Mevcut güce ne denir? Bu soru tartışmamız sırasında bir veya iki defadan fazla gündeme geldi. çeşitli sorunlar. Bu nedenle konuyu daha detaylı incelemeye karar verdik ve bunu mümkün olduğunca yapmaya çalışacağız. erişilebilir dilçok sayıda formül ve belirsiz terimler olmadan.

Peki elektrik akımı nedir? Bu, yüklü parçacıkların yönlendirilmiş akışıdır. Peki bu parçacıklar nedir, neden aniden hareket ediyorlar ve nerede? Bunların hepsi çok açık değil. Bu nedenle bu konuya daha ayrıntılı olarak bakalım.

• Aslında elektrik akımının taşıyıcıları olan yüklü parçacıklar hakkındaki soruyla başlayalım.. İÇİNDE farklı maddeler onlar farklı. Örneğin metallerde elektrik akımı nedir? Bunlar elektronlardır. Gazlarda elektronlar ve iyonlar vardır; yarı iletkenlerde - delikler; ve elektrolitlerde bunlar katyonlar ve anyonlardır.

• Bu parçacıkların belirli bir yükü vardır. Olumlu ya da olumsuz olabilir. Pozitif ve negatif yükün tanımı şartlı olarak verilmiştir. Sahip olan parçacıklar aynı ücret, iter ve karşıt olanlar çeker.

• Buna dayanarak hareketin pozitif kutuptan negatif kutba doğru gerçekleşmesi mantıklı görünmektedir. Ve yüklü bir kutupta bulunan yüklü parçacıkların sayısı ne kadar fazlaysa, sayıları da o kadar fazla farklı işaretle direğe doğru hareket edecektir.
• Ancak bunların hepsi derin teori, o yüzden somut bir örnek alalım. Diyelim ki hiçbir cihazın bağlı olmadığı bir prizimiz var. Orada akıntı var mı?
• Bu soruyu cevaplamak için gerilim ve akımın ne olduğunu bilmemiz gerekiyor. Bunu daha açık hale getirmek için, su dolu bir boru örneğini kullanarak buna bakalım. Basitçe söylemek gerekirse boru bizim telimizdir. Bu borunun kesiti voltajdır elektrik ağı ve akış hızı bizim elektrik akımımızdır.
• Çıkışımıza dönelim. Bir boruya benzetme yaparsak, elektrikli aletlerin bağlı olmadığı bir priz, vana ile kapatılmış bir borudur. Yani orada elektrik akımı yok.

• Ama orada bir gerginlik var. Ve boruda bir akışın ortaya çıkması için vanayı açmak gerekiyorsa, o zaman iletkende bir elektrik akımı oluşturmak için bir yük bağlamanız gerekir. Bu, fişi prize takarak yapılabilir.
• Elbette bu konunun çok basitleştirilmiş bir sunumu ve bazı profesyoneller beni eleştirecek ve yanlışlıklara işaret edecek. Ama elektrik akımı denilen şey hakkında fikir verir.

Doğru ve alternatif akım

Anlamayı önerdiğimiz bir sonraki soru şudur: Alternatif akım ve doğru akım nedir? Sonuçta, çoğu bu kavramları tam olarak doğru anlamıyor.

Sabit, zamanla büyüklüğü ve yönü değişmeyen bir akımdır. Çoğu zaman, titreşimli akım da sabit kabul edilir, ancak her şeyi sırayla konuşalım.

• Doğru akım, aynı sayıda elektrik yükünün sürekli olarak bir yönde birbirini değiştirmesi ile karakterize edilir. Yön bir kutuptan diğerinedir.
• Bir iletkenin her zaman pozitif ya da negatif bir yüke sahip olduğu ortaya çıktı. Ve zamanla bu değişmeden kalır.

Not! Yön belirlerken doğru akım, anlaşmazlıklar olabilir. Akım pozitif yüklü parçacıkların hareketiyle üretiliyorsa, yönü parçacıkların hareketine karşılık gelir. Akım, negatif yüklü parçacıkların hareketiyle oluşuyorsa, yönünün parçacıkların hareketine zıt olduğu kabul edilir.

• Ancak doğru akım kavramı sıklıkla titreşimli akımı da içerir. Bir sabitten yalnızca değerinin zamanla değişmesiyle ayrılır, ancak aynı zamanda işareti de değişmez.
• Diyelim ki 5A akımımız var. Doğru akım için bu değer tüm süre boyunca değişmeden kalacaktır. Titreşimli akım için, bir dönemde 5, diğerinde 4 ve üçüncüsünde 4,5 olacaktır. Ancak aynı zamanda hiçbir durumda sıfırın altına düşmez ve işaretini değiştirmez.

• Bu dalgalanma akımı AC'yi DC'ye dönüştürürken çok yaygındır. Bu tam olarak invertörünüzün veya elektronikteki diyot köprünüzün ürettiği titreşimli akımdır.
• Doğru akımın en önemli avantajlarından biri depolanabilmesidir. Pilleri veya kapasitörleri kullanarak bunu kendiniz yapabilirsiniz.

Alternatif akım

Alternatif akımın ne olduğunu anlamak için sinüs dalgasını hayal etmemiz gerekir. Doğru akımdaki değişimi en iyi karakterize eden ve standart olan bu düz eğridir.

	Sinüs dalgası gibi, sabit frekanslı alternatif akım da polaritesini değiştirir. Bir dönem olumlu, bir dönem olumsuz oluyor.
	Bu nedenle doğrudan hareket iletkeninde yük taşıyıcıları yoktur. Bunu anlamak için kıyıya doğru koşan bir dalga hayal edin. Bir yönde, sonra ters yönde hareket eder. Sonuç olarak su hareket ediyor gibi görünür ancak yerinde kalır.
	Buna dayanarak, alternatif akım için çok önemli faktör kutup değişim hızı haline gelir. Bu faktöre frekans denir. Bu frekans ne kadar yüksek olursa, alternatif akımın polaritesi saniyede o kadar sık ​​değişir. Ülkemizde bu değer için bir standart var - 50Hz'e eşittir. Yani alternatif akım, değerini saniyede 50 kez aşırı pozitiften aşırı negatife değiştirir.
	Ancak sadece 50 Hz frekansında alternatif akım yoktur. Birçok ekipman farklı frekanslardaki alternatif akımla çalışır. Sonuçta alternatif akımın frekansını değiştirerek motorların dönüş hızını değiştirebilirsiniz. Ayrıca bilgisayarlarınızın yonga setlerinde olduğu gibi daha yüksek veri işleme performansı ve çok daha fazlasını elde edebilirsiniz.

Not! Sıradan bir ampul örneğini kullanarak alternatif ve doğru akımın ne olduğunu açıkça görebilirsiniz. Bu özellikle düşük kaliteli diyot lambalarda görülür, ancak yakından bakarsanız normal akkor lambada da görebilirsiniz. Doğru akımla çalışırken eşit bir ışıkla parlıyorlar ve alternatif akımla çalışırken neredeyse fark edilmeyecek kadar titriyorlar.

Güç ve akım yoğunluğu nedir?

Peki, sabit akımın ne olduğunu ve alternatif akımın ne olduğunu öğrendik. Ama muhtemelen hala birçok sorunuz var. Yazımızın bu bölümünde bunları ele almaya çalışacağız.

Bu videodan gücün ne olduğu hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz.

• Ve bu sorulardan ilki şu olacak: Elektrik voltajı nedir? Gerilim iki nokta arasındaki potansiyel farktır.

• Hemen şu soru ortaya çıkıyor: Potansiyel nedir? Şimdi profesyoneller beni yine eleştirecekler ama şunu söyleyelim: bu, yüklü parçacıkların fazlalığıdır. Yani, yüklü parçacıkların fazla olduğu bir nokta vardır ve bu yüklü parçacıkların daha fazla veya daha az olduğu ikinci bir nokta vardır. Bu farka gerilim denir. Volt (V) cinsinden ölçülür.

• Örnek olarak normal bir prizi ele alalım. Muhtemelen hepiniz voltajının 220V olduğunu biliyorsunuzdur. Soketimizde iki kablomuz var ve 220V'luk bir voltaj, bir kablonun potansiyelinin ikinci kablonun potansiyelinden tam olarak bu 220V daha yüksek olduğu anlamına gelir.
• Bir elektrik akımının gücünün ne olduğunu anlayabilmek için gerilim kavramını anlamamız gerekir. Profesyonel açıdan bakıldığında bu ifade tamamen doğru değildir. Elektrik akımının gücü yoktur ancak onun türevidir.

• Bu noktayı anlamak için nargile benzetmemize geri dönelim. Hatırlayacağınız gibi bu borunun kesiti gerilim, borudaki debi ise akımdır. Yani: güç, bu borudan akan su miktarıdır.
• Eşit kesitlerde, yani voltajlarda, akış, yani elektrik akımı ne kadar güçlü olursa, su akışının borudan o kadar fazla hareket ettiğini varsaymak mantıklıdır. Buna göre tüketiciye daha fazla güç aktarılacak.
• Ancak suya benzeterek, belirli bir kesite sahip bir boru aracılığıyla kesin olarak tanımlanmış bir miktarda suyu aktarabiliyorsak, su sıkıştırılmadığı için, o zaman elektrik akımında her şey farklıdır. Teorik olarak herhangi bir akımı herhangi bir iletken üzerinden iletebiliriz. Ancak pratikte küçük kesitli bir iletken yüksek yoğunluk akım basitçe yanacaktır.

• Bu bakımdan akım yoğunluğunun ne olduğunu anlamamız gerekiyor. Kabaca söylemek gerekirse, bu, birim zamanda bir iletkenin belirli bir kesitinden geçen elektronların sayısıdır.
• Bu sayı optimal olmalıdır. Sonuçta, büyük kesitli bir iletken alırsak ve içinden küçük bir akım iletirsek, böyle bir elektrik tesisatının fiyatı yüksek olacaktır. Aynı zamanda küçük kesitli bir iletken alırsak, yüksek akım yoğunluğu nedeniyle aşırı ısınacak ve hızla yanacaktır.
• Bu bağlamda PUE, ekonomik akım yoğunluğuna göre iletkenleri seçmenize olanak tanıyan karşılık gelen bir bölüme sahiptir.

• Ama mevcut gücün ne olduğu kavramına dönelim? Analojimizden anladığımız gibi aynı boru kesitinde iletilen güç yalnızca akım gücüne bağlıdır. Ancak borumuzun kesiti arttırılırsa yani voltaj arttırılırsa bu durumda aynı akış hızlarında tamamen farklı hacimlerde su iletilecektir. Elektrikte de durum aynı.

• Gerilim ne kadar yüksek olursa, aynı gücü iletmek için o kadar az akım gerekir. Bu nedenle yüksek gerilim hatları, büyük miktardaki gücün uzun mesafelere iletilmesi için kullanılır.

Sonuçta, 330 kV'luk bir voltaj için 120 mm2'lik bir tel kesitine sahip bir hat, aynı kesitteki bir hatta, ancak 35 kV'luk bir voltajla karşılaştırıldığında çok daha fazla güç iletebilir. Gerçi mevcut güç denilen şey onlarda aynı olacaktır.

Elektrik akımını iletme yöntemleri

Akım ve voltajın ne olduğunu bulduk. Elektrik akımının nasıl dağıtılacağını bulmanın zamanı geldi. Bu, gelecekte elektrikli cihazlarla uğraşırken kendinizi daha güvende hissetmenizi sağlayacaktır.

Daha önce de söylediğimiz gibi akım değişken ve sabit olabilir. Endüstride ve prizlerinizde alternatif akım kullanılmaktadır. Daha yaygındır çünkü teller üzerinden iletim daha kolaydır. Gerçek şu ki, DC voltajını değiştirmek oldukça zor ve pahalıdır, ancak AC voltajını değiştirmek sıradan transformatörler kullanılarak yapılabilir.

Not! Hiçbir AC transformatörü DC akımla çalışmaz. Kullandığı özellikler yalnızca alternatif akımın doğasında olduğundan.

• Ancak bu, doğru akımın hiçbir yerde kullanılmadığı anlamına gelmez. Onun başka biri var kullanışlı özellik, değişkenin doğasında olmayan. Biriktirilip saklanabilir.
• Bu bağlamda, tüm taşınabilir elektrikli cihazlarda doğru akım kullanılmaktadır. demiryolu taşımacılığı ve ayrıca güç kaynağı tamamen kesildikten sonra bile işlevselliği korumanın gerekli olduğu bazı endüstriyel tesislerde.

• En yaygın depolama yöntemi elektrik enerjisi, öyle Şarj edilebilir pil. Onların özelleri var kimyasal özellikler, biriktirmenize ve ardından gerekirse doğru akımı serbest bırakmanıza olanak tanır.
• Her pilin kesinlikle sınırlı miktarda birikmiş enerjisi vardır. Buna pil kapasitesi denir ve kısmen pilin ani akımı tarafından belirlenir.
• Akü başlangıç ​​akımı nedir? Bu, yükün bağlandığı ilk anda pilin sağlayabileceği enerji miktarıdır. Gerçek şu ki, pillerin fiziksel ve kimyasal özelliklerine bağlı olarak biriken enerjiyi serbest bırakma biçimleri farklılık gösterir.

• Bazı insanlar aynı anda çok şey verebilir. Bu nedenle elbette hızla deşarj olacaklar. Ve ikincisi uzun bir süre veriyor, ama her seferinde biraz. Ayrıca, önemli husus Pil voltajı koruyabilir.
• Gerçek şu ki, talimatlarda belirtildiği gibi bazı piller için kapasiteleri boşaldıkça voltajları giderek azalır. Ve diğer piller, kapasitenin neredeyse tamamını aynı voltajla sağlama kapasitesine sahiptir. Bu temel özelliklere dayanarak elektrik depolama tesisleri seçilmektedir.
• Doğru akımı iletmek için her durumda iki kablo kullanılır. Bu olumlu ve olumsuz bir damardır. Kırmızı ve mavi.

Alternatif akım

Ancak alternatif akımla her şey çok daha karmaşıktır. Bir, iki, üç veya dört kablo üzerinden iletilebilir. Bunu açıklamak için şu soruyu anlamamız gerekiyor: Üç fazlı akım nedir?

• Alternatif akımımız bir jeneratör tarafından üretilir. Tipik olarak hemen hemen hepsi üç fazlı bir yapıya sahiptir. Bu, jeneratörün üç terminali olduğu ve bu terminallerin her birine öncekilerden 120⁰ açıyla farklı bir elektrik akımı sağlandığı anlamına gelir.

• Bunu anlayabilmek için alternatif akımı açıklamaya yönelik bir model olan ve hangi yasalara göre değiştiği sinüzoidimizi hatırlayalım. Üç aşamayı ele alalım - “A”, “B” ve “C” ve zamanda belirli bir noktayı ele alalım. Bu noktada “A” fazının sinüs dalgası sıfır noktasında, “B” fazının sinüs dalgası en pozitif noktada, “C” fazının sinüs dalgası en uç negatif noktadadır.
• Sonraki her zaman biriminde, bu fazlardaki alternatif akım değişecektir, ancak eşzamanlı olarak. Yani belirli bir süre sonra “A” aşamasında negatif bir maksimum olacaktır. "B" aşamasında bir sıfır olacak ve "C" aşamasında pozitif bir maksimum olacaktır. Ve bir süre sonra tekrar değişecekler.

• Sonuç olarak, bu aşamaların her birinin, komşu aşamanın potansiyelinden farklı olarak kendi potansiyeline sahip olduğu ortaya çıkıyor. Bu nedenle aralarında elektrik akımını iletmeyen bir şeyin olması gerekir.
• İki faz arasındaki bu potansiyel farkına hat voltajı denir. Ek olarak, toprağa göre potansiyel farkları vardır - bu gerilime faz gerilimi denir.
• Ve böylece, bu fazlar arasındaki doğrusal voltaj 380V ise, faz voltajı 220V olur. √3 değerinde farklılık gösterir. Bu kural her zaman her voltaj için geçerlidir.

• Buna dayanarak 220V'luk bir voltaja ihtiyacımız varsa, o zaman tek fazlı bir tel ve toprağa sağlam bir şekilde bağlı bir tel alabiliriz. Ve tek fazlı bir 220V ağ elde edeceğiz. 380V'luk bir ağa ihtiyacımız varsa, videodaki gibi yalnızca 2 fazı alıp bir tür ısıtma cihazı bağlayabiliriz.

Ancak çoğu durumda üç aşamanın tümü kullanılır. Tüm güçlü tüketiciler üç fazlı bir ağa bağlanır.

Çözüm

İndüklenen akım, kapasitif akım, başlangıç ​​akımı, yüksüz akım, negatif dizi akımları, kaçak akımlar ve çok daha fazlasının ne olduğunu tek bir makalede ele alamayız.

Sonuçta, elektrik akımı konusu oldukça kapsamlıdır ve bunu dikkate almak için bütün bir elektrik mühendisliği bilimi yaratılmıştır. Ancak asıl hususları erişilebilir bir dilde açıklayabildiğimizi gerçekten umuyoruz. bu konu ve artık elektrik akımı sizin için korkutucu ve anlaşılmaz bir şey olmayacak.

Elektriksiz bir hayat düşünmek mümkün değil modern adam. Volt, Amper, Watt - elektrikle çalışan cihazlardan bahsederken bu kelimeler duyulur. Peki elektrik akımı nedir ve varlığının koşulları nelerdir? Bunu sağlayarak bunun hakkında daha fazla konuşacağız. kısa açıklama yeni başlayan elektrikçiler için.

Tanım

Elektrik akımı, yük taşıyıcılarının yönlendirilmiş hareketidir; bu, bir fizik ders kitabından alınan standart bir formülasyondur. Yük taşıyıcılara ise maddenin belirli parçacıkları denir. Olabilirler:

• Elektronlar negatif yük taşıyıcılarıdır.
• İyonlar pozitif yük taşıyıcılarıdır.

Peki yük taşıyıcıları nereden geliyor? Bu soruyu cevaplamak için maddenin yapısına ilişkin temel bilgileri hatırlamanız gerekir. Bizi çevreleyen her şey maddedir; moleküllerden, en küçük parçacıklardan oluşur. Moleküller atomlardan oluşur. Bir atom, etrafında belirli yörüngelerde hareket eden elektronların bulunduğu bir çekirdekten oluşur. Moleküller de rastgele hareket eder. Bu parçacıkların her birinin hareketi ve yapısı maddenin kendisine ve onun üzerindeki etkisine bağlıdır. çevre Sıcaklık, voltaj vb. gibi.

İyon, elektron ve proton oranı değişen bir atomdur. Atom başlangıçta nötr ise, iyonlar sırasıyla aşağıdakilere ayrılır:

• Anyon, elektron kaybetmiş bir atomun pozitif iyonudur.
• Katyonlar, atoma bağlı "ekstra" elektronlara sahip bir atomdur.

Akım ölçüm birimi Amper'dir ve buna göre aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

burada U voltajdır, [V] ve R dirençtir, [Ohm].

Veya birim zaman başına aktarılan ücret miktarıyla doğru orantılı:

burada Q – yük, [C], t – zaman, [s].

Elektrik akımının varlığı için koşullar

Elektrik akımının ne olduğunu bulduk, şimdi akışının nasıl sağlanacağından bahsedelim. Elektrik akımının akması için iki koşulun karşılanması gerekir:

1. Ücretsiz ücret taşıyıcılarının varlığı.
2. Elektrik alanı.

Elektriğin varlığının ve akışının ilk koşulu, akımın aktığı (veya akmadığı) maddeye ve durumuna bağlıdır. İkinci koşul da mümkündür: Bir elektrik alanının varlığı için, aralarında yük taşıyıcılarının akacağı bir ortamın bulunduğu farklı potansiyellerin varlığı gerekir.

Hatırlatalım: Gerilim, EMF potansiyel farkıdır. Akımın varlığının koşullarını yerine getirmek için - bir elektrik alanının ve elektrik akımının varlığı, gerilime ihtiyaç vardır. Bunlar yüklü bir kapasitörün plakaları, galvanik bir eleman, etkisi altında üretilen bir EMF olabilir. manyetik alan(jeneratör).

Nasıl ortaya çıktığını çözdük, nereye yönlendirildiğini konuşalım. Akım, esas olarak olağan kullanımımızda, iletkenlerde (apartmandaki elektrik kabloları, akkor ampuller) veya yarı iletkenlerde (LED'ler, akıllı telefonunuzun işlemcisi ve diğer elektronik cihazlar), daha az sıklıkla gazlarda (floresan lambalar) hareket eder.

Yani çoğu durumda ana yük taşıyıcıları elektronlardır; eksiden (negatif potansiyele sahip bir nokta) artıya (pozitif potansiyele sahip bir noktaya, bunun hakkında daha fazlasını aşağıda öğreneceksiniz) doğru hareket ederler.

Ancak ilginç bir gerçek şu ki, mevcut hareketin yönü, pozitif yüklerin artıdan eksiye hareketi olarak alınmıştır. Her ne kadar aslında her şey tam tersi oluyor. Gerçek şu ki, akımın yönüne ilişkin karar, onun doğası incelenmeden ve ayrıca akımın nasıl aktığı ve var olduğu belirlenmeden önce verilmiştir.

Farklı ortamlarda elektrik akımı

Bunu daha önce de belirtmiştik farklı ortamlar Elektrik akımı, yük taşıyıcıların türüne bağlı olarak değişebilir. Medya iletkenliklerinin niteliğine göre (azalan iletkenlik sırasına göre) bölünebilir:

1. İletken (metaller).
2. Yarı iletken (silikon, germanyum, galyum arsenit vb.).
3. Dielektrik (vakum, hava, damıtılmış su).

Metallerde

Metaller serbest yük taşıyıcıları içerir, bunlara bazen "elektrik gazı" denir. Ücretsiz ücretli taşıyıcılar nereden geliyor? Gerçek şu ki, herhangi bir madde gibi metal de atomlardan oluşur. Atomlar öyle ya da böyle hareket eder ya da titreşir. Metalin sıcaklığı ne kadar yüksek olursa bu hareket o kadar güçlü olur. Aynı zamanda atomların kendisi de Genel görünüm yerlerinde kalarak aslında metalin yapısını oluştururlar.

Bir atomun elektron kabuklarında genellikle çekirdekle bağlantısı oldukça zayıf olan birkaç elektron bulunur. Sıcaklıkların etkisi altında, kimyasal reaksiyonlar ve her durumda metalde bulunan yabancı maddelerin etkileşimi, elektronların atomlarından ayrılarak pozitif yüklü iyonların oluşmasına neden olur. Ayrılan elektronlara serbest denir ve düzensiz hareket ederler.

Bir elektrik alanından etkilenirlerse, örneğin bir metal parçasına pil bağlarsanız elektronların kaotik hareketi düzenli hale gelecektir. Negatif potansiyelin bağlı olduğu bir noktadan (örneğin galvanik hücrenin katodu) gelen elektronlar, pozitif potansiyele sahip bir noktaya doğru hareket etmeye başlayacaktır.

Yarı iletkenlerde

Yarı iletkenler, içinde bulunan malzemelerdir. iyi durumdaücretsiz ücretli taşıyıcı yoktur. Yasak bölge denilen bölgedeler. Ancak elektrik alanı, ısı, çeşitli radyasyonlar (ışık, radyasyon vb.) gibi dış kuvvetler uygulanırsa bant aralığını aşarak serbest bölgeye veya iletim bandına geçerler. Elektronlar atomlarından ayrılarak serbest hale gelir ve pozitif yük taşıyıcıları olan iyonları oluşturur.

Yarı iletkenlerdeki pozitif taşıyıcılara delik adı verilir.

Enerjiyi basitçe bir yarı iletkene aktarırsanız, örneğin onu ısıtırsanız, yük taşıyıcılarının kaotik bir hareketi başlayacaktır. Ama eğer Hakkında konuşuyoruz diyot veya transistör gibi yarı iletken elemanlar hakkında, kristalin karşıt uçlarında bir EMF ortaya çıkacaktır (bunlara metalize bir katman uygulanır ve uçlar lehimlenir), ancak bu, bugünkü makalenin konusu ile ilgili değildir.

Bir yarı iletkene bir EMF kaynağı uygularsanız, yük taşıyıcıları da iletim bandına hareket edecek ve yön hareketleri de başlayacaktır - delikler daha düşük elektrik potansiyeli olan yöne ve elektronlar daha yüksek olan yöne gidecektir. .

Vakumda ve gazda

Vakum, tamamen (ideal durum) gazların bulunmadığı veya minimuma indirilmiş (gerçekte) miktarda gazın olduğu bir ortamdır. Boşlukta madde bulunmadığından yük taşıyıcılarının gelebileceği bir yer yoktur. Bununla birlikte, akımın boşluktaki akışı elektroniğin başlangıcını ve bütün bir dönemi işaret ediyordu. elektronik elemanlar– elektrikli vakum lambaları. Geçen yüzyılın ilk yarısında kullanıldılar ve 50'li yıllarda yavaş yavaş yerini transistörlere bırakmaya başladılar (elektroniğin spesifik alanına bağlı olarak).

Tüm gazın dışarı pompalandığı bir gemimiz olduğunu varsayalım. içinde tam bir boşluk var. Kabın içine iki elektrot yerleştirilir, bunlara anot ve katot diyelim. EMF kaynağının negatif potansiyelini katoda, pozitif potansiyelini ise anoda bağlarsak hiçbir şey olmayacak ve hiçbir akım akmayacaktır. Ancak katodu ısıtmaya başlarsak akım akmaya başlayacaktır. Bu işleme termiyonik emisyon denir - elektronların ısıtılmış bir elektron yüzeyinden emisyonu.

Şekil bir vakum tüpündeki akım akış sürecini göstermektedir. Vakum tüplerinde katot, bir aydınlatma lambasında olduğu gibi, şekil (H) üzerindeki yakındaki bir filaman tarafından ısıtılır.

Aynı zamanda, güç kaynağının polaritesini değiştirirseniz - anoda eksi uygulayın ve katoda artı uygulayın - hiçbir akım akmayacaktır. Bu, elektronların KATOT'tan ANOTA doğru hareketi nedeniyle vakumdaki akımın aktığını kanıtlayacaktır.

Gaz, herhangi bir madde gibi moleküllerden ve atomlardan oluşur; bu, eğer gaz bir elektrik alanının etkisi altındaysa, o zaman belirli bir kuvvette (iyonlaşma voltajı) elektronların atomdan kopacağı, o zaman akış için her iki koşulun da olacağı anlamına gelir. elektrik akımı karşılanacaktır - alan ve özgür medya.

Daha önce de belirtildiği gibi, bu işleme iyonlaşma denir. Sadece uygulanan voltajdan değil, aynı zamanda gazın ısıtılmasından, X-ışını radyasyonundan, ultraviyole radyasyonun etkisi altında ve diğer şeylerden de kaynaklanabilir.

Elektrotların arasına bir brülör takılı olsa bile akım havadan akacaktır.

İnert gazlardaki akımın akışına gazın lüminesansı eşlik eder; bu fenomen aktif olarak kullanılmaktadır; floresan lambalar. Gaz halindeki bir ortamda elektrik akımının akışına gaz deşarjı denir.

Sıvı halinde

Diyelim ki içine bir güç kaynağının bağlı olduğu iki elektrotun yerleştirildiği su dolu bir kabımız var. Su damıtılmışsa, yani safsa ve yabancı maddeler içermiyorsa, o zaman dielektriktir. Ancak suya biraz tuz, sülfürik asit veya başka bir madde eklersek bir elektrolit oluşur ve içinden akım akmaya başlar.

Elektrolit, iyonlara ayrışma nedeniyle elektrik akımını ileten bir maddedir.

Eğer suya eklersen bakır sülfat, daha sonra elektrotlardan birinin (katot) üzerine bir bakır tabakası yerleşecektir - buna elektroliz denir, bu, sıvıdaki elektrik akımının iyonların - pozitif ve negatif yük taşıyıcılarının hareketi nedeniyle gerçekleştirildiğini kanıtlar.

Elektroliz, elektrotlar üzerindeki elektroliti oluşturan bileşenlerin ayrılmasını içeren fiziksel ve kimyasal bir işlemdir.

Bakırın kaplanması, yaldızlanması ve diğer metallerle kaplanması bu şekilde gerçekleşir.

Çözüm

Özetlemek gerekirse, elektrik akımının akması için serbest yük taşıyıcılarına ihtiyaç vardır:

• iletkenlerdeki (metaller) ve vakumdaki elektronlar;
• yarı iletkenlerdeki elektronlar ve delikler;
• Sıvı ve gazlardaki iyonlar (anyonlar ve katyonlar).

Bu taşıyıcıların hareketinin düzenli hale gelebilmesi için bir elektrik alanına ihtiyaç vardır. Basit kelimelerle- Vücudun uçlarına voltaj uygulayın veya elektrik akımının akması beklenen bir ortama iki elektrot yerleştirin.

Akımın bir maddeyi belirli bir şekilde etkilediğini de belirtmekte fayda var;

• termal;
• kimyasal;
• fiziksel.

Kullanışlı

İletkenlerde belirli koşullar altında serbest elektrik yük taşıyıcılarının sürekli düzenli hareketi meydana gelebilir. Bu harekete denir Elektrik şoku. Pozitif serbest yüklerin hareket yönü, elektrik akımının yönü olarak alınır, ancak çoğu durumda elektronlar - negatif yüklü parçacıklar - hareket eder.

Elektrik akımının niceliksel ölçüsü akım gücüdür BEN– skaler fiziksel miktar, şarj oranına eşit Q bir zaman aralığı boyunca iletkenin kesiti boyunca aktarılır T, bu zaman aralığına:

Akım sabit değilse, iletkenden geçen yük miktarını bulmak için akım-zaman grafiğinin altındaki şeklin alanını hesaplayın.

Akımın gücü ve yönü zamanla değişmiyorsa böyle bir akıma denir. kalıcı. Akımın gücü devreye seri olarak bağlanan bir ampermetre ile ölçülür. İÇİNDE Uluslararası sistem Akımın SI birimleri amper [A] cinsinden ölçülür. 1 A = 1 C/sn.

Toplam şarjın tüm zamana oranı olarak bulunur (yani ortalama hız veya fizikteki herhangi bir ortalama değerle aynı prensibe göre):

Akım zaman içinde değerden eşit şekilde değişiyorsa BEN 1 değere BENŞekil 2'de gösterildiği gibi, ortalama akım değeri uç değerlerin aritmetik ortalaması olarak bulunabilir:

Akım Yoğunluğu– iletkenin birim kesiti başına akım aşağıdaki formülle hesaplanır:

Akım bir iletkenden geçtiğinde, akım iletkenin direnciyle karşılaşır. Direncin nedeni yüklerin iletken maddenin atomları ve birbirleriyle etkileşimidir. Direncin birimi 1 ohm'dur. İletken direnci R formülle belirlenir:

Nerede: ben– iletkenin uzunluğu, S– kesit alanı, ρ - iletken malzemenin spesifik direnci (ikinci değeri maddenin yoğunluğuyla karıştırmamaya dikkat edin), bu, iletken malzemenin akımın geçişine direnme yeteneğini karakterize eder. Yani bu, bir maddenin diğer pek çok özelliğiyle aynı özelliğidir: özısı yoğunluk, erime noktası vb. Direnç ölçüm birimi 1 ohm m'dir. Bir maddenin özgül direnci tablo halindeki bir değerdir.

Bir iletkenin direnci aynı zamanda sıcaklığına da bağlıdır:

Nerede: R 0 – 0°C'de iletken direnci, T– sıcaklık olarak ifade edilir santigrat derece, α – sıcaklık direnci katsayısı. Sıcaklıktaki 1°C artışla dirençteki bağıl değişime eşittir. Metaller için her zaman sıfırdan büyüktür, elektrolitler için ise her zaman sıfırdan küçüktür.

DC devresinde diyot

Diyot direnci akımın akış yönüne bağlı olan doğrusal olmayan bir devre elemanıdır. Diyot şu şekilde belirlenir:

Bir diyotun şematik sembolündeki ok, akımın hangi yönde geçtiğini gösterir. Bu durumda direnci sıfırdır ve diyot, sıfır dirençli bir iletkenle kolayca değiştirilebilir. Akım diyottan ters yönde akarsa, diyot sonsuz büyük bir dirence sahiptir, yani hiç akım geçmez ve açık devredir. Daha sonra devrenin diyotlu bölümü, içinden hiçbir akım geçmediği için kolayca çizilebilir.

Ohm kanunu. İletkenlerin seri ve paralel bağlanması

Alman fizikçi G. Ohm, 1826'da deneysel olarak mevcut gücün olduğunu tespit etti. BEN dirençli homojen bir metal iletken (yani hiçbir dış kuvvetin etki etmediği bir iletken) boyunca akan R, voltajla orantılı sen iletkenin uçlarında:

Boyut R genellikle denir elektrik direnci. Elektrik direncine sahip iletkene denir direnç. Bu oran ifade eder Ohm'un bir zincirin homojen bir bölümü için yasası: Bir iletkenden geçen akım, uygulanan gerilimle doğru orantılı, iletkenin direnciyle ise ters orantılıdır.

Ohm kanununa uyan iletkenlere denir doğrusal. Akım gücünün grafiksel bağımlılığı BEN voltajdan sen(bu tür grafiklere akım-gerilim özellikleri denir, VAC olarak kısaltılır) koordinatların kökeninden geçen düz bir çizgi ile gösterilir. Yarı iletken diyot veya gaz deşarj lambası gibi Ohm kanununa uymayan birçok malzeme ve cihazın mevcut olduğu unutulmamalıdır. Metal iletkenler için bile, yeterince yüksek akımlarda, metal iletkenlerin elektrik direnci artan sıcaklıkla arttığından, Ohm'un doğrusal yasasından bir sapma gözlenir.

Elektrik devrelerindeki iletkenler iki şekilde bağlanabilir: seri ve paralel. Her yöntemin kendine has kuralları vardır.

1. Seri bağlantının düzenlilikleri:

Seri bağlı dirençlerin toplam direnci formülü herhangi bir sayıda iletken için geçerlidir. Devre seri bağlıysa Nözdeş dirençler R o zaman toplam direnç R 0 aşağıdaki formülle bulunur:

2. Desenler paralel bağlantı:

Paralel bağlanan dirençlerin toplam direnci formülü herhangi bir sayıda iletken için geçerlidir. Devre paralel bağlanırsa Nözdeş dirençler R o zaman toplam direnç R 0 aşağıdaki formülle bulunur:

Elektrikli ölçüm aletleri

DC elektrik devrelerindeki voltajları ve akımları ölçmek için özel aletler kullanılır - voltmetreler Ve ampermetreler.

Voltmetre terminallerine uygulanan potansiyel farkını ölçmek için tasarlanmıştır. Devrenin potansiyel farkının ölçüldüğü bölümüne paralel olarak bağlanır. Herhangi bir voltmetrenin bir miktar iç direnci vardır R B. Voltmetrenin, ölçülen devreye bağlandığında akımların gözle görülür bir şekilde yeniden dağılımını sağlamaması için, iç direncinin, bağlı olduğu devre bölümünün direnciyle karşılaştırıldığında büyük olması gerekir.

Ampermetre Bir devredeki akımı ölçmek için tasarlanmıştır. Ampermetre seri olarak açık devreye bağlanır, böylece ölçülen akımın tamamı içinden geçer. Ampermetrenin ayrıca bir miktar iç direnci vardır. R A. Bir voltmetreden farklı olarak ampermetrenin iç direnci, tüm devrenin toplam direnciyle karşılaştırıldığında oldukça küçük olmalıdır.

EMF. Tam bir devre için Ohm kanunu

Doğru akımın varlığı için, elektriksel kapalı devrede, elektrostatik olmayan kuvvetlerin çalışması nedeniyle devrenin bölümlerinde potansiyel farklılıklar oluşturabilen ve koruyabilen bir cihazın bulunması gerekir. Bu tür cihazlara denir DC kaynakları. Akım kaynaklarından serbest yük taşıyıcılarına etki eden, elektrostatik kökenli olmayan kuvvetlere denir. dış güçler.

Dış kuvvetlerin doğası değişebilir. Galvanik hücrelerde veya pillerde, elektrokimyasal işlemlerin bir sonucu olarak ortaya çıkarlar; doğru akım jeneratörlerinde, iletkenler manyetik alanda hareket ettiğinde dış kuvvetler ortaya çıkar. Dış kuvvetlerin etkisi altında, elektrik yükleri, kapalı bir devrede sabit bir elektrik akımının muhafaza edilebilmesi nedeniyle, elektrostatik alanın kuvvetlerine karşı akım kaynağı içinde hareket eder.

Elektrik yükleri bir doğru akım devresi boyunca hareket ettiğinde, akım kaynaklarının içine etki eden dış kuvvetler iş gerçekleştirir. İş oranına eşit fiziksel miktar A Bir yükü hareket ettirirken dış kuvvetler Q akım kaynağının negatif kutbundan pozitif kutbuna kadar bu yükün büyüklüğüne denir kaynak elektromotor kuvveti (EMF):

Böylece EMF, tek bir pozitif yükü hareket ettirirken dış kuvvetlerin yaptığı işe göre belirlenir. Potansiyel fark gibi elektromotor kuvvet de volt (V) cinsinden ölçülür.

Tam (kapalı) bir devre için Ohm yasası: Kapalı bir devredeki akım gücü, kaynağın elektromotor kuvvetinin devrenin toplam (iç + dış) direncine bölünmesine eşittir:

Rezistans R– akım kaynağının dahili (kendi) direnci (bağlıdır) iç yapı kaynak). Rezistans R– yük direnci (harici devre direnci).

Harici devrede voltaj düşüşü bu durumda eşittir (aynı zamanda denir) kaynak terminallerindeki voltaj):

Anlamak ve hatırlamak önemlidir: Farklı yükler bağlandığında akım kaynağının EMF'si ve iç direnci değişmez.

Yük direnci sıfırsa (kaynak kendi kendine kapanır) veya kaynak direncinden çok daha azsa devre akacaktır. akım kısa devre :

Kısa devre akımı - elde edilebilecek maksimum akım bu kaynak elektromotor kuvvet ile ε ve iç direnç R. Düşük iç dirençli kaynaklar için kısa devre akımı çok büyük olabilir ve elektrik devresinin veya kaynağın tahrip olmasına neden olabilir. Örneğin otomobillerde kullanılan kurşun-asit bataryalar birkaç yüz amperlik kısa devre akımına sahip olabilir. Trafo merkezlerinden (binlerce amper) beslenen aydınlatma ağlarındaki kısa devreler özellikle tehlikelidir. Bu kadar büyük akımların yıkıcı etkilerinden kaçınmak için devreye sigortalar veya özel devre kesiciler dahil edilir.

Devredeki çeşitli EMF kaynakları

eğer varsa seri bağlı birkaç emf, O:

1. Doğru bağlantıyla (bir kaynağın pozitif kutbu diğerinin negatif kutbuna bağlanır), kaynaklar bağlanır, tüm kaynakların toplam EMF'si ve iç dirençleri aşağıdaki formüller kullanılarak bulunabilir:

Örneğin, kaynakların bu şekilde bağlanması konsollarda gerçekleştirilir. uzaktan kumanda, kameralar ve birden fazla pille çalışan diğer ev aletleri.

2. Kaynaklar yanlış bağlanırsa (kaynaklar aynı kutuplara bağlanırsa), toplam EMF'leri ve dirençleri aşağıdaki formüller kullanılarak hesaplanır:

Her iki durumda da kaynakların toplam direnci artar.

Şu tarihte: paralel bağlantı Kaynakları yalnızca aynı EMF'ye bağlamak mantıklıdır, aksi takdirde kaynaklar birbirlerine doğru deşarj olur. Böylece toplam EMF, her kaynağın EMF'si ile aynı olacaktır, yani paralel bağlantıyla büyük EMF'ye sahip bir pil elde edemeyiz. Bu, kaynak pilin iç direncini azaltır ve bu da elde edilmesini mümkün kılar. büyük güç Devredeki akım ve güç:

Kaynakların paralel bağlanmasının anlamı budur. Her durumda, problemleri çözerken, önce toplam EMF'yi ve ortaya çıkan kaynağın toplam iç direncini bulmanız ve ardından tüm devre için Ohm yasasını yazmanız gerekir.

İş ve mevcut güç. Joule-Lenz yasası

İş A elektrik akımı BEN dirençli sabit bir iletkenden akıyor R, ısıya dönüştürülür Q, kondüktörün üzerinde duruyor. Bu çalışma aşağıdaki formüllerden biri kullanılarak hesaplanabilir (Ohm yasasını dikkate alarak hepsi birbirini takip eder):

Akım işini ısıya dönüştürme yasası, J. Joule ve E. Lenz tarafından birbirinden bağımsız olarak deneysel olarak oluşturulmuştur ve denir. Joule-Lenz yasası. Elektrik akımı gücü mevcut işin oranına eşit AΔ zaman aralığına T Bu çalışmanın yapıldığı yer olduğundan, aşağıdaki formüller kullanılarak hesaplanabilir:

SI'daki elektrik akımının çalışması, her zamanki gibi joule (J), güç - watt (W) cinsinden ifade edilir.

Kapalı devre enerji dengesi

Şimdi elektromotor kuvvete sahip bir kaynaktan oluşan tam bir doğru akım devresini ele alalım. ε ve iç direnç R ve dirençli bir dış homojen alan R. Bu durumda, harici devrede açığa çıkan faydalı güç veya güç:

Kaynağın mümkün olan maksimum faydalı gücüne şu şekilde ulaşılır: R = R ve şuna eşittir:

Aynı akım kaynağına farklı dirençlerle bağlandığında R 1 ve R Onlara 2 eşit güç tahsis edilirse, bu akım kaynağının iç direnci aşağıdaki formülle bulunabilir:

Mevcut kaynağın içindeki güç kaybı veya güç:

Mevcut kaynağın geliştirdiği toplam güç:

Mevcut kaynak verimliliği:

Elektroliz

Elektrolitler Elektrik akımı akışına madde aktarımının eşlik ettiği iletken ortamı çağırmak gelenekseldir. Elektrolitlerdeki serbest yüklerin taşıyıcıları pozitif ve negatif yüklü iyonlardır. Elektrolitler, bazı katıların yanı sıra erimiş haldeki metaloidlere sahip birçok metal bileşiğini içerir. Ancak teknolojide yaygın olarak kullanılan elektrolitlerin ana temsilcileri inorganik asitlerin, tuzların ve bazların sulu çözeltileridir.

Elektrik akımının elektrolitten geçişine, elektrotlar üzerinde bir maddenin salınması eşlik eder. Bu fenomene denir elektroliz.

Elektrolitlerdeki elektrik akımı, her iki işaretin iyonlarının zıt yönlerdeki hareketini temsil eder. Pozitif iyonlar negatif elektroda doğru hareket eder ( katot), negatif iyonlar – pozitif elektroda ( anot). Her iki işaretin iyonları, bazı nötr moleküllerin bölünmesinin bir sonucu olarak tuzların, asitlerin ve alkalilerin sulu çözeltilerinde ortaya çıkar. Bu fenomene denir elektrolitik ayrışma.

Elektroliz Yasası 1833 yılında İngiliz fizikçi M. Faraday tarafından deneysel olarak kurulmuştur. Faraday yasası elektroliz sırasında elektrotlar üzerinde salınan birincil ürünlerin miktarını belirler. Yani, kitle M elektrotta salınan madde yük ile doğru orantılıdır Q elektrolitten geçti:

Boyut k isminde elektrokimyasal eşdeğer. Aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:

Nerede: N– maddenin değerliliği, N A – Avogadro sabiti, M – molar kütle maddeler, e– temel ücret. Bazen Faraday sabiti için aşağıdaki gösterim de kullanılır:

Gazlarda ve vakumda elektrik akımı

Gazlarda elektrik akımı

İÇİNDE normal koşullar gazlar elektriği iletmez. Bu, gaz moleküllerinin elektriksel nötrlüğü ve dolayısıyla elektrik yükü taşıyıcılarının bulunmaması ile açıklanmaktadır. Bir gazın iletken olabilmesi için moleküllerden bir veya daha fazla elektronun uzaklaştırılması gerekir. Daha sonra serbest yük taşıyıcıları ortaya çıkacak - elektronlar ve pozitif iyonlar. Bu süreç denir gazların iyonlaşması.

Gaz molekülleri dış etkilerle iyonize edilebilir - iyonlaştırıcı. İyonlaştırıcılar şunlar olabilir: bir ışık akışı, X-ışınları, bir elektron akışı veya α -partiküller Gaz molekülleri ayrıca iyonize olur. Yüksek sıcaklık. İyonlaşma, gazlarda serbest yük taşıyıcılarının ortaya çıkmasına yol açar - elektronlar, pozitif iyonlar, negatif iyonlar (nötr bir molekülle birleştirilmiş bir elektron).

İyonize gazın kapladığı alanda bir elektrik alanı oluşturursanız, elektrik yükü taşıyıcıları düzenli harekete geçecektir - gazlarda elektrik akımı bu şekilde ortaya çıkar. İyonlaştırıcı çalışmayı durdurursa gaz tekrar nötr hale gelir. rekombinasyon– iyonlar ve elektronlar tarafından nötr atomların oluşumu.

Vakumda elektrik akımı

Vakum, bir gazın molekülleri arasındaki çarpışmayı ihmal edebileceğimiz ve varsayabileceğimiz seyrekleşme derecesidir. ortalama uzunluk serbest yol, gazın bulunduğu kabın doğrusal boyutlarını aşıyor.

Vakumdaki elektrik akımı, vakum durumunda elektrotlar arası boşluğun iletkenliğidir. O kadar az gaz molekülü vardır ki, iyonlaşma süreçleri iyonizasyon için gerekli olan elektron ve iyon sayısını sağlayamaz. Elektrotlar arası boşluğun vakumdaki iletkenliği, yalnızca elektrotlardaki emisyon fenomeni nedeniyle ortaya çıkan yüklü parçacıkların yardımıyla sağlanabilir.

• Geri
• İleri

Fizik ve matematikte BT'ye başarılı bir şekilde nasıl hazırlanılır?

Fizik ve matematikte CT'ye başarılı bir şekilde hazırlanmak için diğer şeylerin yanı sıra en önemli üç koşulu yerine getirmek gerekir:

1. Bu sitedeki eğitim materyallerinde verilen tüm konuları inceleyin ve tüm testleri ve ödevleri tamamlayın. Bunu yapmak için hiçbir şeye ihtiyacınız yok: her gün üç ila dört saatinizi fizik ve matematikte CT'ye hazırlanmaya, teori çalışmaya ve problem çözmeye ayırın. Gerçek şu ki CT, sadece fizik veya matematik bilmenin yeterli olmadığı, aynı zamanda çok sayıda problemi hızlı ve hatasız çözebilmeniz gereken bir sınavdır. farklı konular ve değişen karmaşıklığa sahiptir. İkincisi ancak binlerce problemi çözerek öğrenilebilir.
2. Fizikteki tüm formülleri ve yasaları, matematikteki formülleri ve yöntemleri öğrenin. Aslında bunu yapmak da çok basittir; fizikte sadece 200 kadar gerekli formül vardır, hatta matematikte bundan biraz daha azdır. Bu konuların her birinin sorunları çözmek için yaklaşık bir düzine standart yöntemi vardır. temel Seviyeöğrenilebilen ve dolayısıyla tamamen otomatik olarak ve zorluk çekmeden çözülebilen zorluklar doğru an DH'nin çoğu. Bundan sonra sadece en zor görevleri düşünmeniz gerekecek.
3. Fizik ve matematikte prova testinin üç aşamasına da katılın. Her iki seçeneğe de karar vermek için her RT iki kez ziyaret edilebilir. Yine CT'de sorunları hızlı ve verimli bir şekilde çözme becerisinin yanı sıra formül ve yöntem bilgisine ek olarak, zamanı doğru bir şekilde planlayabilmeniz, kuvvetleri dağıtabilmeniz ve en önemlisi cevap formunu hiçbir şey yapmadan doğru bir şekilde doldurabilmeniz gerekir. Cevapların ve sorunların sayısını veya kendi soyadınızı karıştırmak. Ayrıca RT sırasında, DT'deki hazırlıksız bir kişiye çok alışılmadık gelebilecek problemlerde soru sorma tarzına alışmak önemlidir.

Bu üç noktanın başarılı, özenli ve sorumlu bir şekilde uygulanması, CT'de yapabildiğiniz maksimum düzeyde mükemmel bir sonuç göstermenize olanak sağlayacaktır.

Bir hata mı buldunuz?

Bir hata bulduğunuzu düşünüyorsanız eğitim materyalleri, daha sonra lütfen e-postayla bunun hakkında yazın. Ayrıca bir hatayı şu adrese de bildirebilirsiniz: sosyal ağ(). Mektupta konuyu (fizik veya matematik), konunun veya testin adını veya numarasını, problemin numarasını veya metinde (sayfada) sizce hatanın olduğu yeri belirtin. Ayrıca şüphelenilen hatanın ne olduğunu da açıklayın. Mektubunuz gözden kaçmayacak, hata ya düzeltilecek ya da neden hata olmadığı size açıklanacak.

Elektrik akımının artık her binada kullanıldığı biliniyor akım özellikleri Evdeki elektrik şebekesinin hayati tehlike arz ettiğini her zaman unutmamalısınız.

Elektrik akımı, bir elektrik alanının etkisi altında elektrik yüklerinin (gazlarda - iyonlarda ve elektronlarda, metallerde - elektronlarda) yön hareketinin etkisidir.

Pozitif yüklerin alan boyunca hareketi, negatif yüklerin alana karşı hareketine eşdeğerdir.

Genellikle elektrik yükünün yönü pozitif yükün yönü olarak alınır.

• mevcut güç;
• Gerilim;
• mevcut güç;
• akım direnci.

Mevcut güç.

Elektrik akımı gücü akımın yaptığı işin, bu işin yapıldığı zamana oranı denir.

Bir devrenin bir bölümünde elektrik akımının oluşturduğu güç, o bölümdeki akımın ve voltajın büyüklüğüyle doğru orantılıdır. Güç (elektrik ve mekanik) Watt (W) cinsinden ölçülür.

Mevcut güç devredeki elektrik akımının pro-te-ka-niya zamanına bağlı değildir, ancak akım gücü üzerindeki pro-ve-de voltajı olarak tanımlanır.

Gerilim.

Elektrik voltajı bir yükü bir noktadan başka bir noktaya hareket ettirirken elektrik alanının ne kadar iş yaptığını gösteren bir niceliktir. Devrenin farklı kısımlarındaki voltaj farklı olacaktır.

Örneğin: Boş bir telin bir bölümündeki voltaj çok küçük olacak ve herhangi bir yüke sahip bir bölümdeki voltaj çok daha yüksek olacak ve voltajın büyüklüğü, akımın yaptığı iş miktarına bağlı olacaktır. Gerilim volt (1 V) cinsinden ölçülür. Gerilimi belirlemek için bir formül vardır: U=A/q, burada

• U - voltaj,
• A, akımın q yükünü devrenin belirli bir bölümüne taşımak için yaptığı iştir.

Mevcut güç.

Mevcut güç bir iletkenin kesiti boyunca akan yüklü parçacıkların sayısını ifade eder.

A-tarikatı mevcut güç gerilimle doğru orantılı, dirençle ters orantılıdır.

Elektrik akımı gücü Ampermetre adı verilen bir aletle ölçülür. Elektrik akımı miktarı (aktarılan yük miktarı) amper cinsinden ölçülür. Değişim birimi tanımlamalarının aralığını artırmak için mikro - mikroamper (μA), mil - miliamper (mA) gibi çokluk önekleri vardır. Diğer konsollar günlük kullanımda kullanılmamaktadır. Mesela “on bin amper” diyorlar ve yazıyorlar ama 10 kiloamper asla söylemiyor veya yazmıyorlar. Bu tür değerler Gündelik Yaşam kullanılmaz. Aynı şey nanoamplar için de söylenebilir. Genelde 1×10-9 Amper diyorlar ve yazıyorlar.

Akım direnci.

Elektrik direnci bir iletkenin elektrik akımının geçişini önleyen özelliklerini karakterize eden ve iletkenin uçlarındaki voltajın içinden akan akımın gücüne oranına eşit olan fiziksel bir niceliktir.

Alternatif akım devreleri ve alternatif elektromanyetik alanlar için direnç, empedans ve karakteristik empedans kavramlarıyla tanımlanır. Akım direnci(genellikle R veya r harfiyle gösterilir) belirli sınırlar dahilinde akımın direnci olarak kabul edilir, sabit değer bu iletken için. Altında elektrik direnci Bir iletkenin uçlarındaki voltajın iletkenden geçen akıma oranını anlayın.

İletken bir ortamda elektrik akımının oluşma koşulları:

1) serbest yüklü parçacıkların varlığı;

2) Bir elektrik alanı varsa (iletkenin iki noktası arasında potansiyel fark vardır).

Elektrik akımının iletken malzeme üzerindeki etki türleri.

1) kimyasal - değişim kimyasal bileşim iletkenler (esas olarak elektrolitlerde oluşur);

2) termal - içinden akımın aktığı malzeme ısıtılır (bu etki süper iletkenlerde yoktur);

3) manyetik - manyetik alanın görünümü (tüm iletkenlerde meydana gelir).

Akımın temel özellikleri.

1. Akım gücü I harfiyle gösterilir - t süresi boyunca iletkenden geçen Q elektrik miktarına eşittir.

ben=Q/t

Akım gücü bir ampermetre ile belirlenir.

Gerilim bir voltmetre ile belirlenir.

3. İletken malzemenin direnci R.

Direnç şunlara bağlıdır:

a) S iletkeninin kesitinde, l uzunluğunda ve malzemesinde (belirtilmiştir) direnç iletken ρ);

R=pl/S

b) t°C (veya T) sıcaklığında: R = R0 (1 + αt),

• burada R0, 0°C'deki iletken direncidir,
• α - sıcaklık direnç katsayısı;

c) Çeşitli etkiler elde etmek için iletkenler hem paralel hem de seri olarak bağlanabilir.

Mevcut özellikler tablosu.

Birleştirmek	Ardışık	Paralel
Koruma değeri	ben 1 = ben 2 = … = ben n ben = sabit	U 1 = U 2 = …U n U = sabit
Toplam değer	Gerilim e=Ast/q Pozitif bir yükü, akım kaynağı da dahil olmak üzere tüm devre boyunca yüke taşımak için dış kuvvetler tarafından harcanan işe eşit değere, akım kaynağının elektromotor kuvveti (EMF) denir: e=Ast/q Elektrikli ekipmanı onarırken mevcut özelliklerin bilinmesi gerekir.

Yalıtılmış bir iletken \(\overrightarrow(E)\) elektrik alanına yerleştirilirse, o zaman \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) kuvveti serbest yüklere \(q\) etki edecektir. iletkende \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) Sonuç olarak iletkende kısa süreli serbest yük hareketi vardır. İletken yüzeyinde oluşan yüklerin kendi elektrik alanı, dış alanı tamamen telafi ettiğinde bu işlem sona erecektir. İletkenin içinde ortaya çıkan elektrostatik alan sıfır olacaktır.

Ancak iletkenlerde belirli koşullar altında serbest elektrik yük taşıyıcılarının sürekli düzenli hareketi meydana gelebilir.

Yüklü parçacıkların yönlendirilmiş hareketine elektrik akımı denir.

Elektrik akımının yönü pozitif serbest yüklerin hareket yönü olarak alınır. Bir iletkende elektrik akımının oluşması için, içinde bir elektrik alanının oluşması gerekir.

Elektrik akımının niceliksel bir ölçüsü mevcut güç\(I\), \(\Delta t\) zaman aralığı boyunca iletkenin kesiti boyunca (Şekil 1.8.1) aktarılan yükün \(\Delta q\) oranına eşit bir skaler fiziksel niceliktir. bu zaman aralığına:

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

Akımın gücü ve yönü zamanla değişmiyorsa böyle bir akıma denir. kalıcı .

Uluslararası Birim Sisteminde (SI) akım Amper (A) cinsinden ölçülür. 1 A'lık akım birimi, iki paralel iletkenin akımla manyetik etkileşimi ile belirlenir.

Doğru elektrik akımı yalnızca kapalı devre serbest yük taşıyıcılarının kapalı yörüngeler boyunca dolaştığı. Böyle bir devrenin farklı noktalarındaki elektrik alanı zaman içinde sabittir. Sonuç olarak, bir doğru akım devresindeki elektrik alanı donmuş bir elektrostatik alan karakterine sahiptir. Ancak bir elektrik yükü elektrostatik alanda kapalı bir yol boyunca hareket ettiğinde, elektrik kuvvetlerinin yaptığı iş sıfırdır. Bu nedenle, doğru akımın varlığı için, elektrik devresinde, kuvvetlerin çalışması nedeniyle devrenin bölümlerinde potansiyel farklılıklar yaratabilen ve koruyabilen bir cihazın bulunması gerekir. elektrostatik olmayan kökenli. Bu tür cihazlara denir DC kaynakları . Akım kaynaklarından serbest yük taşıyıcılarına etki eden, elektrostatik kökenli olmayan kuvvetlere denir. dış güçler .

Dış kuvvetlerin doğası değişebilir. Galvanik hücrelerde veya pillerde, elektrokimyasal işlemlerin bir sonucu olarak ortaya çıkarlar; doğru akım jeneratörlerinde, iletkenler manyetik alanda hareket ettiğinde dış kuvvetler ortaya çıkar. Elektrik devresindeki akım kaynağı, kapalı devrede sıvının pompalanması için gerekli olan pompa ile aynı rolü oynar. hidrolik sistem. Dış kuvvetlerin etkisi altında elektrik yükleri akım kaynağının içinde hareket eder aykırı kapalı bir devrede sabit bir elektrik akımının muhafaza edilebilmesi nedeniyle elektrostatik alan kuvvetleri.

Elektrik yükleri bir doğru akım devresi boyunca hareket ettiğinde, akım kaynaklarının içine etki eden dış kuvvetler iş gerçekleştirir.

Bir \(q\) yükünü akım kaynağının negatif kutbundan pozitif kutbuna hareket ettirirken dış kuvvetlerin \(A_(st)\) işinin bu yükün değerine oranına eşit bir fiziksel miktara denir kaynağın elektromotor kuvveti (EMF):

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

Böylece EMF, tek bir pozitif yükü hareket ettirirken dış kuvvetlerin yaptığı işe göre belirlenir. Potansiyel fark gibi elektromotor kuvvet de ölçülür. Volt (V).

Tek bir pozitif yük kapalı bir doğru akım devresi boyunca hareket ettiğinde, dış kuvvetlerin yaptığı iş bu devreye etki eden emk'nin toplamına eşittir ve elektrostatik alanın yaptığı iş sıfırdır.

Bir DC devresi ayrı bölümlere ayrılabilir. Hiçbir dış kuvvetin etki etmediği alanlara (yani mevcut kaynakları içermeyen alanlara) denir. homojen . Akım kaynaklarının bulunduğu alanlara denir heterojen .

Tek bir pozitif yük devrenin belirli bir bölümü boyunca hareket ettiğinde, hem elektrostatik (Coulomb) hem de dış kuvvetler tarafından iş gerçekleştirilir. Elektrostatik kuvvetlerin işi, homojen olmayan bölümün başlangıç ​​(1) ve son (2) noktaları arasındaki \(\Delta \phi_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)\) potansiyel farkına eşittir. . Dış kuvvetlerin işi, tanımı gereği, belirli bir alanda etki eden elektromotor kuvvete \(\mathcal(E)\) eşittir. Bu yüzden tam zamanlı iş eşittir

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

Boyut sen genellikle 12 denir Gerilim zincir bölümü 1-2'de. Homojen bir alan olması durumunda voltaj potansiyel farka eşittir:

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

Alman fizikçi G. Ohm, 1826'da deneysel olarak homojen bir metal iletkenden (yani hiçbir dış kuvvetin etki etmediği bir iletken) geçen akım kuvvetinin \(I\) uçlardaki voltajla \(U\) orantılı olduğunu tespit etti. iletkenin:

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

burada \(R\) = sabit.

Boyut R genellikle denir elektrik direnci . Elektrik direncine sahip iletkene denir direnç . Bu oran ifade eder Ohm kanunu zincirin homojen bölümü: Bir iletkendeki akım, uygulanan voltajla doğru orantılı, iletkenin direnciyle ise ters orantılıdır.

İletkenlerin elektriksel direncinin SI birimi Ohm (Ohm). 1 ohm'luk bir direnç, devrenin 1 V'luk bir voltajda 1 A'lık bir akımın meydana geldiği bir bölümüne sahiptir.

Ohm kanununa uyan iletkenlere denir doğrusal . Akımın \(I\) gerilime \(U\) grafiksel bağımlılığı (bu tür grafiklere volt-amper özellikleri (CVC olarak kısaltılır) orijinden geçen düz bir çizgi ile gösterilir. Yarı iletken diyot veya gaz deşarj lambası gibi Ohm kanununa uymayan birçok malzeme ve cihazın mevcut olduğu unutulmamalıdır. Metal iletkenlerde bile, yeterince yüksek akımlarda, metal iletkenlerin elektrik direnci artan sıcaklıkla arttığından, Ohm'un doğrusal yasasından bir sapma gözlenir.

Bir devrenin emk içeren bir bölümü için Ohm yasası aşağıdaki biçimde yazılır:

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

Bu oran genellikle denir genelleştirilmiş Ohm yasası veya Devrenin düzgün olmayan bir bölümü için Ohm yasası.

İncirde. 1.8.2 kapalı bir DC devresini göstermektedir. Zincir bölümü ( CD) homojendir.

Şekil 1.8.2. DC devresi

Ohm kanununa göre

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

Komplo ( ab) emf'si \(\mathcal(E)\)'ye eşit olan bir akım kaynağı içerir.

Heterojen bir alan için Ohm yasasına göre,

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

Her iki eşitliği de topladığımızda şunu elde ederiz:

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

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

$$\renk(mavi)(I=\frac(\mathcal(E))(R + r))$$

Bu formül ifade eder Tam bir devre için Ohm kanunu : tüm devredeki akım gücü, kaynağın elektromotor kuvvetinin devrenin homojen ve homojen olmayan bölümlerinin dirençlerinin toplamına bölünmesine eşittir (kaynağın iç direnci).

Rezistans RŞekil 2'deki heterojen alan 1.8.2 şu şekilde düşünülebilir akım kaynağının iç direnci . Bu durumda alan ( ab) incirde. 1.8.2 kaynağın iç kısmıdır. Eğer puan A Ve B Direnci kaynağın iç direncine (\(R\ \ll r\) kıyasla küçük olan bir iletkenle kısa devre yapılırsa devre akacaktır. kısa devre akımı

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

Kısa devre akımı, elektromotor kuvveti \(\mathcal(E)\) ve iç direnci \(r\) ile belirli bir kaynaktan elde edilebilecek maksimum akımdır. İç direnci düşük olan kaynaklarda kısa devre akımı çok yüksek olabilir ve elektrik devresinin veya kaynağın tahrip olmasına neden olabilir. Örneğin otomobillerde kullanılan kurşun-asit bataryalar birkaç yüz amperlik kısa devre akımına sahip olabilir. Trafo merkezlerinden (binlerce amper) beslenen aydınlatma ağlarındaki kısa devreler özellikle tehlikelidir. Bu kadar büyük akımların yıkıcı etkilerinden kaçınmak için devreye sigortalar veya özel devre kesiciler dahil edilir.

Bazı durumlarda önlemek için tehlikeli değerler kısa devre akımı, kaynağa seri olarak bir miktar harici direnç bağlanır. Daha sonra direniş R kaynağın iç direncinin ve dış direncin toplamına eşittir ve kısa devre sırasında akımın gücü aşırı büyük olmayacaktır.

Harici devre açıksa, o zaman \(\Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab) = \mathcal(E)\), yani açık bir pilin kutuplarındaki potansiyel fark, buna eşittir. emf.

Harici yük direnci ise R açık ve pilden akım akıyor BEN kutuplarındaki potansiyel fark eşit olur

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

İncirde. 1.8.3 emf'si \(\mathcal(E)\)'ye eşit ve iç direnci olan bir doğru akım kaynağının şematik temsilini gösterir Rüç modda: “rölantide”, yükte çalışma ve kısa devre modu (kısa devre). Pilin içindeki elektrik alanının yoğunluğu \(\overrightarrow(E)\) ve pozitif yüklere etki eden kuvvetler gösterilir:\(\overrightarrow(F)_(e)\) - elektrik kuvveti ve \(\overrightarrow( F)_(st )\) bir dış kuvvettir. Kısa devre modunda pilin içindeki elektrik alanı kaybolur.

DC elektrik devrelerindeki voltajları ve akımları ölçmek için özel aletler kullanılır - voltmetreler Ve ampermetreler.

Voltmetre terminallerine uygulanan potansiyel farkını ölçmek için tasarlanmıştır. O bağlanır paralel devrenin potansiyel farkının ölçüldüğü bölümü. Herhangi bir voltmetrenin bir miktar iç direnci vardır (R_(V)\). Voltmetrenin, ölçülen devreye bağlandığında akımların gözle görülür bir şekilde yeniden dağılımını sağlamaması için, iç direncinin, bağlı olduğu devre bölümünün direnciyle karşılaştırıldığında büyük olması gerekir. Şekil 2'de gösterilen devre için. 1.8.4'te bu koşul şu şekilde yazılmıştır:

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

Bu durum, voltmetreden akan \(I_(V) = \Delta \phi_(cd) / R_(V)\) akımının \(I = \Delta \phi_(cd) / R_ akımından çok daha az olduğu anlamına gelir. (1 )\), devrenin test edilen bölümünden akar.

Voltmetrenin içine etki eden herhangi bir dış kuvvet olmadığından, terminallerindeki potansiyel fark tanım gereği voltajla örtüşür. Bu nedenle voltmetrenin voltajı ölçtüğünü söyleyebiliriz.

Ampermetre Bir devredeki akımı ölçmek için tasarlanmıştır. Ampermetre seri olarak açık devreye bağlanır, böylece ölçülen akımın tamamı içinden geçer. Ampermetrenin ayrıca bir miktar iç direnci vardır (R_(A)\). Bir voltmetreden farklı olarak ampermetrenin iç direnci, tüm devrenin toplam direnciyle karşılaştırıldığında oldukça küçük olmalıdır. Şekil 2'deki devre için 1.8.4 Ampermetrenin direnci koşulu sağlamalıdır

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

böylece ampermetre açıldığında devredeki akım değişmez.

Ölçüm cihazları - voltmetreler ve ampermetreler - iki tipte gelir: işaretçi (analog) ve dijital. Dijital elektrik sayaçları karmaşık elektronik cihazlardır. Tipik olarak dijital cihazlar daha fazlasını sağlar yüksek doğrulukölçümler.