Prąd elektryczny i obwód elektryczny. Jakie prądy (elektryczne) istnieją? Główne rodzaje prądu elektrycznego (stałego i przemiennego), ich cechy i różnice. To, co nazywamy elektrycznym

Elektryczność statyczna. Jeśli żółty bursztyn pociera się wełną lub futrem, wówczas bursztyn nabywa własność długo przyciągają włosy, liście, słomki. Zdolność bursztynu do przyciągania innych substancji wynika z jego ładunku. Ładunek ciał oznacza ładunek elektryczny. W pewnych warunkach ładunek jest zatrzymywany na naładowanych ciałach, dlatego nazywa się to elektrycznością statyczną.

Ilość energii elektrycznej naładowanych ciał i odległość między nimi wpływają na ich wzajemne oddziaływanie. Zasady, którym podlegają ciała podczas interakcji, nazywane są prawem Coulomba. Formułuje się je następująco: siła działająca pomiędzy dwoma naładowanymi ciałami jest wprost proporcjonalna do ilości prądu elektrycznego na każdym z ciał i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości pomiędzy ładunkami.

Ciała naładowane elektrycznie, znajdujące się w pewnej odległości od siebie, działają na pewną siłę. Przestrzeń, w której działają te siły, nazywana jest polem sił elektrycznych. Wewnątrz pole elektryczne siły działają w określonym kierunku. Linie, wzdłuż których działają siły pola elektrycznego, nazywane są liniami sił. Ich kierunek w dowolnym punkcie pola przyjmuje się jako kierunek, w którym ładunek dodatni będzie się poruszał w tym polu. Stąd, pole elektryczne izolowany ładunek ujemny jest skierowany w stronę ładunku (ryc. 1), a linie sił działających pomiędzy ładunkami dodatnimi i ujemnymi są skierowane w stronę ładunku ujemnego. Linie energetyczneŁadunki o tej samej nazwie odpychają się (ryc. 2).

Ryż. 1
Ryż. 2

Prąd elektryczny i kierunek ruchu elektronów. Badając prawa prądu elektrycznego, najpierw założono, że prąd elektryczny kierowany jest z ciał naładowanych dodatnio do ujemnie. Za pomocą późniejszych badań odkryto, że elektrony przemieszczają się z ciał naładowanych ujemnie do ciał naładowanych dodatnio lub obojętnych.

Jednak pierwsze stanowisko zakorzeniło się, co stanowiło podstawę wszystkich pomiary elektryczne oraz w praktyce elektrotechnicznej. Ale mimo to we współczesnych warunkach obowiązuje zasada, która definiuje prąd elektryczny jako przepływ elektronów skierowany od minus do plusa.

Potencjał elektryczny. Siły działające na ciała mają tendencję do doprowadzania ich do położenia, w którym energia potencjalna ciał będzie najmniejsza (np. rozlana woda spływa do najniższych miejsc, para przemieszcza się w rurze od punktu, w którym jest mniej, do punktu, w którym znajduje się większa energia potencjalna). Dla wiadomości energia potencjalna w wodzie można go podnieść do określonej wysokości. Przepisy te dotyczą również prądu elektrycznego.

Potencjał elektryczny można wytworzyć poprzez usunięcie lub dodanie elektronów do ciała neutralnego. W pierwszym przypadku ciało uzyskuje ładunek dodatni, czyli potencjał ciała wzrasta (wykonana została praca polegająca na usunięciu elektronu), w drugim - ładunek ujemny i jego potencjał będzie ujemny. Energia elektryczna przepływa od potencjału wyższego do niższego.

Ciało można rozładować od ładunku elektrycznego poprzez podłączenie go do masy, czyli uziemienie ciała. Ze względu na wzajemne odpychanie się ładunki elektryczne ciała rozkładają się równomiernie na naładowanym ciele i na podłożu. Jednak ze względu na to, że ziemia jest nieporównywalnie większa od naładowanego ciała, wszystkie pochodzące z niej ładunki trafią do ziemi i ciało stanie się neutralne, czyli bezpieczne elektrycznie.

Obwód elektryczny DC. Prąd elektryczny, którego wartość nie zmienia się w czasie, nazywa się stałym. Źródło prądu elektrycznego z podłączonymi do niego przewodami liniowymi i odbiornikiem prądu tworzą zamknięty obwód elektryczny, przez który przepływa prąd elektryczny. Najprostszy obwód elektryczny ma źródło i odbiornik prądu elektrycznego oraz dwa łączące je przewody liniowe (ryc. 3). Jako źródła prądu stałego wykorzystywane są akumulatory, generatory – maszyny elektryczne napędzane silnikami mechanicznymi, ogniwa galwaniczne i szereg innych urządzeń. Odbiorcami prądu elektrycznego mogą być elektryczne urządzenia grzewcze, łuk spawalniczy, żarówki oświetleniowe itp.

Ryż. 3

Kondensatory. Przy tym samym ciśnieniu pojemnik o większej objętości może pomieścić więcej gazu. Pewną analogię można wyciągnąć z ładunkiem elektrycznym. Jak większe rozmiary przewodnik, tym większa jest jego zdolność do gromadzenia ładunków elektrycznych, tj. tym większa jest jego pojemność elektryczna.

Pojedyncze przewodniki mają niską pojemność. Dlatego kondensatory służą do tworzenia rezerwy ładunków elektrycznych. Kondensator to urządzenie, które pomimo swoich stosunkowo niewielkich rozmiarów jest w stanie gromadzić duże ładunki elektryczne. W najprostszej formie kondensator składa się z dwóch metalowe płyty, oddzielone dielektrykiem (powietrze, mika, papier woskowany itp.). W zależności od rodzaju dielektryka kondensator nazywany jest powietrzem, papierem, miką itp. Jedna płytka kondensatora jest naładowana ładunkami dodatnimi, a druga - ładunkami ujemnymi. Silne wzajemne przyciąganie utrzymuje ładunki, umożliwiając zgromadzenie dużej liczby ładunków w kondensatorze.

Pojemność kondensatora zależy od powierzchni jego płytek. Kondensator, którego płytki mają większą powierzchnię, może pomieścić więcej ładunków.

Podstawową jednostką miary pojemności elektrycznej jest farad (f). W praktyce stosuje się mniejsze jednostki: mikrofarad ( 1 µF = 0,000 001 f ), pikofarad ( 1 pf = 0,000 001 µF ).

W technologii kondensatory są stosowane w różnych obwodach elektrycznych i radiowych.

Siła elektromotoryczna źródła prądu. Woltaż. Jeśli połączymy rurką dwa naczynia o różnym poziomie wody, woda będzie spływać do naczynia o niższym poziomie. Wlewając wodę do jednego z naczyń, można mieć pewność, że woda przepływa przez rurkę w sposób ciągły. Podobny obraz obserwuje się w obwodzie elektrycznym. Podczas przepływu prądu elektrycznego w obwodzie należy utrzymać różnicę potencjałów na biegunach źródła prądu.

Siła utrzymująca różnicę potencjałów, zapewniająca przepływ prądu przez obwód elektryczny, nazywana jest siłą elektromotoryczną i jest umownie oznaczana mi. ds. Różnica potencjałów wymagana do przewodzenia prądu przez obwód elektryczny nazywa się napięciem między końcami celu elektrycznego.

Napięcie jest wytwarzane przez źródło prądu. Gdy obwód jest otwarty, na biegunach lub zaciskach źródła prądu występuje napięcie. Gdy do obwodu zostanie podłączone źródło prądu, w poszczególnych odcinkach obwodu pojawia się także napięcie, które określa prąd w obwodzie. W obwodzie nie ma napięcia, nie ma prądu.

Opór elektryczny. Gdy w obwodzie pojawi się prąd elektryczny, wolne elektrony pod wpływem sił pola elektrycznego przemieszczają się wzdłuż przewodnika. Ruch elektronów utrudniają napotykane po drodze atomy i cząsteczki przewodników, co oznacza, że ​​obwód elektryczny stawia opór przepływowi prądu elektrycznego. Opór elektryczny przewodnika jest właściwością ciała lub ośrodka polegającą na przekształcaniu energii elektrycznej w energię cieplną, gdy przepływa przez niego prąd elektryczny.

Różne substancje mają różną liczbę elektronów i różne rozmieszczenie atomów. Dlatego rezystancja przewodnika zależy od materiału, z którego jest wykonany. Dobrzy dyrygenci są srebrny , miedź, . Mają duży opór żelazo, węgiel. Oprócz tego rezystancja zależy od długości i pola przekroju przewodu. Im dłuższy przewód o tym samym przekroju, tym większy jest jego opór i odwrotnie: im większy przekrój przewodu o tej samej długości, tym mniejszy jest jego opór.

Ogrzewanie zwiększa odporność większości metali i stopów. Dla czystych metali wzrost ten wynosi ok 4% dla każdego 10° wzrost temperatury. Tylko niektóre specjalne stopy metali (mangan , Konstantan itp.) prawie nie zmieniają swojej rezystancji wraz ze wzrostem temperatury.

Reostaty. Urządzenia, które można wykorzystać do regulacji prądu w obwodzie poprzez zmianę rezystancji, nazywane są reostatami. Istnieje kilka typów reostatów, na przykład: reostat ze stykiem ślizgowym, reostat dźwigniowy, reostat lampy itp.

Ryż. 4

Reostat ze stykiem ślizgowym jest zaprojektowany w następujący sposób (ryc. 4). Metalowy drut o wysokiej rezystancji jest owinięty wokół cylindra wykonanego z izolatora, a na końcach drutu przymocowane są zaciski w celu podłączenia reostatu do obwodu. Suwak jest przymocowany do górnej części cylindra na metalowym pręcie, ściśle przylegającym do zwojów drutu. Reostat podłącza się do obwodu za pomocą jednego z zacisków na przewodzie reostatu i zacisków na metalowym pręcie suwaka. Przesuwając suwak w tym lub innym kierunku, długość podłączonego przewodu zwiększa się lub zmniejsza, a tym samym zmienia się rezystancja obwodu.

Reostat dźwigniowy składa się z szeregu spiral z drutu zamontowanych na ramie izolatora. Po jednej stronie ramy końce spiral są połączone z szeregiem metalowych styków. Metalowy uchwyt, obracający się wokół osi, można mocno docisnąć do jednego lub drugiego styku. W zależności od położenia klamki w łańcuszku może znajdować się różna ilość spiral.

Pomiar prądu, napięcia i rezystancji. Eksperymenty pokazują, że im większa ilość prądu przepływa jednocześnie przez przewodnik, tym silniejsze jest działanie prądu. Dlatego prąd elektryczny określa się na podstawie ilości prądu przepływającego przez przekrój poprzeczny przewodnika w jednostce czasu. Ilość prądu przepływającego przez przekrój poprzeczny przewodnika 1 sek, nazywa się siłą prądu elektrycznego. Przyjmowana jest jednostka prądu 1 a , tj. siła takiego prądu, przy którym 1 sek przechodzi przez przekrój poprzeczny przewodnika 1 wisiorek elektryczność. Amper jest oznaczony literą A . Jednostka ampera prądu została nazwana na cześć francuskiego naukowca Ampere.

Angielski fizyk Faraday, badając zjawisko przepływu prądu przez przewodniki cieczy, stwierdził, że masa substancji uwolnionych na elektrodach jest wprost proporcjonalna do ilości energii elektrycznej przepływającej przez roztwór. Na tej podstawie ustalono jednostkę ilości energii elektrycznej.

Za jednostkową ilość energii elektrycznej uważa się ilość energii elektrycznej, która podczas przejścia przez roztwór soli srebra jest uwalniana na elektrodzie 1,118 mg srebrny. Jednostka ta nazywa się kulan.

Na podstawie definicji prądu elektrycznego można wyznaczyć jego natężenie za pomocą wzoru

I - natężenie prądu w obwodzie;

Q - ilość przepływającej energii elektrycznej w kulombach;

T - czas przepływu prądu w obwodzie w sekundach.

W technologii istnieje również takie pojęcie jak gęstość prądu.

Gęstość prądu nazywa się stosunkiem wielkości prądu do pola przekroju poprzecznego przewodnika. Zazwyczaj pole przekroju przewodów podaje się w milimetrach kwadratowych, więc gęstość prądu mierzy się w a/mm2 .

Rozważmy obwód elektryczny składający się ze źródła prądu, przewodników i żarówki połączonych szeregowo. Natężenie prądu we wszystkich odcinkach tego obwodu jest takie samo, co oznacza, że ​​ilość prądu przepływającego jednocześnie przez przewody i żarówkę jest taka sama. Ilość energii uwalnianej w poszczególnych odcinkach łańcucha jest jednak zróżnicowana. Można to łatwo sprawdzić dotykając ręką przewodów doprowadzających prąd do żarówki - są zimne, natomiast włos żarówki gorący. Wyzwolenie różnej ilości energii w różnych odcinkach obwodu spowodowane jest występowaniem w tych odcinkach różnych napięć.

Napięcie w danym odcinku obwodu pokazuje, ile energii zostanie wydzielone w danym odcinku, gdy przejdzie przez niego jednostkowa ilość prądu.

Za jednostkę napięcia uważa się napięcie, przy którym napięcie zostaje uwolnione w części obwodu. 1 dżul energia ( 1 kg m = 9,8 dżuli ), jeśli przez ten obszar przepływa 1 kulomb prądu. Nazywa się jednostką napięcia wolt om i jest skracany jako V . Jednostka napięcia "wolt" nazwany na cześć włoskiego naukowca Volty.

Jeśli w dowolnej części obwodu napięcie jest równe 1 cal, oznacza to, że przy przejściu każdego kulomba energii elektrycznej przez tę sekcję, 1 dżul energia.

Podczas pomiaru wysokich napięć stosuje się jednostkę tzw kilowolt i w skrócie jako kv . Kilowolt jest tysiąc razy większy od wolta: 1 kV=1000 V . Służy do pomiaru małych napięć miliwolt (mw ) - jednostka tysiąc razy mniejsza od wolta: 1 mV = 0,001 V .

Źródło prądu elektrycznego zawarte w tarczy elektrycznej zużywa energię, aby pokonać opór obwodu. Nazywa się jednostką oporu om na cześć niemieckiego naukowca Ohma, który odkrył prawa prądu elektrycznego; om - opór elektryczny pomiędzy dwoma punktami przewodnika liniowego, w których występuje różnica potencjałów 1 cal wytwarza prąd w 1 a . Opór elektryczny jest oznaczony dwiema literami om .

Do pomiaru dużych rezystancji stosuje się znacznie większe jednostki niż om : kiloomy (kom ) I mega (mgm ). 1 com = 1000 omów ,1 mg = 1 000 000 omów .

Właściwości przewodników w odniesieniu do ich rezystancji elektrycznej ocenia się za pomocą rezystywności. Opór właściwy to opór przewodnika o określonej długości 1 m o przekroju 1mm2 . Rezystywność mierzy się także w omach.

Jeśli podłączysz jeden duży element galwaniczny do obwodu elektrycznego składającego się z żarówki i amperomierza, zauważysz, że przez obwód przepływa bardzo słaby prąd, a włókno żarówki nie będzie się świecić. Gdy tylko element galwaniczny zostanie wymieniony na nowy akumulator z latarki, prąd w obwodzie wzrasta, a włókno żarówki zaczyna jasno świecić. Po zmierzeniu napięcia na końcach obwodu, gdy element i akumulator są włączone, zobaczymy, że po włączeniu akumulatora napięcie jest znacznie wyższe.

Wynika z tego, że prąd w przewodniku rośnie wraz ze wzrostem napięcia na końcach przewodnika. Łącząc szeregowo dwie żarówki zamiast jednej, podwajamy rezystancję obwodu. Teraz widzimy, że prąd w obwodzie spadł. Badając zależność natężenia prądu od rezystancji i napięcia, niemiecki naukowiec Ohm ustalił, że natężenie prądu w przewodniku jest wprost proporcjonalne do napięcia na końcach przewodnika i odwrotnie proporcjonalne do rezystancji przewodnika. Ta zależność między prądem, napięciem i rezystancją nazywa się prawem Ohma i jest jednym z podstawowych praw prądu elektrycznego.

Prawo Ohma wyraża się następującym wzorem:

Gdzie I - prąd w A ;

V - napięcie w V ;

R - opór w om .

Prawo Ohma nie dotyczy tylko prądu stałego. łańcucha, ale także do dowolnej jego części. Prąd w dowolnym odcinku obwodu elektrycznego jest równy napięciu na końcach tego odcinka podzielonemu przez jego rezystancję.

Połączenie szeregowe w obwodzie elektrycznym. W większości przypadków obwód elektryczny składa się z kilku odbiorników prądu (ryc. 5). Połączenie odbiorników prądu, w którym koniec jednego przewodnika jest podłączony do początku drugiego, koniec drugiego do początku trzeciego itd., Nazywa się szeregowym.

Ryż. 5

Ponieważ rezystancja jest wprost proporcjonalna do długości przewodnika, rezystancja obwodu jest równa sumie rezystancji poszczególnych przewodników, ponieważ włączenie kilku przewodników zwiększa długość ścieżki prądowej. Prąd w poszczególnych odcinkach obwodu będzie taki sam. Dlatego spadek napięcia w każdej sekcji będzie proporcjonalny do rezystancji tej sekcji.

Połączenie równoległe w obwodzie elektrycznym nazywają takie połączenie, gdy początki wszystkich przewodów są połączone w jednym punkcie, a ich końce w innym punkcie (ryc. 6). Przy połączeniu równoległym istnieje kilka ścieżek przepływu prądu elektrycznego (ryc. 6). Prąd pomiędzy podłączonymi równolegle odbiornikami rozkłada się odwrotnie proporcjonalnie do rezystancji odbiorników. Jeśli indywidualni odbiorcy mają ten sam opór, będą mieli ten sam prąd. Im niższy opór indywidualnego konsumenta, tym większy prąd przez niego przejdzie.

Ryc.6

Suma prądów poszczególnych odcinków obwodu równoległego jest równa całkowitemu prądowi w punkcie odgałęzienia obwodu.

Jeśli w obwodzie połączonym szeregowo dodanie nowych odbiorców prądu elektrycznego zwiększa rezystancję obwodu, przy połączeniu równoległym maleje: podłączony nowy opór zwiększa całkowity przekrój przewodu, składający się z sumy -sekcje przewodów wszystkich odbiorców. A jak wiadomo, im większy przekrój przewodu przy stałej długości, tym niższy opór.

Pomijając rezystancję przewodów łączących, możemy założyć, że napięcie źródła prądu jest przykładane do każdego odbiornika obwodu równoległego. Dlatego zaletą połączenia równoległego jest niezależność działania każdego aktualnego odbiorcy. Możesz wyłączyć dowolnego odbiorcę bez przerywania przepływu prądu przez inne. Zmieniając rezystancję jednego z odbiorców, zmienimy prąd w jego obwodzie. Dla pozostałych odbiorców prąd nie ulegnie zmianie.

Ryż. 7

Połączenie mieszane w obwodzie elektrycznym. Bardzo często w obwodach elektrycznych występuje połączenie mieszane. Połączenie mieszane to połączenie, w którym występuje zarówno szereg, jak i połączenie równoległe odbiorniki prądu elektrycznego (ryc. 7). Aby określić rezystancję kilku przewodów połączonych przez schemat mieszany, najpierw znajdź rezystancję przewodów połączonych równolegle lub szeregowo, a następnie zastąp je jednym przewodnikiem o rezystancji równej znalezionej. W ten sposób obwód zostaje uproszczony, redukując go do pojedynczego przewodnika, którego rezystancja jest równa ogólny opór złożony łańcuch.

Praca i moc prądu elektrycznego. Prąd elektryczny może wytworzyć pracę. Zdolność ciała do wytworzenia pracy nazywa się energią tego ciała. Poprzez silniki elektryczne prąd napędza pociągi elektryczne i obrabiarki. Ze względu na energię prądu elektrycznego, praca mechaniczna. Jeśli przewodnik, przez który przepływa prąd, nagrzewa się, energia prądu zamienia się w ciepło. Przy różnych przejawach prądu obserwuje się transformację energia elektryczna w inne rodzaje energii.

W zamkniętym obwodzie elektrycznym płynie prąd, który reprezentuje ruch ładunków elektrycznych. Aby przenieść ładunki w obwodzie elektrycznym, źródło energii elektrycznej zużywa pewną ilość energii lub wykonuje pracę równą iloczynowi napięcia w obwodzie i ilości energii elektrycznej przesłanej przez obwód.

Jeśli w części obwodu elektrycznego występuje nieszczelność Q kulombów energii elektrycznej, a napięcie na nim jest równe V , a następnie praca wykonana na tym odcinku łańcucha A będzie równe:

A = QV j.

Aktualnie Ia Do T sekundy przechodzi przez przekrój przewodnika IT = pytanie kulombów energii elektrycznej. Dlatego praca prądu w Ia pod napięciem V Do T sekundy będą równe:

A = IVT.

Pracę prądu zwykle ocenia się na podstawie jego mocy. Moc prądu jest liczbowo równa pracy, jaką wykonuje prąd 1 sek. Dlatego aktualna moc będzie równa:

dżule w ciągu 1 sekundy

Jednostką miary mocy jest wat (wt ). Jeden wat to aktualna moc pobierana 1 a przy napięciu 1 cal . Dlatego wraz ze wzrostem prądu i napięcia wzrasta moc. Aby określić moc prądu elektrycznego, należy pomnożyć napięcie w woltach przez prąd w amperach.

Oprócz watów często mierzy się moc kilowat (1 kW = 1000 W ), hektowat (1 GW=100 W ), miliwat (1 mW = 0,001 W ) I mikrowat (1 μW = 0,000 001 W ).

Pracę prądu elektrycznego można wyznaczyć, mnożąc jego moc przez czas przepływu prądu: moc to praca w 1 sek . Zaakceptowany jako główna jednostka pracy watosekunda (wtorek sek), czyli praca mocy prądu 1 wat Do 1 sek . Większe jednostki są watogodzina (1 watogodzina = 3600 watów na sekundę ), hektowatogodzina (1 GWh = 100 Wh ), kilowatogodzina (1 kWh = 1000 Wh ).

Prawo Lenza-Joule'a. Rosyjski akademik Lenz i angielski fizyk Joule niezależnie od siebie ustalili, że podczas przepływu prądu elektrycznego przez przewodnik ilość ciepła wydzielanego przez przewodnik jest wprost proporcjonalna do kwadratu natężenia prądu, rezystancji przewodnika i czas przepływu prądu. Ten wzór nazywa się Obwód Lenza-Joule'a i wyrażone wzorem

Q = 0,24I 2 Rt ,

de Q - ilość ciepła w pomieszczeniu kał ;

0,24 - współczynnik proporcjonalności, który zapewnia, że ​​prąd jest wyrażony w A, napięcie w V i opór - w om ;

I - prąd w A ;

R - rezystancja przewodu w om ;

T - czas, w którym prąd przepływał przez przewodnik, w sek .

Łuk elektryczny. Jeśli zbliżysz do siebie końce dwóch przewodników podłączonych do źródła prądu elektrycznego, między nimi powstanie iskra. Rozdzielając końcówki, zamiast iskry otrzymujemy łuk elektryczny, tworząc mocne i oślepiające światło. Jeśli na końcach przewodów zostaną przymocowane pręty węglowe, między nimi powstanie również łuk elektryczny. Występowanie łuku wyjaśniono w następujący sposób.

Wraz ze wzrostem temperatury prętów węglowych wzrasta prędkość ruchu elektronów w węglu. Przy silnym nagrzewaniu prędkość ruchu wolnych elektronów wzrasta tak bardzo, że gdy węgle się od siebie oddalają, elektrony wylatują z prętów do przestrzeni międzyelektrodowej. W wyniku działania wyemitowanych elektronów na neutralne atomy i intensywnego promieniowania światła przez nagrzane końce elektrod, powietrze pomiędzy elektrodami przestaje być elektrycznie obojętne, tzn. pomiędzy końcami rozpiętości powstaje szczelina gazowa elektrody, które dobrze przewodzą prąd elektryczny i następuje wyładowanie elektryczne.

Zdolność prądu do wytworzenia łuku elektrycznego jest z powodzeniem wykorzystywana w spawalnictwie. Zastępując jedną z elektrod węglowych spawanym wyrobem uzyskujemy łuk elektryczny płonący pomiędzy tym wyrobem a drugą elektrodą węglową. Jednak obecnie najpowszechniej stosowaną metodą jest spawanie elektrodą metalową. W tym przypadku zamiast elektrody węglowej stosuje się elektrodę metalową. Łuk spawalniczy pali się pomiędzy spawanym przedmiotem a metalową elektrodą. Po stopieniu metalowej elektrody zastępuje się ją nową.

Zwarcie. Awaryjny tryb działania obwodu elektrycznego, gdy ze względu na spadek jego rezystancji prąd w nim gwałtownie wzrasta w porównaniu do normalnego, nazywa się zwarciem. Zwarcie ma miejsce, gdy przewodnik lub urządzenie itp. jest podłączone do obwodu elektrycznego. z bardzo małym oporem w porównaniu z oporem obwodu. Ze względu na mały opór przez obwód będzie przepływał prąd znacznie większy niż prąd, dla którego obwód został zaprojektowany. Taki prąd spowoduje wyzwolenie duża ilość ciepło, co spowoduje zwęglenie i spalenie izolacji drutu, stopienie materiału drutu, uszkodzenie elektrycznych przyrządów pomiarowych, stopienie styków przełączników, przełączników nożowych itp. Nawet źródło prądu może zostać uszkodzone. Dlatego (ze względu na niebezpieczne, niszczące skutki zwarcia należy przestrzegać pewnych warunków podczas instalowania i obsługi instalacji elektrycznych).

Aby uniknąć nagłego i niebezpiecznego wzrostu prądu w obwodzie elektrycznym podczas zwarcia, obwód jest chroniony bezpiecznikami. Bezpiecznik to niskotopliwy drut podłączony szeregowo do obwodu. Gdy prąd wzrośnie powyżej określonej wartości, przewód bezpiecznikowy nagrzewa się i topi, obwód elektryczny automatycznie pęka i prąd w nim zatrzymuje się. Dla różnych odcinków chronionych przewodów i dla różnych odbiorców energii stosowane są różne wkładki bezpiecznikowe. Bezpieczniki spełniają swoje zadanie pod warunkiem, że zostaną odpowiednio dobrane.

Ryż. 8

Zgodnie z ich konstrukcją bezpieczniki dzielą się na wtykowe (ryc. 8, a), płytkowe (ryc. 8, b) i rurowe (ryc. 8, c). W bezpiecznikach wtykowych drut topliwy jest umieszczony wewnątrz porcelanowej wtyczki i zamocowany u podstawy, do którego podłączone są przewody obwodu otwartego. W bezpiecznikach płytkowych wkładka bezpiecznikowa jest mocowana do podstawy izolacyjnej za pomocą końcówek i śrub. Przewody obwodu, który ma zostać otwarty, są podłączone do śrub. W bezpiecznikach rurowych część topliwa jest umieszczona w łatwo wyjmowanych rurkach porcelanowych.

W obwodach o wysokim prądzie i napięciu rzadko stosuje się bezpieczniki. W takich przypadkach stosowana jest kolejna automatyczna ochrona.

Jak nazywa się siła prądu? To pytanie pojawiało się w naszych głowach nie raz, czy dwa razy w trakcie omawiania różnych kwestii. Dlatego postanowiliśmy zająć się nim bardziej szczegółowo i postaramy się uczynić go jak najbardziej przystępnym, bez ogromnej liczby formuł i niejasnych terminów.

Czym zatem jest prąd elektryczny? Jest to ukierunkowany przepływ naładowanych cząstek. Ale czym są te cząstki, dlaczego nagle się poruszają i gdzie? To wszystko nie jest zbyt jasne. Dlatego przyjrzyjmy się temu zagadnieniu bardziej szczegółowo.

• Zacznijmy od pytania o cząstki naładowane, które tak naprawdę są nośnikami prądu elektrycznego. Są różne w różnych substancjach. Na przykład, czym jest prąd elektryczny w metalach? To są elektrony. W gazach znajdują się elektrony i jony; w półprzewodnikach - dziury; a w elektrolitach są to kationy i aniony.

• Cząstki te mają określony ładunek. Może być pozytywny lub negatywny. Definicja ładunku dodatniego i ujemnego podana jest warunkowo. Cząstki o tym samym ładunku odpychają się, a cząstki o tym samym ładunku przyciągają.

• Na tej podstawie logiczne okazuje się, że ruch nastąpi od bieguna dodatniego do ujemnego.
• A im większa liczba naładowanych cząstek obecnych na jednym naładowanym biegunie, tym większa ich liczba będzie przemieszczać się do bieguna o innym znaku. Ale to wszystko jest głęboką teorią, więc weźmy konkretny przykład.
• Załóżmy, że mamy gniazdko, do którego nie jest podłączone żadne urządzenie. Czy jest tam prąd? Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy wiedzieć, jakie jest napięcie i prąd.
• Aby było to jaśniejsze, spójrzmy na to na przykładzie rury z wodą. Krótko mówiąc rura to nasz drut. Przekrój tej rury to napięcie sieci elektrycznej, a prędkość przepływu to nasz prąd elektryczny. Wróćmy do naszego gniazdka. Jeśli narysujemy analogię z rurą, to gniazdko bez podłączonych do niego urządzeń elektrycznych jest rurą, zamykany zaworem

• . Oznacza to, że nie ma tam prądu elektrycznego. Ale jest tam napięcie.
• A jeśli w rurze, aby pojawił się przepływ, konieczne jest otwarcie zaworu, to aby wytworzyć prąd elektryczny w przewodniku, należy podłączyć obciążenie. Można tego dokonać poprzez włożenie wtyczki do gniazdka.

Oczywiście jest to bardzo uproszczone przedstawienie zagadnienia i część fachowców będzie mnie krytykować i wytykać nieścisłości.

Ale daje pojęcie o tym, co nazywa się prądem elektrycznym. Prąd stały i przemienny Następne pytanie, które proponujemy zrozumieć, brzmi: co jest

AC

• i prąd stały. W końcu wielu nie do końca poprawnie rozumie te pojęcia. Stały to prąd, który nie zmienia swojej wielkości i kierunku w czasie. Dość często prąd pulsujący jest również uważany za stały, ale porozmawiajmy o wszystkim w porządku.
• Prąd stały charakteryzuje się tym, że ta sama liczba ładunków elektrycznych stale wymienia się wzajemnie w jednym kierunku. Kierunek jest od jednego bieguna do drugiego.

Okazuje się, że przewodnik zawsze ma ładunek dodatni lub ujemny.

• I z czasem to się nie zmienia. Różni się od stałej tylko tym, że jej wartość zmienia się w czasie, ale jednocześnie nie zmienia swojego znaku.
• Załóżmy, że mamy prąd o natężeniu 5A. Dla prądu stałego wartość ta pozostanie niezmieniona przez cały okres czasu. Dla prądu pulsującego w jednym okresie będzie to 5, w innym 4, a w trzecim 4,5. Ale jednocześnie w żadnym wypadku nie spada poniżej zera i nie zmienia swojego znaku.

• Ten prąd tętnienia jest bardzo powszechny podczas konwersji prądu przemiennego na prąd stały. Jest to dokładnie pulsujący prąd wytwarzany przez falownik lub mostek diodowy w elektronice.
• Jedną z głównych zalet prądu stałego jest możliwość jego magazynowania. Możesz to zrobić samodzielnie, używając baterii lub kondensatorów.

AC

Aby zrozumieć, czym jest prąd przemienny, musimy wyobrazić sobie falę sinusoidalną. To właśnie ta płaska krzywa najlepiej charakteryzuje zmianę prądu stałego i jest standardem.

Uważać na! Na przykładzie zwykłej żarówki można wyraźnie zobaczyć, jaki jest prąd przemienny i stały. Jest to szczególnie widoczne na lampach diodowych niskiej jakości, ale jeśli przyjrzysz się uważnie, zobaczysz to również na zwykłej żarówce. Przy zasilaniu prądem stałym świecą równomiernym światłem, a przy zasilaniu prądem przemiennym migoczą ledwo zauważalnie.

Co to jest moc i gęstość prądu?

Cóż, dowiedzieliśmy się, czym jest prąd stały i czym jest prąd przemienny. Ale prawdopodobnie nadal masz wiele pytań. Postaramy się je rozważyć w tej części naszego artykułu.

Z tego filmu dowiesz się więcej o tym, czym jest moc.

• A pierwszym z tych pytań będzie: czym jest napięcie elektryczne? Napięcie to różnica potencjałów pomiędzy dwoma punktami.

• Od razu pojawia się pytanie, jaki jest potencjał? Teraz profesjonaliści znów będą mnie krytykować, ale powiedzmy tak: to nadmiar naładowanych cząstek. Oznacza to, że w jednym punkcie występuje nadmiar naładowanych cząstek, a w drugim jest ich więcej lub mniej. Ta różnica nazywa się napięciem. Mierzy się go w woltach (V).

• Weźmy na przykład zwykły outlet. Zapewne wszyscy wiecie, że jego napięcie wynosi 220 V. Mamy w gnieździe dwa przewody, a napięcie 220V oznacza, że ​​potencjał jednego przewodu jest większy od potencjału drugiego przewodu dokładnie o te 220V.
• Aby zrozumieć, jaka jest moc prądu elektrycznego, musimy zrozumieć pojęcie napięcia. Chociaż z zawodowego punktu widzenia stwierdzenie to nie jest do końca poprawne. Prąd elektryczny nie ma mocy, ale jest jej pochodną.

• Aby zrozumieć ten punkt, wróćmy do naszej analogii z rurą wodną. Jak pamiętacie, przekrój tej rury to napięcie, a natężenie przepływu w rurze to prąd. Zatem: moc to ilość wody przepływającej przez tę rurę.
• Logiczne jest założenie, że przy równych przekrojach, to znaczy napięciach, im silniejszy przepływ, to znaczy prąd elektryczny, tym większy przepływ wody przepływa przez rurę. W związku z tym więcej mocy zostanie przekazanych konsumentowi.
• Ale jeśli analogicznie do wody możemy przepuścić ściśle określoną ilość wody przez rurę o określonym przekroju, ponieważ woda nie jest sprężana, to z prądem elektrycznym wszystko jest inne. Teoretycznie możemy przesłać dowolny prąd przez dowolny przewodnik. Ale w praktyce przewodnik o małym przekroju przy dużej gęstości prądu po prostu się wypali.

• W związku z tym musimy zrozumieć, jaka jest gęstość prądu. Z grubsza mówiąc, jest to liczba elektronów, które przemieszczają się przez określony przekrój przewodnika w jednostce czasu.
• Liczba ta powinna być optymalna. W końcu, jeśli weźmiemy przewodnik o dużym przekroju i przepuścimy przez niego mały prąd, wówczas cena takiej instalacji elektrycznej będzie wysoka. Jednocześnie, jeśli weźmiemy przewodnik o małym przekroju, to ze względu na dużą gęstość prądu ulegnie on przegrzaniu i szybkiemu przepaleniu.
• Pod tym względem PUE ma odpowiednią sekcję, która umożliwia wybór przewodników na podstawie ekonomicznej gęstości prądu.

• Wróćmy jednak do koncepcji czym jest aktualna moc? Jak rozumiemy z naszej analogii, przy tym samym przekroju rury przenoszona moc zależy tylko od siły prądu. Ale jeśli zwiększymy przekrój naszej rury, to znaczy zwiększymy napięcie, w tym przypadku przy tych samych natężeniach przepływu przesyłane będą zupełnie inne objętości wody. Podobnie jest w elektryce.

• Im wyższe napięcie, tym mniej prądu potrzeba do przesłania tej samej mocy. Dlatego do przesyłania dużych mocy na duże odległości wykorzystuje się je linie wysokiego napięcia przenoszenie mocy

Przecież linia o przekroju drutu 120 mm 2 dla napięcia 330 kV jest w stanie przesłać wielokrotnie większą moc w porównaniu z linią o tym samym przekroju, ale o napięciu 35 kV. Chociaż to, co nazywa się obecną siłą, będzie w nich takie samo.

Metody przesyłania prądu elektrycznego

Ustaliliśmy, jaki jest prąd i napięcie. Czas dowiedzieć się, jak rozprowadzać prąd elektryczny. Dzięki temu w przyszłości będziesz mieć większą pewność w obchodzeniu się z urządzeniami elektrycznymi.

Jak już powiedzieliśmy, prąd może być przemienny i stały. W przemyśle i w gniazdkach wykorzystuje się prąd przemienny. Jest to bardziej powszechne, ponieważ łatwiej jest transmitować przewodowo. Faktem jest, że zmiana napięcia stałego jest dość trudna i kosztowna, ale zmiany napięcia przemiennego można dokonać za pomocą zwykłych transformatorów.

Uważać na! Żaden transformator prądu przemiennego nie będzie działał na prąd stały. Ponieważ właściwości, które wykorzystuje, są nieodłączne tylko od prądu przemiennego.

• Ale to wcale nie oznacza, że ​​​​prąd stały nie jest nigdzie używany. Ma innego przydatna właściwość, co nie jest nieodłącznie związane ze zmienną. Można je gromadzić i przechowywać.
• W tym zakresie prąd stały wykorzystuje się we wszystkich przenośnych urządzeniach elektrycznych, w transporcie kolejowym, a także w niektórych obiektach przemysłowych, gdzie konieczne jest utrzymanie funkcjonalności nawet po całkowitej utracie zasilania.

• Najpopularniejszą metodą magazynowania energii elektrycznej są baterie. Mają specjalne właściwości chemiczne, umożliwiając akumulację, a następnie w razie potrzeby wypuszczenie prądu stałego.
• Każdy akumulator ma ściśle ograniczoną ilość zgromadzonej energii. Nazywa się to pojemnością akumulatora i jest częściowo określana przez prąd rozruchowy akumulatora.
• Jaki jest prąd rozruchowy akumulatora? Jest to ilość energii, jaką akumulator jest w stanie dostarczyć już w początkowej chwili załączenia obciążenia. Faktem jest, że akumulatory w zależności od swoich właściwości fizykochemicznych różnią się sposobem uwalniania zgromadzonej energii.

• Niektórzy potrafią dać wiele na raz. Z tego powodu oczywiście szybko się rozładują. A te ostatnie dają przez długi czas, ale trochę na raz. Oprócz, ważny aspekt Bateria jest w stanie utrzymać napięcie.
• Faktem jest, że, jak mówi instrukcja, w przypadku niektórych akumulatorów, gdy ich pojemność jest uwalniana, ich napięcie stopniowo maleje. Inne akumulatory są w stanie dostarczyć prawie całą pojemność przy tym samym napięciu. W oparciu o te podstawowe właściwości wybierane są te magazyny energii elektrycznej.
• Do przesyłania prądu stałego we wszystkich przypadkach stosuje się dwa przewody. To jest żyła dodatnia i ujemna. Czerwony i niebieski.

AC

Ale w przypadku prądu przemiennego wszystko jest znacznie bardziej skomplikowane. Może być przesyłany jednym, dwoma, trzema lub czterema przewodami. Aby to wyjaśnić, musimy zrozumieć pytanie: czym jest prąd trójfazowy?

• Nasz prąd przemienny jest wytwarzany przez generator. Zazwyczaj prawie wszystkie z nich mają strukturę trójfazową. Oznacza to, że generator ma trzy wyjścia i na każde z tych wyjść doprowadzany jest prąd elektryczny, różniący się od poprzednich o kąt 120⁰.

• Aby to zrozumieć, przypomnijmy sobie naszą sinusoidę, która jest wzorem do opisu prądu przemiennego i zgodnie z prawami jego zmian. Weźmy trzy fazy – „A”, „B” i „C” i przyjmijmy określony moment w czasie. W tym momencie fala sinusoidalna fazy „A” znajduje się w punkcie zerowym, fala sinusoidalna fazy „B” znajduje się w skrajnym punkcie dodatnim, a fala sinusoidalna fazy „C” znajduje się w skrajnym punkcie ujemnym.
• W każdej kolejnej jednostce czasu prąd przemienny w tych fazach będzie się zmieniał, ale synchronicznie. Oznacza to, że po pewnym czasie w fazie „A” wystąpi maksimum ujemne. W fazie „B” będzie zero, a w fazie „C” będzie dodatnie maksimum. A po pewnym czasie znów się zmienią.

• W rezultacie okazuje się, że każda z tych faz ma swój potencjał, odmienny od potencjału fazy sąsiedniej. Dlatego musi być między nimi coś, co nie przewodzi prądu elektrycznego.
• Ta różnica potencjałów między dwiema fazami nazywana jest napięciem sieciowym. Ponadto mają różnicę potencjałów w stosunku do ziemi - napięcie to nazywa się napięciem fazowym.
• I tak, jeśli napięcie liniowe pomiędzy tymi fazami wynosi 380 V, to napięcie fazowe wynosi 220 V. Różni się wartością √3. Ta zasada obowiązuje zawsze dla każdego napięcia.

• Na tej podstawie, jeśli potrzebujemy napięcia 220 V, możemy wziąć przewód jednofazowy i przewód sztywno połączony z ziemią. I odniesiemy sukces sieć jednofazowa 220 V. Jeśli potrzebujemy sieci 380 V, możemy wziąć tylko dowolne 2 fazy i podłączyć jakieś urządzenie grzewcze, jak na filmie.

Ale w większości przypadków stosowane są wszystkie trzy fazy. Wszyscy potężni odbiorcy są podłączeni do sieci trójfazowej.

Wniosek

Czym jest prąd indukowany, prąd pojemnościowy, prąd rozruchowy, prąd jałowy, prądy składowej przeciwnej, prądy błądzące i wiele innych, po prostu nie możemy omówić w jednym artykule.

Przecież problematyka prądu elektrycznego jest dość obszerna i po to stworzono całą naukę o elektrotechnice. Mamy jednak nadzieję, że udało nam się wyjaśnić w przystępnym języku główne aspekty tego zagadnienia i teraz prąd elektryczny nie będzie dla Was czymś strasznym i niezrozumiałym.

Prąd elektryczny

Jak nazywa się prąd elektryczny?

Uporządkowany (ukierunkowany) ruch naładowanych cząstek nazywany jest prądem elektrycznym. Ponadto prąd elektryczny, którego siła nie zmienia się w czasie, nazywany jest stałym. Jeśli zmienia się kierunek bieżącego ruchu, zmienia się to samo. powtarzają się w tej samej kolejności pod względem wielkości i kierunku, wówczas taki prąd nazywa się przemiennym.

Co powoduje i podtrzymuje uporządkowany ruch naładowanych cząstek?

Pole elektryczne powoduje i utrzymuje uporządkowany ruch naładowanych cząstek. Czy prąd elektryczny ma określony kierunek?
Ma. Za kierunek prądu elektrycznego przyjmuje się ruch dodatnio naładowanych cząstek.

Czy można bezpośrednio obserwować ruch naładowanych cząstek w przewodniku?

NIE. Ale obecność prądu elektrycznego można ocenić na podstawie działań i zjawisk mu towarzyszących. Na przykład przewodnik, wzdłuż którego poruszają się naładowane cząstki, nagrzewa się, a w przestrzeni otaczającej przewodnik powstaje pole magnetyczne, a igła magnetyczna w pobliżu przewodnika obraca się z prądem elektrycznym. Ponadto prąd przepływający przez gazy powoduje ich świecenie, a przepływając przez roztwory soli, zasad i kwasów, rozkłada je na części składowe.

Jak określa się siłę prądu elektrycznego?

Natężenie prądu elektrycznego zależy od ilości prądu przepływającego przez przekrój poprzeczny przewodnika w jednostce czasu.
Aby określić natężenie prądu w obwodzie, ilość przepływającego prądu należy podzielić przez czas jego przepływu.

Jaka jest jednostka prądu?

Za jednostkę natężenia prądu przyjmuje się natężenie prądu stałego, które przepływając w próżni przez dwa równoległe proste przewodniki o nieskończonej długości i skrajnie małym przekroju poprzecznym, umieszczone w odległości 1 m od siebie, spowodowałoby między tymi przewodnikami działa siła równa 2 niutonów na metr. Jednostka ta została nazwana Ampere na cześć francuskiego naukowca Ampere.

Jaka jest jednostka energii elektrycznej?

Jednostką energii elektrycznej jest kulomb (Ku), przez który przepływa prąd o natężeniu 1 ampera (A) w ciągu jednej sekundy.

Jakie urządzenia mierzą natężenie prądu elektrycznego?

Natężenie prądu elektrycznego mierzy się za pomocą przyrządów zwanych amperomierzami. Skala amperomierza jest kalibrowana w amperach i ułamkach ampera zgodnie ze wskazaniami precyzyjnych przyrządów standardowych. Siła prądu liczona jest według wskazań strzałki, która porusza się po skali od podziałki zerowej. Amperomierz podłącza się szeregowo do obwodu elektrycznego za pomocą dwóch zacisków lub zacisków znajdujących się na urządzeniu. Co to jest napięcie elektryczne?
Napięcie prądu elektrycznego to różnica potencjałów między dwoma punktami pola elektrycznego. Jest równa pracy wykonanej przez siły pola elektrycznego podczas przemieszczania ładunku dodatniego równego jedności z jednego punktu pola do drugiego.

Podstawową jednostką napięcia jest wolt (V).

Jakie urządzenie mierzy napięcie prądu elektrycznego?

Napięcie prądu elektrycznego mierzy się za pomocą urządzenia; rum, który nazywa się woltomierzem. Woltomierz jest podłączony równolegle do obwodu prądu elektrycznego. Sformułuj prawo Ohma dla odcinka obwodu.

Co to jest rezystancja przewodnika?

Rezystancja przewodnika jest wielkością fizyczną charakteryzującą właściwości przewodnika. Jednostką oporu jest om. Ponadto rezystancja 1 oma ma drut, w którym przepływa prąd 1 A przy napięciu na jego końcach 1 V.

Czy opór w przewodnikach zależy od ilości przepływającego przez nie prądu elektrycznego?

Opór jednorodnego przewodnika metalowego o określonej długości i przekroju nie zależy od wielkości przepływającego przez niego prądu.

Od czego zależy opór w przewodnikach elektrycznych?

Rezystancja w przewodnikach elektrycznych zależy od długości przewodnika, jego przekroju poprzecznego i rodzaju materiału, z którego wykonany jest przewodnik (rezystywności materiału).

Ponadto rezystancja jest wprost proporcjonalna do długości przewodnika, odwrotnie proporcjonalna do pola przekroju poprzecznego i zależy, jak wspomniano powyżej, od materiału przewodnika.

Czy opór w przewodnikach zależy od temperatury?

Tak, to zależy. Wzrost temperatury metalowego przewodnika powoduje wzrost prędkości termicznego ruchu cząstek. Prowadzi to do wzrostu liczby zderzeń swobodnych elektronów, a w konsekwencji do skrócenia czasu swobodnego przemieszczania się, w wyniku czego zmniejsza się przewodność i wzrasta rezystywność materiału.

Współczynnik temperaturowy rezystancji czystych metali wynosi około 0,004°C, co oznacza, że ​​ich rezystancja wzrasta o 4% na każde 10°C wzrostu temperatury.

Wraz ze wzrostem temperatury w elektrolicie węglowym zmniejsza się również czas swobodnej drogi, wzrasta natomiast stężenie nośników ładunku, w wyniku czego wraz ze wzrostem temperatury maleje ich rezystywność.

Sformułuj prawo Ohma dla obwodu zamkniętego.

Natężenie prądu w obwodzie zamkniętym jest równe stosunkowi siły elektromotorycznej obwodu do jego całkowitego oporu.

Wzór ten pokazuje, że natężenie prądu zależy od trzech wielkości: siły elektromotorycznej E, oporu zewnętrznego R i oporu wewnętrznego r. Opór wewnętrzny nie ma zauważalnego wpływu na natężenie prądu, jeśli jest mały w porównaniu z oporem zewnętrznym. W tym przypadku napięcie na zaciskach źródła prądu jest w przybliżeniu równe sile elektromotorycznej (EMF).

Co to jest siła elektromotoryczna (EMF)?

Siła elektromotoryczna to stosunek pracy wykonanej przez siły zewnętrzne podczas przemieszczania ładunku wzdłuż obwodu do ładunku. Podobnie jak różnicę potencjałów, siłę elektromotoryczną mierzy się w woltach.

Jakie siły nazywamy siłami zewnętrznymi?

Wszelkie siły działające na cząstki naładowane elektrycznie, z wyjątkiem sił potencjalnych pochodzenia elektrostatycznego (tj. Sił Coulomba), nazywane są siłami obcymi. To dzięki działaniu tych sił naładowane cząstki zdobywają energię, a następnie uwalniają ją podczas poruszania się w przewodnikach obwodu elektrycznego.

Siły strony trzeciej wprawiają w ruch naładowane cząstki wewnątrz źródła prądu, generatora, akumulatora itp.

W rezultacie na zaciskach źródła prądu pojawiają się ładunki o przeciwnym znaku, a między zaciskami pojawia się pewna różnica potencjałów. Co więcej, gdy obwód jest zamknięty, zaczyna działać tworzenie się ładunków powierzchniowych, tworząc pole elektryczne w całym obwodzie, które pojawia się w wyniku tego, że gdy obwód jest zamknięty, ładunek powierzchniowy pojawia się niemal natychmiast na całym obwodzie powierzchnia przewodnika. Wewnątrz źródła ładunki przemieszczają się pod wpływem sił zewnętrznych wbrew siłom pole elektrostatyczne(dodatni od minus do plusa), a w pozostałej części obwodu napędzane są polem elektrycznym.

Ryż. 1. Obwód elektryczny: 1-źródło, prąd (akumulator); 2 - amperomierz; 3 - następca energii (lai pa żarowy); 4 - przewody elektryczne; 5 - jednobiegunowy RuSidnik; 6 - bezpieczniki

DO Kategoria: - Operatorzy dźwigów i procarze

Na dzisiejszym spotkaniu porozmawiamy o elektryczności, która stała się integralną częścią współczesnej cywilizacji. Energia elektryczna wdarła się do wszystkich dziedzin naszego życia. A obecność w każdym domu urządzeń AGD zasilanych prądem elektrycznym jest na tyle naturalną i integralną częścią życia codziennego, że traktujemy to jako coś oczywistego.

Tak więc naszym czytelnikom oferujemy podstawowe informacje na temat prądu elektrycznego.

Co to jest prąd elektryczny

Oznacza prąd elektryczny ukierunkowany ruch naładowanych cząstek. Substancje zawierające wystarczająca ilośćładunki swobodne nazywane są przewodnikami. Zbiór wszystkich urządzeń połączonych ze sobą za pomocą przewodów nazywa się obwodem elektrycznym.

W życie codzienne wykorzystujemy energię elektryczną przechodzącą przez metalowe przewodniki. Nośnikami ładunku w nich są wolne elektrony.

Zwykle pędzą chaotycznie pomiędzy atomami, ale pole elektryczne zmusza je do poruszania się w określonym kierunku.

Jak to się dzieje

Przepływ elektronów w obwodzie można porównać do przepływu spadającej wody wysoki poziom za niski. Rolę poziomu w obwodach elektrycznych pełni potencjał.

Aby prąd płynął w obwodzie, na jego końcach musi być zachowana stała różnica potencjałów, tj. woltaż.

Zwykle jest oznaczany literą U i mierzony w woltach (B).

Dzięki przyłożonemu napięciu w obwodzie wytwarza się pole elektryczne, które nadaje elektronom kierunkowy ruch. Im wyższe napięcie, tym silniejsze pole elektryczne, a co za tym idzie, intensywność przepływu elektronów poruszających się kierunkowo.

Prędkość rozchodzenia się prądu elektrycznego jest równa prędkości powstawania pola elektrycznego w obwodzie, czyli 300 000 km/s, ale prędkość elektronów sięga zaledwie kilku mm na sekundę.

Powszechnie przyjmuje się, że prąd płynie od punktu o wyższym potencjale, tj. od (+) do punktu o niższym potencjale, tj. do (-). Napięcie w obwodzie jest utrzymywane przez źródło prądu, takie jak bateria. Znak (+) na jego końcu oznacza brak elektronów, znak (-) oznacza ich nadmiar, gdyż elektrony są nośnikami ładunku ujemnego. Gdy tylko obwód ze źródłem prądu zostanie zamknięty, elektrony pędzą z miejsca, w którym jest ich nadmiar, do dodatniego bieguna źródła prądu. Ich ścieżka przebiega przez przewody, odbiorniki, przyrządy pomiarowe i inne elementy obwodów.

Należy pamiętać, że kierunek prądu jest przeciwny do kierunku ruchu elektronów.

Po prostu kierunek prądu został określony za zgodą naukowców, zanim ustalono naturę prądu w metalach.

Niektóre wielkości charakteryzujące prąd elektryczny

Aktualna siła.Ładunek elektryczny przechodzący przez przekrój przewodnika w ciągu 1 sekundy nazywa się natężeniem prądu. Aby go oznaczyć, użyj litery I i zmierz ją w amperach (A).

Opór. Następną wielkością, o której musisz wiedzieć, jest opór. Powstaje w wyniku zderzeń kierunkowo poruszających się elektronów z jonami sieci krystalicznej. W wyniku takich zderzeń elektrony przekazują część swojej energii kinetycznej jonom. W rezultacie przewodnik nagrzewa się, a natężenie prądu maleje. Rezystancja jest oznaczona literą R i jest mierzona w omach (omach).

Opór przewodnika metalowego jest tym większy, im dłuższy jest przewodnik i mniejszy obszar jego przekrój. Przy tej samej długości i średnicy drutu przewodniki wykonane ze srebra, miedzi, złota i aluminium mają najmniejszy opór. Z oczywistych względów w praktyce stosuje się druty aluminiowe i miedziane.

Moc. Podczas wykonywania obliczeń obwodów elektrycznych czasami konieczne jest określenie zużycia energii (P).

Aby to zrobić, prąd płynący przez obwód należy pomnożyć przez napięcie.

Jednostką mocy jest wat (W).

Prąd stały i przemienny

Prąd dostarczany przez różne baterie i akumulatory jest stały. Oznacza to, że natężenie prądu w takim obwodzie można zmienić jedynie pod względem wielkości, zmieniając jego rezystancję na różne sposoby, podczas gdy jego kierunek pozostaje niezmieniony.

Ale Większość urządzeń elektrycznych zużywa prąd przemienny, to znaczy prąd, którego wielkość i kierunek stale się zmieniają zgodnie z pewnym prawem.

Jest wytwarzany w elektrowniach, a następnie przesyłany liniami przesyłowymi wysokiego napięcia do naszych domów i firm.

W większości krajów częstotliwość zmiany kierunku prądu wynosi 50 Hz, czyli występuje 50 razy na sekundę. W takim przypadku za każdym razem natężenie prądu stopniowo wzrasta, osiąga maksimum, a następnie maleje do 0. Następnie proces ten powtarza się, ale z przeciwnym kierunkiem prądu.

W USA wszystkie urządzenia działają na częstotliwości 60 Hz. Ciekawa sytuacja rozwinęła się w Japonii. Tam jedna trzecia kraju wykorzystuje prąd przemienny o częstotliwości 60 Hz, a reszta - 50 Hz.

Uwaga – prąd

Ponieważ podczas korzystania z urządzeń elektrycznych i uderzeń pioruna może dojść do porażenia prądem elektrycznym Ciało ludzkie jest dobrym przewodnikiem prądu. Do urazów elektrycznych często dochodzi w wyniku nadepnięcia na leżący na ziemi przewód lub odpychania rękami luźnych przewodów elektrycznych.

Napięcie powyżej 36 V uważane jest za niebezpieczne dla człowieka. Jeśli przez ciało człowieka przepływa prąd o natężeniu zaledwie 0,05 A, może to spowodować mimowolny skurcz mięśni, który nie pozwoli osobie samodzielnie oderwać się od źródła uszkodzenia. Prąd o natężeniu 0,1 A jest śmiertelny.

Prąd przemienny jest jeszcze bardziej niebezpieczny, ponieważ ma więcej silny wpływ na osobę. Ten nasz przyjaciel i pomocnik w wielu przypadkach zamienia się w bezlitosnego wroga, powodując problemy z oddychaniem i pracą serca, aż do całkowitego zatrzymania. Pozostawia na ciele straszne ślady w postaci ciężkich oparzeń.

Jak pomóc ofierze? Przede wszystkim wyłącz źródło obrażeń. A potem zadbaj o udzielenie pierwszej pomocy.

Nasza znajomość z elektrycznością dobiega końca. Dodajmy jeszcze kilka słów o stworzeniach morskich posiadających „broń elektryczną”. Są to niektóre rodzaje ryb, węgorz konger i płaszczka. Najbardziej niebezpiecznym z nich jest węgorz konger.

Nie należy do niego podpływać na odległość mniejszą niż 3 metry. Jego cios nie jest śmiertelny, ale może stracić przytomność.

Jeżeli ta wiadomość była dla Ciebie przydatna, będzie mi miło Cię poznać

Nie sposób wyobrazić sobie życia bez prądu nowoczesny człowiek. Wolty, ampery, waty – te słowa można usłyszeć, gdy mówimy o urządzeniach zasilanych energią elektryczną. Czym jednak jest prąd elektryczny i jakie są warunki jego istnienia? Porozmawiamy o tym dalej, przedstawiając krótkie wyjaśnienie dla początkujących elektryków.

Definicja

Prąd elektryczny to ukierunkowany ruch nośników ładunku – to standardowe sformułowanie z podręcznika fizyki. Z kolei nośniki ładunku nazywane są pewnymi cząstkami materii. Mogą to być:

• Elektrony są nośnikami ładunku ujemnego.
• Jony są nośnikami ładunku dodatniego.

Ale skąd pochodzą nośniki ładunku? Aby odpowiedzieć na to pytanie, trzeba pamiętać o podstawowej wiedzy o budowie materii. Wszystko, co nas otacza, jest materią; składa się z cząsteczek, najmniejszych cząstek. Cząsteczki składają się z atomów. Atom składa się z jądra, wokół którego elektrony poruszają się po określonych orbitach. Cząsteczki również poruszają się losowo. Ruch i struktura każdej z tych cząstek zależy od samej substancji i wpływu na nią środowiska, takiego jak temperatura, naprężenie i inne.

Jon to atom, którego stosunek elektronów i protonów uległ zmianie. Jeśli atom jest początkowo obojętny, wówczas jony z kolei dzielą się na:

• Anion to dodatni jon atomu, który utracił elektrony.
• Kationy to atom z „dodatkowymi” elektronami przyłączonymi do atomu.

Jednostką pomiaru prądu jest amper, według którego oblicza się go za pomocą wzoru:

gdzie U to napięcie, [V], a R to rezystancja, [Ohm].

Lub wprost proporcjonalna do ilości ładunku przeniesionego w jednostce czasu:

gdzie Q – ładunek, [C], t – czas, [s].

Warunki istnienia prądu elektrycznego

Ustaliliśmy, czym jest prąd elektryczny, teraz porozmawiajmy o tym, jak zapewnić jego przepływ. Aby prąd elektryczny mógł płynąć, muszą zostać spełnione dwa warunki:

1. Obecność przewoźników bezpłatnych.
2. Pole elektryczne.

Pierwszy warunek istnienia i przepływu prądu elektrycznego zależy od substancji, w której prąd płynie (lub nie płynie), a także od jego stanu. Możliwy jest również drugi warunek: dla istnienia pola elektrycznego wymagana jest obecność różnych potencjałów, pomiędzy którymi znajduje się ośrodek, w którym będą przepływać nośniki ładunku.

Przypomnijmy: Napięcie, pole elektromagnetyczne to różnica potencjałów. Wynika z tego, że aby spełnić warunki istnienia prądu - obecność pola elektrycznego i prądu elektrycznego, potrzebne jest napięcie. Mogą to być płytki naładowanego kondensatora, element galwaniczny, pole elektromagnetyczne generowane pod wpływem pole magnetyczne(generator).

Ustaliliśmy, jak powstaje, porozmawiajmy o tym, dokąd jest skierowany. Prąd, głównie w naszym codziennym użyciu, płynie w przewodnikach (instalacja elektryczna w mieszkaniu, żarówki) lub w półprzewodnikach (diody LED, procesor smartfona i inna elektronika), rzadziej w gazach (lampy fluorescencyjne).

Tak więc głównymi nośnikami ładunku są w większości przypadków elektrony; przemieszczają się one od minus (punkt o potencjale ujemnym) do plusa (punkt o potencjale dodatnim, dowiesz się więcej na ten temat poniżej).

Ciekawostką jest jednak to, że za kierunek ruchu prądu przyjęto ruch ładunków dodatnich - od plusa do minusa. Chociaż tak naprawdę wszystko dzieje się na odwrót. Faktem jest, że decyzję o kierunku prądu podjęto przed zbadaniem jego natury, a także zanim ustalono, w jaki sposób prąd płynie i istnieje.

Prąd elektryczny w różnych środowiskach

Wspomnieliśmy już, że w różnych środowiskach prąd elektryczny może różnić się rodzajem nośników ładunku. Media można podzielić ze względu na charakter ich przewodności (w malejącej kolejności przewodności):

1. Przewodnik (metale).
2. Półprzewodnik (krzem, german, arsenek galu itp.).
3. Dielektryk (próżnia, powietrze, woda destylowana).

W metalach

Metale zawierają wolne nośniki ładunku, czasami nazywane są „gazem elektrycznym”. Skąd pochodzą przewoźnicy bezpłatnie? Faktem jest, że metal, jak każda substancja, składa się z atomów. Atomy poruszają się lub wibrują w ten czy inny sposób. Im wyższa temperatura metalu, tym silniejszy jest ten ruch. Jednocześnie same atomy widok ogólny pozostają na swoich miejscach, faktycznie tworząc strukturę metalu.

W powłokach elektronowych atomu znajduje się zwykle kilka elektronów, których połączenie z jądrem jest raczej słabe. Pod wpływem temperatur, reakcje chemiczne oraz oddziaływanie zanieczyszczeń, które w każdym razie znajdują się w metalu, elektrony oddzielają się od ich atomów i powstają dodatnio naładowane jony. Odłączone elektrony nazywane są swobodnymi i poruszają się chaotycznie.

Jeśli na nie oddziałuje pole elektryczne, na przykład, jeśli podłączysz baterię do kawałka metalu, chaotyczny ruch elektronów stanie się uporządkowany. Elektrony z punktu, w którym podłączony jest potencjał ujemny (na przykład katoda ogniwa galwanicznego) zaczną przemieszczać się w kierunku punktu z potencjałem dodatnim.

W półprzewodnikach

Półprzewodniki to materiały, w których w stanie normalnym nie ma wolnych nośników ładunku. Znajdują się w tzw. strefie zabronionej. Jeśli jednak przyłożone zostaną siły zewnętrzne, takie jak pole elektryczne, ciepło, różne promieniowanie (światło, promieniowanie itp.), pokonują one pasmo wzbronione i przemieszczają się do wolnej strefy lub pasma przewodnictwa. Elektrony odrywają się od swoich atomów i stają się wolne, tworząc jony – nośniki ładunku dodatniego.

Dodatnie nośniki w półprzewodnikach nazywane są dziurami.

Jeśli po prostu przeniesiesz energię do półprzewodnika, na przykład podgrzejesz go, rozpocznie się chaotyczny ruch nośników ładunku. Ale jeśli mówimy o elementy półprzewodnikowe, takich jak dioda lub tranzystor, wówczas na przeciwległych końcach kryształu pojawi się pole elektromagnetyczne (nakłada się na nie metalizowaną warstwę i lutuje przewody), ale nie ma to związku z tematem dzisiejszego artykułu.

Jeśli przyłożysz źródło pola elektromagnetycznego do półprzewodnika, wówczas nośniki ładunku również przesuną się do pasma przewodnictwa i rozpocznie się ich ruch kierunkowy - dziury pójdą w kierunku z mniejszym potencjał elektryczny, a elektrony - po stronie większego.

W próżni i gazie

Próżnia to ośrodek, w którym występuje całkowity (w idealnym przypadku) brak gazów lub ich minimalna (w rzeczywistości) ilość. Ponieważ w próżni nie ma materii, nie ma miejsca, z którego mogłyby pochodzić nośniki ładunku. Jednak przepływ prądu w próżni zapoczątkował elektronikę i całą erę elementy elektroniczne– elektryczne lampy próżniowe. Zaczęto je stosować w pierwszej połowie ubiegłego wieku, a w latach 50. zaczęły stopniowo ustępować miejsca tranzystorom (w zależności od konkretnej dziedziny elektroniki).

Załóżmy, że mamy naczynie, z którego wypompowano cały gaz, tj. panuje w nim kompletna próżnia. W naczyniu umieszczone są dwie elektrody, nazwijmy je anodą i katodą. Jeśli połączymy ujemny potencjał źródła pola elektromagnetycznego z katodą i dodatni potencjał z anodą, nic się nie stanie i prąd nie będzie płynął. Ale jeśli zaczniemy podgrzewać katodę, prąd zacznie płynąć. Proces ten nazywany jest emisją termionową – emisją elektronów z ogrzanej powierzchni elektronowej.

Rysunek przedstawia proces przepływu prądu w lampie próżniowej. W lampach próżniowych katoda jest podgrzewana przez pobliski żarnik na rysunku (H), na przykład w lampie oświetleniowej.

Jednocześnie, jeśli zmienisz polaryzację zasilania - przyłóż minus do anody, a plus do katody - prąd nie będzie płynął. To udowodni, że prąd w próżni płynie w wyniku ruchu elektronów z KATODY do ANODY.

Gaz, jak każda substancja, składa się z cząsteczek i atomów, co oznacza, że ​​jeśli gaz znajdzie się pod wpływem pola elektrycznego, to przy określonej sile (napięcie jonizacji) elektrony oderwą się od atomu, wówczas oba warunki przepływu prądu elektrycznego zostanie zaspokojone – media polowe i wolne.

Jak już wspomniano, proces ten nazywa się jonizacją. Może to nastąpić nie tylko w wyniku przyłożonego napięcia, ale także w wyniku podgrzania gazu, promieniowania rentgenowskiego, pod wpływem promieniowania ultrafioletowego i innych rzeczy.

Prąd będzie płynął przez powietrze, nawet jeśli pomiędzy elektrodami zainstalowany jest palnik.

Przepływowi prądu w gazach obojętnych towarzyszy luminescencja gazu, w której zjawisko to jest aktywnie wykorzystywane lampy fluorescencyjne. Przepływ prądu elektrycznego w ośrodku gazowym nazywany jest wyładowaniem gazowym.

W płynie

Załóżmy, że mamy naczynie z wodą, w którym umieszczone są dwie elektrody, do których podłączone jest źródło prądu. Jeśli woda jest destylowana, to znaczy czysta i nie zawiera zanieczyszczeń, to jest dielektrykiem. Ale jeśli dodamy do wody trochę soli, kwasu siarkowego lub innej substancji, powstaje elektrolit i zaczyna przez niego płynąć prąd.

Elektrolit to substancja przewodząca prąd elektryczny w wyniku dysocjacji na jony.

Jeśli dodasz siarczan miedzi do wody, na jednej z elektrod (katodzie) odłoży się warstwa miedzi - nazywa się to elektrolizą, co świadczy o tym, że prąd elektryczny w cieczy odbywa się w wyniku ruchu jonów - dodatnich i ujemnych nośniki opłat.

Elektroliza to proces fizyczny i chemiczny polegający na oddzieleniu na elektrodach składników tworzących elektrolit.

W ten sposób następuje miedziowanie, złocenie i powlekanie innymi metalami.

Wniosek

Podsumowując, aby płynął prąd elektryczny, potrzebne są swobodne nośniki ładunku:

• elektrony w przewodnikach (metalach) i próżni;
• elektrony i dziury w półprzewodnikach;
• jony (aniony i kationy) w cieczach i gazach.

Aby ruch tych nośników był uporządkowany potrzebne jest pole elektryczne. W prostych słowach- przyłożyć napięcie do końcówek korpusu lub zainstalować dwie elektrody w środowisku, w którym powinien płynąć prąd elektryczny.

Warto również zauważyć, że prąd wpływa na substancję w określony sposób, istnieją trzy rodzaje wpływu:

• termiczny;
• chemiczny;
• fizyczny.

Użyteczne