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

Ce se numește puterea curentă? Această întrebare a apărut de mai multe ori sau de două ori în procesul de discutare 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 de neînțeles.

Deci, ce se numește curent electric? Acesta este un flux direcționat de particule încărcate. Dar ce sunt aceste particule, de ce se mișcă brusc și unde? Acest lucru nu este foarte clar. Deci, 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 un curent electric în metale? Aceștia sunt electroni. În gaze, 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 cu aceeași sarcină se resping unele pe altele, în timp ce particulele cu sarcini opuse se atrag.

• Pe baza acestui fapt, se dovedește logic că mișcarea va avea loc de la polul pozitiv la cel negativ. Și cu cât sunt mai multe particule încărcate pe un pol încărcat, cu atât mai multe dintre ele se vor 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 sunt conectate dispozitive. Există curent acolo?
• Pentru a răspunde la această întrebare, trebuie să știm ce sunt tensiunea și curentul. Pentru a fi 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 debitul este curentul nostru electric.
• Ne întoarcem la priza noastră. Dacă facem o analogie cu o țeavă, atunci o priză fără aparate electrice conectate la ea este o țeavă închisă de o supapă. Adică nu există electricitate.

• Dar există tensiune acolo.Și dacă în conductă, pentru ca fluxul să apară, este necesar să deschideți supapa, atunci pentru a crea un curent electric în conductor, este necesar să conectați sarcina. Acest lucru se poate face prin conectarea ștecherului la o priză.
• Desigur, aceasta este o prezentare foarte simplificată a întrebării, iar unii profesioniști îmi vor găsi vina 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.

Un curent constant este un curent care nu își schimbă amploarea și direcția în timp. Destul de des, un curent pulsatoriu este denumit și constantă, dar să vorbim despre totul în ordine.

• Curentul continuu se caracterizează prin faptul că același număr de sarcini electrice se înlocuiesc constant între ele în aceeași direcție. Direcția este de la un pol la altul.
• Se pare că conductorul are întotdeauna o sarcină pozitivă sau negativă.Și în timp rămâne neschimbat.

Notă! La determinarea direcției curentului DC, pot exista inconsecvențe. Dacă curentul este format din mișcarea particulelor încărcate pozitiv, atunci direcția lui corespunde mișcării particulelor. Dacă curentul este format din mișcarea particulelor încărcate negativ, atunci direcția sa este considerată a fi opusă mișcării particulelor.

• Dar sub conceptul a ceea ce curentul continuu este adesea numit așa-numitul curent pulsatoriu. Diferă de constantă doar prin faptul că valoarea sa 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 un curent 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. Este acest curent pulsatoriu pe care îl produce invertorul sau puntea de diode din electronică.
• Unul dintre principalele avantaje ale curentului continuu este că poate fi stocat. Puteți face acest lucru cu propriile mâini, folosind baterii sau condensatori.

Curent alternativ

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

	Ca o undă sinusoidală, curentul alternativ își schimbă polaritatea la o frecvență constantă. Într-o perioadă de timp este pozitivă, iar într-o altă perioadă este negativă.
	Prin urmare, direct în conductorul de mișcare, nu există purtători de sarcină, ca atare. Pentru a înțelege acest lucru, imaginați-vă un val care se prăbușește de un 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, rata 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 de 50 Hz. Adică, curentul alternativ își schimbă valoarea de la extrem pozitiv la extrem negativ 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. La urma urmei, schimbând frecvența curentului alternativ, puteți modifica viteza de rotație a motoarelor. De asemenea, puteți obține rate mai mari de procesare a datelor - ca în chipset-urile computerului și multe altele.

Notă! Puteți vedea clar ce sunt curentul alternativ și curentul continuu, folosind exemplul unui bec obișnuit. Acest lucru este evident mai ales 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, ard cu o lumină constantă, iar când funcționează pe curent alternativ, pâlpâie ușor.

Ce este puterea și densitatea de curent?

Ei bine, am aflat ce este curent continuu și ce este curent 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: care este tensiunea unui curent electric? Tensiunea este diferența de potențial dintre două puncte.

• Apare imediat întrebarea, care este potențialul? Acum, profesioniștii vor găsi din nou vina în mine, dar să o spunem astfel: 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 aceste particule încărcate sunt fie mai mult, fie mai puține. Această diferență se numește tensiune. Se măsoară în volți (V).

• Să luăm ca exemplu o priză obișnuită. Cu toții probabil știți 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 doar pentru acești 220V.
• Avem nevoie de o înțelegere a conceptului de tensiune pentru a înțelege care este puterea unui curent electric. Deși din punct de vedere profesional, această afirmație nu este în întregime adevărată. 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 care se deplasează prin conductă este mai mare. În consecință, cu atât mai multă putere va fi transferată consumatorului.
• Dar dacă, în analogie cu apa, putem transfera o cantitate strict definită de apă printr-o conductă de o anumită secțiune, deoarece apa nu se comprimă, atunci totul nu este așa cu curentul electric. Prin orice conductor putem transmite teoretic orice curent. Dar, în practică, 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 a conductorului pe unitatea 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 cu o secțiune transversală mică, atunci din cauza 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 prin analogia noastră, cu aceeași secțiune a conductei, puterea transmisă depinde doar de puterea curentului. Dar dacă se mărește secțiunea transversală a conductei noastre, adică crește tensiunea, în acest caz, la aceleași valori ale vitezei de curgere, se vor transmite volume de apă complet diferite. Același lucru este valabil și în electricitate.

• Cu cât tensiunea este mai mare, cu atât este nevoie de mai puțin curent pentru a transfera aceeași putere. De aceea, liniile electrice de înaltă tensiune sunt folosite pentru a transmite putere mare 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 actuală, acestea vor fi aceleași.

Metode de transmitere a curentului electric

Ce este curentul și tensiunea ne-am dat seama. 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 variabil și constant. În industrie și în prizele dvs. se folosește curent alternativ. Este mai comun, deoarece este mai ușor de conectat. Faptul este că este destul de dificil și costisitor să schimbați tensiunea de curent continuu și puteți schimba tensiunea de curent alternativ folosind transformatoare obișnuite.

Notă! Niciun transformator de curent alternativ nu va funcționa pe curent continuu. Deoarece proprietățile pe care le folosește 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 operabilității chiar și după o întrerupere completă a curentului.

• Bateriile sunt cea mai comună modalitate de stocare a energiei electrice. Au proprietăți chimice speciale care le permit să se acumuleze și apoi, dacă este necesar, să emită curent continuu.
• Fiecare baterie are o cantitate strict limitată de energie stocată. Se numește capacitatea bateriei și parțial este determinată de curentul de pornire al bateriei.
• Care este curentul de pornire al unei baterii? Aceasta este cantitatea de energie pe care bateria o poate oferi chiar în momentul inițial al conectării sarcinii. Cert este că, în funcție de proprietățile fizice și chimice, bateriile diferă prin modul în care eliberează energia acumulată.

• Unii pot da imediat și mult. Din această cauză, ei, desigur, sunt evacuați rapid. Și al doilea da mult timp, dar puțin. În plus, un aspect important al bateriei este capacitatea de a menține tensiunea.
• Cert este că, după cum spun instrucțiunile, pentru unele baterii, pe măsură ce capacitatea revine, tensiunea lor scade treptat. Și alte baterii sunt capabile să ofere aproape întreaga capacitate cu aceeași tensiune. Pe baza acestor proprietăți de bază, aceste instalații de stocare sunt selectate pentru energie electrică.
• Pentru transmisia de curent continuu, în toate cazurile, se folosesc două fire. Acesta este un fir pozitiv și negativ. Rosu si albastru.

Curent alternativ

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

• Curentul alternativ este generat de un generator. De obicei, aproape toate au o structură trifazată. Aceasta înseamnă că generatorul are trei ieșiri, iar fiecare dintre aceste ieșiri produce un curent electric care diferă 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 la punctul zero, unda sinusoidă a fazei „B” este în punctul extrem de pozitiv, iar unda sinusoidă 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 fi un maxim negativ. În faza „B” va fi zero, iar în faza „C” - un maxim pozitiv. Și după un timp, se vor schimba din nou.

• Ca urmare, se dovedește că fiecare dintre aceste faze are propriul potențial, care este diferit de potențialul fazei învecinate. Prin urmare, trebuie să existe ceva între ei care să nu conducă electricitatea.
• 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 fază.
• Și astfel, dacă tensiunea de linie dintre aceste faze este de 380V, atunci tensiunea de fază este de 220V. Diferă cu o valoare în √3. Această regulă este întotdeauna valabilă 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 care este conectat rigid la pământ. Și obținem o rețea monofazată de 220 V. Dacă avem nevoie de o rețea de 380V, atunci putem lua doar 2 faze și conectam 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 curentul de inducție, curentul capacitiv, curentul de pornire, curentul fără sarcină, curenții de secvență negativă, curenții paraziți și multe altele, pur și simplu nu putem lua în considerare într-un articol.

La urma urmei, problema curentului electric este destul de voluminoasă 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 principalele aspecte ale acestei probleme într-un limbaj accesibil, iar acum curentul electric nu va fi ceva groaznic și de neînțeles pentru tine.

Ce este curentul electric

Mișcarea direcțională 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. Între plăci, nu are loc nicio mișcare a particulelor, dar curentul trece prin condensator.

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

Curentul de conducere (pur și simplu curent) în teoria circuitelor electrice este cantitatea de electricitate care curge pe unitatea de timp prin secțiunea transversală a conductorului: i \u003d q / t, unde i este curentul. A; q \u003d 1,6 10 9 - sarcina electronilor, C; t - timp, s.

Această expresie este valabilă pentru circuitele DC. Pentru circuitele de curent alternativ, se utilizează așa-numita valoare a curentului instantaneu, egală cu rata de modificare a sarcinii în timp: i (t) \u003d dq / dt.

Un curent electric apare atunci când apare un câmp electric într-o secțiune a unui circuit electric sau o diferență de potențial 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” („valoarea curentă”), este adesea folosit termenul „puterea curentului”. Cu toate acestea, acesta din urmă nu poate fi numit succes, deoarece puterea curentului nu este orice 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. -zona de secțiune a conductorului.
Este caracterizat curentul, care în sistemul SI se măsoară în amperi (A), și densitatea curentului, care în sistemul SI se măsoară în amperi pe metru pătrat.
Un amper corespunde mișcării prin secțiunea transversală a conductorului timp de o secundă (s) a unei sarcini de electricitate a unui pandantiv (C):

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 din conductor este de 1 A dacă o sarcină electrică egală cu 1 pandantiv trece prin secțiunea transversală a conductorului în 1 secundă.

Dacă o tensiune acționează de-a lungul conductorului, atunci în interiorul conductorului apare un câmp electric. Când intensitatea câmpului E, electronii cu sarcină e sunt afectați de forța f = Ee. Valorile f și E sunt vectoriale. În timpul drumului liber, electronii capătă o mișcare direcționată împreună cu una 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, de asemenea, 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 de mișcare a particulelor încărcate pozitiv de la un potențial mai mare la unul mai mic este luată ca direcție a curentului într-un circuit pasiv (în afara surselor de energie). Această direcție a fost luată chiar de 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 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 ai sarcinilor electrice și mijlocul mișcării acestora, se disting curenti de conducereşi curenţii de deplasare. Conductibilitatea este împărțită în electronică și ionică. Pentru modurile constante, se disting două tipuri de curenți: continui și alternativi.

Transfer de curent electric numit fenomen de transfer al sarcinilor electrice de către particule încărcate sau corpuri care se deplasează în spațiul liber. Principalul tip de transfer de curent 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 dielectrici.
Curent electric complet este o valoare scalară egală cu suma curentului de conducere electrică, a curentului electric de transfer și a curentului electric de deplasare prin suprafața considerată.

Un curent constant este un curent care poate varia în mărime, 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 (în sistemul SI se măsoară în herți), în cazul în care puterea acestuia se modifică periodic. Curent alternativ de înaltă frecvențăîmpins la suprafața conductorului. Curenții de înaltă frecvență sunt utilizați în inginerie mecanică pentru tratarea termică a suprafețelor pieselor și sudare, în metalurgie pentru topirea metalelor.Curenții alternativi se împart în sinusoidale și nesinusoidal. Un curent sinusoidal este un curent care se modifică conform unei legi armonice:

i = Im sin ωt,

Rata de schimbare a curentului alternativ este caracterizată de aceasta, definită ca numărul de oscilații complete repetitive pe unitatea de timp. Frecvența este notă cu litera f și se măsoară în herți (Hz). Deci, frecvența curentului în rețea 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 desemnați cu litera I valori instabile (instantanee) - cu litera i. Direcția condiționat pozitivă a curentului este considerată direcția de mișcare a sarcinilor pozitive.

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

Curentul alternativ înseamnă și curent în rețelele convenționale monofazate și trifazate. În acest caz, parametrii curentului alternativ se modifică conform legii 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 oscila - curge dintr-un loc în circuit în altul și înapoi. În acest caz, spre deosebire de circuitele DC, curenții din conductorii conectați în serie pot să nu fie la fel. Capacitatele prezente în circuitele de curent alternativ amplifică acest efect. În plus, atunci când curentul se modifică, intră în joc efecte de auto-inducție, care devin semnificative chiar și la frecvențe joase, dacă se folosesc bobine cu inductanțe mari. 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 considerat ca și cum ar fi fost un rezistor generalizat, un condensator și un inductor conectați în serie.

Luați în considerare proprietățile unui astfel de circuit conectat la un alternator sinusoidal. Pentru a formula reguli pentru proiectarea circuitelor de curent alternativ, este necesar să se găsească 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, atunci condensatorul va începe să se încarce până când tensiunea pe el devine egală cu EMF-ul elementului. Apoi încărcarea se va opri și curentul va scădea la zero. Dacă circuitul este conectat la un alternator, atunci într-o jumătate de ciclu electronii vor curge din partea stângă a condensatorului și se vor acumula pe dreapta și invers în celălalt. Acești electroni în mișcare sunt un 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, AC este adesea rectificat de redresoare pentru a produce DC.

Conductori electrici

Materialul în care curge curentul se numește. Unele materiale devin supraconductoare la temperaturi scăzute. În această stare, 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 pentru o secțiune a circuitului și legea lui Ohm pentru un circuit complet.

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

Cum afectează curentul corpul uman

Curentul trecut prin corpul uman sau animal poate provoca arsuri electrice, fibrilație sau moarte. Pe de altă parte, curentul electric este folosit în terapie intensivă, pentru tratarea bolilor psihice, în special a depresiei, stimularea electrică a anumitor zone ale creierului este folosită pentru tratarea unor boli precum boala Parkinson și epilepsia, un stimulator cardiac care stimulează mușchiul inimii. cu un curent pulsat este folosit pentru bradicardie. La oameni și animale, curentul este folosit pentru a transmite impulsurile nervoase.

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

Fără electricitate, este imposibil să ne imaginăm viața unei persoane moderne. Volți, amperi, wați - aceste cuvinte sunt auzite într-o conversație despre dispozitivele care funcționează cu electricitate. Dar ce este acest curent electric și care sunt condițiile existenței lui? Vom vorbi despre asta în continuare, oferind o scurtă explicație pentru electricienii începători.

Definiție

Un curent electric este o mișcare direcționată a purtătorilor de sarcină - aceasta este o formulare standard dintr-un manual de fizică. La rândul lor, anumite particule de materie sunt numite purtători de sarcină. 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, este format 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 așa mai departe.

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

• Anionii sunt ionii pozitivi ai unui atom care a pierdut electroni.
• Cationii sunt un atom cu electroni „în plus” atașați de atom.

Unitatea de măsură a curentului este Amperi, conform acestuia se calculează prin formula:

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

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

unde Q este sarcina, [C], t este timpul, [s].

Condiții pentru existența unui curent 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.

Amintiți-vă: Tensiunea, EMF este o diferență de potențial. Rezultă că pentru a îndeplini condițiile de existență a curentului - prezența unui câmp electric și a unui curent electric este nevoie de tensiune. Acestea pot fi plăci ale unui condensator încărcat, o celulă galvanică, un EMF care a apărut sub influența unui câmp magnetic (generator).

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

Deci, în majoritatea cazurilor, principalii purtători de sarcină sunt electronii, ei se deplasează de la minus (un punct cu potențial negativ) la un plus (un punct cu un potențial pozitiv, veți afla mai multe despre asta 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 se întâmplă contrariul. Cert este că decizia asupra direcției curentului a fost luată înainte de a studia natura acestuia și, de asemenea, înainte de a se determina din cauza căruia 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 (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 și uneori sunt denumite „gaz electric”. De unde vin transportatorii de taxe gratuite? Cert este că metalul, ca orice substanță, este format din atomi. Atomii se mișcă sau oscilează cumva. 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 care au o legătură destul de slabă cu nucleul. Sub influența temperaturilor, a reacțiilor chimice și a interacțiunii impurităților, care se află în orice caz în metal, electronii sunt desprinși de atomii lor, se formează ioni încărcați pozitiv. Electronii detașați se numesc liberi și se mișcă aleatoriu.

Dacă asupra lor acționează 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 nu există purtători de încărcare liberi în stare normală. 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 trec în banda liberă sau în 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 la capetele opuse ale cristalului (se aplică un strat metalizat și cablurile sunt lipite), va apărea un EMF, dar acest lucru nu se aplică. la subiectul articolului de astăzi.

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 direcționată - găurile vor merge pe partea cu un potențial electric mai mic, iar electronii - pe partea cu un unul mai mare.

În vid și gaz

Un vid este un mediu cu o absență completă (cazul ideal) a gazelor sau o cantitate redusă (în realitate) a acestuia. Deoarece nu există materie în vid, nu există nicio sursă pentru purtătorii de încărcare. 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. este un vid complet. Doi electrozi sunt plasați în vas, să le numim un anod și un catod. Dacă conectăm potențialul negativ al sursei EMF la catod și 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 încălzită a unui electron.

Figura prezintă procesul de curgere a curentului într-o lampă cu vid. În tuburile cu vid, catodul este încălzit de un filament apropiat din Fig. (H), cum ar fi cel găsit într-o lampă de iluminat.

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

Un gaz, 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 fluxul de curent electric se va îndeplini - câmpul și mediile libere.

După cum am menționat deja, acest proces se numește ionizare. Poate apărea nu numai de la tensiunea aplicată, ci și atunci când gazul este încălzit, raze X, sub influența ultravioletelor și a altor 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 un curent prin el.

Un electrolit este o substanță care conduce electricitatea prin disocierea în ioni.

Dacă se adaugă sulfat de cupru în apă, atunci 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 - pozitiv și purtători de sarcină negativă.

Electroliza este un proces fizic și chimic, care constă în separarea componentelor care alcătuiesc electrolitul pe electrozi.

Astfel, au loc placarea cu cupru, aurirea și acoperirea cu alte metale.

Concluzie

Pentru a rezuma, pentru fluxul de curent electric, 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. În termeni simpli, aplicați o tensiune la capetele corpului sau instalați doi electrozi într-un mediu în care este de așteptat să curgă un curent electric.

De asemenea, este de remarcat faptul că curentul într-un anumit fel afectează substanța, există trei tipuri de expunere:

• 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 dispozitivului și funcționarea curentului electric. Deci, să ne dăm seama ce sunt munca și puterea curentă.

De unde vine 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, o persoană nu se gândește în mod special la lucruri atât de elementare precum principiul de funcționare a curentului electric. De unde vine electricitatea? Cu siguranță mulți vor răspunde „Ei bine, de la 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 științelor, pentru dezvoltarea lor generală versatilă. Dar a putea folosi corect principiul funcționării curente nu este pentru toată lumea.

Deci, pentru început, ar trebui să înțelegeți că electricitatea nu vine de nicăieri: este produsă de generatoare speciale care sunt amplasate la diferite centrale electrice. Datorită muncii de rotire a palelor turbinelor, aburul obținut în urma încălzirii apei cu cărbuni sau ulei generează energie, care este ulterior transformată în energie electrică cu ajutorul unui generator. Generatorul este foarte simplu: în centrul dispozitivului se află un magnet imens și foarte puternic, care face ca sarcinile electrice să se deplaseze de-a lungul firelor de cupru.

Cum ajunge electricitatea în casele noastre?

După ce s-a obținut o anumită cantitate de curent electric cu ajutorul energiei (termică sau nucleară), acesta poate fi furnizat oamenilor. O astfel de furnizare de energie electrică funcționează după cum urmează: pentru ca electricitatea să ajungă cu succes în toate apartamentele și întreprinderile, trebuie „împinsă”. Și pentru aceasta trebuie să creșteți forța care o va face. Se numește tensiunea curentului electric. Principiul de funcționare este următorul: curentul trece prin transformator, ceea ce îi crește tensiunea. În plus, curentul electric circulă 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 trece prin fire la scuturile instalate în blocuri de apartamente sau alte clădiri.

Electricitatea transportată prin fire poate fi utilizată datorită sistemului de prize, conectând la acestea aparatele de uz casnic. Firele suplimentare sunt purtate în pereți, prin care curge curentul electric, iar datorită acestuia, iluminatul și toate aparatele din casă funcționează.

Ce este munca curentă?

Energia pe care o transportă curentul electric în sine este transformată în timp în lumină sau căldură. De exemplu, atunci când aprindem o lampă, forma electrică a energiei este transformată în lumină.

Vorbind într-un limbaj accesibil, munca curentului este acțiunea pe care electricitatea în sine a produs-o. Mai mult, poate fi foarte ușor calculat prin formulă. Pe baza legii conservării energiei, putem concluziona că energia electrică nu a dispărut, s-a schimbat complet sau parțial într-o altă formă, degajând în același timp o anumită cantitate de căldură. Această căldură este opera curentului când trece prin conductor și îl încălzește (se produce schimbul de căldură). Așa arată formula Joule-Lenz: A \u003d Q \u003d U * I * t (munca este egală cu cantitatea de căldură sau produsul puterii curente și timpul în care a trecut 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. Din cauza prezenței unei faze la capătul conductorului, aceasta se mai numește și monofazată.

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

Unde se folosește curentul continuu?

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

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

Funcționare DC

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

Așa arată formula pentru găsirea lucrului curentului, ținând cont de legea rezistenței lui Ohm în conductoare, astfel: A \u003d I 2 * R * t (lucrarea este egală cu pătratul puterii curentului înmulțit cu valoarea a rezistenţei conductorului şi încă o dată înmulţit cu valoarea timpului pentru care s-a lucrat).

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

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

Dacă curentul nu este constant, atunci pentru a găsi cantitatea de sarcină trecută prin conductor, se calculează aria figurii de sub graficul dependenței puterii curentului de timp.

Dacă puterea curentului și direcția acestuia 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 timpul total (adică, conform aceluiași principiu ca viteza medie sau orice altă valoare medie în fizică):

Dacă curentul se modifică uniform în timp faţă de valoarea eu 1 pentru a evalua eu 2, atunci valoarea curentului mediu poate fi găsită ca medie aritmetică a valorilor extreme:

densitatea curentă- puterea curentului 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 conductorului și între ei. Unitatea de rezistență este de 1 ohm. Rezistența conductorului R este determinată de formula:

Unde: l- lungimea conductorului, S este aria sa transversală, ρ - rezistivitatea 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: capacitatea termică specifică, densitatea, punctul de topire etc. Unitatea de măsură a rezistivității 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°С, t este temperatura exprimată în grade Celsius, α este coeficientul de temperatură al rezistenței. Este egală cu modificarea relativă a rezistenței pe măsură ce temperatura crește 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- Acesta 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 o întrerupere a circuitului. Apoi, secțiunea circuitului cu dioda poate fi pur și simplu tăiată, deoarece curentul nu trece 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 printr-un conductor metalic omogen (adică un conductor în care forțele externe nu acționează) cu rezistență R, proporțional cu tensiunea U la capetele conductorului:

valoarea R numit rezistență electrică. Un conductor cu rezistență electrică se numește rezistor. Acest raport exprimă Legea lui Ohm pentru o secțiune omogenă a circuitului: Puterea curentului într-un conductor este direct proporțională cu tensiunea aplicată și invers proporțională cu rezistența 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, prescurtat VAC) este reprezentat de o linie dreaptă care trece prin origine. Trebuie remarcat faptul că există multe materiale și dispozitive care nu respectă legea lui Ohm, cum ar fi 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 modele.

1. Modele de conectare în serie:

Formula pentru rezistența totală a rezistențelor conectate în serie este valabilă pentru orice număr de conductori. Dacă circuitul este conectat în serie n aceeasi rezistenta 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 aceeasi rezistenta 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 dispozitive 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 concepute pentru a măsura curentul din circuit. Ampermetrul este conectat în serie la întreruperea circuitului electric, astfel încât întregul curent măsurat să treacă prin el. Ampermetrul are și o oarecare rezistență internă. R A. Spre deosebire de voltmetru, rezistența internă a unui ampermetru trebuie să fie suficient 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 capabil să creeze și să mențină diferențe de potențial în secțiuni ale circuitului datorită lucrului forțelor de origine neelectrostatică. Se numesc astfel de dispozitive surse de curent continuu. Sunt numite forțe de origine neelectrostatică care acționează asupra purtătorilor de sarcină liberi din surse de curent forțe exterioare.

Natura forțelor exterioare poate fi diferită. În celulele galvanice sau baterii, acestea apar ca urmare a proceselor electrochimice, în generatoarele de curent continuu, forțele externe apar atunci când conductorii se mișcă într-un câmp magnetic. Sub acțiunea 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 funcționează. Cantitatea fizică egală cu raportul de muncă A st forțe externe la deplasarea sarcinii q de la polul negativ al sursei de curent la pozitiv la valoarea acestei sarcini, se numește 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 (intrinsecă) a sursei de curent (depinde de structura internă a sursei). Rezistenţă R– rezistența la sarcină (rezistența circuitului extern).

Căderea de tensiune în circuitul externîn timp ce egal (se mai numește și tensiune la bornele sursei):

Este important să înțelegeți și să vă amintiți: 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 mult mai mică decât rezistența sursei, atunci circuitul va curge scurt circuit:

Curent de scurtcircuit - curentul maxim care poate fi obținut de la o sursă dată cu o forță electromotoare ε si rezistenta interna 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 un curent de scurtcircuit de câteva sute de amperi. Deosebit de periculoase sunt scurtcircuitele din rețelele de iluminat alimentate de substații (mii de amperi). Pentru a evita efectul distructiv al unor astfel de curenți mari, în circuit sunt incluse siguranțe sau întrerupătoare speciale.

Surse EMF multiple într-un circuit

Dacă circuitul conţine mai multe EMF conectate în serie, Acea:

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

De exemplu, o astfel de conexiune 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 prin formulele:

În ambele cazuri, rezistența totală a surselor crește.

La conexiune paralelă are sens să conectați sursele numai cu același EMF, altfel sursele vor fi descărcate una în alta. 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. Acest lucru reduce rezistența internă a bateriei surselor, ceea ce vă permite să obțineți mai mult curent și putere 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 fix cu rezistenţă R, transformat în căldură Q, care se remarcă 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 de J. Joule și E. Lenz și se numește Legea Joule-Lenz. Puterea curentului electric egal cu raportul de lucru al curentului A la intervalul de timp Δ t, pentru care a fost efectuată această lucrare, deci poate fi calculată folosind următoarele formule:

Lucrul unui curent electric în SI, ca de obicei, este exprimat în jouli (J), puterea - în wați (W).

Bilanțul energetic în circuit închis

Luați în considerare acum un circuit complet de curent continuu constând dintr-o sursă cu o forță electromotoare ε si rezistenta interna r si o zona externa omogena cu rezistenta R. În acest caz, puterea utilă sau puterea eliberată în circuitul extern este:

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 de 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

electroliti 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 ai metalelor cu metaloizi în stare topită, precum și unele substanțe solide. Cu toate acestea, principalii reprezentanți ai electroliților utilizați pe scară largă în tehnologie sunt soluțiile apoase de acizi anorganici, săruri și baze.

Trecerea unui curent electric prin electrolit este însoțită de eliberarea unei substanțe pe electrozi. Acest fenomen a fost numit electroliză.

Curentul electric din electroliți este 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 la electrod este direct proporțională cu sarcina Q trecut prin electrolit:

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

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

Curentul electric în gaze și în vid

Curentul electric în gaze

În condiții normale, gazele nu conduc electricitatea. Acest lucru se datorează neutralității electrice a moleculelor de gaz și, în consecință, absenței purtătorilor de sarcină electrică. Pentru ca un gaz să devină conductor, unul sau mai mulți electroni trebuie îndepărtați din molecule. Apoi vor exista purtători de sarcină liberi - electroni și ioni pozitivi. Acest proces se numește ionizarea gazelor.

Este posibilă ionizarea moleculelor de gaz prin influență externă - ionizator. Ionizatorii pot fi: un curent de lumină, raze X, un curent de electroni sau α -particule. Moleculele de gaz ionizează și la temperatură ridicată. Ionizarea duce la apariția purtătorilor de sarcină liberi în gaze - electroni, ioni pozitivi, ioni negativi (un electron combinat cu o moleculă neutră).

Dacă se creează un câmp electric în spațiul ocupat de un gaz ionizat, atunci purtătorii de sarcini electrice vor începe să se miște în mod ordonat - așa ia naștere un curent electric în gaze. Dacă ionizatorul încetează să funcționeze, atunci gazul devine din nou neutru, deoarece recombinare– formarea atomilor neutri de către ioni și electroni.

Curentul electric în vid

Vidul este un astfel de grad de rarefacție a unui gaz la care se poate neglija coliziunea dintre moleculele sale și se poate presupune că calea liberă medie depășește dimensiunile liniare ale vasului în care se află gazul.

Un curent electric în vid se numește conductivitate a spațiului interelectrod în stare de vid. În acest caz, există atât de puține molecule de gaz încât procesele de ionizare a acestora nu pot furniza un astfel de număr de electroni și ioni care sunt necesari pentru ionizare. Conductivitatea intervalului interelectrod în vid poate fi asigurată numai cu ajutorul particulelor încărcate care au apărut ca urmare a fenomenelor de emisie la 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, trebuie îndeplinite trei condiții critice:

1. Studiați toate subiectele și finalizați toate testele și sarcinile date în materialele de studiu de pe acest site. Pentru a face acest lucru, nu aveți nevoie de nimic, și anume: să dedicați trei până la patru ore în fiecare zi pregătirii pentru CT în fizică și matematică, studierii teoriei și rezolvării problemelor. Cert este că CT-ul este un examen în care nu este suficient doar să cunoști fizica sau matematică, trebuie și să poți să rezolvi rapid și fără eșecuri un număr mare de probleme pe diverse teme și complexitate variabilă. 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, este și foarte simplu să faci asta, 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, rezolvă majoritatea transformării digitale la momentul potrivit. După aceea, 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 rezolva ambele opțiuni. Din nou, pe CT, pe lângă capacitatea de a rezolva rapid și eficient probleme și cunoașterea formulelor și metodelor, este, de asemenea, necesar să fiți capabil să planificați corect timpul, să distribuiți forțele și, cel mai important, să completați corect formularul de răspuns. , fără a confunda nici numărul de răspunsuri și sarcini, nici numele propriu. De asemenea, în timpul RT, este important să te obișnuiești cu stilul de a pune întrebări în sarcini, care poate părea foarte neobișnuit pentru o persoană nepregătită pe 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 eroare?

Dacă, după cum vi se pare, ați găsit o eroare în materialele de instruire, atunci vă rugăm să scrieți despre aceasta prin poștă. Puteți scrie despre eroare și pe rețeaua de socializare (). În scrisoare, indicați subiectul (fizică sau matematică), numele sau numărul subiectului sau testului, numărul sarcinii sau locul din text (pagină) în care, în opinia dumneavoastră, există o eroare. De asemenea, descrieți care este presupusa eroare. Scrisoarea ta nu va trece neobservată, eroarea fie va fi corectată, fie ți se va explica de ce nu este o greșeală.