Pojava električne struje. Električna struja: glavne karakteristike i uvjeti njenog postojanja

Što se zove jakost struje? Ovo se pitanje pojavilo više od jednom ili dva puta u procesu rasprave o raznim temama. Stoga smo se odlučili pozabaviti njime detaljnije, te ćemo ga nastojati učiniti što dostupnijim bez ogromnog broja formula i nerazumljivih pojmova.

Dakle, što se zove električna struja? Ovo je usmjereni tok nabijenih čestica. Ali što su te čestice, zašto se odjednom kreću i gdje? Ovo nije baš jasno. Dakle, pogledajmo ovo pitanje detaljnije.

• Počnimo s pitanjem o nabijenim česticama, koje su zapravo nositelji električne struje. Oni su različiti u različitim tvarima. Na primjer, što je električna struja u metalima? Ovo su elektroni. U plinovima, elektronima i ionima; u poluvodičima - rupe; a kod elektrolita to su kationi i anioni.

• Te čestice imaju određeni naboj. Može biti pozitivan ili negativan. Definicija pozitivnog i negativnog naboja dana je uvjetno. Čestice s istim nabojem se odbijaju, dok se čestice sa suprotnim nabojem privlače.

• Na temelju toga ispada logično da će se kretanje dogoditi od pozitivnog pola prema negativnom. I što je više nabijenih čestica na jednom nabijenom polu, to će se više njih pomaknuti na pol s drugim predznakom.
• Ali sve je to duboka teorija, pa uzmimo konkretan primjer. Recimo da imamo utičnicu na koju nema spojenih uređaja. Ima li tamo struje?
• Da bismo odgovorili na ovo pitanje, moramo znati što su napon i struja. Da bi bilo jasnije, pogledajmo ovo na primjeru cijevi s vodom. Pojednostavljeno rečeno, cijev je naša žica. Presjek ove cijevi je napon električne mreže, a protok je naša električna struja.
• Vraćamo se u naš outlet. Ako povučemo analogiju s cijevi, tada je utičnica bez priključenih električnih uređaja cijev zatvorena ventilom. Odnosno, nema struje.

• Ali tu postoji napetost. A ako je u cijevi, kako bi se pojavio protok, potrebno otvoriti ventil, tada je za stvaranje električne struje u vodiču potrebno spojiti opterećenje. To se može učiniti uključivanjem utikača u utičnicu.
• Naravno, radi se o vrlo pojednostavljenom prikazu pitanja, a neki stručnjaci će mi zamjeriti i ukazati na netočnosti. Ali daje ideju o tome što se zove električna struja.

Istosmjerna i izmjenična struja

Sljedeće pitanje koje predlažemo razumjeti je: što je izmjenična struja i istosmjerna struja. Uostalom, mnogi ne razumiju sasvim ispravno ove koncepte.

Konstantna struja je struja koja ne mijenja svoju veličinu i smjer tijekom vremena. Vrlo često se pulsirajuća struja također naziva konstantom, ali razgovarajmo o svemu redom.

• Istosmjernu struju karakterizira činjenica da se isti broj električnih naboja neprestano izmjenjuje u istom smjeru. Smjer je od jednog do drugog pola.
• Ispada da vodič uvijek ima ili pozitivan ili negativan naboj. I s vremenom je nepromijenjen.

Bilješka! Pri određivanju smjera istosmjerne struje može doći do nedosljednosti. Ako struja nastaje kretanjem pozitivno nabijenih čestica, tada njen smjer odgovara kretanju čestica. Ako struja nastaje kretanjem negativno nabijenih čestica, tada se smatra da je njezin smjer suprotan gibanju čestica.

• Ali pod konceptom istosmjerne struje često se naziva takozvana pulsirajuća struja. Razlikuje se od konstante samo po tome što joj se vrijednost mijenja tijekom vremena, ali istovremeno ne mijenja predznak.
• Recimo da imamo struju od 5A. Za istosmjernu struju, ova će vrijednost biti nepromijenjena tijekom cijelog vremenskog razdoblja. Za pulsirajuću struju, u jednom vremenskom razdoblju to će biti 5, u drugom 4, au trećem 4,5. Ali u isto vrijeme, ni u kojem slučaju ne pada ispod nule i ne mijenja svoj znak.

• Ova valovita struja vrlo je česta pri pretvaranju izmjenične struje u istosmjernu. Upravo ovu pulsirajuću struju proizvodi vaš pretvarač ili diodni most u elektronici.
• Jedna od glavnih prednosti istosmjerne struje je da se može pohraniti. To možete učiniti vlastitim rukama, pomoću baterija ili kondenzatora.

Naizmjenična struja

Da bismo razumjeli što je izmjenična struja, moramo zamisliti sinusoidu. Upravo ova ravna krivulja najbolje karakterizira promjenu istosmjerne struje i predstavlja standard.

	Poput sinusnog vala, izmjenična struja mijenja svoj polaritet pri konstantnoj frekvenciji. U jednom vremenskom razdoblju je pozitivan, au drugom negativno.
	Stoga, izravno u vodiču kretanja, nema nositelja naboja, kao takvih. Da biste to razumjeli, zamislite val koji se razbija o obalu. Kreće se u jednom, a zatim u suprotnom smjeru. Kao rezultat toga, čini se da se voda kreće, ali ostaje na mjestu.
	Na temelju toga, za izmjeničnu struju, njezina brzina promjene polariteta postaje vrlo važan čimbenik. Taj se faktor naziva frekvencija. Što je ova frekvencija viša, to se češće mijenja polaritet izmjenične struje u sekundi. U našoj zemlji postoji standard za ovu vrijednost - to je 50Hz. To jest, izmjenična struja mijenja svoju vrijednost od krajnje pozitivne do krajnje negativne 50 puta u sekundi.
	Ali ne postoji samo izmjenična struja s frekvencijom od 50 Hz. Mnoga oprema radi na izmjeničnu struju različitih frekvencija. Uostalom, promjenom frekvencije izmjenične struje možete promijeniti brzinu vrtnje motora. Također možete dobiti veće stope obrade podataka - kao u vašim računalnim čipsetovima, i mnogo više.

Bilješka! Na primjeru obične žarulje možete jasno vidjeti što su izmjenična i istosmjerna struja. To je posebno vidljivo na nekvalitetnim diodnim žaruljama, ali ako bolje pogledate, to možete vidjeti i na običnoj žarulji sa žarnom niti. Kod rada na istosmjernu struju gore postojanim svjetlom, a kod rada na izmjeničnu struju lagano trepere.

Što je snaga i gustoća struje?

Pa, saznali smo što je istosmjerna, a što izmjenična struja. Ali vjerojatno još uvijek imate puno pitanja. Pokušat ćemo ih razmotriti u ovom odjeljku našeg članka.

Iz ovog videa možete saznati više o tome što je moć.

• A prvo od tih pitanja bit će: koliki je napon električne struje? Napon je potencijalna razlika između dvije točke.

• Odmah se postavlja pitanje koliki je potencijal? Sad će mi profesionalci opet zamjeriti, ali recimo to ovako: radi se o višku nabijenih čestica. To jest, postoji jedna točka u kojoj postoji višak nabijenih čestica - i postoji druga točka u kojoj je tih nabijenih čestica više ili manje. Ta se razlika naziva naponom. Mjeri se u voltima (V).

• Uzmimo za primjer običnu utičnicu. Svi vjerojatno znate da je njegov napon 220V. Imamo dvije žice u utičnici, a napon od 220V znači da je potencijal jedne žice veći od potencijala druge žice samo za ovih 220V.
• Potrebno nam je razumijevanje pojma napona kako bismo razumjeli što je snaga električne struje. Iako sa stručne strane ova izjava nije posve točna. Električna struja nema snagu, već je njezina izvedenica.

• Da bismo razumjeli ovu točku, vratimo se našoj analogiji s vodovodnom cijevi. Kao što se sjećate, presjek ove cijevi je napon, a brzina protoka u cijevi je struja. Dakle: snaga je količina vode koja teče kroz ovu cijev.
• Logično je pretpostaviti da uz jednake presjeke, odnosno napone, što je jače strujanje, odnosno električna struja, to će se veći protok vode kretati kroz cijev. Sukladno tome, više snage će se prenijeti na potrošača.
• Ali ako, analogno s vodom, možemo prenijeti strogo određenu količinu vode kroz cijev određenog presjeka, budući da se voda ne sabija, onda s električnom strujom nije sve tako. Kroz bilo koji vodič, teoretski možemo prenijeti bilo koju struju. Ali u praksi će vodič malog presjeka pri visokoj gustoći struje jednostavno izgorjeti.

• U tom smislu, moramo razumjeti što je gustoća struje. Grubo govoreći, to je broj elektrona koji se kreću kroz određeni dio vodiča po jedinici vremena.
• Ovaj broj bi trebao biti optimalan. Uostalom, ako uzmemo vodič velikog presjeka, a kroz njega pustimo malu struju, onda će cijena takve električne instalacije biti visoka. Istodobno, ako uzmemo vodič malog presjeka, tada će se zbog velike gustoće struje pregrijati i brzo izgorjeti.
• U tom smislu, PUE ima odgovarajući odjeljak koji vam omogućuje odabir vodiča na temelju ekonomske gustoće struje.

• Ali vratimo se konceptu trenutne moći? Kao što smo razumjeli našom analogijom, s istim dijelom cijevi, prenesena snaga ovisi samo o trenutnoj snazi. Ali ako se poveća presjek naše cijevi, odnosno poveća napon, u ovom slučaju, pri istim vrijednostima brzine protoka, prenosit će se potpuno različite količine vode. Isto je i u elektrotehnici.

• Što je veći napon, to je manja struja potrebna za prijenos iste snage. Zato se visokonaponski vodovi koriste za prijenos velike snage na velike udaljenosti.

Uostalom, linija s presjekom žice od 120 mm 2 za napon od 330 kV može prenijeti višestruko veću snagu u usporedbi s linijom istog presjeka, ali s naponom od 35 kV. Iako ono što se zove trenutna snaga, oni će biti isti.

Metode prijenosa električne struje

Što je struja i napon, shvatili smo. Vrijeme je da shvatimo kako distribuirati električnu struju. To će vam omogućiti da se u budućnosti osjećate sigurnije u radu s električnim uređajima.

Kao što smo već rekli, struja može biti promjenjiva i konstantna. U industriji iu vašim utičnicama koristi se izmjenična struja. Češći je jer ga je lakše ožičiti. Činjenica je da je dosta teško i skupo promijeniti istosmjerni napon, a izmjenični napon možete promijeniti pomoću običnih transformatora.

Bilješka! Nijedan AC transformator neće raditi na DC. Budući da su svojstva koja koristi svojstvena samo izmjeničnoj struji.

• Ali to uopće ne znači da se istosmjerna struja nigdje ne koristi. Ima još jedno korisno svojstvo koje nije svojstveno varijabli. Može se akumulirati i skladištiti.
• S tim u vezi, istosmjerna struja se koristi u svim prijenosnim električnim uređajima, u željezničkom prometu, kao iu nekim industrijskim objektima gdje je potrebno održati operativnost čak i nakon potpunog nestanka struje.

• Baterije su najčešći način skladištenja električne energije. Imaju posebna kemijska svojstva koja im omogućuju nakupljanje, a zatim, ako je potrebno, ispuštanje istosmjerne struje.
• Svaka baterija ima strogo ograničenu količinu pohranjene energije. Zove se kapacitet akumulatora, a dijelom je određen početnom strujom akumulatora.
• Kolika je početna struja baterije? To je količina energije koju baterija može dati u samom početnom trenutku spajanja opterećenja. Činjenica je da se, ovisno o fizikalnim i kemijskim svojstvima, baterije razlikuju po načinu otpuštanja akumulirane energije.

• Neki mogu dati odmah i puno. Zbog toga se, naravno, brzo ispuštaju. A drugi dati dugo vremena, ali malo. Osim toga, važan aspekt baterije je sposobnost održavanja napona.
• Činjenica je da, kako kaže uputa, za neke baterije, kako se kapacitet vraća, njihov napon također postupno opada. I druge baterije su u stanju dati gotovo cijeli kapacitet s istim naponom. Na temelju ovih osnovnih svojstava odabiru se ova skladišta električne energije.
• Za prijenos istosmjerne struje u svim slučajevima koriste se dvije žice. Ovo je pozitivna i negativna žica. Crveno i plavo.

Naizmjenična struja

Ali s izmjeničnom strujom sve je mnogo kompliciranije. Može se prenositi preko jedne, dvije, tri ili četiri žice. Da bismo to objasnili, moramo se pozabaviti pitanjem: što je trofazna struja?

• Izmjeničnu struju stvara generator. Obično gotovo svi imaju trofaznu strukturu. To znači da generator ima tri izlaza, a svaki od tih izlaza proizvodi električnu struju koja se od prethodnih razlikuje za kut od 120⁰.

• Da bismo to razumjeli, sjetimo se naše sinusoide koja je model za opisivanje izmjenične struje i po čijim se zakonima ona mijenja. Uzmimo tri faze - "A", "B" i "C", i uzmimo određenu točku u vremenu. U ovoj točki, sinusni val "A" faze je u nultoj točki, sinusni val "B" faze je u krajnjoj pozitivnoj točki, a sinusni val "C" faze je u krajnjoj negativnoj točki.
• Svaku sljedeću jedinicu vremena, izmjenična struja u tim fazama će se mijenjati, ali sinkrono. To jest, nakon određenog vremena, u fazi "A" doći će do negativnog maksimuma. U fazi "B" bit će nula, au fazi "C" - pozitivan maksimum. I nakon nekog vremena, opet će se promijeniti.

• Kao rezultat toga, ispada da svaka od ovih faza ima svoj potencijal, koji se razlikuje od potencijala susjedne faze. Stoga između njih mora biti nešto što ne provodi struju.
• Ova razlika potencijala između dvije faze naziva se linijski napon. Osim toga, imaju potencijalnu razliku u odnosu na zemlju - ovaj napon se naziva faza.
• I tako, ako je linijski napon između ovih faza 380V, tada je fazni napon 220V. Razlikuje se za vrijednost u √3. Ovo pravilo uvijek vrijedi za bilo koji napon.

• Na temelju toga, ako nam treba napon od 220 V, tada možemo uzeti jednu faznu žicu i žicu koja je čvrsto spojena na zemlju. I dobivamo jednofaznu mrežu od 220 V. Ako trebamo mrežu od 380V onda možemo uzeti samo bilo koje 2 faze i spojiti nekakav grijač kao na videu.

Ali u većini slučajeva koriste se sve tri faze. Svi snažni potrošači priključeni su na trofaznu mrežu.

Zaključak

Što je indukcijska struja, kapacitivna struja, struja pokretanja, struja praznog hoda, struje negativnog slijeda, lutajuće struje i još mnogo toga, jednostavno ne možemo razmotriti u jednom članku.

Uostalom, pitanje električne struje prilično je opsežno i stvorena je cijela elektrotehnička znanost da ga razmatra. Ali stvarno se nadamo da smo uspjeli objasniti glavne aspekte ovog pitanja na pristupačnom jeziku, a sada vam električna struja neće biti nešto strašno i neshvatljivo.

Što je električna struja

Usmjereno kretanje električki nabijenih čestica pod utjecajem . Takve čestice mogu biti: u vodičima - elektroni, u elektrolitima - ioni (kationi i anioni), u poluvodičima - elektroni i takozvane "rupe" ("elektron-rupna vodljivost"). Postoji i "prednaponska struja", čiji je tok posljedica procesa punjenja kapacitivnosti, tj. promjena potencijalne razlike između ploča. Između ploča ne dolazi do kretanja čestica, već struja teče kroz kondenzator.

U teoriji električnih krugova strujom se smatra usmjereno kretanje nositelja naboja u vodljivom mediju pod djelovanjem električnog polja.

Struja vodljivosti (jednostavno struja) u teoriji električnih krugova je količina struje koja teče po jedinici vremena kroz poprečni presjek vodiča: i \u003d q / t, gdje je i struja. A; q \u003d 1,6 10 9 - naboj elektrona, C; t - vrijeme, s.

Ovaj izraz vrijedi za istosmjerne krugove. Za krugove izmjenične struje koristi se takozvana trenutna vrijednost struje, jednaka brzini promjene naboja tijekom vremena: i (t) \u003d dq / dt.

Električna struja nastaje kada se u nekom dijelu električnog kruga pojavi električno polje, odnosno razlika potencijala između dviju točaka vodiča. Razlika potencijala između dviju točaka naziva se napon ili pad napona u ovom dijelu kruga.

Umjesto pojma "struja" ("trenutna vrijednost") često se koristi izraz "jačina struje". Međutim, potonji se ne može nazvati uspješnim, budući da trenutna snaga nije nikakva sila u doslovnom smislu riječi, već samo intenzitet kretanja električnih naboja u vodiču, količina električne energije koja prolazi po jedinici vremena kroz križ -površina presjeka vodiča.
Karakterizirana je struja koja se u SI sustavu mjeri u amperima (A) i gustoća struje koja se u SI sustavu mjeri u amperima po kvadratnom metru.
Jedan amper odgovara kretanju naboja elektriciteta jednog privjeska (C) kroz poprečni presjek vodiča za jednu sekundu (s):

1A = 1C/s.

U općem slučaju, označavajući struju slovom i, a naboj q, dobivamo:

i = dq / dt.

Jedinica struje naziva se amper (A). Jačina struje u vodiču je 1 A ako kroz presjek vodiča u 1 sekundi prođe električni naboj jednak 1 pendantu.

Ako napon djeluje duž vodiča, tada unutar vodiča nastaje električno polje. Kada je jakost polja E, na elektrone s nabojem e djeluje sila f = Ee. Vrijednosti f i E su vektorske. Tijekom vremena slobodnog puta, elektroni poprimaju usmjereno gibanje uz kaotično. Svaki elektron ima negativan naboj i prima komponentu brzine usmjerenu suprotno od vektora E (slika 1). Uređeno gibanje, karakterizirano nekom prosječnom brzinom elektrona vcp, određuje tijek električne struje.

Elektroni također mogu imati usmjereno gibanje u razrijeđenim plinovima. U elektrolitima i ioniziranim plinovima struja je uglavnom posljedica kretanja iona. U skladu s činjenicom da se u elektrolitima pozitivno nabijeni ioni kreću od pozitivnog prema negativnom polu, povijesno se smatralo da je smjer struje suprotan smjeru kretanja elektrona.

Za smjer struje uzima se smjer kretanja pozitivno nabijenih čestica, tj. smjer suprotan kretanju elektrona.
U teoriji električnih krugova kao smjer struje u pasivnom strujnom krugu (izvan izvora energije) uzima se smjer gibanja pozitivno nabijenih čestica od višeg potencijala prema nižem. Taj je smjer zauzet na samom početku razvoja elektrotehnike i proturječi pravom smjeru kretanja nositelja naboja - elektrona koji se kreću u vodljivim medijima od minusa prema plusu.

Vrijednost jednaka omjeru struje i površine poprečnog presjeka S naziva se gustoća struje (označava se δ): δ= JE

Pretpostavlja se da je struja ravnomjerno raspoređena po presjeku vodiča. Gustoća struje u žicama obično se mjeri u A/mm2.

Razlikuju se prema vrsti nositelja električnih naboja i mediju njihova gibanja vodljive struje i struje pomaka. Vodljivost se dijeli na elektronsku i ionsku. Za stalne načine rada razlikuju se dvije vrste struja: izravna i izmjenična.

Prijenos električne struje naziva se pojava prijenosa električnih naboja nabijenim česticama ili tijelima koja se kreću u slobodnom prostoru. Glavna vrsta prijenosa električne struje je kretanje u praznini elementarnih čestica s nabojem (kretanje slobodnih elektrona u elektronskim cijevima), kretanje slobodnih iona u uređajima s pražnjenjem u plinu.

Električna struja pomaka (polarizacijska struja) zove se uređeno kretanje vezanih nositelja električnih naboja. Ova vrsta struje može se uočiti u dielektricima.
Puna električna struja je skalarna vrijednost jednaka zbroju električne vodljive struje, električne prijenosne struje i električne struje pomaka kroz razmatranu površinu.

Konstantna struja je struja koja može varirati u veličini, ali ne mijenja predznak proizvoljno dugo vremena. Više o tome pročitajte ovdje:

Izmjenična struja je struja koja periodički mijenja i veličinu i predznak.Veličina koja karakterizira izmjeničnu struju je frekvencija (u SI sustavu se mjeri u hercima), u slučaju kada se njezina jakost periodički mijenja. Izmjenična struja visoke frekvencije istisnuti na površinu vodiča. Visokofrekventne struje koriste se u strojarstvu za toplinsku obradu površina dijelova i zavarivanje, u metalurgiji za taljenje metala.Izmjenične struje dijelimo na sinusne i nesinusni. Sinusna struja je struja koja se mijenja prema harmonijskom zakonu:

i = Im sin ωt,

Njime je obilježena brzina promjene izmjenične struje, definirana kao broj potpunih ponavljajućih oscilacija u jedinici vremena. Frekvencija se označava slovom f i mjeri se u hercima (Hz). Dakle, frekvencija struje u mreži od 50 Hz odgovara 50 potpunih oscilacija u sekundi. Kutna frekvencija ω je brzina promjene struje u radijanima po sekundi i povezana je s frekvencijom jednostavnim odnosom:

ω = 2πf

Stalne (fiksne) vrijednosti istosmjernih i izmjeničnih struja označite velikim slovom I nestabilne (trenutačne) vrijednosti - slovom i. Uvjetno pozitivan smjer struje smatra se smjerom kretanja pozitivnih naboja.

Ovo je struja koja se mijenja prema sinusnom zakonu tijekom vremena.

Izmjenična struja također znači struja u konvencionalnim jednofaznim i trofaznim mrežama. U tom se slučaju parametri izmjenične struje mijenjaju prema harmonijskom zakonu.

Budući da izmjenična struja varira s vremenom, jednostavne metode rješavanja problema prikladne za krugove istosmjerne struje ovdje nisu izravno primjenjive. Na vrlo visokim frekvencijama naboji mogu oscilirati - teći s jednog mjesta u krugu na drugo i natrag. U ovom slučaju, za razliku od istosmjernih krugova, struje u serijski spojenim vodičima možda neće biti iste. Kapacitivnosti prisutne u AC krugovima pojačavaju ovaj učinak. Osim toga, kada se struja mijenja, dolazi do izražaja učinak samoindukcije, koji postaje značajan čak i pri niskim frekvencijama, ako se koriste zavojnice s velikim induktivitetima. Na relativno niskim frekvencijama, izmjenični krugovi još uvijek se mogu izračunati korištenjem , koji se, međutim, mora na odgovarajući način modificirati.

Krug koji uključuje različite otpornike, induktore i kondenzatore može se smatrati kao da se sastoji od općenitog otpornika, kondenzatora i induktora povezanih u seriju.

Razmotrite svojstva takvog kruga spojenog na sinusoidni alternator. Kako bi se formulirala pravila za projektiranje krugova izmjenične struje, potrebno je pronaći odnos između pada napona i struje za svaku od komponenti takvog kruga.

Igra potpuno različite uloge u AC i DC krugovima. Ako je, na primjer, elektrokemijski element spojen na krug, tada će se kondenzator početi puniti sve dok napon na njemu ne postane jednak EMF-u elementa. Tada će se punjenje zaustaviti i struja će pasti na nulu. Ako je krug spojen na alternator, tada će u jednom poluciklusu elektroni teći s lijeve strane kondenzatora i nakupljati se na desnoj, i obrnuto u drugoj. Ovi pokretni elektroni su izmjenična struja, čija je jakost ista na obje strane kondenzatora. Sve dok frekvencija izmjenične struje nije jako visoka, struja kroz otpornik i induktor također je ista.

U uređajima koji troše izmjeničnu struju, izmjeničnu struju često ispravljaju ispravljači za proizvodnju istosmjerne struje.

Električni vodiči

Materijal u kojem teče struja naziva se. Neki materijali postaju supravodljivi na niskim temperaturama. U tom stanju ne pružaju gotovo nikakav otpor struji, njihov otpor teži nuli. U svim ostalim slučajevima, vodič se opire protoku struje i, kao rezultat toga, dio energije električnih čestica pretvara se u toplinu. Jakost struje može se izračunati korištenjem za dio kruga i Ohmovog zakona za cijeli krug.

Brzina čestica u vodičima ovisi o materijalu vodiča, masi i naboju čestice, temperaturi okoline, primijenjenoj razlici potencijala i mnogo je manja od brzine svjetlosti. Unatoč tome, brzina širenja stvarne električne struje jednaka je brzini svjetlosti u određenom mediju, odnosno brzini širenja fronte elektromagnetskog vala.

Kako struja utječe na ljudsko tijelo

Struja koja prolazi kroz ljudsko ili životinjsko tijelo može uzrokovati električne opekline, fibrilaciju ili smrt. S druge strane, električna struja se koristi u intenzivnoj njezi, za liječenje psihičkih bolesti, posebice depresije, električna stimulacija pojedinih područja mozga koristi se za liječenje bolesti poput Parkinsonove bolesti i epilepsije, pacemaker koji stimulira srčani mišić s pulsirajućom strujom koristi se za bradikardiju. Kod ljudi i životinja struja se koristi za prijenos živčanih impulsa.

Prema sigurnosnim mjerama, minimalna osjetna struja je 1 mA. Struja postaje opasna za ljudski život počevši od jakosti od oko 0,01 A. Struja postaje smrtonosna za osobu počevši od jakosti od oko 0,1 A. Napon manji od 42 V smatra se sigurnim.

Bez električne energije nemoguće je zamisliti život moderne osobe. Volti, amperi, vati - ove se riječi čuju u razgovoru o uređajima koji rade na struju. Ali što je to električna struja i koji su uvjeti za njezino postojanje? O tome ćemo dalje govoriti, dajući kratko objašnjenje za početnike električare.

Definicija

Električna struja je usmjereno kretanje nositelja naboja - to je standardna formulacija iz udžbenika fizike. Zauzvrat, određene čestice materije nazivaju se nositelji naboja. Mogu biti:

• Elektroni su nositelji negativnog naboja.
• Ioni su nositelji pozitivnog naboja.

Ali odakle dolaze nosači naboja? Da biste odgovorili na ovo pitanje, morate se sjetiti osnovnih znanja o strukturi materije. Sve što nas okružuje je materija, sastoji se od molekula, svojih najsitnijih čestica. Molekule se sastoje od atoma. Atom se sastoji od jezgre oko koje se gibaju elektroni po zadanim orbitama. Molekule se također kreću nasumično. Kretanje i struktura svake od ovih čestica ovisi o samoj tvari i utjecaju okoline na nju, kao što su temperatura, stres i tako dalje.

Ion je atom u kojem je promijenjen omjer elektrona i protona. Ako je atom u početku neutralan, tada se ioni zauzvrat dijele na:

• Anioni su pozitivni ioni atoma koji su izgubili elektrone.
• Kationi su atom s "dodatnim" elektronima vezanim za atom.

Jedinica struje je amper, prema kojoj se izračunava po formuli:

gdje je U napon [V], a R otpor [Ohm].

Ili izravno proporcionalno količini prijenosa naboja po jedinici vremena:

gdje je Q naboj, [C], t je vrijeme, [s].

Uvjeti za postojanje električne struje

Shvatili smo što je električna struja, sada razgovarajmo o tome kako osigurati njezin protok. Da bi električna struja tekla, moraju biti ispunjena dva uvjeta:

1. Prisutnost besplatnih nositelja naboja.
2. Električno polje.

Prvi uvjet postojanja i toka elektriciteta ovisi o tvari u kojoj struja teče (ili ne teče), kao io njezinom stanju. Drugi uvjet je također izvediv: za postojanje električnog polja nužna je prisutnost različitih potencijala između kojih postoji medij u kojem će teći nositelji naboja.

Podsjetiti: Napon, EMF je potencijalna razlika. Iz toga proizlazi da je za ispunjenje uvjeta za postojanje struje - prisutnost električnog polja i električne struje, potreban napon. To mogu biti ploče nabijenog kondenzatora, galvanske ćelije, EMF koji je nastao pod utjecajem magnetskog polja (generatora).

Shvatili smo kako nastaje, razgovarajmo o tome kamo je usmjeren. Struja se, uglavnom, u našoj uobičajenoj uporabi kreće u vodičima (električne instalacije u stanu, žarulje sa žarnom niti) ili u poluvodičima (LED, procesor vašeg pametnog telefona i druga elektronika), rjeđe u plinovima (fluorescentne svjetiljke).

Dakle, u većini slučajeva glavni nositelji naboja su elektroni, oni se kreću od minusa (točka s negativnim potencijalom) do plusa (točka s pozitivnim potencijalom, o tome ćete saznati više u nastavku).

No, zanimljiva je činjenica da je smjer kretanja struje uzet kao kretanje pozitivnih naboja - od plusa prema minusu. Iako se zapravo događa suprotno. Činjenica je da je odluka o smjeru struje donesena prije proučavanja njezine prirode, a također i prije nego što je utvrđeno zbog čega struja teče i postoji.

Električna struja u različitim sredinama

Već smo spomenuli da se u različitim medijima električna struja može razlikovati prema vrsti nositelja naboja. Medije možemo podijeliti prema prirodi vodljivosti (opadajućim redoslijedom vodljivosti):

1. Vodič (metali).
2. Poluvodič (silicij, germanij, galijev arsenid itd.).
3. Dielektrik (vakuum, zrak, destilirana voda).

u metalima

Metali sadrže slobodne nositelje naboja i ponekad se nazivaju "električni plin". Odakle dolaze besplatni nosači punjenja? Činjenica je da se metal, kao i svaka tvar, sastoji od atoma. Atomi se nekako kreću ili osciliraju. Što je viša temperatura metala, to je kretanje jače. U isto vrijeme, sami atomi uglavnom ostaju na svojim mjestima, zapravo tvoreći strukturu metala.

U elektronskim ljuskama atoma obično postoji nekoliko elektrona koji imaju prilično slabu vezu s jezgrom. Pod utjecajem temperatura, kemijskih reakcija i međudjelovanja nečistoća, koje su u svakom slučaju u metalu, elektroni se odvajaju od svojih atoma, stvaraju se pozitivno nabijeni ioni. Odvojeni elektroni se nazivaju slobodnima i kreću se nasumično.

Ako na njih djeluje električno polje, primjerice, spojite li bateriju na komad metala, kaotično kretanje elektrona postat će uređeno. Elektroni iz točke na koju je vezan negativni potencijal (katoda galvanskog članka, na primjer) počet će se kretati prema točki s pozitivnim potencijalom.

u poluvodičima

Poluvodiči su materijali u kojima u normalnom stanju nema slobodnih nositelja naboja. Oni su u takozvanoj zabranjenoj zoni. Ali ako djeluju vanjske sile, kao što su električno polje, toplina, razna zračenja (svjetlost, zračenje itd.), one prevladavaju zabranjeni pojas i prelaze u slobodni pojas ili vodljivi pojas. Elektroni se odvajaju od svojih atoma i oslobađaju, stvarajući ione - nositelje pozitivnog naboja.

Pozitivni nosioci u poluvodičima nazivaju se šupljine.

Ako jednostavno prenesete energiju na poluvodič, na primjer, zagrijete ga, započet će kaotično kretanje nositelja naboja. Ali ako govorimo o poluvodičkim elementima, poput diode ili tranzistora, tada će se na suprotnim krajevima kristala (na njih se nanosi metalizirani sloj i zalemljeni su vodi) pojaviti EMF, ali to se ne odnosi na temu današnjeg članka.

Ako na poluvodič primijenite izvor EMF-a, tada će se i nositelji naboja pomaknuti u vodljivi pojas, a počet će i njihovo usmjereno kretanje - rupe će otići na stranu s nižim električnim potencijalom, a elektroni - na stranu s jedan veći.

U vakuumu i plinu

Vakuum je medij s potpunim (idealan slučaj) odsustvom plinova ili minimiziranom (u stvarnosti) njihovom količinom. Budući da u vakuumu nema materije, nema izvora za nositelje naboja. No, tijek struje u vakuumu označio je početak elektronike i cijele ere elektroničkih elemenata – vakuumskih cijevi. Korišteni su u prvoj polovici prošlog stoljeća, au 50-ima su počeli postupno ustupati mjesto tranzistorima (ovisno o specifičnom području elektronike).

Pretpostavimo da imamo posudu iz koje je ispumpan sav plin, tj. to je potpuni vakuum. U posudu su smještene dvije elektrode, nazovimo ih anoda i katoda. Spojimo li negativni potencijal izvora EMF-a na katodu, a pozitivni na anodu, ništa se neće dogoditi niti će teći struja. Ali ako počnemo zagrijavati katodu, struja će početi teći. Taj se proces naziva termoemisija - emisija elektrona sa zagrijane površine elektrona.

Na slici je prikazan proces toka struje u vakuumskoj lampi. U vakuumskim cijevima, katodu zagrijava obližnja žarna nit na slici (H), poput one koja se nalazi u svjetiljci.

U isto vrijeme, ako promijenite polaritet napajanja - nanesite minus na anodu i nanesite plus na katodu - struja neće teći. Time ćemo dokazati da struja u vakuumu teče zbog kretanja elektrona od KATODE prema ANODI.

Plin se, kao i svaka tvar, sastoji od molekula i atoma, što znači da ako je plin pod utjecajem električnog polja, tada će se pri određenoj jakosti (naponu ionizacije) elektroni otrgnuti od atoma, tada oba uvjeta jer će se ispuniti tijek električne struje – polje i slobodni mediji.

Kao što je već spomenuto, ovaj se proces naziva ionizacija. Može se dogoditi ne samo od primijenjenog napona, već i kada se plin zagrijava, rendgenskih zraka, pod utjecajem ultraljubičastog zračenja i drugih stvari.

Struja će teći kroz zrak, čak i ako je plamenik instaliran između elektroda.

Protok struje u inertnim plinovima popraćen je luminiscencijom plina; ovaj se fenomen aktivno koristi u fluorescentnim svjetiljkama. Protjecanje električne struje u plinovitom mediju naziva se plinsko pražnjenje.

u tekućini

Recimo da imamo posudu s vodom u kojoj su smještene dvije elektrode na koje je spojen izvor struje. Ako je voda destilirana, odnosno čista i ne sadrži nečistoće, onda je ona dielektrik. Ali ako u vodu dodamo malo soli, sumporne kiseline ili bilo koje druge tvari, nastaje elektrolit i kroz njega počinje teći struja.

Elektrolit je tvar koja provodi elektricitet disocijacijom na ione.

Ako se vodi doda bakreni sulfat, tada će se sloj bakra taložiti na jednoj od elektroda (katodi) - to se zove elektroliza, što dokazuje da se električna struja u tekućini provodi zbog kretanja iona - pozitivnih i nosioci negativnog naboja.

Elektroliza je fizikalno-kemijski proces koji se sastoji u odvajanju komponenti koje čine elektrolit na elektrodama.

Tako dolazi do bakrenja, pozlate i presvlačenja drugim metalima.

Zaključak

Ukratko, za protok električne struje potrebni su slobodni nosioci naboja:

• elektroni u vodičima (metalima) i vakuumu;
• elektroni i rupe u poluvodičima;
• ioni (anioni i kationi) u tekućinama i plinovima.

Da bi kretanje ovih nositelja postalo uređeno, potrebno je električno polje. Jednostavnim rječnikom rečeno, primijenite napon na krajevima tijela ili postavite dvije elektrode u okolinu u kojoj se očekuje da teče električna struja.

Također je vrijedno napomenuti da struja na određeni način utječe na tvar, postoje tri vrste izloženosti:

• toplinski;
• kemijski;
• fizički.

Koristan

Ovo je uređeno kretanje određenih nabijenih čestica. Kako bi se kompetentno iskoristio puni potencijal električne energije, potrebno je jasno razumjeti sve principe uređaja i rad električne struje. Dakle, shvatimo što su rad i trenutna snaga.

Odakle dolazi električna struja?

Unatoč prividnoj jednostavnosti pitanja, rijetki su u stanju dati razumljiv odgovor na njega. Naravno, danas, kada se tehnologija razvija nevjerojatnom brzinom, osoba ne razmišlja posebno o tako elementarnim stvarima kao što je princip rada električne struje. Odakle dolazi struja? Sigurno će mnogi odgovoriti "Pa, iz utičnice, naravno" ili jednostavno slegnuti ramenima. U međuvremenu, vrlo je važno razumjeti kako struja funkcionira. To bi trebali znati ne samo znanstvenici, nego i ljudi koji nisu ni na koji način povezani sa svijetom znanosti, radi njihova općeg svestranog razvoja. Ali ispravno korištenje principa trenutnog rada nije za svakoga.

Dakle, za početak, trebali biste shvatiti da električna energija ne nastaje niotkuda: proizvode je posebni generatori koji se nalaze u raznim elektranama. Zahvaljujući radu rotacije lopatica turbina, para dobivena kao rezultat zagrijavanja vode s ugljenom ili uljem stvara energiju, koja se zatim pretvara u električnu energiju uz pomoć generatora. Generator je vrlo jednostavan: u središtu uređaja nalazi se ogroman i vrlo jak magnet koji uzrokuje kretanje električnih naboja po bakrenim žicama.

Kako struja dolazi do naših domova?

Nakon što se uz pomoć energije (toplinske ili nuklearne) dobije određena količina električne struje, ona se može isporučiti ljudima. Takva opskrba električnom energijom funkcionira na sljedeći način: kako bi struja uspješno stigla do svih stanova i poduzeća, mora se "gurati". A za ovo morate povećati snagu koja će to učiniti. Naziva se naponom električne struje. Princip rada je sljedeći: struja prolazi kroz transformator, što povećava njegov napon. Nadalje, električna struja teče kroz kabele postavljene duboko pod zemljom ili na visini (jer napon ponekad doseže 10 000 volti, što je smrtonosno za ljude). Kada struja dosegne svoje odredište, mora ponovno proći kroz transformator, koji će sada smanjiti njen napon. Zatim prolazi kroz žice do instaliranih štitova u stambenim zgradama ili drugim zgradama.

Električna energija koja se provodi kroz žice može se koristiti zahvaljujući sustavu utičnica, spajajući kućanske aparate na njih. U zidovima su provedene dodatne žice kroz koje teče električna struja, a zahvaljujući njoj rade rasvjeta i svi uređaji u kući.

Što je trenutni posao?

Energija koju električna struja nosi u sebi s vremenom se pretvara u svjetlost ili toplinu. Na primjer, kada upalimo svjetiljku, električni oblik energije se pretvara u svjetlost.

Govoreći pristupačnim jezikom, rad struje je radnja koju je proizvela sama električna energija. Štoviše, može se vrlo jednostavno izračunati pomoću formule. Na temelju zakona o održanju energije možemo zaključiti da električna energija nije nestala, već se potpuno ili djelomično promijenila u drugi oblik, pritom odajući određenu količinu topline. Ta toplina je rad struje kada ona prolazi kroz vodič i zagrijava ga (dolazi do izmjene topline). Ovako izgleda Joule-Lenzova formula: A \u003d Q \u003d U * I * t (rad je jednak količini topline ili proizvodu trenutne snage i vremena tijekom kojeg je tekao kroz vodič).

Što znači istosmjerna struja?

Električna struja je dvije vrste: izmjenična i istosmjerna. Razlikuju se po tome što potonji ne mijenja svoj smjer, ima dvije stezaljke (pozitivni "+" i negativni "-") i uvijek počinje svoje kretanje od "+". A izmjenična struja ima dva terminala - fazu i nulu. Zbog prisutnosti jedne faze na kraju vodiča naziva se i jednofazni.

Principi uređaja jednofazne izmjenične i istosmjerne električne struje potpuno su različiti: za razliku od istosmjerne, izmjenična struja mijenja i svoj smjer (formirajući tok i od faze prema nuli, i od nule prema fazi), i svoju veličinu. . Tako, na primjer, izmjenična struja povremeno mijenja vrijednost svojeg naboja. Ispada da pri frekvenciji od 50 Hz (50 oscilacija u sekundi) elektroni mijenjaju smjer kretanja točno 100 puta.

Gdje se koristi istosmjerna struja?

Istosmjerna električna struja ima neke značajke. Zbog činjenice da teče strogo u jednom smjeru, teže ga je transformirati. Sljedeći elementi mogu se smatrati izvorima istosmjerne struje:

• baterije (alkalne i kiselinske);
• konvencionalne baterije koje se koriste u malim kućanskim aparatima;
• kao i razni uređaji poput pretvarača.

DC rad

Koje su njegove glavne karakteristike? To su radna i trenutna moć, a oba su pojma vrlo blisko povezana jedan s drugim. Pod snagom se podrazumijeva brzina rada u jedinici vremena (po 1 s). Prema Joule-Lenzovom zakonu nalazimo da je rad istosmjerne električne struje jednak umnošku jakosti same struje, napona i vremena za koje je električno polje dovršilo rad da prenese naboje duž dirigent.

Ovako izgleda formula za pronalaženje rada struje, uzimajući u obzir Ohmov zakon otpora u vodičima: A \u003d I 2 * R * t (rad je jednak kvadratu jakosti struje pomnoženom s vrijednošću otpora vodiča i još jednom pomnoženo s vrijednošću vremena za koje je rad obavljen).

U vodičima se pod određenim uvjetima može dogoditi kontinuirano uređeno kretanje slobodnih nositelja električnog naboja. Takvo kretanje se zove elektro šok. Za smjer električne struje uzima se smjer kretanja pozitivnih slobodnih naboja, iako se u većini slučajeva kreću elektroni – negativno nabijene čestice.

Kvantitativna mjera električne struje je jakost struje ja je skalarna fizikalna veličina jednaka omjeru naboja q, prenesen kroz poprečni presjek vodiča za određeni vremenski interval t, na ovaj vremenski interval:

Ako struja nije konstantna, tada se za pronalaženje količine naboja koja prolazi kroz vodič izračunava površina figure ispod grafikona ovisnosti jačine struje o vremenu.

Ako se jakost struje i njezin smjer ne mijenjaju s vremenom, tada se takva struja naziva trajnog. Jakost struje mjeri se ampermetrom koji je serijski spojen na strujni krug. U Međunarodnom sustavu jedinica SI struja se mjeri u amperima [A]. 1 A = 1 C/s.

Nalazi se kao omjer ukupnog naboja i ukupnog vremena (tj., prema istom principu kao prosječna brzina ili bilo koja druga prosječna vrijednost u fizici):

Ako se struja jednoliko mijenja u vremenu od vrijednosti ja 1 za vrijednost ja 2, tada se vrijednost prosječne struje može pronaći kao aritmetička sredina ekstremnih vrijednosti:

gustoća struje- jakost struje po jedinici poprečnog presjeka vodiča izračunava se po formuli:

Kada struja teče kroz vodič, struja doživljava otpor vodiča. Razlog otpora je međudjelovanje naboja s atomima tvari vodiča i međusobno. Jedinica otpora je 1 ohm. Otpor vodiča R određuje se formulom:

Gdje: l- duljina vodiča, S je površina njegovog presjeka, ρ - otpornost materijala vodiča (pazite da posljednju vrijednost ne pomiješate s gustoćom tvari), koja karakterizira sposobnost materijala vodiča da se odupre prolazu struje. To jest, to je ista karakteristika tvari kao i mnoge druge: specifični toplinski kapacitet, gustoća, talište itd. Mjerna jedinica otpora je 1 Ohm m. Specifična otpornost tvari je tablična vrijednost.

Otpor vodiča također ovisi o njegovoj temperaturi:

Gdje: R 0 – otpor vodiča na 0°S, t je temperatura izražena u stupnjevima Celzija, α je temperaturni koeficijent otpora. Jednaka je relativnoj promjeni otpora pri porastu temperature za 1°C. Za metale je uvijek veći od nule, za elektrolite, naprotiv, uvijek je manji od nule.

Dioda u istosmjernom krugu

Dioda- Ovo je nelinearni element kruga, čiji otpor ovisi o smjeru protoka struje. Dioda je označena na sljedeći način:

Strelica u shematskom simbolu diode pokazuje u kojem smjeru prolazi struja. U ovom slučaju, njegov otpor je nula, a dioda se može jednostavno zamijeniti vodičem s nultim otporom. Ako struja teče kroz diodu u suprotnom smjeru, tada dioda ima beskonačno veliki otpor, odnosno uopće ne propušta struju i predstavlja prekid u strujnom krugu. Tada se dio strujnog kruga s diodom može jednostavno prekrižiti, jer kroz njega ne teče struja.

Ohmov zakon. Serijski i paralelni spoj vodiča

Njemački fizičar G. Ohm 1826. eksperimentalno je utvrdio da jakost struje ja, koja teče kroz homogeni metalni vodič (tj. vodič u kojem ne djeluju vanjske sile) s otporom R, proporcionalan naponu U na krajevima provodnika:

vrijednost R nazvao električni otpor. Vodič s električnim otporom naziva se otpornik. Ovaj omjer izražava Ohmov zakon za homogeni dio kruga: Jakost struje u vodiču izravno je proporcionalna primijenjenom naponu i obrnuto proporcionalna otporu vodiča.

Vodiči koji poštuju Ohmov zakon nazivaju se linearni. Grafička ovisnost jakosti struje ja od napona U(takvi se grafikoni nazivaju strujno-naponskim karakteristikama, skraćeno VAC) prikazana je ravnom linijom koja prolazi kroz ishodište. Treba napomenuti da postoje mnogi materijali i uređaji koji ne poštuju Ohmov zakon, poput poluvodičke diode ili svjetiljke s izbojem u plinu. Čak i za metalne vodiče pri dovoljno velikim strujama, opaža se odstupanje od Ohmovog linearnog zakona, budući da se električni otpor metalnih vodiča povećava s povećanjem temperature.

Vodiči u električnim krugovima mogu se spojiti na dva načina: serijski i paralelno. Svaka metoda ima svoje obrasce.

1. Obrasci serijske veze:

Formula za ukupni otpor serijski spojenih otpornika vrijedi za bilo koji broj vodiča. Ako je krug spojen u seriju n isti otpor R, zatim ukupni otpor R 0 se nalazi po formuli:

2. Obrasci paralelne veze:

Formula za ukupni otpor paralelno spojenih otpornika vrijedi za bilo koji broj vodiča. Ako je krug spojen paralelno n isti otpor R, zatim ukupni otpor R 0 se nalazi po formuli:

Električni mjerni instrumenti

Za mjerenje napona i struja u istosmjernim električnim krugovima koriste se posebni uređaji - voltmetri I ampermetri.

Voltmetar dizajniran za mjerenje potencijalne razlike primijenjene na njegove priključke. Spojen je paralelno s dijelom kruga na kojem se mjeri razlika potencijala. Svaki voltmetar ima neki unutarnji otpor. R b. Kako voltmetar ne bi unio zamjetnu preraspodjelu struja kada je priključen na mjereni krug, njegov unutarnji otpor mora biti velik u usporedbi s otporom dijela kruga na koji je spojen.

Ampermetar dizajniran za mjerenje struje u krugu. Ampermetar se serijski spaja na prekid u električnom krugu tako da kroz njega prolazi cjelokupna izmjerena struja. Ampermetar također ima neki unutarnji otpor. R A. Za razliku od voltmetra, unutarnji otpor ampermetra mora biti dovoljno mali u usporedbi s ukupnim otporom cijelog kruga.

EMF. Ohmov zakon za kompletan krug

Za postojanje istosmjerne struje potrebno je u zatvorenom električnom krugu imati uređaj koji može stvarati i održavati potencijalne razlike u dijelovima strujnog kruga djelovanjem sila neelektrostatskog podrijetla. Takvi uređaji se nazivaju istosmjerni izvori struje. Nazivaju se sile neelektrostatskog podrijetla koje djeluju na slobodne nositelje naboja iz izvora struje vanjske sile.

Priroda vanjskih sila može biti različita. U galvanskim ćelijama ili baterijama nastaju kao rezultat elektrokemijskih procesa, u istosmjernim generatorima vanjske sile nastaju kada se vodiči kreću u magnetskom polju. Pod djelovanjem vanjskih sila električni se naboji kreću unutar izvora struje protivno silama elektrostatskog polja, zbog čega se u zatvorenom strujnom krugu može održavati stalna električna struja.

Kada se električni naboji kreću duž istosmjernog kruga, vanjske sile koje djeluju unutar izvora struje djeluju. Fizička veličina jednaka omjeru rada A st. vanjske sile pri kretanju naboja q od negativnog pola izvora struje prema pozitivnom na vrijednost ovog naboja, naziva se izvor elektromotorne sile (EMF):

Dakle, EMF je određen radom vanjskih sila pri pomicanju jednog pozitivnog naboja. Elektromotorna sila, kao i razlika potencijala, mjeri se u voltima (V).

Ohmov zakon za potpuni (zatvoreni) krug: jakost struje u zatvorenom krugu jednaka je elektromotornoj sili izvora podijeljenoj s ukupnim (unutarnjim + vanjskim) otporom kruga:

Otpornost r– unutarnji (intrinzični) otpor izvora struje (ovisi o unutarnjoj strukturi izvora). Otpornost R– otpor opterećenja (vanjski otpor strujnog kruga).

Pad napona u vanjskom krugu dok je jednak (također se naziva napon na stezaljkama izvora):

Važno je razumjeti i zapamtiti: EMF i unutarnji otpor izvora struje ne mijenjaju se kada su različita opterećenja povezana.

Ako je otpor opterećenja jednak nuli (izvor se sam zatvara) ili mnogo manji od otpora izvora, tada će krug teći struja kratkog spoja:

Struja kratkog spoja - najveća struja koja se može dobiti iz danog izvora s elektromotornom silom ε i unutarnji otpor r. Za izvore s malim unutarnjim otporom, struja kratkog spoja može biti vrlo velika i uzrokovati uništenje električnog kruga ili izvora. Na primjer, olovne baterije koje se koriste u automobilima mogu imati struju kratkog spoja od nekoliko stotina ampera. Osobito su opasni kratki spojevi u rasvjetnim mrežama koje napajaju trafostanice (tisuće ampera). Kako bi se izbjegao destruktivni učinak tako velikih struja, osigurači ili posebni prekidači uključeni su u krug.

Više izvora EMF u krugu

Ako sklop sadrži nekoliko ems spojenih u seriju, to:

1. S pravilnim (pozitivni pol jednog izvora spojen je s negativnim drugog) spojem izvora, ukupni EMF svih izvora i njihov unutarnji otpor mogu se pronaći po formulama:

Na primjer, takva veza izvora provodi se u daljinskim upravljačima, kamerama i drugim kućanskim aparatima koji rade na nekoliko baterija.

2. Ako su izvori neispravno spojeni (izvori su spojeni istim polovima), njihov ukupni EMF i otpor izračunavaju se po formulama:

U oba slučaja povećava se ukupni otpor izvora.

Na paralelna veza ima smisla povezivati ​​izvore samo s istim EMF-om, inače će se izvori ispuštati jedan u drugi. Dakle, ukupni EMF će biti isti kao EMF svakog izvora, to jest, uz paralelnu vezu, nećemo dobiti bateriju s velikim EMF-om. To smanjuje unutarnji otpor baterije izvora, što vam omogućuje da dobijete više struje i snage u krugu:

To je smisao paralelne veze izvora. U svakom slučaju, kod rješavanja zadataka prvo treba pronaći ukupni EMF i ukupni unutarnji otpor rezultirajućeg izvora, a zatim napisati Ohmov zakon za cijeli krug.

Rad i strujna snaga. Joule-Lenzov zakon

Posao A električna struja ja koja teče kroz nepomični vodič s otporom R, pretvoreno u toplinu Q, koji se ističe na dirigentu. Ovaj se rad može izračunati pomoću jedne od formula (uzimajući u obzir Ohmov zakon, svi slijede jedan iz drugog):

Zakon pretvorbe strujnog rada u toplinu pokusno su neovisno ustanovili J. Joule i E. Lenz i naziva se Joule–Lenzov zakon. Snaga električne struje jednaka omjeru rada struje A na vremenski interval Δ t, za koju je rađen ovaj rad, pa se može izračunati pomoću sljedećih formula:

Rad električne struje u SI, kao i obično, izražava se u džulima (J), snaga - u vatima (W).

Energetska bilanca zatvorenog kruga

Razmotrimo sada kompletan istosmjerni krug koji se sastoji od izvora s elektromotornom silom ε i unutarnji otpor r a vanjsko homogeno područje s otporom R. U ovom slučaju, korisna snaga ili snaga oslobođena u vanjskom krugu je:

Najveća moguća korisna snaga izvora postiže se ako R = r i jednako je:

Ako, kada je spojen na isti izvor struje različitih otpora R 1 i R Dodijeljene su im 2 jednake snage, tada se unutarnji otpor ovog izvora struje može pronaći formulom:

Gubitak snage ili snaga unutar izvora struje:

Ukupna snaga koju razvija trenutni izvor:

Učinkovitost trenutnog izvora:

Elektroliza

elektroliti Uobičajeno je nazivati ​​vodljive medije u kojima je protok električne struje popraćen prijenosom tvari. Nositelji slobodnih naboja u elektrolitima su pozitivno i negativno nabijeni ioni. U elektrolite spadaju mnogi spojevi metala s metaloidima u rastaljenom stanju, kao i neke čvrste tvari. Međutim, glavni predstavnici elektrolita koji se široko koriste u tehnici su vodene otopine anorganskih kiselina, soli i baza.

Prolazak električne struje kroz elektrolit popraćen je oslobađanjem tvari na elektrodama. Ova pojava je nazvana elektroliza.

Električna struja u elektrolitima je kretanje iona oba predznaka u suprotnim smjerovima. Pozitivni ioni kreću se prema negativnoj elektrodi ( katoda), negativni ioni - na pozitivnu elektrodu ( anoda). Ioni oba predznaka pojavljuju se u vodenim otopinama soli, kiselina i lužina kao rezultat cijepanja nekih neutralnih molekula. Ova pojava se zove elektrolitička disocijacija.

zakon elektrolize eksperimentalno je utvrdio engleski fizičar M. Faraday 1833. godine. Faradayev zakon određuje količinu primarnih proizvoda koji se oslobađaju na elektrodama tijekom elektrolize. Dakle, masa m tvar koja se oslobađa na elektrodi izravno je proporcionalna naboju Q prolazi kroz elektrolit:

vrijednost k nazvao elektrokemijski ekvivalent. Može se izračunati pomoću formule:

Gdje: n je valencija tvari, N A je Avogadrova konstanta, M je molarna masa tvari, e je elementarni naboj. Ponekad se uvodi i sljedeća oznaka za Faradayevu konstantu:

Električna struja u plinovima i vakuumu

Električna struja u plinovima

U normalnim uvjetima plinovi ne provode struju. To je zbog električne neutralnosti molekula plina i, posljedično, nepostojanja nositelja električnog naboja. Da bi plin postao vodič, jedan ili više elektrona moraju biti odvojeni od molekula. Tada će postojati slobodni nositelji naboja - elektroni i pozitivni ioni. Ovaj proces se zove ionizacija plina.

Moguće je ionizirati molekule plina vanjskim utjecajem - ionizator. Ionizatori mogu biti: struja svjetlosti, X-zrake, struja elektrona ili α -čestice. Molekule plina također ioniziraju na visokoj temperaturi. Ionizacija dovodi do pojave slobodnih nositelja naboja u plinovima - elektrona, pozitivnih iona, negativnih iona (elektron u kombinaciji s neutralnom molekulom).

Ako se u prostoru koji zauzima ionizirani plin stvori električno polje, tada će se nositelji električnih naboja početi kretati na uredan način - tako nastaje električna struja u plinovima. Ako ionizator prestane raditi, tada plin ponovno postaje neutralan, jer rekombinacija– stvaranje neutralnih atoma ionima i elektronima.

Električna struja u vakuumu

Vakuum je takav stupanj razrijeđenosti plina pri kojem se može zanemariti sudar između njegovih molekula i pretpostaviti da srednji slobodni put premašuje linearne dimenzije posude u kojoj se plin nalazi.

Električna struja u vakuumu naziva se vodljivost međuelektrodnog raspora u vakuumskom stanju. U ovom slučaju postoji toliko malo molekula plina da procesi njihove ionizacije ne mogu osigurati toliki broj elektrona i iona koji su potrebni za ionizaciju. Vodljivost međuelektrodnog razmaka u vakuumu može se osigurati samo uz pomoć nabijenih čestica koje su nastale uslijed pojava emisije na elektrodama.

• leđa
• Naprijed

Kako se uspješno pripremiti za CT iz fizike i matematike?

Za uspješnu pripremu za CT iz fizike i matematike, između ostalog, moraju biti zadovoljena tri ključna uvjeta:

1. Proučite sve teme i ispunite sve testove i zadatke dane u materijalima za učenje na ovoj stranici. Da biste to učinili, ne trebate baš ništa, naime: posvetiti tri do četiri sata svaki dan pripremi za CT iz fizike i matematike, proučavanju teorije i rješavanju zadataka. Činjenica je da je CT ispit na kojem nije dovoljno samo poznavati fiziku ili matematiku, već je potrebno znati brzo i bez grešaka riješiti velik broj zadataka različite tematike i različite složenosti. Ovo posljednje se može naučiti samo rješavanjem tisuća problema.
2. Naučite sve formule i zakone u fizici, te formule i metode u matematici. Zapravo, to je također vrlo jednostavno učiniti, postoji samo oko 200 potrebnih formula u fizici, a još nešto manje u matematici. U svakom od ovih predmeta postoji desetak standardnih metoda za rješavanje problema osnovne razine složenosti, koje se također mogu naučiti, te tako potpuno automatski i bez poteškoća riješiti većinu digitalne transformacije u pravom trenutku. Nakon toga ćete morati razmišljati samo o najtežim zadacima.
3. Prisustvujte svim trima fazama probnog testiranja iz fizike i matematike. Svaki RT može se posjetiti dva puta kako bi se riješile obje opcije. Opet, na CT-u, osim sposobnosti brzog i učinkovitog rješavanja zadataka, te poznavanja formula i metoda, potrebno je i znati pravilno planirati vrijeme, rasporediti snage i što je najvažnije ispravno ispuniti obrazac za odgovore , bez brkanja ni brojeva odgovora i zadataka, ni vlastitog imena. Također, tijekom RT-a važno je naviknuti se na stil postavljanja pitanja u zadacima, koji se nespremnoj osobi na DT-u može učiniti vrlo neobičnim.

Uspješno, marljivo i odgovorno provođenje ove tri točke omogućit će vam da pokažete odličan rezultat na CT-u, maksimum onoga za što ste sposobni.

Pronašli ste grešku?

Ako ste, kako vam se čini, pronašli pogrešku u materijalima za obuku, molimo vas da o tome pišete poštom. Također možete pisati o pogrešci na društvenoj mreži (). U pismu navedite predmet (fizika ili matematika), naziv ili broj teme ili testa, broj zadatka ili mjesto u tekstu (stranici) na kojem je po vašem mišljenju greška. Također opišite što je navodna pogreška. Vaše pismo neće proći nezapaženo, pogreška će biti ispravljena ili će vam biti objašnjeno zašto nije pogreška.