Apariția curentului electric. Curentul electric: principalele caracteristici și condiții de existență a acestuia

Cum se numește puterea actuală? Această întrebare a apărut în mintea noastră de mai multe ori sau de două ori în procesul de discuție a diferitelor probleme. Prin urmare, am decis să o tratăm mai detaliat și vom încerca să o facem cât mai accesibilă fără un număr mare de formule și termeni neclari.

Deci, ce este curentul electric? Acesta este un flux direcționat de particule încărcate. Dar ce sunt aceste particule, de ce se mișcă brusc și unde? Toate acestea nu sunt foarte clare. Prin urmare, să ne uităm la această problemă mai detaliat.

• Să începem cu întrebarea despre particulele încărcate, care, de fapt, sunt purtătoare de curent electric. Sunt diferite în diferite substanțe. De exemplu, ce este curentul electric în metale? Aceștia sunt electroni. În gaze există electroni și ioni; în semiconductori - găuri; iar în electroliți aceștia sunt cationi și anioni.

• Aceste particule au o anumită sarcină. Poate fi pozitiv sau negativ. Definiția sarcinii pozitive și negative este dată condiționat. Particulele care au aceeași sarcină se resping, iar particulele care au aceeași sarcină se atrag.

• Pe baza acestui fapt, se dovedește a fi logic că mișcarea va avea loc de la polul pozitiv la cel negativ. Și cu cât este mai mare numărul de particule încărcate prezente la un pol încărcat, cu atât numărul lor se va muta la polul cu un semn diferit.
• Dar aceasta este o teorie profundă, așa că să luăm un exemplu concret. Să presupunem că avem o priză la care nu este conectat niciun aparat. Există curent acolo?
• Pentru a răspunde la această întrebare trebuie să știm ce sunt tensiunea și curentul. Pentru a face acest lucru mai clar, să ne uităm la asta folosind exemplul unei țevi cu apă. Pentru a spune simplu, țeava este firul nostru. Secțiunea transversală a acestei conducte este tensiunea rețelei electrice, iar viteza de curgere este curentul nostru electric.
• Să ne întoarcem la magazinul nostru. Dacă facem o analogie cu o țeavă, atunci o priză fără aparate electrice conectate la ea este o țeavă închisă cu o supapă. Adică nu există curent electric acolo.

• Dar există tensiune acolo.Și dacă într-o țeavă, pentru a apărea un flux, este necesar să deschideți supapa, atunci pentru a crea un curent electric în conductor, trebuie să conectați o sarcină. Acest lucru se poate face prin conectarea ștecherului la priză.
• Desigur, aceasta este o prezentare foarte simplificată a problemei, iar unii profesioniști mă vor critica și vor indica inexactități. Dar dă o idee despre ceea ce se numește curent electric.

Curent continuu și alternativ

Următoarea întrebare pe care ne propunem să o înțelegem este: ce este curentul alternativ și curentul continuu. La urma urmei, mulți nu înțeleg corect aceste concepte.

Constanta este un curent care nu își schimbă amploarea și direcția în timp. Destul de des, curentul pulsatoriu este, de asemenea, considerat constant, dar să vorbim despre totul în ordine.

• Curentul continuu se caracterizează prin faptul că același număr de sarcini electrice se înlocuiesc constant între ele într-o direcție. Direcția este de la un pol la altul.
• Se pare că un conductor are întotdeauna o sarcină pozitivă sau negativă.Și de-a lungul timpului aceasta rămâne neschimbată.

Notă! La determinarea direcției curentului continuu, pot exista dezacorduri. Dacă curentul este generat de mișcarea particulelor încărcate pozitiv, atunci direcția acestuia corespunde mișcării particulelor. Dacă curentul este format din mișcarea particulelor încărcate negativ, atunci direcția sa este considerată a fi opusă mișcării particulelor.

• Dar conceptul de curent continuu include adesea așa-numitul curent pulsatoriu. Diferă de o constantă doar prin faptul că valoarea ei se modifică în timp, dar în același timp nu își schimbă semnul.
• Să presupunem că avem un curent de 5A. Pentru curentul continuu, această valoare va rămâne neschimbată pe toată perioada de timp. Pentru curentul pulsatoriu, într-o perioadă de timp va fi 5, în altul 4, iar în a treia 4,5. Dar, în același timp, în niciun caz nu scade sub zero și nu își schimbă semnul.

• Acest curent de ondulare este foarte frecvent la conversia AC în DC. Acesta este exact curentul pulsatoriu produs de invertorul sau puntea de diode din electronică.
• Unul dintre principalele avantaje ale curentului continuu este că poate fi stocat. Puteți face acest lucru singur, folosind baterii sau condensatori.

Curent alternativ

Pentru a înțelege ce este curentul alternativ, trebuie să ne imaginăm o undă sinusoidală. Această curbă plată este cea care caracterizează cel mai bine schimbarea curentului continuu și este standardul.

	Ca o undă sinusoidală, curentul alternativ cu o frecvență constantă își schimbă polaritatea. Într-o perioadă de timp este pozitivă, iar într-o altă perioadă este negativă.
	Prin urmare, nu există purtători de sarcină, ca atare, direct în conductorul de mișcare. Pentru a înțelege acest lucru, imaginați-vă un val care se repezi pe țărm. Se mișcă într-o direcție și apoi în direcția opusă. Drept urmare, apa pare să se miște, dar rămâne pe loc.
	Pe baza acestui fapt, pentru curentul alternativ, viteza sa de schimbare a polarității devine un factor foarte important. Acest factor se numește frecvență. Cu cât această frecvență este mai mare, cu atât polaritatea curentului alternativ se schimbă mai des pe secundă. În țara noastră există un standard pentru această valoare - este egal cu 50Hz. Adică, curentul alternativ își schimbă valoarea de la extrem de pozitivă la extrem de negativă de 50 de ori pe secundă.
	Dar nu există doar curent alternativ cu o frecvență de 50 Hz. Multe echipamente funcționează pe curent alternativ de frecvențe diferite. Într-adevăr, schimbând frecvența curentului alternativ, puteți modifica viteza de rotație a motoarelor. De asemenea, puteți obține performanțe mai mari de procesare a datelor - ca în chipset-urile computerelor dvs. și multe altele.

Notă! Puteți vedea clar ce este curent alternativ și continuu folosind exemplul unui bec obișnuit. Acest lucru este vizibil în special la lămpile cu diode de calitate scăzută, dar dacă vă uitați cu atenție, îl puteți vedea și pe o lampă cu incandescență obișnuită. Când funcționează pe curent continuu, strălucesc cu o lumină uniformă, iar când funcționează pe curent alternativ, pâlpâie abia vizibil.

Ce este puterea și densitatea de curent?

Ei bine, am aflat ce este curentul constant și ce este curentul alternativ. Dar probabil că mai aveți o mulțime de întrebări. Vom încerca să le luăm în considerare în această secțiune a articolului nostru.

Din acest videoclip puteți afla mai multe despre ce este puterea.

• Și prima dintre aceste întrebări va fi: ce este tensiunea electrică? Tensiunea este diferența de potențial dintre două puncte.

• Apare imediat întrebarea, ce este potențialul? Acum profesioniștii mă vor critica din nou, dar să spunem asta: acesta este un exces de particule încărcate. Adică, există un punct în care există un exces de particule încărcate - și există un al doilea punct în care există fie mai multe, fie mai puține dintre aceste particule încărcate. Această diferență se numește tensiune. Se măsoară în volți (V).

• Să luăm ca exemplu o priză obișnuită. Probabil știți cu toții că tensiunea sa este de 220V. Avem două fire în priză, iar o tensiune de 220V înseamnă că potențialul unui fir este mai mare decât potențialul celui de-al doilea fir cu exact acești 220V.
• Trebuie să înțelegem conceptul de tensiune pentru a înțelege care este puterea unui curent electric. Deși din punct de vedere profesional, această afirmație nu este în întregime corectă. Curentul electric nu are putere, dar este derivatul său.

• Pentru a înțelege acest punct, să ne întoarcem la analogia noastră cu conducta de apă. După cum vă amintiți, secțiunea transversală a acestei conducte este tensiunea, iar debitul în conductă este curentul. Deci: puterea este cantitatea de apă care curge prin această conductă.
• Este logic să presupunem că, cu secțiuni transversale egale, adică tensiuni, cu cât debitul este mai puternic, adică curentul electric, cu atât debitul de apă se deplasează mai mare prin conductă. În consecință, cu atât mai multă putere va fi transferată consumatorului.
• Dar dacă, în analogia cu apa, putem transmite o cantitate strict definită de apă printr-o conductă de o anumită secțiune transversală, deoarece apa nu este comprimată, atunci cu curentul electric totul este diferit. Putem transmite teoretic orice curent prin orice conductor. Dar practic, un conductor cu o secțiune transversală mică la o densitate mare de curent se va arde pur și simplu.

• În acest sens, trebuie să înțelegem ce este densitatea de curent. În linii mari, acesta este numărul de electroni care se deplasează printr-o anumită secțiune transversală a unui conductor pe unitate de timp.
• Acest număr ar trebui să fie optim. La urma urmei, dacă luăm un conductor de secțiune transversală mare și transmitem un curent mic prin el, atunci prețul unei astfel de instalații electrice va fi mare. În același timp, dacă luăm un conductor de secțiune transversală mică, atunci datorită densității mari de curent se va supraîncălzi și se va arde rapid.
• În acest sens, PUE are o secțiune corespunzătoare care vă permite să selectați conductorii în funcție de densitatea de curent economică.

• Dar să revenim la conceptul despre ce este puterea actuală? După cum am înțeles din analogia noastră, cu aceeași secțiune transversală a conductei, puterea transmisă depinde numai de puterea curentului. Dar dacă se mărește secțiunea transversală a conductei noastre, adică crește tensiunea, în acest caz, la aceleași debite, se vor transmite volume de apă complet diferite. La fel este și în electricitate.

• Cu cât tensiunea este mai mare, cu atât este nevoie de mai puțin curent pentru a transmite aceeași putere. De aceea, liniile electrice de înaltă tensiune sunt folosite pentru a transmite cantități mari de putere pe distanțe lungi.

La urma urmei, o linie cu o secțiune transversală a firului de 120 mm 2 pentru o tensiune de 330 kV este capabilă să transmită de multe ori mai multă putere în comparație cu o linie de aceeași secțiune transversală, dar cu o tensiune de 35 kV. Deși ceea ce se numește puterea curentă va fi aceeași în ei.

Metode de transmitere a curentului electric

Ne-am dat seama ce sunt curentul și tensiunea. Este timpul să ne dați seama cum să distribuiți curentul electric. Acest lucru vă va permite să vă simțiți mai încrezători în a vă ocupa de aparatele electrice în viitor.

După cum am spus deja, curentul poate fi alternativ și constant. În industrie și în prizele dvs. se folosește curent alternativ. Este mai frecventă deoarece este mai ușor de transmis prin fire. Faptul este că schimbarea tensiunii de curent continuu este destul de dificilă și costisitoare, dar schimbarea tensiunii de curent alternativ se poate face folosind transformatoare obișnuite.

Notă! Niciun transformator de curent alternativ nu va funcționa pe curent continuu. Deoarece proprietățile pe care le utilizează sunt inerente numai curentului alternativ.

• Dar asta nu înseamnă deloc că curentul continuu nu este folosit nicăieri. Are o altă proprietate utilă care nu este inerentă unei variabile. Poate fi acumulat și depozitat.
• În acest sens, curentul continuu este utilizat în toate aparatele electrice portabile, în transportul feroviar, precum și în unele unități industriale unde este necesară menținerea funcționalității chiar și după o pierdere completă a alimentării cu energie electrică.

• Cea mai comună metodă de stocare a energiei electrice sunt bateriile. Au proprietăți chimice speciale care le permit să se acumuleze și apoi, dacă este necesar, să elibereze curent continuu.
• Fiecare baterie are o cantitate strict limitată de energie acumulată. Aceasta se numește capacitatea bateriei și este determinată parțial de curentul de pornire al bateriei.
• Care este curentul de pornire al bateriei? Aceasta este cantitatea de energie pe care bateria este capabilă să o furnizeze chiar în momentul inițial în care sarcina este conectată. Cert este că, în funcție de proprietățile lor fizice și chimice, bateriile diferă prin modul în care eliberează energia acumulată.

• Unii oameni pot da multe deodată. Din această cauză, ei, desigur, se vor descărca rapid. Iar acestea din urmă dau mult timp, dar puțin la un moment dat. În plus, un aspect important al unei baterii este capacitatea sa de a menține tensiunea.
• Cert este că, după cum spun instrucțiunile, pentru unele baterii, pe măsură ce capacitatea lor este eliberată, tensiunea lor scade treptat. Și alte baterii sunt capabile să livreze aproape întreaga capacitate cu aceeași tensiune. Pe baza acestor proprietăți de bază, sunt alese aceste instalații de stocare a energiei electrice.
• Pentru transmiterea curentului continuu se folosesc în toate cazurile două fire. Aceasta este o venă pozitivă și negativă. Rosu si albastru.

Curent alternativ

Dar cu curentul alternativ totul este mult mai complicat. Poate fi transmis pe unul, două, trei sau patru fire. Pentru a explica acest lucru, trebuie să înțelegem întrebarea: ce este curentul trifazat?

• Curentul nostru alternativ este produs de un generator. De obicei, aproape toate au o structură trifazată. Aceasta înseamnă că generatorul are trei borne și la fiecare dintre aceste borne este furnizat un curent electric, deosebindu-se de cele anterioare printr-un unghi de 120⁰.

• Pentru a înțelege acest lucru, să ne amintim sinusoidul nostru, care este un model pentru descrierea curentului alternativ și în conformitate cu legile cărora se modifică. Să luăm trei faze - „A”, „B” și „C”, și să luăm un anumit moment în timp. În acest moment, unda sinusoidală a fazei „A” este în punctul zero, unda sinusoidă a fazei „B” este în punctul extrem pozitiv, iar unda sinusoială a fazei „C” este în punctul extrem negativ.
• În fiecare unitate de timp ulterioară, curentul alternativ în aceste faze se va schimba, dar sincron. Adică, după un anumit timp, în faza „A” va exista un maxim negativ. În faza „B” va fi zero, iar în faza „C” va fi un maxim pozitiv. Și după ceva timp, se vor schimba din nou.

• Ca urmare, rezultă că fiecare dintre aceste faze are propriul potențial, diferit de potențialul fazei învecinate. Prin urmare, trebuie să existe ceva între ele care să nu conducă curentul electric.
• Această diferență de potențial între două faze se numește tensiune de linie. În plus, au o diferență de potențial față de pământ - această tensiune se numește tensiune de fază.
• Și astfel, dacă tensiunea liniară dintre aceste faze este de 380V, atunci tensiunea de fază este de 220V. Diferă cu o valoare de √3. Această regulă se aplică întotdeauna pentru orice tensiune.

• Pe baza acestui lucru, dacă avem nevoie de o tensiune de 220V, atunci putem lua un fir de fază și un fir conectat rigid la pământ. Și vom obține o rețea monofazată de 220V. Dacă avem nevoie de o rețea de 380V, atunci putem lua doar 2 faze și putem conecta un fel de dispozitiv de încălzire ca în videoclip.

Dar, în majoritatea cazurilor, sunt folosite toate cele trei faze. Toți consumatorii puternici sunt conectați la o rețea trifazată.

Concluzie

Ce este curent indus, curent capacitiv, curent de pornire, curent fără sarcină, curenți de secvență negativă, curenți paraziți și multe altele, pur și simplu nu putem lua în considerare într-un articol.

La urma urmei, problema curentului electric este destul de extinsă și o întreagă știință a ingineriei electrice a fost creată pentru a o lua în considerare. Dar sperăm cu adevărat că am putut să explicăm într-un limbaj accesibil principalele aspecte ale acestei probleme, iar acum curentul electric nu va fi ceva înfricoșător și de neînțeles pentru tine.

Ce este curentul electric

Mișcarea dirijată a particulelor încărcate electric sub influența . Astfel de particule pot fi: în conductori – electroni, în electroliți – ioni (cationi și anioni), în semiconductori – electroni și așa-numitele „găuri” („conductivitate electron-hole”). Există, de asemenea, un „curent de polarizare”, al cărui flux se datorează procesului de încărcare a capacității, adică modificarea diferenței de potențial dintre plăci. Nu există nicio mișcare a particulelor între plăci, dar curentul curge prin condensator.

În teoria circuitelor electrice, curentul este considerat a fi mișcarea direcțională a purtătorilor de sarcină într-un mediu conductor sub influența unui câmp electric.

Curentul de conducție (pur și simplu curent) în teoria circuitelor electrice este cantitatea de electricitate care curge pe unitatea de timp prin secțiunea transversală a unui conductor: i=q/t, unde i este curent. A; q = 1,6·10 9 - sarcina electronilor, C; t - timp, s.

Această expresie este valabilă pentru circuitele DC. Pentru circuitele de curent alternativ se folosește așa-numita valoare a curentului instantaneu, egală cu rata de modificare a sarcinii în timp: i(t)= dq/dt.

Curentul electric apare atunci când un câmp electric, sau diferența de potențial, apare într-o secțiune a unui circuit electric între două puncte ale unui conductor. Diferența de potențial dintre două puncte se numește tensiune sau căderea de tensiune în această secțiune a circuitului.

În loc de termenul „curent” („magnitudinea curentului”), este adesea folosit termenul „puterea curentului”. Cu toate acestea, acesta din urmă nu poate fi numit succes, deoarece puterea curentului nu este nicio forță în sensul literal al cuvântului, ci doar intensitatea mișcării sarcinilor electrice în conductor, cantitatea de electricitate care trece pe unitatea de timp prin cruce. -aria de sectiune a conductorului.
Curentul este caracterizat prin , care în sistemul SI se măsoară în amperi (A) și prin densitatea curentului, care în sistemul SI se măsoară în amperi pe metru pătrat.
Un amper corespunde mișcării unei sarcini de electricitate egală cu un coulomb (C) prin secțiunea transversală a unui conductor timp de o secundă (s):

1A = 1C/s.

În cazul general, notând curentul cu litera i și sarcina cu q, obținem:

i = dq / dt.

Unitatea de măsură a curentului se numește amper (A). Curentul într-un conductor este de 1 A dacă o sarcină electrică egală cu 1 coulomb trece prin secțiunea transversală a conductorului în 1 secundă.

Dacă se aplică o tensiune de-a lungul unui conductor, în interiorul conductorului ia naștere un câmp electric. La intensitatea câmpului E, electronii cu sarcină e sunt acționați de o forță f = Ee. Mărimile f și E sunt vectoriale. În timpul drumului liber, electronii capătă mișcare direcțională împreună cu mișcarea haotică. Fiecare electron are o sarcină negativă și primește o componentă de viteză direcționată opus vectorului E (Fig. 1). Mișcarea ordonată, caracterizată printr-o anumită viteză medie a electronilor vcp, determină fluxul de curent electric.

Electronii pot avea mișcare direcționată în gazele rarefiate. În electroliți și gaze ionizate, fluxul de curent se datorează în principal mișcării ionilor. În conformitate cu faptul că în electroliți ionii încărcați pozitiv se deplasează de la polul pozitiv la cel negativ, din punct de vedere istoric, direcția curentului a fost considerată opusă direcției mișcării electronilor.

Direcția curentului este considerată direcția în care se mișcă particulele încărcate pozitiv, adică. direcția opusă mișcării electronilor.
În teoria circuitelor electrice, direcția curentului într-un circuit pasiv (în afara surselor de energie) este considerată a fi direcția de mișcare a particulelor încărcate pozitiv de la un potențial mai mare la unul mai mic. Această direcție a fost adoptată chiar la începutul dezvoltării ingineriei electrice și contrazice adevărata direcție de mișcare a purtătorilor de sarcină - electronii care se mișcă în mediile conducătoare de la minus la plus.

Valoarea egală cu raportul dintre curent și aria secțiunii transversale S se numește densitate de curent (notat cu δ): δ= ESTE

Se presupune că curentul este distribuit uniform pe secțiunea transversală a conductorului. Densitatea curentului în fire este de obicei măsurată în A/mm2.

După tipul de purtători de sarcină electrică și mijlocul de mișcare a acestora, se disting curenti de conducereşi curenţii de deplasare. Conductibilitatea este împărțită în electronică și ionică. Pentru condițiile în regim staționar, se disting două tipuri de curenți: continui și alternativi.

Transfer de curent electric numiți fenomenul de transfer al sarcinilor electrice de către particule încărcate sau corpuri care se deplasează în spațiul liber. Principalul tip de curent de transfer electric este mișcarea în golul particulelor elementare cu sarcină (mișcarea electronilor liberi în tuburile electronice), mișcarea ionilor liberi în dispozitivele cu descărcare în gaz.

Curent electric de deplasare (curent de polarizare) numită mișcare ordonată a purtătorilor legați de sarcini electrice. Acest tip de curent poate fi observat în dielectrice.
Curentul electric total- o mărime scalară egală cu suma curentului electric de conducere, a curentului electric de transfer și a curentului electric de deplasare prin suprafața luată în considerare.

Constanta este un curent care poate varia în magnitudine, dar nu își schimbă semnul pentru o perioadă de timp arbitrar lungă. Citiți mai multe despre asta aici:

Un curent alternativ este un curent care se schimbă periodic atât ca mărime, cât și ca semn.Mărimea care caracterizează curentul alternativ este frecvența (măsurată în herți în sistemul SI), în cazul în care puterea acestuia se modifică periodic. Curent alternativ de înaltă frecvență este forțat pe suprafața conductorului. Curenții de înaltă frecvență sunt utilizați în inginerie mecanică pentru tratarea termică a suprafețelor pieselor și sudare și în metalurgie pentru topirea metalelor.Curenții alternativi se împart în sinusoidale și nesinusoidal. Un curent care variază după o lege armonică se numește sinusoidal:

i = Im sin ωt,

Rata de schimbare a curentului alternativ este caracterizată de aceasta, definită ca numărul de oscilații complete repetate pe unitatea de timp. Frecvența este desemnată prin litera f și se măsoară în herți (Hz). Astfel, o frecvență de curent într-o rețea de 50 Hz corespunde la 50 de oscilații complete pe secundă. Frecvența unghiulară ω este viteza de schimbare a curentului în radiani pe secundă și este legată de frecvență printr-o relație simplă:

ω = 2πf

Valori constante (fixe) ale curenților continui și alternativi notați cu majusculă I valori instabile (instantanee) - litera i. În mod convențional, direcția pozitivă a curentului este considerată a fi direcția de mișcare a sarcinilor pozitive.

Acesta este un curent care se modifică conform legii sinusului în timp.

Curentul alternativ se referă și la curentul din rețelele convenționale monofazate și trifazate. În acest caz, parametrii curentului alternativ se modifică conform unei legi armonice.

Deoarece curentul alternativ variază în timp, metodele simple de rezolvare a problemelor potrivite pentru circuitele de curent continuu nu sunt aplicabile direct aici. La frecvențe foarte înalte, sarcinile pot suferi mișcări oscilatorii - curg dintr-un loc în circuit în altul și înapoi. În acest caz, spre deosebire de circuitele de curent continuu, curenții din conductorii conectați în serie pot să nu fie aceiași. Capacitatele prezente în circuitele AC sporesc acest efect. În plus, atunci când curentul se modifică, apar efecte de auto-inducție, care devin semnificative chiar și la frecvențe joase dacă se folosesc bobine cu inductanță mare. La frecvențe relativ scăzute, circuitele de curent alternativ pot fi încă calculate folosind , care, totuși, trebuie modificate în consecință.

Un circuit care include diverse rezistențe, inductori și condensatori poate fi tratat ca și cum ar consta dintr-un rezistor generalizat, un condensator și un inductor conectat în serie.

Să luăm în considerare proprietățile unui astfel de circuit conectat la un generator de curent alternativ sinusoidal. Pentru a formula reguli pentru calcularea circuitelor de curent alternativ, trebuie să găsiți relația dintre căderea de tensiune și curent pentru fiecare dintre componentele unui astfel de circuit.

Joacă roluri complet diferite în circuitele AC și DC. Dacă, de exemplu, un element electrochimic este conectat la circuit, condensatorul va începe să se încarce până când tensiunea pe el devine egală cu fem-ul elementului. Apoi încărcarea se va opri și curentul va scădea la zero. Dacă circuitul este conectat la un generator de curent alternativ, atunci, într-o jumătate de ciclu, electronii vor curge din placa din stânga a condensatorului și se vor acumula în partea dreaptă, iar în celălalt - invers. Acești electroni în mișcare reprezintă curent alternativ, a cărui putere este aceeași pe ambele părți ale condensatorului. Atâta timp cât frecvența curentului alternativ nu este foarte mare, curentul prin rezistor și inductor este, de asemenea, același.

În dispozitivele care consumă AC, curentul AC este adesea rectificat de redresoare pentru a produce curent DC.

Conductori de curent electric

Materialul în care curge curentul se numește. Unele materiale devin supraconductoare la temperaturi scăzute. În această stare, ele nu oferă aproape nicio rezistență la curent; rezistența lor tinde spre zero. În toate celelalte cazuri, conductorul rezistă la fluxul de curent și, ca urmare, o parte din energia particulelor electrice este convertită în căldură. Puterea curentului poate fi calculată folosind secțiunea circuitului și legea lui Ohm pentru circuitul complet.

Viteza de mișcare a particulelor în conductori depinde de materialul conductorului, de masa și sarcina particulei, de temperatura înconjurătoare, de diferența de potențial aplicată și este mult mai mică decât viteza luminii. În ciuda acestui fapt, viteza de propagare a curentului electric în sine este egală cu viteza luminii într-un mediu dat, adică viteza de propagare a frontului undelor electromagnetice.

Cum afectează curentul corpul uman?

Curentul care trece prin corpul unei persoane sau al unui animal poate provoca arsuri electrice, fibrilație sau moarte. Pe de altă parte, curentul electric este folosit în terapie intensivă pentru a trata bolile mintale, în special depresia, stimularea electrică a anumitor zone ale creierului este folosită pentru a trata boli precum boala Parkinson și epilepsia, un stimulator cardiac care stimulează mușchiul inimii cu un impuls pulsat. curentul este utilizat pentru bradicardie. La oameni și animale, curentul este folosit pentru a transmite impulsurile nervoase.

Conform reglementărilor de siguranță, curentul minim perceptibil de om este de 1 mA. Curentul devine periculos pentru viața umană pornind de la o forță de aproximativ 0,01 A. Curentul devine fatal pentru o persoană pornind de la o forță de aproximativ 0,1 A. O tensiune mai mică de 42 V este considerată sigură.

Este imposibil să ne imaginăm viața unei persoane moderne fără electricitate. Volți, Amperi, Wați - aceste cuvinte se aud atunci când se vorbește despre dispozitive care funcționează cu energie electrică. Dar ce este curentul electric și care sunt condițiile de existență a acestuia? Vom vorbi despre asta în continuare, oferind o scurtă explicație pentru electricienii începători.

Definiție

Curentul electric este mișcarea direcționată a purtătorilor de sarcină - aceasta este o formulare standard dintr-un manual de fizică. La rândul lor, purtătorii de sarcină sunt numiți anumite particule de materie. Ei pot fi:

• Electronii sunt purtători de sarcină negativă.
• Ionii sunt purtători de sarcină pozitivă.

Dar de unde vin purtătorii de taxe? Pentru a răspunde la această întrebare, trebuie să vă amintiți cunoștințele de bază despre structura materiei. Tot ceea ce ne înconjoară este materie; constă din molecule, cele mai mici particule ale sale. Moleculele sunt formate din atomi. Un atom este format dintr-un nucleu în jurul căruia electronii se mișcă pe orbite date. Moleculele se mișcă, de asemenea, aleatoriu. Mișcarea și structura fiecăreia dintre aceste particule depind de substanța în sine și de influența mediului asupra acesteia, cum ar fi temperatura, stresul și altele.

Un ion este un atom al cărui raport dintre electroni și protoni s-a modificat. Dacă atomul este inițial neutru, atunci ionii, la rândul lor, sunt împărțiți în:

• Anionul este un ion pozitiv al unui atom care a pierdut electroni.
• Cationii sunt un atom cu electroni „în plus” atașați atomului.

Unitatea de măsură a curentului este Amperi, conform căruia se calculează folosind formula:

unde U este tensiunea, [V] și R este rezistența, [Ohm].

Sau direct proporțional cu valoarea taxei transferate pe unitatea de timp:

unde Q – sarcină, [C], t – timp, [s].

Condiții de existență a curentului electric

Ne-am dat seama ce este curentul electric, acum să vorbim despre cum să-i asigurăm curgerea. Pentru ca curentul electric să circule, trebuie îndeplinite două condiții:

1. Prezența transportatorilor de taxe gratuite.
2. Câmp electric.

Prima condiție pentru existența și curgerea energiei electrice depinde de substanța în care curge (sau nu curge) curentul, precum și de starea acesteia. Este fezabilă și a doua condiție: pentru existența unui câmp electric este necesară prezența unor potențiale diferite, între care există un mediu în care vor circula purtătorii de sarcină.

Să vă reamintim: Tensiunea, EMF este diferența de potențial. Rezultă că pentru a îndeplini condițiile de existență a curentului - prezența unui câmp electric și a curentului electric este nevoie de tensiune. Acestea pot fi plăcile unui condensator încărcat, un element galvanic sau un EMF generat sub influența unui câmp magnetic (generator).

Ne-am dat seama cum apare, haideți să vorbim despre unde este direcționat. Curentul, în principal în uzul nostru obișnuit, se mișcă în conductori (cablaje electrice într-un apartament, becuri cu incandescență) sau în semiconductori (LED-uri, procesorul smartphone-ului tău și alte dispozitive electronice), mai rar în gaze (lămpi fluorescente).

Deci, principalii purtători de sarcină în cele mai multe cazuri sunt electronii; ei se mută de la minus (un punct cu potențial negativ) la un plus (un punct cu un potențial pozitiv, veți afla mai multe despre acest lucru mai jos).

Dar un fapt interesant este că direcția mișcării curente a fost considerată ca fiind mișcarea sarcinilor pozitive - de la plus la minus. Deși de fapt totul se întâmplă invers. Faptul este că decizia cu privire la direcția curentului a fost luată înainte de a studia natura acestuia și, de asemenea, înainte de a se determina cum curge și există curentul.

Curentul electric în diferite medii

Am menționat deja că în diferite medii, curentul electric poate diferi în ceea ce privește tipul de purtători de sarcină. Mediile pot fi împărțite în funcție de natura conductibilității lor (în ordinea descrescătoare a conductibilității):

1. Conductor (metale).
2. Semiconductor (siliciu, germaniu, arseniură de galiu etc.).
3. Dielectric (vid, aer, apă distilată).

În metale

Metalele conțin purtători de încărcare gratuită, acestea fiind uneori numite „gaz electric”. De unde vin transportatorii de taxe gratuite? Cert este că metalul, ca orice substanță, este format din atomi. Atomii se mișcă sau vibrează într-un fel sau altul. Cu cât temperatura metalului este mai mare, cu atât este mai puternică această mișcare. În același timp, atomii înșiși rămân în general la locul lor, formând de fapt structura metalului.

În învelișurile de electroni ale unui atom există de obicei mai mulți electroni a căror legătură cu nucleul este destul de slabă. Sub influența temperaturilor, a reacțiilor chimice și a interacțiunii impurităților, care se află în orice caz în metal, electronii sunt smulși din atomii lor și se formează ioni încărcați pozitiv. Electronii detașați sunt numiți liberi și se mișcă haotic.

Dacă sunt afectați de un câmp electric, de exemplu, dacă conectați o baterie la o bucată de metal, mișcarea haotică a electronilor va deveni ordonată. Electronii dintr-un punct la care este conectat un potențial negativ (catodul unei celule galvanice, de exemplu) vor începe să se deplaseze către un punct cu un potențial pozitiv.

În semiconductori

Semiconductorii sunt materiale în care în stare normală nu există purtători de încărcare liberi. Sunt în așa-numita zonă interzisă. Dar dacă se aplică forțe externe, cum ar fi un câmp electric, căldură, diferite radiații (lumină, radiații etc.), acestea depășesc banda interzisă și se deplasează în zona liberă sau banda de conducție. Electronii se desprind de atomii lor și devin liberi, formând ioni - purtători de sarcină pozitivă.

Purtătorii pozitivi din semiconductori se numesc găuri.

Dacă pur și simplu transferați energie la un semiconductor, de exemplu, îl încălziți, va începe o mișcare haotică a purtătorilor de sarcină. Dar dacă vorbim despre elemente semiconductoare, cum ar fi o diodă sau un tranzistor, atunci va apărea un EMF la capetele opuse ale cristalului (un strat metalizat este aplicat pe acestea și cablurile sunt lipite), dar acest lucru nu are legătură cu subiectul articolului de azi.

Dacă aplicați o sursă EMF unui semiconductor, atunci purtătorii de sarcină se vor muta și ei în banda de conducție și va începe și mișcarea lor direcțională - găurile vor merge în direcția cu un potențial electric mai mic, iar electronii - în direcția cu un unul mai înalt.

În vid și gaz

Un vid este un mediu cu o absență completă (cazul ideal) de gaze sau o cantitate minimă (în realitate) de gaz. Deoarece nu există nicio materie în vid, nu există loc de unde să vină purtătorii de taxe. Cu toate acestea, fluxul de curent în vid a marcat începutul electronicii și o întreagă eră a elementelor electronice - tuburile cu vid. Au fost folosite în prima jumătate a secolului trecut, iar în anii 50 au început să cedeze treptat locul tranzistorilor (în funcție de domeniul specific al electronicii).

Să presupunem că avem un vas din care a fost pompat tot gazul, adică. există un vid complet în el. Doi electrozi sunt plasați în vas, să le numim anod și catod. Dacă conectăm potențialul negativ al sursei EMF la catod și potențialul pozitiv la anod, nu se va întâmpla nimic și nici un curent nu va curge. Dar dacă începem să încălzim catodul, curentul va începe să curgă. Acest proces se numește emisie termoionică - emisia de electroni de pe o suprafață de electroni încălzită.

Figura prezintă procesul de curgere a curentului într-un tub vid. În tuburile vidate, catodul este încălzit de un filament din apropiere pe figură (H), cum ar fi într-o lampă de iluminat.

În același timp, dacă schimbați polaritatea sursei de alimentare - aplicați minus anodului și aplicați plus catodului - nu va curge curent. Aceasta va demonstra că curentul în vid curge datorită mișcării electronilor de la CATOD la ANOD.

Gazul, ca orice substanță, este format din molecule și atomi, ceea ce înseamnă că, dacă gazul se află sub influența unui câmp electric, atunci la o anumită putere (tensiune de ionizare) electronii se vor desprinde de atom, atunci ambele condiții pentru flux. de curent electric vor fi satisfăcute – câmp și medii libere.

După cum am menționat deja, acest proces se numește ionizare. Poate apărea nu numai din tensiunea aplicată, ci și din încălzirea gazului, radiații cu raze X, sub influența radiațiilor ultraviolete și alte lucruri.

Curentul va curge prin aer, chiar dacă între electrozi este instalat un arzător.

Fluxul de curent în gazele inerte este însoțit de luminiscența gazului; acest fenomen este utilizat în mod activ în lămpile fluorescente. Fluxul de curent electric într-un mediu gazos se numește descărcare gazoasă.

În lichid

Să presupunem că avem un vas cu apă în care sunt așezați doi electrozi, la care este conectată o sursă de alimentare. Dacă apa este distilată, adică pură și nu conține impurități, atunci este un dielectric. Dar dacă adăugăm puțină sare, acid sulfuric sau orice altă substanță în apă, se formează un electrolit și începe să curgă curentul prin el.

Un electrolit este o substanță care conduce curentul electric datorită disocierii în ioni.

Dacă adăugați sulfat de cupru în apă, un strat de cupru se va depune pe unul dintre electrozi (catod) - aceasta se numește electroliză, ceea ce demonstrează că curentul electric din lichid se realizează datorită mișcării ionilor - pozitive și negative. purtători de taxe.

Electroliza este un proces fizic și chimic care implică separarea componentelor care alcătuiesc electrolitul de pe electrozi.

Așa are loc placarea cu cupru, aurirea și acoperirea cu alte metale.

Concluzie

Pentru a rezuma, pentru ca curentul electric să circule, sunt necesari purtători de încărcare liberi:

• electroni în conductori (metale) și vid;
• electroni și găuri în semiconductori;
• ioni (anioni și cationi) în lichide și gaze.

Pentru ca mișcarea acestor purtători să devină ordonată, este nevoie de un câmp electric. Cu cuvinte simple, aplicați o tensiune la capetele unui corp sau instalați doi electrozi într-un mediu în care este de așteptat să curgă curent electric.

De asemenea, este de remarcat faptul că curentul influențează o substanță într-un anumit fel; există trei tipuri de influență:

• termic;
• chimic;
• fizic.

Util

Aceasta este mișcarea ordonată a anumitor particule încărcate. Pentru a utiliza în mod competent întregul potențial al electricității, este necesar să înțelegeți clar toate principiile structurii și funcționării curentului electric. Deci, să ne dăm seama ce sunt munca și puterea curentă.

De unde vine chiar curentul electric?

În ciuda aparentei simplități a întrebării, puțini sunt capabili să dea un răspuns inteligibil. Desigur, în zilele noastre, când tehnologia se dezvoltă cu o viteză incredibilă, oamenii nu se gândesc prea mult la lucruri de bază precum principiul de funcționare a curentului electric. De unde vine electricitatea? Cu siguranță mulți vor răspunde: „Ei bine, din priză, desigur” sau pur și simplu vor ridica din umeri. Între timp, este foarte important să înțelegem cum funcționează curentul. Acest lucru ar trebui să fie cunoscut nu numai oamenilor de știință, ci și oamenilor care nu au nicio legătură cu lumea științei, pentru dezvoltarea lor globală diversificată. Dar nu toată lumea poate folosi în mod competent principiul de funcționare al curentului.

Deci, mai întâi trebuie să înțelegeți că electricitatea nu apare de nicăieri: este produsă de generatoare speciale care sunt amplasate la diferite centrale electrice. Datorită rotației palelor turbinei, aburul produs prin încălzirea apei cu cărbune sau ulei produce energie, care este ulterior transformată în energie electrică cu ajutorul unui generator. Designul generatorului este foarte simplu: în centrul dispozitivului se află un magnet uriaș și foarte puternic, care forțează sarcinile electrice să se deplaseze de-a lungul firelor de cupru.

Cum ajunge curentul electric în casele noastre?

După ce o anumită cantitate de curent electric a fost generată folosind energie (termică sau nucleară), acesta poate fi furnizat oamenilor. Această furnizare de energie electrică funcționează după cum urmează: pentru ca electricitatea să ajungă cu succes la toate apartamentele și afacerile, trebuie să fie „push”. Și pentru aceasta va trebui să creșteți forța care va face acest lucru. Se numește tensiune de curent electric. Principiul de funcționare este următorul: curentul trece printr-un transformator, ceea ce îi crește tensiunea. În continuare, curentul electric trece prin cabluri instalate adânc în subteran sau la înălțime (deoarece tensiunea ajunge uneori la 10.000 de volți, ceea ce este mortal pentru oameni). Când curentul ajunge la destinație, trebuie să treacă din nou prin transformator, care acum își va reduce tensiunea. Apoi se deplasează de-a lungul cablurilor până la tablourile de distribuție instalate în blocuri sau alte clădiri.

Electricitatea transportată prin fire poate fi folosită datorită unui sistem de prize, care conectează la acestea aparatele de uz casnic. Există fire suplimentare în pereți prin care curge curentul electric și datorită acestui lucru funcționează iluminatul și toate echipamentele din casă.

Ce este munca curentă?

Energia transportată de un curent electric este transformată în timp în lumină sau căldură. De exemplu, atunci când aprindem o lampă, forma electrică a energiei se transformă în lumină.

Pentru a spune într-un limbaj simplu, munca curentului este acțiunea pe care o produce electricitatea în sine. Mai mult, poate fi foarte ușor de calculat folosind formula. Pe baza legii conservării energiei, putem concluziona că energia electrică nu s-a pierdut, s-a transferat complet sau parțial într-o altă formă, degajând o anumită cantitate de căldură. Această căldură este munca făcută de curent atunci când trece prin conductor și îl încălzește (se produce schimbul de căldură). Așa arată formula Joule-Lenz: A = Q = U*I*t (lucrarea este egală cu cantitatea de căldură sau produsul puterii curente și timpul în care curge prin conductor).

Ce înseamnă curent continuu?

Curentul electric este de două tipuri: alternativ și continuu. Ele diferă prin faptul că acesta din urmă nu își schimbă direcția, are două cleme (pozitiv „+” și negativ „-”) și își începe întotdeauna mișcarea de la „+”. Și curentul alternativ are două terminale - fază și zero. Tocmai din cauza prezenței unei faze la capătul conductorului se mai numește și monofazat.

Principiile de proiectare a curentului electric alternativ și continuu monofazat sunt complet diferite: spre deosebire de constant, curentul alternativ își schimbă atât direcția (formând un flux atât de la fază spre zero, cât și de la zero către fază), cât și amploarea sa. De exemplu, curentul alternativ modifică periodic valoarea încărcăturii sale. Se dovedește că la o frecvență de 50 Hz (50 de vibrații pe secundă), electronii își schimbă direcția mișcării de exact 100 de ori.

Unde se folosește DC?

Curentul electric continuu are unele caracteristici. Datorită faptului că curge strict într-o singură direcție, este mai dificil să-l transformi. Următoarele elemente pot fi considerate surse DC:

• baterii (atât alcaline, cât și acide);
• baterii obișnuite utilizate în dispozitive mici;
• precum și diverse dispozitive precum convertoare.

Funcționare DC

Care sunt principalele sale caracteristici? Aceasta este munca și puterea actuală, iar ambele concepte sunt foarte strâns legate între ele. Puterea se referă la viteza de lucru pe unitatea de timp (pe 1 s). Conform legii Joule-Lenz, constatăm că munca efectuată de un curent electric continuu este egală cu produsul dintre puterea curentului însuși, tensiunea și timpul în care a fost efectuată munca câmpului electric pentru a transfera sarcini. de-a lungul conductorului.

Aceasta este formula pentru aflarea lucrului curentului, ținând cont de legea lui Ohm privind rezistența în conductori: A = I 2 *R*t (lucrarea este egală cu pătratul curentului înmulțit cu valoarea rezistenței conductorului și din nou înmulțit cu timpul în care s-a făcut munca).

În conductoare, în anumite condiții, poate apărea o mișcare continuă ordonată a purtătorilor liberi de sarcină electrică. Această mișcare se numește soc electric. Direcția de mișcare a sarcinilor libere pozitive este luată ca direcție a curentului electric, deși în majoritatea cazurilor electronii - particule încărcate negativ - se mișcă.

Măsura cantitativă a curentului electric este puterea curentului eu– mărime fizică scalară egală cu raportul de sarcină q, transferat prin secțiunea transversală a conductorului pe un interval de timp t, la acest interval de timp:

Dacă curentul nu este constant, atunci pentru a afla cantitatea de sarcină trecută prin conductor, calculați aria figurii sub graficul curentului în funcție de timp.

Dacă puterea curentului și direcția sa nu se schimbă în timp, atunci se numește un astfel de curent permanent. Puterea curentului este măsurată de un ampermetru, care este conectat în serie la circuit. În Sistemul Internațional de Unități (SI), curentul este măsurat în amperi [A]. 1 A = 1 C/s.

Se găsește ca raport dintre sarcina totală și întregul timp (adică, conform aceluiași principiu ca viteza medie sau orice altă valoare medie în fizică):

Dacă curentul variază uniform în timp de la valoare eu 1 pentru a evalua eu 2, atunci valoarea medie a curentului poate fi găsită ca medie aritmetică a valorilor extreme:

Densitatea curentă– curentul pe unitate de secțiune transversală a conductorului se calculează prin formula:

Când curentul trece printr-un conductor, curentul experimentează rezistență din partea conductorului. Motivul rezistenței este interacțiunea sarcinilor cu atomii substanței conductoare și între ei. Unitatea de rezistență este de 1 ohm. Rezistența conductorului R determinat de formula:

Unde: l- lungimea conductorului, S- aria secțiunii sale transversale, ρ – rezistenta specifica a materialului conductor (atentie sa nu confundati aceasta din urma valoare cu densitatea substantei), care caracterizeaza capacitatea materialului conductor de a rezista la trecerea curentului. Adică, aceasta este aceeași caracteristică a unei substanțe ca multe altele: căldură specifică, densitate, punctul de topire etc. Unitatea de măsură pentru rezistivitate este 1 ohm m. Rezistența specifică a unei substanțe este o valoare tabelară.

Rezistența unui conductor depinde și de temperatura acestuia:

Unde: R 0 – rezistența conductorului la 0°C, t– temperatura exprimată în grade Celsius, α – coeficientul de rezistență la temperatură. Este egal cu modificarea relativă a rezistenței cu o creștere a temperaturii cu 1°C. Pentru metale este întotdeauna mai mare decât zero, pentru electroliți, dimpotrivă, este întotdeauna mai mică decât zero.

Diodă în circuit DC

Dioda este un element de circuit neliniar a cărui rezistență depinde de direcția curgerii curentului. Dioda este desemnată după cum urmează:

Săgeata din simbolul schematic al unei diode arată în ce direcție trece curentul. În acest caz, rezistența sa este zero, iar dioda poate fi înlocuită pur și simplu cu un conductor cu rezistență zero. Dacă curentul trece prin diodă în direcția opusă, atunci dioda are o rezistență infinit de mare, adică nu trece curentul deloc și este un circuit deschis. Apoi, secțiunea circuitului cu dioda poate fi pur și simplu tăiată, deoarece nu trece curent prin ea.

Legea lui Ohm. Conectarea în serie și paralelă a conductoarelor

Fizicianul german G. Ohm în 1826 a stabilit experimental că puterea actuală eu, care curge de-a lungul unui conductor metalic omogen (adică un conductor în care nu acționează forțe externe) cu rezistență R, proporțional cu tensiunea U la capetele conductorului:

mărimea R numit de obicei rezistență electrică. Un conductor cu rezistență electrică se numește rezistor. Acest raport exprimă Legea lui Ohm pentru o secțiune omogenă a unui lanț: Curentul dintr-un conductor este direct proportional cu tensiunea aplicata si invers proportional cu rezistenta conductorului.

Conductorii care respectă legea lui Ohm se numesc liniar. Dependența grafică a puterii curentului eu de la tensiune U(astfel de grafice se numesc caracteristici curent-tensiune, abreviat ca VAC) este reprezentat de o linie dreaptă care trece prin originea coordonatelor. Trebuie remarcat faptul că există multe materiale și dispozitive care nu respectă legea lui Ohm, de exemplu, o diodă semiconductoare sau o lampă cu descărcare în gaz. Chiar și pentru conductorii metalici, la curenți suficient de mari, se observă o abatere de la legea liniară a lui Ohm, deoarece rezistența electrică a conductorilor metalici crește odată cu creșterea temperaturii.

Conductoarele din circuitele electrice pot fi conectate în două moduri: serie și paralele. Fiecare metodă are propriile reguli.

1. Regularități ale conexiunii seriale:

Formula pentru rezistența totală a rezistențelor conectate în serie este valabilă pentru orice număr de conductori. Dacă circuitul este conectat în serie n rezistențe identice R, apoi rezistența totală R 0 se gaseste prin formula:

2. Modele de conexiune paralelă:

Formula pentru rezistența totală a rezistențelor conectate în paralel este valabilă pentru orice număr de conductori. Dacă circuitul este conectat în paralel n rezistențe identice R, apoi rezistența totală R 0 se gaseste prin formula:

Instrumente electrice de măsură

Pentru a măsura tensiunile și curenții în circuitele electrice de curent continuu, se folosesc instrumente speciale - voltmetreȘi ampermetre.

Voltmetru conceput pentru a măsura diferența de potențial aplicată la bornele sale. Este conectat în paralel cu secțiunea circuitului pe care se măsoară diferența de potențial. Orice voltmetru are o anumită rezistență internă R B. Pentru ca voltmetrul să nu introducă o redistribuire vizibilă a curenților atunci când este conectat la circuitul măsurat, rezistența sa internă trebuie să fie mare în comparație cu rezistența secțiunii circuitului la care este conectat.

Ampermetru conceput pentru a măsura curentul într-un circuit. Ampermetrul este conectat în serie la circuitul deschis al circuitului electric, astfel încât întregul curent măsurat să treacă prin acesta. Ampermetrul are și o oarecare rezistență internă R A. Spre deosebire de voltmetru, rezistența internă a unui ampermetru trebuie să fie destul de mică în comparație cu rezistența totală a întregului circuit.

EMF. Legea lui Ohm pentru un circuit complet

Pentru existența curentului continuu, este necesar să existe un dispozitiv într-un circuit electric închis, care este capabil să creeze și să mențină diferențe de potențial în secțiuni ale circuitului datorită muncii forțelor de origine neelectrostatică. Se numesc astfel de dispozitive Surse DC. Sunt numite forțe de origine neelectrostatică care acționează asupra purtătorilor de sarcină liberi din surse de curent forțe exterioare.

Natura forțelor externe poate varia. În celulele galvanice sau bateriile apar ca rezultat al proceselor electrochimice; în generatoarele de curent continuu, forțele externe apar atunci când conductorii se mișcă într-un câmp magnetic. Sub influența forțelor externe, sarcinile electrice se deplasează în interiorul sursei de curent împotriva forțelor câmpului electrostatic, datorită cărora un curent electric constant poate fi menținut într-un circuit închis.

Când sarcinile electrice se deplasează de-a lungul unui circuit de curent continuu, forțele externe care acționează în interiorul surselor de curent efectuează lucru. Cantitatea fizică egală cu raportul de lucru A st forțe externe la deplasarea unei sarcini q de la polul negativ al sursei de curent la polul pozitiv se numește mărimea acestei sarcini forță electromotoare sursă (EMF):

Astfel, EMF este determinată de munca efectuată de forțele externe atunci când se deplasează o singură sarcină pozitivă. Forța electromotoare, ca și diferența de potențial, se măsoară în volți (V).

Legea lui Ohm pentru un circuit complet (închis): Puterea curentului într-un circuit închis este egală cu forța electromotoare a sursei împărțită la rezistența totală (internă + externă) a circuitului:

Rezistenţă r– rezistența internă (proprie) a sursei de curent (depinde de structura internă a sursei). Rezistenţă R– rezistența la sarcină (rezistența circuitului extern).

Căderea de tensiune în circuitul externîn acest caz este egal (se mai numește și tensiune la bornele sursei):

Este important să înțelegeți și să rețineți: EMF și rezistența internă a sursei de curent nu se modifică atunci când sunt conectate diferite sarcini.

Dacă rezistența de sarcină este zero (sursa se închide pe sine) sau este mult mai mică decât rezistența sursei, atunci circuitul va curge scurt circuit:

Curent de scurtcircuit - curentul maxim care poate fi obținut dintr-o sursă dată de forță electromotoare ε și rezistență internă r. Pentru sursele cu rezistență internă scăzută, curentul de scurtcircuit poate fi foarte mare și poate provoca distrugerea circuitului sau sursei electrice. De exemplu, bateriile plumb-acid utilizate în automobile pot avea curenți de scurtcircuit de câteva sute de amperi. Scurtcircuite în rețelele de iluminat alimentate de la substații (mii de amperi) sunt deosebit de periculoase. Pentru a evita efectele distructive ale unor astfel de curenți mari, în circuit sunt incluse siguranțe sau întrerupătoare speciale.

Mai multe surse de EMF în circuit

Daca este o mai multe EMF conectate în serie, Acea:

1. Cu conexiunea corectă (polul pozitiv al unei surse este conectat la negativul alteia) sursele sunt conectate, EMF totală a tuturor surselor și rezistența lor internă pot fi găsite folosind formulele:

De exemplu, o astfel de conectare a surselor se realizează în telecomenzi, camere și alte aparate de uz casnic care funcționează cu mai multe baterii.

2. Dacă sursele sunt conectate incorect (sursele sunt conectate prin aceiași poli), EMF și rezistența lor totală sunt calculate folosind formulele:

În ambele cazuri, rezistența totală a surselor crește.

La conexiune paralelă Este logic să conectați sursele numai cu același EMF, altfel sursele se vor descărca unele spre altele. Astfel, EMF total va fi același cu EMF-ul fiecărei surse, adică cu o conexiune paralelă nu vom obține o baterie cu un EMF mare. În același timp, rezistența internă a bateriei sursei scade, ceea ce vă permite să obțineți un curent și o putere mai mare în circuit:

Acesta este sensul conexiunii paralele a surselor. În orice caz, atunci când rezolvați probleme, trebuie mai întâi să găsiți EMF total și rezistența internă totală a sursei rezultate, apoi scrieți legea lui Ohm pentru circuitul complet.

Muncă și putere curentă. Legea Joule-Lenz

Loc de munca A curent electric eu care curge printr-un conductor staționar cu rezistență R, se transformă în căldură Q, remarcandu-se pe dirijor. Această muncă poate fi calculată folosind una dintre formule (ținând cont de legea lui Ohm, toate decurg una de la alta):

Legea conversiei muncii curentului în căldură a fost stabilită experimental independent una de alta de J. Joule și E. Lenz și se numește Legea Joule-Lenz. Puterea curentului electric egal cu raportul de lucru curent A la intervalul de timp Δ t, pentru care s-a făcut această lucrare, deci poate fi calculată folosind următoarele formule:

Lucrarea curentului electric în SI, ca de obicei, este exprimată în jouli (J), puterea - în wați (W).

Bilanțul energetic în circuit închis

Să considerăm acum un circuit complet de curent continuu format dintr-o sursă cu o forță electromotoare ε și rezistență internă r si o zona externa omogena cu rezistenta R. În acest caz, puterea utilă sau puterea eliberată în circuitul extern:

Puterea maximă utilă posibilă a sursei se realizează dacă R = r si este egal cu:

Dacă, atunci când este conectat la aceeași sursă de curent cu rezistențe diferite R 1 și R Le sunt alocate 2 puteri egale, apoi rezistența internă a acestei surse de curent poate fi găsită prin formula:

Pierderea de putere sau puterea în interiorul sursei de curent:

Puterea totală dezvoltată de sursa de curent:

Eficiența sursei curente:

Electroliză

Electroliții Se obișnuiește să se numească medii conductoare în care fluxul de curent electric este însoțit de transferul de materie. Purtătorii de sarcini libere în electroliți sunt ionii încărcați pozitiv și negativ. Electroliții includ mulți compuși metalici cu metaloizi în stare topită, precum și unele solide. Cu toate acestea, principalii reprezentanți ai electroliților utilizați pe scară largă în tehnologie sunt soluțiile apoase de acizi anorganici, săruri și baze.

Trecerea curentului electric prin electrolit este însoțită de eliberarea unei substanțe pe electrozi. Acest fenomen se numește electroliză.

Curentul electric din electroliți reprezintă mișcarea ionilor ambelor semne în direcții opuse. Ionii pozitivi se deplasează spre electrodul negativ ( catod), ioni negativi – la electrodul pozitiv ( anod). Ionii ambelor semne apar în soluții apoase de săruri, acizi și alcaline ca urmare a divizării unor molecule neutre. Acest fenomen se numește disociere electrolitică.

Legea electrolizei a fost stabilit experimental de către fizicianul englez M. Faraday în 1833. legea lui Faraday determină cantitatea de produse primare eliberate pe electrozi în timpul electrolizei. Deci, masa m substanța eliberată pe electrod este direct proporțională cu sarcina Q trecut prin electrolit:

mărimea k numit echivalent electrochimic. Poate fi calculat folosind formula:

Unde: n– valența substanței, N A – constanta lui Avogadro, M- masa molară a substanței, e– sarcina elementara. Uneori este introdusă și următoarea notație pentru constanta lui Faraday:

Curentul electric în gaze și vid

Curentul electric în gaze

În condiții normale, gazele nu conduc electricitatea. Acest lucru se explică prin neutralitatea electrică a moleculelor de gaz și, prin urmare, prin absența purtătorilor de sarcină electrică. Pentru ca un gaz să devină conductor, unul sau mai mulți electroni trebuie îndepărtați din molecule. Apoi vor apărea purtători de sarcină liberi - electroni și ioni pozitivi. Acest proces se numește ionizarea gazelor.

Moleculele de gaz pot fi ionizate prin influență externă - ionizator. Ionizatorii pot fi: un flux de lumină, raze X, un flux de electroni sau α -particule Moleculele de gaz devin, de asemenea, ionizate la temperaturi ridicate. Ionizarea duce la apariția purtătorilor de sarcină liberi în gaze - electroni, ioni pozitivi, ioni negativi (un electron combinat cu o moleculă neutră).

Dacă creați un câmp electric în spațiul ocupat de un gaz ionizat, atunci purtătorii de sarcină electrică vor intra în mișcare ordonată - așa apare un curent electric în gaze. Dacă ionizatorul nu mai funcționează, gazul devine din nou neutru, așa cum este recombinare– formarea atomilor neutri de către ioni și electroni.

Curentul electric în vid

Vidul este gradul de rarefacție al unui gaz la care putem neglija coliziunea dintre moleculele sale și putem presupune că calea liberă medie depășește dimensiunile liniare ale vasului în care se află gazul.

Curentul electric în vid este conductivitatea intervalului interelectrod în stare de vid. Există atât de puține molecule de gaz încât procesele lor de ionizare nu pot furniza numărul de electroni și ioni care sunt necesari pentru ionizare. Conductivitatea intervalului interelectrod în vid poate fi asigurată numai cu ajutorul particulelor încărcate apărute ca urmare a fenomenelor de emisie pe electrozi.

• Înapoi
• Redirecţiona

Cum să te pregătești cu succes pentru CT în fizică și matematică?

Pentru a vă pregăti cu succes pentru CT în fizică și matematică, printre altele, este necesar să îndepliniți trei condiții cele mai importante:

1. Studiați toate subiectele și finalizați toate testele și sarcinile oferite în materialele educaționale de pe acest site. Pentru a face acest lucru, nu aveți nevoie de nimic, și anume: dedicați trei până la patru ore în fiecare zi pregătirii pentru CT la fizică și matematică, studierii teoriei și rezolvării problemelor. Cert este că CT este un examen în care nu este suficient doar să cunoști fizica sau matematică, trebuie și să poți rezolva rapid și fără eșecuri un număr mare de probleme pe teme diferite și de complexitate variată. Acesta din urmă poate fi învățat doar prin rezolvarea a mii de probleme.
2. Învață toate formulele și legile din fizică și formulele și metodele din matematică. De fapt, acest lucru este și foarte simplu de făcut; există doar aproximativ 200 de formule necesare în fizică și chiar puțin mai puțin în matematică. La fiecare dintre aceste materii există aproximativ o duzină de metode standard de rezolvare a problemelor de un nivel de bază de complexitate, care pot fi, de asemenea, învățate și, astfel, complet automat și fără dificultate rezolvarea majorității CT la momentul potrivit. După aceasta, va trebui să te gândești doar la cele mai dificile sarcini.
3. Participați la toate cele trei etape ale testării de repetiții la fizică și matematică. Fiecare RT poate fi vizitat de două ori pentru a decide asupra ambelor opțiuni. Din nou, pe CT, pe lângă capacitatea de a rezolva rapid și eficient probleme și cunoașterea formulelor și metodelor, trebuie să fiți capabil să planificați corect timpul, să distribuiți forțele și, cel mai important, să completați corect formularul de răspuns, fără confuzând numărul de răspunsuri și probleme sau propriul nume de familie. De asemenea, în timpul RT, este important să te obișnuiești cu stilul de a pune întrebări în probleme, care poate părea foarte neobișnuit pentru o persoană nepregătită de la DT.

Implementarea cu succes, diligentă și responsabilă a acestor trei puncte vă va permite să arătați un rezultat excelent la CT, maximul de care sunteți capabil.

Ați găsit o greșeală?

Dacă credeți că ați găsit o eroare în materialele de instruire, vă rugăm să scrieți despre aceasta pe e-mail. De asemenea, puteți raporta o eroare pe rețeaua de socializare (). În scrisoare, indicați subiectul (fizică sau matematică), numele sau numărul temei sau testului, numărul problemei sau locul din text (pagină) în care, în opinia dumneavoastră, există o eroare. De asemenea, descrieți care este eroarea suspectată. Scrisoarea dvs. nu va trece neobservată, eroarea fie va fi corectată, fie vi se va explica de ce nu este o eroare.