Az elektromos áram alapfogalmai. Az elektromos áram definíciója

Amikor az ember megtanult elektromos áramot létrehozni és használni, élete minősége drámaian javult. Ma az elektromosság jelentősége évről évre növekszik. Ahhoz, hogy megtanulja megérteni az elektromossággal kapcsolatos összetettebb kérdéseket, először meg kell értenie, mi az elektromos áram.

Mi az aktuális

Az elektromos áram definíciója a mozgó, pozitív vagy negatív töltésű hordozórészecskék irányított áramlása formájában történő megjelenítése. A töltéshordozók lehetnek:

• fémekben mozgó negatív töltésű elektronok;
• ionok folyadékokban vagy gázokban;
• a félvezetők mozgó elektronjaiból származó pozitív töltésű lyukak.

Hogy mi az áram, azt az elektromos mező jelenléte határozza meg. Enélkül a töltött részecskék irányított áramlása nem jön létre.

Az elektromos áram fogalmamegnyilvánulásainak felsorolása nélkül hiányos lenne:

1. Bármilyen elektromos áramot mágneses tér kísér;
2. A vezetők felmelegednek, ahogy haladnak;
3. Az elektrolitok megváltoztatják a kémiai összetételt.

Vezetők és félvezetők

Elektromos áram csak vezető közegben létezhet, de áramlásának jellege eltérő:

1. A fémes vezetőkben szabad elektronok vannak, amelyek elektromos tér hatására elkezdenek mozogni. A hőmérséklet emelkedésével a vezetők ellenállása is megnő, mivel a hő kaotikusan növeli az atomok mozgását, ami zavarja a szabad elektronokat;
2. Az elektrolitok alkotta folyékony közegben a kialakuló elektromos tér disszociációs folyamatot - kationok és anionok képződését idézi elő, amelyek a töltés előjelétől függően a pozitív és negatív pólusok (elektródák) felé mozdulnak el. Az elektrolit melegítése az ellenállás csökkenéséhez vezet a molekulák aktívabb bomlása miatt;

Fontos! Az elektrolit lehet szilárd, de a benne folyó áram jellege megegyezik a folyadékkal.

1. A gáznemű közeget a mozgásba lépő ionok jelenléte is jellemzi. Plazma képződik. A sugárzásból szabad elektronok is részt vesznek az irányított mozgásban;
2. Amikor vákuumban elektromos áramot hozunk létre, a negatív elektródán felszabaduló elektronok a pozitív felé mozognak;
3. A félvezetőkben szabad elektronok vannak, amelyek megszakítják a kötéseket a melegítés során. A helyükön lyukak vannak, amelyeken plusz jel van. A lyukak és az elektronok képesek irányított mozgást létrehozni.

A nem vezető közeget dielektromosnak nevezzük.

Fontos! Az áram iránya a töltéshordozó részecskék mozgási irányának felel meg pluszjellel.

Az áram típusa

1. Állandó. Az áram és az irány állandó mennyiségi értéke jellemzi;
2. Változó. Idővel időről időre megváltoztatja jellemzőit. A módosítandó paramétertől függően több fajtára oszlik. Túlnyomórészt az áram mennyiségi értéke és iránya egy szinusz mentén változik;
3. Légörvény. Akkor fordul elő, amikor a mágneses fluxus megváltozik. A pólusok közötti mozgás nélkül alakítsunk ki zárt áramköröket. Az örvényáramok intenzív hőtermelést okoznak, ennek következtében a veszteségek növekednek. Az elektromágneses tekercsek magjaiban a szilárd lemez helyett különálló szigetelt lemezek kialakítása korlátozza őket.

Az elektromos áramkör jellemzői

1. Jelenlegi erősség. Ez a töltés mennyiségi mérése, amely a vezetők keresztmetszetén áthalad egy ideiglenes egységbe. A töltéseket coulombban (C) mérjük, az időegység a másodperc. Az áramerősség C / s. A kapott arányt ampernek (A) nevezték, amelyben az áram mennyiségi értékét mérik. A mérőeszköz egy ampermérő, amely sorosan kapcsolódik az elektromos csatlakozások áramköréhez;
2. Erő. A vezetőben lévő elektromos áramnak le kell győznie a közeg ellenállását. A leküzdésére fordított munka egy bizonyos időn belül hatalom lesz. Ebben az esetben a villamos energia átalakítása más típusú energiává - munka történik. A teljesítmény az áram erősségétől, a feszültségtől függ. A termékük határozza meg az aktív teljesítményt. Más idővel megszorozva az energiafogyasztást kapjuk – amit a mérő mutat. A teljesítmény mérhető voltamperben (VA, kVA, mVA) vagy wattban (W, kW, mW);
3. Feszültség. A három legfontosabb jellemző egyike. Az áram áramlásához potenciálkülönbséget kell létrehozni az elektromos csatlakozások zárt körének két pontja között. A feszültséget az elektromos tér által egyetlen töltéshordozó mozgása során előidézett munka jellemzi. A képlet szerint a feszültség mértékegysége J/C, ami egy voltnak (V) felel meg. A mérőeszköz egy voltmérő, párhuzamosan csatlakoztatva;
4. Ellenállás. Jellemzi a vezetők elektromos áram áteresztő képességét. A vezető anyaga, a szakasz hossza és területe határozza meg. A mérés ohmban (Ohm) értendő.

Az elektromos áram törvényei

Az elektromos áramkörök kiszámítása három fő törvény alapján történik:

1. Ohm törvénye. Egy német fizikus kutatta és fogalmazta meg a 19. század elején az egyenáramra, majd váltakozó áramra is alkalmazta. Megállapítja az áram, a feszültség és az ellenállás közötti kapcsolatot. Az Ohm-törvény alapján szinte minden elektromos áramkört kiszámítanak. Az alapképlet: I \u003d U / R, vagy az áramerősség egyenes arányban van a feszültséggel és fordítottan az ellenállással;

1. Faraday törvénye. Elektromágneses indukcióra utal. Az induktív áramok megjelenését a vezetőkben a mágneses fluxus hatása okozza, amely idővel változik az EMF (elektromotoros erő) indukciója miatt egy zárt áramkörben. Az indukált emf modulus voltban mérve arányos a mágneses fluxus változásának sebességével. Az indukció törvényének köszönhetően az áramot termelő generátorok működnek;
2. Joule-Lenz törvény. Ez fontos a vezetők fűtésének kiszámításakor, amelyet fűtési, világítótestek és egyéb elektromos berendezések tervezéséhez és gyártásához használnak. A törvény lehetővé teszi az elektromos áram áthaladása során felszabaduló hőmennyiség meghatározását:

ahol I az átfolyó áram erőssége, R az ellenállás, t az idő.

Elektromos áram a légkörben

A légkörben elektromos tér létezhet, ionizációs folyamatok mennek végbe. Bár előfordulásuk természete nem teljesen világos, különféle magyarázó hipotézisek léteznek. A legnépszerűbb a kondenzátor, mint analóg az elektromosság atmoszférában történő megjelenítésére. Lemezei jelölhetik a földfelszínt és az ionoszférát, amelyek között dielektrikum kering – levegő.

A légköri elektromosság típusai:

1. Zivatarok. Villámok látható izzással és mennydörgésekkel. A villámfeszültség 500 000 A áramerősség mellett eléri a több száz millió voltot;

1. Szent Elmo tüzei. A vezetékek, árbocok körül keletkezett elektromosság koronakisülése;
2. Golyóvillám. Kibocsátás golyó formájában, a levegőben mozog;
3. Sarki fény. A föld ionoszférájának többszínű izzása az űrből behatoló töltött részecskék hatására.

Egy személy az élet minden területén használja az elektromos áram előnyös tulajdonságait:

• világítás;
• jelátvitel: telefon, rádió, televízió, távíró;
• elektromos közlekedés: vonatok, elektromos autók, villamosok, trolibuszok;
• kényelmes mikroklíma megteremtése: fűtés és légkondicionálás;
• Orvosi felszerelés;
• háztartási felhasználás: elektromos készülékek;
• számítógépek és mobil eszközök;
• iparág: szerszámgépek és berendezések;
• elektrolízis: alumínium, cink, magnézium és egyéb anyagok kinyerése.

Áramütés veszélye

Az elektromos árammal való közvetlen érintkezés védőfelszerelés nélkül halálos az emberre. Többféle hatás lehetséges:

• termikus égés;
• a vér és a nyirok elektrolitikus hasadása összetételének megváltozásával;
• görcsös izomösszehúzódások szívfibrillációt válthatnak ki egészen annak teljes leállásáig, megzavarhatják a légzőrendszer működését.

Fontos! Az ember által érzett áram 1 mA értéktől indul, ha az áramérték 25 mA, komoly negatív változások lehetségesek a szervezetben.

Az elektromos áram legfontosabb jellemzője, hogy az ember számára hasznos munkát tud végezni: házat gyújt, ruhát mos és szárít, vacsorát főz, otthont fűt. Jelenleg jelentős helyet foglal el az információtovábbításban való felhasználása, bár ez nem igényel nagy villamosenergia-fogyasztást.

Videó

Tudva, ma már minden épületben elektromos áramot használnak jelenlegi jellemzői az otthoni elektromos hálózatban mindig emlékezni kell arra, hogy életveszélyes.

Az elektromos áram az elektromos töltések (gázokban - ionokban és elektronokban, fémekben - elektronokban) irányított mozgásának hatása elektromos mező hatására.

A pozitív töltések mozgása a mező mentén megegyezik a negatív töltések térrel szembeni mozgásával.

Általában az elektromos töltés irányát tekintjük a pozitív töltés irányának.

• jelenlegi teljesítmény;
• feszültség;
• áramerősség;
• áramellenállás.

Jelenlegi teljesítmény.

Az elektromos áram teljesítménye az áram által végzett munka aránya a munkavégzés időtartamához képest.

Az elektromos áram által az áramkör egy szakaszában kialakuló teljesítmény egyenesen arányos az ebben a szakaszban lévő áram és feszültség nagyságával. Teljesítmény (elektromos-három-che-sky és me-ha-no-che-sky) a-me-rya-et-xia-tól wattban (W).

Jelenlegi teljesítmény nem függ az elektromos-tri-che-edik áram pro-the-ka-niya idejétől az áramkörben, hanem definiálja a-de-la-is-sya-t pro-of-ve-de -ne-ként feszültség az áramerősséghez.

feszültség.

Elektromos feszültség egy olyan érték, amely megmutatja, mennyi munkát végzett egy elektromos mező, amikor egy töltést egyik pontból a másikba mozgat. Ebben az esetben az áramkör különböző részein a feszültség eltérő lesz.

Például: az üres vezeték szakaszán a feszültség nagyon kicsi lesz, és a feszültség a bármely terhelésű szakaszon sokkal nagyobb lesz, és a feszültség nagysága az áram által végzett munka mennyiségétől függ. Mérje meg a feszültséget voltban (1 V). A feszültség meghatározásához van egy képlet: U \u003d A / q, ahol

• U - feszültség,
• A az az áram által végzett munka, amely a q töltést az áramkör egy bizonyos szakaszára mozgatja.

Jelenlegi erősség.

áramerősség a vezető keresztmetszetén átáramló töltött részecskék számát nevezzük.

Definíció szerint áramerősség egyenesen arányos a feszültséggel és fordítottan arányos az ellenállással.

Az elektromos áram erőssége ampermérő nevű műszerrel mérjük. Az elektromos áram mennyiségét (a hordozott töltés mennyiségét) amperben mérik. A változás mértékegységének megjelölési tartományának növelése érdekében vannak olyan többszörös előtagok, mint a mikro-mikroamper (μA), mérföld - milliamper (mA). Más előtagokat nem használnak a mindennapi életben. Például: azt mondják és írják, hogy "tízezer amper", de soha nem mondanak vagy írnak 10 kiloampert. Az ilyen értékeket nem használják a mindennapi életben. Ugyanez mondható el a nanoamperekről is. Általában 1 × 10-9 Ampert mondanak és írnak.

áramellenállás.

elektromos ellenállás fizikai mennyiségnek nevezzük, amely a vezető azon tulajdonságait jellemzi, amelyek megakadályozzák az elektromos áram áthaladását, és megegyezik a vezető végein lévő feszültség és a rajta átfolyó áram erősségének arányával.

A váltakozó áramú áramkörök és a váltakozó elektromágneses terek ellenállását az impedancia és a hullámellenállás jellemzi. áramellenállás(gyakran R vagy r betűvel jelölve) az áram ellenállásának tekintik, bizonyos határokon belül, egy adott vezetőre vonatkozó állandó érték. Alatt elektromos ellenállás megérteni a vezető végein lévő feszültség és a vezetőn átfolyó áram erősségének arányát.

Az elektromos áram vezetőképes közegben történő előfordulásának feltételei:

1) szabad töltésű részecskék jelenléte;

2) ha van elektromos tér (potenciálkülönbség van a vezető két pontja között).

Az elektromos áram vezető anyagra gyakorolt ​​hatásának típusai.

1) kémiai - a vezetők kémiai összetételének változása (főleg elektrolitokban fordul elő);

2) termikus - az anyag felmelegszik, amelyen keresztül az áram folyik (ez a hatás hiányzik a szupravezetőkben);

3) mágneses - mágneses mező megjelenése (minden vezetőben előfordul).

Az áram fő jellemzői.

1. Az áramerősséget I betűvel jelöljük - ez egyenlő a vezetőn t idő alatt áthaladó Q elektromosság mennyiségével.

I=Q/t

Az áramerősséget ampermérő határozza meg.

A feszültséget voltmérő határozza meg.

3. A vezető anyag R ellenállása.

Az ellenállás a következőktől függ:

a) az S vezeték keresztmetszetére, l hosszára és anyagára (a vezető ρ fajlagos ellenállásával jelölve);

R=pl/S

b) t°С (vagy Т) hőmérsékleten: R = R0 (1 + αt),

• ahol R0 a vezető ellenállása 0°C-on,
• α - hőmérsékleti ellenállási együttható;

c) a különféle hatások elérése érdekében a vezetékek párhuzamosan és sorosan is csatlakoztathatók.

Az áramjellemzők táblázata.

Összetett	Egymás utáni	Párhuzamos
Megőrzött érték	I 1 \u003d I 2 \u003d ... \u003d I n I \u003d const	U 1 \u003d U 2 \u003d ... U n U \u003d const
Összérték	feszültség e=Ast/q Az áramforrás elektromotoros erejének (EMF) nevezzük azt az értéket, amely megegyezik azzal a munkával, amelyet a külső erők arra fordítanak, hogy a pozitív töltést a teljes áramkörben, beleértve az áramforrást is, a töltésig mozgassák: e=Ast/q Az elektromos berendezések javítása során ismerni kell az áram jellemzőit.

Mindenekelőtt érdemes megtudni, mi minősül elektromos áramnak. Az elektromos áram a töltött részecskék rendezett mozgása egy vezetőben. Ennek létrejöttéhez először egy elektromos mezőt kell létrehozni, amelynek hatására a fent említett töltött részecskék mozgásba kezdenek.

Az elektromosságról szóló első információ, amely sok évszázaddal ezelőtt jelent meg, a súrlódásból származó elektromos "töltésekre" vonatkozott. Az emberek már az ókorban tudták, hogy a gyapjúra hordott borostyán képes vonzani a könnyű tárgyakat. De csak a 16. század végén Gilbert angol orvos részletesen tanulmányozta ezt a jelenséget, és rájött, hogy sok más anyag is pontosan ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkezik. Elektromosnak nevezte azokat a testeket, amelyek a borostyánhoz hasonlóan képesek voltak dörzsölni a könnyű tárgyakat. Ez a szó a görög elektron - „borostyán” szóból származik. Jelenleg azt mondjuk, hogy az ilyen állapotú testeken elektromos töltések vannak, és magukat a testeket "töltöttnek" nevezik.

Elektromos töltések mindig akkor keletkeznek, amikor különböző anyagok szorosan érintkeznek egymással. Ha a testek szilárdak, akkor szoros érintkezésüket a felületükön előforduló mikroszkopikus kiemelkedések és egyenetlenségek akadályozzák meg. Az ilyen testek összenyomásával és dörzsölésével összehozzuk a felületeiket, amelyek nyomás nélkül csak néhány ponton érintkeznének. Egyes testekben az elektromos töltések szabadon mozoghatnak a különböző részek között, míg másokban ez nem lehetséges. Az első esetben a testeket "vezetőknek", a másodikban "dielektrikumoknak vagy szigetelőknek" nevezik. A vezetők mindegyike fém, sók és savak vizes oldata stb. A szigetelők például a borostyán, kvarc, ebonit és minden gáz, amely normál körülmények között van.

Mindazonáltal meg kell jegyezni, hogy a testek felosztása vezetőkre és dielektrikumokra nagyon önkényes. Minden anyag kisebb-nagyobb mértékben vezeti az elektromosságot. Az elektromos töltések pozitívak vagy negatívak. Ez a fajta áram nem tart sokáig, mert a villamosított test lemerül. Ahhoz, hogy egy vezetőben elektromos áram folytonos létezzen, szükséges az elektromos mező fenntartása. Erre a célra elektromos áramforrásokat használnak. Az elektromos áram keletkezésének legegyszerűbb esete az, amikor a vezeték egyik vége egy villamosított testhez, a másik a földhöz kapcsolódik.

Az izzók és villanymotorok áramellátását biztosító elektromos áramkörök csak az akkumulátorok feltalálása után jelentek meg, amely körülbelül 1800-ra nyúlik vissza. Ezt követően az elektromosság doktrínája olyan gyorsan fejlődött, hogy alig egy évszázad alatt nemcsak a fizika részévé vált, hanem egy új elektromos civilizáció alapját képezte.

Az elektromos áram fő mennyiségei

A villamos energia mennyisége és az áramerősség. Az elektromos áram hatása lehet erős vagy gyenge. Az elektromos áram erőssége attól függ, hogy egy bizonyos időegység alatt mekkora töltés folyik át az áramkörön. Minél több elektron mozog a forrás egyik pólusáról a másikra, annál nagyobb az elektronok által hordozott teljes töltés. Ezt a teljes töltést a vezetőn áthaladó elektromosság mennyiségének nevezzük.

Különösen az elektromos áram kémiai hatása függ az elektromosság mennyiségétől, azaz minél több töltés halad át az elektrolitoldaton, annál több anyag ülepedik a katódon és az anódon. Ebben a tekintetben az elektromosság mennyiségét úgy lehet kiszámítani, hogy lemérjük az elektródán lerakódott anyag tömegét, és ismerjük ennek az anyagnak egy ionjának tömegét és töltését.

Az áramerősség egy olyan mennyiség, amely egyenlő a vezető keresztmetszetén áthaladó elektromos töltés és az áramlási idő arányával. A töltés mértékegysége a coulomb (C), az időt másodpercben (s) mérik. Ebben az esetben az áramerősség mértékegységét C/s-ban fejezzük ki. Ezt a mértékegységet ampernek (A) nevezik. Az áramkörben lévő áramerősség mérésére egy elektromos mérőeszközt, az úgynevezett ampermérőt használnak. Az áramkörbe való beillesztéshez az ampermérő két kivezetéssel van felszerelve. Sorosan szerepel az áramkörben.

elektromos feszültség. Azt már tudjuk, hogy az elektromos áram töltött részecskék - elektronok - rendezett mozgása. Ez a mozgás egy elektromos mező segítségével jön létre, amely bizonyos mennyiségű munkát végez. Ezt a jelenséget elektromos áram munkájának nevezik. Ahhoz, hogy 1 másodperc alatt több töltést tudjon mozgatni egy elektromos áramkörön, az elektromos mezőnek több munkát kell végeznie. Ennek alapján kiderül, hogy az elektromos áram működésének az áram erősségétől kell függnie. De van egy másik érték, amelytől az áram munkája függ. Ezt az értéket feszültségnek nevezzük.

A feszültség az elektromos áramkör egy bizonyos szakaszában lévő áram és az áramkör ugyanazon szakaszán átfolyó töltés aránya. Az aktuális munkát joule-ban (J), a töltést medálban (C) mérjük. Ebben a tekintetben a feszültség mértékegysége 1 J/C lesz. Ezt az egységet voltnak (V) nevezik.

Ahhoz, hogy egy elektromos áramkörben feszültség jelenjen meg, áramforrásra van szükség. Szakadt áramkörben csak az áramforrás kapcsain van feszültség. Ha ez az áramforrás benne van az áramkörben, akkor az áramkör bizonyos szakaszaiban feszültség is megjelenik. Ebben a tekintetben áram is lesz az áramkörben. Vagyis röviden a következőket mondhatjuk: ha nincs feszültség az áramkörben, akkor nincs áram. A feszültség mérésére egy voltmérőnek nevezett elektromos mérőeszközt használnak. Megjelenésében a korábban említett ampermérőre hasonlít, azzal a különbséggel, hogy a voltmérő skáláján a V betű található (az ampermérőn A helyett). A voltmérőnek két kivezetése van, amelyek segítségével párhuzamosan csatlakozik az elektromos áramkörhöz.

Elektromos ellenállás. Miután mindenféle vezetéket és ampermérőt csatlakoztatott egy elektromos áramkörhöz, észreveheti, hogy különböző vezetők használatakor az ampermérő eltérő leolvasást ad, vagyis ebben az esetben az elektromos áramkörben elérhető áramerősség eltérő. Ez a jelenség azzal magyarázható, hogy a különböző vezetők eltérő elektromos ellenállással rendelkeznek, ami fizikai mennyiség. A német fizikus tiszteletére Ohm nevet kapta. A fizikában általában nagyobb mértékegységeket használnak: kiloohm, megaohm stb. A vezető ellenállását általában R betűvel jelöljük, a vezeték hosszát L, a keresztmetszeti területet S. Ebben az esetben az ellenállás lehet képletként írva:

R = R*L/S

ahol a p együtthatót ellenállásnak nevezzük. Ez az együttható egy 1 m hosszú, 1 m2 keresztmetszetű vezeték ellenállását fejezi ki. Az ellenállást Ohm x m-ben fejezzük ki. Mivel a vezetékek általában meglehetősen kis keresztmetszetűek, területüket általában négyzetmilliméterben adják meg. Ebben az esetben az ellenállás mértékegysége Ohm x mm2/m lesz. Az alábbi táblázatban. Az 1. ábra egyes anyagok fajlagos ellenállását mutatja.

1. táblázat Egyes anyagok elektromos ellenállása
Anyag	p, Ohm x m2/m	Anyag	p, Ohm x m2/m
Réz	0,017	Platina irídium ötvözet	0,25
Arany	0,024	Grafit	13
Sárgaréz	0,071	Szén	40
Ón	0,12	Porcelán	1019
Vezet	0,21	Ebonit	1020
Fém vagy ötvözet
Ezüst	0,016	Manganin (ötvözet)	0,43
Alumínium	0,028	Constantan (ötvözet)	0,50
Volfrám	0,055	Higany	0,96
Vas	0,1	Nikróm (ötvözet)	1,1
Nikkel (ötvözet)	0,40	Fechral (ötvözet)	1,3
		Chromel (ötvözet)	1,5

táblázat szerint. 1, világossá válik, hogy a réznek a legkisebb az elektromos ellenállása, és a fémötvözetnek a legnagyobb. Ezenkívül a dielektrikumok (szigetelők) nagy ellenállással rendelkeznek.

Elektromos kapacitás. Azt már tudjuk, hogy két egymástól elszigetelt vezető képes elektromos töltéseket felhalmozni. Ezt a jelenséget egy fizikai mennyiség jellemzi, amelyet elektromos kapacitásnak neveznek. Két vezető elektromos kapacitása nem más, mint az egyik vezető töltésének az e vezető és a szomszédos vezető közötti potenciálkülönbség aránya. Minél kisebb a feszültség, amikor a vezetők töltést kapnak, annál nagyobb a kapacitásuk. A farad (F) az elektromos kapacitás mértékegysége. A gyakorlatban ennek az egységnek a frakcióit használják: mikrofarádot (µF) és pikofarádot (pF).

Ha vesz két egymástól elszigetelt vezetéket, és helyezze őket kis távolságra egymástól, akkor kap egy kondenzátort. A kondenzátor kapacitása a lemezeinek vastagságától és a dielektrikum vastagságától és áteresztőképességétől függ. A kondenzátor lemezei közötti dielektrikum vastagságának csökkentésével ez utóbbi kapacitása nagymértékben növelhető. Minden kondenzátoron a kapacitáson kívül fel kell tüntetni azt a feszültséget, amelyre ezeket az eszközöket tervezték.

Az elektromos áram munkája és teljesítménye. A fentiekből kitűnik, hogy az elektromos áram bizonyos mennyiségű munkát végez. A villanymotorok csatlakoztatásakor az elektromos áram mindenféle berendezést működésbe hoz, vonatokat mozgat a sínek mentén, megvilágítja az utcákat, fűti a lakást, emellett kémiai hatást vált ki, vagyis lehetővé teszi az elektrolízist stb. az áramerősség munkája az áramkör egy bizonyos szakaszában megegyezik a termék áramával, feszültségével és időtartamával, amely alatt a munkát elvégezték. A munkát joule-ban, a feszültséget voltban, az áramerősséget amperben és az időt másodpercben mérik. Ebben a tekintetben 1 J = 1V x 1A x 1s. Ebből kiderül, hogy az elektromos áram működésének méréséhez három eszközt kell egyszerre használni: ampermérőt, voltmérőt és órát. De ez nehézkes és nem hatékony. Ezért általában az elektromos áram munkáját elektromos mérőkkel mérik. Ennek az eszköznek az eszköze a fenti eszközök mindegyikét tartalmazza.

Az elektromos áram teljesítménye megegyezik az áram munkájának és a végrehajtás időtartamának arányával. A teljesítményt "P" betű jelöli, és wattban (W) fejezik ki. A gyakorlatban kilowatt, megawatt, hektawatt stb. használnak. Az áramkör teljesítményének méréséhez wattmérőt kell venni. Az elektromos munkát kilowattórában (kWh) fejezzük ki.

Az elektromos áram alaptörvényei

Ohm törvénye. A feszültséget és az áramerősséget az elektromos áramkörök legkényelmesebb jellemzőinek tekintik. A villamos energia felhasználásának egyik fő jellemzője az energia gyors szállítása egyik helyről a másikra, és a kívánt formában történő továbbítása a fogyasztóhoz. A potenciálkülönbség és az áramerősség szorzata adja a teljesítményt, vagyis az egységnyi idő alatt az áramkörben leadott energia mennyiségét. Mint fentebb említettük, egy elektromos áramkör teljesítményének méréséhez 3 eszközre van szükség. Meg lehet csinálni egyet, és kiszámítani a teljesítményt a leolvasásokból és az áramkör bizonyos jellemzőiből, például az ellenállásából? Sokaknak tetszett ez az ötlet, gyümölcsözőnek tartották.

Tehát mekkora a vezeték vagy az áramkör egészének ellenállása? Van-e egy vezetéknek, mint a vízvezetékeknek vagy a vákuumrendszer csöveinek, állandó tulajdonsága, amelyet ellenállásnak nevezhetünk? Például a csövekben az áramlást létrehozó nyomáskülönbség hányadosa osztva az áramlási sebességgel, általában a cső állandó jellemzője. Ugyanígy a huzalban lévő hőáram egy egyszerű összefüggésnek van kitéve, amely magában foglalja a hőmérséklet-különbséget, a vezeték keresztmetszeti területét és hosszát. Az elektromos áramkörök ilyen kapcsolatának felfedezése egy sikeres keresés eredménye volt.

Az 1820-as években Georg Ohm német tanár volt az első, aki elkezdte keresni a fenti arányt. Mindenekelőtt hírnévre és hírnévre törekedett, amely lehetővé tette számára, hogy az egyetemen tanítson. Ez volt az egyetlen oka annak, hogy olyan tanulmányi területet választott, amely különleges előnyöket kínál.

Om egy lakatos fia volt, így tudta, hogyan kell különböző vastagságú fémhuzalt húzni, amire a kísérletekhez szüksége volt. Mivel akkoriban lehetetlen volt megfelelő vezetéket vásárolni, Om saját kezűleg készítette el. A kísérletek során különböző hosszúságokat, különböző vastagságokat, különböző fémeket, sőt különböző hőmérsékleteket is kipróbált. Mindezek a tényezők felváltva változtak. Ohm idejében az akkumulátorok még gyengék voltak, és változó nagyságú áramot adtak. Ezzel kapcsolatban a kutató hőelemet használt generátorként, amelynek forró csomópontját lángba helyezték. Ezenkívül nyers mágneses ampermérőt használt, és a hőmérséklet vagy a termikus csomópontok számának változtatásával mérte a potenciálkülönbségeket (Ohm "feszültségnek" nevezte őket).

Az elektromos áramkörök doktrínája éppen most kapta meg a fejlődését. Az akkumulátorok 1800 körüli feltalálása után sokkal gyorsabban kezdett fejlődni. Különféle eszközöket terveztek és gyártottak (sokszor kézzel), új törvényeket fedeztek fel, fogalmak, kifejezések jelentek meg stb. Mindez az elektromos jelenségek és tényezők mélyebb megértéséhez vezetett.

Az elektromossággal kapcsolatos ismeretek felfrissítése egyrészt a fizika új területének megjelenését idézte elő, másrészt az elektrotechnika, azaz az akkumulátorok, generátorok, világítási és elektromos meghajtású tápegységek gyors fejlődésének alapja volt. , elektromos kemencéket, villanymotorokat stb. találtak fel , egyéb.

Ohm felfedezései nagy jelentőséggel bírtak mind az elektromosság elméletének, mind az alkalmazott elektrotechnika fejlődésének szempontjából. Könnyűvé tették az elektromos áramkörök tulajdonságainak előrejelzését egyenáramra, majd később váltóáramra. 1826-ban Ohm kiadott egy könyvet, amelyben felvázolta az elméleti következtetéseket és a kísérleti eredményeket. De reményei nem igazolódtak, a könyvet nevetségessé vált. Ez azért történt, mert a durva kísérletezés módszere kevéssé tűnt vonzónak egy olyan korszakban, amikor sokan rajongtak a filozófiáért.

Omunak nem volt más választása, mint elhagyni tanári pozícióját. Ugyanezen okból nem kapott kinevezést az egyetemre. A tudós 6 évig szegénységben élt, a jövőbe vetett bizalom nélkül, keserű csalódás érzését tapasztalva.

De fokozatosan művei először Németországon kívül szereztek hírnevet. Om-ot külföldön tisztelték, kutatásait felhasználták. E tekintetben a honfitársak kénytelenek voltak felismerni őt hazájukban. 1849-ben a müncheni egyetemen kapott tanári címet.

Ohm felfedezett egy egyszerű törvényt, amely összefüggést hoz létre az áram és a feszültség között egy vezetékdarabra (az áramkör egy részére, a teljes áramkörre). Ezenkívül olyan szabályokat alkotott, amelyek lehetővé teszik annak meghatározását, hogy mi fog változni, ha más méretű vezetéket vesz. Ohm törvénye a következőképpen fogalmazódik meg: az áramerősség az áramkör egy szakaszában egyenesen arányos az ebben a szakaszban lévő feszültséggel, és fordítottan arányos a szakasz ellenállásával.

Joule-Lenz törvény. Az elektromos áram az áramkör bármely részében bizonyos munkát végez. Például vegyünk egy olyan szakaszt az áramkörből, amelynek végei között feszültség (U) van. Az elektromos feszültség definíciója szerint a töltésegység két pont közötti mozgatásakor végzett munka egyenlő U-val. Ha az áramkör adott szakaszában az áramerősség i, akkor a töltés t idő alatt halad át, és ezért az elektromos áram munkája ebben a szakaszban a következő lesz:

A = Uit

Ez a kifejezés minden esetben érvényes egyenáramra, az áramkör bármely szakaszára, amely tartalmazhat vezetőket, villanymotorokat stb. Az áramteljesítmény, azaz az egységnyi idő alatti munka egyenlő:

P \u003d A / t \u003d Ui

Ezt a képletet használják az SI rendszerben a feszültség mértékegységének meghatározására.

Tegyük fel, hogy az áramkör szakasza rögzített vezető. Ebben az esetben az összes munka hővé válik, amely ebben a vezetőben szabadul fel. Ha a vezető homogén és engedelmeskedik Ohm törvényének (ez minden fémre és elektrolitra vonatkozik), akkor:

U=ir

ahol r a vezető ellenállása. Ebben az esetben:

A = rt2i

Ezt a törvényt először E. Lenz és tőle függetlenül Joule vezette le tapasztalati úton.

Meg kell jegyezni, hogy a vezetők fűtése számos alkalmazási területet talál a mérnöki területen. Közülük a leggyakoribb és legfontosabb az izzólámpák.

Az elektromágneses indukció törvénye. A 19. század első felében M. Faraday angol fizikus felfedezte a mágneses indukció jelenségét. Ez a tény, amely sok kutató tulajdonába került, erőteljes lendületet adott az elektro- és rádiótechnika fejlődésének.

A kísérletek során Faraday rájött, hogy amikor a zárt hurok által határolt felületen áthatoló mágneses indukciós vonalak száma megváltozik, abban elektromos áram keletkezik. Ez az alapja a fizika talán legfontosabb törvényének - az elektromágneses indukció törvényének. Az áramkörben fellépő áramot induktívnak nevezzük. Tekintettel arra, hogy az áramkörben csak szabad töltésekre ható külső erők esetén lép fel az elektromos áram, majd a zárt áramkör felületén áthaladó változó mágneses fluxusnál ugyanazok a külső erők jelennek meg benne. A külső erők hatását a fizikában elektromotoros erőnek vagy indukciós EMF-nek nevezik.

Az elektromágneses indukció a nyitott vezetőkben is megjelenik. Abban az esetben, ha a vezető keresztezi a mágneses erővonalakat, feszültség jelenik meg a végein. Az ilyen feszültség megjelenésének oka az indukciós EMF. Ha a zárt áramkörön áthaladó mágneses fluxus nem változik, az induktív áram nem jelenik meg.

Az „indukció EMF” fogalmát használva beszélhetünk az elektromágneses indukció törvényéről, vagyis az indukció EMF-je zárt hurokban abszolút értékben egyenlő a mágneses fluxus változásának sebességével a kör által határolt felületen keresztül. hurok.

Lenz szabálya. Mint már tudjuk, a vezetőben induktív áram lép fel. Megjelenésének körülményeitől függően eltérő irányt mutat. Ebből az alkalomból Lenz orosz fizikus a következő szabályt fogalmazta meg: a zárt áramkörben fellépő indukciós áram mindig olyan irányú, hogy az általa létrehozott mágneses tér nem engedi a mágneses fluxus változását. Mindez indukciós áram megjelenését okozza.

Az indukciós áramnak, mint minden másnak, van energiája. Ez azt jelenti, hogy indukciós áram esetén elektromos energia jelenik meg. Az energia megmaradásának és átalakulásának törvénye szerint a fent említett energia csak valamilyen más típusú energia energiamennyisége miatt keletkezhet. Így Lenz szabálya teljes mértékben megfelel az energia megmaradásának és átalakulásának törvényének.

A tekercsben az indukció mellett megjelenhet az úgynevezett önindukció. Ennek lényege a következő. Ha áram jelenik meg a tekercsben, vagy annak erőssége megváltozik, akkor változó mágneses tér jelenik meg. És ha a tekercsen áthaladó mágneses fluxus megváltozik, akkor elektromotoros erő keletkezik benne, amelyet az önindukció EMF-jének neveznek.

Lenz szabálya szerint az önindukció EMF-je zárt áramkör esetén zavarja az áramerősséget, és nem engedi megnövekedni. Amikor az EMF áramkör ki van kapcsolva, az önindukció csökkenti az áramerősséget. Abban az esetben, ha a tekercsben az áramerősség elér egy bizonyos értéket, a mágneses mező változása leáll, és az önindukciós EMF nullává válik.

Az elektromosság munkájával kapcsolatos első felfedezések a Kr.e. 7. században kezdődtek. Az ókori görög filozófus, a milétusi Thalész felfedte, hogy ha a borostyánt a gyapjúhoz dörzsölik, az képes vonzani a könnyű tárgyakat. Görögül az "elektromosságot" "borostyánnak" fordítják. 1820-ban André-Marie Ampère megalkotta az egyenáram törvényét. A jövőben az áram nagyságát, vagy azt, hogy miben mérik az elektromos áramot, amperben kezdték jelölni.

A kifejezés jelentése

Az elektromos áram fogalma bármely fizika tankönyvben megtalálható. elektromos áram- ez elektromosan töltött részecskék rendezett mozgása egy irányba. Ahhoz, hogy egy egyszerű laikus megértse, mi az elektromos áram, használja a villanyszerelő szótárát. Ebben a kifejezés az elektronok vezetőn vagy az ionok elektroliton keresztüli mozgását jelenti.

Az elektronok vagy ionok vezetéken belüli mozgásától függően a következőket különböztetjük meg: áram típusok:

• állandó;
• változó;
• szakaszos vagy pulzáló.

Alapvető mérések

Az elektromos áram erőssége- a villanyszerelők által munkájuk során használt fő mutató. Az elektromos áram erőssége a töltés nagyságától függ, amely meghatározott ideig áramlik az elektromos áramkörön. Minél több elektron áramlik a forrás egyik elejétől a végéig, annál nagyobb lesz az elektronok által átvitt töltés.

Olyan mennyiség, amelyet a vezetőben lévő részecskék keresztmetszetén átáramló elektromos töltés és az elhaladási idő arányaként mérnek. A töltést coulombban, az időt másodpercben mérik, az elektromos áram erősségének egy egységét pedig a töltés és az idő aránya (coulomb a másodperc) vagy amperben határozza meg. Az elektromos áram (erősségének) meghatározása úgy történik, hogy két kivezetést sorba kapcsolunk az elektromos áramkörbe.

Amikor az elektromos áram működik, a töltött részecskék mozgása elektromos mező segítségével történik, és az elektronok mozgásának erősségétől függ. Azt az értéket, amelytől az elektromos áram munkája függ, feszültségnek nevezzük, és az áramkör egy adott részében lévő áram és az ugyanazon a részen áthaladó töltés aránya határozza meg. A volt mértékegység mérése egy voltmérővel történik, ha a műszer két kivezetése párhuzamosan csatlakozik az áramkörhöz.

Az elektromos ellenállás értéke közvetlenül függ a használt vezeték típusától, hosszától és keresztmetszetétől. Ohmban mérik.

A teljesítményt az árammozgások munkájának aránya határozza meg a munka bekövetkezésének időpontjához képest. Mérje meg a teljesítményt wattban.

Az ilyen fizikai mennyiséget, mint a kapacitást, az egyik vezető töltésének és az ugyanazon vezető és a szomszédos vezető közötti potenciálkülönbség aránya határozza meg. Minél kisebb a feszültség, amikor a vezetők elektromos töltést kapnak, annál nagyobb a kapacitásuk. Faradban mérik.

A lánc egy bizonyos szakaszában az elektromosság munkájának értékét az áramerősség, a feszültség és a munkavégzés időtartamának szorzata alapján határozzuk meg. Ez utóbbit joule-ban mérik. Az elektromos áram működésének meghatározása egy mérőműszer segítségével történik, amely összeköti az összes mennyiség leolvasását, nevezetesen a feszültséget, az erőt és az időt.

Elektromos biztonságtechnika

Az elektromos biztonsági szabályok ismerete segít megelőzni a vészhelyzeteket, valamint megvédeni az emberi egészséget és életet. Mivel az elektromosság hajlamos felmelegíteni a vezetőt, mindig fennáll az egészségre és életre veszélyes helyzet lehetősége. Az otthon biztonsága érdekében be kell tartania következő egyszerű, de fontos szabályok:

1. A túlterhelések és a rövidzárlatok elkerülése érdekében a hálózat szigetelésének mindig jó állapotban kell lennie.
2. Nedvesség ne kerüljön elektromos készülékekre, vezetékekre, pajzsokra stb. A párás környezet rövidzárlatot is okozhat.
3. Ügyeljen arra, hogy minden elektromos készüléket földeljen.
4. Kerülni kell az elektromos vezetékek túlterhelését, mivel fennáll a vezetékek gyulladásának veszélye.

Az elektromossággal végzett munka során a biztonsági óvintézkedések közé tartozik gumikesztyű, ujjatlan, szőnyeg, kisütőberendezés, munkaterület földelő berendezés, megszakító vagy hő- és áramvédelemmel ellátott biztosíték használata.

A tapasztalt villanyszerelők, ha fennáll az áramütés lehetősége, egyik kezükkel dolgoznak, a másik a zsebükben van. Így a kézi áramkör megszakad az árnyékolással vagy más földelt berendezéssel való akaratlan érintkezés esetén. A hálózatra csatlakoztatott berendezések kigyulladása esetén a tüzet kizárólag porral vagy széndioxiddal oltó készülékekkel szabad oltani.

Elektromos áram alkalmazása

Az elektromos áramnak számos olyan tulajdonsága van, amelyek lehetővé teszik az emberi tevékenység szinte minden területén történő felhasználását. Az elektromos áram használatának módjai:

A villamos energia ma a legkörnyezetbarátabb energiaforma. A modern gazdaság körülményei között a villamosenergia-ipar fejlesztése planetáris jelentőségű. A jövőben nyersanyaghiány esetén a villamos energia, mint kimeríthetetlen energiaforrás vezető pozícióba kerül.

Ma már nehéz elképzelni az életet olyan jelenség nélkül, mint az elektromosság, és végül is az emberiség nem is olyan régen megtanulta saját céljaira használni. Ennek a különleges anyagtípusnak a lényegének és jellemzőinek tanulmányozása több évszázadot vett igénybe, de még most sem lehet biztosan kijelenteni, hogy abszolút mindent tudunk róla.

Az elektromos áram fogalma és lényege

Az elektromos áram, amint az az iskolai fizikatanfolyamból ismeretes, nem más, mint bármely töltött részecskék rendezett mozgása. Utóbbiként a negatív töltésű elektronok és az ionok egyaránt működhetnek. Úgy gondolják, hogy ez a fajta anyag csak az úgynevezett vezetőkben keletkezhet, de ez korántsem így van. A helyzet az, hogy amikor bármilyen test érintkezik, mindig felbukkan bizonyos számú ellentétes töltésű részecske, amely elkezdhet mozogni. A dielektrikumban ugyanazon elektronok szabad mozgása nagyon nehéz és hatalmas külső erőfeszítéseket igényel, ezért mondják, hogy nem vezetnek elektromos áramot.

Az áramkörben az áram létezésének feltételei

A tudósok már régóta észrevették, hogy ez a fizikai jelenség önmagában nem keletkezhet és hosszú ideig fennmaradhat. Az elektromos áram létezésének feltételei számos fontos rendelkezést tartalmaznak. Először is, ez a jelenség lehetetlen szabad elektronok és ionok jelenléte nélkül, amelyek a töltésadó szerepét töltik be. Másodszor, ahhoz, hogy ezek az elemi részecskék rendezett módon elkezdjenek mozogni, létre kell hozni egy mezőt, amelynek fő jellemzője a villanyszerelő bármely pontja közötti potenciálkülönbség. Végül, harmadszor, elektromos áram nem létezhet hosszú ideig csak Coulomb-erők hatására, mivel a potenciálok fokozatosan kiegyenlítődnek. Ezért van szükség bizonyos alkatrészekre, amelyek különféle típusú mechanikai és hőenergia átalakítói. Ezeket áramforrásoknak nevezik.

Kérdés az aktuális forrásokról

Az elektromos áramforrások olyan speciális eszközök, amelyek elektromos mezőt generálnak. Ezek közül a legfontosabbak a galvánelemek, napelemek, generátorok, akkumulátorok. erejük, teljesítményük és munkaidőjük jellemzi.

Áram, feszültség, ellenállás

Mint minden más fizikai jelenségnek, az elektromos áramnak is számos jellemzője van. Ezek közül a legfontosabbak az erőssége, az áramköri feszültség és az ellenállás. Az első egy adott vezető keresztmetszetén egységnyi idő alatt áthaladó töltés mennyiségi jellemzője. A feszültség (más néven elektromotoros erő) nem más, mint a potenciálkülönbség nagysága, amely miatt az áthaladó töltés bizonyos munkát végez. Végül az ellenállás a vezető belső jellemzője, amely megmutatja, mekkora erőt kell kifejtenie egy töltésnek, hogy áthaladjon rajta.