Elektromosság

Először is ki kell deríteni, hogy mi az elektromosság. Az elektromos áram a töltött részecskék rendezett mozgása egy vezetőben. Ennek létrejöttéhez először egy elektromos mezőt kell létrehozni, amelynek hatására a fent említett töltött részecskék mozgásba kezdenek.

Az elektromosságról szóló első információ, amely sok évszázaddal ezelőtt jelent meg, a súrlódásból származó elektromos "töltésekre" vonatkozott. Az emberek már az ókorban tudták, hogy a gyapjúra hordott borostyán képes vonzani a könnyű tárgyakat. De csak a 16. század végén Gilbert angol orvos részletesen tanulmányozta ezt a jelenséget, és rájött, hogy sok más anyag is pontosan ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkezik. Elektromosnak nevezte azokat a testeket, amelyek a borostyánhoz hasonlóan képesek voltak dörzsölni a könnyű tárgyakat. Ez a szó a görög elektron - „borostyán” szóból származik. Jelenleg azt mondjuk, hogy az ilyen állapotú testeken elektromos töltések vannak, és magukat a testeket "töltöttnek" nevezik.

Elektromos töltések mindig akkor keletkeznek, ha különböző anyagok szorosan érintkeznek egymással. Ha a testek szilárdak, akkor szoros érintkezésüket a felületükön előforduló mikroszkopikus kiemelkedések és egyenetlenségek akadályozzák meg. Az ilyen testek összenyomásával és dörzsölésével összehozzuk a felületeiket, amelyek nyomás nélkül csak néhány ponton érintkeznének. Egyes testekben az elektromos töltések szabadon mozoghatnak közöttük különböző részek míg másoknál nem lehetséges. Az első esetben a testeket "vezetőknek", a másodikban "dielektrikumoknak vagy szigetelőknek" nevezik. A vezetők mindegyike fém, sók és savak vizes oldata stb. A szigetelők például a borostyán, kvarc, ebonit és minden gáz, amely normál körülmények között van.

Mindazonáltal meg kell jegyezni, hogy a testek felosztása vezetőkre és dielektrikumokra nagyon önkényes. Minden anyag kisebb-nagyobb mértékben vezeti az elektromosságot. Az elektromos töltések pozitívak vagy negatívak. Ez a fajta áram nem tart sokáig, mert a villamosított test lemerül. Ahhoz, hogy egy vezetőben elektromos áram folytonos létezzen, szükséges az elektromos mező fenntartása. Erre a célra elektromos áramforrásokat használnak. Az elektromos áram keletkezésének legegyszerűbb esete az, amikor a vezeték egyik vége egy villamosított testhez, a másik a földhöz kapcsolódik.

Az izzók és villanymotorok áramellátását biztosító elektromos áramkörök csak az akkumulátorok feltalálása után jelentek meg, amely körülbelül 1800-ra nyúlik vissza. Ezt követően az elektromosság doktrínája olyan gyorsan fejlődött, hogy alig egy évszázad alatt nemcsak a fizika részévé vált, hanem egy új elektromos civilizáció alapját képezte.

Az elektromos áram fő mennyiségei

A villamos energia mennyisége és az áramerősség. Az elektromos áram hatása lehet erős vagy gyenge. Az elektromos áram erőssége attól függ, hogy egy bizonyos időegység alatt mekkora töltés folyik át az áramkörön. Minél több elektron mozog a forrás egyik pólusáról a másikra, annál nagyobb az elektronok által hordozott teljes töltés. Ezt a teljes töltést a vezetőn áthaladó elektromosság mennyiségének nevezzük.

Az elektromosság mennyisége különösen az elektromos áram kémiai hatásától függ, vagyis minél nagyobb töltés halad át az elektrolitoldaton, annál inkább leülepedik az anyag a katódon és az anódon. Ebben a tekintetben az elektromosság mennyiségét úgy lehet kiszámítani, hogy lemérjük az elektródán lerakódott anyag tömegét, és ismerjük ennek az anyagnak egy ionjának tömegét és töltését.

Az áramerősség olyan mennyiség, amely egyenlő a vezető keresztmetszetén áthaladó elektromos töltés és az áramlási idő arányával. A töltés mértékegysége a coulomb (C), az időt másodpercben (s) mérik. Ebben az esetben az áramerősség mértékegységét C/s-ban fejezzük ki. Ezt a mértékegységet ampernek (A) nevezik. Az áramkörben lévő áramerősség mérésére egy elektromos mérőeszközt, az úgynevezett ampermérőt használnak. Az áramkörbe való beillesztéshez az ampermérő két kivezetéssel van felszerelve. Sorosan szerepel az áramkörben.

elektromos feszültség. Azt már tudjuk, hogy az elektromos áram töltött részecskék - elektronok - rendezett mozgása. Ez a mozgás egy elektromos mező segítségével jön létre, amely bizonyos mennyiségű munkát végez. Ezt a jelenséget elektromos áram munkájának nevezik. Ahhoz, hogy 1 másodperc alatt több töltést tudjon mozgatni egy elektromos áramkörön, az elektromos mezőnek több munkát kell végeznie. Ennek alapján kiderül, hogy az elektromos áram működésének az áram erősségétől kell függnie. De van egy másik érték, amelytől az áram munkája függ. Ezt az értéket feszültségnek nevezzük.

A feszültség az elektromos áramkör egy bizonyos szakaszában ható áram és az áramkör ugyanazon szakaszán átfolyó töltés aránya. Az aktuális munkát joule-ban (J), a töltést medálban (C) mérjük. Ebben a tekintetben a feszültség mértékegysége 1 J/C lesz. Ezt az egységet voltnak (V) nevezik.

Ahhoz, hogy egy elektromos áramkörben feszültség jelenjen meg, áramforrásra van szükség. Szakadt áramkörben csak az áramforrás kapcsain van feszültség. Ha ez az áramforrás benne van az áramkörben, akkor az áramkör bizonyos szakaszaiban feszültség is megjelenik. Ebben a tekintetben áram is lesz az áramkörben. Vagyis röviden a következőket mondhatjuk: ha nincs feszültség az áramkörben, akkor nincs áram. A feszültség mérésére egy voltmérőnek nevezett elektromos mérőeszközt használnak. Övé megjelenés hasonlít a korábban említett ampermérőre, azzal a különbséggel, hogy a voltmérő skáláján a V betű van (az ampermérőn A helyett). A voltmérőnek két kivezetése van, amelyek segítségével párhuzamosan csatlakozik az elektromos áramkörhöz.

Elektromos ellenállás. Miután mindenféle vezetéket és ampermérőt csatlakoztatott egy elektromos áramkörhöz, észreveheti, hogy különböző vezetők használatakor az ampermérő eltérő leolvasást ad, vagyis ebben az esetben az elektromos áramkörben elérhető áramerősség eltérő. Ez a jelenség azzal magyarázható, hogy a különböző vezetők eltérő elektromos ellenállással rendelkeznek, ami fizikai mennyiség. A német fizikus tiszteletére Ohm nevet kapta. A fizikában általában nagyobb mértékegységeket használnak: kiloohm, megaohm stb. A vezető ellenállását általában R betűvel jelöljük, a vezeték hosszát L, a keresztmetszeti területet S. Ebben az esetben az ellenállás lehet képletként írva:

ahol a p együtthatót ellenállásnak nevezzük. Ez az együttható egy 1 m hosszú, 1 m2 keresztmetszetű vezeték ellenállását fejezi ki. Az ellenállást Ohm x m-ben fejezzük ki. Mivel a vezetékek általában meglehetősen kis keresztmetszetűek, területüket általában négyzetmilliméterben adják meg. Ebben az esetben az ellenállás mértékegysége Ohm x mm2/m lesz. Az alábbi táblázatban. Az 1. ábra egyes anyagok fajlagos ellenállását mutatja.

1. táblázat Egyes anyagok elektromos ellenállása
Anyag	p, Ohm x m2/m	Anyag	p, Ohm x m2/m
		Platina irídium ötvözet
Fém vagy ötvözet
		Manganin (ötvözet)
Alumínium		Constantan (ötvözet)
Volfrám
		Nikróm (ötvözet)
Nikkel (ötvözet)		Fechral (ötvözet)
		Chromel (ötvözet)

táblázat szerint. 1, világossá válik, hogy a réznek a legkisebb az elektromos ellenállása, és a fémötvözetnek a legnagyobb. Ezenkívül a dielektrikumok (szigetelők) nagy ellenállással rendelkeznek.

Elektromos kapacitás. Azt már tudjuk, hogy két egymástól elszigetelt vezető képes elektromos töltéseket felhalmozni. Ezt a jelenséget egy fizikai mennyiség jellemzi, amelyet elektromos kapacitásnak neveznek. Két vezető elektromos kapacitása nem más, mint az egyik vezető töltésének az e vezető és a szomszédos vezető közötti potenciálkülönbség aránya. Minél kisebb a feszültség, amikor a vezetők töltést kapnak, annál nagyobb a kapacitásuk. A farad (F) az elektromos kapacitás mértékegysége. A gyakorlatban ennek az egységnek a frakcióit használják: mikrofarádot (µF) és pikofarádot (pF).

Yandex.DirectAll hirdetésekNapi kiadó apartmanok Kazanban! Apartmanok 1000 rubeltől. napi. Mini szállodák. Jelentési dokumentumok16.forguest.ru Napi kiadó apartmanok Kazanyban Hangulatos apartmanok Kazany minden kerületében. Gyors lakásbérlés.fatyr.ru Új Yandex.Böngésző! Kényelmes könyvjelzők és megbízható védelem. Böngésző a kellemes sétákhoz a neten!browser.yandex.ru 0+

Ha vesz két egymástól elszigetelt vezetéket, és helyezze őket kis távolságra egymástól, akkor kap egy kondenzátort. A kondenzátor kapacitása a lemezeinek vastagságától és a dielektrikum vastagságától és áteresztőképességétől függ. A kondenzátor lemezei közötti dielektrikum vastagságának csökkentésével ez utóbbi kapacitása nagymértékben növelhető. Minden kondenzátoron a kapacitáson kívül fel kell tüntetni azt a feszültséget, amelyre ezeket az eszközöket tervezték.

Az elektromos áram munkája és teljesítménye. A fentiekből kitűnik, hogy az elektromos áram bizonyos mennyiségű munkát végez. Elektromos motorok csatlakoztatásakor az elektromos áram mindenféle berendezést működésbe hoz, vonatokat mozgat a sínek mentén, megvilágítja az utcákat, fűti a lakást, emellett kémiai hatást is kivált, azaz lehetővé teszi az elektrolízist stb. az áram munkája az áramkör egy bizonyos szakaszában megegyezik a termékárammal, feszültséggel és idővel, amely alatt a munkát elvégezték. A munkát joule-ban, a feszültséget voltban, az áramerősséget amperben és az időt másodpercben mérik. Ebben a tekintetben 1 J = 1V x 1A x 1s. Ebből kiderül, hogy az elektromos áram működésének méréséhez három eszközt kell egyszerre használni: ampermérőt, voltmérőt és órát. De ez nehézkes és nem hatékony. Ezért általában az elektromos áram munkáját elektromos mérőkkel mérik. Ennek az eszköznek az eszköze a fenti eszközök mindegyikét tartalmazza.

Az elektromos áram teljesítménye megegyezik az áram munkájának és a végrehajtás időtartamának arányával. A teljesítményt "P" betű jelöli, és wattban (W) fejezik ki. A gyakorlatban kilowatt, megawatt, hektawatt stb. használnak. Az áramkör teljesítményének méréséhez wattmérőt kell venni. Az elektromos munkát kilowattórában (kWh) fejezzük ki.

Az elektromos áram alaptörvényei

Ohm törvénye. A feszültséget és az áramerősséget az elektromos áramkörök legkényelmesebb jellemzőinek tekintik. A villamos energia felhasználásának egyik fő jellemzője az energia gyors szállítása egyik helyről a másikra, és a kívánt formában történő továbbítása a fogyasztóhoz. A potenciálkülönbség és az áramerősség szorzata adja a teljesítményt, vagyis az egységnyi idő alatt az áramkörben leadott energia mennyiségét. Mint fentebb említettük, egy elektromos áramkör teljesítményének méréséhez 3 eszközre van szükség. Meg lehet csinálni egyet, és kiszámítani a teljesítményt a leolvasásokból és az áramkör bizonyos jellemzőiből, például az ellenállásából? Sokaknak tetszett ez az ötlet, gyümölcsözőnek tartották.

Tehát mekkora a vezeték vagy az áramkör egészének ellenállása? Van-e egy vezetéknek, mint a vízvezetékeknek vagy a vákuumrendszer csöveinek, állandó tulajdonsága, amelyet ellenállásnak nevezhetünk? Például a csövekben az áramlást létrehozó nyomáskülönbség hányadosa osztva az áramlási sebességgel, általában a cső állandó jellemzője. Ugyanígy a huzalban lévő hőáram egy egyszerű összefüggésnek van kitéve, amely magában foglalja a hőmérséklet-különbséget, a vezeték keresztmetszeti területét és hosszát. Az elektromos áramkörök ilyen kapcsolatának felfedezése egy sikeres keresés eredménye volt.

Az 1820-as években Georg Ohm német tanár volt az első, aki elkezdte keresni a fenti arányt. Mindenekelőtt hírnévre és hírnévre törekedett, amely lehetővé tette számára, hogy az egyetemen tanítson. Ez volt az egyetlen oka annak, hogy olyan tanulmányi területet választott, amely különleges előnyöket kínál.

Om egy lakatos fia volt, így tudta, hogyan kell különböző vastagságú fémhuzalt húzni, amire a kísérletekhez szüksége volt. Mivel akkoriban lehetetlen volt megfelelő vezetéket vásárolni, Om saját kezűleg készítette el. A kísérletek során különböző hosszúságokat, különböző vastagságokat, különböző fémeket, sőt különböző hőmérsékleteket is kipróbált. Mindezek a tényezők felváltva változtak. Ohm idejében az akkumulátorok még gyengék voltak, és változó nagyságú áramot adtak. Ezzel kapcsolatban a kutató hőelemet használt generátorként, amelynek forró csomópontját lángba helyezték. Ezenkívül nyers mágneses ampermérőt használt, és a hőmérséklet vagy a termikus csomópontok számának változtatásával mérte a potenciálkülönbségeket (Ohm "feszültségnek" nevezte őket).

Az elektromos áramkörök doktrínája éppen most kapta meg a fejlődését. Az akkumulátorok 1800 körüli feltalálása után sokkal gyorsabban kezdett fejlődni. Különféle eszközöket terveztek és gyártottak (sokszor kézzel), új törvényeket fedeztek fel, fogalmak, kifejezések jelentek meg stb. Mindez az elektromos jelenségek és tényezők mélyebb megértéséhez vezetett.

Az elektromossággal kapcsolatos ismeretek megújulása egyrészt a fizika új területének kialakulását idézte elő, másrészt az elektrotechnika rohamos fejlődésének alapja volt, azaz az akkumulátorok, generátorok, világítási áramellátó rendszerek, ill. feltalálták az elektromos hajtást, elektromos kemencéket, villanymotorokat stb., egyéb.

Ohm felfedezései nagy jelentőséggel bírtak mind az elektromosság elméletének, mind az alkalmazott elektrotechnika fejlődésének szempontjából. Könnyűvé tették az elektromos áramkörök tulajdonságainak előrejelzését egyenáram, majd ezt követően egy változóra. 1826-ban Ohm kiadott egy könyvet, amelyben felvázolta az elméleti következtetéseket és a kísérleti eredményeket. De reményei nem igazolódtak, a könyvet nevetségessé vált. Ez azért történt, mert a durva kísérletezés módszere kevéssé tűnt vonzónak egy olyan korszakban, amikor sokan rajongtak a filozófiáért.

Omunak nem volt más választása, mint elhagyni tanári pozícióját. Ugyanezen okból nem kapott kinevezést az egyetemre. A tudós 6 évig szegénységben élt, a jövőbe vetett bizalom nélkül, keserű csalódás érzését tapasztalva.

De fokozatosan művei először Németországon kívül szereztek hírnevet. Om-ot külföldön tisztelték, kutatásait felhasználták. E tekintetben a honfitársak kénytelenek voltak felismerni őt hazájukban. 1849-ben a müncheni egyetemen kapott tanári címet.

Ohm felfedezett egy egyszerű törvényt, amely összefüggést állapít meg az áramerősség és a feszültség között egy vezetékdarab esetében (az áramkör egy részére, a teljes áramkörre vonatkozóan). Ezenkívül olyan szabályokat alkotott, amelyek lehetővé teszik annak meghatározását, hogy mi fog változni, ha más méretű vezetéket vesz. Ohm törvénye a következőképpen fogalmazódik meg: az áramerősség az áramkör egy szakaszában egyenesen arányos az ebben a szakaszban lévő feszültséggel, és fordítottan arányos a szakasz ellenállásával.

Joule-Lenz törvény. Az elektromos áram az áramkör bármely részében bizonyos munkát végez. Például vegyünk egy olyan szakaszt az áramkörből, amelynek végei között feszültség (U) van. Az elektromos feszültség definíciója szerint a töltésegység két pont közötti mozgatásakor végzett munka egyenlő U-val. Ha az áramkör adott szakaszában az áramerősség i, akkor a töltés t idő alatt halad át, és ezért az elektromos áram munkája ebben a szakaszban a következő lesz:

Ez a kifejezés minden esetben érvényes egyenáramra, az áramkör bármely szakaszára, amely tartalmazhat vezetőket, villanymotorokat stb. Az áramteljesítmény, azaz az egységnyi idő alatti munka egyenlő:

Ezt a képletet használják az SI rendszerben a feszültség mértékegységének meghatározására.

Tegyük fel, hogy az áramkör szakasza rögzített vezető. Ebben az esetben az összes munka hővé válik, amely ebben a vezetőben szabadul fel. Ha a vezető homogén és engedelmeskedik Ohm törvényének (ez minden fémre és elektrolitra vonatkozik), akkor:

ahol r a vezető ellenállása. Ebben az esetben:

Ezt a törvényt először E. Lenz és tőle függetlenül Joule vezette le tapasztalati úton.

Meg kell jegyezni, hogy a vezetők fűtése számos alkalmazási területet talál a mérnöki területen. Közülük a leggyakoribb és legfontosabb az izzólámpák.

Az elektromágneses indukció törvénye. A 19. század első felében M. Faraday angol fizikus felfedezte a mágneses indukció jelenségét. Ez a tény, amely sok kutató tulajdonába került, erőteljes lendületet adott az elektro- és rádiótechnika fejlődésének.

A kísérletek során Faraday rájött, hogy amikor a zárt hurok által határolt felületen áthatoló mágneses indukciós vonalak száma megváltozik, abban elektromos áram keletkezik. Ez az alapja a fizika talán legfontosabb törvényének - az elektromágneses indukció törvényének. Az áramkörben fellépő áramot induktívnak nevezzük. Tekintettel arra, hogy az áramkörben csak szabad töltésekre ható külső erők esetén lép fel elektromos áram, akkor a zárt áramkör felületén áthaladó változó mágneses fluxusnál ugyanazok a külső erők jelennek meg benne. A külső erők hatását a fizikában elektromotoros erőnek vagy indukciós EMF-nek nevezik.

Az elektromágneses indukció a nyitott vezetőkben is megjelenik. Amikor a vezető keresztezi a mágneses erővonalak, végein feszültség keletkezik. Az ilyen feszültség megjelenésének oka az indukciós EMF. Ha a zárt áramkörön áthaladó mágneses fluxus nem változik, az induktív áram nem jelenik meg.

Az „indukció EMF” fogalmát használva beszélhetünk az elektromágneses indukció törvényéről, vagyis az indukció EMF-je zárt hurokban abszolút értékben egyenlő a mágneses fluxus változásának sebességével a határolt felületen keresztül. hurok.

Lenz szabálya. Mint már tudjuk, a vezetőben induktív áram lép fel. Megjelenésének körülményeitől függően eltérő irányt mutat. Ebből az alkalomból Lenz orosz fizikus a következő szabályt fogalmazta meg: a zárt áramkörben fellépő indukciós áram mindig olyan irányú, hogy az általa létrehozott mágneses tér nem engedi a mágneses fluxus változását. Mindez indukciós áram megjelenését okozza.

Az indukciós áramnak, mint minden másnak, van energiája. Ez azt jelenti, hogy indukciós áram esetén elektromos energia jelenik meg. Az energia megmaradásának és átalakulásának törvénye szerint a fent említett energia csak valamilyen más típusú energia energiamennyisége miatt keletkezhet. Így Lenz szabálya teljes mértékben megfelel az energia megmaradásának és átalakulásának törvényének.

A tekercsben az indukció mellett megjelenhet az úgynevezett önindukció. Ennek lényege a következő. Ha áram jelenik meg a tekercsben, vagy annak erőssége megváltozik, akkor változó mágneses tér jelenik meg. És ha a tekercsen áthaladó mágneses fluxus megváltozik, akkor elektromotoros erő keletkezik benne, amelyet az önindukció EMF-jének neveznek.

Lenz szabálya szerint az önindukció EMF-je zárt áramkör esetén zavarja az áramerősséget, és nem engedi megnövekedni. Amikor az EMF áramkör ki van kapcsolva, az önindukció csökkenti az áramerősséget. Abban az esetben, ha a tekercsben az áramerősség elér egy bizonyos értéket, a mágneses mező változása leáll, és az önindukciós EMF nullává válik.

Ez bizonyos töltött részecskék rendezett mozgása. A villamos energia teljes potenciáljának megfelelő kihasználása érdekében világosan meg kell érteni az eszköz és az elektromos áram működésének alapelveit. Tehát nézzük meg, mi a munka és az aktuális teljesítmény.

Honnan jön az elektromos áram?

A kérdés látszólagos egyszerűsége ellenére kevesen tudnak rá érthető választ adni. Természetesen manapság, amikor a technológia hihetetlen sebességgel fejlődik, az ember nem különösebben gondol olyan elemi dolgokra, mint az elektromos áram működési elve. Honnan jön az elektromosság? Bizonyára sokan azt válaszolják, hogy "Hát, természetesen a konnektorból", vagy egyszerűen vállat vonnak. Eközben nagyon fontos megérteni, hogyan működik az áram. Ezt nem csak a tudósoknak kell tudniuk, hanem a tudományok világával semmilyen kapcsolatban nem álló embereknek is, általános sokoldalú fejlődésük miatt. De a jelenlegi működési elv helyes használata nem mindenkinek való.

Tehát először meg kell értenie, hogy az elektromosság nem a semmiből származik: speciális generátorok állítják elő, amelyek különböző erőművekben találhatók. A turbinák lapátjainak forgatásának köszönhetően a víz szénnel vagy olajjal történő melegítése során keletkező gőz energiát termel, amelyet ezt követően egy generátor segítségével elektromos árammá alakítanak át. A generátor nagyon egyszerű: a készülék közepén egy hatalmas és nagyon erős mágnes található, amitől az elektromos töltések rézvezetékek mentén mozognak.

Hogyan jut el az elektromosság otthonunkba?

Miután bizonyos mennyiségű elektromos áramot nyert energia (termikus vagy nukleáris) segítségével, azt az emberek elláthatják. Az ilyen villamosenergia-ellátás a következőképpen működik: ahhoz, hogy az elektromos áram sikeresen elérje az összes lakást és vállalkozást, „nyomni kell”. És ehhez növelni kell az erőt, amely ezt megteszi. Az elektromos áram feszültségének nevezik. A működés elve a következő: az áram áthalad a transzformátoron, ami növeli a feszültségét. Továbbá az elektromos áram mélyen a föld alatt vagy magasságban elhelyezett kábeleken folyik (mert a feszültség néha eléri a 10 000 voltot, ami halálos az ember számára). Amikor az áram eléri a rendeltetési helyét, újra át kell haladnia a transzformátoron, ami most csökkenti a feszültségét. Ezután áthalad a vezetékeken a beépített árnyékolásokba bérházak vagy más épületek.

A vezetékeken átvezetett áram az aljzatrendszernek köszönhetően felhasználható, háztartási gépeket csatlakoztatva hozzájuk. A falakban további vezetékek vannak elhelyezve, amelyeken elektromos áram folyik, és ennek köszönhetően működik a világítás és a ház összes készüléke.

Mi a jelenlegi munka?

Az elektromos áram által önmagában hordozott energia idővel fénnyé vagy hővé alakul. Például amikor felkapcsoljuk a lámpát, elektromos kilátás energia fénnyé alakul.

Ha beszélni közérthető nyelven, akkor az áram munkája az a hatás, amelyet maga az elektromosság termelt. Ráadásul a képlettel nagyon könnyen kiszámítható. Az energiamegmaradás törvénye alapján megállapíthatjuk, hogy az elektromos energia nem tűnt el, részben vagy teljesen más formába változott, miközben bizonyos mennyiségű hőt ad le. Ez a hő az áram munkája, amikor áthalad a vezetőn és felmelegíti azt (hőcsere történik). Így néz ki a Joule-Lenz képlet: A \u003d Q \u003d U * I * t (a munka egyenlő a hőmennyiséggel vagy az aktuális teljesítmény szorzatával, és azzal az idővel, amely alatt átfolyt a vezetőn).

Mit jelent az egyenáram?

Az elektromos áram kétféle: váltakozó és közvetlen. Abban különböznek egymástól, hogy az utóbbi nem változtatja meg az irányt, két bilinccsel rendelkezik (pozitív "+" és negatív "-"), és mozgását mindig "+"-ról kezdi. És a váltakozó áramnak két kivezetése van - fázis és nulla. A vezető végén egy fázis jelenléte miatt egyfázisúnak is nevezik.

Az egyfázisú váltakozó és egyenáramú elektromos készülék elve teljesen eltérő: az egyenáramtól eltérően a váltakozó áram megváltoztatja mind az irányát (a fázistól a nulla felé, mind a nullától a fázis felé áramlást képez), és a nagyságát is. . Így például a váltakozó áram időszakosan megváltoztatja a töltés értékét. Kiderült, hogy 50 Hz-es frekvencián (50 oszcilláció másodpercenként) az elektronok pontosan 100-szor változtatják mozgásuk irányát.

Hol használnak egyenáramot?

Az egyenáramnak van néhány jellemzője. Mivel szigorúan egy irányba folyik, nehezebb átalakítani. A következő elemek tekinthetők egyenáram-forrásnak:

• elemek (lúgos és savas);
• kis készülékekben használt hagyományos akkumulátorok;
• valamint különféle eszközök, például konverterek.

DC működés

Mik a fő jellemzői? Ez a munka és a jelenlegi hatalom, és mindkét fogalom nagyon szorosan összefügg egymással. A teljesítmény az egységnyi idő alatti munkasebességet jelenti (1 s). A Joule-Lenz törvény szerint azt kapjuk, hogy az egyenáram munkája megegyezik magának az áramerősségnek, a feszültségnek és annak az időnek a szorzatával, amely alatt az elektromos tér munkája befejeződött a töltések átviteléhez. a karmester.

Így néz ki az áram munkájának megtalálásának képlete, figyelembe véve Ohm ellenállási törvényét a vezetőkben: A \u003d I 2 * R * t (a munka egyenlő az áramerősség négyzetének szorozva az értékkel a vezető ellenállásának és még egyszer megszorozva a munkavégzés időtartamának értékével).

Részecskék, elektromos töltéshordozók irányított (rendezett) mozgása elektromágneses térben.

Miben van elektromos áram különböző anyagok? Vegyük a mozgó részecskéket:

• fémekben - elektronok,
• elektrolitokban - ionok (kationok és anionok),
• gázokban - ionokban és elektronokban,
• vákuumban bizonyos körülmények között - elektronok,
• félvezetőkben - lyukak (elektron-lyuk vezetőképesség).

Néha az elektromos áramot az elektromos tér időbeli változásából eredő elmozdulási áramnak is nevezik.

Az elektromos áram a következőképpen nyilvánul meg:

• felmelegíti a vezetőket (a jelenség a szupravezetőknél nem figyelhető meg);
• változtatások kémiai összetétel vezető (ez a jelenség elsősorban az elektrolitokra jellemző);
• mágneses teret hoz létre (kivétel nélkül minden vezetőben megnyilvánul).

Ha töltött részecskék mozognak a makroszkopikus testek belsejében egy adott közeghez képest, akkor az ilyen áramot elektromos ""vezető áramnak" nevezik. Ha makroszkopikus töltött testek mozognak (például töltött esőcseppek), akkor ezt az áramot "konvekciónak" nevezik.

Az áramokat egyenáramra és váltakozóra osztják. Különféle váltakozó áramok is léteznek. Az áram típusainak meghatározásakor az "elektromos" szó kimarad.

• D.C- áram, amelynek iránya és nagysága nem változik az időben. Lehet lüktető, például egy egyirányú egyenirányított változó.
• Váltakozó áram egy elektromos áram, amely idővel változik. Váltakozó áram minden olyan áram, amely nem közvetlen.
• Periodikus áram- elektromos áram, amelynek pillanatnyi értékei rendszeres időközönként változatlan sorrendben ismétlődnek.
• Szinuszos áram- periodikus elektromos áram, amely az idő szinuszos függvénye. A váltakozó áramok közül a fő az áram, amelynek értéke szinuszos törvény szerint változik. Bármely periodikus nem szinuszos áram ábrázolható szinuszos harmonikus komponensek (harmonikusok) kombinációjaként a megfelelő amplitúdókkal, frekvenciákkal és kezdeti fázisokkal. Ebben az esetben a vezető mindkét végének elektrosztatikus potenciálja a vezető másik végének potenciáljához képest felváltva pozitívról negatívra és fordítva változik, miközben áthalad az összes közbenső potenciálon (beleértve a nulla potenciált is). Ennek eredményeként olyan áram keletkezik, amely folyamatosan változtatja az irányt: az egyik irányba haladva növekszik, eléri a maximumot, az úgynevezett amplitúdó értéket, majd csökken, egy ponton nullává válik, majd ismét nő, de a másik irányba és szintén elér maximális érték, leesik, hogy aztán ismét átmenjen a nullán, ezután folytatódik az összes változás ciklusa.
• Kvázi-stacionárius áram- viszonylag lassan változó váltóáram, amelynek pillanatnyi értékeinél kellő pontossággal kielégítik az egyenáram törvényei. Ezek a törvények Ohm törvénye, Kirchhoff szabályai és mások. A kvázi-stacionárius áram, valamint az egyenáram egy elágazás nélküli áramkör minden szakaszában azonos áramerősséggel rendelkezik. A kvázi-stacionárius áramkörök számításakor a kialakuló e. d.s. a kapacitás és az induktivitás indukcióit összesített paraméterként veszik figyelembe. Kvázi-stacionáriusnak nevezzük a közönséges ipari áramokat, kivéve a távolsági távvezetékek áramait, amelyeknél a vonal mentén a kvázi-stacionaritás feltétele nem teljesül.
• nagyfrekvenciás áram- váltóáram, (körülbelül több tíz kHz-es frekvenciától kezdve), amelyre olyan jelenségek válnak jelentőssé, amelyek vagy hasznosak, meghatározzák a felhasználását, vagy károsak, amelyek ellen a szükséges intézkedéseket megteszik, mint például az elektromágneses hullámsugárzás és a bőrhatás. Ezenkívül, ha a váltakozó áramú sugárzás hullámhossza összehasonlíthatóvá válik az elektromos áramkör elemeinek méreteivel, akkor a kvázi-stacionaritás feltétele sérül, ami speciális megközelítést igényel az ilyen áramkörök kiszámításához és tervezéséhez.
• Hullámos áram egy periodikus elektromos áram, amelynek átlagos értéke a periódus alatt nullától eltérő.
• Egyirányú áram olyan elektromos áram, amely nem változtatja meg irányát.

Légörvény

Az örvényáramok (vagy Foucault-áramok) egy masszív vezetőben lévő zárt elektromos áramok, amelyek a behatoló mágneses fluxus megváltozásakor keletkeznek, ezért az örvényáramok indukciós áramok. Minél gyorsabban változik a mágneses fluxus, annál erősebbek az örvényáramok. Az örvényáramok a vezetékekben nem bizonyos pályákon áramlanak, hanem a vezetőben zárva örvényszerű kontúrokat képeznek.

Az örvényáramok megléte bőreffektushoz vezet, vagyis ahhoz, hogy a váltakozó elektromos áram és a mágneses fluxus főleg a vezető felületi rétegében terjed. A vezetők örvényáramú melegítése energiaveszteséghez vezet, különösen az AC tekercsek magjaiban. Az örvényáramok okozta energiaveszteségek csökkentésére a váltakozó áramú mágneses áramkörök különálló, egymástól elszigetelt, az örvényáramok irányára merőleges lemezekre való felosztását alkalmazzák, ami korlátozza az örvényáramok lehetséges kontúrjait, és nagymértékben csökkenti a nagyságát. ezekből az áramlatokból. Nagyon magas frekvenciákon a ferromágnesek helyett mágneses áramkörökhöz magnetodielektrikumokat használnak, amelyekben a nagyon nagy ellenállás miatt gyakorlatilag nem fordulnak elő örvényáramok.

Jellemzők

Történelmileg elfogadott, hogy az áram """ iránya egybeesik a vezetőben lévő pozitív töltések mozgási irányával. Ebben az esetben, ha az egyetlen áramhordozó negatív töltésű részecskék (például elektronok egy fémben), akkor az áram iránya ellentétes a töltött részecskék mozgási irányával.

Elektronok sodródási sebessége

A vezetőben lévő részecskék külső tér által okozott irányított mozgásának sodródási sebessége függ a vezető anyagától, a részecskék tömegétől és töltésétől, a környezeti hőmérséklettől, az alkalmazott potenciálkülönbségtől, és jóval kisebb, mint a fénysebesség. . 1 másodperc alatt a vezetőben lévő elektronok rendezett mozgással kevesebb, mint 0,1 mm-t mozognak. Ennek ellenére a tényleges elektromos áram terjedési sebessége megegyezik a fény sebességével (az elektromágneses hullámfront terjedési sebességével). Vagyis az a hely, ahol az elektronok megváltoztatják mozgási sebességüket feszültségváltozás után, a terjedési sebességgel mozog elektromágneses rezgések.

Erősség és áramsűrűség

Az elektromos áramnak kvantitatív jellemzői vannak: skalár - áramerősség és vektor - áramsűrűség.

Erősségi áram a - fizikai mennyiség, egyenlő a töltés mértékének arányával

Eltűnt egy időre

a vezető keresztmetszetén keresztül ennek az időintervallumnak az értékére.

Az áramerősséget SI-ben amperben mérik (nemzetközi és orosz jelölés: A).

Ohm törvénye szerint az áram

az áramköri szakaszban egyenesen arányos az elektromos feszültséggel

Az áramkör ezen szakaszára vonatkozik, és fordítottan arányos az ellenállásával

Ha az áramköri szakaszban az elektromos áram nem állandó, akkor a feszültség és az áramerősség folyamatosan változik, míg a normál váltakozó áramnál a feszültség és az áramerősség átlagos értéke nulla. A felszabaduló hő átlagos teljesítménye azonban ebben az esetben nem egyenlő nullával.

Ezért a következő kifejezéseket használják:

• pillanatnyi feszültség és áramerősség, azaz a behatás Ebben a pillanatban idő.
• csúcsfeszültség és áramerősség, vagyis a maximális abszolút értékek
• Az effektív (effektív) feszültséget és az áramerősséget az áram hőhatása határozza meg, vagyis ugyanazok az értékek, mint az azonos hőhatású egyenáramnál.

pillanatnyi sűrűség- egy vektor, amelynek abszolút értéke megegyezik a vezető bizonyos szakaszán átfolyó áram erősségének arányával, amely merőleges az áram irányára, ennek a szakasznak a területéhez és a vezeték irányához a vektor egybeesik az áramot alkotó pozitív töltések mozgási irányával.

Ohm törvénye szerint differenciális formában az áramsűrűség a közegben

arányos az elektromos térerősséggel

és a közeg vezetőképessége

Erő

A vezetőben lévő áram jelenlétében az ellenállási erők ellen dolgozik. Bármely vezető elektromos ellenállása két összetevőből áll:

• aktív ellenállás - ellenállás a hőtermeléssel szemben;
• reaktancia - ellenállás az energia elektromos vagy mágneses mezőbe történő átvitele miatt (és fordítva).

Általában az elektromos áram által végzett munka nagy része hőként szabadul fel. A hőveszteség teljesítményét értéknek nevezzük, számával egyenlő egységnyi idő alatt leadott hőt. A Joule-Lenz törvény szerint a vezető hővesztesége arányos az átfolyó áram erősségével és az alkalmazott feszültséggel:

A teljesítményt wattban mérik.

Folyamatos közegben a térfogati teljesítményveszteség

eltökélt skaláris szorzatáramsűrűség vektor

és elektromos térerősség vektor

ezen a ponton:

A térfogati teljesítményt watt per köbméterben mérik.

A sugárzás ellenállását a vezető körül kialakuló elektromágneses hullámok okozzák. Ez az ellenállás összetett függésben van a vezető alakjától és méretétől, a kibocsátott hullám hullámhosszától. Egyetlen egyenes vonalú vezetőre, amelyben mindenhol azonos irányú és erősségű áram van, és amelynek L hossza sokkal kisebb, mint az általa kibocsátott elektromágneses hullám hossza.

Az ellenállás hullámhossztól és vezetőtől való függése viszonylag egyszerű:

A leggyakrabban használt 50 "Hz" szabványos frekvenciájú elektromos áram körülbelül 6 ezer kilométeres hullámhossznak felel meg, ezért a sugárzási teljesítmény általában elhanyagolhatóan kicsi a hőveszteséghez képest. Az áram frekvenciájának növekedésével azonban a kibocsátott hullám hossza csökken, és ennek megfelelően nő a sugárzási teljesítmény. Az érzékelhető energia kisugárzására képes vezetőt antennának nevezzük.

Frekvencia

A frekvencia olyan váltakozó áramra utal, amely időszakosan változtatja az erősséget és/vagy irányt. Ide tartozik a leggyakrabban használt áram is, amely szinuszos törvény szerint változik.

A váltakozó áram periódusa az a legrövidebb időtartam (másodpercben kifejezve), amely után az áram (és a feszültség) változásai megismétlődnek. Az áram által teljesített periódusok számát egységnyi idő alatt frekvenciának nevezzük. A frekvenciát hertzben mérik, egy hertz (Hz) másodpercenként egy ciklusnak felel meg.

Előfeszítő áram

Néha a kényelem kedvéért bevezetik az eltolási áram fogalmát. A Maxwell-egyenletekben az elmozdulási áram egyenlő mértékben van jelen a töltések mozgásából származó árammal. A mágneses tér intenzitása a teljes elektromos áramtól függ, amely egyenlő a vezetési áram és az eltolási áram összegével. Definíció szerint az előfeszítési áramsűrűség

Az elektromos tér változási sebességével arányos vektormennyiség

időben:

Az a tény, hogy amikor az elektromos tér megváltozik, valamint amikor az áram folyik, mágneses mező keletkezik, ami ezt a két folyamatot eredményezi. hasonló barát egy baráton. Ezenkívül az elektromos tér változása általában energiaátadással jár együtt. Például egy kondenzátor töltésénél és kisütésénél annak ellenére, hogy a töltött részecskék nem mozognak a lemezei között, átfolyó elmozduló áramról beszélnek, amely némi energiát hordoz, és sajátos módon lezárja az elektromos áramkört. Előfeszítő áram

a kondenzátorban a következő képlet határozza meg:

A kondenzátorlapok töltése,

Elektromos feszültség a lemezek között,

A kondenzátor elektromos kapacitása.

Az elmozduló áram nem elektromos áram, mert nincs összefüggésben az elektromos töltés mozgásával.

A vezetők fő típusai

A dielektrikumoktól eltérően a vezetők kompenzálatlan töltések szabad hordozóit tartalmazzák, amelyek egy erő, általában az elektromos potenciálkülönbség hatására mozgásba lendülnek és elektromos áramot hoznak létre. Az áram-feszültség karakterisztika (az áramerősség feszültségfüggősége) a vezető legfontosabb jellemzője. A fémes vezetők és elektrolitok esetében megvan a legegyszerűbb forma: az áramerősség egyenesen arányos a feszültséggel (ohm törvénye).

Fémek - itt az áramhordozók a vezetési elektronok, amelyeket általában elektrongáznak tekintenek, jól mutatva a degenerált gáz kvantumtulajdonságait.

A plazma ionizált gáz. Az elektromos töltést ionok (pozitív és negatív) és szabad elektronok hordozzák, amelyek sugárzás (ultraibolya, röntgen és mások) és (vagy) melegítés hatására képződnek.

Az elektrolitok folyékony vagy szilárd anyagok és rendszerek, amelyekben az ionok bármilyen észrevehető koncentrációban jelen vannak, ami elektromos áram áthaladását okozza. Az elektrolitikus disszociáció során ionok keletkeznek. Melegítéskor az elektrolitok ellenállása csökken az ionokra bomló molekulák számának növekedése miatt. Az elektroliton áthaladó áram következtében az ionok közelednek az elektródákhoz, és semlegesítve leülepednek rájuk. Az elektrolízis Faraday törvényei meghatározzák az elektródákon felszabaduló anyag tömegét.

A vákuumban az elektronok elektromos árama is van, amelyet a katódsugaras eszközökben használnak.

Elektromos áramok a természetben

A légköri elektromosság a levegőben található elektromosság. Benjamin Franklin most először mutatta meg az elektromosság jelenlétét a levegőben, és elmagyarázta a mennydörgés és villámlás okát.

Ezt követően megállapították, hogy az elektromosság felhalmozódik a gőzök lecsapódásában a felső légkörben, és a következő törvényeket jelezték, amelyek a légköri elektromosságot követik:

• nál nél tiszta ég, valamint borult idő esetén a légkör elektromossága mindig pozitív, ha a megfigyelési ponttól bizonyos távolságra nem esik eső, jégeső vagy hó;
• a felhők elektromosságának feszültsége elég erős lesz ahhoz, hogy csak akkor szabaduljon ki a környezetből, amikor a felhőgőzök esőcseppek, ami azzal igazolható, hogy a megfigyelési helyen nincs eső, hó vagy jégeső nélküli villámkisülés, kivéve a villám visszatérését;
• a légköri elektromosság a páratartalom növekedésével növekszik, és eső, jégeső és hóeséskor eléri a maximumot;
• az a hely, ahol esik, a pozitív elektromosság tározója, amelyet egy negatív elektromosság öve vesz körül, amely viszont egy pozitív övbe van zárva. Ezeknek a szalagoknak a határain a feszültség nulla.

Az ionok mozgása elektromos térerők hatására függőleges vezetési áramot képez a légkörben közepes sűrűségű, körülbelül (2÷3) 10 -12 A/m².

A Föld teljes felületére áramló összáram körülbelül 1800 A.

A villámlás természetes szikrázó elektromos kisülés. Megállapították az aurorák elektromos természetét. A St. Elmo-tüzek természetes koronaelektromos kisülések.

Bioáramok - az ionok és elektronok mozgása nagyon jelentős szerepet játszik minden életfolyamatban. Az ebben az esetben létrejövő biopotenciál mind intracelluláris szinten, mind pedig a test egyes részein és a szervekben létezik. Az idegimpulzusok átvitele elektrokémiai jelek segítségével történik. Néhány állat ( elektromos rámpák, elektromos angolna) több száz voltos potenciált képesek felhalmozni, és ezt önvédelemre használják.

Alkalmazás

Az elektromos áram tanulmányozása során számos tulajdonságát felfedezték, ami lehetővé tette számára, hogy megtalálja gyakorlati használat az emberi tevékenység különböző területein, sőt olyan új területeket hoznak létre, amelyek az elektromos áram megléte nélkül nem lennének lehetségesek. Miután az elektromos áram gyakorlati alkalmazásra talált, és abból az okból, hogy az elektromos áramot meg lehessen szerezni különböző utak, az ipari szférában egy új koncepció jelent meg - a villamosenergia-ipar.

Az elektromos áramot különböző bonyolultságú és típusú jelek hordozójaként használják különböző területeken (telefon, rádió, vezérlőpanel, gomb ajtózár stb).

Egyes esetekben nemkívánatos elektromos áramok jelennek meg, például szórt áramok vagy rövidzárlati áramok.

Az elektromos áram felhasználása energiahordozóként

• mechanikai energia beszerzése különböző villanymotorokban,
• hőenergia kinyerése fűtőberendezésekben, elektromos kemencékben, elektromos hegesztés során,
• fényenergia beszerzése világító- és jelzőberendezésekben,
• nagyfrekvenciás, ultramagas frekvenciájú és rádióhullámok elektromágneses oszcillációinak gerjesztése,
• hang vétele,
• különböző anyagok kinyerése elektrolízissel, elektromos akkumulátorok töltése. Itt alakul át az elektromágneses energia kémiai energiává.
• mágneses mező létrehozása (elektromágnesekben).

Az elektromos áram alkalmazása az orvostudományban

• diagnosztika - az egészséges és a beteg szervek bioáramoi eltérőek, miközben meg lehet határozni a betegséget, annak okait és előírni a kezelést. Az élettannak azt az ágát, amely a test elektromos jelenségeit vizsgálja, elektrofiziológiának nevezik.
  • Az elektroencephalográfia az agy funkcionális állapotának tanulmányozására szolgáló módszer.
  • Az elektrokardiográfia az elektromos mezők rögzítésére és tanulmányozására szolgáló technika a szív munkája során.
  • Az elektrogasztrográfia egy módszer a gyomor motoros aktivitásának tanulmányozására.
  • Az elektromiográfia egy módszer a vázizmokban előforduló bioelektromos potenciálok tanulmányozására.
• Kezelés és újraélesztés: az agy egyes területeinek elektromos stimulációja; Parkinson-kór és epilepszia kezelésére, elektroforézisre is. A szívizmot impulzusárammal stimuláló pacemakert bradycardia és egyéb szívritmuszavarok esetén használnak.

elektromos biztonság

Tartalmazza a jogi, társadalmi-gazdasági, szervezési és műszaki, egészségügyi és higiéniai, orvosi és megelőző, rehabilitációs és egyéb intézkedéseket. Az elektromos biztonsági szabályokat jogi és műszaki dokumentumok, szabályozási és műszaki keretek szabályozzák. A villamos biztonság alapjainak ismerete kötelező az elektromos berendezéseket, elektromos berendezéseket szervizelõ személyzet számára. Az emberi test az elektromos áram vezetője. Az emberi ellenállás száraz és ép bőrrel 3 és 100 kOhm között van.

Az emberi vagy állati testen áthaladó áram a következő hatásokat váltja ki:

• termikus (égések, melegítés és az erek károsodása);
• elektrolitikus (vérbomlás, a fizikai-kémiai összetétel megsértése);
• biológiai (testszövetek irritációja és gerjesztése, görcsök)
• mechanikus (erek szakadása gőznyomás hatására, amelyet vérárammal való melegítéssel kapnak)

Az áramütés kimenetelét meghatározó fő tényező az emberi testen áthaladó áram mennyisége. A biztonsági intézkedések szerint az elektromos áramot a következőképpen osztályozzák:

• "biztonságos" az az áram, amelynek hosszú áthaladása az emberi testen nem károsítja és nem okoz semmilyen érzetet, értéke nem haladja meg az 50 μA-t (váltóáram 50 Hz) és a 100 μA egyenáramot;
• A "minimálisan érzékelhető" váltakozó áram körülbelül 0,6-1,5 mA (váltakozó áram 50 Hz) és 5-7 mA egyenáram;
• A "nem engedés" küszöbértéke az a minimális áramerősség, amelynél az ember már nem tudja akaraterőre emelni a kezét az áramot szállító részről. Váltakozó áram esetén ez körülbelül 10-15 mA, egyenáram esetén - 50-80 mA;
• A „fibrillációs küszöb” körülbelül 100 mA-es váltakozóáramra (50 Hz) és 300 mA egyenáramra vonatkozik, amely több mint 0,5 s-nál nagyobb valószínűséggel szívizom fibrillációt okoz. Ez a küszöb egyidejűleg feltételesen halálosnak tekinthető az emberek számára.

Oroszországban a fogyasztók elektromos berendezéseinek műszaki üzemeltetésére vonatkozó szabályokkal összhangban (Az Orosz Föderáció Energiaügyi Minisztériumának 2003. január 13-i 6. számú rendelete „A villamosenergia-berendezések műszaki üzemeltetésére vonatkozó szabályok jóváhagyásáról” fogyasztók) és a munkavédelmi szabályok az elektromos berendezések üzemeltetése során (az Orosz Föderáció Energiaügyi Minisztériumának 2000. december 27-i rendelete, N 163 „Az üzemeltetésre vonatkozó ágazatközi munkavédelmi szabályok (biztonsági szabályok) jóváhagyásáról Villamos szerelések”), a munkavállaló képzettségétől és szolgálati idejétől, valamint az elektromos berendezések feszültségétől függően 5 villamos biztonsági minősítési csoport került kialakításra.

Megjegyzések

• Baumgart K. K., Elektromos áram.
• MINT. Kasatkin. Villamosmérnök.
• DÉLI. Sindeev. Elektrotechnika elektronikai elemekkel.

Elektromosság

Nak nek kategória:

Darukezelők és hevederek

-

Elektromosság

Mit nevezünk elektromos áramnak?

A töltött részecskék rendezett (irányított) mozgását elektromos áramnak nevezzük. Ezenkívül az elektromos áramot, amelynek erőssége nem változik az időben, állandónak nevezzük. Ha az áram mozgásának iránya változik és változik. nagyságban és irányban ismétlődnek ugyanabban a sorrendben, akkor az ilyen áramot váltakozónak nevezzük.

Mi okozza és tartja fenn a töltött részecskék rendezett mozgását?

-

Előidézi és fenntartja a töltött részecskék elektromos mezőjének szabályos mozgását. Van-e bizonyos iránya az elektromos áramnak?
Megvan. Az elektromos áram irányát a pozitív töltésű részecskék mozgásának tekintjük.

Lehetséges-e közvetlenül megfigyelni a töltött részecskék mozgását egy vezetőben?

Nem. De az elektromos áram jelenléte megítélhető azokkal a cselekvésekkel és jelenségekkel, amelyekkel együtt jár. Például egy vezetőt, amely mentén a töltött részecskék mozognak, felmelegítik, és a vezetőt körülvevő térben mágneses mező képződik, és a mágnestű a vezető közelében elektromos árammal elfordul. Ezenkívül a gázokon áthaladó áram izzítja azokat, és a sók, lúgok és savak oldatain áthaladva alkotórészekre bontja azokat.

Mi határozza meg az elektromos áram erősségét?

Az elektromos áram erősségét az egységnyi idő alatt a vezető keresztmetszetén áthaladó villamos energia mennyisége határozza meg.
Az áramkörben az áramerősség meghatározásához el kell osztani az átfolyó villamos energia mennyiségét az áramlati idővel.

Mi az áram mértékegysége?

Az áramerősség mértékegysége annak a változatlan áramnak az erőssége, amely vákuumban két, egymástól 1 m távolságra elhelyezkedő, egymással párhuzamos, végtelen hosszúságú, egyenes vonalú vezetőn áthaladva vákuumban a vezetők közötti erő méterenként 2 Newton. Ezt az egységet Ampere-nek nevezték el Ampère francia tudós tiszteletére.

Mi a villamos energia mennyiségi egysége?

A Coulomb (Ku) az elektromosság mértékegysége, amely 1 Amper (A) áramerősség mellett egy másodperc alatt halad át.

Milyen műszerrel mérik az elektromos áramot?

Az elektromos áram erősségét ampermérőknek nevezett eszközökkel mérik. Az ampermérő skála amperben és az amper törtrészében van kalibrálva a pontos szabványos műszerek leolvasása alapján. Az áramerősséget a nyíl jelzései szerint számolja, amely a skálán a nulla osztástól mozog. Az ampermérő sorba van kötve az elektromos áramkörrel, a készüléken található két kapocs vagy bilincs segítségével. Mi az elektromos feszültség?
Az elektromos áram feszültsége az elektromos tér két pontja közötti potenciálkülönbség. Egyenlő azzal a munkával, amelyet az elektromos tér erői végeznek, amikor az egységnyi pozitív töltést a mező egyik pontjából a másikba mozgatják.

A feszültségmérés alapegysége a volt (V).

Milyen műszerrel mérik az elektromos áram feszültségét?

Az elektromos áram feszültségét a készülék méri; rum, amelyet voltmérőnek neveznek. Egy voltmérő párhuzamosan van csatlakoztatva egy elektromos áramkörben. Fogalmazzuk meg az Ohm-törvényt az áramköri szakaszon.

Mi a vezető ellenállása?

A vezető ellenállása egy olyan fizikai mennyiség, amely a vezető tulajdonságait jellemzi. Az ellenállás mértékegysége az ohm. Ezenkívül az 1 ohmos ellenállásnak van egy vezetéke, amelyben 1 A áramerősség van beállítva 1 V-os feszültségre.

Függ-e a vezetők ellenállása a rajtuk átfolyó elektromos áram nagyságától?

Egy bizonyos hosszúságú és keresztmetszetű homogén fémvezető ellenállása nem függ a rajta átfolyó áram nagyságától.

Mi határozza meg az elektromos vezetők ellenállását?

Az elektromos áram vezetőinek ellenállása függ a vezető hosszától, keresztmetszeti területétől és a vezető anyagától (anyag-ellenállás).

Ezenkívül az ellenállás egyenesen arányos a vezető hosszával, fordítottan arányos a keresztmetszeti területtel, és a fent említett módon függ a vezető anyagától.

A vezetők ellenállása függ a hőmérséklettől?

Igen, attól függ. A fémvezető hőmérsékletének növekedése a részecskék hőmozgási sebességének növekedését okozza. Ez a szabad elektronok ütközéseinek számának növekedéséhez, következésképpen az átlagos szabad út csökkenéséhez vezet, aminek következtében vezetőképességés növeli ellenállás anyag.

A tiszta fémek hőmérsékleti ellenállási együtthatója hozzávetőlegesen 0,004 °C, ami 10 °C-os hőmérsékletnövekedés mellett 4%-os ellenállásnövekedést jelent.

Az elektrolitszén hőmérsékletének emelkedésével az átlagos szabad út is csökken, miközben a töltéshordozók koncentrációja nő, aminek következtében ellenállásuk a hőmérséklet emelkedésével csökken.

Fogalmazzuk meg Ohm törvényét zárt áramkörre!

A zárt áramkörben az áramerősség egyenlő az áramkör elektromotoros erejének a teljes ellenállásához viszonyított arányával.

Ez a képlet azt mutatja, hogy az áramerősség három mennyiségtől függ: az E elektromotoros erőtől, a külső ellenállástól R és a belső ellenállástól r. A belső ellenállásnak nincs észrevehető hatása az áramerősségre, ha a külső ellenálláshoz képest kicsi. Ebben az esetben az áramforrás kivezetésein lévő feszültség megközelítőleg megegyezik az elektromotoros erővel (EMF).

Mi az elektromotoros erő (EMF)?

Az elektromotoros erő a töltést az áramkör mentén mozgó külső erők munkájának aránya a töltéshez. A potenciálkülönbséghez hasonlóan az elektromotoros erőt is voltban mérik.

Milyen erőket nevezünk külső erőknek?

Az elektromosan töltött részecskékre ható erőket, az elektrosztatikus eredetű potenciális erők (pl. Coulomb) kivételével, külső erőknek nevezzük. Ezen erők munkájának köszönhető, hogy a töltött részecskék energiát vesznek fel, majd adják el, amikor egy elektromos áramkör vezetőiben mozognak.

A harmadik féltől származó erők feltöltött részecskéket mozgatnak egy áramforrásban, generátorban, akkumulátorban stb.

Ennek eredményeként töltések jelennek meg az áramforrás kivezetésein ellentétes jel, és a kivezetések között egy bizonyos potenciálkülönbség. Továbbá az áramkör zárásakor a felületi töltések kialakulása megkezdődik, elektromos mezőt hozva létre az áramkörben, ami annak eredményeként jelenik meg, hogy az áramkör zárásakor szinte azonnal felületi töltés keletkezik a teljes felületen. a karmesteré. A forrás belsejében a töltések külső erők hatására mozognak az elektrosztatikus tér erőivel szemben (pozitív mínuszról pluszra), és az áramkör többi részében az elektromos tér mozgásba hozza őket.

Rizs. 1. Elektromos áramkör: 1- forrás, áram (akkumulátor); 2 - ampermérő; 3 - az energia utódja (izzólámpára fektetve); 4 - elektromos vezetékek; 5 - egypólusú ruSidnik; 6 - biztosítékok

Mit nevezünk áramerősségnek? Ez a kérdés többször is felmerült a beszélgetés során. különféle kérdéseket. Ezért úgy döntöttünk, hogy részletesebben foglalkozunk vele, és megpróbáljuk a lehető legkönnyebben hozzáférhetővé tenni hatalmas számú képlet és érthetetlen kifejezés nélkül.

Tehát mit nevezünk elektromos áramnak? Ez töltött részecskék irányított árama. De mik ezek a részecskék, miért mozognak hirtelen, és hol? Ez nem egészen világos. Nézzük tehát ezt a kérdést részletesebben.

• Kezdjük a töltött részecskék kérdésével, amelyek valójában elektromos áram hordozói. Különböző anyagokban különböznek egymástól. Például mi az elektromos áram a fémekben? Ezek elektronok. Gázokban, elektronokban és ionokban; félvezetőkben - lyukak; az elektrolitokban pedig kationok és anionok.

• Ezek a részecskék bizonyos töltéssel rendelkeznek. Lehet pozitív vagy negatív. A pozitív és negatív töltés definíciója feltételesen adott. Részecskék, amelyek ugyanaz a töltés, taszítják egymást, és az ellentétek vonzzák egymást.

• Ez alapján logikusnak tűnik, hogy a mozgás a pozitív pólustól a negatív felé történik. És minél több töltött részecske van egy töltött póluson, annál több kerül belőlük más előjelű pólusra.
• De ez mind mély elmélet, ezért vegyünk egy konkrét példát. Tegyük fel, hogy van egy konnektorunk, amelyhez semmilyen eszköz nincs csatlakoztatva. Van ott áram?
• A kérdés megválaszolásához tudnunk kell, mi a feszültség és az áram. Az érthetőség kedvéért nézzük meg ezt egy vízzel ellátott cső példáján. Egyszerűen fogalmazva, a cső a mi vezetékünk. Ennek a csőnek a keresztmetszete a feszültség elektromos hálózat, és az áramlási sebesség az elektromos áramunk.
• Visszatérünk az üzletünkbe. Ha egy csővel analógiát vonunk le, akkor a hozzá csatlakoztatott elektromos készülékek nélküli kimenet egy szeleppel lezárt cső. Vagyis nincs áram.

• De van ott feszültség.És ha a csőben az áramlás megjelenéséhez ki kell nyitni a szelepet, akkor ahhoz, hogy elektromos áramot hozzon létre a vezetőben, csatlakoztatni kell a terhelést. Ezt úgy teheti meg, hogy bedugja a dugót a konnektorba.
• Természetesen ez a kérdés nagyon leegyszerűsített bemutatása, és néhány szakember hibát talál bennem, és pontatlanságra mutat rá. De képet ad arról, hogy mit nevezünk elektromos áramnak.

Egyenáram és váltakozó áram

A következő kérdés, amelyet javasolunk megérteni: mi a váltóáram és egyenáram. Végül is sokan nem egészen pontosan értik ezeket a fogalmakat.

Az állandó áram olyan áram, amely nem változtatja meg nagyságát és irányát az idő múlásával. A pulzáló áramot gyakran állandónak is nevezik, de beszéljünk mindenről sorban.

• Az egyenáramra jellemző, hogy állandóan ugyanannyi elektromos töltés helyettesíti egymást ugyanabban az irányban. Az irány az egyik pólustól a másikig.
• Kiderül, hogy a vezetőnek mindig van pozitív vagy negatív töltése.És idővel változatlan.

Jegyzet! Az egyenáram irányának meghatározásakor következetlenségek adódhatnak. Ha az áramot pozitív töltésű részecskék mozgása hozza létre, akkor annak iránya megfelel a részecskék mozgásának. Ha az áramot negatív töltésű részecskék mozgása hozza létre, akkor annak irányát a részecskék mozgásával ellentétesnek tekintjük.

• De az egyenáram fogalma alatt gyakran úgynevezett pulzáló áramnak nevezik. Csak abban különbözik az állandótól, hogy az értéke idővel változik, ugyanakkor előjelét nem változtatja.
• Tegyük fel, hogy 5A áramunk van. Egyenáram esetén ez az érték a teljes időtartam alatt változatlan marad. Pulzáló áram esetén az egyik időtartamban 5, a másikban 4, a harmadikban 4,5 lesz. De ugyanakkor semmi esetre sem csökken nulla alá, és nem változtatja meg az előjelét.

• Ez a hullámos áram nagyon gyakori az AC DC-vé alakításakor. Ezt a pulzáló áramot állítja elő az inverter vagy a diódahíd az elektronikában.
• Az egyenáram egyik fő előnye, hogy tárolható. Ezt megteheti saját kezével, akkumulátorok vagy kondenzátorok használatával.

Váltakozó áram

Ahhoz, hogy megértsük, mi a váltakozó áram, el kell képzelnünk egy szinuszoidot. Ez a lapos görbe az, amely a legjobban jellemzi az egyenáram változását, és ez a szabvány.

	A szinuszos hullámhoz hasonlóan a váltakozó áram is állandó frekvencián változtatja a polaritását. Egyik időszakban pozitív, másik időszakban negatív.
	Ezért közvetlenül a mozgásvezetőben nincsenek töltéshordozók, mint olyanok. Ennek megértéséhez képzeljünk el egy hullámot, amely a parthoz csapódik. Egy irányba mozog, majd az ellenkező irányba. Ennek eredményeként a víz mozogni látszik, de a helyén marad.
	Ez alapján a váltakozó áramnak nagyon fontos tényező polaritásváltozási sebességévé válik. Ezt a tényezőt frekvenciának nevezzük. Minél nagyobb ez a frekvencia, annál gyakrabban változik a váltakozó áram polaritása másodpercenként. Hazánkban erre az értékre van szabvány - ez 50 Hz. Vagyis a váltakozó áram extrém pozitívról extrém negatívra változtatja értékét másodpercenként 50-szer.
	De nem csak 50 Hz frekvenciájú váltakozó áram létezik. Sok berendezés különböző frekvenciájú váltakozó árammal működik. Végül is a váltakozó áram frekvenciájának megváltoztatásával megváltoztathatja a motorok forgási sebességét. Magasabb adatfeldolgozási sebességet is elérhet – mint például a számítógépes chipkészletekben, és még sok más.

Jegyzet! Egy közönséges izzó példáján jól látható, hogy mi a váltakozó és egyenáram. Ez különösen a rossz minőségű diódalámpákon látszik, de ha alaposan megnézzük, egy közönséges izzólámpán is láthatjuk. Egyenárammal üzemelve egyenletes fénnyel égnek, váltóáramú üzem esetén enyhén villognak.

Mi a teljesítmény és az áramsűrűség?

Nos, megtudtuk, mi az egyenáram és mi a váltóáram. De valószínűleg még mindig sok kérdésed van. Cikkünk ebben a részében megpróbáljuk ezeket figyelembe venni.

Ebből a videóból többet megtudhat arról, mi a hatalom.

• És ezek közül az első kérdések a következők: mekkora az elektromos áram feszültsége? A feszültség két pont közötti potenciálkülönbség.

• Rögtön felmerül a kérdés, hogy miben rejlik a lehetőség? Most megint hibát találnak bennem a szakemberek, de fogalmazzunk úgy: ez a töltött részecskék feleslege. Vagyis van egy pont, ahol a töltött részecskék feleslege van – és van egy második pont, ahol ezek a töltött részecskék vagy többé-kevésbé vannak. Ezt a különbséget feszültségnek nevezzük. Voltban (V) mérik.

• Vegyünk példának egy közönséges aljzatot. Valószínűleg mindenki tudja, hogy a feszültsége 220 V. Két vezeték van az aljzatban, és a 220 V-os feszültség azt jelenti, hogy az egyik vezeték potenciálja nagyobb, mint a második vezeték potenciálja, csak ezeknél a 220 V-nál.
• Meg kell értenünk a feszültség fogalmát, hogy megértsük, mi az elektromos áram teljesítménye. Bár szakmai szempontból ez az állítás nem teljesen igaz. Az elektromos áramnak nincs teljesítménye, hanem származéka.

• Ennek megértéséhez térjünk vissza a vízcső-hasonlatunkhoz. Mint emlékszik, ennek a csőnek a keresztmetszete a feszültség, és a cső áramlási sebessége az áram. Tehát: a teljesítmény az a vízmennyiség, amely ezen a csövön keresztül áramlik.
• Logikus azt feltételezni, hogy egyenlő keresztmetszetek, azaz feszültségek esetén minél erősebb az áramlás, vagyis az elektromos áram, annál nagyobb a vízáramlás a csövön keresztül. Ennek megfelelően minél több teljesítmény kerül át a fogyasztóra.
• De ha a vízzel analóg módon szigorúan meghatározott mennyiségű vizet tudunk átvinni egy bizonyos szakaszú csövön keresztül, mivel a víz nem tömörül, akkor az elektromos árammal nem minden. Bármely vezetőn keresztül elméletileg bármilyen áramot továbbíthatunk. De a gyakorlatban egy kis keresztmetszetű vezető nagy sűrűségű az áram csak kiég.

• Ebben a tekintetben meg kell értenünk, mi az áramsűrűség. Nagyjából ez azoknak az elektronoknak a száma, amelyek egységnyi idő alatt áthaladnak a vezető bizonyos szakaszán.
• Ennek a számnak optimálisnak kell lennie. Hiszen ha nagy keresztmetszetű vezetőt veszünk, és kis áramot továbbítunk rajta, akkor egy ilyen villanyszerelés ára magas lesz. Ugyanakkor, ha egy kis keresztmetszetű vezetőt veszünk, akkor a nagy áramsűrűség miatt túlmelegszik és gyorsan kiég.
• Ebben a tekintetben a PUE-nak van egy megfelelő része, amely lehetővé teszi a vezetők kiválasztását a gazdasági áramsűrűség alapján.

• De térjünk vissza a jelenlegi hatalom fogalmához? Amint azt analógiánkkal megértettük, ugyanazon csőszakasz mellett az átvitt teljesítmény csak az áramerősségtől függ. De ha a csövünk keresztmetszete megnő, vagyis a feszültség nő, ebben az esetben az áramlási sebesség azonos értékei mellett teljesen különböző mennyiségű víz kerül továbbításra. Ugyanez igaz az elektromosságra is.

• Minél nagyobb a feszültség, annál kisebb áramra van szükség ugyanazon teljesítmény átviteléhez. Ezért használják a nagyfeszültségű vezetékeket a nagy teljesítmény nagy távolságokra történő átvitelére.

Végül is egy 120 mm 2 vezeték-keresztmetszetű, 330 kV feszültségű vezeték többszörösen nagyobb teljesítményt képes továbbítani, mint egy azonos keresztmetszetű, de 35 kV feszültségű vezeték. Bár amit jelenlegi erősségnek neveznek, azok ugyanazok lesznek.

Az elektromos áram átvitelének módszerei

Megtudtuk, mi az áram és feszültség. Ideje kitalálni, hogyan kell elosztani az elektromos áramot. Ez lehetővé teszi, hogy a jövőben magabiztosabban kezelje az elektromos készülékeket.

Mint már említettük, az áramerősség változó és állandó lehet. Az iparban és az Ön aljzataiban váltakozó áramot használnak. Gyakoribb, mivel könnyebb a huzalozás. Az a tény, hogy az egyenfeszültség megváltoztatása meglehetősen nehéz és költséges, és a váltakozó feszültséget normál transzformátorokkal módosíthatja.

Jegyzet! Egyenáramú váltóáramú transzformátor nem működik. Mivel az általa használt tulajdonságok csak a váltakozó áramban rejlenek.

• De ez egyáltalán nem jelenti azt, hogy sehol nem használnak egyenáramot. Van neki másik hasznos ingatlan, ami nem velejárója a változónak. Felhalmozható és tárolható.
• Ebben a tekintetben minden hordozható elektromos készülékben egyenáramot használnak vasúti szállítás, valamint egyes ipari létesítményekben, ahol az áramellátás teljes leállása után is meg kell tartani a teljesítményt.

• A leggyakoribb tárolási mód elektromos energia, újratölthető akkumulátorok. Különlegesek vannak kémiai tulajdonságok, lehetővé téve a felhalmozódást, majd ha szükséges, adjon egyenáramot.
• Minden akkumulátornak szigorúan korlátozott mennyiségű tárolt energiája van. Ezt az akkumulátor kapacitásának nevezik, és részben az akkumulátor indítóárama határozza meg.
• Mekkora az akkumulátor indítóárama? Ez az az energiamennyiség, amelyet az akkumulátor a terhelés csatlakoztatásának legelső pillanatában képes leadni. A helyzet az, hogy a fizikai és kémiai tulajdonságoktól függően az akkumulátorok különböznek a felhalmozott energia felszabadításában.

• Vannak, akik azonnal és sokat tudnak adni. Emiatt természetesen gyorsan lemerülnek. És a második ad sokáig, de egy kicsit. Kívül, fontos szempont az akkumulátor a feszültség fenntartásának képessége.
• A helyzet az, hogy az utasítások szerint egyes akkumulátorok esetében a kapacitás visszatérésével a feszültségük is fokozatosan csökken. Más akkumulátorok pedig szinte a teljes kapacitást képesek ugyanazzal a feszültséggel adni. Ezen alapvető tulajdonságok alapján választják ki ezeket a tárolóhelyeket a villamos energia számára.
• Az egyenáramú átvitelhez minden esetben két vezetéket használnak. Ez egy pozitív és negatív vezeték. Piros és kék.

Váltakozó áram

De váltakozó árammal minden sokkal bonyolultabb. Egy, két, három vagy négy vezetéken továbbítható. Ennek magyarázatához meg kell foglalkoznunk a kérdéssel: mi az a háromfázisú áram?

• A váltakozó áramot generátor állítja elő. Általában szinte mindegyik háromfázisú szerkezettel rendelkezik. Ez azt jelenti, hogy a generátornak három kimenete van, és ezek mindegyike olyan elektromos áramot állít elő, amely 120°-os szögben különbözik az előzőektől.

• Ennek megértéséhez emlékezzünk a szinuszunkra, amely a váltakozó áram leírásának modellje, és amelynek törvényei szerint változik. Vegyünk három fázist – „A”, „B” és „C”, és vegyünk egy bizonyos időpontot. Ezen a ponton az "A" fázis szinuszhullám a nulla ponton, a "B" fázis szinuszhullám a szélsőségesen pozitív ponton, a "C" fázis szinuszhullám pedig a szélsőséges negatív ponton van.
• Minden következő időegységben a váltakozó áram ezekben a fázisokban változik, de szinkronban. Vagyis egy bizonyos idő elteltével az "A" fázisban negatív maximum lesz. A "B" fázisban nulla lesz, a "C" fázisban pedig pozitív maximum. És egy idő után újra megváltoznak.

• Ennek eredményeként kiderül, hogy ezen fázisok mindegyikének megvan a maga potenciálja, amely különbözik a szomszédos fázis potenciáljától. Ezért kell lennie közöttük valaminek, ami nem vezet áramot.
• Ezt a két fázis közötti potenciálkülönbséget vonali feszültségnek nevezzük. Ezenkívül potenciálkülönbségük van a földhöz képest - ezt a feszültséget fázisnak nevezik.
• És így, ha a hálózati feszültség ezen fázisok között 380 V, akkor a fázisfeszültség 220 V. √3 értékkel tér el. Ez a szabály mindig minden feszültségre érvényes.

• Ez alapján, ha 220V-os feszültségre van szükségünk, akkor vehetünk egy fázisvezetéket, és egy vezetéket, amely mereven van a földeléssel kapcsolatban. És kapunk egy egyfázisú 220 V-os hálózatot. Ha 380V-os hálózatra van szükségünk, akkor csak 2 fázist vehetünk fel és csatlakoztathatunk valamilyen fűtőberendezést, mint a videóban.

De a legtöbb esetben mindhárom fázist használják. Minden nagy teljesítményű fogyasztó háromfázisú hálózathoz csatlakozik.

Következtetés

Mi az indukciós áram, a kapacitív áram, az indítóáram, az üresjárati áram, a negatív sorrendű áramok, a szórt áramok és még sok más, egyszerűen nem tudjuk egy cikkben megvizsgálni.

Végül is az elektromos áram kérdése meglehetősen terjedelmes, és ennek figyelembevételére egy egész elektrotechnikai tudomány jött létre. De nagyon reméljük, hogy a fő szempontokat érthető nyelven tudtuk elmagyarázni. ez a probléma, és most az elektromos áram nem lesz valami szörnyű és érthetetlen az Ön számára.