Osnovni pojmovi o električnoj struji. Definicija električne struje

Kad je čovjek naučio stvarati i koristiti električnu struju, kvaliteta njegova života dramatično se povećala. Sada važnost električne energije nastavlja rasti svake godine. Kako biste naučili razumjeti složenija pitanja vezana uz električnu energiju, prvo morate razumjeti što je električna struja.

Što je trenutno

Definicija električne struje je njezin prikaz u obliku usmjerene struje pokretnih čestica nositelja, pozitivno ili negativno nabijenih. Nositelji naboja mogu biti:

• negativno nabijeni elektroni koji se kreću u metalima;
• ioni u tekućinama ili plinovima;
• pozitivno nabijene rupe od pokretnih elektrona u poluvodičima.

Što je struja određuje se prisutnošću električnog polja. Bez toga neće nastati usmjereni tok nabijenih čestica.

Pojam električne strujebilo bi nepotpuno bez navođenja njegovih manifestacija:

1. Svaku električnu struju prati magnetsko polje;
2. Vodiči se zagrijavaju dok prolaze;
3. Elektroliti mijenjaju kemijski sastav.

Vodiči i poluvodiči

Električna struja može postojati samo u vodljivom mediju, ali priroda njezina toka je drugačija:

1. U metalnim vodičima postoje slobodni elektroni koji se pod utjecajem električnog polja počinju kretati. Kad temperatura raste, raste i otpor vodiča, jer toplina povećava kretanje atoma na kaotičan način, što ometa slobodne elektrone;
2. U tekućem mediju kojeg čine elektroliti, nastalo električno polje uzrokuje proces disocijacije - stvaranje kationa i aniona, koji se kreću prema pozitivnom i negativnom polu (elektrodama) ovisno o predznaku naboja. Zagrijavanje elektrolita dovodi do smanjenja otpora zbog aktivnijeg raspadanja molekula;

Važno! Elektrolit može biti čvrst, ali je priroda toka struje u njemu identična tekućini.

1. Plinoviti medij karakterizira i prisutnost iona koji se pokreću. Nastaje plazma. Zračenje također dovodi do slobodnih elektrona koji sudjeluju u usmjerenom gibanju;
2. Prilikom stvaranja električne struje u vakuumu, elektroni oslobođeni na negativnoj elektrodi kreću se prema pozitivnoj;
3. U poluvodičima postoje slobodni elektroni koji zagrijavanjem kidaju veze. Na njihovim mjestima su rupe koje imaju naboj s znakom plus. Rupe i elektroni mogu stvoriti usmjereno gibanje.

Nevodljivi mediji nazivaju se dielektrici.

Važno! Smjer struje odgovara smjeru gibanja čestica nositelja naboja s predznakom plus.

Vrsta struje

1. Konstantno. Karakterizira ga konstantna kvantitativna vrijednost struje i smjera;
2. Varijabilna. Tijekom vremena povremeno mijenja svoje karakteristike. Podijeljen je u nekoliko varijanti, ovisno o parametru koji se mijenja. Pretežno, kvantitativna vrijednost struje i njezin smjer variraju duž sinusoide;
3. Vrtložne struje. Nastaju kada se magnetski tok mijenja. Formirajte zatvorene krugove bez pomicanja između polova. Vrtložna strujanja uzrokuju intenzivno stvaranje topline, zbog čega se gubici povećavaju. U jezgrama elektromagnetskih zavojnica oni su ograničeni upotrebom dizajna zasebnih izoliranih ploča umjesto čvrste.

Karakteristike električnog kruga

1. Snaga struje. Ovo je kvantitativno mjerenje naboja koji prelazi u privremenu jedinicu preko presjeka vodiča. Naboji se mjere u kulonima (C), jedinica vremena je sekunda. Jačina struje je C/s. Dobiveni omjer nazvan je amper (A), u kojem se mjeri kvantitativna vrijednost struje. Mjerni uređaj je ampermetar serijski spojen na strujni krug električnih veza;
2. Vlast. Električna struja u vodiču mora svladati otpor medija. Rad utrošen da se to prevlada tijekom određenog vremenskog razdoblja bit će snaga. U ovom slučaju se vrši transformacija električne energije u druge vrste energije – rad. Snaga ovisi o jakosti struje, naponu. Njihov proizvod će odrediti djelatnu snagu. Kada se pomnoži s drugim vremenom, dobije se potrošnja energije - ono što brojilo pokazuje. Snaga se može mjeriti u voltamperima (VA, kVA, mVA) ili u vatima (W, kW, mW);
3. Napon. Jedna od tri najvažnije karakteristike. Za protok struje potrebno je stvoriti potencijalnu razliku između dviju točaka zatvorenog kruga električnih veza. Napon je karakteriziran radom koji proizvodi električno polje tijekom gibanja jednog nositelja naboja. Prema formuli, jedinica za napon je J/C, što odgovara voltu (V). Mjerni uređaj je voltmetar, spojen paralelno;
4. Otpornost. Karakterizira sposobnost vodiča da propuštaju električnu struju. Određuje se materijalom vodiča, duljinom i površinom njegovog presjeka. Mjerenje je u omima (Ohm).

Zakoni za električnu struju

Električni krugovi izračunavaju se pomoću tri glavna zakona:

1. Ohmov zakon. Istražio ju je i formulirao njemački fizičar početkom 19. stoljeća za istosmjernu struju, zatim je primijenjena i na izmjeničnu struju. Uspostavlja odnos između struje, napona i otpora. Na temelju Ohmovog zakona izračunava se gotovo svaki električni krug. Osnovna formula: I \u003d U / R, ili jakost struje je u izravnom razmjeru s naponom i obrnuto s otporom;

1. Faradayev zakon. Odnosi se na elektromagnetsku indukciju. Pojava induktivnih struja u vodičima uzrokovana je utjecajem magnetskog toka koji se mijenja tijekom vremena zbog indukcije EMF-a (elektromotorne sile) u zatvorenom krugu. Modul inducirane emf, mjeren u voltima, proporcionalan je brzini kojom se mijenja magnetski tok. Zahvaljujući zakonu indukcije rade generatori koji proizvode električnu energiju;
2. Joule-Lenzov zakon. Važan je pri proračunu zagrijavanja vodiča, koji se koristi za projektiranje i proizvodnju grijaćih, rasvjetnih tijela i druge električne opreme. Zakon vam omogućuje određivanje količine topline koja se oslobađa tijekom prolaska električne struje:

gdje je I jakost struje koja teče, R je otpor, t je vrijeme.

Elektricitet u atmosferi

U atmosferi može postojati električno polje, javljaju se procesi ionizacije. Iako priroda njihove pojave nije potpuno jasna, postoje različite hipoteze za objašnjenje. Najpopularniji je kondenzator, kao analog za predstavljanje elektriciteta u atmosferi. Njegove ploče mogu označiti zemljinu površinu i ionosferu, između kojih cirkulira dielektrik - zrak.

Vrste atmosferskog elektriciteta:

1. grmljavina. Munje s vidljivim sjajem i gromoglasnim treskom. Napon munje doseže stotine milijuna volti pri jakosti struje od 500 000 A;

1. Vatre Svetog Elma. Koronsko pražnjenje električne energije koja se stvara oko žica, jarbola;
2. Kuglasta munja. Ispuštanje u obliku kugle, kreće se kroz zrak;
3. Polarna svjetlost. Višebojni sjaj zemljine ionosfere pod utjecajem nabijenih čestica koje prodiru iz svemira.

Osoba koristi korisna svojstva električne struje u svim područjima života:

• rasvjeta;
• prijenos signala: telefon, radio, televizija, telegraf;
• električni prijevoz: vlakovi, električni automobili, tramvaji, trolejbusi;
• stvaranje ugodne mikroklime: grijanje i klimatizacija;
• Medicinska oprema;
• kućna uporaba: električni uređaji;
• računala i mobilni uređaji;
• industrija: alatni strojevi i oprema;
• elektroliza: dobivanje aluminija, cinka, magnezija i drugih tvari.

Električna opasnost

Izravni kontakt s električnom strujom bez zaštitne opreme smrtonosan je za ljude. Moguće je nekoliko vrsta utjecaja:

• toplinska opeklina;
• elektrolitičko cijepanje krvi i limfe s promjenom njegovog sastava;
• konvulzivne kontrakcije mišića mogu izazvati fibrilaciju srca do potpunog zaustavljanja, poremetiti funkcioniranje dišnog sustava.

Važno! Struja koju osjeća osoba počinje od vrijednosti od 1 mA, ako je trenutna vrijednost 25 mA, moguće su ozbiljne negativne promjene u tijelu.

Najvažnije svojstvo električne struje je da može obavljati korisne poslove za čovjeka: osvijetliti kuću, oprati i osušiti odjeću, skuhati večeru, zagrijati dom. Sada značajno mjesto zauzima njegova uporaba u prijenosu informacija, iako to ne zahtijeva veliku potrošnju električne energije.

Video

Električna struja se sada koristi u svakoj zgradi, znajući trenutne karakteristike u električnoj mreži kod kuće, uvijek biste trebali imati na umu da je to opasno po život.

Električna struja je učinak usmjerenog kretanja električnih naboja (u plinovima - iona i elektrona, u metala - elektrona), pod utjecajem električnog polja.

Kretanje pozitivnih naboja duž polja je ekvivalentno kretanju negativnih naboja protiv polja.

Obično se smjer električnog naboja uzima kao smjer pozitivnog naboja.

• trenutna snaga;
• napon;
• jakost struje;
• strujni otpor.

Trenutna snaga.

Snaga električne struje je omjer rada koji je izvršila struja i vremena tijekom kojeg je taj rad obavljen.

Snaga koju električna struja razvija u dijelu kruga izravno je proporcionalna veličini struje i napona u tom dijelu. Snaga (električna-tri-če-nebo i me-ha-no-če-nebo) od-me-rya-et-xia u Wattima (W).

Trenutna snaga ne ovisi o vremenu pro-the-ka-niya električne-tri-che-th struje u krugu, ali definira-de-la-is-sya kao pro-of-ve-de -ne napon prema jakosti struje.

napon.

Električni napon je vrijednost koja pokazuje koliki je rad izvršilo električno polje pri premještanju naboja s jedne točke na drugu. U tom će slučaju napon u različitim dijelovima kruga biti različit.

Na primjer: napon na dionici prazne žice bit će vrlo mali, a napon na dionici s bilo kojim opterećenjem bit će mnogo veći, a veličina napona ovisit će o količini rada koju vrši struja. Izmjerite napon u voltima (1 V). Za određivanje napona postoji formula: U \u003d A / q, gdje

• U - napon,
• A je rad koji struja izvrši da premjesti naboj q na određeni dio kruga.

Snaga struje.

jakost struje zove se broj nabijenih čestica koje prolaze kroz presjek vodiča.

Po definiciji jakost struje izravno proporcionalan naponu i obrnuto proporcionalan otporu.

Jačina električne struje mjereno instrumentom koji se zove ampermetar. Količina električne struje (količina prenesenog naboja) mjeri se u amperima. Da bi se povećao raspon oznaka za jedinicu promjene, postoje prefiksi višestrukosti kao što su mikro-mikroamper (μA), milje - miliamper (mA). Drugi se prefiksi ne koriste u svakodnevnom životu. Na primjer: kažu i pišu "deset tisuća ampera", ali nikada ne kažu niti pišu 10 kiloampera. Takve vrijednosti se ne koriste u svakodnevnom životu. Isto se može reći i za nanoampere. Obično kažu i pišu 1 × 10-9 A.

strujni otpor.

električni otpor naziva se fizikalna veličina koja karakterizira svojstva vodiča koja sprječavaju prolaz električne struje i jednaka je omjeru napona na krajevima vodiča i jakosti struje koja njime teče.

Otpor za strujne krugove izmjenične struje i za izmjenična elektromagnetska polja opisuje se pomoću impedancije i valnog otpora. strujni otpor(često označen slovom R ili r) smatra se otporom struje, unutar određenih granica, konstantnom vrijednošću za dati vodič. Pod, ispod električni otpor razumjeti omjer napona na krajevima vodiča i jakosti struje koja teče vodičem.

Uvjeti za pojavu električne struje u vodljivom mediju:

1) prisutnost slobodnih nabijenih čestica;

2) ako postoji električno polje (postoji razlika potencijala između dviju točaka vodiča).

Vrste utjecaja električne struje na vodljivi materijal.

1) kemijska - promjena kemijskog sastava vodiča (javlja se uglavnom u elektrolitima);

2) toplinski - zagrijava se materijal kroz koji teče struja (ovaj učinak izostaje kod supravodiča);

3) magnetski – pojava magnetskog polja (javlja se u svim vodičima).

Glavne karakteristike struje.

1. Jakost struje označava se slovom I – jednaka je količini elektriciteta Q koji prođe kroz vodič u vremenu t.

I=Q/t

Jakost struje određuje se ampermetrom.

Napon se određuje voltmetrom.

3. Otpor R vodljivog materijala.

Otpor ovisi o:

a) o presjeku vodiča S, njegovoj duljini l i materijalu (označava se specifičnim otporom vodiča ρ);

R=pl/S

b) na temperaturi t°S (ili T): R = R0 (1 + αt),

• gdje je R0 otpor vodiča na 0°S,
• α - temperaturni koeficijent otpora;

c) za postizanje različitih učinaka vodiči se mogu spajati i paralelno i serijski.

Tablica strujnih karakteristika.

Spoj	Sekvencijalno	Paralelno
Očuvana vrijednost	I 1 \u003d I 2 \u003d ... \u003d I n I \u003d const	U 1 \u003d U 2 \u003d ... U n U \u003d konst
Ukupna vrijednost	napon e=Ast/q Vrijednost jednaka utrošenom radu vanjskih sila za premještanje pozitivnog naboja duž cijelog kruga, uključujući izvor struje, do naboja, naziva se elektromotorna sila izvora struje (EMF): e=Ast/q Prilikom popravka električne opreme moraju se znati karakteristike struje.

Prije svega, vrijedi saznati što čini električnu struju. Električna struja je uređeno kretanje nabijenih čestica u vodiču. Da bi on nastao potrebno je prvo stvoriti električno polje pod čijim će se utjecajem spomenute nabijene čestice početi gibati.

Prve informacije o elektricitetu, koje su se pojavile prije mnogo stoljeća, odnosile su se na električne "naboje" dobivene trenjem. Već u davna vremena ljudi su znali da jantar, nošen na vuni, stječe sposobnost privlačenja lakih predmeta. No tek krajem 16. stoljeća engleski liječnik Gilbert detaljno je proučio ovaj fenomen i otkrio da mnoge druge tvari imaju potpuno ista svojstva. Tijela sposobna, poput jantara, nakon trljanja privući lagane predmete, nazvao je naelektriziranima. Ova riječ je izvedena iz grčkog elektrona - "jantar". Trenutno kažemo da postoje električni naboji na tijelima u ovom stanju, a sama tijela se nazivaju "nabijena".

Električni naboji uvijek nastaju kada su različite tvari u bliskom kontaktu. Ako su tijela čvrsta, tada je njihov bliski kontakt onemogućen mikroskopskim izbočinama i nepravilnostima koje postoje na njihovoj površini. Stiskanjem i trljanjem takvih tijela zbližavamo njihove površine koje bi se bez pritiska dodirivale samo na nekoliko točaka. Kod nekih se tijela električni naboji mogu slobodno kretati između različitih dijelova, dok kod drugih to nije moguće. U prvom slučaju, tijela se nazivaju "vodiči", au drugom - "dielektrici ili izolatori". Vodiči su svi metali, vodene otopine soli i kiselina itd. Primjeri izolatora su jantar, kvarc, ebonit i svi plinovi koji su u normalnim uvjetima.

Ipak, treba napomenuti da je podjela tijela na vodiče i dielektrike vrlo proizvoljna. Sve tvari u većoj ili manjoj mjeri provode struju. Električni naboji su pozitivni ili negativni. Ovakva struja neće dugo trajati, jer će naelektrizirano tijelo ostati bez naboja. Za kontinuirano postojanje električne struje u vodiču potrebno je održavati električno polje. U tu svrhu koriste se izvori električne struje. Najjednostavniji slučaj nastanka električne struje je kada je jedan kraj žice spojen na naelektrisano tijelo, a drugi na masu.

Električni krugovi koji opskrbljuju strujom žarulje i elektromotore pojavili su se tek nakon izuma baterija, koji datira iz otprilike 1800. godine. Nakon toga, razvoj doktrine o elektricitetu je išao tako brzo da je za manje od jednog stoljeća postao ne samo dio fizike, već je postao temelj nove električne civilizacije.

Glavne veličine električne struje

Količina elektriciteta i jakost struje. Djelovanje električne struje može biti jako ili slabo. Jakost električne struje ovisi o količini naboja koja protječe strujnim krugom u određenoj jedinici vremena. Što se više elektrona pomakne s jednog pola izvora na drugi, to je veći ukupni naboj koji nose elektroni. Ovaj ukupni naboj naziva se količina elektriciteta koja prolazi kroz vodič.

Količina elektriciteta ovisi, posebice, o kemijskom učinku električne struje, tj. što je veći naboj prošao kroz otopinu elektrolita, to će se više tvari taložiti na katodi i anodi. S tim u vezi, količina elektriciteta može se izračunati vaganjem mase tvari nataložene na elektrodi i poznavanjem mase i naboja jednog iona te tvari.

Jakost struje je veličina koja je jednaka omjeru električnog naboja koji je prošao kroz poprečni presjek vodiča i vremena njegovog protoka. Jedinica za naboj je kulon (C), vrijeme se mjeri u sekundama (s). U ovom slučaju jedinica jakosti struje izražava se u C/s. Ova jedinica se naziva amper (A). Za mjerenje jakosti struje u strujnom krugu koristi se električni mjerni uređaj koji se naziva ampermetar. Za uključivanje u krug, ampermetar je opremljen s dva terminala. U krug je uključen u seriju.

električni napon. Već znamo da je električna struja uređeno kretanje nabijenih čestica – elektrona. Ovo kretanje nastaje uz pomoć električnog polja koje obavlja određeni rad. Ova pojava se naziva rad električne struje. Kako bi kroz električni krug u 1 sekundi prenijelo više naboja, električno polje mora izvršiti veći rad. Na temelju toga proizlazi da bi rad električne struje trebao ovisiti o jakosti struje. Ali postoji još jedna vrijednost o kojoj ovisi rad struje. Ova vrijednost se naziva napon.

Napon je omjer rada struje u određenom dijelu električnog kruga i naboja koji teče kroz isti dio kruga. Trenutni rad se mjeri u džulima (J), naboj se mjeri u privjescima (C). S tim u vezi, mjerna jedinica napona bit će 1 J/C. Ova jedinica se naziva volt (V).

Da bi se u električnom krugu pojavio napon, potreban je izvor struje. U otvorenom krugu napon je prisutan samo na stezaljkama izvora struje. Ako je ovaj izvor struje uključen u krug, napon će se također pojaviti u određenim dijelovima kruga. U tom smislu, također će biti struje u krugu. Odnosno, ukratko možemo reći sljedeće: ako u krugu nema napona, nema ni struje. Za mjerenje napona koristi se električni mjerni uređaj koji se zove voltmetar. Izgledom podsjeća na prije spomenuti ampermetar, s tom razlikom što se na skali voltmetra nalazi slovo V (umjesto A na ampermetru). Voltmetar ima dvije stezaljke, uz pomoć kojih se spaja paralelno na električni krug.

Električni otpor. Nakon spajanja svih vrsta vodiča i ampermetra u električni krug, možete primijetiti da kada koristite različite vodiče, ampermetar daje različita očitanja, odnosno u ovom slučaju je struja dostupna u električnom krugu različita. Ovaj fenomen se može objasniti činjenicom da različiti vodiči imaju različit električni otpor, što je fizikalna veličina. U čast njemačkog fizičara nazvana je Ohm. U fizici se u pravilu koriste veće jedinice: kiloohm, megaohm itd. Otpor vodiča obično se označava slovom R, duljina vodiča je L, površina presjeka je S. U tom slučaju otpor se može napisano kao formula:

R = R * L/S

gdje se koeficijent p naziva otpornost. Ovaj koeficijent izražava otpor vodiča duljine 1 m s površinom poprečnog presjeka jednakom 1 m2. Otpornost se izražava u Ohm x m. Budući da žice, u pravilu, imaju prilično mali presjek, njihova se površina obično izražava u kvadratnim milimetrima. U tom će slučaju jedinica otpora biti Ohm x mm2/m. U tablici ispod. 1 prikazuje otpornost nekih materijala.

Tablica 1. Električni otpor nekih materijala
Materijal	p, Ohm x m2/m	Materijal	p, Ohm x m2/m
Bakar	0,017	Legura platine iridija	0,25
Zlato	0,024	Grafit	13
Mjed	0,071	Ugljen	40
Kositar	0,12	Porculan	1019
voditi	0,21	Ebonit	1020
Metal ili legura
Srebro	0,016	Manganin (legura)	0,43
Aluminij	0,028	Konstantan (legura)	0,50
Volfram	0,055	Merkur	0,96
Željezo	0,1	Nikrom (legura)	1,1
Nikal (legura)	0,40	Fehral (legura)	1,3
		krom (legura)	1,5

Prema tablici. 1, postaje jasno da bakar ima najmanji električni otpor, a legura metala ima najveći. Osim toga, dielektrici (izolatori) imaju visoku otpornost.

Električni kapacitet. Već znamo da dva vodiča izolirana jedan od drugog mogu akumulirati električne naboje. Ovu pojavu karakterizira fizička veličina, koja se naziva električni kapacitet. Električni kapacitet dva vodiča nije ništa drugo nego omjer naboja jednog od njih i potencijalne razlike između ovog vodiča i susjednog. Što je niži napon kada vodiči primaju naboj, to je veći njihov kapacitet. Farad (F) se uzima kao jedinica za električni kapacitet. U praksi se koriste razlomci ove jedinice: mikrofarad (µF) i pikofarad (pF).

Ako uzmete dva vodiča izolirana jedan od drugog, postavite ih na malu udaljenost jedan od drugog, dobit ćete kondenzator. Kapacitet kondenzatora ovisi o debljini njegovih ploča te o debljini dielektrika i njegovoj propusnosti. Smanjenjem debljine dielektrika između ploča kondenzatora, moguće je znatno povećati kapacitet potonjeg. Na svim kondenzatorima, osim njihovog kapaciteta, mora biti naznačen napon za koji su ti uređaji predviđeni.

Rad i snaga električne struje. Iz prethodnog je jasno da električna struja obavlja određeni rad. Kada su elektromotori spojeni, električna struja pokreće sve vrste opreme, pokreće vlakove po tračnicama, osvjetljava ulice, grije dom, a također proizvodi kemijski učinak, odnosno omogućuje elektrolizu itd. Možemo reći da rad struje u određenom dijelu strujnog kruga jednak je umnošku struje, napona i vremena u kojem je rad obavljen. Rad se mjeri u džulima, napon u voltima, struja u amperima, a vrijeme u sekundama. S tim u vezi, 1 J = 1V x 1A x 1s. Iz ovoga proizlazi da za mjerenje rada električne struje treba koristiti tri uređaja odjednom: ampermetar, voltmetar i sat. Ali ovo je glomazno i ​​neučinkovito. Stoga se obično rad električne struje mjeri električnim brojilima. Uređaj ovog uređaja sadrži sve gore navedene uređaje.

Snaga električne struje jednaka je omjeru rada struje i vremena u kojem je izvršen. Snaga se označava slovom "P" i izražava se u vatima (W). U praksi se koriste kilovati, megavati, hektovi itd. Za mjerenje snage strujnog kruga potrebno je uzeti vatmetar. Električni rad izražava se u kilovat-satima (kWh).

Osnovni zakoni električne struje

Ohmov zakon. Napon i struja smatraju se najprikladnijim karakteristikama električnih krugova. Jedna od glavnih značajki korištenja električne energije je brz transport energije s jednog mjesta na drugo i prijenos do potrošača u željenom obliku. Umnožak razlike potencijala i jakosti struje daje snagu, tj. količinu energije koja se preda u strujnom krugu u jedinici vremena. Kao što je gore spomenuto, za mjerenje snage u električnom krugu bila bi potrebna 3 uređaja. Je li moguće napraviti s jednim i izračunati snagu iz njegovih očitanja i neke karakteristike kruga, kao što je njegov otpor? Mnogima se ova ideja svidjela, smatrali su je plodnom.

Dakle, koliki je otpor žice ili kruga u cjelini? Ima li žica, poput vodovodnih cijevi ili cijevi u vakuumskom sustavu, konstantno svojstvo koje bi se moglo nazvati otporom? Na primjer, u cijevima, omjer razlike tlaka koji stvara protok podijeljen s brzinom protoka obično je konstantna karakteristika cijevi. Na isti način, protok topline u žici podložan je jednostavnom odnosu, koji uključuje temperaturnu razliku, površinu poprečnog presjeka žice i njezinu duljinu. Otkriće takvog odnosa za električne krugove bilo je rezultat uspješne potrage.

Dvadesetih godina 19. stoljeća njemački učitelj Georg Ohm prvi je počeo tražiti navedeni omjer. Prije svega, težio je slavi i slavi, koja bi mu omogućila da predaje na sveučilištu. Samo zato je odabrao smjer studija koji je nudio posebne prednosti.

Om je bio sin bravara, pa je znao izvući metalnu žicu različitih debljina, koja mu je trebala za pokuse. Budući da je u to vrijeme bilo nemoguće kupiti odgovarajuću žicu, Om ju je napravio vlastitim rukama. Tijekom pokusa isprobavao je različite duljine, različite debljine, različite metale, pa čak i različite temperature. Sve te faktore on je redom mijenjao. U Ohmovo vrijeme, baterije su još uvijek bile slabe, dajući struju promjenjive veličine. U tom smislu, istraživač je koristio termoelement kao generator, čiji je vrući spoj stavljen u plamen. Uz to, koristio je grubi magnetski ampermetar i mjerio potencijalne razlike (Ohm ih je nazvao "naponi") mijenjajući temperaturu ili broj toplinskih spojeva.

Doktrina električnih krugova tek je dobila svoj razvoj. Nakon izuma baterija oko 1800. godine, počeo se puno brže razvijati. Dizajnirali su se i izrađivali razni uređaji (nerijetko i ručno), otkrivali su se novi zakoni, pojavljivali pojmovi i termini itd. Sve je to dovelo do dubljeg razumijevanja električnih pojava i čimbenika.

Obnavljanje znanja o elektricitetu, s jedne strane, uzrokovalo je nastanak novog područja fizike, s druge strane, bilo je temelj za nagli razvoj elektrotehnike, odnosno baterija, generatora, sustava za napajanje rasvjete i izumljeni su električni pogon, električne peći, elektromotori itd., ostalo.

Ohmova otkrića bila su od velike važnosti kako za razvoj teorije elektriciteta tako i za razvoj primijenjene elektrotehnike. Olakšali su predviđanje svojstava električnih krugova za istosmjernu, a kasnije i za izmjeničnu struju. Godine 1826. Ohm je objavio knjigu u kojoj je iznio teorijske zaključke i eksperimentalne rezultate. Ali njegove nade nisu bile opravdane, knjiga je dočekana s podsmijehom. To se dogodilo jer se metoda grubog eksperimentiranja činila malo privlačnom u doba kada su mnogi ljudi voljeli filozofiju.

Omu nije imao izbora nego napustiti mjesto učitelja. Iz istog razloga nije dobio imenovanje na sveučilištu. Znanstvenik je 6 godina živio u siromaštvu, bez povjerenja u budućnost, doživljavajući osjećaj gorkog razočaranja.

Ali postupno su njegova djela stekla slavu prvo izvan Njemačke. Om je bio cijenjen u inozemstvu, njegova su istraživanja korištena. S tim u vezi, sunarodnjaci su ga bili prisiljeni prepoznati u svojoj domovini. Godine 1849. dobio je mjesto profesora na Sveučilištu u Münchenu.

Ohm je otkrio jednostavan zakon koji uspostavlja odnos između struje i napona za komad žice (za dio kruga, za cijeli krug). Osim toga, napravio je pravila koja vam omogućuju da odredite što će se promijeniti ako uzmete žicu druge veličine. Ohmov zakon formuliran je na sljedeći način: jakost struje u dijelu strujnog kruga izravno je proporcionalna naponu u tom dijelu i obrnuto proporcionalna otporu odjeljka.

Joule-Lenzov zakon. Električna struja u bilo kojem dijelu kruga obavlja određeni rad. Na primjer, uzmimo neki dio kruga, između čijih krajeva postoji napon (U). Prema definiciji električnog napona, rad obavljen pri premještanju jedinice naboja između dvije točke jednak je U. Ako je jakost struje u danom dijelu kruga i, tada će naboj proći u vremenu t, i stoga rad električne struje u ovom dijelu bit će:

A = Uit

Ovaj izraz vrijedi za istosmjernu struju u svakom slučaju, za bilo koji dio kruga, koji može sadržavati vodiče, elektromotore itd. Trenutna snaga, odnosno rad u jedinici vremena, jednak je:

P \u003d A / t \u003d Ui

Ova se formula koristi u SI sustavu za određivanje jedinice napona.

Pretpostavimo da je dio kruga nepomični vodič. U tom će se slučaju sav rad pretvoriti u toplinu, koja će se osloboditi u ovom vodiču. Ako je vodič homogen i poštuje Ohmov zakon (ovo uključuje sve metale i elektrolite), tada:

U=ir

gdje je r otpor vodiča. U ovom slučaju:

A = rt2i

Taj je zakon prvi empirijski izveo E. Lenz i, neovisno o njemu, Joule.

Treba napomenuti da zagrijavanje vodiča nalazi brojne primjene u tehnici. Najčešće i najvažnije među njima su žarulje sa žarnom niti.

Zakon elektromagnetske indukcije. U prvoj polovici 19. stoljeća engleski fizičar M. Faraday otkrio je pojavu magnetske indukcije. Ova činjenica, koja je postala vlasništvo mnogih istraživača, dala je snažan poticaj razvoju elektrotehnike i radiotehnike.

Tijekom pokusa Faraday je otkrio da kad se promijeni broj linija magnetske indukcije koje prodiru kroz površinu omeđenu zatvorenom petljom, u njoj nastaje električna struja. To je osnova možda i najvažnijeg zakona fizike – zakona elektromagnetske indukcije. Struja koja se javlja u krugu naziva se induktivna. Zbog činjenice da se električna struja pojavljuje u krugu samo u slučaju vanjskih sila koje djeluju na slobodne naboje, tada se s promjenjivim magnetskim tokom koji prolazi preko površine zatvorenog kruga u njemu pojavljuju te iste vanjske sile. Djelovanje vanjskih sila u fizici se naziva elektromotorna sila ili indukcijski EMF.

Elektromagnetska indukcija se također pojavljuje u otvorenim vodičima. U slučaju kada vodič siječe silnice magnetskog polja, na njegovim se krajevima javlja napon. Razlog za pojavu takvog napona je indukcijski EMF. Ako se magnetski tok koji prolazi kroz zatvoreni krug ne mijenja, induktivna struja se ne pojavljuje.

Koristeći koncept "EMF indukcije", može se govoriti o zakonu elektromagnetske indukcije, tj. EMF indukcije u zatvorenoj petlji jednak je u apsolutnoj vrijednosti brzini promjene magnetskog toka kroz površinu ograničenu petlja.

Lenzovo pravilo. Kao što već znamo, u vodiču se javlja induktivna struja. Ovisno o uvjetima njegovog izgleda, ima drugačiji smjer. Tom je prilikom ruski fizičar Lenz formulirao sljedeće pravilo: indukcijska struja koja se javlja u zatvorenom krugu uvijek ima takav smjer da magnetsko polje koje stvara ne dopušta promjenu magnetskog toka. Sve to uzrokuje pojavu indukcijske struje.

Indukcijska struja, kao i svaka druga, ima energiju. To znači da se u slučaju indukcijske struje javlja električna energija. Prema zakonu održanja i transformacije energije, navedena energija može nastati samo zbog količine energije neke druge vrste energije. Dakle, Lenzovo pravilo u potpunosti odgovara zakonu održanja i transformacije energije.

Osim indukcije, u zavojnici se može pojaviti i tzv. Njegova suština je sljedeća. Ako se u zavojnici pojavi struja ili se njezina jakost promijeni, tada se pojavljuje promjenjivo magnetsko polje. A ako se mijenja magnetski tok koji prolazi kroz zavojnicu, u njemu se javlja elektromotorna sila, koja se naziva EMF samoindukcije.

Prema Lenzovom pravilu, EMF samoindukcije kada je krug zatvoren ometa jakost struje i ne dopušta joj da se poveća. Kada je EMF krug isključen, samoindukcija smanjuje jakost struje. U slučaju kada jakost struje u zavojnici dosegne određenu vrijednost, magnetsko polje se prestaje mijenjati i EMF samoindukcije postaje nula.

Prva otkrića vezana uz rad elektriciteta započela su u 7. stoljeću pr. Drevni grčki filozof Tales iz Mileta otkrio je da kada se jantar trlja o vunu, može privući lagane predmete. S grčkog "elektricitet" se prevodi kao "jantar". Godine 1820. André-Marie Ampère uspostavio je zakon istosmjerne struje. U budućnosti se veličina struje, odnosno ono u čemu se mjeri električna struja, počela označavati u amperima.

Značenje pojma

Pojam električne struje može se naći u svakom udžbeniku fizike. električna struja- ovo je uređeno kretanje električki nabijenih čestica u smjeru. Da biste jednostavnom laiku razumjeli što je električna struja, trebali biste se služiti rječnikom električara. U njemu pojam označava kretanje elektrona kroz vodič ili iona kroz elektrolit.

Ovisno o kretanju elektrona ili iona unutar vodiča razlikuju se: vrste struja:

• konstantno;
• varijabla;
• isprekidan ili pulsirajući.

Osnovna mjerenja

Jačina električne struje- glavni pokazatelj koji koriste električari u svom radu. Jakost električne struje ovisi o veličini naboja koji teče kroz električni krug u određenom vremenskom razdoblju. Što je više elektrona poteklo od jednog početka izvora do kraja, to će veći biti naboj koji prenose elektroni.

Veličina koja se mjeri omjerom električnog naboja koji teče kroz poprečni presjek čestica u vodiču i vremena koje on prođe. Naboj se mjeri u kulonima, vrijeme se mjeri u sekundama, a jedna jedinica protoka električne energije određena je omjerom naboja i vremena (kulon u sekundi) ili amperima. Određivanje električne struje (njene jakosti) događa se spajanjem dva stezaljka u seriju u električni krug.

Kada električna struja djeluje, kretanje nabijenih čestica odvija se uz pomoć električnog polja i ovisi o jačini kretanja elektrona. Veličina o kojoj ovisi rad električne struje naziva se napon i određena je omjerom rada struje u pojedinom dijelu kruga i naboja koji prolazi kroz isti dio. Jedinica volta mjeri se voltmetrom kada su dvije stezaljke instrumenta spojene paralelno u krug.

Vrijednost električnog otpora izravno ovisi o vrsti vodiča koji se koristi, njegovoj duljini i presjeku. Mjeri se u omima.

Snaga se određuje omjerom rada kretanja struja i vremena kada se taj rad dogodio. Izmjerite snagu u vatima.

Takva fizička veličina kao što je kapacitet određena je omjerom naboja jednog vodiča i potencijalne razlike između istog vodiča i susjednog. Što je manji napon kada vodiči prime električni naboj, to je njihov kapacitet veći. Mjeri se u faradima.

Vrijednost rada električne energije u određenom intervalu lanca nalazi se pomoću umnoška jakosti struje, napona i vremenskog razdoblja u kojem je rad obavljen. Potonji se mjeri u džulima. Određivanje rada električne struje događa se uz pomoć mjerača koji povezuje očitanja svih veličina, naime napona, sile i vremena.

Inženjerstvo električne sigurnosti

Poznavanje pravila električne sigurnosti pomoći će spriječiti hitne slučajeve i zaštititi ljudsko zdravlje i život. Budući da struja teži zagrijavanju vodiča, uvijek postoji mogućnost situacije opasne po zdravlje i život. Za sigurnost doma moraju se pridržavati slijedeći jednostavan ali važna pravila:

1. Mrežna izolacija uvijek mora biti u dobrom radnom stanju kako bi se izbjegla preopterećenja ili mogućnost kratkog spoja.
2. Vlaga ne smije doći na električne uređaje, žice, štitove itd. Također, vlažno okruženje izaziva kratke spojeve.
3. Obavezno napravite uzemljenje za sve električne uređaje.
4. Potrebno je izbjegavati preopterećenje električnog ožičenja, jer postoji opasnost od paljenja žica.

Sigurnosne mjere opreza pri radu s električnom energijom uključuju korištenje gumiranih rukavica, rukavica, tepiha, uređaja za pražnjenje, uređaja za uzemljenje za radna područja, prekidača strujnog kruga ili osigurača s toplinskom i strujnom zaštitom.

Iskusni električari, kada postoji mogućnost strujnog udara, rade jednom rukom, a druga im je u džepu. Stoga se strujni krug ruka-ruka prekida u slučaju nenamjernog kontakta sa štitom ili drugom uzemljenom opremom. U slučaju paljenja opreme priključene na mrežu, požar gasiti isključivo aparatima za gašenje prahom ili ugljičnim dioksidom.

Primjena električne struje

Električna struja ima mnoga svojstva koja joj omogućuju upotrebu u gotovo svim sferama ljudske djelatnosti. Načini korištenja električne struje:

Električna energija je danas ekološki najprihvatljiviji oblik energije. U uvjetima suvremenog gospodarstva razvoj elektroprivrede ima planetarni značaj. U budućnosti, ako bude manjkalo sirovina, električna energija će zauzeti vodeće mjesto kao neiscrpan izvor energije.

Danas je teško zamisliti život bez takvog fenomena kao što je električna energija, a uostalom, čovječanstvo ga je ne tako davno naučilo koristiti za svoje potrebe. Proučavanje suštine i karakteristika ove posebne vrste materije trajalo je nekoliko stoljeća, ali čak i sada je nemoguće sa sigurnošću reći da o njoj znamo apsolutno sve.

Pojam i suština električne struje

Električna struja, kao što je poznato iz školskog tečaja fizike, nije ništa više od uređenog kretanja bilo kojih nabijenih čestica. Kao potonji mogu djelovati i negativno nabijeni elektroni i ioni. Vjeruje se da ovakva materija može nastati samo u tzv. vodičima, ali to nije tako. Stvar je u tome što kada bilo koja tijela dođu u dodir, uvijek nastaje određeni broj suprotno nabijenih čestica koje se mogu početi kretati. U dielektricima je slobodno kretanje istih elektrona vrlo otežano i zahtijeva ogromne vanjske napore, zbog čega kažu da ne provode električnu struju.

Uvjeti za postojanje struje u krugu

Znanstvenici su odavno primijetili da ovaj fizički fenomen ne može nastati i opstati dugo sam od sebe. Uvjeti za postojanje električne struje uključuju nekoliko važnih odredbi. Prvo, ovaj fenomen je nemoguć bez prisutnosti slobodnih elektrona i iona, koji imaju ulogu prijenosnika naboja. Drugo, da bi se te elementarne čestice počele kretati na uredan način, potrebno je stvoriti polje, čija je glavna značajka potencijalna razlika između bilo koje točke električara. Konačno, treće, električna struja ne može postojati dugo vremena samo pod utjecajem Coulombovih sila, jer će se potencijali postupno izjednačiti. Zato su potrebne određene komponente koje su pretvarači raznih vrsta mehaničke i toplinske energije. Zovu se izvori energije.

Pitanje o trenutnim izvorima

Izvori električne struje su posebni uređaji koji stvaraju električno polje. Najvažniji od njih su galvanske ćelije, solarni paneli, generatori, baterije. karakterizira njihova snaga, učinak i trajanje rada.

Struja, napon, otpor

Kao i svaki drugi fizikalni fenomen, električna struja ima niz karakteristika. Najvažniji od njih uključuju njegovu snagu, napon kruga i otpor. Prva od njih je kvantitativna karakteristika naboja koji prolazi kroz presjek određenog vodiča po jedinici vremena. Napon (koji se naziva i elektromotorna sila) nije ništa drugo do veličina potencijalne razlike, zbog koje prolazni naboj obavlja određeni rad. Konačno, otpor je unutarnja karakteristika vodiča, koja pokazuje koliku silu naboj mora potrošiti da bi prošao kroz njega.