažete odličan rezultat, maksimum onoga za što ste sposobni.

Pronašli ste grešku?

Ako mislite da ste pronašli grešku u materijali za obuku, pa napišite, molim vas, o tome poštom. Takođe možete prijaviti grešku socijalna mreža(). U pismu navedite predmet (fizika ili matematika), naziv ili broj teme ili testa, broj zadatka ili mjesto u tekstu (stranici) na kojem, po vašem mišljenju, postoji greška. Također opišite koja je navodna greška. Vaše pismo neće proći nezapaženo, greška će biti ili ispravljena, ili će Vam biti objašnjeno zašto nije greška.

Električna struja se sada koristi u svakoj zgradi, znajući trenutne karakteristike u električnoj mreži kod kuće, uvijek treba imati na umu da je opasna po život.

Električna struja je efekat usmjerenog kretanja električnih naboja (u plinovima - joni i elektroni, u metalima - elektroni), pod utjecajem električnog polja.

Kretanje pozitivnih naboja duž polja je ekvivalentno kretanju negativnih naboja prema polju.

Obično se smjer električnog naboja uzima kao smjer pozitivnog naboja.

• strujna snaga;
• voltaža;
• jačina struje;
• strujni otpor.

Trenutna snaga.

Snaga električne struje je odnos posla koji je obavila struja i vremena tokom kojeg je ovaj rad obavljen.

Snaga koju električna struja razvija u dijelu kola je direktno proporcionalna veličini struje i napona u ovom dijelu. Snaga (električni-tri-če-sky i me-ha-no-che-sky) od-me-rya-et-xia u vatima (W).

Trenutna snaga ne zavisi od vremena pro-the-ka-nije električne-tri-che-th struje u kolu, već definiše-de-la-is-sya kao pro-of-ve-de-ne napon prema jačini struje.

voltaža.

Električni napon je vrijednost koja pokazuje koliki je rad električno polje izvršilo pri pomicanju naboja iz jedne tačke u drugu. U ovom slučaju, napon u različitim dijelovima kruga bit će različit.

Na primjer: napon na dijelu prazne žice bit će vrlo mali, a napon na dijelu s bilo kojim opterećenjem bit će mnogo veći, a veličina napona ovisit će o količini posla koji struja obavlja. Izmjerite napon u voltima (1 V). Za određivanje napona postoji formula: U \u003d A / q, gdje je

• U - napon,
• A je rad koji vrši struja da pomjeri naboj q do određenog dijela kola.

Snaga struje.

jačina struje naziva se broj naelektrisanih čestica koje prolaze kroz poprečni presek provodnika.

Po definiciji jačina struje direktno proporcionalno naponu i obrnuto proporcionalno otporu.

Jačina električne struje mjereno instrumentom koji se zove ampermetar. Količina električne struje (količina prenesenog naboja) mjeri se u amperima. Da bi se povećao raspon oznaka za jedinicu promjene, postoje prefiksi višestrukosti kao što su mikro-mikroamper (μA), milje - miliamper (mA). Ostali prefiksi se ne koriste u svakodnevnom životu. Na primjer: kažu i pišu "deset hiljada ampera", ali nikada ne kažu ili napišu 10 kiloampera. Takve vrijednosti u Svakodnevni život se ne koriste. Isto se može reći i za nanoampere. Obično kažu i pišu 1 × 10-9 Ampera.

strujni otpor.

električni otpor naziva se fizička veličina koja karakteriše svojstva provodnika koja sprečavaju prolaz električne struje i jednaka je odnosu napona na krajevima vodiča i jačine struje koja kroz njega teče.

Otpor za krugove naizmjenične struje i za naizmjenična elektromagnetna polja opisan je u smislu impedanse i valnog otpora. strujni otpor(često se označava slovom R ili r) smatra se otporom struje, u određenim granicama, konstantna vrijednost za ovog provodnika. Ispod električni otpor razumjeti omjer napona na krajevima provodnika i jačine struje koja teče kroz provodnik.

Uvjeti za pojavu električne struje u provodnom mediju:

1) prisustvo slobodnih naelektrisanih čestica;

2) ako postoji električno polje (postoji razlika potencijala između dvije tačke provodnika).

Vrste utjecaja električne struje na provodljivi materijal.

1) hemijska - promena hemijski sastav provodnici (pojavljuje se uglavnom u elektrolitima);

2) termička - zagreva se materijal kroz koji teče struja (ovaj efekat je odsutan u supraprovodnicima);

3) magnetna - pojava magnetnog polja (javlja se u svim provodnicima).

Glavne karakteristike struje.

1. Jačina struje je označena slovom I - jednaka je količini električne energije Q koja prolazi kroz provodnik u vremenu t.

I=Q/t

Jačinu struje određuje ampermetar.

Napon se određuje voltmetrom.

3. Otpor R provodnog materijala.

Otpor zavisi od:

a) na poprečnom presjeku provodnika S, na njegovoj dužini l i materijalu (označeno otpornost provodnik ρ);

R=pl/S

b) na temperaturi t°S (ili T): R = R0 (1 + αt),

• gdje je R0 otpor provodnika na 0°S,
• α - temperaturni koeficijent otpora;

c) da bi se postigli različiti efekti, provodnici se mogu povezati i paralelno i serijski.

Tabela trenutnih karakteristika.

Compound	Sekvencijalno	Paralelno
Očuvana vrijednost	I 1 \u003d I 2 \u003d ... \u003d I n I \u003d const	U 1 \u003d U 2 \u003d ... U n U \u003d const
Ukupna vrijednost	voltaža e=Ast/q Vrijednost jednaka radu utrošenom vanjskim silama za pomicanje pozitivnog naboja duž cijelog kola, uključujući izvor struje, do naboja, naziva se elektromotorna sila izvora struje (EMF): e=Ast/q Trenutne karakteristike moraju biti poznate prilikom popravke električne opreme.

Ako se izolirani provodnik stavi u električno polje \(\overrightarrow(E)\), tada će sila \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) djelovati na slobodne naboje \(q\) Kao rezultat provodnika, dolazi do kratkotrajnog kretanja slobodnih naelektrisanja. Ovaj proces će se završiti kada vlastito električno polje naboja koji su nastali na površini vodiča u potpunosti kompenzira vanjsko polje. Rezultirajuće elektrostatičko polje unutar provodnika bit će nula.

Međutim, u provodnicima, pod određenim uvjetima, može doći do kontinuiranog uređenog kretanja slobodnih nosilaca električnog naboja.

Usmjereno kretanje nabijenih čestica naziva se električna struja.

Smjer kretanja pozitivnih slobodnih naboja uzima se kao smjer električne struje. Za postojanje električne struje u vodiču potrebno je u njemu stvoriti električno polje.

Kvantitativna mjera električne struje je jačina struje\(I\) je skalarna fizička veličina jednaka omjeru naboja \(\Delta q\) prenesenog kroz poprečni presjek provodnika (slika 1.8.1) u vremenskom intervalu \(\Delta t\) , do ovog vremenskog intervala:

$$I = \frac(\Delta q)(\Delta t) $$

Ako se jačina struje i njen smjer ne mijenjaju s vremenom, onda se takva struja naziva trajno .

U Međunarodnom sistemu jedinica SI, struja se mjeri u amperima (A). Jedinica struje 1 A je postavljena magnetskom interakcijom dva paralelna provodnika sa strujom.

Konstantna električna struja se može generirati samo u zatvoreno kolo , u kojem slobodni nosioci naboja kruže zatvorenim putevima. Električno polje u različitim tačkama takvog kola je konstantno tokom vremena. Posljedično, električno polje u DC kolu ima karakter zamrznutog elektrostatičkog polja. Ali kada se pomiče električni naboj u elektrostatičkom polju duž zatvorene putanje, rad električnih sila je nula. Stoga je za postojanje jednosmjerne struje potrebno u električnom kolu imati uređaj koji može stvarati i održavati razlike potencijala u dijelovima kola uslijed rada sila. neelektrostatičkog porijekla. Takvi uređaji se nazivaju izvori jednosmerne struje . Zovu se sile neelektrostatičkog porijekla koje djeluju na slobodne nosioce naboja iz izvora struje spoljne sile .

Priroda vanjskih sila može biti različita. U galvanskim ćelijama ili baterijama nastaju kao rezultat elektrohemijskih procesa, u DC generatorima vanjske sile nastaju kada se vodiči kreću u magnetskom polju. Izvor struje u električnom krugu igra istu ulogu kao i pumpa, koja je neophodna za pumpanje tekućine u zatvorenom prostoru hidraulični sistem. Pod utjecajem vanjskih sila, električni naboji se kreću unutar izvora struje protiv sile elektrostatičkog polja, zbog kojih se u zatvorenom kolu može održavati konstantna električna struja.

Kada se električni naboji kreću duž istosmjernog kola, vanjske sile koje djeluju unutar izvora struje rade.

Fizička veličina jednaka omjeru rada \ (A_ (st) \) vanjskih sila pri pomicanju naboja \ (q \) sa negativnog pola izvora struje na pozitivan prema vrijednosti ovog naboja naziva se izvor elektromotorne sile (EMF):

$$EMF=\varepsilon=\frac(A_(st))(q). $$

Dakle, EMF je određen radom vanjskih sila pri pomicanju jednog pozitivnog naboja. Elektromotorna sila, kao i razlika potencijala, mjeri se u Volti (V).

Kada se jedno pozitivno naelektrisanje kreće duž zatvorenog istosmjernog kola, rad vanjskih sila jednak je zbiru EMF-a koji djeluje u ovom krugu, a rad elektrostatičkog polja je nula.

DC kolo se može podijeliti u zasebne sekcije. Oni dijelovi na koje ne djeluju vanjske sile (tj. presjeci koji ne sadrže izvore struje) nazivaju se homogena . Područja koja uključuju trenutne izvore nazivaju se heterogena .

Kada se jedinični pozitivni naboj kreće duž određenog dijela kola, djeluju i elektrostatičke (kulonove) i vanjske sile. Rad elektrostatičkih sila jednak je razlici potencijala \(\Delta \phi_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)\) između početne (1) i krajnje (2) tačke nehomogenog presjeka . Rad vanjskih sila je, po definiciji, elektromotorna sila \(\mathcal(E)\) koja djeluje na ovu dionicu. Zbog toga pun rad je jednako

$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E)$$

vrijednost U 12 se zove tenzija na dijelu lanca 1-2. U slučaju homogenog preseka, napon je jednak razlici potencijala:

$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)$$

Njemački fizičar G. Ohm je 1826. godine eksperimentalno ustanovio da je jačina struje \ (I \) koja teče kroz homogeni metalni provodnik (tj. provodnik na koji ne djeluju vanjske sile) proporcionalna naponu \ (U \) na krajevi provodnika:

$$I = \frac(1)(R)U; \: U = IR$$

gdje je \(R\) = konst.

vrijednost R pozvao električni otpor . Provodnik sa električnim otporom naziva se otpornik . Ovaj odnos izražava Ohmov zakon za homogeni dio lanca: Struja u vodiču je direktno proporcionalna primijenjenom naponu i obrnuto proporcionalna otporu provodnika.

U SI, jedinica električnog otpora provodnika je Ohm (Ohm). Otpor od 1 oma ima dio kola u kojem se, pri naponu od 1 V, javlja struja od 1 A.

Zovu se provodnici koji poštuju Ohmov zakon linearno . Grafička zavisnost jačine struje \ (I \) od napona \ (U \) (takvi grafovi se nazivaju volt-amper karakteristike , skraćeno VAC) predstavljen je pravom linijom koja prolazi kroz ishodište. Treba napomenuti da postoje mnogi materijali i uređaji koji se ne pridržavaju Ohmovog zakona, kao što su poluvodička dioda ili lampa na plinsko pražnjenje. Čak i za metalne vodiče pri strujama dovoljno velike jačine, uočava se odstupanje od Ohmovog linearnog zakona, budući da se električni otpor metalnih vodiča povećava s povećanjem temperature.

Za dio kola koji sadrži EMF, Ohmov zakon je napisan u sljedećem obliku:

$$IR = U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E) = \Delta \phi_(12) + \mathcal(E)$$
$$\boja(plava)(I = \frac(U)(R))$$

Ovaj omjer se zove generalizovani Ohmov zakon ili Ohmov zakon za nehomogeni dio lanca.

Na sl. 1.8.2 prikazuje zatvoreni jednosmjerni krug. Presjek lanca ( cd) je homogena.

Slika 1.8.2. DC kolo

Ohmov zakon

$$IR = \Delta\phi_(cd)$$

parcela ( ab) sadrži izvor struje sa EMF jednakim \(\mathcal(E)\).

Prema Ohmovom zakonu za heterogeno područje,

$$Ir = \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$

Zbrajanjem obe jednakosti dobijamo:

$$I(R+r) = \Delta\phi_(cd) + \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$

Ali \(\Delta\phi_(cd) = \Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab)\).

$$\color(plava)(I=\frac(\mathcal(E))(R + r))$$

Ova formula izražava Ohmov zakon za kompletno kolo : jačina struje u kompletnom kolu jednaka je elektromotornoj sili izvora, podijeljenoj sa zbirom otpora homogenog i nehomogenog dijela kola (unutrašnji otpor izvora).

Otpor r heterogeno područje na sl. 1.8.2 se može posmatrati kao unutrašnji otpor izvora struje . U ovom slučaju, zaplet ( ab) na sl. 1.8.2 je unutrašnji dio izvora. Ako bodovi a i b zatvoriti vodičem čiji je otpor mali u odnosu na unutrašnji otpor izvora (\ (R\ \ll r\)), tada će strujni krug teći struja kratkog spoja

$$I_(kz)=\frac(\mathcal(E))(r)$$

Struja kratkog spoja je maksimalna struja koja se može dobiti iz datog izvora sa elektromotornom silom \(\mathcal(E)\) i unutrašnjim otporom \(r\). Za izvore sa malim unutrašnjim otporom, struja kratkog spoja može biti vrlo velika i uzrokovati uništenje električnog kola ili izvora. Na primjer, olovne baterije koje se koriste u automobilima mogu imati struju kratkog spoja od nekoliko stotina ampera. Posebno su opasni kratki spojevi u rasvjetnim mrežama koje napajaju trafostanice (hiljade ampera). Kako bi se izbjegao destruktivni učinak tako velikih struja, osigurači ili posebni prekidači su uključeni u strujni krug.

U nekim slučajevima, za prevenciju opasne vrijednosti struja kratkog spoja, neki vanjski otpor je spojen serijski na izvor. Zatim otpor r jednaka je zbroju unutrašnjeg otpora izvora i vanjskog otpora, a u slučaju kratkog spoja jačina struje neće biti pretjerano velika.

Ako je vanjsko kolo otvoreno, tada je \(\Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab) = \mathcal(E)\), tj. razlika potencijala na polovima otvorene baterije jednaka je njegov EMF.

Ako je vanjski otpor opterećenja R uključen i struja teče kroz bateriju I, razlika potencijala na njegovim polovima postaje jednaka

$$\Delta \phi_(ba) = \mathcal(E) - Ir$$

Na sl. 1.8.3 je šematski prikaz DC izvora sa EMF jednakim \(\mathcal(E)\) i unutrašnjim otporom r u tri režima: "prazni", rad na opterećenju i režim kratkog spoja (kratki spoj). Intenzitet \(\overrightarrow(E)\) električnog polja unutar baterije i sile koje djeluju na pozitivne naboje su označene: \(\overrightarrow(F)_(e)\) - električna sila i \(\overrightarrow( F)_(st )\) je vanjska sila. U režimu kratkog spoja, električno polje unutar baterije nestaje.

Za mjerenje napona i struja u DC električnim krugovima koriste se posebni uređaji - voltmetri i ampermetri.

Voltmetar dizajniran za mjerenje razlike potencijala primijenjene na njegove terminale. On se povezuje paralelno dio kola na kojem se vrši mjerenje razlike potencijala. Svaki voltmetar ima neki unutrašnji otpor \(R_(V)\). Kako voltmetar ne bi doveo do primjetne preraspodjele struja kada je priključen na mjereno kolo, njegov unutarnji otpor mora biti velik u odnosu na otpor dijela kola na koji je spojen. Za kolo prikazano na sl. 1.8.4, ovaj uslov se piše kao:

$$R_(B) \gg R_(1)$$

Ovaj uslov znači da je struja \(I_(V) = \Delta \phi_(cd) / R_(V)\) koja teče kroz voltmetar mnogo manja od struje \(I = \Delta \phi_(cd) / R_ (1 )\), koji teče kroz testirani dio kola.

Budući da unutar voltmetra ne djeluju vanjske sile, razlika potencijala na njegovim priključcima poklapa se, po definiciji, s naponom. Stoga možemo reći da voltmetar mjeri napon.

Ampermetar dizajniran za mjerenje struje u kolu. Ampermetar je serijski spojen na prekid u električnom kolu tako da cijela izmjerena struja prolazi kroz njega. Ampermetar također ima neki unutrašnji otpor \(R_(A)\). Za razliku od voltmetra, unutrašnji otpor ampermetra mora biti dovoljno mali u poređenju sa ukupnim otporom čitavog kola. Za kolo na sl. 1.8.4 otpor ampermetra mora zadovoljiti uslov

$$R_(A) \ll (r + R_(1) + R(2))$$

tako da kada se ampermetar uključi, struja u kolu se ne mijenja.

Mjerni instrumenti - voltmetri i ampermetri - su dvije vrste: pokazivački (analogni) i digitalni. Digitalna električna brojila su složeni elektronski uređaji. Obično digitalni instrumenti pružaju više visoka preciznost mjerenja.