Electricitate

În primul rând, merită să afli despre ce este vorba electricitate. Curentul electric este mișcarea ordonată a particulelor încărcate într-un conductor. Pentru ca acesta să apară, mai întâi trebuie creat un câmp electric, sub influența căruia particulele încărcate menționate mai sus vor începe să se miște.

Primele cunoștințe despre electricitate, cu multe secole în urmă, se refereau la „încărcările” electrice produse prin frecare. Deja în antichitate, oamenii știau că chihlimbarul, frecat cu lână, a dobândit capacitatea de a atrage obiecte ușoare. Dar abia la sfârșitul secolului al XVI-lea, medicul englez Gilbert a studiat acest fenomen în detaliu și a aflat că multe alte substanțe aveau exact aceleași proprietăți. Corpuri care, ca chihlimbarul, după frecare, pot atrage obiecte ușoare, pe care le-a numit electrizate. Acest cuvânt este derivat din electronul grecesc - „chihlimbar”. În prezent, spunem că corpurile în această stare au sarcini electrice, iar corpurile în sine sunt numite „încărcate”.

Sarcinile electrice apar întotdeauna atunci când diferite substanțe intră în contact strâns. Dacă corpurile sunt solide, atunci contactul lor strâns este împiedicat de proeminențe microscopice și neregularități care sunt prezente pe suprafața lor. Strângând astfel de corpuri și frecându-le unul de celălalt, aducem împreună suprafețele lor, care fără presiune s-ar atinge doar în câteva puncte. În unele corpuri, sarcinile electrice se pot deplasa liber între ele diverse părți, în altele acest lucru este imposibil. În primul caz, corpurile sunt numite „conductori”, iar în al doilea - „dielectrici sau izolatori”. Conductorii sunt toate metalele, soluțiile apoase de săruri și acizi, etc. Exemple de izolatori sunt chihlimbarul, cuarțul, ebonita și toate gazele găsite în condiții normale.

Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că împărțirea corpurilor în conductori și dielectrici este foarte arbitrară. Toate substanțele conduc electricitatea într-o măsură mai mare sau mai mică. Sarcinile electrice sunt pozitive și negative. Acest tip de curent nu va dura mult, deoarece corpul electrificat se va epuiza. Pentru existența continuă a unui curent electric într-un conductor, este necesară menținerea unui câmp electric. În aceste scopuri se folosesc surse de curent electric. Cel mai simplu caz de apariție a curentului electric este atunci când un capăt al firului este conectat la un corp electrificat, iar celălalt la pământ.

Circuitele electrice care furnizează curent becurilor și motoarelor electrice nu au apărut până la inventarea bateriilor, care datează din jurul anului 1800. După aceasta, dezvoltarea doctrinei electricității a mers atât de repede încât în ​​mai puțin de un secol a devenit nu doar o parte a fizicii, ci a format baza unei noi civilizații electrice.

Cantități de bază de curent electric

Cantitatea de electricitate și curent. Efectele curentului electric pot fi puternice sau slabe. Puterea curentului electric depinde de cantitatea de sarcină care curge prin circuit într-o anumită unitate de timp. Cu cât s-au mutat mai mulți electroni de la un pol al sursei la celălalt, cu atât sarcina totală transferată de electroni este mai mare. Această sarcină netă se numește cantitatea de electricitate care trece printr-un conductor.

În special, efectul chimic al curentului electric depinde de cantitatea de electricitate, adică, cu cât sarcina trecută prin soluția de electrolit este mai mare, cu atât mai multă substanță se va depune pe catod și anod. În acest sens, cantitatea de electricitate poate fi calculată cântărind masa substanței depuse pe electrod și cunoscând masa și sarcina unui ion din această substanță.

Puterea curentului este o mărime care este egală cu raportul dintre sarcina electrică care trece prin secțiunea transversală a conductorului și timpul curgerii acestuia. Unitatea de încărcare este coulombul (C), timpul se măsoară în secunde (s). În acest caz, unitatea de măsură a curentului este exprimată în C/s. Această unitate se numește amper (A). Pentru a măsura curentul dintr-un circuit, se folosește un dispozitiv de măsurare electric numit ampermetru. Pentru includerea în circuit, ampermetrul este echipat cu două borne. Este conectat în serie la circuit.

Tensiune electrică. Știm deja că curentul electric este mișcarea ordonată a particulelor încărcate - electroni. Această mișcare este creată folosind un câmp electric, care face o anumită cantitate de muncă. Acest fenomen se numește munca curentului electric. Pentru a deplasa mai multă sarcină printr-un circuit electric în 1 s, câmpul electric trebuie să lucreze mai mult. Pe baza acestui fapt, se dovedește că activitatea curentului electric ar trebui să depindă de puterea curentului. Dar mai există o valoare de care depinde munca curentului. Această cantitate se numește tensiune.

Tensiunea este raportul dintre munca efectuată de curent într-o anumită secțiune a unui circuit electric și sarcina care curge prin aceeași secțiune a circuitului. Lucrul curent se măsoară în jouli (J), sarcina - în coulombi (C). În acest sens, unitatea de măsură pentru tensiune va deveni 1 J/C. Această unitate a fost numită volt (V).

Pentru ca tensiunea să apară într-un circuit electric, este necesară o sursă de curent. Când circuitul este deschis, tensiunea este prezentă numai la bornele sursei de curent. Dacă această sursă de curent este inclusă în circuit, tensiunea va apărea și în secțiuni individuale ale circuitului. În acest sens, în circuit va apărea un curent. Adică, putem spune pe scurt următoarele: dacă nu există tensiune în circuit, nu există curent. Pentru a măsura tensiunea, se folosește un instrument de măsurare electric numit voltmetru. la a lui aspect seamănă cu ampermetrul menționat anterior, singura diferență fiind că pe scara voltmetrului este scrisă litera V (în loc de A pe ampermetru). Voltmetrul are două borne, cu ajutorul cărora este conectat în paralel cu circuitul electric.

Rezistență electrică. După conectarea diferiților conductori și a unui ampermetru la circuitul electric, puteți observa că atunci când utilizați diferiți conductori, ampermetrul oferă citiri diferite, adică în acest caz, puterea curentului disponibil în circuitul electric este diferită. Acest fenomen poate fi explicat prin faptul că diferiți conductori au rezistență electrică diferită, care este o mărime fizică. A fost numit Ohm în onoarea fizicianului german. De regulă, în fizică se folosesc unități mai mari: kilo-ohm, mega-ohm etc. Rezistența unui conductor este de obicei notă cu litera R, lungimea conductorului este L, iar aria secțiunii transversale este S În acest caz, rezistența poate fi scrisă ca o formulă:

unde coeficientul p se numește rezistivitate. Acest coeficient exprimă rezistența unui conductor de 1 m lungime cu o suprafață în secțiune egală cu 1 m2. Rezistența specifică este exprimată în Ohmi x m. Deoarece firele, de regulă, au o secțiune transversală destul de mică, ariile lor sunt de obicei exprimate în milimetri pătrați. În acest caz, unitatea de rezistivitate va fi Ohm x mm2/m. În tabelul de mai jos. Figura 1 prezintă rezistivitățile unor materiale.

Tabelul 1. Rezistivitatea electrică a unor materiale
Material	p, Ohm x m2/m	Material	p, Ohm x m2/m
		Aliaj platină-iridiu
Metal sau aliaj
		Manganin (aliaj)
Aluminiu		Constantan (aliaj)
Tungsten
		Nicrom (aliaj)
Nichelina (aliaj)		Fechral (aliaj)
		Chromel (aliaj)

Conform tabelului. 1 devine clar că cuprul are cea mai scăzută rezistivitate electrică, iar aliajul metalic are cea mai mare. În plus, dielectricii (izolatorii) au rezistivitate ridicată.

Capacitate electrică. Știm deja că doi conductori izolați unul de celălalt pot acumula sarcini electrice. Acest fenomen este caracterizat de o mărime fizică numită capacitate electrică. Capacitatea electrică a doi conductori nu este altceva decât raportul dintre sarcina unuia dintre ei și diferența de potențial dintre acest conductor și cel vecin. Cu cât tensiunea este mai mică atunci când conductorii primesc o sarcină, cu atât capacitatea lor este mai mare. Unitatea de măsură a capacității electrice este faradul (F). În practică, se folosesc fracții din această unitate: microfarad (μF) și picofarad (pF).

Yandex.DirectToate reclameleApartamente de inchiriat zilnic Kazan! Apartamente de la 1000 rub. zilnic. Mini-hoteluri. Documente de raportare16.forguest.ru Apartamente de închiriat zilnic în Kazan Apartamente confortabile în toate cartierele din Kazan. Închiriere rapidă de apartamente zilnice.fatyr.ru Yandex.Browser nou! Marcaje convenabile și protecție fiabilă. Un browser pentru o navigare plăcută pe Internet!browser.yandex.ru 0+

Dacă luați doi conductori izolați unul de celălalt și îi plasați la o distanță mică unul de celălalt, veți obține un condensator. Capacitatea unui condensator depinde de grosimea plăcilor sale și de grosimea dielectricului și de permeabilitatea acestuia. Prin reducerea grosimii dielectricului dintre plăcile condensatorului, capacitatea acestuia din urmă poate fi crescută semnificativ. Pe toate condensatoarele, pe lângă capacitatea lor, trebuie indicată și tensiunea pentru care sunt proiectate aceste dispozitive.

Munca și puterea curentului electric. Din cele de mai sus este clar că curentul electric funcționează. La conectarea motoarelor electrice, curentul electric face să funcționeze tot felul de echipamente, deplasează trenurile de-a lungul șinelor, luminează străzile, încălzește locuința și, de asemenea, produce un efect chimic, adică permite electroliza etc. Putem spune că munca efectuată de curentul pe o anumită secțiune a circuitului este egal cu curentul de produs, tensiunea și timpul în care a fost efectuată lucrarea. Lucrul se măsoară în jouli, tensiunea în volți, curentul în amperi, timpul în secunde. În acest sens, 1 J = 1B x 1A x 1s. Din aceasta rezultă că, pentru a măsura lucrul curentului electric, trebuie utilizate trei instrumente simultan: un ampermetru, un voltmetru și un ceas. Dar acest lucru este greoi și ineficient. Prin urmare, de obicei, munca curentului electric este măsurată cu contoare electrice. Acest dispozitiv conține toate dispozitivele de mai sus.

Puterea curentului electric este egală cu raportul dintre activitatea curentului și timpul în care a fost efectuat. Puterea este desemnată prin litera „P” și este exprimată în wați (W). În practică, se folosesc kilowați, megawați, hectowați etc.. Pentru a măsura puterea circuitului, trebuie să luați un wattmetru. Inginerii electricieni exprimă munca curentului în kilowați-oră (kWh).

Legile de bază ale curentului electric

Legea lui Ohm. Tensiunea și curentul sunt considerate cele mai utile caracteristici ale circuitelor electrice. Una dintre principalele caracteristici ale utilizării energiei electrice este transportul rapid de energie dintr-un loc în altul și transferul acesteia către consumator în forma necesară. Produsul dintre diferența de potențial și curent dă putere, adică cantitatea de energie emisă în circuit pe unitatea de timp. După cum am menționat mai sus, pentru a măsura puterea într-un circuit electric, ar fi necesare 3 dispozitive. Este posibil să te descurci doar cu unul și să calculezi puterea din citirile sale și unele caracteristici ale circuitului, cum ar fi rezistența? Multor oameni le-a plăcut această idee și au considerat-o fructuoasă.

Deci, care este rezistența unui fir sau a unui circuit în ansamblu? Un fir, cum ar fi conductele de apă sau conductele sistemului de vid, are o proprietate permanentă care ar putea fi numită rezistență? De exemplu, în țevi, raportul dintre diferența de presiune care produce debitul împărțit la debitul este de obicei o caracteristică constantă a țevii. În mod similar, fluxul de căldură într-un fir este guvernat de o relație simplă care implică diferența de temperatură, aria secțiunii transversale a firului și lungimea acestuia. Descoperirea unei astfel de relații pentru circuitele electrice a fost rezultatul unei căutări reușite.

În anii 1820, profesorul german Georg Ohm a fost primul care a început să caute relația de mai sus. În primul rând, s-a străduit pentru faimă și faimă, care să-i permită să predea la universitate. De aceea a ales un domeniu de cercetare care promitea avantaje deosebite.

Om era fiul unui mecanic, așa că știa să deseneze sârmă de metal de diferite grosimi, de care avea nevoie pentru experimente. Întrucât era imposibil să cumpărați sârmă potrivită în acele zile, Om a făcut-o singur. În timpul experimentelor sale, a încercat diferite lungimi, diferite grosimi, diferite metale și chiar diferite temperaturi. El a variat toți acești factori unul câte unul. Pe vremea lui Ohm, bateriile erau încă slabe și produceau curent inconsecvent. În acest sens, cercetătorul a folosit ca generator un termocuplu, a cărui joncțiune fierbinte a fost plasată într-o flacără. În plus, a folosit un ampermetru magnetic brut și a măsurat diferențele de potențial (Ohm le-a numit „tensiuni”) prin modificarea temperaturii sau a numărului de joncțiuni termice.

Studiul circuitelor electrice tocmai a început să se dezvolte. După ce bateriile au fost inventate în jurul anului 1800, acestea au început să se dezvolte mult mai repede. Au fost proiectate și fabricate diverse dispozitive (destul de des manual), s-au descoperit noi legi, au apărut concepte și termeni etc. Toate acestea au condus la o înțelegere mai profundă a fenomenelor și factorilor electrici.

Actualizarea cunoștințelor despre electricitate, pe de o parte, a devenit motivul apariției unui nou domeniu al fizicii, pe de altă parte, a fost baza dezvoltării rapide a ingineriei electrice, adică baterii, generatoare, sisteme de alimentare cu energie pentru iluminat. și s-au inventat acționare electrică, cuptoare electrice, motoare electrice etc., altele.

Descoperirile lui Ohm au fost de mare importanță atât pentru dezvoltarea studiului electricității, cât și pentru dezvoltarea ingineriei electrice aplicate. Ei au ușurat prezicerea proprietăților circuitelor electrice pentru curent continuu, iar ulterior - pentru variabilă. În 1826, Ohm a publicat o carte în care a subliniat concluziile teoretice și rezultatele experimentale. Dar speranțele lui nu erau justificate; cartea a fost întâmpinată cu ridicol. Acest lucru s-a întâmplat deoarece metoda de experimentare brută părea neatractivă într-o epocă în care mulți erau interesați de filozofie.

Nu a avut de ales decât să-și părăsească funcția de profesor. Nu a obținut o numire la universitate din același motiv. Timp de 6 ani, omul de știință a trăit în sărăcie, fără încredere în viitor, trăind un sentiment de amară dezamăgire.

Dar treptat lucrările sale au câștigat faimă, mai întâi în afara Germaniei. Om a fost respectat în străinătate și a beneficiat de pe urma cercetărilor sale. În acest sens, compatrioții săi au fost nevoiți să-l recunoască în patria sa. În 1849 a primit un post de profesor la Universitatea din München.

Ohm a descoperit o lege simplă care stabilește relația dintre curent și tensiune pentru o bucată de sârmă (pentru o parte a unui circuit, pentru întregul circuit). În plus, a compilat reguli care vă permit să determinați ce se va schimba dacă luați un fir de o dimensiune diferită. Legea lui Ohm este formulată după cum urmează: puterea curentului într-o secțiune a unui circuit este direct proporțională cu tensiunea din această secțiune și invers proporțională cu rezistența secțiunii.

Legea Joule-Lenz. Curentul electric din orice parte a circuitului funcționează. De exemplu, să luăm orice secțiune a circuitului între capete ale căreia există o tensiune (U). Prin definiția tensiunii electrice, munca efectuată la deplasarea unei unități de sarcină între două puncte este egală cu U. Dacă puterea curentului într-o anumită secțiune a circuitului este egală cu i, atunci în timpul t sarcina va trece și prin urmare, activitatea curentului electric în această secțiune va fi:

Această expresie este valabilă pentru curent continuu în orice caz, pentru orice secțiune a circuitului, care poate conține conductori, motoare electrice etc. Puterea curentului, adică lucru pe unitatea de timp, este egală cu:

Această formulă este utilizată în sistemul SI pentru a determina unitatea de tensiune.

Să presupunem că secțiunea circuitului este un conductor staționar. În acest caz, toată munca se va transforma în căldură, care va fi eliberată în acest conductor. Dacă conductorul este omogen și respectă legea lui Ohm (aceasta include toate metalele și electroliții), atunci:

unde r este rezistența conductorului. În acest caz:

Această lege a fost pentru prima dată dedusă experimental de E. Lenz și, independent de el, de Joule.

Trebuie remarcat faptul că conductoarele de încălzire au numeroase aplicații în tehnologie. Cele mai comune și mai importante dintre ele sunt lămpile cu incandescență.

Legea inducției electromagnetice. În prima jumătate a secolului al XIX-lea, fizicianul englez M. Faraday a descoperit fenomenul inducției magnetice. Acest fapt, devenit proprietatea multor cercetători, a dat un impuls puternic dezvoltării ingineriei electrice și radio.

În cursul experimentelor, Faraday a descoperit că atunci când numărul liniilor de inducție magnetică care pătrund pe o suprafață delimitată de o buclă închisă se modifică, în ea ia naștere un curent electric. Aceasta este baza poate celei mai importante legi a fizicii - legea inducției electromagnetice. Curentul care apare în circuit se numește inducție. Datorită faptului că un curent electric apare într-un circuit numai atunci când sarcinile libere sunt expuse la forțe externe, atunci cu un flux magnetic în schimbare care trece de-a lungul suprafeței unui circuit închis, aceleași forțe externe apar în el. Acțiunea forțelor externe în fizică se numește forță electromotoare sau fem indusă.

Inductia electromagnetica apare si in conductorii deschisi. În cazul în care un conductor traversează magnetic linii de înaltă tensiune, tensiunea apare la capete. Motivul apariției unei astfel de tensiuni este emf indus. Dacă fluxul magnetic care trece printr-o buclă închisă nu se modifică, nu apare curent indus.

Folosind conceptul de „emf de inducție”, putem vorbi despre legea inducției electromagnetice, adică, fem de inducție într-o buclă închisă este egală ca mărime cu rata de modificare a fluxului magnetic prin suprafața delimitată de buclă.

regula lui Lenz. După cum știm deja, într-un conductor apare un curent indus. În funcție de condițiile de apariție, are o direcție diferită. Cu această ocazie, fizicianul rus Lenz a formulat următoarea regulă: curentul indus care apare într-un circuit închis are întotdeauna o astfel de direcție încât câmpul magnetic pe care îl creează să nu permită schimbarea fluxului magnetic. Toate acestea determină apariția unui curent de inducție.

Curentul de inducție, ca oricare altul, are energie. Aceasta înseamnă că, în cazul unui curent de inducție, apare energia electrică. Conform legii conservării și transformării energiei, energia menționată mai sus poate apărea numai din cauza cantității de energie a unui alt tip de energie. Astfel, regula lui Lenz corespunde pe deplin legii conservării și transformării energiei.

Pe lângă inducție, în bobină poate apărea așa-numita autoinducție. Esența sa este următoarea. Dacă în bobină apare un curent sau dacă puterea acestuia se modifică, apare un câmp magnetic în schimbare. Și dacă fluxul magnetic care trece prin bobină se modifică, atunci apare o forță electromotoare în ea, care se numește fem de auto-inducție.

Conform regulii lui Lenz, fem-ul auto-inductiv la închiderea unui circuit interferează cu puterea curentului și împiedică creșterea acestuia. Când circuitul este oprit, fem-ul auto-inductiv reduce puterea curentului. În cazul în care puterea curentului din bobină atinge o anumită valoare, câmpul magnetic încetează să se mai schimbe și f.e.m. de autoinducție devine zero.

Aceasta este mișcarea ordonată a anumitor particule încărcate. Pentru a utiliza în mod competent întregul potențial al electricității, este necesar să înțelegeți clar toate principiile structurii și funcționării curentului electric. Deci, să ne dăm seama ce sunt munca și puterea curentă.

De unde vine chiar curentul electric?

În ciuda aparentei simplități a întrebării, puțini sunt capabili să dea un răspuns inteligibil. Desigur, în zilele noastre, când tehnologia se dezvoltă cu o viteză incredibilă, oamenii nu se gândesc prea mult la lucruri de bază precum principiul de funcționare a curentului electric. De unde vine electricitatea? Cu siguranță mulți vor răspunde: „Ei bine, din priză, desigur” sau pur și simplu vor ridica din umeri. Între timp, este foarte important să înțelegem cum funcționează curentul. Acest lucru ar trebui să fie cunoscut nu numai oamenilor de știință, ci și oamenilor care nu au nicio legătură cu lumea științei, pentru dezvoltarea lor globală diversificată. Dar nu toată lumea poate folosi în mod competent principiul de funcționare al curentului.

Deci, mai întâi trebuie să înțelegeți că electricitatea nu apare de nicăieri: este produsă de generatoare speciale care sunt amplasate la diferite centrale electrice. Datorită rotației palelor turbinei, aburul produs prin încălzirea apei cu cărbune sau ulei produce energie, care este ulterior transformată în energie electrică cu ajutorul unui generator. Designul generatorului este foarte simplu: în centrul dispozitivului se află un magnet uriaș și foarte puternic, care forțează sarcinile electrice să se deplaseze de-a lungul firelor de cupru.

Cum ajunge curentul electric în casele noastre?

După ce o anumită cantitate de curent electric a fost generată folosind energie (termică sau nucleară), acesta poate fi furnizat oamenilor. Această furnizare de energie electrică funcționează după cum urmează: pentru ca electricitatea să ajungă cu succes la toate apartamentele și afacerile, trebuie să fie „push”. Și pentru aceasta va trebui să creșteți forța care va face acest lucru. Se numește tensiune de curent electric. Principiul de funcționare este următorul: curentul trece printr-un transformator, ceea ce îi crește tensiunea. În continuare, curentul electric trece prin cabluri instalate adânc în subteran sau la înălțime (deoarece tensiunea ajunge uneori la 10.000 de volți, ceea ce este mortal pentru oameni). Când curentul ajunge la destinație, trebuie să treacă din nou prin transformator, care acum își va reduce tensiunea. Apoi trece prin fire la tablourile de distribuție instalate în clădire de apartamente sau alte clădiri.

Electricitatea transportată prin fire poate fi folosită datorită unui sistem de prize, care conectează la acestea aparatele de uz casnic. Există fire suplimentare în pereți prin care curge curentul electric și datorită acestui lucru funcționează iluminatul și toate echipamentele din casă.

Ce este munca curentă?

Energia transportată de un curent electric este transformată în timp în lumină sau căldură. De exemplu, când aprindem o lampă, tip electric energia se transformă în lumină.

Dacă vorbim limbaj accesibil, atunci munca curentului este acțiunea care a produs electricitatea în sine. Mai mult, poate fi foarte ușor de calculat folosind formula. Pe baza legii conservării energiei, putem concluziona că energia electrică nu s-a pierdut, s-a transferat complet sau parțial într-o altă formă, degajând o anumită cantitate de căldură. Această căldură este munca făcută de curent atunci când trece prin conductor și îl încălzește (se produce schimbul de căldură). Așa arată formula Joule-Lenz: A = Q = U*I*t (lucrarea este egală cu cantitatea de căldură sau produsul puterii curente și timpul în care curge prin conductor).

Ce înseamnă curent continuu?

Curentul electric este de două tipuri: alternativ și continuu. Ele diferă prin faptul că acesta din urmă nu își schimbă direcția, are două cleme (pozitiv „+” și negativ „-”) și își începe întotdeauna mișcarea de la „+”. Și curentul alternativ are două terminale - fază și zero. Tocmai din cauza prezenței unei faze la capătul conductorului se mai numește și monofazat.

Principiile de proiectare a curentului electric alternativ și continuu monofazat sunt complet diferite: spre deosebire de constant, curentul alternativ își schimbă atât direcția (formând un flux atât de la fază spre zero, cât și de la zero către fază), cât și amploarea sa. De exemplu, curentul alternativ modifică periodic valoarea încărcăturii sale. Se dovedește că la o frecvență de 50 Hz (50 de vibrații pe secundă), electronii își schimbă direcția mișcării de exact 100 de ori.

Unde se folosește DC?

Curentul electric continuu are unele caracteristici. Datorită faptului că curge strict într-o singură direcție, este mai dificil să-l transformi. Următoarele elemente pot fi considerate surse DC:

• baterii (atât alcaline, cât și acide);
• baterii obișnuite utilizate în dispozitive mici;
• precum și diverse dispozitive precum convertoare.

Funcționare DC

Care sunt principalele sale caracteristici? Aceasta este munca și puterea actuală, iar ambele concepte sunt foarte strâns legate între ele. Puterea se referă la viteza de lucru pe unitatea de timp (pe 1 s). Conform legii Joule-Lenz, constatăm că munca efectuată de un curent electric continuu este egală cu produsul dintre puterea curentului însuși, tensiunea și timpul în care a fost efectuată munca câmpului electric pentru a transfera sarcini. de-a lungul conductorului.

Aceasta este formula pentru aflarea lucrului curentului, ținând cont de legea lui Ohm asupra rezistenței în conductori: A = I 2 *R*t (lucrarea este egală cu pătratul curentului înmulțit cu valoarea rezistenței conductorului și din nou înmulțit cu timpul în care s-a făcut munca).

Mișcarea dirijată (ordonată) a particulelor, purtători de sarcină electrică, într-un câmp electromagnetic.

În ce este curentul electric diferite substanțe? Să luăm, în consecință, particulele în mișcare:

• în metale - electroni,
• în electroliți - ioni (cationi și anioni),
• în gaze - ioni și electroni,
• în vid în anumite condiții - electroni,
• în semiconductori - găuri (conductivitate electron-hole).

Uneori, curentul electric este numit și curent de deplasare, care apare ca urmare a unei modificări a câmpului electric în timp.

Curentul electric se manifestă astfel:

• încălzește conductorii (fenomenul nu se observă la supraconductori);
• înșelătorii compoziție chimică conductor (acest fenomen este caracteristic în primul rând electroliților);
• creează un câmp magnetic (se manifestă în toți conductorii fără excepție).

Dacă particulele încărcate se mișcă în interiorul corpurilor macroscopice în raport cu un anumit mediu, atunci un astfel de curent se numește „curent de conducere electrică”. Dacă corpurile încărcate macroscopice (de exemplu, picăturile de ploaie încărcate) se mișcă, atunci acest curent se numește „convecție”.

Curenții sunt împărțiți în continui și alternativi. Există și tot felul de curent alternativ. La definirea tipurilor de curent, cuvântul „electric” este omis.

• DC- un curent a cărui direcție și magnitudine nu se modifică în timp. Poate exista o variabilă pulsatorie, de exemplu o variabilă rectificată, care este unidirecțională.
• Curent alternativ- curent electric care se modifică în timp. Curentul alternativ se referă la orice curent care nu este direct.
• Curent periodic- curent electric, ale cărui valori instantanee se repetă la intervale regulate într-o secvență neschimbată.
• Curent sinusoidal- curent electric periodic, care este o funcție sinusoidală a timpului. Dintre curenții alternativi, principalul este curentul a cărui valoare variază după o lege sinusoidală. Orice curent periodic nesinusoidal poate fi reprezentat ca o combinație de componente armonice sinusoidale (armonice) având amplitudini, frecvențe și faze inițiale corespunzătoare. În acest caz, potențialul electrostatic al fiecărui capăt al conductorului se modifică în raport cu potențialul celuilalt capăt al conductorului alternativ de la pozitiv la negativ și invers, trecând prin toate potențialele intermediare (inclusiv potențialul zero). Ca urmare, apare un curent care își schimbă continuu direcția: atunci când se deplasează într-o direcție, crește, atingând un maxim, numit valoarea amplitudinii, apoi scade, la un moment dat devine egal cu zero, apoi crește din nou, dar într-o direcție diferită. si de asemenea ajunge valoare maximă, scade și apoi trece din nou prin zero, după care se reia ciclul tuturor modificărilor.
• Curentul cvasi-staționar- un curent alternativ care se schimbă relativ lent, pentru valori instantanee ale căror legile curenților continui sunt îndeplinite cu suficientă precizie. Aceste legi sunt legea lui Ohm, regulile lui Kirchhoff și altele. Curentul cvasi-staționar, ca și curentul continuu, are aceeași putere a curentului în toate secțiunile unui circuit neramificat. La calcularea circuitelor de curent cvasi-staționare din cauza e. d.s. inducțiile capacității și inductanței sunt luate în considerare ca parametri concentrați. Curenții industriali obișnuiți sunt cvasi-staționari, cu excepția curenților din liniile de transport pe distanțe lungi, în care condiția de cvasi-staționari de-a lungul liniei nu este îndeplinită.
• Curent de înaltă frecvență- curent alternativ (pornind de la o frecvență de aproximativ zeci de kHz), pentru care devin semnificative astfel de fenomene care fie sunt utile, determinând utilizarea acestuia, fie dăunătoare, față de care se iau măsurile necesare, precum radiația undelor electromagnetice și efect asupra pielii. În plus, dacă lungimea de undă a radiației de curent alternativ devine comparabilă cu dimensiunile elementelor circuitului electric, atunci condiția cvasi-staționară este încălcată, ceea ce necesită abordări speciale pentru calculul și proiectarea unor astfel de circuite.
• Curent pulsatoriu este un curent electric periodic, a cărui valoare medie pe o perioadă este diferită de zero.
• Curent unidirecțional- Acesta este un curent electric care nu își schimbă direcția.

Curenți turbionari

Curenții turbionari (sau curenții Foucault) sunt curenți electrici închisi într-un conductor masiv care apar atunci când fluxul magnetic care îl pătrunde se modifică, prin urmare, curenții turbionari sunt curenți induși. Cu cât fluxul magnetic se modifică mai repede, cu atât curenții turbionari sunt mai puternici. Curenții turbionari nu curg pe anumite căi în fire, dar când se închid în conductor, formează circuite asemănătoare vortexului.

Existența curenților turbionari duce la efectul de piele, adică la faptul că curentul electric alternativ și fluxul magnetic se propagă în principal în stratul superficial al conductorului. Încălzirea conductorilor prin curenți turbionari duce la pierderi de energie, în special în nucleele bobinelor AC. Pentru a reduce pierderile de energie din cauza curenților turbionari, ei folosesc împărțirea circuitelor magnetice de curent alternativ în plăci separate, izolate între ele și situate perpendicular pe direcția curenților turbionari, ceea ce limitează contururile posibile ale traseelor ​​lor și reduce foarte mult amploarea. a acestor curenti. La frecvențe foarte mari, în locul feromagneților, pentru circuitele magnetice se folosesc magnetodielectrici, în care, din cauza rezistenței foarte mari, practic nu apar curenți turbionari.

Caracteristici

Din punct de vedere istoric, s-a acceptat că """direcția curentului""" coincide cu direcția de mișcare a sarcinilor pozitive în conductor. Mai mult, dacă singurii purtători de curent sunt particule încărcate negativ (de exemplu, electroni dintr-un metal), atunci direcția curentului este opusă direcției de mișcare a particulelor încărcate.

Viteza de deriva a electronilor

Viteza de derivă a mișcării direcționale a particulelor în conductori cauzată de un câmp extern depinde de materialul conductorului, masa și sarcina particulelor, temperatura înconjurătoare, diferența de potențial aplicată și este mult mai mică decât viteza luminii. În 1 secundă, electronii dintr-un conductor se mișcă datorită mișcării ordonate cu mai puțin de 0,1 mm. În ciuda acestui fapt, viteza de propagare a curentului electric în sine este egală cu viteza luminii (viteza de propagare a frontului undei electromagnetice). Adică, locul în care electronii își schimbă viteza de mișcare după o schimbare a tensiunii se mișcă cu viteza de propagare vibratii electromagnetice.

Forța și densitatea curentului

Curentul electric are caracteristici cantitative: scalar - puterea curentului și vector - densitatea curentului.

Puterea curentului A - cantitate fizica, egal cu raportul dintre cantitatea de sarcină

Trecut de ceva vreme

prin secțiunea transversală a conductorului, la valoarea acestei perioade de timp.

Puterea curentului în SI este măsurată în amperi (denumire internațională și rusă: A).

Conform legii lui Ohm, puterea curentă

într-o secțiune a circuitului este direct proporțională cu tensiunea electrică

aplicat acestei secțiuni a circuitului și este invers proporțional cu rezistența acestuia

Dacă curentul electric într-o secțiune a circuitului nu este constant, atunci tensiunea și curentul se schimbă constant, în timp ce pentru curentul alternativ obișnuit, valorile medii ale tensiunii și curentului sunt zero. Cu toate acestea, puterea medie a căldurii eliberate în acest caz nu este egală cu zero.

Prin urmare, se folosesc următoarele concepte:

• tensiune și curent instantanee, adică acționând în acest moment timp.
• amplitudine tensiune și curent, adică valori absolute maxime
• tensiunea și curentul efectiv (eficient) sunt determinate de efectul termic al curentului, adică au aceleași valori pe care le au pentru curentul continuu cu același efect termic.

Densitatea curentă- un vector, a cărui valoare absolută este egală cu raportul dintre puterea curentului care curge printr-o anumită secțiune a conductorului, perpendicular pe direcția curentului, pe zona acestei secțiuni și direcția vectorul coincide cu direcția de mișcare a sarcinilor pozitive care formează curentul.

Conform legii lui Ohm în formă diferențială, densitatea de curent în mediu

proporțională cu intensitatea câmpului electric

și conductivitate medie

Putere

Când există curent într-un conductor, se lucrează împotriva forțelor de rezistență. Rezistența electrică a oricărui conductor constă din două componente:

• rezistență activă - rezistență la generarea de căldură;
• reactanță - rezistență cauzată de transferul de energie către un câmp electric sau magnetic (și invers).

De obicei, cea mai mare parte a muncii efectuate de un curent electric este eliberată sub formă de căldură. Puterea de pierdere a căldurii este cantitatea egal cu cantitatea căldură degajată pe unitatea de timp. Conform legii Joule-Lenz, puterea pierderii de căldură într-un conductor este proporțională cu puterea curentului care curge și cu tensiunea aplicată:

Puterea se măsoară în wați.

Într-un mediu continuu, putere de pierdere volumetrică

determinat produs scalar vector de densitate de curent

și vectorul intensității câmpului electric

în acest moment:

Puterea volumetrică este măsurată în wați pe metru cub.

Rezistența la radiații este cauzată de formarea undelor electromagnetice în jurul unui conductor. Această rezistență depinde în mod complex de forma și dimensiunea conductorului și de lungimea undei emise. Pentru un singur conductor drept, în care peste tot curentul este de aceeași direcție și putere, iar lungimea L este semnificativ mai mică decât lungimea undei electromagnetice emise de acesta

Dependența rezistenței de lungimea de undă și conductor este relativ simplă:

Curentul electric cel mai des utilizat cu o frecvență standard de 50 „Hz” corespunde unei lungimi de undă de aproximativ 6 mii de kilometri, motiv pentru care puterea de radiație este de obicei neglijabilă în comparație cu puterea pierderilor termice. Cu toate acestea, pe măsură ce frecvența curentului crește, lungimea undei emise scade, iar puterea radiației crește în consecință. Un conductor capabil să emită energie vizibilă se numește antenă.

Frecvență

Conceptul de frecvență se referă la un curent alternativ care schimbă periodic puterea și/sau direcția. Acesta include și curentul cel mai frecvent utilizat, care variază în funcție de o lege sinusoidală.

Perioada AC este cea mai scurtă perioadă de timp (exprimată în secunde) prin care se repetă modificările curentului (și tensiunii). Numărul de perioade efectuate de curent pe unitatea de timp se numește frecvență. Frecvența este măsurată în herți, un herți (Hz) este egal cu un ciclu pe secundă.

Curent de polarizare

Uneori, pentru comoditate, este introdus conceptul de curent de deplasare. În ecuațiile lui Maxwell, curentul de deplasare este prezent în condiții egale cu curentul cauzat de mișcarea sarcinilor. Intensitatea câmpului magnetic depinde de curentul electric total, egal cu suma curentului de conducție și a curentului de deplasare. Prin definiție, densitatea curentului de polarizare

Mărimea vectorială proporțională cu viteza de modificare a câmpului electric

la timp:

Cert este că atunci când câmpul electric se modifică, precum și atunci când curge curentul, se generează un câmp magnetic, care face ca aceste două procese prieten asemanator pe un prieten. În plus, o modificare a câmpului electric este de obicei însoțită de un transfer de energie. De exemplu, la încărcarea și descărcarea unui condensator, în ciuda faptului că nu există nicio mișcare a particulelor încărcate între plăcile sale, se vorbește despre un curent de deplasare care curge prin el, transferând o anumită energie și închidend circuitul electric într-un mod unic. Curent de polarizare

într-un condensator este determinată de formula:

Încărcați pe plăcile condensatorului

Tensiunea electrică între plăci,

Capacitatea electrică a unui condensator.

Curentul de deplasare nu este un curent electric deoarece nu este asociat cu mișcarea unei sarcini electrice.

Principalele tipuri de conductori

Spre deosebire de dielectrici, conductorii conțin purtători liberi de sarcini necompensate, care, sub influența unei forțe, de obicei o diferență de potențial electric, se mișcă și creează un curent electric. Caracteristica curent-tensiune (dependența curentului de tensiune) este cea mai importantă caracteristică a unui conductor. Pentru conductori metalici și electroliți are cea mai simpla forma: Curentul este direct proporțional cu tensiunea (legea lui Ohm).

Metale - aici purtătorii de curent sunt electronii de conducție, care sunt de obicei considerați ca un gaz de electroni, prezentând în mod clar proprietățile cuantice ale unui gaz degenerat.

Plasma este un gaz ionizat. Sarcina electrică este transferată de ioni (pozitivi și negativi) și de electroni liberi, care se formează sub influența radiațiilor (ultraviolete, raze X și altele) și (sau) încălzirii.

Electroliții sunt substanțe și sisteme lichide sau solide în care ionii sunt prezenți în orice concentrație vizibilă, provocând trecerea curentului electric. Ionii se formează prin procesul de disociere electrolitică. La încălzire, rezistența electroliților scade din cauza creșterii numărului de molecule descompuse în ioni. Ca urmare a trecerii curentului prin electrolit, ionii se apropie de electrozi și sunt neutralizați, depunându-se pe aceștia. Legile lui Faraday ale electrolizei determină masa unei substanțe eliberate pe electrozi.

Există, de asemenea, un curent electric de electroni în vid, care este utilizat în dispozitivele cu fascicul de electroni.

Curenții electrici în natură

Electricitatea atmosferică este electricitatea conținută în aer. Benjamin Franklin a fost primul care a arătat prezența electricității în aer și a explicat cauza tunetelor și a fulgerelor.

Ulterior s-a stabilit că electricitatea se acumulează în condensarea vaporilor din atmosfera superioară și s-au indicat următoarele legi că urmează electricitatea atmosferică:

• la cer senin, precum și în condiții de noros, electricitatea atmosferei este întotdeauna pozitivă dacă nu plouă, grindină sau ninge la o oarecare distanță de locul de observare;
• tensiunea electricității norilor devine suficient de puternică pentru a fi eliberată din mediul înconjurător numai atunci când vaporii norilor se condensează în picaturi de ploaie, a cărui dovadă poate fi faptul că descărcările de fulgere nu au loc fără ploaie, zăpadă sau grindină la locul de observare, cu excepția unui fulger de retur;
• electricitatea atmosferică crește pe măsură ce umiditatea crește și atinge un maxim atunci când plouă, grindină și zăpadă;
• locul în care plouă este un rezervor de electricitate pozitivă, înconjurat de o centură de negativ, care la rândul său este închisă într-o centură de pozitiv. La limitele acestor curele tensiunea este zero.

Mișcarea ionilor sub influența forțelor câmpului electric formează un curent de conducere vertical în atmosferă cu densitate medie, egal cu aproximativ (2÷3)·10 −12 A/m².

Curentul total care curge pe întreaga suprafață a Pământului este de aproximativ 1800 A.

Fulgerul este o descărcare electrică naturală cu scântei. A fost stabilită natura electrică a aurorelor. Focul Sf. Elmo este o descărcare electrică corona naturală.

Biocurenți - mișcarea ionilor și electronilor joacă un rol foarte important în toate procesele vieții. Biopotențialul creat astfel există atât la nivel intracelular, cât și în părți individuale ale corpului și organelor. Transmiterea impulsurilor nervoase are loc prin intermediul semnalelor electrochimice. Unele animale ( rampe electrice, țipar electric) sunt capabili să acumuleze un potențial de câteva sute de volți și îl folosesc pentru autoapărare.

Aplicație

La studierea curentului electric, multe dintre proprietățile sale au fost descoperite, ceea ce a făcut posibilă găsirea acestuia uz practicîn diverse domenii ale activității umane și chiar să creeze noi zone care ar fi imposibile fără existența curentului electric. După ce curentul electric și-a găsit aplicație practică, și din motivul că curentul electric poate fi obținut căi diferite, în sectorul industrial a apărut un nou concept - energia electrică.

Curentul electric este folosit ca purtător de semnale de diferite complexități și tipuri în diferite zone (telefon, radio, panou de control, buton încuietoareși așa mai departe).

În unele cazuri, apar curenți electrici nedoriți, cum ar fi curenții paraziți sau curenții de scurtcircuit.

Utilizarea curentului electric ca purtător de energie

• obținerea energiei mecanice în toate tipurile de motoare electrice,
• obținerea energiei termice în dispozitive de încălzire, cuptoare electrice, în timpul sudării electrice,
• obținerea energiei luminoase în dispozitivele de iluminat și semnalizare,
• excitarea oscilațiilor electromagnetice de înaltă frecvență, ultraînaltă frecvență și unde radio,
• receptie sunet,
• obţinerea diverselor substanţe prin electroliză, încărcarea bateriilor electrice. Aici energia electromagnetică este transformată în energie chimică,
• crearea unui câmp magnetic (în electromagneți).

Utilizarea curentului electric în medicină

• diagnostic - biocurenții organelor sănătoase și bolnave sunt diferite și este posibil să se determine boala, cauzele acesteia și să se prescrie tratamentul. Ramura fiziologiei care studiază fenomenele electrice din organism se numește electrofiziologie.
  • Electroencefalografia este o metodă de studiere a stării funcționale a creierului.
  • Electrocardiografia este o tehnică de înregistrare și studiere a câmpurilor electrice în timpul activității cardiace.
  • Electrogastrografia este o metodă de studiere a activității motorii a stomacului.
  • Electromiografia este o metodă de studiere a potențialelor bioelectrice care apar în mușchii scheletici.
• Tratament și resuscitare: stimularea electrică a anumitor zone ale creierului; tratamentul bolii Parkinson și al epilepsiei, de asemenea, pentru electroforeză. Un stimulator cardiac care stimulează mușchiul inimii cu un curent pulsat este utilizat pentru bradicardie și alte aritmii cardiace.

siguranta electrica

Include măsuri legale, socio-economice, organizatorice și tehnice, sanitare și igienice, de tratament și preventive, de reabilitare și alte măsuri. Regulile de securitate electrică sunt reglementate prin documente legale și tehnice, cadru normativ și tehnic. Cunoașterea elementelor de bază ale siguranței electrice este obligatorie pentru personalul care deservește instalațiile electrice și echipamentele electrice. Corpul uman este un conductor de curent electric. Rezistența umană cu pielea uscată și intactă variază de la 3 la 100 kOhm.

Un curent care trece printr-un corp uman sau animal produce următoarele efecte:

• termice (arsuri, încălzire și deteriorarea vaselor de sânge);
• electrolitic (descompunerea sângelui, perturbarea compoziției fizice și chimice);
• biologic (iritarea și excitarea țesuturilor corpului, convulsii)
• mecanică (ruperea vaselor de sânge sub influența presiunii aburului obținute prin încălzire prin fluxul sanguin)

Principalul factor care determină rezultatul șocului electric este cantitatea de curent care trece prin corpul uman. Conform măsurilor de siguranță, curentul electric este clasificat după cum urmează:

• „sigur” este considerat a fi un curent a cărui trecere pe termen lung prin corpul uman nu îi dăunează și nu provoacă senzații, valoarea sa nu depășește 50 μA (curent alternativ 50 Hz) și 100 μA curent continuu;
• Curentul alternativ „minim perceptibil” pentru oameni este de aproximativ 0,6-1,5 mA (curent alternativ de 50 Hz) și curent continuu de 5-7 mA;
• pragul „neeliberare” este curentul minim cu o astfel de putere încât o persoană nu mai poate să-și rupă mâinile de partea care transportă curent prin forța voinței. Pentru curent alternativ este de aproximativ 10-15 mA, pentru curent continuu este de 50-80 mA;
• „Pragul de fibrilație” este o putere de curent alternativ (50 Hz) de aproximativ 100 mA și un curent continuu de 300 mA, impactul căruia timp de mai mult de 0,5 s este probabil să provoace fibrilația mușchilor inimii. Acest prag este, de asemenea, considerat condițional fatal pentru oameni.

În Rusia, în conformitate cu Regulile pentru funcționarea tehnică a instalațiilor electrice ale consumatorilor (Ordinul Ministerului Energiei al Federației Ruse din 13 ianuarie 2003 nr. 6 „Cu privire la aprobarea Regulilor pentru funcționarea tehnică a instalațiilor electrice ale consumatori”) și Regulile pentru protecția muncii în timpul exploatării instalațiilor electrice (Ordinul Ministerului Energiei al Federației Ruse din 27 decembrie 2000 N 163 „Cu privire la aprobarea Regulilor interindustriale privind protecția muncii (Reguli de siguranță) pentru funcționarea Instalatii Electrice”), au fost constituite 5 grupe de calificare pentru siguranta electrica in functie de calificarile si experienta angajatului si de tensiunea instalatiilor electrice.

Note

• Baumgart K.K., Curent electric.
• LA FEL DE. Kasatkin. Inginerie Electrică.
• SUD. Sindeev. Inginerie electrică cu elemente electronice.

Electricitate

LA categorie:

Operatori de macara și slingers

-

Electricitate

Cum se numeste curentul electric?

Mișcarea ordonată (dirijată) a particulelor încărcate se numește curent electric. Mai mult, un curent electric a cărui putere nu se modifică în timp se numește constant. Dacă direcția de mișcare a curentului se schimbă, la fel se schimbă. se repetă în aceeași succesiune ca mărime și direcție, atunci un astfel de curent se numește alternativ.

Ce cauzează și menține mișcarea ordonată a particulelor încărcate?

-

Un câmp electric provoacă și menține mișcarea ordonată a particulelor încărcate. Curentul electric are o direcție anume?
Are. Direcția curentului electric este considerată a fi mișcarea particulelor încărcate pozitiv.

Este posibil să observați direct mișcarea particulelor încărcate într-un conductor?

Nu. Dar prezența curentului electric poate fi judecată după acțiunile și fenomenele care îl însoțesc. De exemplu, un conductor de-a lungul căruia se deplasează particulele încărcate se încălzește, iar în spațiul din jurul conductorului se formează un câmp magnetic și acul magnetic din apropierea conductorului cu curent electric se rotește. În plus, curentul care trece prin gaze le face să strălucească, iar atunci când trece prin soluții de săruri, alcalii și acizi, le descompune în părțile lor componente.

Cum se determină puterea curentului electric?

Puterea curentului electric este determinată de cantitatea de electricitate care trece prin secțiunea transversală a conductorului pe unitatea de timp.
Pentru a determina puterea curentului într-un circuit, cantitatea de electricitate care curge trebuie împărțită la timpul în care a trecut.

Care este unitatea curentului?

Unitatea de măsură a intensității curentului este considerată puterea unui curent constant, care, trecând prin doi conductori drepti paraleli de lungime infinită și de secțiune transversală extrem de mică, situati la o distanță de 1 m unul de celălalt în vid, ar provoca între acești conductori o forță egală cu 2 Newtoni pe metru. Această unitate a fost numită Ampere în onoarea savantului francez Ampere.

Care este unitatea de energie electrică?

Unitatea electrică este Coulombul (Ku), care trece într-o secundă la un curent de 1 Ampere (A).

Ce dispozitive măsoară puterea curentului electric?

Puterea curentului electric este măsurată cu instrumente numite ampermetre. Scara ampermetrului este calibrată în amperi și fracții de amper în funcție de citirile instrumentelor standard precise. Puterea curentă este numărată în funcție de citirile săgeții, care se deplasează de-a lungul scalei de la diviziunea zero. Ampermetrul este conectat în serie la circuitul electric folosind două terminale sau cleme situate pe dispozitiv. Ce este tensiunea electrică?
Tensiunea unui curent electric este diferența de potențial dintre două puncte din câmpul electric. Este egală cu munca efectuată de forțele câmpului electric atunci când se deplasează o sarcină pozitivă egală cu unitatea dintr-un punct al câmpului în altul.

Unitatea de bază a tensiunii este Voltul (V).

Ce dispozitiv măsoară tensiunea unui curent electric?

Tensiunea curentului electric este măsurată de aparat; rom, care se numește voltmetru. Un voltmetru este conectat în paralel cu circuitul de curent electric. Formulați legea lui Ohm pe o secțiune a circuitului.

Ce este rezistența conductorului?

Rezistența conductorului este o mărime fizică care caracterizează proprietățile conductorului. Unitatea de rezistență este Ohm. Mai mult, o rezistență de 1 Ohm are un fir în care se stabilește un curent de 1 A cu o tensiune la capetele sale de 1 V.

Rezistența conductorilor depinde de cantitatea de curent electric care trece prin ei?

Rezistența unui conductor metalic omogen de o anumită lungime și secțiune transversală nu depinde de mărimea curentului care circulă prin acesta.

Ce determină rezistența în conductorii electrici?

Rezistența conductorilor electrici depinde de lungimea conductorului, de aria secțiunii transversale a acestuia și de tipul de material al conductorului (rezistivitatea materialului).

Mai mult, rezistența este direct proporțională cu lungimea conductorului, invers proporțională cu aria secțiunii transversale și depinde, după cum sa menționat mai sus, de materialul conductorului.

Rezistența conductorilor depinde de temperatură?

Da, depinde. O creștere a temperaturii unui conductor metalic determină o creștere a vitezei de mișcare termică a particulelor. Aceasta duce la o creștere a numărului de ciocniri ale electronilor liberi și, în consecință, la o scădere a timpului liber de călătorie, în urma căreia conductivitate si creste rezistivitate material.

Coeficientul de temperatură de rezistență al metalelor pure este de aproximativ 0,004 °C, ceea ce înseamnă că rezistența acestora crește cu 4% pentru fiecare creștere de 10 °C a temperaturii.

Pe măsură ce temperatura electrolitului de carbon crește, timpul de cale liberă scade și el, în timp ce concentrația purtătorilor de sarcină crește, drept urmare rezistivitatea acestora scade pe măsură ce temperatura crește.

Formulați legea lui Ohm pentru un circuit închis.

Puterea curentului într-un circuit închis este egală cu raportul dintre forța electromotoare a circuitului și rezistența sa totală.

Această formulă arată că puterea curentului depinde de trei mărimi: forța electromotoare E, rezistența externă R și rezistența internă r. Rezistența internă nu are un efect notabil asupra puterii curentului dacă este mică în comparație cu rezistența externă. În acest caz, tensiunea la bornele sursei de curent este aproximativ egală cu forța electromotoare (EMF).

Ce este forța electromotoare (EMF)?

Forța electromotoare este raportul dintre munca efectuată de forțele externe pentru a deplasa o sarcină de-a lungul unui circuit la sarcină. Ca și diferența de potențial, forța electromotoare se măsoară în volți.

Ce forțe se numesc forțe externe?

Orice forță care acționează asupra particulelor încărcate electric, cu excepția forțelor potențiale de origine electrostatică (adică, forțele Coulomb), se numesc forțe străine. Datorită muncii acestor forțe, particulele încărcate dobândesc energie și apoi o eliberează atunci când se deplasează în conductorii unui circuit electric.

Forțe terțe pun în mișcare particule încărcate în interiorul unei surse de curent, generator, baterie etc.

Ca urmare, sarcinile apar la bornele sursei de curent semnul opus, iar între terminale există o anumită diferență de potențial. În plus, atunci când circuitul este închis, începe să acționeze formarea sarcinilor de suprafață, creând un câmp electric în întregul circuit, care apare ca urmare a faptului că atunci când circuitul este închis, o sarcină de suprafață apare aproape imediat pe întregul circuit. suprafata conductorului. În interiorul sursei, sarcinile se deplasează sub influența forțelor externe împotriva forțelor câmpului electrostatic (pozitiv de la minus la plus), iar pe tot restul circuitului sunt antrenate de câmpul electric.

Orez. 1. Circuit electric: 1- sursa, electricitate (baterie); 2 - ampermetru; 3 - succesor energetic (lai pa incandescent); 4 - fire electrice; 5 - unipolar RuSidnik; 6 - siguranțe

Cum se numește puterea actuală? Această întrebare a apărut de mai multe ori sau de două ori în timpul discuției noastre. diverse probleme. Prin urmare, am decis să o tratăm mai detaliat și vom încerca să o facem cât mai accesibilă fără un număr mare de formule și termeni neclari.

Deci, ce este curentul electric? Acesta este un flux direcționat de particule încărcate. Dar ce sunt aceste particule, de ce se mișcă brusc și unde? Toate acestea nu sunt foarte clare. Prin urmare, să ne uităm la această problemă mai detaliat.

• Să începem cu întrebarea despre particulele încărcate, care, de fapt, sunt purtătoare de curent electric. Sunt diferite în diferite substanțe. De exemplu, ce este curentul electric în metale? Aceștia sunt electroni. În gaze există electroni și ioni; în semiconductori - găuri; iar în electroliți aceștia sunt cationi și anioni.

• Aceste particule au o anumită sarcină. Poate fi pozitiv sau negativ. Definiția sarcinii pozitive și negative este dată condiționat. Particule având aceeasi taxa, resping, iar cele opuse se atrag.

• Pe baza acestui fapt, se dovedește a fi logic că mișcarea va avea loc de la polul pozitiv la cel negativ. Și cu cât este mai mare numărul de particule încărcate prezente la un pol încărcat, cu atât numărul lor se va muta la polul cu un semn diferit.
• Dar aceasta este o teorie profundă, așa că să luăm un exemplu concret. Să presupunem că avem o priză la care nu este conectat niciun aparat. Există curent acolo?
• Pentru a răspunde la această întrebare trebuie să știm ce sunt tensiunea și curentul. Pentru a face acest lucru mai clar, să ne uităm la asta folosind exemplul unei țevi cu apă. Pentru a spune simplu, țeava este firul nostru. Secțiunea transversală a acestei conducte este tensiunea reteaua electrica, iar viteza de curgere este curentul nostru electric.
• Să ne întoarcem la magazinul nostru. Dacă facem o analogie cu o țeavă, atunci o priză fără aparate electrice conectate la ea este o țeavă închisă cu o supapă. Adică nu există curent electric acolo.

• Dar există tensiune acolo.Și dacă într-o țeavă, pentru a apărea un flux, este necesar să deschideți supapa, atunci pentru a crea un curent electric în conductor, trebuie să conectați o sarcină. Acest lucru se poate face prin conectarea ștecherului la priză.
• Desigur, aceasta este o prezentare foarte simplificată a problemei, iar unii profesioniști mă vor critica și vor indica inexactități. Dar dă o idee despre ceea ce se numește curent electric.

Curent continuu și alternativ

Următoarea întrebare pe care ne propunem să o înțelegem este: ce este curentul alternativ și curentul continuu. La urma urmei, mulți nu înțeleg corect aceste concepte.

Constanta este un curent care nu își schimbă amploarea și direcția în timp. Destul de des, curentul pulsatoriu este, de asemenea, considerat constant, dar să vorbim despre totul în ordine.

• Curentul continuu se caracterizează prin faptul că același număr de sarcini electrice se înlocuiesc constant între ele într-o direcție. Direcția este de la un pol la altul.
• Se pare că un conductor are întotdeauna o sarcină pozitivă sau negativă.Și de-a lungul timpului aceasta rămâne neschimbată.

Notă! La determinarea direcției curentului continuu, pot exista dezacorduri. Dacă curentul este generat de mișcarea particulelor încărcate pozitiv, atunci direcția acestuia corespunde mișcării particulelor. Dacă curentul este format din mișcarea particulelor încărcate negativ, atunci direcția sa este considerată a fi opusă mișcării particulelor.

• Dar conceptul de curent continuu include adesea așa-numitul curent pulsatoriu. Diferă de o constantă doar prin faptul că valoarea ei se modifică în timp, dar în același timp nu își schimbă semnul.
• Să presupunem că avem un curent de 5A. Pentru curentul continuu, această valoare va rămâne neschimbată pe toată perioada de timp. Pentru curentul pulsatoriu, într-o perioadă de timp va fi 5, în altul 4, iar în a treia 4,5. Dar, în același timp, în niciun caz nu scade sub zero și nu își schimbă semnul.

• Acest curent de ondulare este foarte frecvent la conversia AC în DC. Acesta este exact curentul pulsatoriu produs de invertorul sau puntea de diode din electronică.
• Unul dintre principalele avantaje ale curentului continuu este că poate fi stocat. Puteți face acest lucru singur, folosind baterii sau condensatori.

Curent alternativ

Pentru a înțelege ce este curentul alternativ, trebuie să ne imaginăm o undă sinusoidală. Această curbă plată este cea care caracterizează cel mai bine schimbarea curentului continuu și este standardul.

	Ca o undă sinusoidală, curentul alternativ cu o frecvență constantă își schimbă polaritatea. Într-o perioadă de timp este pozitivă, iar într-o altă perioadă este negativă.
	Prin urmare, nu există purtători de sarcină, ca atare, direct în conductorul de mișcare. Pentru a înțelege acest lucru, imaginați-vă un val care se repezi pe țărm. Se mișcă într-o direcție și apoi în direcția opusă. Drept urmare, apa pare să se miște, dar rămâne pe loc.
	Pe baza acestui lucru, pentru curent alternativ este foarte factor important devine rata de schimbare a polarității. Acest factor se numește frecvență. Cu cât această frecvență este mai mare, cu atât polaritatea curentului alternativ se schimbă mai des pe secundă. În țara noastră există un standard pentru această valoare - este egal cu 50Hz. Adică, curentul alternativ își schimbă valoarea de la extrem de pozitivă la extrem de negativă de 50 de ori pe secundă.
	Dar nu există doar curent alternativ cu o frecvență de 50 Hz. Multe echipamente funcționează pe curent alternativ de frecvențe diferite. Într-adevăr, schimbând frecvența curentului alternativ, puteți modifica viteza de rotație a motoarelor. De asemenea, puteți obține performanțe mai mari de procesare a datelor - ca în chipset-urile computerelor dvs. și multe altele.

Notă! Puteți vedea clar ce este curent alternativ și continuu folosind exemplul unui bec obișnuit. Acest lucru este vizibil în special la lămpile cu diode de calitate scăzută, dar dacă vă uitați cu atenție, îl puteți vedea și pe o lampă cu incandescență obișnuită. Când funcționează pe curent continuu, strălucesc cu o lumină uniformă, iar când funcționează pe curent alternativ, pâlpâie abia vizibil.

Ce este puterea și densitatea de curent?

Ei bine, am aflat ce este curentul constant și ce este curentul alternativ. Dar probabil că mai aveți o mulțime de întrebări. Vom încerca să le luăm în considerare în această secțiune a articolului nostru.

Din acest videoclip puteți afla mai multe despre ce este puterea.

• Și prima dintre aceste întrebări va fi: ce este tensiunea electrică? Tensiunea este diferența de potențial dintre două puncte.

• Apare imediat întrebarea, ce este potențialul? Acum profesioniștii mă vor critica din nou, dar să spunem asta: acesta este un exces de particule încărcate. Adică, există un punct în care există un exces de particule încărcate - și există un al doilea punct în care există fie mai multe, fie mai puține dintre aceste particule încărcate. Această diferență se numește tensiune. Se măsoară în volți (V).

• Să luăm ca exemplu o priză obișnuită. Probabil știți cu toții că tensiunea sa este de 220V. Avem două fire în priză, iar o tensiune de 220V înseamnă că potențialul unui fir este mai mare decât potențialul celui de-al doilea fir cu exact acești 220V.
• Trebuie să înțelegem conceptul de tensiune pentru a înțelege care este puterea unui curent electric. Deși din punct de vedere profesional, această afirmație nu este în întregime corectă. Curentul electric nu are putere, dar este derivatul său.

• Pentru a înțelege acest punct, să ne întoarcem la analogia noastră cu conducta de apă. După cum vă amintiți, secțiunea transversală a acestei conducte este tensiunea, iar debitul în conductă este curentul. Deci: puterea este cantitatea de apă care curge prin această conductă.
• Este logic să presupunem că, cu secțiuni transversale egale, adică tensiuni, cu cât debitul este mai puternic, adică curentul electric, cu atât debitul de apă se deplasează mai mare prin conductă. În consecință, cu atât mai multă putere va fi transferată consumatorului.
• Dar dacă, în analogia cu apa, putem transmite o cantitate strict definită de apă printr-o conductă de o anumită secțiune transversală, deoarece apa nu este comprimată, atunci cu curentul electric totul este diferit. Putem transmite teoretic orice curent prin orice conductor. Dar, în practică, un conductor cu o secțiune transversală mică la densitate mare curentul se va arde pur și simplu.

• În acest sens, trebuie să înțelegem ce este densitatea de curent. În linii mari, acesta este numărul de electroni care se deplasează printr-o anumită secțiune transversală a unui conductor pe unitate de timp.
• Acest număr ar trebui să fie optim. La urma urmei, dacă luăm un conductor de secțiune transversală mare și transmitem un curent mic prin el, atunci prețul unei astfel de instalații electrice va fi mare. În același timp, dacă luăm un conductor de secțiune transversală mică, atunci datorită densității mari de curent se va supraîncălzi și se va arde rapid.
• În acest sens, PUE are o secțiune corespunzătoare care vă permite să selectați conductorii în funcție de densitatea de curent economică.

• Dar să revenim la conceptul despre ce este puterea actuală? După cum am înțeles din analogia noastră, cu aceeași secțiune transversală a conductei, puterea transmisă depinde numai de puterea curentului. Dar dacă se mărește secțiunea transversală a conductei noastre, adică crește tensiunea, în acest caz, la aceleași debite, se vor transmite volume de apă complet diferite. La fel este și în electricitate.

• Cu cât tensiunea este mai mare, cu atât este nevoie de mai puțin curent pentru a transmite aceeași putere. De aceea, liniile electrice de înaltă tensiune sunt folosite pentru a transmite cantități mari de putere pe distanțe lungi.

La urma urmei, o linie cu o secțiune transversală a firului de 120 mm 2 pentru o tensiune de 330 kV este capabilă să transmită de multe ori mai multă putere în comparație cu o linie de aceeași secțiune transversală, dar cu o tensiune de 35 kV. Deși ceea ce se numește puterea curentă va fi aceeași în ei.

Metode de transmitere a curentului electric

Ne-am dat seama ce sunt curentul și tensiunea. Este timpul să ne dați seama cum să distribuiți curentul electric. Acest lucru vă va permite să vă simțiți mai încrezători în a vă ocupa de aparatele electrice în viitor.

După cum am spus deja, curentul poate fi alternativ și constant. În industrie și în prizele dvs. se folosește curent alternativ. Este mai frecventă deoarece este mai ușor de transmis prin fire. Faptul este că schimbarea tensiunii de curent continuu este destul de dificilă și costisitoare, dar schimbarea tensiunii de curent alternativ se poate face folosind transformatoare obișnuite.

Notă! Niciun transformator de curent alternativ nu va funcționa pe curent continuu. Deoarece proprietățile pe care le utilizează sunt inerente numai curentului alternativ.

• Dar asta nu înseamnă deloc că curentul continuu nu este folosit nicăieri. El are altul proprietate utilă, care nu este inerent variabilei. Poate fi acumulat și depozitat.
• În acest sens, curentul continuu este utilizat în toate aparatele electrice portabile, inclusiv transport feroviar, precum și la unele unități industriale în care este necesară menținerea funcționalității chiar și după o pierdere completă a alimentării cu energie.

• Cea mai comună metodă de depozitare energie electrica, sunt baterii reîncărcabile. Au special proprietăți chimice, permițându-vă să acumulați și apoi, dacă este necesar, să eliberați curent continuu.
• Fiecare baterie are o cantitate strict limitată de energie acumulată. Aceasta se numește capacitatea bateriei și este determinată parțial de curentul de pornire al bateriei.
• Care este curentul de pornire al bateriei? Aceasta este cantitatea de energie pe care bateria este capabilă să o furnizeze chiar în momentul inițial în care sarcina este conectată. Cert este că, în funcție de proprietățile lor fizice și chimice, bateriile diferă prin modul în care eliberează energia acumulată.

• Unii oameni pot da multe deodată. Din această cauză, ei, desigur, se vor descărca rapid. Iar acestea din urmă dau mult timp, dar puțin la un moment dat. In afara de asta, aspect important Bateria este capabilă să mențină tensiunea.
• Cert este că, după cum spun instrucțiunile, pentru unele baterii, pe măsură ce capacitatea lor este eliberată, tensiunea lor scade treptat. Și alte baterii sunt capabile să livreze aproape întreaga capacitate cu aceeași tensiune. Pe baza acestor proprietăți de bază, sunt alese aceste instalații de stocare a energiei electrice.
• Pentru transmiterea curentului continuu se folosesc în toate cazurile două fire. Aceasta este o venă pozitivă și negativă. Rosu si albastru.

Curent alternativ

Dar cu curentul alternativ totul este mult mai complicat. Poate fi transmis pe unul, două, trei sau patru fire. Pentru a explica acest lucru, trebuie să înțelegem întrebarea: ce este curentul trifazat?

• Curentul nostru alternativ este produs de un generator. De obicei, aproape toate au o structură trifazată. Aceasta înseamnă că generatorul are trei borne și la fiecare dintre aceste borne este furnizat un curent electric, deosebindu-se de cele anterioare printr-un unghi de 120⁰.

• Pentru a înțelege acest lucru, să ne amintim sinusoidul nostru, care este un model pentru descrierea curentului alternativ și în conformitate cu legile cărora se modifică. Să luăm trei faze - „A”, „B” și „C”, și să luăm un anumit moment în timp. În acest moment, unda sinusoidală a fazei „A” este în punctul zero, unda sinusoidă a fazei „B” este în punctul extrem pozitiv, iar unda sinusoială a fazei „C” este în punctul extrem negativ.
• În fiecare unitate de timp ulterioară, curentul alternativ în aceste faze se va schimba, dar sincron. Adică, după un anumit timp, în faza „A” va exista un maxim negativ. În faza „B” va fi un zero, iar în faza „C” va fi un maxim pozitiv. Și după ceva timp, se vor schimba din nou.

• Ca urmare, rezultă că fiecare dintre aceste faze are propriul potențial, diferit de potențialul fazei învecinate. Prin urmare, trebuie să existe ceva între ele care să nu conducă curentul electric.
• Această diferență de potențial între două faze se numește tensiune de linie. În plus, au o diferență de potențial față de pământ - această tensiune se numește tensiune de fază.
• Și astfel, dacă tensiunea liniară dintre aceste faze este de 380V, atunci tensiunea de fază este de 220V. Diferă cu o valoare de √3. Această regulă se aplică întotdeauna pentru orice tensiune.

• Pe baza acestui lucru, dacă avem nevoie de o tensiune de 220V, atunci putem lua un fir de fază și un fir conectat rigid la pământ. Și vom obține o rețea monofazată de 220V. Dacă avem nevoie de o rețea de 380V, atunci putem lua doar 2 faze și putem conecta un fel de dispozitiv de încălzire ca în videoclip.

Dar, în majoritatea cazurilor, sunt folosite toate cele trei faze. Toți consumatorii puternici sunt conectați la o rețea trifazată.

Concluzie

Ce este curent indus, curent capacitiv, curent de pornire, curent fără sarcină, curenți de secvență negativă, curenți paraziți și multe altele, pur și simplu nu putem lua în considerare într-un articol.

La urma urmei, problema curentului electric este destul de extinsă și o întreagă știință a ingineriei electrice a fost creată pentru a o lua în considerare. Dar sperăm cu adevărat că am putut să explicăm principalele aspecte într-un limbaj accesibil această problemă, iar acum curentul electric nu va fi ceva înfricoșător și de neînțeles pentru tine.