Concepte de bază ale curentului electric. Determinarea curentului electric

Când o persoană a învățat să creeze și să folosească curentul electric, calitatea vieții sale a crescut dramatic. Acum, importanța energiei electrice continuă să crească în fiecare an. Pentru a învăța să înțelegeți problemele mai complexe legate de electricitate, trebuie mai întâi să înțelegeți ce este curentul electric.

Ce este actual

Definiția curentului electric este reprezentarea acestuia sub forma unui flux direcționat de particule purtătoare în mișcare, încărcate pozitiv sau negativ. Purtătorii de taxe pot fi:

• electroni încărcați cu semnul minus care se mișcă în metale;
• ioni în lichide sau gaze;
• găuri încărcate pozitiv de la electronii în mișcare în semiconductori.

Ce este curentul este determinat și de prezența unui câmp electric. Fără el, nu va apărea un flux direcționat de particule încărcate.

Conceptul de curent electricAr fi incomplet fără a enumera manifestările sale:

1. Orice curent electric este însoțit de un câmp magnetic;
2. Conductoarele se încălzesc pe măsură ce trece;
3. Electroliții modifică compoziția chimică.

Conductoare și semiconductori

Curentul electric poate exista numai într-un mediu conductor, dar natura curgerii sale este diferită:

1. Conductorii metalici conțin electroni liberi care încep să se miște sub influența unui câmp electric. Când temperatura crește, crește și rezistența conductorilor, deoarece căldura crește mișcarea atomilor într-o ordine haotică, ceea ce interferează cu electronii liberi;
2. Într-un mediu lichid format din electroliți, câmpul electric rezultat determină un proces de disociere - formarea de cationi și anioni, care se deplasează spre polii pozitiv și negativ (electrozi) în funcție de semnul sarcinii. Incalzirea electrolitului duce la scaderea rezistentei datorita descompunerii mai active a moleculelor;

Important! Electrolitul poate fi solid, dar natura fluxului de curent în el este identică cu cea lichidă.

1. Mediul gazos se caracterizează și prin prezența ionilor care intră în mișcare. Se formează plasma. Radiația produce, de asemenea, electroni liberi care participă la mișcarea direcționată;
2. Când un curent electric este creat în vid, electronii eliberați la electrodul negativ se deplasează spre electrodul pozitiv;
3. În semiconductori, există electroni liberi care rup legăturile atunci când sunt încălziți. În locurile lor rămân găuri cu o încărcătură cu semnul „plus”. Găurile și electronii sunt capabili să creeze mișcare direcționată.

Mediile neconductoare se numesc dielectrice.

Important! Direcția curentului corespunde direcției de mișcare a particulelor purtătoare de sarcină cu semnul plus.

Tip de curent

1. Constant. Se caracterizează printr-o valoare cantitativă constantă a curentului și direcției;
2. Variabil. În timp, își schimbă periodic caracteristicile. Este împărțit în mai multe soiuri, în funcție de parametrul modificat. În principal, valoarea cantitativă a curentului și direcția acestuia variază de-a lungul unei sinusoide;
3. Curenți turbionari. Apar atunci când fluxul magnetic suferă modificări. Formați circuite închise fără a vă deplasa între poli. Curenții turbionari provoacă generare intensă de căldură și, ca urmare, pierderile cresc. În miezurile bobinelor electromagnetice, acestea sunt limitate prin utilizarea unui design de plăci izolate individuale în loc de unul solid.

Caracteristici electrice

1. Puterea curentă. Aceasta este o măsurare cantitativă a sarcinii care trece pe unitatea de timp printr-o secțiune transversală a conductorilor. Sarcinile sunt măsurate în coulombs (C), unitatea de timp este secunda. Puterea curentului este C/s. Raportul rezultat a fost numit amper (A), care măsoară valoarea cantitativă a curentului. Aparatul de măsurare este un ampermetru, conectat în serie la circuitul de conectare electrică;
2. Putere. Curentul electric din conductor trebuie să învingă rezistența mediului. Munca cheltuită pentru a o depăși într-o anumită perioadă de timp va fi puterea. În acest caz, electricitatea este convertită în alte tipuri de energie - se lucrează. Puterea depinde de curent și tensiune. Produsul lor va determina puterea activă. Înmulțit cu timp, se obține consumul de energie - ceea ce arată contorul. Puterea poate fi măsurată în volți-amperi (VA, kVA, mVA) sau în wați (W, kW, mW);
3. Voltaj. Una dintre cele mai importante trei caracteristici. Pentru ca curentul să circule, este necesar să se creeze o diferență de potențial între două puncte dintr-un circuit închis de conexiuni electrice. Tensiunea este caracterizată prin munca efectuată de un câmp electric atunci când un singur purtător de sarcină se mișcă. Conform formulei, unitatea de tensiune este J/C, care corespunde unui volt (V). Aparatul de măsurare este un voltmetru, conectat în paralel;
4. Rezistenţă. Caracterizează capacitatea conductorilor de a trece curentul electric. Determinată de materialul conductorului, lungimea și aria secțiunii transversale. Măsurarea este în ohmi (Ohm).

Legile pentru curentul electric

Circuitele electrice sunt calculate folosind trei legi principale:

1. Legea lui Ohm. A fost studiat și formulat de un fizician din Germania la începutul secolului al XIX-lea pentru curent continuu, apoi a fost aplicat și curentului alternativ. Stabilește relația dintre curent, tensiune și rezistență. Aproape orice circuit electric este calculat pe baza legii lui Ohm. Formula de bază: I = U/R, sau curentul este direct proporțional cu tensiunea și invers proporțional cu rezistența;

1. legea lui Faraday. Se referă la inducția electromagnetică. Apariția curenților inductivi în conductori este cauzată de influența unui flux magnetic care se modifică în timp datorită inducerii EMF (forță electromotoare) într-o buclă închisă. Mărimea emf indusă, măsurată în volți, este proporțională cu viteza cu care se modifică fluxul magnetic. Datorită legii inducției, generatoarele produc energie electrică;
2. Legea Joule-Lenz. Este important atunci când se calculează încălzirea conductorilor, care este utilizat pentru proiectarea și fabricarea dispozitivelor de încălzire, a dispozitivelor de iluminat și a altor echipamente electrice. Legea ne permite să determinăm cantitatea de căldură eliberată în timpul trecerii curentului electric:

unde I este puterea curentului care curge, R este rezistența, t este timpul.

Electricitate în atmosferă

În atmosferă poate exista un câmp electric și au loc procese de ionizare. Deși natura apariției lor nu este complet clară, există diverse ipoteze explicative. Cel mai popular este un condensator, ca analog pentru reprezentarea electricității în atmosferă. Plăcile sale pot fi folosite pentru a reprezenta suprafața pământului și ionosfera, între care circulă un dielectric - aer.

Tipuri de electricitate atmosferică:

1. Descărcări de fulgere. Fulgere cu o strălucire vizibilă și tunete. Tensiunea fulgerului atinge sute de milioane de volți la un curent de 500.000 A;

1. Focul Sf. Elm. Descărcare corona de electricitate formată în jurul firelor, catargelor;
2. fulger cu minge. O descărcare în formă de minge care se mișcă prin aer;
3. Lumini polare. Strălucire multicoloră a ionosferei pământului sub influența particulelor încărcate care pătrund din spațiu.

Oamenii folosesc proprietățile benefice ale curentului electric în toate domeniile vieții:

• iluminat;
• transmisie semnal: telefon, radio, televiziune, telegraf;
• transport electric: trenuri, mașini electrice, tramvaie, troleibuze;
• crearea unui microclimat confortabil: încălzire și aer condiționat;
• Echipament medical;
• uz casnic: aparate electrice;
• calculatoare și dispozitive mobile;
• industrie: mașini și echipamente;
• electroliza: producerea de aluminiu, zinc, magneziu și alte substanțe.

Pericol electric

Contactul direct cu curentul electric fără echipament de protecție este mortal pentru oameni. Sunt posibile mai multe tipuri de impact:

• arsuri termice;
• defalcarea electrolitică a sângelui și a limfei cu modificarea compoziției sale;
• contracțiile musculare convulsive pot provoca fibrilație cardiacă până când se oprește complet și pot perturba funcționarea sistemului respirator.

Important! Curentul resimțit de o persoană începe cu o valoare de 1 mA; dacă valoarea curentului este de 25 mA, sunt posibile schimbări negative grave în organism.

Cea mai importantă caracteristică a curentului electric este că poate face o muncă utilă pentru o persoană: aprinde o casă, spăla și usca hainele, gătește cina, încălzi o casă. În zilele noastre, folosirea lui în transmisia de informații ocupă un loc semnificativ, deși acest lucru nu necesită un consum mare de energie.

Video

Curentul electric este acum folosit în fiecare clădire, știind caracteristicile actualeîn rețeaua electrică de acasă, ar trebui să vă amintiți întotdeauna că este periculos pentru viață.

Curentul electric este efectul mișcării direcționale a sarcinilor electrice (în gaze - ioni și electroni, în metale - electroni), sub influența unui câmp electric.

Mișcarea sarcinilor pozitive de-a lungul câmpului este echivalentă cu mișcarea sarcinilor negative împotriva câmpului.

De obicei, direcția sarcinii electrice este considerată a fi direcția sarcinii pozitive.

• puterea curentă;
• Voltaj;
• puterea curentului;
• rezistență de curent.

Puterea curentă.

Puterea curentului electric se numește raportul dintre munca efectuată de curent și timpul în care a fost efectuată această muncă.

Puterea pe care o dezvoltă un curent electric într-o secțiune a unui circuit este direct proporțională cu mărimea curentului și a tensiunii din acea secțiune. Puterea (electrică și mecanică) măsurată în wați (W).

Puterea curentă nu depinde de timpul de pro-te-ka-niya a curentului electric din circuit, ci este definit ca tensiunea pro-de-ve-de pe puterea curentului.

Voltaj.

Tensiune electrică este o mărime care arată cât de mult lucrează câmpul electric la mutarea unei sarcini dintr-un punct în altul. Tensiunea în diferite părți ale circuitului va fi diferită.

De exemplu: tensiunea pe o secțiune a unui fir gol va fi foarte mică, iar tensiunea pe o secțiune cu orice sarcină va fi mult mai mare, iar magnitudinea tensiunii va depinde de cantitatea de muncă efectuată de curent. Tensiunea se măsoară în volți (1 V). Pentru determinarea tensiunii există o formulă: U=A/q, unde

• U - tensiune,
• A este munca efectuată de curent pentru a muta sarcina q într-o anumită secțiune a circuitului.

Puterea curentă.

Puterea curentă se referă la numărul de particule încărcate care curg prin secțiunea transversală a unui conductor.

A-prioriu puterea curentului direct proporțională cu tensiunea și invers proporțională cu rezistența.

Puterea curentului electric măsurată cu un instrument numit ampermetru. Cantitatea de curent electric (cantitatea de sarcină transferată) se măsoară în amperi. Pentru a crește gama de denumiri de unități de modificare, există prefixe de multiplicitate, cum ar fi micro - microamperi (μA), mile - miliamperi (mA). Alte console nu sunt folosite în utilizarea de zi cu zi. De exemplu: ei spun și scriu „zece mii de amperi”, dar nu spun sau scriu niciodată 10 kiloamperi. Astfel de semnificații nu sunt folosite în viața de zi cu zi. Același lucru se poate spune despre nanoamperi. De obicei ei spun și scriu 1×10-9 Amperi.

Rezistența curentului.

Rezistență electrică este o mărime fizică care caracterizează proprietățile unui conductor care împiedică trecerea curentului electric și este egală cu raportul dintre tensiunea de la capetele conductorului și puterea curentului care circulă prin acesta.

Rezistența pentru circuitele de curent alternativ și pentru câmpurile electromagnetice alternative este descrisă prin conceptele de impedanță și impedanță caracteristică. Rezistența curentului(deseori notată cu litera R sau r) rezistența de curent este considerată, în anumite limite, a fi o valoare constantă pentru un conductor dat. Sub rezistență electricăînțelegeți raportul dintre tensiunea de la capetele unui conductor și curentul care trece prin conductor.

Condiții pentru apariția curentului electric într-un mediu conductor:

1) prezența particulelor încărcate libere;

2) dacă există un câmp electric (există o diferență de potențial între două puncte ale conductorului).

Tipuri de efecte ale curentului electric asupra materialului conductor.

1) chimică - o modificare a compoziției chimice a conductorilor (apare în principal în electroliți);

2) termică - materialul prin care curge curentul este încălzit (acest efect este absent în supraconductori);

3) magnetic - apariția unui câmp magnetic (apare la toți conductorii).

Principalele caracteristici ale curentului.

1. Puterea curentului se notează cu litera I - este egală cu cantitatea de electricitate Q care trece prin conductor în timpul t.

I=Q/t

Puterea curentului este determinată de un ampermetru.

Tensiunea este determinată de un voltmetru.

3. Rezistenta R a materialului conductor.

Rezistenta depinde de:

a) pe secțiunea conductorului S, pe lungimea lui l și material (notat cu rezistivitatea conductorului ρ);

R=pl/S

b) la temperatura t°C (sau T): R = R0 (1 + αt),

• unde R0 este rezistența conductorului la 0°C,
• α - coeficientul de rezistență la temperatură;

c) pentru a obține efecte variate, conductoarele pot fi conectate atât în ​​paralel, cât și în serie.

Tabelul caracteristicilor curente.

Compus	Secvenţial	Paralel
Valoarea de conservare	I 1 = I 2 = … = I n I = const	U 1 = U 2 = …U n U = const
Valoarea sumă	Voltaj e=Ast/q Valoarea egală cu munca depusă de forțele externe pentru a muta o sarcină pozitivă de-a lungul întregului circuit, inclusiv sursa de curent, la sarcină se numește forța electromotoare a sursei de curent (EMF): e=Ast/q Caracteristicile curente trebuie cunoscute la repararea echipamentelor electrice.

În primul rând, merită să aflați ce este curentul electric. Curentul electric este mișcarea ordonată a particulelor încărcate într-un conductor. Pentru ca acesta să apară, mai întâi trebuie creat un câmp electric, sub influența căruia particulele încărcate menționate mai sus vor începe să se miște.

Primele cunoștințe despre electricitate, cu multe secole în urmă, se refereau la „încărcările” electrice produse prin frecare. Deja în antichitate, oamenii știau că chihlimbarul, frecat cu lână, a dobândit capacitatea de a atrage obiecte ușoare. Dar abia la sfârșitul secolului al XVI-lea, medicul englez Gilbert a studiat acest fenomen în detaliu și a aflat că multe alte substanțe aveau exact aceleași proprietăți. Corpuri care, ca chihlimbarul, după frecare, pot atrage obiecte ușoare, pe care le-a numit electrizate. Acest cuvânt este derivat din electronul grecesc - „chihlimbar”. În prezent, spunem că corpurile în această stare au sarcini electrice, iar corpurile în sine sunt numite „încărcate”.

Sarcinile electrice apar întotdeauna atunci când diferite substanțe intră în contact strâns. Dacă corpurile sunt solide, atunci contactul lor strâns este împiedicat de proeminențe microscopice și neregularități care sunt prezente pe suprafața lor. Strângând astfel de corpuri și frecându-le unul de celălalt, aducem împreună suprafețele lor, care fără presiune s-ar atinge doar în câteva puncte. În unele corpuri, sarcinile electrice se pot deplasa liber între diferite părți, dar în altele acest lucru este imposibil. În primul caz, corpurile sunt numite „conductori”, iar în al doilea - „dielectrici sau izolatori”. Conductorii sunt toate metalele, soluțiile apoase de săruri și acizi, etc. Exemple de izolatori sunt chihlimbarul, cuarțul, ebonita și toate gazele găsite în condiții normale.

Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că împărțirea corpurilor în conductori și dielectrici este foarte arbitrară. Toate substanțele conduc electricitatea într-o măsură mai mare sau mai mică. Sarcinile electrice sunt pozitive și negative. Acest tip de curent nu va dura mult, deoarece corpul electrificat se va epuiza. Pentru existența continuă a unui curent electric într-un conductor, este necesară menținerea unui câmp electric. În aceste scopuri se folosesc surse de curent electric. Cel mai simplu caz de apariție a curentului electric este atunci când un capăt al firului este conectat la un corp electrificat, iar celălalt la pământ.

Circuitele electrice care furnizează curent becurilor și motoarelor electrice nu au apărut până la inventarea bateriilor, care datează din jurul anului 1800. După aceasta, dezvoltarea doctrinei electricității a mers atât de repede încât în ​​mai puțin de un secol a devenit nu doar o parte a fizicii, ci a format baza unei noi civilizații electrice.

Cantități de bază de curent electric

Cantitatea de electricitate și curent. Efectele curentului electric pot fi puternice sau slabe. Puterea curentului electric depinde de cantitatea de sarcină care curge prin circuit într-o anumită unitate de timp. Cu cât s-au mutat mai mulți electroni de la un pol al sursei la celălalt, cu atât sarcina totală transferată de electroni este mai mare. Această sarcină netă se numește cantitatea de electricitate care trece printr-un conductor.

În special, efectul chimic al curentului electric depinde de cantitatea de electricitate, adică, cu cât sarcina trecută prin soluția de electrolit este mai mare, cu atât mai multă substanță se va depune pe catod și anod. În acest sens, cantitatea de electricitate poate fi calculată cântărind masa substanței depuse pe electrod și cunoscând masa și sarcina unui ion din această substanță.

Puterea curentului este o mărime care este egală cu raportul dintre sarcina electrică care trece prin secțiunea transversală a conductorului și timpul curgerii acestuia. Unitatea de încărcare este coulombul (C), timpul se măsoară în secunde (s). În acest caz, unitatea de măsură a curentului este exprimată în C/s. Această unitate se numește amper (A). Pentru a măsura curentul dintr-un circuit, se folosește un dispozitiv de măsurare electric numit ampermetru. Pentru includerea în circuit, ampermetrul este echipat cu două borne. Este conectat în serie la circuit.

Tensiune electrică. Știm deja că curentul electric este mișcarea ordonată a particulelor încărcate - electroni. Această mișcare este creată folosind un câmp electric, care face o anumită cantitate de muncă. Acest fenomen se numește munca curentului electric. Pentru a deplasa mai multă sarcină printr-un circuit electric în 1 s, câmpul electric trebuie să lucreze mai mult. Pe baza acestui fapt, se dovedește că activitatea curentului electric ar trebui să depindă de puterea curentului. Dar mai există o valoare de care depinde munca curentului. Această cantitate se numește tensiune.

Tensiunea este raportul dintre munca efectuată de curent într-o anumită secțiune a unui circuit electric și sarcina care curge prin aceeași secțiune a circuitului. Lucrul curent se măsoară în jouli (J), sarcina - în coulombi (C). În acest sens, unitatea de măsură pentru tensiune va deveni 1 J/C. Această unitate a fost numită volt (V).

Pentru ca tensiunea să apară într-un circuit electric, este necesară o sursă de curent. Când circuitul este deschis, tensiunea este prezentă numai la bornele sursei de curent. Dacă această sursă de curent este inclusă în circuit, tensiunea va apărea și în secțiuni individuale ale circuitului. În acest sens, în circuit va apărea un curent. Adică, putem spune pe scurt următoarele: dacă nu există tensiune în circuit, nu există curent. Pentru a măsura tensiunea, se folosește un instrument de măsurare electric numit voltmetru. În aspectul său, seamănă cu ampermetrul menționat anterior, singura diferență fiind că litera V este scrisă pe scara voltmetrului (în loc de A pe ampermetru). Voltmetrul are două borne, cu ajutorul cărora este conectat în paralel cu circuitul electric.

Rezistență electrică. După conectarea diferiților conductori și a unui ampermetru la circuitul electric, puteți observa că atunci când utilizați diferiți conductori, ampermetrul oferă citiri diferite, adică în acest caz, puterea curentului disponibil în circuitul electric este diferită. Acest fenomen poate fi explicat prin faptul că diferiți conductori au rezistență electrică diferită, care este o mărime fizică. A fost numit Ohm în onoarea fizicianului german. De regulă, în fizică se folosesc unități mai mari: kilo-ohm, mega-ohm etc. Rezistența unui conductor este de obicei notă cu litera R, lungimea conductorului este L, iar aria secțiunii transversale este S În acest caz, rezistența poate fi scrisă ca o formulă:

R = r * L/S

unde coeficientul p se numește rezistivitate. Acest coeficient exprimă rezistența unui conductor de 1 m lungime cu o suprafață în secțiune egală cu 1 m2. Rezistența specifică este exprimată în Ohmi x m. Deoarece firele, de regulă, au o secțiune transversală destul de mică, ariile lor sunt de obicei exprimate în milimetri pătrați. În acest caz, unitatea de rezistivitate va fi Ohm x mm2/m. În tabelul de mai jos. Figura 1 prezintă rezistivitățile unor materiale.

Tabelul 1. Rezistivitatea electrică a unor materiale
Material	p, Ohm x m2/m	Material	p, Ohm x m2/m
Cupru	0,017	Aliaj platină-iridiu	0,25
Aur	0,024	Grafit	13
Alamă	0,071	Cărbune	40
Staniu	0,12	Porţelan	1019
Conduce	0,21	Ebonită	1020
Metal sau aliaj
Argint	0,016	Manganin (aliaj)	0,43
Aluminiu	0,028	Constantan (aliaj)	0,50
Tungsten	0,055	Mercur	0,96
Fier	0,1	Nicrom (aliaj)	1,1
Nichelina (aliaj)	0,40	Fechral (aliaj)	1,3
		Chromel (aliaj)	1,5

Conform tabelului. 1 devine clar că cuprul are cea mai scăzută rezistivitate electrică, iar aliajul metalic are cea mai mare. În plus, dielectricii (izolatorii) au rezistivitate ridicată.

Capacitate electrică. Știm deja că doi conductori izolați unul de celălalt pot acumula sarcini electrice. Acest fenomen este caracterizat de o mărime fizică numită capacitate electrică. Capacitatea electrică a doi conductori nu este altceva decât raportul dintre sarcina unuia dintre ei și diferența de potențial dintre acest conductor și cel vecin. Cu cât tensiunea este mai mică atunci când conductorii primesc o sarcină, cu atât capacitatea lor este mai mare. Unitatea de măsură a capacității electrice este faradul (F). În practică, se folosesc fracții din această unitate: microfarad (μF) și picofarad (pF).

Dacă luați doi conductori izolați unul de celălalt și îi plasați la o distanță mică unul de celălalt, veți obține un condensator. Capacitatea unui condensator depinde de grosimea plăcilor sale și de grosimea dielectricului și de permeabilitatea acestuia. Prin reducerea grosimii dielectricului dintre plăcile condensatorului, capacitatea acestuia din urmă poate fi crescută semnificativ. Pe toate condensatoarele, pe lângă capacitatea lor, trebuie indicată și tensiunea pentru care sunt proiectate aceste dispozitive.

Munca și puterea curentului electric. Din cele de mai sus este clar că curentul electric funcționează. La conectarea motoarelor electrice, curentul electric face să funcționeze tot felul de echipamente, deplasează trenurile de-a lungul șinelor, luminează străzile, încălzește locuința și, de asemenea, produce un efect chimic, adică permite electroliza etc. Putem spune că munca efectuată de curentul pe o anumită secțiune a circuitului este egal cu curentul de produs, tensiunea și timpul în care a fost efectuată lucrarea. Lucrul se măsoară în jouli, tensiunea în volți, curentul în amperi, timpul în secunde. În acest sens, 1 J = 1B x 1A x 1s. Din aceasta rezultă că, pentru a măsura lucrul curentului electric, trebuie utilizate trei instrumente simultan: un ampermetru, un voltmetru și un ceas. Dar acest lucru este greoi și ineficient. Prin urmare, de obicei, munca curentului electric este măsurată cu contoare electrice. Acest dispozitiv conține toate dispozitivele de mai sus.

Puterea curentului electric este egală cu raportul dintre activitatea curentului și timpul în care a fost efectuat. Puterea este desemnată prin litera „P” și este exprimată în wați (W). În practică, se folosesc kilowați, megawați, hectowați etc.. Pentru a măsura puterea circuitului, trebuie să luați un wattmetru. Inginerii electricieni exprimă munca curentului în kilowați-oră (kWh).

Legile de bază ale curentului electric

Legea lui Ohm. Tensiunea și curentul sunt considerate cele mai utile caracteristici ale circuitelor electrice. Una dintre principalele caracteristici ale utilizării energiei electrice este transportul rapid de energie dintr-un loc în altul și transferul acesteia către consumator în forma necesară. Produsul dintre diferența de potențial și curent dă putere, adică cantitatea de energie emisă în circuit pe unitatea de timp. După cum am menționat mai sus, pentru a măsura puterea într-un circuit electric, ar fi necesare 3 dispozitive. Este posibil să te descurci doar cu unul și să calculezi puterea din citirile sale și unele caracteristici ale circuitului, cum ar fi rezistența? Mulți oameni le-a plăcut această idee și au considerat-o fructuoasă.

Deci, care este rezistența unui fir sau a unui circuit în ansamblu? Un fir, cum ar fi conductele de apă sau conductele sistemului de vid, are o proprietate permanentă care ar putea fi numită rezistență? De exemplu, în țevi, raportul dintre diferența de presiune care produce debitul împărțit la debitul este de obicei o caracteristică constantă a țevii. În mod similar, fluxul de căldură într-un fir este guvernat de o relație simplă care implică diferența de temperatură, aria secțiunii transversale a firului și lungimea acestuia. Descoperirea unei astfel de relații pentru circuitele electrice a fost rezultatul unei căutări reușite.

În anii 1820, profesorul german Georg Ohm a fost primul care a început să caute relația de mai sus. În primul rând, s-a străduit pentru faimă și faimă, care să-i permită să predea la universitate. De aceea a ales un domeniu de cercetare care promitea avantaje deosebite.

Om era fiul unui mecanic, așa că știa să deseneze sârmă de metal de diferite grosimi, de care avea nevoie pentru experimente. Întrucât era imposibil să cumpărați sârmă potrivită în acele zile, Om a făcut-o singur. În timpul experimentelor sale, a încercat diferite lungimi, diferite grosimi, diferite metale și chiar diferite temperaturi. El a variat toți acești factori unul câte unul. Pe vremea lui Ohm, bateriile erau încă slabe și produceau curent inconsecvent. În acest sens, cercetătorul a folosit ca generator un termocuplu, a cărui joncțiune fierbinte a fost plasată într-o flacără. În plus, a folosit un ampermetru magnetic brut și a măsurat diferențele de potențial (Ohm le-a numit „tensiuni”) prin modificarea temperaturii sau a numărului de joncțiuni termice.

Studiul circuitelor electrice tocmai a început să se dezvolte. După ce bateriile au fost inventate în jurul anului 1800, acestea au început să se dezvolte mult mai repede. Au fost proiectate și fabricate diverse dispozitive (destul de des manual), s-au descoperit noi legi, au apărut concepte și termeni etc. Toate acestea au condus la o înțelegere mai profundă a fenomenelor și factorilor electrici.

Actualizarea cunoștințelor despre electricitate, pe de o parte, a devenit motivul apariției unui nou domeniu al fizicii, pe de altă parte, a fost baza dezvoltării rapide a ingineriei electrice, adică baterii, generatoare, sisteme de alimentare cu energie pentru iluminat. și s-au inventat acționare electrică, cuptoare electrice, motoare electrice etc., altele.

Descoperirile lui Ohm au fost de mare importanță atât pentru dezvoltarea studiului electricității, cât și pentru dezvoltarea ingineriei electrice aplicate. Acestea au făcut posibilă prezicerea cu ușurință a proprietăților circuitelor electrice pentru curent continuu și, ulterior, pentru curent alternativ. În 1826, Ohm a publicat o carte în care a subliniat concluziile teoretice și rezultatele experimentale. Dar speranțele lui nu erau justificate; cartea a fost întâmpinată cu ridicol. Acest lucru s-a întâmplat deoarece metoda de experimentare brută părea neatractivă într-o epocă în care mulți erau interesați de filozofie.

Nu a avut de ales decât să-și părăsească funcția de profesor. Nu a obținut o numire la universitate din același motiv. Timp de 6 ani, omul de știință a trăit în sărăcie, fără încredere în viitor, trăind un sentiment de amară dezamăgire.

Dar treptat lucrările sale au câștigat faimă, mai întâi în afara Germaniei. Om a fost respectat în străinătate și a beneficiat de pe urma cercetărilor sale. În acest sens, compatrioții săi au fost nevoiți să-l recunoască în patria sa. În 1849 a primit un post de profesor la Universitatea din München.

Ohm a descoperit o lege simplă care stabilește relația dintre curent și tensiune pentru o bucată de sârmă (pentru o parte a unui circuit, pentru întregul circuit). În plus, a compilat reguli care vă permit să determinați ce se va schimba dacă luați un fir de o dimensiune diferită. Legea lui Ohm este formulată după cum urmează: puterea curentului într-o secțiune a unui circuit este direct proporțională cu tensiunea din această secțiune și invers proporțională cu rezistența secțiunii.

Legea Joule-Lenz. Curentul electric din orice parte a circuitului funcționează. De exemplu, să luăm orice secțiune a circuitului între capete ale căreia există o tensiune (U). Prin definiția tensiunii electrice, munca efectuată la deplasarea unei unități de sarcină între două puncte este egală cu U. Dacă puterea curentului într-o anumită secțiune a circuitului este egală cu i, atunci în timpul t sarcina va trece și prin urmare, activitatea curentului electric în această secțiune va fi:

A = Uit

Această expresie este valabilă în orice caz pentru curent continuu, pentru orice secțiune a circuitului, care poate conține conductori, motoare electrice etc. Puterea curentului, adică lucru pe unitatea de timp, este egală cu:

P = A/t = Ui

Această formulă este utilizată în sistemul SI pentru a determina unitatea de tensiune.

Să presupunem că secțiunea circuitului este un conductor staționar. În acest caz, toată munca se va transforma în căldură, care va fi eliberată în acest conductor. Dacă conductorul este omogen și respectă legea lui Ohm (aceasta include toate metalele și electroliții), atunci:

U = ir

unde r este rezistența conductorului. În acest caz:

A = rt2i

Această lege a fost pentru prima dată dedusă experimental de E. Lenz și, independent de el, de Joule.

Trebuie remarcat faptul că conductoarele de încălzire au numeroase aplicații în tehnologie. Cele mai comune și mai importante dintre ele sunt lămpile cu incandescență.

Legea inducției electromagnetice. În prima jumătate a secolului al XIX-lea, fizicianul englez M. Faraday a descoperit fenomenul inducției magnetice. Acest fapt, devenit proprietatea multor cercetători, a dat un impuls puternic dezvoltării ingineriei electrice și radio.

În cursul experimentelor, Faraday a descoperit că atunci când numărul liniilor de inducție magnetică care pătrund pe o suprafață delimitată de o buclă închisă se modifică, în ea ia naștere un curent electric. Aceasta este baza poate celei mai importante legi a fizicii - legea inducției electromagnetice. Curentul care apare în circuit se numește inducție. Datorită faptului că un curent electric apare într-un circuit numai atunci când sarcinile libere sunt expuse la forțe externe, atunci cu un flux magnetic în schimbare care trece de-a lungul suprafeței unui circuit închis, aceleași forțe externe apar în el. Acțiunea forțelor externe în fizică se numește forță electromotoare sau fem indusă.

Inductia electromagnetica apare si in conductorii deschisi. Când un conductor traversează linii de forță magnetice, tensiunea apare la capete. Motivul apariției unei astfel de tensiuni este emf indus. Dacă fluxul magnetic care trece printr-o buclă închisă nu se modifică, nu apare curent indus.

Folosind conceptul de „emf de inducție”, putem vorbi despre legea inducției electromagnetice, adică, fem de inducție într-o buclă închisă este egală ca mărime cu rata de modificare a fluxului magnetic prin suprafața delimitată de buclă.

regula lui Lenz. După cum știm deja, într-un conductor apare un curent indus. În funcție de condițiile de apariție, are o direcție diferită. Cu această ocazie, fizicianul rus Lenz a formulat următoarea regulă: curentul indus care apare într-un circuit închis are întotdeauna o astfel de direcție încât câmpul magnetic pe care îl creează să nu permită schimbarea fluxului magnetic. Toate acestea determină apariția unui curent de inducție.

Curentul de inducție, ca oricare altul, are energie. Aceasta înseamnă că, în cazul unui curent de inducție, apare energia electrică. Conform legii conservării și transformării energiei, energia menționată mai sus poate apărea numai din cauza cantității de energie a unui alt tip de energie. Astfel, regula lui Lenz corespunde pe deplin legii conservării și transformării energiei.

Pe lângă inducție, în bobină poate apărea așa-numita autoinducție. Esența sa este următoarea. Dacă în bobină apare un curent sau dacă puterea acestuia se modifică, apare un câmp magnetic în schimbare. Și dacă fluxul magnetic care trece prin bobină se modifică, atunci apare o forță electromotoare în ea, care se numește fem de auto-inducție.

Conform regulii lui Lenz, fem-ul auto-inductiv la închiderea unui circuit interferează cu puterea curentului și împiedică creșterea acestuia. Când circuitul este oprit, fem-ul auto-inductiv reduce puterea curentului. În cazul în care puterea curentului din bobină atinge o anumită valoare, câmpul magnetic încetează să se mai schimbe și f.e.m. de autoinducție devine zero.

Primele descoperiri legate de munca electricității au început în secolul al VII-lea î.Hr. Filosoful grec antic Thales din Milet a descoperit că atunci când chihlimbarul este frecat de lână, acesta este ulterior capabil să atragă obiecte ușoare. „Electricitate” este tradus din greacă ca „chihlimbar”. În 1820, André-Marie Ampère a stabilit legea curentului continuu. Ulterior, magnitudinea curentului sau în ce se măsoară curentul electric a început să se noteze în amperi.

Sensul termenului

Conceptul de curent electric poate fi găsit în orice manual de fizică. Curent electric- aceasta este mișcarea ordonată a particulelor încărcate electric într-o direcție. Pentru a înțelege omului obișnuit ce este curentul electric, ar trebui să folosiți dicționarul unui electrician. În ea, termenul înseamnă mișcarea electronilor printr-un conductor sau ionilor printr-un electrolit.

În funcție de mișcarea electronilor sau ionilor în interiorul unui conductor, se disting următoarele: tipuri de curenti:

• constant;
• variabil;
• periodică sau pulsatorie.

Mărimi de măsură de bază

Puterea curentului electric- principalul indicator pe care electricienii îl folosesc în munca lor. Puterea curentului electric depinde de cantitatea de sarcină care curge prin circuitul electric într-o perioadă de timp stabilită. Cu cât este mai mare numărul de electroni care curg de la începutul sursei până la sfârșit, cu atât sarcina transferată de electroni va fi mai mare.

O mărime care este măsurată prin raportul dintre sarcina electrică care curge prin secțiunea transversală a particulelor dintr-un conductor și timpul de trecere a acestuia. Sarcina este măsurată în coulombi, timpul este măsurat în secunde și o unitate de flux electric este determinată de raportul dintre sarcină și timp (coulomb la secundă) sau amperi. Determinarea curentului electric (intensitatea acestuia) are loc prin conectarea secvenţială a două borne în circuitul electric.

Când funcționează un curent electric, mișcarea particulelor încărcate se realizează folosind un câmp electric și depinde de forța mișcării electronilor. Valoarea de care depinde lucrul unui curent electric se numește tensiune și este determinată de raportul dintre lucrul curentului într-o anumită parte a circuitului și sarcina care trece prin aceeași parte. Unitatea de măsură de volți este măsurată de un voltmetru atunci când două borne ale dispozitivului sunt conectate la un circuit în paralel.

Cantitatea de rezistență electrică depinde direct de tipul de conductor utilizat, de lungimea și de secțiunea transversală a acestuia. Se măsoară în ohmi.

Puterea este determinată de raportul dintre munca efectuată de mișcarea curenților și momentul în care a avut loc această muncă. Puterea se măsoară în wați.

O mărime fizică, cum ar fi capacitatea, este determinată de raportul dintre sarcina unui conductor și diferența de potențial dintre același conductor și cel vecin. Cu cât tensiunea este mai mică atunci când conductorii primesc o sarcină electrică, cu atât capacitatea lor este mai mare. Se măsoară în faradi.

Cantitatea de muncă efectuată de electricitate la un anumit interval din lanț se găsește folosind produsul dintre curent, tensiune și perioada de timp în care a fost efectuată munca. Acesta din urmă se măsoară în jouli. Funcționarea curentului electric se determină cu ajutorul unui contor care conectează citirile tuturor cantităților, și anume tensiunea, forța și timpul.

Tehnici de securitate electrică

Cunoașterea regulilor de siguranță electrică va ajuta la prevenirea unei situații de urgență și la protejarea sănătății și vieții oamenilor. Deoarece electricitatea tinde să încălzească conductorul, există întotdeauna posibilitatea unei situații periculoase pentru sănătate și viață. Pentru a asigura siguranța acasă trebuie respectate următorul simplu dar reguli importante:

1. Izolarea rețelei trebuie să fie întotdeauna în stare bună pentru a evita suprasarcinile sau posibilitatea scurtcircuitelor.
2. Umiditatea nu trebuie să pătrundă pe aparatele electrice, fire, panouri etc. De asemenea, un mediu umed provoacă scurtcircuite.
3. Asigurați-vă că puneți la pământ toate dispozitivele electrice.
4. Evitați supraîncărcarea cablurilor electrice deoarece există riscul ca firele să ia foc.

Măsurile de siguranță atunci când lucrați cu energie electrică presupun folosirea mănușilor cauciucate, mănușilor, covorașelor, dispozitivelor de descărcare, dispozitivelor de împământare pentru zonele de lucru, întrerupătoarelor sau siguranțelor cu protecție termică și de curent.

Electricienii cu experiență, când există posibilitatea de șoc electric, lucrează cu o mână, iar cealaltă este în buzunar. În acest fel, circuitul mână la mână este întrerupt în cazul unei atingeri involuntare a scutului sau a altor echipamente împământate. Dacă echipamentele conectate la rețea iau foc, stingeți focul exclusiv cu stingătoare cu pulbere sau dioxid de carbon.

Aplicarea curentului electric

Curentul electric are multe proprietăți care îi permit să fie utilizat în aproape toate domeniile activității umane. Modalități de utilizare a curentului electric:

Electricitatea este astăzi cea mai ecologică formă de energie. În economia modernă, dezvoltarea industriei energiei electrice este de importanță planetară. În viitor, dacă va exista o lipsă de materii prime, electricitatea va ocupa o poziție de lider ca sursă inepuizabilă de energie.

Astăzi este dificil să ne imaginăm viața fără un astfel de fenomen precum electricitatea, dar omenirea a învățat să o folosească în scopuri proprii nu cu mult timp în urmă. Studiul esenței și caracteristicilor acestui tip special de materie a durat câteva secole, dar nici acum nu putem spune cu încredere că știm absolut totul despre ea.

Conceptul și esența curentului electric

Curentul electric, așa cum se știe de la cursurile de fizică din școală, nu este altceva decât mișcarea ordonată a oricăror particule încărcate. Aceștia din urmă pot fi fie electroni încărcați negativ, fie ioni. Se crede că acest tip de materie poate apărea numai în așa-numiții conductori, dar acest lucru este departe de a fi adevărat. Ideea este că, atunci când orice corp intră în contact, apar întotdeauna un anumit număr de particule încărcate opus, care pot începe să se miște. În dielectrici, mișcarea liberă a acelorași electroni este foarte dificilă și necesită forțe externe enorme, motiv pentru care se spune că nu conduc curentul electric.

Condiții de existență a curentului în circuit

Oamenii de știință au observat de mult timp că acest fenomen fizic nu poate apărea și persista mult timp singur. Condițiile de existență a curentului electric includ câteva prevederi importante. În primul rând, acest fenomen este imposibil fără prezența electronilor și ionilor liberi, care acționează ca transmițători de sarcină. În al doilea rând, pentru ca aceste particule elementare să înceapă să se miște într-o manieră ordonată, este necesar să se creeze un câmp, a cărui caracteristică principală este diferența de potențial dintre orice puncte ale electricianului. În sfârșit, în al treilea rând, un curent electric nu poate exista mult timp doar sub influența forțelor Coulomb, deoarece potențialele se vor egaliza treptat. De aceea sunt necesare anumite componente care sunt convertoare de diferite tipuri de energie mecanică și termică. Ele sunt de obicei numite surse curente.

Întrebare despre sursele actuale

Sursele de curent electric sunt dispozitive speciale care generează un câmp electric. Cele mai importante dintre ele includ celulele galvanice, panourile solare, generatoarele și bateriile. caracterizate prin puterea, productivitatea și timpul de funcționare.

Curent, tensiune, rezistență

Ca orice alt fenomen fizic, curentul electric are o serie de caracteristici. Cele mai importante dintre acestea includ puterea sa, tensiunea circuitului și rezistența. Prima dintre ele este o caracteristică cantitativă a sarcinii care trece prin secțiunea transversală a unui anumit conductor pe unitate de timp. Tensiunea (numită și forță electromotoare) nu este altceva decât mărimea diferenței de potențial datorită căreia o sarcină care trece efectuează o anumită cantitate de muncă. În cele din urmă, rezistența este o caracteristică internă a unui conductor, care arată cât de multă forță trebuie să consume o sarcină pentru a trece prin el.