Βασικές έννοιες του ηλεκτρικού ρεύματος. Ορισμός ηλεκτρικού ρεύματος

Όταν ένα άτομο έμαθε να δημιουργεί και να χρησιμοποιεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα, η ποιότητα της ζωής του αυξήθηκε δραματικά. Τώρα η σημασία της ηλεκτρικής ενέργειας συνεχίζει να αυξάνεται κάθε χρόνο. Για να μάθετε να κατανοείτε πιο περίπλοκα ζητήματα που σχετίζονται με την ηλεκτρική ενέργεια, πρέπει πρώτα να καταλάβετε τι είναι ηλεκτρικό ρεύμα.

Τι είναι επίκαιρο

Ο ορισμός του ηλεκτρικού ρεύματος είναι η αναπαράστασή του με τη μορφή ενός κατευθυνόμενου ρεύματος κινούμενων σωματιδίων φορέα, θετικά ή αρνητικά φορτισμένα. Οι φορείς φόρτισης μπορεί να είναι:

• αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια που κινούνται στα μέταλλα.
• ιόντα σε υγρά ή αέρια.
• θετικά φορτισμένες οπές από κινούμενα ηλεκτρόνια σε ημιαγωγούς.

Το τι είναι ρεύμα καθορίζεται από την παρουσία ηλεκτρικού πεδίου. Χωρίς αυτό, δεν θα προκύψει κατευθυνόμενη ροή φορτισμένων σωματιδίων.

Η έννοια του ηλεκτρικού ρεύματοςθα ήταν ελλιπής χωρίς να παραθέσουμε τις εκδηλώσεις του:

1. Κάθε ηλεκτρικό ρεύμα συνοδεύεται από μαγνητικό πεδίο.
2. Οι αγωγοί θερμαίνονται καθώς περνούν.
3. Οι ηλεκτρολύτες αλλάζουν τη χημική σύνθεση.

Αγωγοί και ημιαγωγοί

Ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να υπάρχει μόνο σε ένα αγώγιμο μέσο, ​​αλλά η φύση της ροής του είναι διαφορετική:

1. Στους μεταλλικούς αγωγούς, υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια που αρχίζουν να κινούνται υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου. Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται, αυξάνεται και η αντίσταση των αγωγών, καθώς η θερμότητα αυξάνει την κίνηση των ατόμων με χαοτικό τρόπο, γεγονός που παρεμβαίνει στα ελεύθερα ηλεκτρόνια.
2. Σε ένα υγρό μέσο που σχηματίζεται από ηλεκτρολύτες, το αναδυόμενο ηλεκτρικό πεδίο προκαλεί τη διαδικασία διάστασης - το σχηματισμό κατιόντων και ανιόντων, τα οποία κινούνται προς τους θετικούς και αρνητικούς πόλους (ηλεκτρόδια) ανάλογα με το πρόσημο του φορτίου. Η θέρμανση του ηλεκτρολύτη οδηγεί σε μείωση της αντίστασης λόγω πιο ενεργής αποσύνθεσης των μορίων.

Σπουδαίος!Ο ηλεκτρολύτης μπορεί να είναι στερεός, αλλά η φύση της ροής του ρεύματος σε αυτόν είναι ίδια με την υγρή.

1. Το αέριο μέσο χαρακτηρίζεται επίσης από την παρουσία ιόντων που έρχονται σε κίνηση. Σχηματίζεται πλάσμα. Η ακτινοβολία προκαλεί επίσης ελεύθερα ηλεκτρόνια που συμμετέχουν στην κατευθυνόμενη κίνηση.
2. Όταν δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα στο κενό, τα ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται στο αρνητικό ηλεκτρόδιο κινούνται προς το θετικό.
3. Στους ημιαγωγούς, υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια που σπάνε τους δεσμούς από τη θέρμανση. Στις θέσεις τους υπάρχουν τρύπες που έχουν φορτίο με πρόσημο συν. Οι οπές και τα ηλεκτρόνια μπορούν να δημιουργήσουν κατευθυνόμενη κίνηση.

Τα μη αγώγιμα μέσα ονομάζονται διηλεκτρικά.

Σπουδαίος!Η κατεύθυνση του ρεύματος αντιστοιχεί στην κατεύθυνση κίνησης των σωματιδίων φορέα φορτίου με πρόσημο συν.

Είδος ρεύματος

1. Συνεχής. Χαρακτηρίζεται από μια σταθερή ποσοτική τιμή του ρεύματος και της κατεύθυνσης.
2. Μεταβλητός. Με την πάροδο του χρόνου, αλλάζει περιοδικά τα χαρακτηριστικά του. Χωρίζεται σε διάφορες ποικιλίες, ανάλογα με την παράμετρο που αλλάζει. Κατά κύριο λόγο, η ποσοτική τιμή του ρεύματος και η κατεύθυνσή του ποικίλλουν κατά μήκος ενός ημιτονοειδούς.
3. Δινορεύματα. Εμφανίζονται όταν η μαγνητική ροή υφίσταται αλλαγές. Σχηματίστε κλειστά κυκλώματα χωρίς να μετακινηθείτε μεταξύ των πόλων. Τα δινορεύματα προκαλούν έντονη παραγωγή θερμότητας, με αποτέλεσμα να αυξάνονται οι απώλειες. Στους πυρήνες των ηλεκτρομαγνητικών πηνίων, περιορίζονται χρησιμοποιώντας ένα σχέδιο χωριστών μονωμένων πλακών αντί για συμπαγή.

Χαρακτηριστικά του ηλεκτρικού κυκλώματος

1. Τρέχουσα δύναμη. Αυτή είναι μια ποσοτική μέτρηση του φορτίου που διέρχεται σε μια προσωρινή μονάδα κατά τη διατομή των αγωγών. Τα φορτία μετρώνται σε κουλόμπ (C), η μονάδα χρόνου είναι η δεύτερη. Η τρέχουσα ισχύς είναι C / s. Ο λόγος που προέκυψε ονομάστηκε αμπέρ (Α), στο οποίο μετράται η ποσοτική τιμή του ρεύματος. Η συσκευή μέτρησης είναι ένα αμπερόμετρο συνδεδεμένο σε σειρά με το κύκλωμα των ηλεκτρικών συνδέσεων.
2. Εξουσία. Το ηλεκτρικό ρεύμα στον αγωγό πρέπει να υπερνικήσει την αντίσταση του μέσου. Η δουλειά που δαπανάται για να το ξεπεράσει κατά τη διάρκεια μιας ορισμένης χρονικής περιόδου θα είναι δύναμη. Σε αυτή την περίπτωση γίνεται η μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε άλλα είδη ενέργειας – εργασίες. Η ισχύς εξαρτάται από την ισχύ του ρεύματος, την τάση. Το προϊόν τους θα καθορίσει την ενεργό ισχύ. Όταν πολλαπλασιαστεί με μια άλλη φορά, προκύπτει η κατανάλωση ενέργειας - αυτό που δείχνει ο μετρητής. Η ισχύς μπορεί να μετρηθεί σε βολτάμπερ (VA, kVA, mVA) ή σε watt (W, kW, mW).
3. Τάση. Ένα από τα τρία πιο σημαντικά χαρακτηριστικά. Για να ρέει ρεύμα, είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί μια διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων ενός κλειστού κυκλώματος ηλεκτρικών συνδέσεων. Η τάση χαρακτηρίζεται από το έργο που παράγεται από το ηλεκτρικό πεδίο κατά την κίνηση ενός μόνο φορέα φόρτισης. Σύμφωνα με τον τύπο, η μονάδα τάσης είναι το J/C, το οποίο αντιστοιχεί σε ένα βολτ (V). Η συσκευή μέτρησης είναι ένα βολτόμετρο, συνδεδεμένο παράλληλα.
4. Αντίσταση. Χαρακτηρίζει την ικανότητα των αγωγών να περνούν ηλεκτρικό ρεύμα. Καθορίζεται από το υλικό του αγωγού, το μήκος και την περιοχή του τμήματός του. Η μέτρηση είναι σε ohms (Ohm).

Νόμοι για το ηλεκτρικό ρεύμα

Τα ηλεκτρικά κυκλώματα υπολογίζονται χρησιμοποιώντας τρεις βασικούς νόμους:

1. Ο νόμος του Ohm. Ερευνήθηκε και διατυπώθηκε από Γερμανό φυσικό στις αρχές του 19ου αιώνα για το συνεχές ρεύμα, στη συνέχεια εφαρμόστηκε και στο εναλλασσόμενο ρεύμα. Καθιερώνει τη σχέση μεταξύ ρεύματος, τάσης και αντίστασης. Με βάση το νόμο του Ohm, υπολογίζεται σχεδόν οποιοδήποτε ηλεκτρικό κύκλωμα. Ο βασικός τύπος: I \u003d U / R, ή η ισχύς του ρεύματος είναι σε ευθεία αναλογία με την τάση και αντίστροφα με την αντίσταση.

1. Ο νόμος του Faraday. Αναφέρεται στην ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Η εμφάνιση επαγωγικών ρευμάτων στους αγωγούς προκαλείται από την επίδραση μιας μαγνητικής ροής που αλλάζει με την πάροδο του χρόνου λόγω της επαγωγής EMF (ηλεκτροκινητικής δύναμης) σε ένα κλειστό κύκλωμα. Ο επαγόμενος συντελεστής emf, μετρημένος σε βολτ, είναι ανάλογος με τον ρυθμό με τον οποίο μεταβάλλεται η μαγνητική ροή. Χάρη στο νόμο της επαγωγής, οι γεννήτριες που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια λειτουργούν.
2. Νόμος Joule-Lenz. Είναι σημαντικό κατά τον υπολογισμό της θέρμανσης των αγωγών, που χρησιμοποιείται για το σχεδιασμό και την κατασκευή θέρμανσης, φωτιστικών και άλλου ηλεκτρικού εξοπλισμού. Ο νόμος σας επιτρέπει να προσδιορίσετε την ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται κατά τη διέλευση ενός ηλεκτρικού ρεύματος:

όπου I είναι η ισχύς του ρεύματος που ρέει, R είναι η αντίσταση, t είναι ο χρόνος.

Ηλεκτρισμός στην ατμόσφαιρα

Ένα ηλεκτρικό πεδίο μπορεί να υπάρχει στην ατμόσφαιρα, συμβαίνουν διεργασίες ιονισμού. Αν και η φύση της εμφάνισής τους δεν είναι απολύτως σαφής, υπάρχουν διάφορες επεξηγηματικές υποθέσεις. Το πιο δημοφιλές είναι ένας πυκνωτής, ως ανάλογο για την αναπαράσταση του ηλεκτρισμού στην ατμόσφαιρα. Οι πλάκες του μπορούν να σημαδέψουν την επιφάνεια της γης και την ιονόσφαιρα, μεταξύ των οποίων κυκλοφορεί ένα διηλεκτρικό - αέρας.

Τύποι ατμοσφαιρικού ηλεκτρισμού:

1. καταιγίδες. Κεραυνός με ορατή λάμψη και βροντερές φιγούρες. Η τάση κεραυνού φτάνει τα εκατοντάδες εκατομμύρια βολτ με ένταση ρεύματος 500.000 A.

1. Πυρκαγιές του Saint Elmo. Corona εκκένωση ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται γύρω από καλώδια, ιστούς.
2. Αστραπή μπάλας. Εκκένωση με τη μορφή μπάλας, που κινείται στον αέρα.
3. Πολικά φώτα. Πολύχρωμη λάμψη της ιονόσφαιρας της γης υπό την επίδραση φορτισμένων σωματιδίων που διεισδύουν από το διάστημα.

Ένα άτομο χρησιμοποιεί τις ευεργετικές ιδιότητες του ηλεκτρικού ρεύματος σε όλους τους τομείς της ζωής:

• φωτισμός;
• μετάδοση σήματος: τηλέφωνο, ραδιόφωνο, τηλεόραση, τηλέγραφος.
• Ηλεκτρικές μεταφορές: τρένα, ηλεκτρικά αυτοκίνητα, τραμ, τρόλεϊ.
• δημιουργία ενός άνετου μικροκλίματος: θέρμανση και κλιματισμός.
• Ιατρικός εξοπλισμός;
• οικιακή χρήση: ηλεκτρικές συσκευές.
• υπολογιστές και κινητές συσκευές·
• βιομηχανία: εργαλειομηχανές και εξοπλισμός.
• ηλεκτρόλυση: λήψη αλουμινίου, ψευδαργύρου, μαγνησίου και άλλων ουσιών.

Κίνδυνος ηλεκτροπληξίας

Η άμεση επαφή με ηλεκτρικό ρεύμα χωρίς προστατευτικό εξοπλισμό είναι θανατηφόρα για τον άνθρωπο. Είναι δυνατοί διάφοροι τύποι επιρροών:

• θερμικό έγκαυμα?
• ηλεκτρολυτική διάσπαση του αίματος και της λέμφου με αλλαγή στη σύνθεσή του.
• Οι σπασμωδικές συσπάσεις των μυών μπορούν να προκαλέσουν καρδιακή μαρμαρυγή μέχρι την πλήρη διακοπή της, να διαταράξουν τη λειτουργία του αναπνευστικού συστήματος.

Σπουδαίος!Το ρεύμα που αισθάνεται ένα άτομο ξεκινά από μια τιμή 1 mA, εάν η τρέχουσα τιμή είναι 25 mA, είναι δυνατές σοβαρές αρνητικές αλλαγές στο σώμα.

Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ότι μπορεί να κάνει χρήσιμη δουλειά για έναν άνθρωπο: να ανάψει ένα σπίτι, να πλύνει και να στεγνώσει ρούχα, να μαγειρέψει δείπνο, να ζεστάνει ένα σπίτι. Τώρα μια σημαντική θέση κατέχει η χρήση του στη μετάδοση πληροφοριών, αν και αυτό δεν απαιτεί μεγάλη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας.

βίντεο

Το ηλεκτρικό ρεύμα χρησιμοποιείται πλέον σε κάθε κτίριο, γνωρίζοντας τρέχοντα χαρακτηριστικάστο ηλεκτρικό δίκτυο στο σπίτι, θα πρέπει πάντα να θυμάστε ότι είναι απειλητικό για τη ζωή.

Ηλεκτρικό ρεύμα είναι η επίδραση της κατευθυνόμενης κίνησης των ηλεκτρικών φορτίων (σε αέρια - ιόντα και ηλεκτρόνια, σε μέταλλα - ηλεκτρόνια), υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου.

Η κίνηση των θετικών φορτίων κατά μήκος του πεδίου είναι ισοδύναμη με την κίνηση των αρνητικών φορτίων στο πεδίο.

Συνήθως, η κατεύθυνση του ηλεκτρικού φορτίου λαμβάνεται ως η κατεύθυνση του θετικού φορτίου.

• τρέχουσα ισχύς?
• Τάση;
• τρέχουσα ισχύς?
• αντίσταση ρεύματος.

Τρέχουσα ισχύς.

Ισχύς ηλεκτρικού ρεύματοςείναι η αναλογία της εργασίας που έγινε από το ρεύμα προς το χρόνο κατά τον οποίο έγινε αυτή η εργασία.

Η ισχύς που αναπτύσσει ένα ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα τμήμα του κυκλώματος είναι ευθέως ανάλογη με το μέγεθος του ρεύματος και της τάσης σε αυτό το τμήμα. Ισχύς (ηλεκτρικό-τρεις-τσε-ουρανού και με-χα-νο-τσε-ουρανού) από-με-rya-et-xia σε Watts (W).

Τρέχουσα ισχύςδεν εξαρτάται από το χρόνο του pro-the-ka-niya του ηλεκτρικού-tri-che-th ρεύματος στο κύκλωμα, αλλά ορίζει το-de-la-is-sya ως ένα pro-of-ve-de-ne τάση προς το ρεύμα.

Τάση.

Ηλεκτρική τάσηείναι μια τιμή που δείχνει πόση δουλειά έχει κάνει ένα ηλεκτρικό πεδίο όταν μετακινεί ένα φορτίο από το ένα σημείο στο άλλο. Σε αυτή την περίπτωση, η τάση σε διαφορετικά μέρη του κυκλώματος θα είναι διαφορετική.

Για παράδειγμα: η τάση στο τμήμα του κενού καλωδίου θα είναι πολύ μικρή και η τάση στο τμήμα με οποιοδήποτε φορτίο θα είναι πολύ μεγαλύτερη και το μέγεθος της τάσης θα εξαρτηθεί από την ποσότητα της εργασίας που γίνεται από το ρεύμα. Μετρήστε την τάση σε βολτ (1 V). Για να προσδιορίσετε την τάση, υπάρχει ένας τύπος: U \u003d A / q, όπου

• U - τάση,
• A είναι η εργασία που γίνεται από το ρεύμα για να μετακινήσει το φορτίο q σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του κυκλώματος.

Τρέχουσα δύναμη.

τρέχουσα δύναμηονομάζεται ο αριθμός των φορτισμένων σωματιδίων που διαρρέουν τη διατομή του αγωγού.

Εξ ορισμού τρέχουσα δύναμηευθέως ανάλογο της τάσης και αντιστρόφως ανάλογο της αντίστασης.

Η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματοςμετριέται με ένα όργανο που ονομάζεται αμπερόμετρο. Η ποσότητα του ηλεκτρικού ρεύματος (η ποσότητα του φορτίου που μεταφέρεται) μετράται σε αμπέρ. Για να αυξηθεί το εύρος ονομασιών για τη μονάδα αλλαγής, υπάρχουν προθέματα πολλαπλότητας όπως μικρο-μικροαμπέρ (μA), μίλια - milliamp (mA). Άλλα προθέματα δεν χρησιμοποιούνται στην καθημερινή ζωή. Για παράδειγμα: λένε και γράφουν «δέκα χιλιάδες αμπέρ», αλλά ποτέ δεν λένε και δεν γράφουν 10 κιλοαμπέρ. Τέτοιες αξίες δεν χρησιμοποιούνται στην καθημερινή ζωή. Το ίδιο μπορεί να ειπωθεί για τους νανοαμπέρ. Συνήθως λένε και γράφουν 1 × 10-9 Amps.

αντίσταση ρεύματος.

ηλεκτρική αντίστασηονομάζεται φυσικό μέγεθος που χαρακτηρίζει τις ιδιότητες του αγωγού που εμποδίζουν τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος και ισούται με την αναλογία της τάσης στα άκρα του αγωγού προς την ισχύ του ρεύματος που τον διαρρέει.

Η αντίσταση για κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος και για εναλλασσόμενα ηλεκτρομαγνητικά πεδία περιγράφεται ως προς την αντίσταση και την αντίσταση κυμάτων. αντίσταση ρεύματος(συχνά συμβολίζεται με το γράμμα R ή r) θεωρείται η αντίσταση του ρεύματος, εντός ορισμένων ορίων, μια σταθερή τιμή για έναν δεδομένο αγωγό. Υπό ηλεκτρική αντίστασηκατανοούν την αναλογία της τάσης στα άκρα του αγωγού προς την ισχύ του ρεύματος που διαρρέει τον αγωγό.

Προϋποθέσεις για την εμφάνιση ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα αγώγιμο μέσο:

1) η παρουσία ελεύθερων φορτισμένων σωματιδίων.

2) εάν υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο (υπάρχει διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο σημείων του αγωγού).

Τύποι επιρροής του ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα αγώγιμο υλικό.

1) χημικό - μια αλλαγή στη χημική σύνθεση των αγωγών (συμβαίνει κυρίως σε ηλεκτρολύτες).

2) θερμικό - το υλικό θερμαίνεται μέσω του οποίου ρέει το ρεύμα (αυτό το φαινόμενο απουσιάζει στους υπεραγωγούς).

3) μαγνητικό - η εμφάνιση ενός μαγνητικού πεδίου (συμβαίνει σε όλους τους αγωγούς).

Τα κύρια χαρακτηριστικά του ρεύματος.

1. Η ένταση του ρεύματος συμβολίζεται με το γράμμα I - ισούται με την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας Q που διέρχεται από τον αγωγό σε χρόνο t.

I=Q/t

Η ένταση του ρεύματος καθορίζεται από ένα αμπερόμετρο.

Η τάση προσδιορίζεται από ένα βολτόμετρο.

3. Αντίσταση R του αγώγιμου υλικού.

Η αντίσταση εξαρτάται από:

α) στη διατομή του αγωγού S, στο μήκος του l και στο υλικό του (που συμβολίζεται με την ειδική αντίσταση του αγωγού ρ).

R=pl/S

β) σε θερμοκρασία t°С (ή Т): R = R0 (1 + αt),

• όπου R0 είναι η αντίσταση του αγωγού στους 0°C,
• α - συντελεστής θερμοκρασίας αντίστασης.

γ) για να ληφθούν διάφορα εφέ, οι αγωγοί μπορούν να συνδεθούν τόσο παράλληλα όσο και σε σειρά.

Πίνακας τρεχόντων χαρακτηριστικών.

Χημική ένωση	Ακολουθητικός	Παράλληλο
Διατηρημένη αξία	I 1 \u003d I 2 \u003d ... \u003d I n I \u003d Const	U 1 \u003d U 2 \u003d ... U n U \u003d
Συνολική αξία	Τάση e=Ast/q Η τιμή ίση με το έργο που δαπανάται από τις εξωτερικές δυνάμεις για τη μετακίνηση ενός θετικού φορτίου κατά μήκος ολόκληρου του κυκλώματος, συμπεριλαμβανομένης της πηγής ρεύματος, στο φορτίο, ονομάζεται ηλεκτροκινητική δύναμη της πηγής ρεύματος (EMF): e=Ast/q Τα τρέχοντα χαρακτηριστικά πρέπει να είναι γνωστά κατά την επισκευή ηλεκτρικού εξοπλισμού.

Πρώτα απ 'όλα, αξίζει να μάθετε τι αποτελεί ηλεκτρικό ρεύμα. Ηλεκτρικό ρεύμα είναι η διατεταγμένη κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων σε έναν αγωγό. Για να προκύψει πρέπει πρώτα να δημιουργηθεί ένα ηλεκτρικό πεδίο, υπό την επίδραση του οποίου θα αρχίσουν να κινούνται τα προαναφερθέντα φορτισμένα σωματίδια.

Οι πρώτες πληροφορίες για τον ηλεκτρισμό, που εμφανίστηκαν πριν από πολλούς αιώνες, αφορούσαν ηλεκτρικά «φορτίσματα» που προέρχονται από την τριβή. Ήδη από την αρχαιότητα, οι άνθρωποι γνώριζαν ότι το κεχριμπάρι, που φοριέται στο μαλλί, αποκτά την ικανότητα να προσελκύει ελαφριά αντικείμενα. Αλλά μόνο στα τέλη του 16ου αιώνα, ο Άγγλος γιατρός Gilbert μελέτησε αυτό το φαινόμενο λεπτομερώς και ανακάλυψε ότι πολλές άλλες ουσίες έχουν ακριβώς τις ίδιες ιδιότητες. Σώματα ικανά, όπως το κεχριμπάρι, αφού τρίβονταν για να προσελκύσουν ελαφριά αντικείμενα, τα ονόμασε ηλεκτρισμένα. Αυτή η λέξη προέρχεται από το ελληνικό ηλεκτρόνιο - "κεχριμπαρένιο". Προς το παρόν, λέμε ότι υπάρχουν ηλεκτρικά φορτία σε σώματα σε αυτή την κατάσταση και τα ίδια τα σώματα ονομάζονται «φορτισμένα».

Τα ηλεκτρικά φορτία προκύπτουν πάντα όταν διαφορετικές ουσίες βρίσκονται σε στενή επαφή. Εάν τα σώματα είναι συμπαγή, τότε η στενή επαφή τους εμποδίζεται από μικροσκοπικές προεξοχές και ανωμαλίες που υπάρχουν στην επιφάνειά τους. Πιέζοντας τέτοια σώματα και τρίβοντάς τα μεταξύ τους, ενώνουμε τις επιφάνειές τους, που χωρίς πίεση θα ακουμπούσαν μόνο σε λίγα σημεία. Σε ορισμένα σώματα, τα ηλεκτρικά φορτία μπορούν να κινούνται ελεύθερα μεταξύ διαφορετικών μερών, ενώ σε άλλα αυτό δεν είναι δυνατό. Στην πρώτη περίπτωση, τα σώματα ονομάζονται "αγωγοί", και στη δεύτερη - "διηλεκτρικά ή μονωτές". Αγωγοί είναι όλα τα μέταλλα, τα υδατικά διαλύματα αλάτων και οξέων κλπ. Παραδείγματα μονωτών είναι το κεχριμπάρι, ο χαλαζίας, ο εβονίτης και όλα τα αέρια που βρίσκονται υπό κανονικές συνθήκες.

Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι η διαίρεση των σωμάτων σε αγωγούς και διηλεκτρικά είναι πολύ αυθαίρετη. Όλες οι ουσίες άγουν τον ηλεκτρισμό σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό. Τα ηλεκτρικά φορτία είναι είτε θετικά είτε αρνητικά. Αυτό το είδος ρεύματος δεν θα διαρκέσει πολύ, γιατί το ηλεκτρισμένο σώμα θα εξαντληθεί. Για τη συνεχή ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος σε έναν αγωγό είναι απαραίτητη η διατήρηση ηλεκτρικού πεδίου. Για τους σκοπούς αυτούς, χρησιμοποιούνται πηγές ηλεκτρικού ρεύματος. Η απλούστερη περίπτωση εμφάνισης ηλεκτρικού ρεύματος είναι όταν το ένα άκρο του σύρματος συνδέεται με ένα ηλεκτρισμένο σώμα και το άλλο με το έδαφος.

Τα ηλεκτρικά κυκλώματα που παρέχουν ρεύμα σε λαμπτήρες φωτισμού και ηλεκτρικούς κινητήρες δεν εμφανίστηκαν παρά μόνο μετά την εφεύρεση των μπαταριών, η οποία χρονολογείται περίπου στο 1800. Μετά από αυτό, η ανάπτυξη του δόγματος του ηλεκτρισμού προχώρησε τόσο γρήγορα που σε λιγότερο από έναν αιώνα έγινε όχι μόνο μέρος της φυσικής, αλλά αποτέλεσε τη βάση ενός νέου ηλεκτρικού πολιτισμού.

Οι κύριες ποσότητες ηλεκτρικού ρεύματος

Η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας και η ισχύς του ρεύματος. Οι επιπτώσεις του ηλεκτρικού ρεύματος μπορεί να είναι ισχυρές ή αδύναμες. Η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος εξαρτάται από την ποσότητα φορτίου που ρέει μέσα από το κύκλωμα σε μια συγκεκριμένη μονάδα χρόνου. Όσο περισσότερα ηλεκτρόνια μετακινούνται από τον έναν πόλο της πηγής στον άλλο, τόσο μεγαλύτερο είναι το συνολικό φορτίο που μεταφέρουν τα ηλεκτρόνια. Αυτό το συνολικό φορτίο ονομάζεται η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που διέρχεται από τον αγωγό.

Συγκεκριμένα, η χημική επίδραση του ηλεκτρικού ρεύματος εξαρτάται από την ποσότητα του ηλεκτρισμού, δηλαδή όσο περισσότερο φορτίο διέρχεται από το διάλυμα ηλεκτρολύτη, τόσο περισσότερη ουσία θα καθιζάνει στην κάθοδο και την άνοδο. Από αυτή την άποψη, η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να υπολογιστεί ζυγίζοντας τη μάζα της ουσίας που εναποτίθεται στο ηλεκτρόδιο και γνωρίζοντας τη μάζα και το φορτίο ενός ιόντος αυτής της ουσίας.

Η ένταση ρεύματος είναι ένα μέγεθος που ισούται με τον λόγο του ηλεκτρικού φορτίου που έχει περάσει από τη διατομή του αγωγού προς το χρόνο ροής του. Η μονάδα φόρτισης είναι το κουλόμπ (C), ο χρόνος μετριέται σε δευτερόλεπτα (s). Στην περίπτωση αυτή, η μονάδα ισχύος του ρεύματος εκφράζεται σε C/s. Αυτή η μονάδα ονομάζεται αμπέρ (Α). Για να μετρηθεί η ένταση ρεύματος σε ένα κύκλωμα, χρησιμοποιείται μια ηλεκτρική συσκευή μέτρησης που ονομάζεται αμπερόμετρο. Για συμπερίληψη στο κύκλωμα, το αμπερόμετρο είναι εξοπλισμένο με δύο ακροδέκτες. Περιλαμβάνεται στο κύκλωμα σε σειρά.

ηλεκτρική τάση. Γνωρίζουμε ήδη ότι το ηλεκτρικό ρεύμα είναι μια διατεταγμένη κίνηση φορτισμένων σωματιδίων – ηλεκτρονίων. Αυτή η κίνηση δημιουργείται με τη βοήθεια ενός ηλεκτρικού πεδίου, το οποίο κάνει μια συγκεκριμένη ποσότητα εργασίας. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται έργο ηλεκτρικού ρεύματος. Για να μετακινηθεί περισσότερο φορτίο μέσα από ένα ηλεκτρικό κύκλωμα σε 1 δευτερόλεπτο, το ηλεκτρικό πεδίο πρέπει να κάνει περισσότερη δουλειά. Με βάση αυτό, αποδεικνύεται ότι το έργο ενός ηλεκτρικού ρεύματος πρέπει να εξαρτάται από την ισχύ του ρεύματος. Υπάρχει όμως και μια άλλη τιμή από την οποία εξαρτάται το έργο του ρεύματος. Αυτή η τιμή ονομάζεται τάση.

Η τάση είναι ο λόγος του έργου του ρεύματος σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του ηλεκτρικού κυκλώματος προς το φορτίο που ρέει μέσω του ίδιου τμήματος του κυκλώματος. Η τρέχουσα εργασία μετριέται σε joules (J), η φόρτιση μετριέται σε μενταγιόν (C). Από αυτή την άποψη, η μονάδα μέτρησης της τάσης θα είναι 1 J/C. Αυτή η μονάδα ονομάζεται βολτ (V).

Για να εμφανιστεί μια τάση σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, χρειάζεται μια πηγή ρεύματος. Σε ένα ανοιχτό κύκλωμα, η τάση υπάρχει μόνο στους ακροδέκτες της πηγής ρεύματος. Εάν αυτή η πηγή ρεύματος περιλαμβάνεται στο κύκλωμα, η τάση θα εμφανιστεί επίσης σε ορισμένα τμήματα του κυκλώματος. Από αυτή την άποψη, θα υπάρχει επίσης ρεύμα στο κύκλωμα. Δηλαδή, εν συντομία μπορούμε να πούμε το εξής: αν δεν υπάρχει τάση στο κύκλωμα, δεν υπάρχει ρεύμα. Για τη μέτρηση της τάσης, χρησιμοποιείται μια ηλεκτρική συσκευή μέτρησης που ονομάζεται βολτόμετρο. Στην εμφάνισή του μοιάζει με το αμπερόμετρο που αναφέραμε προηγουμένως, με τη μόνη διαφορά ότι το γράμμα V βρίσκεται στην κλίμακα του βολτόμετρου (αντί για το Α στο αμπερόμετρο). Το βολτόμετρο έχει δύο ακροδέκτες, με τη βοήθεια των οποίων συνδέεται παράλληλα με το ηλεκτρικό κύκλωμα.

Ηλεκτρική αντίσταση. Αφού συνδέσετε όλα τα είδη αγωγών και ένα αμπερόμετρο σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, μπορείτε να παρατηρήσετε ότι όταν χρησιμοποιείτε διαφορετικούς αγωγούς, το αμπερόμετρο δίνει διαφορετικές ενδείξεις, δηλαδή, σε αυτήν την περίπτωση, η ισχύς ρεύματος που είναι διαθέσιμη στο ηλεκτρικό κύκλωμα είναι διαφορετική. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι διαφορετικοί αγωγοί έχουν διαφορετική ηλεκτρική αντίσταση, που είναι φυσικό μέγεθος. Προς τιμήν του Γερμανού φυσικού, ονομάστηκε Ohm. Κατά κανόνα, χρησιμοποιούνται μεγαλύτερες μονάδες στη φυσική: kilohm, megaohm, κ.λπ. Η αντίσταση του αγωγού συνήθως συμβολίζεται με το γράμμα R, το μήκος του αγωγού είναι L, το εμβαδόν διατομής είναι S. Στην περίπτωση αυτή, η αντίσταση μπορεί να είναι γραμμένο ως τύπος:

R = R * L/S

όπου ο συντελεστής p ονομάζεται ειδική αντίσταση. Αυτός ο συντελεστής εκφράζει την αντίσταση ενός αγωγού μήκους 1 m με επιφάνεια διατομής ίση με 1 m2. Η ειδική αντίσταση εκφράζεται σε Ohm x m. Δεδομένου ότι τα σύρματα, κατά κανόνα, έχουν μάλλον μικρή διατομή, οι περιοχές τους συνήθως εκφράζονται σε τετραγωνικά χιλιοστά. Σε αυτή την περίπτωση, η μονάδα αντίστασης θα είναι Ohm x mm2/m. Στον παρακάτω πίνακα. Το 1 δείχνει την ειδική αντίσταση ορισμένων υλικών.

Πίνακας 1. Ηλεκτρική ειδική αντίσταση ορισμένων υλικών
Υλικό	p, Ohm x m2/m	Υλικό	p, Ohm x m2/m
Χαλκός	0,017	Κράμα ιριδίου πλατίνας	0,25
Χρυσός	0,024	Γραφίτης	13
Ορείχαλκος	0,071	Κάρβουνο	40
Κασσίτερος	0,12	Πορσελάνη	1019
Οδηγω	0,21	Εβονίτης	1020
Μέταλλο ή κράμα
Ασήμι	0,016	Μαγγανίνη (κράμα)	0,43
Αλουμίνιο	0,028	Constantan (κράμα)	0,50
Βολφράμιο	0,055	Ερμής	0,96
Σίδερο	0,1	Νικρώμιο (κράμα)	1,1
Νικέλιο (κράμα)	0,40	Fechral (κράμα)	1,3
		Chromel (κράμα)	1,5

Σύμφωνα με τον Πίνακα. 1, γίνεται σαφές ότι ο χαλκός έχει τη μικρότερη ηλεκτρική ειδική αντίσταση και ένα κράμα μετάλλων τη μεγαλύτερη. Επιπλέον, τα διηλεκτρικά (μονωτικά) έχουν υψηλή ειδική αντίσταση.

Ηλεκτρική χωρητικότητα. Γνωρίζουμε ήδη ότι δύο αγωγοί που απομονώνονται μεταξύ τους μπορούν να συσσωρεύσουν ηλεκτρικά φορτία. Αυτό το φαινόμενο χαρακτηρίζεται από ένα φυσικό μέγεθος, το οποίο ονομάζεται ηλεκτρική χωρητικότητα. Η ηλεκτρική χωρητικότητα δύο αγωγών δεν είναι τίποτα άλλο παρά ο λόγος του φορτίου ενός από αυτούς προς τη διαφορά δυναμικού μεταξύ αυτού του αγωγού και του γειτονικού. Όσο χαμηλότερη είναι η τάση όταν οι αγωγοί δέχονται φορτίο, τόσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητά τους. Ως μονάδα ηλεκτρικής χωρητικότητας λαμβάνεται το φαράντ (F). Στην πράξη, χρησιμοποιούνται κλάσματα αυτής της μονάδας: microfarad (μF) και picofarad (pF).

Εάν πάρετε δύο αγωγούς απομονωμένους ο ένας από τον άλλο, τους τοποθετήστε σε μικρή απόσταση ο ένας από τον άλλο, παίρνετε έναν πυκνωτή. Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή εξαρτάται από το πάχος των πλακών του και το πάχος του διηλεκτρικού και τη διαπερατότητά του. Μειώνοντας το πάχος του διηλεκτρικού μεταξύ των πλακών του πυκνωτή, είναι δυνατό να αυξηθεί πολύ η χωρητικότητα του τελευταίου. Σε όλους τους πυκνωτές, εκτός από την χωρητικότητά τους, πρέπει να αναφέρεται και η τάση για την οποία έχουν σχεδιαστεί αυτές οι συσκευές.

Εργασία και ισχύς ηλεκτρικού ρεύματος. Από τα προηγούμενα, είναι σαφές ότι το ηλεκτρικό ρεύμα κάνει ένα ορισμένο ποσό εργασίας. Όταν συνδέονται ηλεκτρικοί κινητήρες, το ηλεκτρικό ρεύμα κάνει όλα τα είδη εξοπλισμού να λειτουργούν, κινεί τα τρένα κατά μήκος των σιδηροτροχιών, φωτίζει τους δρόμους, θερμαίνει το σπίτι και παράγει επίσης ένα χημικό αποτέλεσμα, δηλαδή επιτρέπει την ηλεκτρόλυση κ.λπ. Μπορούμε να πούμε ότι το Το έργο του ρεύματος σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του κυκλώματος είναι ίσο με το ρεύμα προϊόντος, την τάση και το χρόνο κατά τον οποίο έγινε η εργασία. Η εργασία μετριέται σε τζάουλ, η τάση σε βολτ, το ρεύμα σε αμπέρ και ο χρόνος σε δευτερόλεπτα. Από αυτή την άποψη, 1 J = 1V x 1A x 1s. Από αυτό αποδεικνύεται ότι για να μετρηθεί η εργασία ενός ηλεκτρικού ρεύματος, πρέπει να χρησιμοποιηθούν τρεις συσκευές ταυτόχρονα: ένα αμπερόμετρο, ένα βολτόμετρο και ένα ρολόι. Αλλά αυτό είναι επαχθές και αναποτελεσματικό. Επομένως, συνήθως, το έργο του ηλεκτρικού ρεύματος μετριέται με ηλεκτρικούς μετρητές. Η συσκευή αυτής της συσκευής περιέχει όλες τις παραπάνω συσκευές.

Η ισχύς ενός ηλεκτρικού ρεύματος είναι ίση με την αναλογία του έργου του ρεύματος προς το χρόνο κατά τον οποίο εκτελέστηκε. Η ισχύς συμβολίζεται με το γράμμα "P" και εκφράζεται σε watt (W). Στην πράξη χρησιμοποιούνται κιλοβάτ, μεγαβάτ, εκτοβάτ κλπ. Για να μετρήσετε την ισχύ του κυκλώματος πρέπει να πάρετε ένα βατόμετρο. Το ηλεκτρικό έργο εκφράζεται σε κιλοβατώρες (kWh).

Βασικοί νόμοι του ηλεκτρικού ρεύματος

Ο νόμος του Ohm. Η τάση και το ρεύμα θεωρούνται τα πιο βολικά χαρακτηριστικά των ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά της χρήσης της ηλεκτρικής ενέργειας είναι η ταχεία μεταφορά ενέργειας από το ένα μέρος στο άλλο και η μεταφορά της στον καταναλωτή με την επιθυμητή μορφή. Το γινόμενο της διαφοράς δυναμικού και της ισχύος του ρεύματος δίνει ισχύ, δηλ. την ποσότητα ενέργειας που εκπέμπεται στο κύκλωμα ανά μονάδα χρόνου. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, για να μετρηθεί η ισχύς σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, θα χρειαζόταν 3 συσκευές. Είναι δυνατόν να κάνουμε με ένα και να υπολογίσουμε την ισχύ από τις ενδείξεις του και κάποιο χαρακτηριστικό του κυκλώματος, όπως η αντίστασή του; Αυτή η ιδέα άρεσε σε πολλούς, τη θεώρησαν γόνιμη.

Λοιπόν, ποια είναι η αντίσταση ενός σύρματος ή ενός κυκλώματος στο σύνολό του; Έχει ένα καλώδιο, όπως οι σωλήνες νερού ή οι σωλήνες σε ένα σύστημα κενού, μια σταθερή ιδιότητα που θα μπορούσε να ονομαστεί αντίσταση; Για παράδειγμα, στους σωλήνες, ο λόγος της διαφοράς πίεσης που δημιουργεί ροή διαιρεμένος με τον ρυθμό ροής είναι συνήθως ένα σταθερό χαρακτηριστικό του σωλήνα. Με τον ίδιο τρόπο, η ροή θερμότητας σε ένα σύρμα υπόκειται σε μια απλή σχέση, η οποία περιλαμβάνει τη διαφορά θερμοκρασίας, την περιοχή διατομής του σύρματος και το μήκος του. Η ανακάλυψη μιας τέτοιας σχέσης για τα ηλεκτρικά κυκλώματα ήταν το αποτέλεσμα μιας επιτυχημένης αναζήτησης.

Στη δεκαετία του 1820, ο Γερμανός δάσκαλος Georg Ohm ήταν ο πρώτος που άρχισε να αναζητά την παραπάνω αναλογία. Πρώτα απ 'όλα, φιλοδοξούσε τη φήμη και τη φήμη, που θα του επέτρεπε να διδάξει στο πανεπιστήμιο. Αυτός ήταν και ο μόνος λόγος που επέλεξε έναν κλάδο σπουδών που πρόσφερε ιδιαίτερα πλεονεκτήματα.

Ο Ομ ήταν γιος κλειδαρά, οπότε ήξερε να σχεδιάζει μεταλλικό σύρμα διαφορετικού πάχους, το οποίο χρειαζόταν για πειράματα. Δεδομένου ότι εκείνες τις μέρες ήταν αδύνατο να αγοράσει ένα κατάλληλο σύρμα, ο Om το έφτιαξε με τα χέρια του. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, δοκίμασε διαφορετικά μήκη, διαφορετικά πάχη, διαφορετικά μέταλλα και ακόμη και διαφορετικές θερμοκρασίες. Όλοι αυτοί οι παράγοντες διέφεραν με τη σειρά τους. Την εποχή του Ohm, οι μπαταρίες ήταν ακόμα αδύναμες, δίνοντας ένα ρεύμα μεταβλητού μεγέθους. Από αυτή την άποψη, ο ερευνητής χρησιμοποίησε ένα θερμοστοιχείο ως γεννήτρια, η θερμή διασταύρωση του οποίου τοποθετήθηκε σε φλόγα. Επιπλέον, χρησιμοποίησε ένα ακατέργαστο μαγνητικό αμπερόμετρο και μέτρησε τις διαφορές δυναμικού (το Ohm τις ονόμασε «τάσεις») αλλάζοντας τη θερμοκρασία ή τον αριθμό των θερμικών ενώσεων.

Το δόγμα των ηλεκτρικών κυκλωμάτων μόλις έλαβε την ανάπτυξή του. Μετά την εφεύρεση των μπαταριών γύρω στο 1800, άρχισε να αναπτύσσεται πολύ πιο γρήγορα. Σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν διάφορες συσκευές (πολύ συχνά με το χέρι), ανακαλύφθηκαν νέοι νόμοι, εμφανίστηκαν έννοιες και όροι κ.λπ. Όλα αυτά οδήγησαν σε μια βαθύτερη κατανόηση των ηλεκτρικών φαινομένων και παραγόντων.

Η ενημέρωση των γνώσεων σχετικά με την ηλεκτρική ενέργεια, αφενός, προκάλεσε την εμφάνιση ενός νέου πεδίου της φυσικής, αφετέρου, αποτέλεσε τη βάση για την ταχεία ανάπτυξη της ηλεκτρικής μηχανικής, δηλαδή μπαταρίες, γεννήτριες, συστήματα τροφοδοσίας για φωτισμό και ηλεκτροκίνηση , εφευρέθηκαν ηλεκτρικοί φούρνοι, ηλεκτροκινητήρες κ.λπ., άλλα.

Οι ανακαλύψεις του Ohm είχαν μεγάλη σημασία τόσο για την ανάπτυξη της θεωρίας του ηλεκτρισμού όσο και για την ανάπτυξη της εφαρμοσμένης ηλεκτρικής μηχανικής. Κατέστησαν εύκολη την πρόβλεψη των ιδιοτήτων των ηλεκτρικών κυκλωμάτων για συνεχές ρεύμα και αργότερα για εναλλασσόμενο ρεύμα. Το 1826, ο Ohm δημοσίευσε ένα βιβλίο στο οποίο περιέγραψε τα θεωρητικά συμπεράσματα και τα πειραματικά αποτελέσματα. Αλλά οι ελπίδες του δεν δικαιώθηκαν, το βιβλίο αντιμετωπίστηκε με γελοιοποίηση. Αυτό συνέβη επειδή η μέθοδος του πρόχειρου πειραματισμού φαινόταν ελάχιστα ελκυστική σε μια εποχή που πολλοί άνθρωποι λάτρευαν τη φιλοσοφία.

Ο Omu δεν είχε άλλη επιλογή από το να εγκαταλείψει τη θέση του ως δάσκαλος. Δεν πέτυχε ραντεβού στο πανεπιστήμιο για τον ίδιο λόγο. Για 6 χρόνια, ο επιστήμονας έζησε στη φτώχεια, χωρίς εμπιστοσύνη στο μέλλον, βιώνοντας ένα αίσθημα πικρής απογοήτευσης.

Σταδιακά όμως τα έργα του απέκτησαν φήμη πρώτα εκτός Γερμανίας. Ο Ομ ήταν σεβαστός στο εξωτερικό, χρησιμοποιήθηκε η έρευνά του. Από αυτή την άποψη, οι συμπατριώτες αναγκάστηκαν να τον αναγνωρίσουν στην πατρίδα τους. Το 1849 έλαβε θέση καθηγητή στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου.

Ο Ohm ανακάλυψε έναν απλό νόμο που καθιερώνει μια σχέση μεταξύ ρεύματος και τάσης για ένα κομμάτι σύρματος (για μέρος του κυκλώματος, για ολόκληρο το κύκλωμα). Επιπλέον, έφτιαξε κανόνες που σας επιτρέπουν να καθορίσετε τι θα αλλάξει αν πάρετε ένα καλώδιο διαφορετικού μεγέθους. Ο νόμος του Ohm διατυπώνεται ως εξής: η ισχύς του ρεύματος σε ένα τμήμα του κυκλώματος είναι ευθέως ανάλογη με την τάση σε αυτό το τμήμα και αντιστρόφως ανάλογη με την αντίσταση του τμήματος.

Νόμος Joule-Lenz. Το ηλεκτρικό ρεύμα σε οποιοδήποτε μέρος του κυκλώματος εκτελεί μια συγκεκριμένη εργασία. Για παράδειγμα, ας πάρουμε κάποιο τμήμα του κυκλώματος, μεταξύ των άκρων του οποίου υπάρχει τάση (U). Σύμφωνα με τον ορισμό της ηλεκτρικής τάσης, η εργασία που γίνεται όταν μετακινείται μια μονάδα φορτίου μεταξύ δύο σημείων είναι ίση με U. Εάν η ισχύς του ρεύματος σε ένα δεδομένο τμήμα του κυκλώματος είναι i, τότε το φορτίο που θα περάσει σε χρόνο t, και επομένως το έργο του ηλεκτρικού ρεύματος σε αυτό το τμήμα θα είναι:

Α = Μονάδα

Αυτή η έκφραση ισχύει για συνεχές ρεύμα σε κάθε περίπτωση, για οποιοδήποτε τμήμα του κυκλώματος, το οποίο μπορεί να περιέχει αγωγούς, ηλεκτρικούς κινητήρες κ.λπ. Η τρέχουσα ισχύς, δηλαδή η εργασία ανά μονάδα χρόνου, είναι ίση με:

P \u003d A / t \u003d Ui

Αυτός ο τύπος χρησιμοποιείται στο σύστημα SI για τον προσδιορισμό της μονάδας τάσης.

Ας υποθέσουμε ότι το τμήμα του κυκλώματος είναι σταθερός αγωγός. Σε αυτή την περίπτωση, όλη η εργασία θα μετατραπεί σε θερμότητα, η οποία θα απελευθερωθεί σε αυτόν τον αγωγό. Εάν ο αγωγός είναι ομοιογενής και υπακούει στο νόμο του Ohm (αυτό περιλαμβάνει όλα τα μέταλλα και τους ηλεκτρολύτες), τότε:

U=ir

όπου r είναι η αντίσταση του αγωγού. Σε αυτήν την περίπτωση:

A = rt2i

Αυτός ο νόμος προήλθε για πρώτη φορά εμπειρικά από τον E. Lenz και, ανεξάρτητα από αυτόν, από τον Joule.

Πρέπει να σημειωθεί ότι η θέρμανση των αγωγών βρίσκει πολυάριθμες εφαρμογές στη μηχανική. Οι πιο συνηθισμένοι και σημαντικότεροι μεταξύ τους είναι οι λαμπτήρες πυρακτώσεως.

Νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Στο πρώτο μισό του 19ου αιώνα, ο Άγγλος φυσικός M. Faraday ανακάλυψε το φαινόμενο της μαγνητικής επαγωγής. Το γεγονός αυτό, έχοντας γίνει ιδιοκτησία πολλών ερευνητών, έδωσε ισχυρή ώθηση στην ανάπτυξη της ηλεκτρολογικής και ραδιομηχανικής.

Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, ο Faraday ανακάλυψε ότι όταν αλλάζει ο αριθμός των γραμμών μαγνητικής επαγωγής που διαπερνούν μια επιφάνεια που οριοθετείται από έναν κλειστό βρόχο, δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα σε αυτήν. Αυτή είναι η βάση του ίσως πιο σημαντικού νόμου της φυσικής - του νόμου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Το ρεύμα που εμφανίζεται στο κύκλωμα ονομάζεται επαγωγικό. Λόγω του γεγονότος ότι το ηλεκτρικό ρεύμα εμφανίζεται στο κύκλωμα μόνο στην περίπτωση εξωτερικών δυνάμεων που δρουν σε ελεύθερα φορτία, τότε με μια μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή που περνά πάνω από την επιφάνεια ενός κλειστού κυκλώματος, εμφανίζονται αυτές οι ίδιες εξωτερικές δυνάμεις σε αυτό. Η δράση των εξωτερικών δυνάμεων στη φυσική ονομάζεται ηλεκτροκινητική δύναμη ή EMF επαγωγής.

Η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή εμφανίζεται και σε ανοιχτούς αγωγούς. Στην περίπτωση που ο αγωγός διασχίζει τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου, εμφανίζεται μια τάση στα άκρα του. Ο λόγος για την εμφάνιση μιας τέτοιας τάσης είναι το EMF επαγωγής. Εάν η μαγνητική ροή που διέρχεται από το κλειστό κύκλωμα δεν αλλάξει, το επαγωγικό ρεύμα δεν εμφανίζεται.

Χρησιμοποιώντας την έννοια του "EMF επαγωγής", μπορεί κανείς να μιλήσει για τον νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, δηλαδή, το EMF επαγωγής σε έναν κλειστό βρόχο είναι ίσο σε απόλυτη τιμή με τον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής μέσω της επιφάνειας που οριοθετείται από το βρόχος.

Ο κανόνας του Lenz. Όπως ήδη γνωρίζουμε, ένα επαγωγικό ρεύμα εμφανίζεται στον αγωγό. Ανάλογα με τις συνθήκες εμφάνισής του, έχει διαφορετική κατεύθυνση. Με την ευκαιρία αυτή, ο Ρώσος φυσικός Lenz διατύπωσε τον ακόλουθο κανόνα: το ρεύμα επαγωγής που εμφανίζεται σε ένα κλειστό κύκλωμα έχει πάντα τέτοια κατεύθυνση ώστε το μαγνητικό πεδίο που δημιουργεί να μην επιτρέπει την αλλαγή της μαγνητικής ροής. Όλα αυτά προκαλούν την εμφάνιση ενός ρεύματος επαγωγής.

Το ρεύμα επαγωγής, όπως κάθε άλλο, έχει ενέργεια. Αυτό σημαίνει ότι σε περίπτωση ρεύματος επαγωγής εμφανίζεται ηλεκτρική ενέργεια. Σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης και του μετασχηματισμού της ενέργειας, η προαναφερθείσα ενέργεια μπορεί να προκύψει μόνο λόγω της ποσότητας ενέργειας κάποιου άλλου τύπου ενέργειας. Έτσι, ο κανόνας του Lenz αντιστοιχεί πλήρως στον νόμο της διατήρησης και του μετασχηματισμού της ενέργειας.

Εκτός από την επαγωγή, στο πηνίο μπορεί να εμφανιστεί η λεγόμενη αυτοεπαγωγή. Η ουσία του είναι η εξής. Εάν εμφανιστεί ρεύμα στο πηνίο ή αλλάξει η ισχύς του, τότε εμφανίζεται ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Και αν αλλάξει η μαγνητική ροή που διέρχεται από το πηνίο, τότε δημιουργείται μια ηλεκτροκινητική δύναμη, η οποία ονομάζεται EMF αυτοεπαγωγής.

Σύμφωνα με τον κανόνα του Lenz, το EMF της αυτοεπαγωγής όταν το κύκλωμα είναι κλειστό παρεμβαίνει στην ισχύ του ρεύματος και δεν του επιτρέπει να αυξηθεί. Όταν το κύκλωμα EMF είναι απενεργοποιημένο, η αυτεπαγωγή μειώνει την ισχύ του ρεύματος. Στην περίπτωση που η ένταση ρεύματος στο πηνίο φτάσει σε μια ορισμένη τιμή, το μαγνητικό πεδίο σταματά να αλλάζει και το EMF αυτοεπαγωγής μηδενίζεται.

Οι πρώτες ανακαλύψεις που σχετίζονται με το έργο του ηλεκτρισμού ξεκίνησαν τον 7ο αιώνα π.Χ. Ο αρχαίος Έλληνας φιλόσοφος Θαλής από τη Μίλητο αποκάλυψε ότι όταν το κεχριμπάρι τρίβεται με το μαλλί, στη συνέχεια είναι σε θέση να προσελκύει ελαφριά αντικείμενα. Από τα ελληνικά το "ηλεκτρισμός" μεταφράζεται ως "κεχριμπαρένιο". Το 1820, ο André-Marie Ampère καθιέρωσε το νόμο του συνεχούς ρεύματος. Στο μέλλον, το μέγεθος του ρεύματος, ή με τι μετράται το ηλεκτρικό ρεύμα, άρχισε να συμβολίζεται σε αμπέρ.

Σημασία όρου

Η έννοια του ηλεκτρικού ρεύματος μπορεί να βρεθεί σε οποιοδήποτε εγχειρίδιο φυσικής. ηλεκτρικό ρεύμα- αυτή είναι μια διατεταγμένη κίνηση ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων προς μια κατεύθυνση. Για να καταλάβετε σε έναν απλό λαϊκό τι είναι ηλεκτρικό ρεύμα, θα πρέπει να χρησιμοποιήσετε το λεξικό ενός ηλεκτρολόγου. Σε αυτό, ο όρος αντιπροσωπεύει την κίνηση ηλεκτρονίων μέσω ενός αγωγού ή ιόντων μέσω ενός ηλεκτρολύτη.

Ανάλογα με την κίνηση ηλεκτρονίων ή ιόντων μέσα στον αγωγό, διακρίνονται τα ακόλουθα: τύποι ρευμάτων:

• συνεχής;
• μεταβλητός;
• διακοπτόμενη ή παλλόμενη.

Βασικές μετρήσεις

Η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος- ο κύριος δείκτης που χρησιμοποιούν οι ηλεκτρολόγοι στην εργασία τους. Η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος εξαρτάται από το μέγεθος του φορτίου που ρέει μέσω του ηλεκτρικού κυκλώματος για μια καθορισμένη χρονική περίοδο. Όσο περισσότερα ηλεκτρόνια ρέουν από τη μια αρχή της πηγής προς το τέλος, τόσο μεγαλύτερο θα είναι το φορτίο που μεταφέρεται από τα ηλεκτρόνια.

Ποσότητα που μετριέται ως ο λόγος του ηλεκτρικού φορτίου που διαρρέει τη διατομή των σωματιδίων σε έναν αγωγό προς το χρόνο που περνά. Το φορτίο μετριέται σε κουλόμπ, ο χρόνος μετριέται σε δευτερόλεπτα και μία μονάδα της ισχύος του ρεύματος ηλεκτρισμού προσδιορίζεται από την αναλογία φορτίου προς το χρόνο (κουλόμπ προς δευτερόλεπτο) ή σε αμπέρ. Ο προσδιορισμός του ηλεκτρικού ρεύματος (η ισχύς του) γίνεται με τη σύνδεση δύο ακροδεκτών σε σειρά στο ηλεκτρικό κύκλωμα.

Όταν λειτουργεί το ηλεκτρικό ρεύμα, η κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων πραγματοποιείται με τη βοήθεια ηλεκτρικού πεδίου και εξαρτάται από την ισχύ της κίνησης των ηλεκτρονίων. Η τιμή από την οποία εξαρτάται το έργο του ηλεκτρικού ρεύματος ονομάζεται τάση και καθορίζεται από την αναλογία του έργου του ρεύματος σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του κυκλώματος και του φορτίου που διέρχεται από το ίδιο τμήμα. Η μονάδα βολτ μετράται με ένα βολτόμετρο όταν οι δύο ακροδέκτες του οργάνου είναι συνδεδεμένοι παράλληλα στο κύκλωμα.

Η τιμή της ηλεκτρικής αντίστασης εξαρτάται άμεσα από τον τύπο του αγωγού που χρησιμοποιείται, το μήκος και τη διατομή του. Μετριέται σε ohms.

Η ισχύς καθορίζεται από την αναλογία του έργου της κίνησης των ρευμάτων προς τη στιγμή που συνέβη αυτό το έργο. Μετρήστε την ισχύ σε watt.

Μια τέτοια φυσική ποσότητα όπως η χωρητικότητα προσδιορίζεται από τον λόγο του φορτίου ενός αγωγού προς τη διαφορά δυναμικού μεταξύ του ίδιου αγωγού και του γειτονικού. Όσο χαμηλότερη είναι η τάση όταν οι αγωγοί δέχονται ηλεκτρικό φορτίο, τόσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητά τους. Μετριέται σε φαράντ.

Η τιμή του έργου του ηλεκτρισμού σε ένα ορισμένο διάστημα της αλυσίδας βρίσκεται χρησιμοποιώντας το γινόμενο της ισχύος ρεύματος, της τάσης και της χρονικής περιόδου στην οποία πραγματοποιήθηκε η εργασία. Το τελευταίο μετριέται σε joules. Ο προσδιορισμός του έργου του ηλεκτρικού ρεύματος γίνεται με τη βοήθεια ενός μετρητή που συνδέει τις ενδείξεις όλων των μεγεθών, δηλαδή της τάσης, της δύναμης και του χρόνου.

Μηχανική ηλεκτρικής ασφάλειας

Η γνώση των κανόνων ηλεκτρικής ασφάλειας θα βοηθήσει στην αποφυγή έκτακτης ανάγκης και στην προστασία της ανθρώπινης υγείας και ζωής. Δεδομένου ότι ο ηλεκτρισμός τείνει να θερμαίνει τον αγωγό, υπάρχει πάντα η πιθανότητα μιας κατάστασης επικίνδυνης για την υγεία και τη ζωή. Για την ασφάλεια του σπιτιού πρέπει να τηρούνακολουθώντας απλό αλλά σημαντικοί κανόνες:

1. Η μόνωση του δικτύου πρέπει να είναι πάντα σε καλή κατάσταση για την αποφυγή υπερφόρτωσης ή πιθανότητας βραχυκυκλωμάτων.
2. Δεν πρέπει να μπαίνει υγρασία σε ηλεκτρικές συσκευές, καλώδια, ασπίδες κ.λπ. Επίσης, ένα υγρό περιβάλλον προκαλεί βραχυκυκλώματα.
3. Φροντίστε να κάνετε γείωση για όλες τις ηλεκτρικές συσκευές.
4. Είναι απαραίτητο να αποφύγετε την υπερφόρτωση της ηλεκτρικής καλωδίωσης, καθώς υπάρχει κίνδυνος ανάφλεξης των καλωδίων.

Οι προφυλάξεις ασφαλείας κατά την εργασία με ηλεκτρική ενέργεια περιλαμβάνουν τη χρήση ελαστικών γαντιών, γαντιών, χαλιών, συσκευών εκκένωσης, συσκευών γείωσης για χώρους εργασίας, διακόπτες κυκλώματος ή ασφαλειών με θερμική και ρεύματα προστασία.

Οι έμπειροι ηλεκτρολόγοι, όταν υπάρχει πιθανότητα ηλεκτροπληξίας, εργάζονται με το ένα χέρι, και το άλλο είναι στην τσέπη τους. Έτσι, το κύκλωμα χέρι με χέρι διακόπτεται σε περίπτωση ακούσιας επαφής με την ασπίδα ή άλλο γειωμένο εξοπλισμό. Σε περίπτωση ανάφλεξης εξοπλισμού που είναι συνδεδεμένος στο δίκτυο, σβήστε τη φωτιά αποκλειστικά με πυροσβεστήρες σκόνης ή διοξειδίου του άνθρακα.

Εφαρμογή ηλεκτρικού ρεύματος

Το ηλεκτρικό ρεύμα έχει πολλές ιδιότητες που του επιτρέπουν να χρησιμοποιείται σχεδόν σε όλους τους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας. Τρόποι χρήσης ηλεκτρικού ρεύματος:

Η ηλεκτρική ενέργεια είναι η πιο φιλική προς το περιβάλλον μορφή ενέργειας σήμερα. Στις συνθήκες της σύγχρονης οικονομίας, η ανάπτυξη της βιομηχανίας ηλεκτρικής ενέργειας είναι πλανητικής σημασίας. Στο μέλλον, εάν υπάρξει έλλειψη πρώτων υλών, η ηλεκτρική ενέργεια θα πάρει ηγετική θέση ως ανεξάντλητη πηγή ενέργειας.

Σήμερα είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς τη ζωή χωρίς ένα τέτοιο φαινόμενο όπως ο ηλεκτρισμός, και τελικά, η ανθρωπότητα έχει μάθει να τη χρησιμοποιεί για τους δικούς της σκοπούς όχι πολύ καιρό πριν. Η μελέτη της ουσίας και των χαρακτηριστικών αυτού του ειδικού τύπου ύλης χρειάστηκε αρκετούς αιώνες, αλλά ακόμη και τώρα είναι αδύνατο να πούμε με βεβαιότητα ότι γνωρίζουμε απολύτως τα πάντα γι 'αυτό.

Η έννοια και η ουσία του ηλεκτρικού ρεύματος

Το ηλεκτρικό ρεύμα, όπως είναι γνωστό από το μάθημα της σχολικής φυσικής, δεν είναι τίποτα άλλο από μια διατεταγμένη κίνηση οποιωνδήποτε φορτισμένων σωματιδίων. Τόσο τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια όσο και τα ιόντα μπορούν να λειτουργήσουν ως το τελευταίο. Πιστεύεται ότι αυτού του είδους η ύλη μπορεί να προκύψει μόνο στους λεγόμενους αγωγούς, αλλά αυτό απέχει πολύ από το να συμβαίνει. Το θέμα είναι ότι όταν οποιοδήποτε σώμα έρχεται σε επαφή, εμφανίζεται πάντα ένας ορισμένος αριθμός αντίθετα φορτισμένων σωματιδίων, τα οποία μπορούν να αρχίσουν να κινούνται. Στα διηλεκτρικά η ελεύθερη κίνηση των ίδιων ηλεκτρονίων είναι πολύ δύσκολη και απαιτεί τεράστιες εξωτερικές προσπάθειες, γι' αυτό λένε ότι δεν μεταφέρουν ηλεκτρικό ρεύμα.

Προϋποθέσεις για την ύπαρξη ρεύματος στο κύκλωμα

Οι επιστήμονες έχουν από καιρό παρατηρήσει ότι αυτό το φυσικό φαινόμενο δεν μπορεί να προκύψει και να επιμείνει για μεγάλο χρονικό διάστημα από μόνο του. Οι προϋποθέσεις για την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος περιλαμβάνουν αρκετές σημαντικές διατάξεις. Πρώτον, αυτό το φαινόμενο είναι αδύνατο χωρίς την παρουσία ελεύθερων ηλεκτρονίων και ιόντων, τα οποία παίζουν το ρόλο των πομπών φορτίου. Δεύτερον, για να αρχίσουν αυτά τα στοιχειώδη σωματίδια να κινούνται με τάξη, είναι απαραίτητο να δημιουργηθεί ένα πεδίο, το κύριο χαρακτηριστικό του οποίου είναι η διαφορά δυναμικού μεταξύ οποιωνδήποτε σημείων ενός ηλεκτρολόγου. Τέλος, τρίτον, ένα ηλεκτρικό ρεύμα δεν μπορεί να υπάρξει για μεγάλο χρονικό διάστημα μόνο υπό την επίδραση των δυνάμεων Coulomb, αφού τα δυναμικά θα εξισωθούν σταδιακά. Γι' αυτό χρειάζονται ορισμένα εξαρτήματα, τα οποία είναι μετατροπείς διαφόρων τύπων μηχανικής και θερμικής ενέργειας. Ονομάζονται πηγές ενέργειας.

Ερώτηση σχετικά με τις τρέχουσες πηγές

Οι πηγές ηλεκτρικού ρεύματος είναι ειδικές συσκευές που δημιουργούν ηλεκτρικό πεδίο. Τα πιο σημαντικά από αυτά περιλαμβάνουν γαλβανικές κυψέλες, ηλιακούς συλλέκτες, γεννήτριες, μπαταρίες. χαρακτηρίζονται από την ισχύ, την απόδοση και τη διάρκεια εργασίας τους.

Ρεύμα, τάση, αντίσταση

Όπως κάθε άλλο φυσικό φαινόμενο, το ηλεκτρικό ρεύμα έχει μια σειρά από χαρακτηριστικά. Τα πιο σημαντικά από αυτά περιλαμβάνουν την αντοχή του, την τάση του κυκλώματος και την αντίστασή του. Το πρώτο από αυτά είναι ένα ποσοτικό χαρακτηριστικό του φορτίου που διέρχεται από τη διατομή ενός συγκεκριμένου αγωγού ανά μονάδα χρόνου. Η τάση (ονομάζεται επίσης ηλεκτροκινητήρια δύναμη) δεν είναι παρά το μέγεθος της διαφοράς δυναμικού, λόγω της οποίας το φορτίο που περνάει κάνει ένα συγκεκριμένο έργο. Τέλος, η αντίσταση είναι ένα εσωτερικό χαρακτηριστικό ενός αγωγού, που δείχνει πόση δύναμη πρέπει να ξοδέψει ένα φορτίο για να περάσει μέσα από αυτόν.