Concetti base di corrente elettrica. Definizione di corrente elettrica

Quando una persona ha imparato a creare e utilizzare una corrente elettrica, la qualità della sua 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 una corrente elettrica.

Cos'è attuale

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

• elettroni caricati negativamente che si muovono nei metalli;
• ioni in liquidi o gas;
• buchi caricati positivamente da elettroni in movimento nei semiconduttori.

Cos'è la corrente è determinato 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 scaldano mentre passano;
3. Gli elettroliti cambiano 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. Nei conduttori metallici ci sono 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 modo caotico, che interferisce con gli elettroni liberi;
2. In un mezzo liquido formato da elettroliti, il campo elettrico emergente provoca il 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 inoltre caratterizzato dalla presenza di ioni che si mettono in moto. Si forma il plasma. La radiazione dà anche origine a 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 il positivo;
3. Nei semiconduttori, ci sono elettroni liberi che rompono i legami per riscaldamento. Al loro posto ci sono buchi che hanno una carica con un segno più. Buchi ed elettroni sono in grado di creare movimento diretto.

I mezzi non conduttivi sono chiamati 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 suddiviso in diverse varietà, a seconda del parametro che viene modificato. Prevalentemente, il valore quantitativo della corrente e la sua direzione variano lungo una sinusoide;
3. Correnti parassite. Si verificano quando il flusso magnetico subisce cambiamenti. Forma circuiti chiusi senza spostarsi tra i poli. Le correnti parassite causano un'intensa generazione di calore, di conseguenza, le perdite aumentano. Nei nuclei delle bobine elettromagnetiche, sono limitati utilizzando un design di piastre isolate separate invece di una solida.

Caratteristiche del circuito elettrico

1. Forza attuale. Questa è una misura quantitativa della carica che passa in un'unità temporanea sulla sezione trasversale dei conduttori. Le cariche sono misurate in coulomb (C), l'unità di tempo è la seconda. La forza attuale è C/s. Il rapporto risultante è stato chiamato ampere (A), in cui viene misurato il valore quantitativo della corrente. Il misuratore è un amperometro collegato in serie al circuito dei collegamenti elettrici;
2. Potenza. La corrente elettrica nel conduttore deve superare la resistenza del mezzo. Il lavoro impiegato per superarlo durante un certo periodo di tempo sarà il potere. In questo caso, la trasformazione dell'elettricità in altri tipi di energia - il lavoro è fatto. La potenza dipende dalla forza della corrente, dalla tensione. Il loro prodotto determinerà la potenza attiva. Quando moltiplicato per un'altra volta, si ottiene il consumo di energia - ciò che mostra il contatore. La potenza può essere misurata in voltampere (VA, kVA, mVA) o in watt (W, kW, mW);
3. Voltaggio. Una delle tre caratteristiche più importanti. Affinché la corrente fluisca, è necessario creare una differenza di potenziale tra due punti di un circuito chiuso di connessioni elettriche. La tensione è caratterizzata dal lavoro prodotto dal campo elettrico durante il movimento di un singolo portatore di carica. Secondo la formula, l'unità di misura della tensione è J/C, che corrisponde a un volt (V). Il misuratore 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 sono calcolati utilizzando tre leggi principali:

1. Legge di Ohm. Fu ricercato e formulato da un fisico tedesco all'inizio del XIX secolo per la corrente continua, poi venne 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. La formula di base: I \u003d U / R, o l'intensità della corrente è direttamente proporzionale alla tensione e inversamente 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. Il modulo fem indotto, misurato in volt, è proporzionale alla velocità con cui cambia il flusso magnetico. Grazie alla legge dell'induzione, i generatori che producono elettricità funzionano;
2. Legge Joule-Lenz. È importante quando si calcola il riscaldamento dei conduttori, che viene utilizzato per la progettazione e la produzione di riscaldamento, apparecchi di illuminazione e altre apparecchiature elettriche. La legge consente di determinare la quantità di calore rilasciata durante il passaggio di una corrente elettrica:

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

Elettricità nell'atmosfera

Un campo elettrico può esistere nell'atmosfera, si verificano processi di ionizzazione. Sebbene la natura del loro verificarsi 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 segnare la superficie terrestre e la ionosfera, tra le quali circola un dielettrico: l'aria.

Tipi di elettricità atmosferica:

1. Temporali. Fulmine con un bagliore visibile e fragorosi rintocchi. La tensione del fulmine raggiunge centinaia di milioni di volt con un'intensità di corrente di 500.000 A;

1. Fuochi di Sant'Elmo. Scarica corona di elettricità generata attorno a fili, alberini;
2. Fulmine globulare. Scarica sotto forma di una palla, che si muove nell'aria;
3. Luci polari. Bagliore multicolore della ionosfera terrestre sotto l'influenza di particelle cariche che penetrano dallo spazio.

Una persona utilizza le proprietà benefiche della corrente elettrica in tutti gli ambiti della vita:

• illuminazione;
• trasmissione del segnale: telefono, radio, televisione, telegrafo;
• trasporto elettrico: treni, auto elettriche, tram, filobus;
• creazione di un microclima confortevole: riscaldamento e aria condizionata;
• Attrezzature mediche;
• uso domestico: elettrodomestici;
• computer e dispositivi mobili;
• industria: macchine utensili e attrezzature;
• elettrolisi: ottenere 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 fibrillazione cardiaca fino al suo completo arresto, interrompere il funzionamento dell'apparato respiratorio.

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

La caratteristica più importante della corrente elettrica è che può svolgere un lavoro utile per una persona: illuminare una casa, lavare e asciugare i panni, cucinare la cena, riscaldare una casa. Ora un posto significativo è occupato dal suo utilizzo nella trasmissione di informazioni, sebbene ciò non richieda un grande consumo di energia elettrica.

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La corrente elettrica è ora utilizzata in ogni edificio, sapendo caratteristiche attuali nella rete elettrica di casa, dovresti sempre ricordare che è pericoloso per la vita.

La corrente elettrica è l'effetto del movimento diretto di 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 è equivalente al movimento delle cariche negative contro il campo.

Solitamente, la direzione della carica elettrica è assunta come direzione della carica positiva.

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

Potenza attuale.

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

La potenza che una corrente elettrica sviluppa in una sezione del circuito è direttamente proporzionale all'entità della corrente e della tensione in questa sezione. Potenza (elettrica-tre-che-cielo e me-ha-no-che-cielo) da-me-rya-et-xia in Watt (W).

Potenza attuale non dipende dal tempo del pro-ka-niya della corrente elettrica-tri-che-esima nel circuito, ma definisce-de-la-is-sya come un pro-di-ve-de-ne tensione alla forza attuale.

voltaggio.

Tensione elettricaè un valore che mostra quanto lavoro ha svolto un campo elettrico spostando una carica da un punto all'altro. In questo caso, la tensione in diverse parti del circuito sarà diversa.

Per esempio: la tensione sulla sezione del filo vuoto sarà molto piccola e la tensione sulla sezione con qualsiasi carico sarà molto maggiore e l'entità della tensione dipenderà dalla quantità di lavoro svolto dalla corrente. Misurare la tensione in volt (1 V). Per determinare la tensione, esiste una formula: U \u003d A / q, dove

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

Forza attuale.

forza attuale chiamato il numero di particelle cariche che scorrono attraverso la sezione trasversale del conduttore.

Per definizione forza attuale direttamente proporzionale alla tensione e inversamente proporzionale alla resistenza.

La forza della corrente elettrica misurata con uno strumento chiamato amperometro. La quantità di corrente elettrica (la quantità di carica trasportata) è misurata in ampere. Per aumentare la gamma di designazioni per l'unità di cambiamento, ci sono prefissi di molteplicità come micro-microampere (μA), miglia - milliamp (mA). Altri prefissi non vengono utilizzati nella vita di tutti i giorni. Ad esempio: dicono e scrivono "diecimila ampere", ma non dicono né scrivono mai 10 kiloampere. Tali valori non sono usati nella vita di tutti i giorni. Lo stesso si può dire dei nanoampere. Di solito dicono e scrivono 1 × 10-9 ampere.

resistenza attuale.

resistenza elettrica detta grandezza fisica che caratterizza le proprietà del conduttore che impediscono il passaggio della corrente elettrica ed è uguale al rapporto tra la tensione ai capi del conduttore e la forza della corrente che lo attraversa.

La resistenza per i circuiti AC e per i campi elettromagnetici alternati è descritta in termini di impedenza e resistenza d'onda. resistenza attuale(spesso indicato con la lettera R o r) è considerata la resistenza della corrente, entro certi limiti, un valore costante per un dato conduttore. Sotto resistenza elettrica capire il rapporto tra la tensione alle estremità del conduttore e la forza della 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 c'è 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) chimica: un cambiamento nella composizione chimica dei conduttori (si verifica principalmente negli elettroliti);

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

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

Le principali caratteristiche della corrente.

1. La forza attuale è indicata dalla lettera I - è uguale alla quantità di elettricità Q che passa attraverso il conduttore nel 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 da:

a) sulla sezione del conduttore S, sulla sua lunghezza l e materiale (indicato dalla resistenza specifica 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°С,
• α - coefficiente di resistenza alla temperatura;

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

Tabella delle caratteristiche attuali.

Composto	Sequenziale	Parallelo
Valore conservato	I 1 \u003d I 2 \u003d ... \u003d I n I \u003d const	U 1 \u003d U 2 \u003d ... U n U \u003d cost
Valore totale	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, verso la 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 cosa costituisce una corrente elettrica. La corrente elettrica è il movimento ordinato delle particelle cariche in un conduttore. Affinché si manifesti, è necessario prima creare un campo elettrico, sotto l'influenza del quale le suddette particelle cariche inizieranno a muoversi.

Le prime informazioni sull'elettricità, apparse molti secoli fa, riguardavano le "cariche" elettriche ottenute per attrito. Già nell'antichità si sapeva che l'ambra, indossata sulla lana, acquisisce la capacità di attirare oggetti leggeri. Ma solo alla fine del XVI secolo, il medico inglese Gilbert studiò in dettaglio questo fenomeno e scoprì che molte altre sostanze hanno esattamente le stesse proprietà. Corpi capaci, come l'ambra, dopo essere stati strofinati per attirare oggetti leggeri, li chiamava elettrizzati. Questa parola deriva dal greco elettrone - "ambra". Al momento, diciamo che ci sono cariche elettriche sui corpi in questo stato, e i corpi stessi sono chiamati "carichi".

Le cariche elettriche sorgono sempre quando sostanze diverse sono a stretto contatto. Se i corpi sono solidi, il loro stretto contatto è impedito da sporgenze e irregolarità microscopiche che esistono sulla loro superficie. Stringendo tali corpi e strofinandoli insieme, uniamo le loro superfici, che senza pressione si toccherebbero solo in alcuni punti. In alcuni corpi le cariche elettriche possono muoversi liberamente tra parti diverse, mentre in altri ciò non è possibile. Nel primo caso, i corpi sono chiamati "conduttori" e nel secondo "dielettrici o isolanti". I conduttori sono tutti metalli, soluzioni acquose di sali e acidi, ecc. Esempi di isolanti sono ambra, quarzo, ebanite e tutti i gas che si trovano 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 elettrificato si esaurirà. Per l'esistenza continua di una corrente elettrica in un conduttore, è necessario mantenere un campo elettrico. Per questi scopi vengono utilizzate fonti di corrente elettrica. Il caso più semplice del verificarsi di una corrente elettrica è quando un'estremità del filo è collegata a un corpo elettrificato e l'altra a terra.

I circuiti elettrici che forniscono corrente alle lampadine e ai motori elettrici sono apparsi solo dopo l'invenzione delle batterie, che risale al 1800 circa. Successivamente, lo sviluppo della dottrina dell'elettricità è andato così veloce che in meno di un secolo non è diventata solo una parte della fisica, ma ha costituito la base di una nuova civiltà elettrica.

Le principali quantità di corrente elettrica

La quantità di elettricità e la forza attuale. Gli effetti della corrente elettrica possono essere forti o deboli. La forza della corrente elettrica dipende dalla quantità di carica che scorre attraverso il circuito in una determinata unità di tempo. Più elettroni si spostano da un polo all'altro della sorgente, maggiore è la carica totale trasportata dagli elettroni. Questa carica totale è chiamata quantità di elettricità che passa attraverso il conduttore.

In particolare, l'effetto chimico della corrente elettrica dipende dalla quantità di elettricità, cioè più carica passa attraverso la soluzione elettrolitica, più sostanza si deposita 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 questa sostanza.

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

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

La tensione è il rapporto tra il lavoro della corrente in una determinata sezione del circuito elettrico e la carica che scorre attraverso la stessa sezione del circuito. Il lavoro corrente è misurato in joule (J), la carica è misurata in pendenti (C). A questo proposito, l'unità di misura della tensione sarà 1 J/C. Questa unità è chiamata volt (V).

Affinché una tensione appaia in un circuito elettrico, è necessaria una fonte di corrente. In un circuito aperto, la tensione è presente solo ai terminali della sorgente di corrente. Se questa sorgente di corrente è inclusa nel circuito, la tensione apparirà anche in alcune sezioni del circuito. A questo proposito, ci sarà anche una corrente nel circuito. Cioè, in breve possiamo dire quanto segue: se non c'è tensione nel circuito, non c'è corrente. Per misurare la tensione, viene utilizzato un dispositivo di misurazione elettrico chiamato voltmetro. Nell'aspetto ricorda l'amperometro menzionato in precedenza, con l'unica differenza che la lettera V è sulla scala del voltmetro (invece della A sull'amperometro). Il voltmetro ha due terminali, con l'aiuto del quale 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 forza di 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. In onore del fisico tedesco, fu chiamata Ohm. Di norma, in fisica vengono utilizzate unità più grandi: kiloohm, megaohm, ecc. La resistenza del conduttore è solitamente indicata dalla lettera R, la lunghezza del conduttore è L, l'area della sezione trasversale è S. In questo caso, la resistenza può essere scritto come formula:

R = R * S/S

dove il coefficiente p è detto resistività. Questo coefficiente esprime la resistenza di un conduttore lungo 1 m con un'area della 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 sottostante. 1 mostra la 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
D'argento	0,016	Manganina (lega)	0,43
Alluminio	0,028	Costantana (lega)	0,50
Tungsteno	0,055	Mercurio	0,96
Ferro da stiro	0,1	Nicromo (lega)	1,1
Nichel (lega)	0,40	Fechral (lega)	1,3
		Chromel (lega)	1,5

Secondo Tabella. 1, diventa chiaro che il rame ha la resistività elettrica più piccola e una lega di metalli quella maggiore. 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, che prende il nome di 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. Minore è la tensione quando i conduttori ricevono una carica, maggiore è la loro capacità. Il farad (F) è preso come unità di capacità elettrica. In pratica vengono utilizzate frazioni di questa unità: microfarad (µF) e picofarad (pF).

Se prendi due conduttori isolati l'uno dall'altro, posizionali a una piccola distanza l'uno dall'altro, otterrai un condensatore. La capacità di un condensatore dipende dallo spessore delle sue piastre e dallo spessore del dielettrico e dalla sua permeabilità. Riducendo lo spessore del dielettrico tra le piastre del condensatore, è possibile aumentare notevolmente la capacità di quest'ultimo. 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 una certa quantità di lavoro. Quando i motori elettrici sono collegati, la corrente elettrica fa funzionare tutti i tipi di apparecchiature, sposta i treni lungo i binari, illumina le strade, riscalda la casa e produce anche un effetto chimico, cioè permette l'elettrolisi, ecc. Possiamo dire che il il lavoro della corrente in una determinata sezione del circuito è uguale alla corrente del prodotto, alla tensione e al tempo durante il quale è stato eseguito il lavoro. Il lavoro viene misurato in joule, la tensione in volt, la corrente in ampere e il tempo in secondi. A questo proposito, 1 J = 1V x 1A x 1s. Da ciò risulta che per misurare il lavoro di una corrente elettrica, è necessario utilizzare tre dispositivi contemporaneamente: un amperometro, un voltmetro e un orologio. Ma questo è ingombrante e inefficiente. Pertanto, di solito, il lavoro della corrente elettrica viene misurato da contatori elettrici. Il dispositivo di 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 stata eseguita. 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. Il lavoro elettrico è espresso 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 di energia da un luogo all'altro e il suo trasferimento al consumatore nella forma desiderata. Il prodotto della differenza di potenziale e dell'intensità della corrente dà potenza, cioè la quantità di energia sprigionata nel circuito per unità di tempo. Come accennato in precedenza, per misurare la potenza in un circuito elettrico, ci vorrebbero 3 dispositivi. È possibile fare con uno e calcolare la potenza dalle sue letture e alcune caratteristiche del circuito, come la sua resistenza? A molte persone è piaciuta questa idea, l'hanno considerata fruttuosa.

Quindi, qual è la resistenza di un filo o di un circuito nel suo insieme? Un filo, come i tubi dell'acqua oi tubi in un sistema a vuoto, ha una proprietà costante che potrebbe essere chiamata resistenza? Ad esempio, nei tubi, il rapporto tra la differenza di pressione che crea flusso e la portata è solitamente una caratteristica costante del tubo. Allo stesso modo, il flusso di calore in un filo è soggetto a una semplice relazione, che include la differenza di temperatura, l'area della 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 di cui sopra. Prima di tutto aspirava alla fama e alla fama, che gli avrebbero permesso di insegnare all'università. Questo fu l'unico motivo per cui scelse un campo di studi che offriva particolari vantaggi.

Om era figlio di un fabbro, quindi sapeva disegnare filo metallico di diversi spessori, di cui aveva bisogno per gli esperimenti. Poiché a quei tempi era impossibile acquistare un filo adatto, Om lo realizzava con le proprie mani. Durante gli esperimenti, ha provato diverse lunghezze, diversi spessori, diversi metalli e anche diverse temperature. Tutti questi fattori variava a sua volta. Ai tempi di Ohm, le batterie erano ancora deboli, fornendo una corrente di intensità variabile. A questo proposito, il ricercatore ha utilizzato come generatore una termocoppia, la cui giunzione calda è stata posta in una fiamma. Inoltre, ha usato un amperometro magnetico grezzo e ha misurato le differenze di potenziale (Ohm le chiamava "tensioni") modificando la temperatura o il numero di giunzioni termiche.

La dottrina dei circuiti elettrici ha appena ricevuto il suo sviluppo. Dopo l'invenzione delle batterie intorno al 1800, iniziò a svilupparsi molto più velocemente. 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 a 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, è stata la base per il rapido sviluppo dell'ingegneria elettrica, ovvero 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 della teoria dell'elettricità che per lo sviluppo dell'ingegneria elettrica applicata. Hanno reso facile prevedere le proprietà dei circuiti elettrici per la corrente continua e successivamente per la corrente alternata. Nel 1826 Ohm pubblicò un libro in cui delineava le conclusioni teoriche ei risultati sperimentali. Ma le sue speranze non erano giustificate, il libro è stato accolto con ridicolo. Ciò è accaduto perché il metodo della sperimentazione approssimativa sembrava poco attraente in un'epoca in cui molte persone amavano la filosofia.

Omu non aveva altra scelta che lasciare la sua posizione di insegnante. Non ha ottenuto una nomina 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 divennero famose prima al di fuori della Germania. Om è stato rispettato all'estero, la sua ricerca è stata utilizzata. A questo proposito, i compatrioti furono costretti a riconoscerlo nella loro patria. Nel 1849 ricevette una cattedra all'Università di Monaco.

Ohm ha scoperto una semplice legge che stabilisce una relazione tra corrente e tensione per un pezzo di filo (per una parte del circuito, per l'intero circuito). Inoltre, ha stabilito delle 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 del circuito è direttamente proporzionale alla tensione in questa sezione e inversamente proporzionale alla resistenza della sezione.

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

A = Uit

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

P \u003d A / t \u003d Ui

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

Assumiamo che la sezione del circuito sia un conduttore fisso. 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 derivata empiricamente per la prima volta da E. Lenz e, indipendentemente da lui, da Joule.

Va notato che il riscaldamento dei conduttori trova numerose applicazioni in ingegneria. 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, divenuto 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 anello chiuso, in essa si genera 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 induttiva. A causa del fatto che la corrente elettrica si verifica nel circuito solo nel caso di forze esterne che agiscono su cariche libere, quindi con un flusso magnetico variabile che passa sulla superficie di un circuito chiuso, in esso compaiono queste stesse forze esterne. L'azione delle forze esterne in fisica è chiamata forza elettromotrice o EMF di induzione.

L'induzione elettromagnetica compare anche nei conduttori aperti. Nel caso in cui il conduttore attraversi le linee del campo magnetico, alle sue estremità appare una tensione. La ragione per la comparsa di tale tensione è l'EMF di induzione. Se il flusso magnetico che passa attraverso il circuito chiuso non cambia, la corrente induttiva non compare.

Utilizzando il concetto di "EMF di induzione", si può parlare della legge dell'induzione elettromagnetica, ovvero, l'EMF di induzione in un anello chiuso è uguale in valore assoluto alla velocità di variazione del flusso magnetico attraverso la superficie delimitata dal ciclo continuo.

La regola di Lenz. Come già sappiamo, nel conduttore si verifica una corrente induttiva. A seconda delle condizioni del suo aspetto, ha una direzione diversa. In questa occasione, il fisico russo Lenz formulò la seguente regola: la corrente di induzione che si verifica in un circuito chiuso ha sempre una direzione tale che il campo magnetico che crea non permette al flusso magnetico di cambiare. Tutto ciò provoca la comparsa 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 suddetta può sorgere solo a causa della 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 comparire la cosiddetta autoinduzione. La sua essenza è la seguente. Se appare una corrente nella bobina o la sua forza cambia, appare un campo magnetico variabile. E se il flusso magnetico che passa attraverso la bobina cambia, allora sorge una forza elettromotrice, che è chiamata EMF di autoinduzione.

Secondo la regola di Lenz, l'EMF di autoinduzione quando il circuito è chiuso interferisce con l'intensità della corrente e non ne consente l'aumento. Quando il circuito EMF è spento, l'autoinduzione riduce l'intensità della corrente. Nel caso in cui l'intensità della corrente nella bobina raggiunga un certo valore, il campo magnetico smette di cambiare e l'EMF di autoinduzione diventa zero.

Le prime scoperte legate al lavoro dell'elettricità iniziarono nel VII secolo a.C. L'antico filosofo greco Talete di Mileto ha rivelato che quando l'ambra viene strofinata contro la lana, è successivamente in grado di attirare oggetti leggeri. Dal greco "elettricità" è tradotto come "ambra". Nel 1820 André-Marie Ampère stabilì la legge della corrente continua. In futuro, l'intensità della corrente, o ciò in cui viene misurata la corrente elettrica, iniziò a essere indicata in ampere.

Significato del termine

Il concetto di corrente elettrica può essere trovato in qualsiasi libro di testo di fisica. corrente elettrica- questo è un movimento ordinato di particelle elettricamente cariche in una direzione. Per capire a un semplice profano cos'è una corrente elettrica, dovresti usare il dizionario di un elettricista. In esso, il termine sta per il movimento di elettroni attraverso un conduttore o ioni attraverso un elettrolita.

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

• costante;
• variabile;
• intermittente o pulsante.

Misure di base

La forza della corrente elettrica- l'indicatore principale utilizzato dagli elettricisti nel loro lavoro. L'intensità della corrente elettrica dipende dall'entità della carica che scorre attraverso il circuito elettrico per un determinato periodo di tempo. Più elettroni scorrevano da un inizio alla fine della sorgente, maggiore sarà la carica trasferita dagli elettroni.

Una quantità misurata come il rapporto tra la carica elettrica che scorre attraverso la sezione trasversale delle particelle in un conduttore e il tempo che passa. La carica è misurata in coulomb, il tempo è misurato in secondi e un'unità della forza della corrente di elettricità è determinata dal rapporto tra carica e tempo (coulomb in secondo) o in ampere. La determinazione della corrente elettrica (la sua intensità) avviene collegando due terminali in serie al circuito elettrico.

Quando la corrente elettrica funziona, il movimento delle particelle cariche viene effettuato con l'aiuto di un campo elettrico e dipende dalla forza del movimento degli elettroni. Il valore da cui dipende il lavoro della corrente elettrica si chiama tensione ed è determinato dal rapporto tra il lavoro della corrente in una determinata parte del circuito e la carica che passa per la stessa parte. L'unità di volt viene misurata con un voltmetro quando i due terminali dello strumento sono collegati in parallelo al circuito.

Il valore della 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 del movimento delle correnti e il momento in cui si è verificato questo lavoro. Misura la potenza in watt.

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

Il valore del lavoro dell'elettricità a un certo intervallo della catena si trova utilizzando il prodotto della forza attuale, della tensione e del periodo di tempo in cui è stato eseguito il lavoro. Quest'ultimo è misurato in joule. La determinazione del lavoro della corrente elettrica avviene con l'ausilio di un misuratore che collega le letture di tutte le grandezze, ovvero tensione, forza e tempo.

Ingegneria della sicurezza elettrica

Conoscere le regole 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 di una situazione pericolosa per la salute e la vita. Per la sicurezza domestica deve aderire seguendo 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, schermi, ecc. Inoltre, un ambiente umido provoca cortocircuiti.
3. Assicurarsi di effettuare la messa a terra di tutti i dispositivi elettrici.
4. È necessario evitare di sovraccaricare il cablaggio elettrico, poiché esiste il rischio di accensione dei fili.

Le precauzioni di sicurezza quando si lavora con l'elettricità comportano l'uso di guanti di gomma, guanti, 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 c'è la possibilità di scosse elettriche, lavorano con una mano e l'altra è in tasca. Pertanto, il circuito corpo a corpo viene interrotto in caso di contatto involontario con lo schermo o altre apparecchiature collegate a terra. In caso di accensione di apparecchiature collegate alla rete, estinguere l'incendio esclusivamente con estintori a polvere o anidride carbonica.

Applicazione della corrente elettrica

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

L'elettricità è oggi la forma di energia più rispettosa dell'ambiente. Nelle condizioni dell'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 un ruolo di primo piano come fonte di energia inesauribile.

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

Il concetto e l'essenza della corrente elettrica

La corrente elettrica, come è noto dal corso di fisica della scuola, non è altro che un movimento ordinato di eventuali particelle cariche. Sia gli elettroni che gli ioni caricati negativamente possono agire come quest'ultimo. Si ritiene che questo tipo di materia possa insorgere solo nei cosiddetti conduttori, ma non è così. Il fatto è che quando un qualsiasi corpo entra in contatto, sorge sempre un certo numero di particelle di carica opposta, che possono iniziare a muoversi. Nei dielettrici, la libera circolazione degli stessi elettroni è molto difficile e richiede enormi sforzi esterni, motivo per cui dicono che non conducono corrente elettrica.

Condizioni per l'esistenza di corrente nel circuito

Gli scienziati hanno notato da tempo che questo fenomeno fisico non può sorgere e persistere a lungo da solo. Le condizioni per l'esistenza di una corrente elettrica comprendono diverse disposizioni importanti. In primo luogo, questo fenomeno è impossibile senza la presenza di elettroni e ioni liberi, che svolgono il ruolo di 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 qualsiasi punto di un elettricista. Infine, in terzo luogo, una 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 sono convertitori di vari tipi di energia meccanica e termica. Si chiamano fonti di energia.

Domanda sulle fonti attuali

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

Corrente, tensione, resistenza

Come ogni altro fenomeno fisico, la corrente elettrica ha una serie di caratteristiche. I più importanti di questi includono la sua forza, la tensione e la resistenza del circuito. Il primo di essi è una caratteristica quantitativa della carica che passa attraverso 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, a causa della quale la carica che passa fa un certo lavoro. Infine, la resistenza è una caratteristica interna di un conduttore, che mostra quanta forza deve spendere una carica per attraversarlo.