Strøm og spenning. Typer og regler

Betingelser for utseende av strøm

Moderne vitenskap har laget teorier for å forklare naturlige prosesser. Mange prosesser er basert på en av modellene for atomstruktur, den såkalte planetarisk modell. I følge denne modellen består et atom av en positivt ladet kjerne og en negativt ladet sky av elektroner som omgir kjernen. Ulike stoffer som består av atomer er for det meste stabile og uendrede i sine egenskaper under konstante forhold. miljø. Men i naturen er det prosesser som kan endre den stabile tilstanden til stoffer og forårsake i disse stoffene et fenomen som kalles elektrisk strøm.

En slik grunnleggende prosess for naturen er friksjon. Mange vet at hvis du grer håret med en kam laget av visse typer plast, eller bruker klær laget av visse typer stoff, oppstår det en klebeeffekt. Hår tiltrekkes og fester seg til kammen, og det samme skjer med klær. Denne effekten forklares av friksjon, som forstyrrer stabiliteten til kammaterialet eller stoffet. Elektronskyen kan forskyve seg i forhold til kjernen eller bli delvis ødelagt. Og som et resultat får stoffet en elektrisk ladning, hvis tegn bestemmes av strukturen til dette stoffet. Den elektriske ladningen som følge av friksjon kalles elektrostatisk.

Resultatet er et par ladede stoffer. Hvert stoff har et visst elektrisk potensial. Rommet mellom to ladede stoffer påvirkes av et elektrisk, i dette tilfellet elektrostatisk, felt. Effektivitet elektrostatisk felt avhenger av potensielle verdier og er definert som potensialforskjell eller spenning.

• Når spenning oppstår, vises en rettet bevegelse av ladede partikler av stoffer i rommet mellom potensialene - en elektrisk strøm.

Hvor flyter elektrisk strøm?

I dette tilfellet vil potensialene avta hvis friksjonen stopper. Og til slutt vil potensialene forsvinne, og stoffene vil gjenvinne stabilitet.

Men hvis prosessen med dannelse av potensialer og spenning fortsetter i retning av deres økning, vil strømmen også øke i henhold til egenskapene til stoffene som fyller rommet mellom potensialene. Mest tydelig demonstrasjon en slik prosess er lyn. Friksjonen av den oppadgående og nedadgående luftstrømmen mot hverandre fører til utseendet til enorm spenning. Som et resultat dannes det ene potensialet av oppstrømming i himmelen, og det andre av nedtrekk i bakken. Og til slutt, på grunn av luftens egenskaper, vises en elektrisk strøm i form av lyn.

• Den første grunnen til utseendet elektrisk strøm er spenning.
• Den andre grunnen til utseendet til elektrisk strøm er rommet der spenningen fungerer - størrelsen og hva den er fylt med.

Spenning kommer ikke bare fra friksjon. Andre fysiske og kjemiske prosesser som forstyrrer balansen mellom atomene i et stoff fører også til utseendet av spenning. Spenning oppstår kun som følge av interaksjon eller

• ett stoff med et annet stoff;
• ett eller flere stoffer med felt eller stråling.

Spenningen kan komme fra:

• en kjemisk reaksjon som skjer i et stoff, slik som i alle batterier og akkumulatorer, så vel som i alle levende ting;
• elektromagnetisk stråling, som f.eks soldrevet og termiske elektriske generatorer;
• elektromagnetiske felt, slik som i alle dynamoer.

Elektrisk strøm har en natur som tilsvarer stoffet den flyter i. Derfor er det forskjellig:

• i metaller;

• i væsker og gasser;

• i halvledere

I metaller består elektrisk strøm bare av elektroner, i væsker og gasser - av ioner, i halvledere - av elektroner og "hull".

Likestrøm og vekselstrøm

Spenning i forhold til dens potensialer, hvis tegn forblir uendret, kan bare endre seg i størrelse.

• I dette tilfellet vises en konstant eller pulserende elektrisk strøm.

Den elektriske strømmen avhenger av varigheten av denne endringen og egenskapene til rommet fylt med materie mellom potensialene.

• Men hvis fortegnene til potensialene endres og dette fører til en endring i strømmens retning, kalles det alternerende, det samme er spenningen som bestemmer den.

Liv og elektrisk strøm

For kvantitative og kvalitative vurderinger av elektrisk strøm i moderne vitenskap og teknologi, visse lover og mengder brukes. De grunnleggende lovene er:

• Coulombs lov;
• Ohms lov.

Charles Coulomb på 80-tallet av 1700-tallet bestemte utseendet til spenning, og Georg Ohm på 20-tallet av 1800-tallet bestemte utseendet til elektrisk strøm.

I naturen og menneskelig sivilisasjon brukes det hovedsakelig som en bærer av energi og informasjon, og emnet for studiet og bruken er like stort som livet selv. For eksempel har studier vist at alle levende organismer lever fordi hjertemusklene trekker seg sammen under påvirkning av elektriske strømpulser generert i kroppen. Alle andre muskler fungerer på samme måte. Når en celle deler seg, bruker den informasjon basert på elektrisk strøm ved ekstremt høye frekvenser. Listen over slike fakta med avklaringer kan fortsettes gjennom hele boken.

Mange funn knyttet til elektrisk strøm er allerede gjort, og mye mer gjenstår å gjøre. Derfor, med inntoget av nye forskningsverktøy, dukker det opp nye lover, materialer og andre resultater praktisk bruk av dette fenomenet.

Elektrisitet

Først av alt er det verdt å finne ut hva elektrisk strøm er. Elektrisk strøm er den ordnede bevegelsen av ladede partikler i en leder. For at det skal skje, må du først opprette elektrisk felt, under påvirkning av hvilke de ovennevnte ladede partiklene vil begynne å bevege seg.

Den første kunnskapen om elektrisitet, for mange århundrer siden, knyttet til elektriske "ladninger" produsert gjennom friksjon. Allerede i eldgamle tider visste folk at rav, gnidd med ull, fikk evnen til å tiltrekke seg lette gjenstander. Men bare i sent XVIårhundre Engelsk lege Gilbert studerte dette fenomenet i detalj og fant ut at mange andre stoffer hadde nøyaktig de samme egenskapene. Kropper som, i likhet med rav, etter gnidning kan tiltrekke seg lette gjenstander, kalte han elektrifisert. Dette ordet er avledet fra det greske elektronet - "rav". Foreløpig sier vi at legemer i denne tilstanden har elektriske ladninger, og selve kroppene kalles "ladet".

Elektriske ladninger oppstår alltid når forskjellige stoffer kommer i nærkontakt. Hvis kroppene er solide, forhindres deres nærkontakt av mikroskopiske fremspring og uregelmessigheter som er tilstede på overflaten. Ved å klemme sammen slike kropper og gni dem mot hverandre, samler vi overflatene deres, som uten trykk bare ville berøre noen få punkter. I noen kropper kan elektriske ladninger bevege seg fritt mellom ulike deler, men i andre er dette umulig. I det første tilfellet kalles kroppene "ledere", og i det andre - "dielektriske eller isolatorer". Ledere er alle metaller, vandige løsninger av salter og syrer osv. Eksempler på isolatorer er rav, kvarts, ebonitt og alle gasser som finnes under normale forhold.

Ikke desto mindre bør det bemerkes at inndelingen av kropper i ledere og dielektriske stoffer er veldig vilkårlig. Alle stoffer leder strøm i større eller mindre grad. Elektriske ladninger er positive og negative. Denne typen strøm vil ikke vare lenge, fordi den elektrifiserte kroppen vil gå tom for strøm. For fortsatt eksistens av en elektrisk strøm i en leder, er det nødvendig å opprettholde et elektrisk felt. For disse formålene brukes elektriske strømkilder. Det enkleste tilfellet av forekomst av elektrisk strøm er når den ene enden av ledningen er koblet til et elektrifisert legeme, og den andre til bakken.

Elektriske kretser som leverer strøm til lyspærer og elektriske motorer dukket ikke opp før oppfinnelsen av batterier, som dateres tilbake til rundt 1800. Etter dette gikk utviklingen av elektrisitetslæren så raskt at den på mindre enn et århundre ikke bare ble en del av fysikken, men dannet grunnlaget for en ny elektrisk sivilisasjon.

Grunnleggende mengder elektrisk strøm

Mengde strøm og strøm. Effekten av elektrisk strøm kan være sterk eller svak. Styrken til den elektriske strømmen avhenger av mengden ladning som strømmer gjennom kretsen i en viss tidsenhet. Jo flere elektroner som flyttes fra den ene polen til kilden til den andre, desto større blir den totale ladningen som overføres av elektronene. Denne nettoladningen kalles mengden elektrisitet som går gjennom en leder.

Spesielt avhenger den kjemiske effekten av elektrisk strøm av mengden elektrisitet, dvs. jo større ladning som passerer gjennom elektrolyttløsningen, jo mer substans vil bli avsatt på katoden og anoden. I denne forbindelse kan mengden elektrisitet beregnes ved å veie massen av stoffet som er avsatt på elektroden og kjenne massen og ladningen til ett ion av dette stoffet.

Strømstyrke er en mengde som er lik forholdet elektrisk ladning, som passerer gjennom tverrsnittet av lederen, til tidspunktet for dens strømning. Enheten for ladning er coulomb (C), tiden måles i sekunder (s). I dette tilfellet uttrykkes strømenheten i C/s. Denne enheten kalles ampere (A). For å måle strømmen i en krets, brukes et elektrisk måleapparat kalt et amperemeter. For inkludering i kretsen er amperemeteret utstyrt med to terminaler. Den er koblet i serie til kretsen.

Elektrisk spenning. Vi vet allerede at elektrisk strøm er den ordnede bevegelsen av ladede partikler - elektroner. Denne bevegelsen skapes ved hjelp av et elektrisk felt, som gjør en viss mengde arbeid. Dette fenomenet kalles arbeidet med elektrisk strøm. For å flytte mer ladning gjennom en elektrisk krets på 1 s, må det elektriske feltet gjøre mer arbeid. Basert på dette viser det seg at arbeidet med elektrisk strøm bør avhenge av strømmens styrke. Men det er en verdi til som strømmens arbeid avhenger av. Denne mengden kalles spenning.

Spenning er forholdet mellom arbeidet utført av strømmen i en viss del av en elektrisk krets og ladningen som strømmer gjennom den samme delen av kretsen. Nåværende arbeid måles i joule (J), ladning - i coulombs (C). I denne forbindelse vil måleenheten for spenning bli 1 J/C. Denne enheten ble kalt volt (V).

For at spenning skal oppstå i en elektrisk krets, trengs en strømkilde. Når kretsen er åpen, er spenning bare tilstede ved terminalene til strømkilden. Dersom denne strømkilden inngår i kretsen vil det også oppstå spenning i enkelte deler av kretsen. I denne forbindelse vil en strøm vises i kretsen. Det vil si at vi kort kan si følgende: hvis det ikke er spenning i kretsen, er det ingen strøm. For å måle spenning brukes et elektrisk måleinstrument kalt voltmeter. til hans utseende det ligner det tidligere nevnte amperemeteret, med den eneste forskjellen at bokstaven V er skrevet på voltmeterskalaen (i stedet for A på amperemeteret). Voltmeteret har to terminaler, ved hjelp av hvilke det kobles parallelt med den elektriske kretsen.

Elektrisk motstand. Etter å ha koblet forskjellige ledere og et amperemeter til den elektriske kretsen, kan du legge merke til at når du bruker forskjellige ledere, gir amperemeteret forskjellige avlesninger, det vil si at i dette tilfellet er strømstyrken tilgjengelig i den elektriske kretsen forskjellig. Dette fenomenet kan forklares med det faktum at forskjellige ledere har ulik elektrisk motstand, som er en fysisk størrelse. Den ble kalt Ohm til ære for den tyske fysikeren. Som regel brukes større enheter i fysikk: kilo-ohm, mega-ohm osv. Motstanden til en leder er vanligvis betegnet med bokstaven R, lengden på lederen er L, og tverrsnittsarealet er S I dette tilfellet kan motstanden skrives som en formel:

hvor koeffisienten p kalles resistivitet. Denne koeffisienten uttrykker motstanden til en leder 1 m lang med et tverrsnittsareal lik 1 m2. Resistivitet uttrykkes i Ohm x m Siden ledninger som regel har et ganske lite tverrsnitt, uttrykkes deres areal vanligvis i kvadratmillimeter. I dette tilfellet vil enheten for resistivitet være Ohm x mm2/m. I tabellen nedenfor. Figur 1 viser resistivitetene til noen materialer.

I følge tabellen. 1 blir det klart at kobber har den laveste elektriske resistiviteten, og metallegering har høyest. I tillegg har dielektrikum (isolatorer) høy resistivitet.

Elektrisk kapasitet. Vi vet allerede at to ledere isolert fra hverandre kan akkumulere elektriske ladninger. Dette fenomenet er preget av en fysisk størrelse som kalles elektrisk kapasitans. Den elektriske kapasitansen til to ledere er ikke noe mer enn forholdet mellom ladningen til en av dem og potensialforskjellen mellom denne lederen og den nærliggende. Jo lavere spenning når lederne mottar en ladning, jo større kapasitet. Enheten for elektrisk kapasitans er farad (F). I praksis brukes fraksjoner av denne enheten: mikrofarad (μF) og picofarad (pF).

Yandex.DirectAlle annonserLeiligheter til daglig leie Kazan! Leiligheter fra 1000 rub. daglig. Minihoteller. Rapporteringsdokumenter16.forguest.ru Leiligheter til daglig leie i Kazan Koselige leiligheter i alle bydeler i Kazan. Rask daglig leilighet rental.fatyr.ru Ny Yandex.Browser! Praktiske bokmerker og pålitelig beskyttelse. En nettleser for hyggelig surfing på Internett!browser.yandex.ru 0+

Hvis du tar to ledere isolert fra hverandre og plasserer dem i kort avstand fra hverandre, får du en kondensator. Kapasitansen til en kondensator avhenger av tykkelsen på platene og tykkelsen på dielektrikumet og dens permeabilitet. Ved å redusere tykkelsen på dielektrikumet mellom platene til kondensatoren, kan kapasitansen til sistnevnte økes betydelig. På alle kondensatorer, i tillegg til deres kapasitet, må spenningen som disse enhetene er designet for, angis.

Arbeid og kraft av elektrisk strøm. Fra ovenstående er det klart at elektrisk strøm gjør noe arbeid. Når du kobler til elektriske motorer, får den elektriske strømmen alt slags utstyr til å fungere, flytter tog langs skinnene, lyser opp gatene, varmer opp hjemmet, og gir også en kjemisk effekt, dvs. tillater elektrolyse osv. Vi kan si at arbeidet som er utført ved at strømmen på en viss del av kretsen er lik produktstrømmen, spenningen og tiden arbeidet ble utført. Arbeid måles i joule, spenning i volt, strøm i ampere, tid i sekunder. I denne forbindelse er 1 J = 1B x 1A x 1s. Fra dette viser det seg at for å måle arbeidet med elektrisk strøm, bør tre instrumenter brukes samtidig: et amperemeter, et voltmeter og en klokke. Men dette er tungvint og lite effektivt. Derfor blir vanligvis arbeidet med elektrisk strøm målt elektriske målere. Denne enheten inneholder alle de ovennevnte enhetene.

Kraften til den elektriske strømmen er lik forholdet mellom strømmens arbeid og tiden den ble utført. Effekt er angitt med bokstaven "P" og uttrykkes i watt (W). I praksis brukes kilowatt, megawatt, hektowatt osv. For å måle kraften til kretsen må du ta et wattmåler. Elektriske ingeniører uttrykker strømmens arbeid i kilowatt-timer (kWh).

Grunnleggende lover for elektrisk strøm

Ohms lov. Spenning og strøm regnes som de mest nyttige egenskapene til elektriske kretser. En av hovedtrekkene ved bruk av elektrisitet er den raske transporten av energi fra ett sted til et annet og dens overføring til forbrukeren i ønsket form. Produktet av potensialforskjellen og strømmen gir effekt, dvs. mengden energi som avgis i kretsen per tidsenhet. Som nevnt ovenfor, for å måle kraften i en elektrisk krets, vil det være nødvendig med 3 enheter. Er det mulig å klare seg med bare én og beregne kraften fra avlesningene og noen karakteristikk av kretsen, for eksempel motstanden? Mange mennesker likte denne ideen og syntes den var fruktbar.

Så hva er motstanden til en ledning eller krets som helhet? Har ledningen tilsvarende vannrør eller rørene til et vakuumsystem, en konstant egenskap som kan kalles motstand? For eksempel, i rør, er forholdet mellom trykkforskjellen som produserer strømning delt på strømningshastigheten vanligvis en konstant karakteristikk av røret. Tilsvarende styres varmestrømmen i en ledning av et enkelt forhold som involverer temperaturforskjellen, tverrsnittsarealet til ledningen og dens lengde. Oppdagelsen av et slikt forhold for elektriske kretser var resultatet av et vellykket søk.

På 1820-tallet var den tyske skolelæreren Georg Ohm den første som begynte å søke etter forholdet ovenfor. Først og fremst strebet han etter berømmelse og berømmelse, noe som ville tillate ham å undervise ved universitetet. Derfor valgte han et forskningsområde som lovet spesielle fordeler.

Om var sønn av en mekaniker, så han visste hvordan han tegnet metalltråd av forskjellige tykkelser, som han trengte for eksperimenter. Siden det var umulig å kjøpe egnet tråd på den tiden, laget Om den selv. Under sine eksperimenter prøvde han forskjellige lengder, forskjellige tykkelser, forskjellige metaller og til og med forskjellige temperaturer. Han varierte alle disse faktorene én etter én. På Ohms tid var batteriene fortsatt svake og produserte inkonsekvent strøm. I denne forbindelse brukte forskeren et termoelement som en generator, hvis varme kryss ble plassert i en flamme. I tillegg brukte han et råmagnetisk amperemeter, og målte potensialforskjeller (Ohm kalte dem "spenninger") ved å endre temperaturen eller antall termiske kryss.

Studiet av elektriske kretser har nettopp begynt å utvikle seg. Etter at batteriene ble oppfunnet rundt 1800 begynte de å utvikle seg mye raskere. Ulike enheter ble designet og produsert (ganske ofte for hånd), nye lover ble oppdaget, konsepter og termer dukket opp osv. Alt dette førte til en dypere forståelse av elektriske fenomener og faktorer.

Oppdatering av kunnskap om elektrisitet ble på den ene siden årsaken til fremveksten av et nytt fysikkfelt, på den annen side var det grunnlaget for den raske utviklingen av elektroteknikk, dvs. batterier, generatorer, strømforsyningssystemer for belysning og elektrisk drift, elektriske ovner, elektriske motorer, etc. ble oppfunnet , annet.

Ohms oppdagelser var stor verdi både for utvikling av studiet av elektrisitet og for utvikling av anvendt elektroteknikk. De gjorde det mulig å enkelt forutsi egenskapene til elektriske kretser for likestrøm, og deretter for vekselstrøm. I 1826 ga Ohm ut en bok der han skisserte teoretiske konklusjoner og eksperimentelle resultater. Men forhåpningene hans var ikke berettiget; Dette skjedde fordi metoden med rå eksperimentering virket lite attraktiv i en tid da mange var interessert i filosofi.

Han hadde ikke noe annet valg enn å forlate lærerstillingen. Han oppnådde ikke en ansettelse ved universitetet av samme grunn. I 6 år levde forskeren i fattigdom, uten tillit til fremtiden, og opplevde en følelse av bitter skuffelse.

Men etter hvert fikk verkene hans berømmelse, først utenfor Tyskland. Om ble respektert i utlandet og hadde godt av forskningen hans. I denne forbindelse ble landsmennene hans tvunget til å anerkjenne ham i hjemlandet. I 1849 fikk han et professorat ved universitetet i München.

Ohm oppdaget en enkel lov som etablerer forholdet mellom strøm og spenning for et stykke ledning (for en del av en krets, for hele kretsen). I tillegg kompilerte han regler som lar deg bestemme hva som vil endres hvis du tar en ledning av en annen størrelse. Ohms lov er formulert som følger: strømstyrken i en seksjon av en krets er direkte proporsjonal med spenningen i denne seksjonen og omvendt proporsjonal med motstanden til seksjonen.

Joule-Lenz lov. Elektrisk strøm i hvilken som helst del av kretsen gjør noe arbeid. La oss for eksempel ta en hvilken som helst del av kretsen mellom endene der det er en spenning (U). Per definisjon av elektrisk spenning er arbeidet som gjøres ved å flytte en ladningsenhet mellom to punkter lik U. Hvis strømstyrken i en gitt seksjon av kretsen er lik i, vil ladningen med tiden t passere, og derfor vil arbeidet med den elektriske strømmen i denne delen være:

Dette uttrykket er gyldig for likestrøm i alle fall, for alle deler av kretsen, som kan inneholde ledere, elektriske motorer osv. Strømeffekten, dvs. arbeid per tidsenhet, er lik:

Denne formelen brukes i SI-systemet for å bestemme spenningsenheten.

La oss anta at delen av kretsen er en stasjonær leder. I dette tilfellet vil alt arbeidet bli til varme, som frigjøres i denne lederen. Hvis lederen er homogen og overholder Ohms lov (dette inkluderer alle metaller og elektrolytter), så:

hvor r er ledermotstanden. I dette tilfellet:

Denne loven ble først eksperimentelt utledet av E. Lenz og, uavhengig av ham, av Joule.

Det skal bemerkes at varmeledere har mange bruksområder innen teknologi. De vanligste og viktigste blant dem er glødelamper.

Loven om elektromagnetisk induksjon. I første halvdel av 1800-tallet oppdaget den engelske fysikeren M. Faraday fenomenet magnetisk induksjon. Dette faktum, etter å ha blitt eiendommen til mange forskere, ga en kraftig drivkraft til utviklingen av elektro- og radioteknikk.

I løpet av eksperimenter fant Faraday ut at når antallet magnetiske induksjonslinjer som penetrerer en overflate avgrenset av en lukket sløyfe endres, oppstår det en elektrisk strøm i den. Dette er grunnlaget for fysikkens kanskje viktigste lov – loven om elektromagnetisk induksjon. Strømmen som oppstår i kretsen kalles induksjon. På grunn av det faktum at en elektrisk strøm oppstår i en krets bare når frie ladninger blir utsatt for ytre krefter, med en skiftende magnetisk fluks som passerer langs overflaten av en lukket krets, vises de samme eksterne kreftene i den. Virkningen av ytre krefter i fysikk kalles elektromotorisk kraft eller indusert emf.

Elektromagnetisk induksjon vises også i åpne ledere. I tilfelle når en leder krysser magnetisk strømledninger, oppstår spenning i endene. Årsaken til utseendet til en slik spenning er den induserte emf. Hvis den magnetiske fluksen som går gjennom en lukket sløyfe ikke endres, indusert strøm vises ikke.

Ved å bruke konseptet "induksjons-emk", kan vi snakke om loven om elektromagnetisk induksjon, det vil si at induksjons-emk i en lukket sløyfe er lik størrelsesorden for endringshastigheten til den magnetiske fluksen gjennom overflaten avgrenset av sløyfen.

Lenz sin regel. Som vi allerede vet, oppstår en indusert strøm i en leder. Avhengig av forholdene for utseendet, har den en annen retning. Ved denne anledningen formulerte den russiske fysikeren Lenz følgende regel: den induserte strømmen som oppstår i en lukket krets har alltid en slik retning at magnetfeltet den skaper ikke gir magnetisk fluks endring. Alt dette fører til at det oppstår en induksjonsstrøm.

Induksjonsstrøm, som alle andre, har energi. Dette betyr at hvis det oppstår en induksjonsstrøm, Elektrisk energi. I henhold til loven om bevaring og transformasjon av energi, kan den ovennevnte energien bare oppstå på grunn av energimengden til en annen type energi. Dermed tilsvarer Lenz regel fullt ut loven om bevaring og transformasjon av energi.

I tillegg til induksjon kan det oppstå såkalt selvinduksjon i spolen. Dens essens er som følger. Hvis det oppstår en strøm i spolen eller dens styrke endres, vises et skiftende magnetfelt. Og hvis den magnetiske fluksen som går gjennom spolen endres, vises en elektromotorisk kraft i den, som kalles Selvindusert emf.

I følge Lenz sin regel forstyrrer den selvinduktive emf ved lukking av en krets strømstyrken og hindrer den i å øke. Når kretsen er slått av, reduserer den selvinduktive emf strømstyrken. I tilfelle når strømstyrken i spolen når en viss verdi, slutter magnetfeltet å endre seg og selvinduksjons-emk blir null.

Dette er den ordnede bevegelsen av visse ladede partikler. For å kompetent bruke det fulle potensialet til elektrisitet, er det nødvendig å tydelig forstå alle prinsippene for strukturen og driften av elektrisk strøm. Så la oss finne ut hva arbeid og strømkraft er.

Hvor kommer den elektriske strømmen fra?

Til tross for den tilsynelatende enkelheten i spørsmålet, er det få som er i stand til å gi et forståelig svar på det. Selvfølgelig, i disse dager, når teknologien utvikler seg med en utrolig hastighet, tenker folk egentlig ikke på slike grunnleggende ting som prinsippet om drift av elektrisk strøm. Hvor kommer elektrisiteten fra? Sikkert mange vil svare: "Vel, ut av stikkontakten, selvfølgelig," eller bare trekke på skuldrene. I mellomtiden er det veldig viktig å forstå hvordan dagens fungerer. Dette bør være kjent ikke bare for forskere, men også for mennesker som på ingen måte er knyttet til vitenskapens verden, for deres generelle diversifiserte utvikling. Men ikke alle kan kompetent bruke driftsprinsippet til strøm.

Så først bør du forstå at elektrisitet ikke dukker opp fra ingensteds: den produseres av spesielle generatorer som er plassert på forskjellige kraftverk. Takket være rotasjonen av turbinblader produserer damp produsert ved å varme opp vann med kull eller olje energi, som deretter omdannes til elektrisitet ved hjelp av en generator. Utformingen av generatoren er veldig enkel: i midten av enheten er det en enorm og veldig sterk magnet, som tvinger elektriske ladninger til å bevege seg langs kobbertråder.

Hvordan når elektrisk strøm hjemmene våre?

Etter at en viss mengde elektrisk strøm har blitt generert ved bruk av energi (termisk eller kjernefysisk), kan den leveres til mennesker. Denne strømforsyningen fungerer som følger: for at elektrisitet skal kunne nå alle leiligheter og bedrifter, må den være "push". Og for dette må du øke kraften som vil gjøre dette. Det kalles spenningen til den elektriske strømmen. Driftsprinsippet er som følger: strøm går gjennom en transformator, noe som øker spenningen. Deretter flyter den elektriske strømmen gjennom kabler installert dypt under jorden eller i høyden (fordi spenningen noen ganger når 10 000 volt, noe som er dødelig for mennesker). Når strømmen når målet, må den igjen passere gjennom transformatoren, som nå vil redusere spenningen. Deretter går den gjennom ledningene til de installerte sentralbordene inn leilighetsbygg eller andre bygninger.

Elektrisiteten som føres gjennom ledningene kan brukes takket være et system med stikkontakter som kobler husholdningsapparater til dem. Det er ekstra ledninger i veggene som elektrisk strøm flyter gjennom, og det er takket være dette at belysningen og alt utstyret i huset fungerer.

Hva er nåværende arbeid?

Energien som bæres av en elektrisk strøm omdannes over tid til lys eller varme. For eksempel, når vi slår på en lampe, elektrisk utsikt energi blir til lys.

For å si det enkelt, er strømmens arbeid handlingen som elektrisiteten selv produserer. Dessuten kan det veldig enkelt beregnes ved hjelp av formelen. Basert på loven om bevaring av energi kan vi konkludere med at elektrisk energi ikke har gått tapt, den har helt eller delvis overført til en annen form, og avgir en viss mengde varme. Denne varmen er arbeidet som gjøres av strømmen når den passerer gjennom lederen og varmer den opp (varmeveksling skjer). Slik ser Joule-Lenz-formelen ut: A = Q = U*I*t (arbeid er lik mengden varme eller produktet av strømeffekten og tiden den strømmer gjennom lederen).

Hva betyr likestrøm?

Elektrisk strøm er av to typer: vekselstrøm og direkte. De er forskjellige ved at sistnevnte ikke endrer retning, den har to klemmer (positive "+" og negative "-") og begynner alltid sin bevegelse fra "+". Og vekselstrøm har to terminaler - fase og null. Det er nettopp på grunn av tilstedeværelsen av en fase på enden av lederen at den også kalles enfaset.

Prinsippene for utformingen av enfaset vekselstrøm og likestrøm er helt forskjellige: i motsetning til konstant, endrer vekselstrøm både retningen (danner en strømning både fra fase mot null og fra null mot fase) og størrelsen. For eksempel, vekselstrøm endrer med jevne mellomrom verdien av ladningen. Det viser seg at ved en frekvens på 50 Hz (50 vibrasjoner per sekund), endrer elektroner bevegelsesretningen nøyaktig 100 ganger.

Hvor brukes DC?

Likestrøm har noen egenskaper. På grunn av det faktum at det flyter strengt i én retning, er det vanskeligere å transformere det. Følgende elementer kan betraktes som DC-kilder:

• batterier (både alkaliske og sure);
• vanlige batterier som brukes i små enheter;
• og ulike enheter type omformere.

DC-drift

Hva er dens viktigste kjennetegn? Dette er arbeid og strømkraft, og begge disse konseptene er svært nært knyttet til hverandre. Kraft refererer til arbeidshastigheten per tidsenhet (per 1 s). I henhold til Joule-Lenz-loven finner vi at arbeidet utført av en likestrøm er lik produktet av styrken til selve strømmen, spenningen og tiden som arbeidet med det elektriske feltet ble utført for å overføre ladninger langs konduktøren.

Dette er formelen for å finne strømmens arbeid, tatt i betraktning Ohms lov om motstand i ledere: A = I 2 *R*t (arbeid er lik kvadratet av strømmen multiplisert med verdien av motstanden til lederen og igjen multiplisert med tiden arbeidet ble utført).

Metaller i fast tilstand har som kjent en krystallinsk struktur. Partikler i krystaller er ordnet i en viss rekkefølge, og danner et romlig (krystallinsk) gitter.

Positive ioner er lokalisert ved nodene til metallkrystallgitteret, og frie elektroner beveger seg i rommet mellom dem. Frie elektroner er ikke assosiert med kjernene til atomene deres (fig. 53).

Ris. 53. Metallkrystallgitter

Den absolutte verdien av den negative ladningen til alle frie elektroner er lik positiv ladning alle gitterioner. Derfor, i normale forhold metall er elektrisk nøytralt. Frie elektroner beveger seg tilfeldig i den. Men hvis det dannes et elektrisk felt i et metall, vil frie elektroner begynne å bevege seg retningsbestemt under påvirkning av elektriske krefter. En elektrisk strøm vil oppstå. I dette tilfellet er den tilfeldige bevegelsen av elektroner bevart, akkurat som den tilfeldige bevegelsen til en flokk med mygg blir bevart når den under påvirkning av vinden beveger seg i én retning.

Så, elektrisk strøm i metaller er den ordnede bevegelsen av frie elektroner.

Mandelstam Leonid Isaakovich (1879-1944)
Russisk fysiker, akademiker. Han ga et betydelig bidrag til utviklingen av radiofysikk og radioteknikk.

Papaleksi Nikolai Dmitrievich (1880-1947)
Russisk fysiker, akademiker. Han var engasjert i forskning innen radioteknikk, radiofysikk og radioastronomi.

Bevis på at strømmen i metaller er forårsaket av elektroner ble gitt av eksperimentene til vårt lands fysikere Leonid Isaakovich Mandelstam og Nikolai Dmitrievich Papaleksi, samt de amerikanske fysikerne Balfour Stewart og Robert Tolman.

Bevegelseshastigheten til selve elektronene i en leder under påvirkning av et elektrisk felt er liten - noen få millimeter per sekund, og noen ganger enda mindre. Men så snart det oppstår et elektrisk felt i lederen, sprer det seg langs hele lederens lengde med en enorm hastighet, nær lysets hastighet i vakuum (300 000 km/s).

Samtidig med forplantningen av det elektriske feltet begynner alle elektroner å bevege seg i én retning langs hele lederens lengde. Så for eksempel når kretsen er lukket elektrisk lampe Elektronene i lampespolen begynner også å bevege seg på en ordnet måte.

Å sammenligne den elektriske strømmen med strømmen av vann i et vannrør, og fordelingen av det elektriske feltet med fordelingen av vanntrykket vil bidra til å forstå dette. Når vann stiger opp i et vanntårn, sprer trykket (trykket) i vannet seg veldig raskt utover rørleggeranlegg. Når vi åpner kranen, er vannet allerede under trykk og begynner umiddelbart å renne. Men vannet som var i det strømmer fra springen, og vannet fra tårnet vil nå springen mye senere, siden bevegelsen av vann skjer med en lavere hastighet enn spredningen av trykk.

Når vi snakker om forplantningshastigheten til elektrisk strøm i en leder, mener vi forplantningshastigheten til det elektriske feltet langs lederen.

Et elektrisk signal sendt, for eksempel, langs ledninger fra Moskva til Vladivostok (s = 8000 km), kommer dit på omtrent 0,03 s.

Spørsmål

1. Hvordan kan vi forklare at et metall under normale forhold er elektrisk nøytralt?
2. Hva skjer med elektronene i et metall når det oppstår et elektrisk felt i det?
3. Hva er elektrisk strøm i metall?
4. Hvilken hastighet mener de når de snakker om forplantningshastigheten til elektrisk strøm i en leder?

Trening

Bruk Internett og finn ut hvor raskt elektroner beveger seg i metaller. Sammenlign det med lysets hastighet.

De første funnene knyttet til arbeidet med elektrisitet begynte på 700-tallet f.Kr. Filosof Antikkens Hellas Thales of Miletus oppdaget at når rav gnis på ull, er det senere i stand til å tiltrekke seg lette gjenstander. "Elektrisitet" er oversatt fra gresk som "rav." I 1820 etablerte André-Marie Ampère loven om likestrøm. Deretter begynte størrelsen på strømmen eller hva den elektriske strømmen måles i å bli angitt i ampere.

Betydningen av begrepet

Konseptet med elektrisk strøm kan finnes i enhver fysikklærebok. Elektrisk strøm- dette er den ordnede bevegelsen av elektrisk ladede partikler i en retning. For å forstå for vanlige mennesker hva elektrisk strøm er, bør du bruke en elektrikers ordbok. I den står begrepet for bevegelse av elektroner gjennom en leder eller ioner gjennom en elektrolytt.

Avhengig av bevegelsen av elektroner eller ioner inne i en leder, skilles følgende: typer strømmer:

• konstant;
• variabel;
• periodisk eller pulserende.

Grunnmålemengder

Elektrisk strømstyrke- hovedindikatoren som elektrikere bruker i sitt arbeid. Styrken til den elektriske strømmen avhenger av mengden ladning som strømmer gjennom den elektriske kretsen over en bestemt tidsperiode. Hvordan stor kvantitet elektroner strømmer fra en begynnelse av kilden til slutten, jo større vil ladningen overføres av elektronene.

En mengde som måles ved forholdet mellom den elektriske ladningen som strømmer gjennom tverrsnittet av partikler i en leder og tidspunktet for dens passasje. Ladning måles i coulomb, tid måles i sekunder, og én enhet elektrisk strøm bestemmes av forholdet mellom ladning og tid (coulomb til sekund) eller ampere. Bestemmelse av den elektriske strømmen (dens styrke) skjer ved å koble to terminaler sekvensielt til den elektriske kretsen.

Når en elektrisk strøm fungerer, utføres bevegelsen av ladede partikler ved hjelp av et elektrisk felt og avhenger av kraften til elektronbevegelse. Verdien som arbeidet til en elektrisk strøm avhenger av kalles spenning og bestemmes av forholdet mellom arbeidet til strømmen i en bestemt del av kretsen og ladningen som går gjennom den samme delen. Enheten for volt måles av et voltmeter når to terminaler på enheten er koblet til en krets i parallell.

Omfanget elektrisk motstand har en direkte avhengighet av typen leder som brukes, dens lengde og tverrsnitt. Det måles i ohm.

Kraft bestemmes av forholdet mellom arbeidet som er utført av strømmenes bevegelse og tidspunktet da dette arbeidet skjedde. Effekten måles i watt.

Slik fysisk mengde, som kapasitans, bestemmes av forholdet mellom ladningen til en leder og potensialforskjellen mellom den samme lederen og den nærliggende. Jo lavere spenning når ledere mottar en elektrisk ladning, jo større kapasitet. Det måles i farad.

Mengden arbeid utført av elektrisitet ved et visst intervall i kjeden er funnet ved å bruke produktet av strøm, spenning og tidsperioden arbeidet ble utført. Sistnevnte måles i joule. Driften av elektrisk strøm bestemmes ved hjelp av en måler som forbinder avlesningene av alle mengder, nemlig spenning, kraft og tid.

Elektriske sikkerhetsteknikker

Kunnskap om elektriske sikkerhetsregler vil bidra til å forebygge nødsituasjon og beskytte menneskers helse og liv. Siden elektrisitet har en tendens til å varme opp lederen, er det alltid mulighet for en situasjon som er farlig for helse og liv. For å ivareta sikkerheten hjemme må overholdes følgende enkle men viktige regler:

1. Nettisolasjon skal alltid være i god stand for å unngå overbelastning eller mulighet for kortslutning.
2. Fuktighet bør ikke komme på elektriske apparater, ledninger, paneler osv. Også et fuktig miljø provoserer kortslutninger.
3. Sørg for å jorde alle elektriske enheter.
4. Unngå overbelastning av elektriske ledninger da det er fare for at ledningene tar fyr.

Sikkerhetstiltak ved arbeid med elektrisitet innebærer bruk av gummihansker, votter, matter, utladningsanordninger, jordingsanordninger for arbeidsområder, strømbrytere eller sikringer med termisk og strømbeskyttelse.

Erfarne elektrikere, når det er mulighet for elektrisk støt, jobber med den ene hånden, og den andre er i lommen. På denne måten blir hånd-til-hånd-kretsen avbrutt ved en ufrivillig berøring av skjoldet eller annet jordet utstyr. Hvis utstyr koblet til nettverket tar fyr, slukk brannen utelukkende med pulver- eller karbondioksidslukkere.

Påføring av elektrisk strøm

Elektrisk strøm har mange egenskaper som gjør at den kan brukes på nesten alle områder menneskelig aktivitet. Måter å bruke elektrisk strøm på:

Elektrisitet i dag er det mest miljøvennlige rent utseende energi. I den moderne økonomien har utviklingen av den elektriske kraftindustrien planetarisk betydning. I fremtiden, hvis det er mangel på råvarer, vil elektrisitet ta en ledende posisjon som en uuttømmelig energikilde.