Concetti base della corrente elettrica. Determinazione della corrente elettrica

Quando una persona ha imparato a creare e utilizzare la corrente elettrica, la sua qualità della vita è aumentata notevolmente. Ora l'importanza dell'elettricità continua ad aumentare ogni anno. Per imparare a comprendere questioni più complesse legate all'elettricità, devi prima capire cos'è la corrente elettrica.

Ciò che è attuale

La definizione di corrente elettrica è la sua rappresentazione sotto forma di un flusso diretto di particelle portatrici in movimento, caricate positivamente o negativamente. I portatori di carica possono essere:

• elettroni carichi di segno meno che si muovono nei metalli;
• ioni in liquidi o gas;
• buchi carichi positivamente da elettroni in movimento nei semiconduttori.

La corrente è determinata anche dalla presenza di un campo elettrico. Senza di esso, non si verificherà un flusso diretto di particelle cariche.

Il concetto di corrente elettricaSarebbe incompleto senza elencarne le manifestazioni:

1. Qualsiasi corrente elettrica è accompagnata da un campo magnetico;
2. I conduttori si riscaldano al suo passaggio;
3. Gli elettroliti modificano la composizione chimica.

Conduttori e semiconduttori

La corrente elettrica può esistere solo in un mezzo conduttore, ma la natura del suo flusso è diversa:

1. I conduttori metallici contengono elettroni liberi che iniziano a muoversi sotto l'influenza di un campo elettrico. Quando la temperatura aumenta, aumenta anche la resistenza dei conduttori, poiché il calore aumenta il movimento degli atomi in un ordine caotico, che interferisce con gli elettroni liberi;
2. In un mezzo liquido formato da elettroliti, il campo elettrico risultante provoca un processo di dissociazione - la formazione di cationi e anioni, che si muovono verso i poli positivo e negativo (elettrodi) a seconda del segno della carica. Il riscaldamento dell'elettrolita porta ad una diminuzione della resistenza dovuta alla decomposizione più attiva delle molecole;

Importante! L'elettrolita può essere solido, ma la natura del flusso di corrente al suo interno è identica a quella liquida.

1. Il mezzo gassoso è caratterizzato anche dalla presenza di ioni che si mettono in movimento. Si forma il plasma. La radiazione produce anche elettroni liberi che partecipano al movimento diretto;
2. Quando si crea una corrente elettrica nel vuoto, gli elettroni rilasciati sull'elettrodo negativo si spostano verso l'elettrodo positivo;
3. Nei semiconduttori ci sono elettroni liberi che rompono i legami quando riscaldati. Al loro posto rimangono dei buchi con una carica con un segno "più". Le lacune e gli elettroni sono in grado di creare movimento diretto.

I mezzi non conduttori sono detti dielettrici.

Importante! La direzione della corrente corrisponde alla direzione del movimento delle particelle portatrici di carica con un segno più.

Tipo di corrente

1. Costante. È caratterizzato da un valore quantitativo costante della corrente e della direzione;
2. Variabile. Nel tempo cambia periodicamente le sue caratteristiche. È diviso in diverse varietà, a seconda del parametro da modificare. Principalmente lungo una sinusoide variano il valore quantitativo della corrente e la sua direzione;
3. Correnti parassite. Si verificano quando il flusso magnetico subisce cambiamenti. Formano circuiti chiusi senza spostarsi tra i poli. Le correnti parassite causano un'intensa generazione di calore e, di conseguenza, le perdite aumentano. Nei nuclei delle bobine elettromagnetiche, essi sono limitati utilizzando un design di piastre isolate individuali anziché solide.

Caratteristiche elettriche

1. Forza attuale. Questa è una misurazione quantitativa della carica che passa per unità di tempo attraverso una sezione trasversale di conduttori. Le cariche sono misurate in coulomb (C), l'unità di tempo è il secondo. La forza attuale è C/s. Il rapporto risultante è stato chiamato ampere (A), che misura il valore quantitativo della corrente. Lo strumento di misura è un amperometro, collegato in serie al circuito di collegamento elettrico;
2. Energia. La corrente elettrica nel conduttore deve superare la resistenza del mezzo. Il lavoro speso per superarlo in un certo periodo di tempo sarà potenza. In questo caso, l'elettricità viene convertita in altri tipi di energia: il lavoro viene svolto. La potenza dipende dalla corrente e dalla tensione. Il loro prodotto determinerà la potenza attiva. Moltiplicato per il tempo si ottiene il consumo di energia, ciò che mostra il contatore. La potenza può essere misurata in volt-ampere (VA, kVA, mVA) o in watt (W, kW, mW);
3. Voltaggio. Una delle tre caratteristiche più importanti. Affinché la corrente possa circolare, è necessario creare una differenza di potenziale tra due punti in un circuito chiuso di collegamenti elettrici. La tensione è caratterizzata dal lavoro compiuto da un campo elettrico quando si muove un singolo portatore di carica. Secondo la formula, l'unità di tensione è J/C, che corrisponde a un volt (V). Lo strumento di misura è un voltmetro, collegato in parallelo;
4. Resistenza. Caratterizza la capacità dei conduttori di far passare la corrente elettrica. È determinato dal materiale del conduttore, dalla lunghezza e dall'area della sua sezione. La misura è in ohm (Ohm).

Leggi per la corrente elettrica

I circuiti elettrici vengono calcolati utilizzando tre leggi principali:

1. Legge di Ohm. Fu studiato e formulato da un fisico tedesco all'inizio del XIX secolo per la corrente continua, poi fu applicato anche alla corrente alternata. Stabilisce la relazione tra corrente, tensione e resistenza. Sulla base della legge di Ohm, viene calcolato quasi ogni circuito elettrico. Formula base: I = U/R, ovvero la corrente è direttamente proporzionale alla tensione e inversamente proporzionale alla resistenza;

1. La legge di Faraday. Si riferisce all'induzione elettromagnetica. La comparsa di correnti induttive nei conduttori è causata dall'influenza di un flusso magnetico che cambia nel tempo a causa dell'induzione di EMF (forza elettromotrice) in un circuito chiuso. L'entità della fem indotta, misurata in volt, è proporzionale alla velocità con cui cambia il flusso magnetico. Grazie alla legge dell'induzione i generatori producono energia elettrica;
2. Legge di Joule-Lenz. È importante nel calcolo del riscaldamento dei conduttori, che viene utilizzato per la progettazione e la produzione di dispositivi di riscaldamento, illuminazione e altre apparecchiature elettriche. La legge ci consente di determinare la quantità di calore rilasciata durante il passaggio della corrente elettrica:

dove I è la forza della corrente che scorre, R è la resistenza, t è il tempo.

Elettricità nell'atmosfera

Nell'atmosfera può esistere un campo elettrico e si verificano processi di ionizzazione. Sebbene la natura della loro comparsa non sia del tutto chiara, esistono varie ipotesi esplicative. Il più popolare è un condensatore, come analogo per rappresentare l'elettricità nell'atmosfera. Le sue placche possono essere utilizzate per rappresentare la superficie terrestre e la ionosfera, tra le quali circola un dielettrico, l'aria.

Tipi di elettricità atmosferica:

1. Scariche di fulmini. Fulmini con un bagliore visibile e rintocchi fragorosi. La tensione del fulmine raggiunge centinaia di milioni di volt con una corrente di 500.000 A;

1. Fuoco di Sant'Elmo. Scarica a corona di elettricità formata attorno a cavi, pali;
2. Fulmine globulare. Uno scarico a forma di palla che si muove nell'aria;
3. Luci polari. Bagliore multicolore della ionosfera terrestre sotto l'influenza di particelle cariche che penetrano dallo spazio.

Gli esseri umani sfruttano le proprietà benefiche della corrente elettrica in tutti gli ambiti della vita:

• illuminazione;
• trasmissione del segnale: telefono, radio, televisione, telegrafo;
• trasporti elettrici: treni, auto elettriche, tram, filobus;
• creare un microclima confortevole: riscaldamento e aria condizionata;
• Attrezzature mediche;
• uso domestico: elettrodomestici;
• computer e dispositivi mobili;
• industria: macchine utensili e attrezzature;
• elettrolisi: ottenimento di alluminio, zinco, magnesio e altre sostanze.

Pericolo elettrico

Il contatto diretto con la corrente elettrica senza dispositivi di protezione è mortale per l'uomo. Sono possibili diversi tipi di influenze:

• ustione termica;
• scissione elettrolitica del sangue e della linfa con un cambiamento nella sua composizione;
• le contrazioni muscolari convulsive possono provocare la fibrillazione cardiaca fino all'arresto completo e interrompere il funzionamento del sistema respiratorio.

Importante! La corrente percepita da una persona inizia con un valore di 1 mA; se il valore corrente è di 25 mA, sono possibili gravi cambiamenti negativi nel corpo.

La caratteristica più importante della corrente elettrica è che può svolgere lavori utili all'uomo: illuminare una casa, lavare e asciugare i vestiti, cucinare la cena, riscaldare una casa. Al giorno d'oggi, il suo utilizzo nella trasmissione delle informazioni occupa un posto significativo, sebbene ciò non richieda un grande consumo di energia.

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La corrente elettrica è ormai utilizzata in ogni edificio, sapendolo caratteristiche attuali nella rete elettrica di casa, bisogna sempre ricordare che è pericolosa per la vita.

La corrente elettrica è l'effetto del movimento direzionale delle cariche elettriche (nei gas - ioni ed elettroni, nei metalli - elettroni), sotto l'influenza di un campo elettrico.

Il movimento delle cariche positive lungo il campo equivale al movimento delle cariche negative contro il campo.

Di solito si considera che la direzione della carica elettrica sia la direzione della carica positiva.

• potenza attuale;
• voltaggio;
• forza attuale;
• resistenza attuale.

Potenza attuale.

Potenza della corrente elettricaè chiamato il rapporto tra il lavoro svolto dalla corrente e il tempo durante il quale questo lavoro è stato eseguito.

La potenza che sviluppa una corrente elettrica in una sezione di un circuito è direttamente proporzionale all'entità della corrente e della tensione in quella sezione. Potenza (elettrica e meccanica) misurata in Watt (W).

Potenza attuale non dipende dal tempo di pro-te-ka-niya della corrente elettrica nel circuito, ma è definito come la tensione pro-from-ve-de sull'intensità della corrente.

Voltaggio.

Tensione elettricaè una quantità che mostra quanto lavoro compie il campo elettrico quando si sposta una carica da un punto a un altro. La tensione nelle diverse parti del circuito sarà diversa.

Per esempio: la tensione su una sezione di filo vuoto sarà molto piccola, e la tensione su una sezione con qualsiasi carico sarà molto più elevata e l'entità della tensione dipenderà dalla quantità di lavoro svolto dalla corrente. La tensione è misurata in volt (1 V). Per determinare la tensione esiste una formula: U=A/q, dove

• U - tensione,
• A è il lavoro compiuto dalla corrente per spostare la carica q in una determinata sezione del circuito.

Forza attuale.

forza attuale si riferisce al numero di particelle cariche che fluiscono attraverso la sezione trasversale di un conduttore.

A-prior forza attuale direttamente proporzionale alla tensione e inversamente proporzionale alla resistenza.

La forza della corrente elettrica misurato da uno strumento chiamato amperometro. La quantità di corrente elettrica (la quantità di carica trasferita) è misurata in ampere. Per aumentare la gamma delle designazioni delle unità di cambio, esistono molteplici prefissi come micro - microampere (μA), miglia - milliampere (mA). Le altre console non vengono utilizzate nell'uso quotidiano. Per esempio: dicono e scrivono “diecimila ampere”, ma non dicono né scrivono mai 10 kiloampere. Tali significati non sono usati nella vita di tutti i giorni. Lo stesso si può dire dei nanoamp. Di solito si dice e si scrive 1×10-9 Ampere.

Resistenza corrente.

Resistenza elettricaè una quantità fisica che caratterizza le proprietà di un conduttore che impediscono il passaggio di corrente elettrica ed è uguale al rapporto tra la tensione alle estremità del conduttore e l'intensità della corrente che lo attraversa.

La resistenza per circuiti a corrente alternata e per campi elettromagnetici alternati è descritta dai concetti di impedenza e impedenza caratteristica. Resistenza corrente(spesso indicato con la lettera R o r) la resistenza di corrente è considerata, entro certi limiti, un valore costante per un dato conduttore. Sotto resistenza elettrica comprendere il rapporto tra la tensione alle estremità di un conduttore e la corrente che scorre attraverso il conduttore.

Condizioni per la presenza di corrente elettrica in un mezzo conduttivo:

1) la presenza di particelle cariche libere;

2) se è presente un campo elettrico (c'è una differenza di potenziale tra due punti del conduttore).

Tipi di influenza della corrente elettrica su un materiale conduttivo.

1) chimico: un cambiamento nella composizione chimica dei conduttori (si verifica principalmente negli elettroliti);

2) termico: il materiale attraverso il quale scorre la corrente viene riscaldato (questo effetto è assente nei superconduttori);

3) magnetico: l'apparenza di un campo magnetico (si verifica in tutti i conduttori).

Le principali caratteristiche della corrente.

1. L'intensità della corrente è indicata con la lettera I: è uguale alla quantità di elettricità Q che passa attraverso il conduttore durante il tempo t.

I=Q/t

La forza attuale è determinata da un amperometro.

La tensione è determinata da un voltmetro.

3. Resistenza R del materiale conduttivo.

La resistenza dipende:

a) sulla sezione del conduttore S, sulla sua lunghezza l e sul materiale (indicato dalla resistività del conduttore ρ);

R=pl/S

b) sulla temperatura t°С (o Т): R = R0 (1 + αt),

• dove R0 è la resistenza del conduttore a 0°C,
• α - coefficiente di resistenza alla temperatura;

c) per ottenere effetti diversi i conduttori possono essere collegati sia in parallelo che in serie.

Tabella delle caratteristiche attuali.

Composto	Sequenziale	Parallelo
Valore di conservazione	I 1 = I 2 = … = I n I = cost	U 1 = U 2 = …U n U = cost
Valore somma	voltaggio e=Ast/q Il valore pari al lavoro impiegato dalle forze esterne per spostare una carica positiva lungo l'intero circuito, inclusa la sorgente di corrente, fino alla carica è chiamato forza elettromotrice della sorgente di corrente (EMF): e=Ast/q Le caratteristiche attuali devono essere note durante la riparazione di apparecchiature elettriche.

Prima di tutto, vale la pena scoprire cos'è la corrente elettrica. La corrente elettrica è il movimento ordinato di particelle cariche in un conduttore. Affinché possa sorgere, è necessario prima creare un campo elettrico, sotto l'influenza del quale le suddette particelle cariche inizieranno a muoversi.

La prima conoscenza dell'elettricità, molti secoli fa, riguardava le “cariche” elettriche prodotte per attrito. Già nell'antichità si sapeva che l'ambra, strofinata con la lana, acquisiva la capacità di attrarre oggetti leggeri. Ma solo alla fine del XVI secolo il medico inglese Gilbert studiò in dettaglio questo fenomeno e scoprì che molte altre sostanze avevano esattamente le stesse proprietà. Corpi che, come l'ambra, dopo lo sfregamento, possono attrarre oggetti leggeri, li chiamava elettrizzati. Questa parola deriva dal greco elettrone - "ambra". Attualmente diciamo che i corpi in questo stato hanno cariche elettriche, e i corpi stessi sono chiamati “carichi”.

Le cariche elettriche si formano sempre quando diverse sostanze sono in stretto contatto. Se i corpi sono solidi, il loro stretto contatto è impedito da sporgenze e irregolarità microscopiche presenti sulla loro superficie. Comprimendo tali corpi e sfregandoli l'uno contro l'altro, uniamo le loro superfici, che senza pressione si toccherebbero solo in pochi punti. In alcuni corpi le cariche elettriche possono muoversi liberamente tra le diverse parti, ma in altri ciò è impossibile. Nel primo caso, i corpi sono chiamati "conduttori" e nel secondo "dielettrici o isolanti". I conduttori sono tutti i metalli, soluzioni acquose di sali e acidi, ecc. Esempi di isolanti sono ambra, quarzo, ebanite e tutti i gas presenti in condizioni normali.

Tuttavia va notato che la divisione dei corpi in conduttori e dielettrici è molto arbitraria. Tutte le sostanze conducono l'elettricità in misura maggiore o minore. Le cariche elettriche sono positive o negative. Questo tipo di corrente non durerà a lungo, perché il corpo elettrizzato si scaricherà. Perché la corrente elettrica continui ad esistere in un conduttore è necessario mantenere un campo elettrico. Per questi scopi vengono utilizzate fonti di corrente elettrica. Il caso più semplice in cui si verifica la corrente elettrica è quando un'estremità del filo è collegata a un corpo elettrizzato e l'altra a terra.

I circuiti elettrici che forniscono corrente alle lampadine e ai motori elettrici apparvero solo con l'invenzione delle batterie, avvenuta intorno al 1800. Successivamente, lo sviluppo della dottrina dell'elettricità fu così rapido che in meno di un secolo divenne non solo una parte della fisica, ma costituì la base di una nuova civiltà elettrica.

Quantità fondamentali di corrente elettrica

Quantità di elettricità e corrente. Gli effetti della corrente elettrica possono essere forti o deboli. L'intensità della corrente elettrica dipende dalla quantità di carica che fluisce attraverso il circuito in una determinata unità di tempo. Maggiore è il numero di elettroni spostati da un polo all'altro della sorgente, maggiore è la carica totale trasferita dagli elettroni. Questa carica netta è chiamata la quantità di elettricità che passa attraverso un conduttore.

In particolare, l'effetto chimico della corrente elettrica dipende dalla quantità di elettricità, cioè maggiore è la carica che passa attraverso la soluzione elettrolitica, maggiore sarà la quantità di sostanza che si depositerà sul catodo e sull'anodo. A questo proposito, la quantità di elettricità può essere calcolata pesando la massa della sostanza depositata sull'elettrodo e conoscendo la massa e la carica di uno ione di tale sostanza.

L'intensità della corrente è una quantità pari al rapporto tra la carica elettrica che è passata attraverso la sezione trasversale del conduttore e il tempo del suo flusso. L'unità di carica è il coulomb (C), il tempo si misura in secondi (s). In questo caso l'unità di corrente è espressa in C/s. Questa unità è chiamata ampere (A). Per misurare la corrente in un circuito, viene utilizzato uno strumento di misurazione elettrico chiamato amperometro. Per l'inclusione nel circuito, l'amperometro è dotato di due terminali. È collegato in serie al circuito.

Tensione elettrica. Sappiamo già che la corrente elettrica è un movimento ordinato di particelle cariche: gli elettroni. Questo movimento viene creato con l'aiuto di un campo elettrico, che compie una certa quantità di lavoro. Questo fenomeno è chiamato lavoro della corrente elettrica. Per spostare più carica attraverso un circuito elettrico in 1 secondo, il campo elettrico deve compiere più lavoro. Sulla base di ciò, risulta che il lavoro della corrente elettrica dovrebbe dipendere dalla forza della corrente. Ma c'è un altro valore da cui dipende il lavoro della corrente. Questa quantità è chiamata tensione.

La tensione è il rapporto tra il lavoro compiuto dalla corrente in una determinata sezione di un circuito elettrico e la carica che scorre attraverso la stessa sezione del circuito. Il lavoro attuale è misurato in joule (J), la carica - in coulomb (C). A questo proposito l’unità di misura della tensione diventerà 1 J/C. Questa unità era chiamata volt (V).

Affinché si crei tensione in un circuito elettrico, è necessaria una fonte di corrente. Quando il circuito è aperto, la tensione è presente solo ai terminali della sorgente di corrente. Se questa sorgente di corrente è inclusa nel circuito, la tensione si presenterà anche nelle singole sezioni del circuito. A questo proposito, apparirà una corrente nel circuito. Cioè, possiamo dire brevemente quanto segue: se non c'è tensione nel circuito, non c'è corrente. Per misurare la tensione viene utilizzato uno strumento di misura elettrico chiamato voltmetro. Nell'aspetto assomiglia all'amperometro menzionato prima, con l'unica differenza che sulla scala del voltmetro è scritta la lettera V (invece che sull'amperometro). Il voltmetro ha due terminali, con l'aiuto dei quali è collegato in parallelo al circuito elettrico.

Resistenza elettrica. Dopo aver collegato tutti i tipi di conduttori e un amperometro a un circuito elettrico, puoi notare che quando si utilizzano conduttori diversi, l'amperometro fornisce letture diverse, ovvero in questo caso la corrente disponibile nel circuito elettrico è diversa. Questo fenomeno può essere spiegato dal fatto che diversi conduttori hanno una diversa resistenza elettrica, che è una grandezza fisica. Si chiamava Ohm in onore del fisico tedesco. Di norma, in fisica vengono utilizzate unità più grandi: kiloohm, megaohm, ecc. La resistenza del conduttore è solitamente indicata con la lettera R, la lunghezza del conduttore è L, l'area della sezione trasversale è S. In questo caso, la resistenza può essere scritto come una formula:

R = r * L/S

dove il coefficiente p è chiamato resistività. Questo coefficiente esprime la resistenza di un conduttore lungo 1 m con una sezione pari a 1 m2. La resistività è espressa in Ohm x M. Poiché i fili, di regola, hanno una sezione trasversale piuttosto piccola, le loro aree sono solitamente espresse in millimetri quadrati. In questo caso l'unità di resistività sarà Ohm x mm2/m. Nella tabella seguente. La Figura 1 mostra le resistività di alcuni materiali.

Tabella 1. Resistività elettrica di alcuni materiali
Materiale	p, Ohm x m2/m	Materiale	p, Ohm x m2/m
Rame	0,017	Lega di platino-iridio	0,25
Oro	0,024	Grafite	13
Ottone	0,071	Carbone	40
Lattina	0,12	Porcellana	1019
Guida	0,21	Ebanite	1020
Metallo o lega
Argento	0,016	Manganina (lega)	0,43
Alluminio	0,028	Costantana (lega)	0,50
Tungsteno	0,055	Mercurio	0,96
Ferro	0,1	Nicromo (lega)	1,1
Nichel (lega)	0,40	Fechral (lega)	1,3
		Chromel (lega)	1,5

Secondo la tabella. 1, diventa chiaro che il rame ha la resistività elettrica più piccola e una lega di metalli quella più grande. Inoltre, i dielettrici (isolanti) hanno un'elevata resistività.

Capacità elettrica. Sappiamo già che due conduttori isolati tra loro possono accumulare cariche elettriche. Questo fenomeno è caratterizzato da una grandezza fisica chiamata capacità elettrica. La capacità elettrica di due conduttori non è altro che il rapporto tra la carica di uno di essi e la differenza di potenziale tra questo conduttore e quello vicino. Quanto più bassa è la tensione quando i conduttori ricevono una carica, tanto maggiore è la loro capacità. L'unità di capacità elettrica è il farad (F). In pratica si utilizzano frazioni di questa unità: microfarad (μF) e picofarad (pF).

Se prendi due conduttori isolati tra loro e li metti a breve distanza l'uno dall'altro, otterrai un condensatore. La capacità di un condensatore dipende dallo spessore delle sue armature, dallo spessore del dielettrico e dalla sua permeabilità. Riducendo lo spessore del dielettrico tra le armature del condensatore, la capacità di quest'ultimo può essere notevolmente aumentata. Su tutti i condensatori, oltre alla loro capacità, deve essere indicata la tensione per la quale questi dispositivi sono progettati.

Lavoro e potenza della corrente elettrica. Da quanto sopra è chiaro che la corrente elettrica fa del lavoro. Quando si collegano i motori elettrici, la corrente elettrica fa funzionare tutti i tipi di apparecchiature, muove i treni lungo le rotaie, illumina le strade, riscalda le case e produce anche un effetto chimico, cioè consente l'elettrolisi, ecc. Possiamo dire che il lavoro svolto dalla corrente su una determinata sezione del circuito è uguale alla corrente, alla tensione e al tempo del prodotto durante il quale è stato eseguito il lavoro. Il lavoro si misura in joule, la tensione in volt, la corrente in ampere, il tempo in secondi. A questo proposito, 1 J = 1B x 1A x 1s. Da ciò risulta che per misurare il lavoro della corrente elettrica è necessario utilizzare tre strumenti contemporaneamente: un amperometro, un voltmetro e un orologio. Ma questo è macchinoso e inefficace. Pertanto, solitamente, il lavoro della corrente elettrica viene misurato mediante contatori elettrici. Questo dispositivo contiene tutti i dispositivi di cui sopra.

La potenza di una corrente elettrica è uguale al rapporto tra il lavoro della corrente e il tempo durante il quale è stato eseguito. La potenza è indicata dalla lettera “P” ed è espressa in watt (W). In pratica vengono utilizzati kilowatt, megawatt, ettowatt, ecc .. Per misurare la potenza del circuito è necessario prendere un wattmetro. Gli ingegneri elettrici esprimono il lavoro della corrente in kilowattora (kWh).

Leggi fondamentali della corrente elettrica

Legge di Ohm. La tensione e la corrente sono considerate le caratteristiche più convenienti dei circuiti elettrici. Una delle caratteristiche principali dell'uso dell'elettricità è il rapido trasporto dell'energia da un luogo all'altro e il suo trasferimento al consumatore nella forma richiesta. Dal prodotto della differenza di potenziale per la corrente si ottiene la potenza, ovvero la quantità di energia ceduta nel circuito per unità di tempo. Come accennato in precedenza, per misurare la potenza in un circuito elettrico sarebbero necessari 3 dispositivi. È possibile cavarsela con uno solo e calcolare la potenza dalle sue letture e da alcune caratteristiche del circuito, come la sua resistenza? A molte persone è piaciuta questa idea e l’hanno trovata fruttuosa.

Allora qual è la resistenza di un filo o di un circuito nel suo insieme? Un filo, come i tubi dell'acqua o i tubi del sistema di vuoto, ha una proprietà permanente che potrebbe essere chiamata resistenza? Ad esempio, nei tubi, il rapporto tra la differenza di pressione che crea il flusso diviso per la portata è solitamente una caratteristica costante del tubo. Allo stesso modo, il flusso di calore in un filo è soggetto ad una relazione semplice, che comprende la differenza di temperatura, la sezione trasversale del filo e la sua lunghezza. La scoperta di tale relazione per i circuiti elettrici è stata il risultato di una ricerca riuscita.

Negli anni '20 dell'Ottocento, l'insegnante tedesco Georg Ohm fu il primo a iniziare a cercare il rapporto sopra indicato. Innanzitutto aspirava alla fama e alla fama, che gli avrebbero permesso di insegnare all'università. Solo per questo scelse un campo di studi che gli offrisse particolari vantaggi.

Om era figlio di un fabbro, quindi sapeva come disegnare fili metallici di diversi spessori, di cui aveva bisogno per gli esperimenti. Poiché a quei tempi era impossibile acquistare un filo adatto, Om lo realizzò con le sue stesse mani. Durante gli esperimenti ha provato diverse lunghezze, diversi spessori, diversi metalli e persino diverse temperature. Ha variato tutti questi fattori uno per uno. Ai tempi di Ohm, le batterie erano ancora deboli e producevano corrente incoerente. A questo proposito, il ricercatore ha utilizzato come generatore una termocoppia, la cui giunzione calda è stata posta in una fiamma. Inoltre, usò un rozzo amperometro magnetico e misurò le differenze di potenziale (Ohm le chiamava "tensioni") modificando la temperatura o il numero di giunzioni termiche.

Lo studio dei circuiti elettrici ha appena iniziato a svilupparsi. Dopo l'invenzione delle batterie intorno al 1800, iniziò a svilupparsi molto più rapidamente. Sono stati progettati e fabbricati vari dispositivi (molto spesso a mano), sono state scoperte nuove leggi, sono comparsi concetti e termini, ecc. Tutto ciò ha portato ad una comprensione più profonda dei fenomeni e dei fattori elettrici.

L'aggiornamento delle conoscenze sull'elettricità, da un lato, ha causato l'emergere di un nuovo campo della fisica, dall'altro ha costituito la base per il rapido sviluppo dell'ingegneria elettrica, cioè batterie, generatori, sistemi di alimentazione per l'illuminazione e azionamento elettrico , furono inventati forni elettrici, motori elettrici, ecc., altro.

Le scoperte di Ohm furono di grande importanza sia per lo sviluppo dello studio dell'elettricità che per lo sviluppo dell'ingegneria elettrica applicata. Hanno permesso di prevedere facilmente le proprietà dei circuiti elettrici per la corrente continua e successivamente per la corrente alternata. Nel 1826 Ohm pubblicò un libro in cui esponeva conclusioni teoriche e risultati sperimentali. Ma le sue speranze non furono giustificate; il libro fu accolto con scherno. Ciò accadde perché il metodo della sperimentazione grossolana sembrava poco attraente in un’epoca in cui molti erano interessati alla filosofia.

Non aveva altra scelta che lasciare il suo posto di insegnante. Non ha ottenuto un incarico all'università per lo stesso motivo. Per 6 anni, lo scienziato ha vissuto in povertà, senza fiducia nel futuro, provando un sentimento di amara delusione.

Ma gradualmente le sue opere guadagnarono fama, prima fuori dalla Germania. Om era rispettato all'estero e traeva beneficio dalle sue ricerche. A questo proposito, i suoi connazionali furono costretti a riconoscerlo in patria. Nel 1849 ottenne una cattedra presso l'Università di Monaco.

Ohm scoprì una semplice legge che stabilisce la relazione tra corrente e tensione per un pezzo di filo (per una parte di un circuito, per l'intero circuito). Inoltre, ha compilato regole che ti consentono di determinare cosa cambierà se prendi un filo di dimensioni diverse. La legge di Ohm è formulata come segue: l'intensità della corrente in una sezione di un circuito è direttamente proporzionale alla tensione in questa sezione e inversamente proporzionale alla resistenza della sezione.

Legge di Joule-Lenz. La corrente elettrica in qualsiasi parte del circuito compie del lavoro. Ad esempio, prendiamo qualsiasi sezione del circuito tra le cui estremità è presente una tensione (U). Per definizione di tensione elettrica, il lavoro svolto quando si sposta un'unità di carica tra due punti è uguale a U. Se l'intensità della corrente in una data sezione del circuito è uguale a i, allora nel tempo t la carica passerà, e quindi il lavoro della corrente elettrica in questa sezione sarà:

A = Uit

Questa espressione è valida comunque per la corrente continua, per qualsiasi sezione del circuito, che può contenere conduttori, motori elettrici, ecc. La potenza attuale, cioè il lavoro nell'unità di tempo, è pari a:

P = A/t = Ui

Questa formula viene utilizzata nel sistema SI per determinare l'unità di tensione.

Supponiamo che la sezione del circuito sia un conduttore stazionario. In questo caso, tutto il lavoro si trasformerà in calore, che verrà rilasciato in questo conduttore. Se il conduttore è omogeneo e obbedisce alla legge di Ohm (questo include tutti i metalli e gli elettroliti), allora:

U = ir

dove r è la resistenza del conduttore. In questo caso:

A = rt2i

Questa legge fu dedotta sperimentalmente per la prima volta da E. Lenz e, indipendentemente da lui, da Joule.

Va notato che i conduttori riscaldanti hanno numerose applicazioni nella tecnologia. Le più comuni e importanti tra queste sono le lampade a incandescenza.

Legge dell'induzione elettromagnetica. Nella prima metà del XIX secolo, il fisico inglese M. Faraday scoprì il fenomeno dell'induzione magnetica. Questo fatto, essendo diventato proprietà di molti ricercatori, ha dato un forte impulso allo sviluppo dell'ingegneria elettrica e radio.

Nel corso degli esperimenti, Faraday ha scoperto che quando cambia il numero di linee di induzione magnetica che penetrano in una superficie delimitata da un circuito chiuso, al suo interno si forma una corrente elettrica. Questa è la base della legge forse più importante della fisica: la legge dell'induzione elettromagnetica. La corrente che si verifica nel circuito è chiamata induzione. A causa del fatto che la corrente elettrica si forma nel circuito solo quando le cariche libere sono esposte a forze esterne, quindi con un flusso magnetico variabile che passa lungo la superficie di un circuito chiuso, queste stesse forze esterne compaiono in esso. L'azione delle forze esterne in fisica è chiamata forza elettromotrice o fem indotta.

L'induzione elettromagnetica appare anche nei conduttori aperti. Quando un conduttore attraversa le linee di forza magnetiche, alle sue estremità appare la tensione. La ragione della comparsa di tale tensione è la fem indotta. Se il flusso magnetico che passa attraverso un circuito chiuso non cambia, non appare alcuna corrente indotta.

Usando il concetto di "fem di induzione", possiamo parlare della legge dell'induzione elettromagnetica, cioè la fem di induzione in un circuito chiuso è uguale in grandezza alla velocità di variazione del flusso magnetico attraverso la superficie delimitata dal circuito.

Regola di Lenz. Come già sappiamo, in un conduttore si forma una corrente indotta. A seconda delle condizioni del suo aspetto, ha una direzione diversa. In questa occasione, il fisico russo Lenz formulò la seguente regola: la corrente indotta che si forma in un circuito chiuso ha sempre una direzione tale che il campo magnetico da essa creato non consente al flusso magnetico di cambiare. Tutto ciò provoca il verificarsi di una corrente di induzione.

La corrente di induzione, come qualsiasi altra, ha energia. Ciò significa che in caso di corrente di induzione appare energia elettrica. Secondo la legge di conservazione e trasformazione dell'energia, l'energia sopra menzionata può derivare solo dalla quantità di energia di qualche altro tipo di energia. Pertanto, la regola di Lenz corrisponde pienamente alla legge di conservazione e trasformazione dell'energia.

Oltre all'induzione, nella bobina può verificarsi la cosiddetta autoinduzione. La sua essenza è la seguente. Se si forma una corrente nella bobina o la sua intensità cambia, appare un campo magnetico variabile. E se il flusso magnetico che passa attraverso la bobina cambia, in essa appare una forza elettromotrice, chiamata fem di autoinduzione.

Secondo la regola di Lenz, la fem autoinduttiva quando si chiude un circuito interferisce con l'intensità della corrente e ne impedisce l'aumento. Quando il circuito è spento, la fem autoinduttiva riduce la forza attuale. Nel caso in cui l'intensità della corrente nella bobina raggiunga un certo valore, il campo magnetico smette di cambiare e la fem di autoinduzione diventa zero.

Le prime scoperte legate al lavoro dell'elettricità iniziarono nel VII secolo a.C. Il filosofo greco Talete di Mileto scoprì che quando l'ambra viene strofinata sulla lana, è successivamente in grado di attrarre oggetti leggeri. "Elettricità" è tradotto dal greco come "ambra". Nel 1820, André-Marie Ampère istituì la legge della corrente continua. Successivamente, l'entità della corrente o il modo in cui viene misurata la corrente elettrica iniziarono ad essere indicati in ampere.

Significato del termine

Il concetto di corrente elettrica può essere trovato in qualsiasi libro di testo di fisica. Corrente elettrica- questo è il movimento ordinato di particelle elettricamente cariche in una direzione. Per far capire all’uomo comune cos’è la corrente elettrica è necessario utilizzare un dizionario per elettricisti. In esso, il termine indica il movimento degli elettroni attraverso un conduttore o degli ioni attraverso un elettrolita.

A seconda del movimento degli elettroni o degli ioni all'interno di un conduttore si distinguono: tipi di correnti:

• costante;
• variabile;
• periodico o pulsante.

Grandezze di misura fondamentali

La forza della corrente elettrica- l'indicatore principale utilizzato dagli elettricisti nel loro lavoro. L'intensità della corrente elettrica dipende dalla quantità di carica che scorre attraverso il circuito elettrico in un determinato periodo di tempo. Maggiore è il numero di elettroni che fluiscono da un inizio alla fine della sorgente, maggiore sarà la carica trasferita dagli elettroni.

Quantità che si misura dal rapporto tra la carica elettrica che scorre attraverso la sezione trasversale delle particelle in un conduttore e il tempo del suo passaggio. La carica è misurata in coulomb, il tempo è misurato in secondi e un'unità di flusso elettrico è determinata dal rapporto tra carica e tempo (coulomb al secondo) o ampere. La determinazione della corrente elettrica (la sua forza) avviene collegando in sequenza due terminali nel circuito elettrico.

Quando funziona una corrente elettrica, il movimento delle particelle cariche avviene utilizzando un campo elettrico e dipende dalla forza del movimento degli elettroni. Il valore da cui dipende il lavoro di una corrente elettrica si chiama tensione ed è determinato dal rapporto tra il lavoro della corrente in una parte specifica del circuito e la carica che passa attraverso la stessa parte. L'unità di misura volt viene misurata da un voltmetro quando due terminali del dispositivo sono collegati ad un circuito in parallelo.

La quantità di resistenza elettrica dipende direttamente dal tipo di conduttore utilizzato, dalla sua lunghezza e sezione. Si misura in ohm.

La potenza è determinata dal rapporto tra il lavoro svolto dal movimento delle correnti e il tempo in cui si è verificato questo lavoro. Misura la potenza in watt.

Una quantità fisica come la capacità è determinata dal rapporto tra la carica di un conduttore e la differenza di potenziale tra lo stesso conduttore e quello vicino. Quanto più bassa è la tensione quando i conduttori ricevono una carica elettrica, tanto maggiore è la loro capacità. Si misura in farad.

La quantità di lavoro svolto dall'elettricità ad un certo intervallo della catena si calcola utilizzando il prodotto della corrente, della tensione e del periodo di tempo durante il quale è stato svolto il lavoro. Quest'ultimo si misura in joule. Il funzionamento della corrente elettrica viene determinato utilizzando un contatore che collega le letture di tutte le quantità, vale a dire tensione, forza e tempo.

Ingegneria della sicurezza elettrica

La conoscenza delle norme di sicurezza elettrica aiuterà a prevenire un'emergenza e a proteggere la salute e la vita umana. Poiché l'elettricità tende a riscaldare il conduttore, esiste sempre la possibilità che si verifichi una situazione pericolosa per la salute e la vita. Per la sicurezza domestica deve aderire seguente semplice ma regole importanti:

1. L'isolamento della rete deve essere sempre in buone condizioni per evitare sovraccarichi o possibilità di cortocircuiti.
2. L'umidità non deve penetrare in apparecchi elettrici, cavi, pannelli, ecc. Inoltre, un ambiente umido provoca cortocircuiti.
3. Assicurati di effettuare la messa a terra di tutti i dispositivi elettrici.
4. Evitare di sovraccaricare i cavi elettrici poiché esiste il rischio che i cavi prendano fuoco.

Le precauzioni di sicurezza quando si lavora con l'elettricità comportano l'uso di guanti gommati, muffole, tappetini, dispositivi di scarica, dispositivi di messa a terra per aree di lavoro, interruttori automatici o fusibili con protezione termica e corrente.

Elettricisti esperti, quando esiste la possibilità di scosse elettriche, lavorano con una mano e l'altra è in tasca. In questo modo il circuito corpo a corpo viene interrotto in caso di contatto involontario dello schermo o di altre apparecchiature collegate a terra. In caso di incendio di apparecchiature collegate alla rete, estinguere l'incendio esclusivamente con estintori a polvere o ad anidride carbonica.

Applicazione della corrente elettrica

La corrente elettrica ha molte proprietà che ne consentono l'utilizzo in quasi tutte le aree dell'attività umana. Modi di utilizzare la corrente elettrica:

L’elettricità oggi è la forma di energia più rispettosa dell’ambiente. Nell’economia moderna, lo sviluppo dell’industria dell’energia elettrica è di importanza planetaria. In futuro, in caso di carenza di materie prime, l'elettricità assumerà una posizione di leadership come fonte di energia inesauribile.

Oggi è difficile immaginare la vita senza un fenomeno come l'elettricità, ma l'umanità ha imparato a usarla per i propri scopi non molto tempo fa. Lo studio dell'essenza e delle caratteristiche di questo speciale tipo di materia ha richiesto diversi secoli, ma anche adesso non possiamo dire con certezza di sapere assolutamente tutto al riguardo.

Il concetto e l'essenza della corrente elettrica

La corrente elettrica, come è noto dai corsi di fisica scolastica, non è altro che il movimento ordinato di eventuali particelle cariche. Questi ultimi possono essere elettroni o ioni caricati negativamente. Si ritiene che questo tipo di materia possa formarsi solo nei cosiddetti conduttori, ma questo è tutt'altro che vero. Il fatto è che quando qualsiasi corpo entra in contatto, si forma sempre un certo numero di particelle con carica opposta, che possono iniziare a muoversi. Nei dielettrici la libera circolazione degli stessi elettroni è molto difficile e richiede enormi forze esterne, motivo per cui si dice che non conducono corrente elettrica.

Condizioni per l'esistenza della corrente nel circuito

Gli scienziati hanno notato da tempo che questo fenomeno fisico non può sorgere e persistere da solo per molto tempo. Le condizioni per l'esistenza della corrente elettrica includono diverse disposizioni importanti. Innanzitutto, questo fenomeno è impossibile senza la presenza di elettroni e ioni liberi, che agiscono come trasmettitori di carica. In secondo luogo, affinché queste particelle elementari inizino a muoversi in modo ordinato, è necessario creare un campo, la cui caratteristica principale è la differenza di potenziale tra eventuali punti dell'elettricista. Infine, in terzo luogo, la corrente elettrica non può esistere a lungo solo sotto l'influenza delle forze di Coulomb, poiché i potenziali si equalizzeranno gradualmente. Ecco perché sono necessari alcuni componenti che siano convertitori di vari tipi di energia meccanica e termica. Di solito sono chiamate fonti attuali.

Domanda sulle fonti attuali

Le fonti di corrente elettrica sono dispositivi speciali che generano un campo elettrico. I più importanti includono celle galvaniche, pannelli solari, generatori e batterie. caratterizzati dalla loro potenza, produttività e durata operativa.

Corrente, tensione, resistenza

Come ogni altro fenomeno fisico, la corrente elettrica ha una serie di caratteristiche. I più importanti includono la forza, la tensione del circuito e la resistenza. Il primo è una caratteristica quantitativa della carica che attraversa la sezione trasversale di un particolare conduttore per unità di tempo. La tensione (chiamata anche forza elettromotrice) non è altro che l'entità della differenza di potenziale grazie alla quale una carica passante compie una certa quantità di lavoro. Infine, la resistenza è una caratteristica interna di un conduttore, che mostra quanta forza deve esercitare una carica per attraversarlo.