Concepte de bază ale curentului electric. Definiția electric current

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

Ce este actual

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

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

Ceea ce este curent este determinat de prezența unui câmp electric. Fără el, nu va apărea un flux direcționat de particule încărcate.

Conceptul de curent electricar fi incompletă fără a enumera manifestările sale:

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

Conductoare și semiconductori

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

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

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

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

Mediile neconductoare sunt numite dielectrice.

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

Tip de curent

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

Caracteristicile circuitului electric

1. Puterea curentă. Aceasta este o măsurătoare cantitativă a sarcinii care trece într-o unitate temporară peste secțiunea transversală a conductorilor. Sarcinile sunt măsurate în coulombs (C), unitatea de timp este a doua. Puterea curentului este C/s. Raportul rezultat a fost numit amper (A), în care se măsoară valoarea cantitativă a curentului. Aparatul de măsurare este un ampermetru conectat în serie la circuitul conexiunilor electrice;
2. Putere. Curentul electric din conductor trebuie să învingă rezistența mediului. Munca cheltuită pentru a o depăși într-o anumită perioadă de timp va fi puterea. În acest caz, transformarea energiei electrice în alte tipuri de energie - se lucrează. Puterea depinde de puterea curentului, tensiune. Produsul lor va determina puterea activă. Înmulțit cu un alt timp, se obține consumul de energie - ceea ce arată contorul. Puterea poate fi măsurată în voltamperi (VA, kVA, mVA) sau în wați (W, kW, mW);
3. Voltaj. Una dintre cele mai importante trei caracteristici. Pentru ca curentul să circule, este necesar să se creeze o diferență de potențial între două puncte ale unui circuit închis de conexiuni electrice. Tensiunea se caracterizează prin munca produsă de câmpul electric în timpul mișcării unui singur purtător de sarcină. Conform formulei, unitatea de tensiune este J/C, care corespunde unui volt (V). Aparatul de măsurare este un voltmetru, conectat în paralel;
4. Rezistenţă. Caracterizează capacitatea conductorilor de a trece curentul electric. Este determinat de materialul conductorului, lungimea și aria secțiunii sale. Măsurarea este în ohmi (Ohm).

Legile pentru curentul electric

Circuitele electrice sunt calculate folosind trei legi principale:

1. Legea lui Ohm. A fost cercetat și formulat de un fizician german la începutul secolului al XIX-lea pentru curent continuu, apoi a fost aplicat și curentului alternativ. Stabilește relația dintre curent, tensiune și rezistență. Pe baza legii lui Ohm, aproape orice circuit electric este calculat. Formula de bază: I \u003d U / R sau puterea curentului este direct proporțional cu tensiunea și invers cu rezistența;

1. legea lui Faraday. Se referă la inducția electromagnetică. Apariția curenților inductivi în conductori este cauzată de influența unui flux magnetic care se modifică în timp datorită inducerii EMF (forță electromotoare) într-un circuit închis. Modulul FEM indus, măsurat în volți, este proporțional cu viteza cu care se modifică fluxul magnetic. Datorită legii inducției, funcționează generatoarele care produc energie electrică;
2. Legea Joule-Lenz. Este important atunci când se calculează încălzirea conductorilor, care este utilizat pentru proiectarea și fabricarea de încălzire, corpuri de iluminat și alte echipamente electrice. Legea vă permite să determinați cantitatea de căldură eliberată în timpul trecerii unui curent electric:

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

Electricitate în atmosferă

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

Tipuri de electricitate atmosferică:

1. Furtuni. Fulgere cu o strălucire vizibilă și bubuituri tunătoare. Tensiunea fulgerului atinge sute de milioane de volți la o putere de curent de 500.000 A;

1. Focurile Sfântului Elm. Descărcare corona de electricitate generată în jurul firelor, catargelor;
2. fulger cu minge. Descărcare sub formă de minge, deplasându-se prin aer;
3. Lumini polare. Strălucire multicoloră a ionosferei pământului sub influența particulelor încărcate care pătrund din spațiu.

O persoană folosește proprietățile benefice ale curentului electric în toate domeniile vieții:

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

Pericol electric

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

• arsuri termice;
• divizarea electrolitică a sângelui și limfei cu modificarea compoziției sale;
• contracțiile musculare convulsive pot provoca fibrilație cardiacă până la oprirea sa completă, perturba funcționarea sistemului respirator.

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

Cea mai importantă caracteristică a curentului electric este că poate face o muncă utilă pentru o persoană: aprinde o casă, spăla și usca hainele, gătește cina, încălzește o casă. Acum un loc semnificativ îl ocupă utilizarea sa în transmiterea informațiilor, deși aceasta nu necesită un consum mare de energie electrică.

Video

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

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

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

De obicei, direcția sarcinii electrice este luată ca direcție a sarcinii pozitive.

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

Puterea curentă.

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

Puterea pe care o dezvoltă un curent electric într-o secțiune a circuitului este direct proporțională cu mărimea curentului și a tensiunii din această secțiune. Putere (electric-three-che-sky și me-ha-no-che-sky) de la-me-rya-et-xia în wați (W).

Puterea curentă nu depinde de timpul de pro-the-ka-niya a curentului electric-tri-che-th din circuit, dar definește-de-la-is-sya ca un pro-de-ve-de-ne tensiune la puterea curentului.

Voltaj.

Tensiune electrică este o valoare care arată cât de multă muncă a făcut un câmp electric la mutarea unei sarcini dintr-un punct în altul. În acest caz, tensiunea în diferite părți ale circuitului va fi diferită.

De exemplu: tensiunea pe secțiunea firului gol va fi foarte mică, iar tensiunea pe secțiunea cu orice sarcină va fi mult mai mare, iar magnitudinea tensiunii va depinde de cantitatea de muncă efectuată de curent. Măsurați tensiunea în volți (1 V). Pentru a determina tensiunea, există o formulă: U \u003d A / q, unde

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

Puterea curentă.

puterea curentului numit numărul de particule încărcate care curg prin secțiunea transversală a conductorului.

Prin definitie puterea curentului direct proporțională cu tensiunea și invers proporțională cu rezistența.

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

rezistență de curent.

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

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

Condiții pentru apariția curentului electric într-un mediu conductiv:

1) prezența particulelor încărcate libere;

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

Tipuri de influență a curentului electric asupra unui material conductor.

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

2) termică - se încălzește materialul prin care circulă curentul (acest efect este absent în supraconductori);

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

Principalele caracteristici ale curentului.

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

I=Q/t

Puterea curentului este determinată de un ampermetru.

Tensiunea este determinată de un voltmetru.

3. Rezistenta R a materialului conductor.

Rezistența depinde de:

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

R=pl/S

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

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

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

Tabelul caracteristicilor curente.

Compus	Secvenţial	Paralel
Valoare conservată	I 1 \u003d I 2 \u003d ... \u003d I n I \u003d const	U 1 \u003d U 2 \u003d ... U n U \u003d const
Valoarea totală	Voltaj e=Ast/q Valoarea egală cu munca depusă de forțele externe pentru a muta o sarcină pozitivă de-a lungul întregului circuit, inclusiv sursa de curent, la sarcină, se numește forța electromotoare a sursei de curent (EMF): e=Ast/q Caracteristicile curente trebuie cunoscute la repararea echipamentelor electrice.

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

Primele informații despre electricitate, apărute cu multe secole în urmă, se refereau la „încărcările” electrice obținute prin frecare. Deja în cele mai vechi timpuri, oamenii știau că chihlimbarul, purtat pe lână, dobândește capacitatea de a atrage obiecte ușoare. Dar abia la sfârșitul secolului al XVI-lea, medicul englez Gilbert a studiat acest fenomen în detaliu și a aflat că multe alte substanțe au exact aceleași proprietăți. Corpuri capabile, precum chihlimbarul, după ce au fost frecate pentru a atrage obiecte ușoare, le-a numit electrizate. Acest cuvânt este derivat din grecescul electron - „chihlimbar”. În prezent, spunem că există sarcini electrice pe corpurile în această stare, iar corpurile în sine sunt numite „încărcate”.

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

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

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

Principalele cantități de curent electric

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

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

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

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

Tensiunea este raportul dintre activitatea curentului într-o anumită secțiune a circuitului electric și sarcina care curge prin aceeași secțiune a circuitului. Lucrul curent este măsurat în jouli (J), sarcina este măsurată în pandantive (C). În acest sens, unitatea de măsură a tensiunii va fi 1 J/C. Această unitate se numește volt (V).

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

Rezistență electrică. După ce ați conectat tot felul de conductori și un ampermetru la un circuit electric, puteți observa că atunci când utilizați diferiți conductori, ampermetrul oferă citiri diferite, adică, în acest caz, puterea curentului disponibil în circuitul electric este diferită. Acest fenomen poate fi explicat prin faptul că diferiți conductori au rezistență electrică diferită, care este o mărime fizică. În onoarea fizicianului german, ea a fost numită Ohm. De regulă, în fizică se folosesc unități mai mari: kiloohm, megaohm etc. Rezistența conductorului este de obicei notă cu litera R, lungimea conductorului este L, aria secțiunii transversale este S. În acest caz, rezistența poate fi scris sub formă de formulă:

R = R * L/S

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

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

Conform Tabelului. 1, devine clar că cuprul are cea mai mică rezistivitate electrică, iar un aliaj de metale are cea mai mare. În plus, dielectricii (izolatorii) au rezistivitate ridicată.

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

Dacă luați doi conductori izolați unul de celălalt, plasați-i la o distanță mică unul de celălalt, obțineți un condensator. Capacitatea unui condensator depinde de grosimea plăcilor sale și de grosimea dielectricului și de permeabilitatea acestuia. Prin reducerea grosimii dielectricului dintre plăcile condensatorului, este posibilă creșterea semnificativă a capacității acestuia din urmă. Pe toate condensatoarele, pe lângă capacitatea lor, trebuie indicată și tensiunea pentru care sunt proiectate aceste dispozitive.

Munca și puterea curentului electric. Din cele de mai sus, este clar că curentul electric face o anumită cantitate de muncă. Când motoarele electrice sunt conectate, curentul electric face să funcționeze tot felul de echipamente, deplasează trenurile de-a lungul șinelor, luminează străzile, încălzește locuința și, de asemenea, produce un efect chimic, adică permite electroliza etc. Putem spune că munca curentului într-o anumită secțiune a circuitului este egală cu curentul produs, tensiunea și timpul în care a fost efectuată lucrarea. Lucrul se măsoară în jouli, tensiunea în volți, curentul în amperi și timpul în secunde. În acest sens, 1 J = 1V x 1A x 1s. Din aceasta rezultă că, pentru a măsura funcționarea unui curent electric, trebuie utilizate trei dispozitive simultan: un ampermetru, un voltmetru și un ceas. Dar acest lucru este greoi și ineficient. Prin urmare, de obicei, munca curentului electric este măsurată cu contoare electrice. Dispozitivul acestui dispozitiv conține toate dispozitivele de mai sus.

Puterea unui curent electric este egală cu raportul dintre lucrul curentului și timpul în care a fost efectuat. Puterea este indicată cu litera „P” și este exprimată în wați (W). În practică, se folosesc kilowați, megawați, hectowați etc.. Pentru a măsura puterea circuitului, trebuie să luați un wattmetru. Lucrul electric este exprimat în kilowați-oră (kWh).

Legile de bază ale curentului electric

Legea lui Ohm. Tensiunea și curentul sunt considerate cele mai convenabile caracteristici ale circuitelor electrice. Una dintre principalele caracteristici ale utilizării energiei electrice este transportul rapid al energiei dintr-un loc în altul și transferul acesteia către consumator în forma dorită. Produsul dintre diferența de potențial și puterea curentului dă putere, adică cantitatea de energie emisă în circuit pe unitatea de timp. După cum am menționat mai sus, pentru a măsura puterea într-un circuit electric, ar fi nevoie de 3 dispozitive. Este posibil să faci cu unul și să calculezi puterea din citirile sale și unele caracteristici ale circuitului, cum ar fi rezistența sa? Multora le-a placut aceasta idee, au considerat-o fructuoasa.

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

În anii 1820, profesorul german Georg Ohm a fost primul care a început să caute raportul de mai sus. În primul rând, a aspirat la faimă și faimă, care să-i permită să predea la universitate. Acesta a fost singurul motiv pentru care a ales un domeniu de studiu care oferea avantaje deosebite.

Om era fiul unui lăcătuș, așa că știa să deseneze sârmă de metal de diferite grosimi, de care avea nevoie pentru experimente. Deoarece în acele zile era imposibil să cumperi un fir potrivit, Om a făcut-o cu propriile mâini. În timpul experimentelor, a încercat diferite lungimi, diferite grosimi, diferite metale și chiar diferite temperaturi. Toți acești factori i-a variat pe rând. Pe vremea lui Ohm, bateriile erau încă slabe, dând un curent de magnitudine variabilă. În acest sens, cercetătorul a folosit ca generator un termocuplu, a cărui joncțiune fierbinte a fost plasată într-o flacără. În plus, a folosit un ampermetru magnetic brut și a măsurat diferențele de potențial (Ohm le-a numit „tensiuni”) prin modificarea temperaturii sau a numărului de joncțiuni termice.

Doctrina circuitelor electrice tocmai și-a primit dezvoltarea. După inventarea bateriilor în jurul anului 1800, acesta a început să se dezvolte mult mai repede. Au fost proiectate și fabricate diverse dispozitive (destul de des manual), au fost descoperite noi legi, au apărut concepte și termeni etc. Toate acestea au condus la o înțelegere mai profundă a fenomenelor și factorilor electrici.

Actualizarea cunoștințelor despre electricitate, pe de o parte, a determinat apariția unui nou domeniu al fizicii, pe de altă parte, a stat la baza dezvoltării rapide a ingineriei electrice, adică baterii, generatoare, sisteme de alimentare cu energie pentru iluminat și acționare electrică. , au fost inventate cuptoare electrice, motoare electrice etc., altele.

Descoperirile lui Ohm au fost de mare importanță atât pentru dezvoltarea teoriei electricității, cât și pentru dezvoltarea ingineriei electrice aplicate. Ei au ușurat prezicerea proprietăților circuitelor electrice pentru curent continuu și mai târziu pentru curent alternativ. În 1826, Ohm a publicat o carte în care sublinia concluziile teoretice și rezultatele experimentale. Dar speranțele lui nu erau justificate, cartea a fost întâmpinată cu ridicol. Acest lucru s-a întâmplat deoarece metoda experimentării brute părea puțin atractivă într-o epocă în care mulți oameni erau pasionați de filozofie.

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

Dar treptat lucrările sale au câștigat faima mai întâi în afara Germaniei. Om era respectat în străinătate, cercetarea lui a fost folosită. În acest sens, compatrioții au fost nevoiți să-l recunoască în patria lor. În 1849 a primit un post de profesor la Universitatea din München.

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

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

A = Uit

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

P \u003d A / t \u003d Ui

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

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

U=ir

unde r este rezistența conductorului. În acest caz:

A = rt2i

Această lege a fost mai întâi derivată empiric de E. Lenz și, independent de el, de Joule.

Trebuie remarcat faptul că încălzirea conductorilor își găsește numeroase aplicații în inginerie. Cele mai comune și mai importante dintre ele sunt lămpile cu incandescență.

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

În cursul experimentelor, Faraday a descoperit că atunci când numărul liniilor de inducție magnetică care pătrund pe o suprafață delimitată de o buclă închisă se modifică, în ea ia naștere un curent electric. Aceasta este baza poate celei mai importante legi a fizicii - legea inducției electromagnetice. Curentul care apare în circuit se numește inductiv. Datorită faptului că curentul electric apare în circuit numai în cazul forțelor externe care acționează asupra sarcinilor libere, atunci cu un flux magnetic schimbător care trece pe suprafața unui circuit închis, aceleași forțe externe apar în el. Acțiunea forțelor externe în fizică se numește forță electromotoare sau EMF de inducție.

Inductia electromagnetica apare si in conductorii deschisi. În cazul în care conductorul traversează liniile câmpului magnetic, la capetele acestuia apare o tensiune. Motivul apariției unei astfel de tensiuni este EMF de inducție. Dacă fluxul magnetic care trece prin circuitul închis nu se modifică, curentul inductiv nu apare.

Folosind conceptul de „EMF de inducție”, se poate vorbi despre legea inducției electromagnetice, adică, EMF de inducție într-o buclă închisă este egală în valoare absolută cu rata de modificare a fluxului magnetic prin suprafața delimitată de buclă.

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

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

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

Conform regulii lui Lenz, EMF de auto-inducție atunci când circuitul este închis interferează cu puterea curentului și nu îi permite să crească. Când circuitul EMF este oprit, auto-inducția reduce puterea curentului. În cazul în care puterea curentului din bobină atinge o anumită valoare, câmpul magnetic încetează să se schimbe și EMF de auto-inducție devine zero.

Primele descoperiri legate de munca electricității au început în secolul al VII-lea î.Hr. Filosoful grec antic Thales din Milet a dezvăluit că atunci când chihlimbarul este frecat de lână, acesta este ulterior capabil să atragă obiecte ușoare. Din greacă „electricitate” se traduce prin „chihlimbar”. În 1820, André-Marie Ampère a stabilit legea curentului continuu. În viitor, mărimea curentului sau în ce se măsoară curentul electric a început să fie exprimată în amperi.

Sensul termenului

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

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

• constant;
• variabil;
• intermitentă sau pulsatorie.

Măsurătorile de bază

Puterea curentului electric- indicatorul principal folosit de electricieni în munca lor. Puterea curentului electric depinde de mărimea sarcinii care circulă prin circuitul electric pentru o perioadă de timp stabilită. Cu cât au circulat mai mulți electroni de la începutul sursei până la sfârșit, cu atât sarcina transferată de electroni va fi mai mare.

O mărime care se măsoară ca raport dintre sarcina electrică care curge prin secțiunea transversală a particulelor dintr-un conductor și timpul în care trece. Sarcina este măsurată în coulombs, timpul este măsurat în secunde și o unitate a puterii curentului de electricitate este determinată de raportul dintre sarcină și timp (coulomb la secundă) sau în amperi. Determinarea curentului electric (intensitatea acestuia) are loc prin conectarea a două borne în serie la circuitul electric.

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

Valoarea rezistenței electrice depinde direct de tipul conductorului utilizat, lungimea și secțiunea transversală a acestuia. Se măsoară în ohmi.

Puterea este determinată de raportul dintre activitatea mișcării curenților și momentul în care a avut loc această muncă. Măsurați puterea în wați.

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

Valoarea muncii electricității la un anumit interval al lanțului se găsește folosind produsul dintre puterea curentului, tensiunea și perioada de timp în care a fost efectuată lucrarea. Acesta din urmă se măsoară în jouli. Determinarea lucrului curentului electric are loc cu ajutorul unui contor care conectează citirile tuturor mărimilor, și anume tensiunea, forța și timpul.

Ingineria securității electrice

Cunoașterea regulilor de siguranță electrică va ajuta la prevenirea unei urgențe și la protejarea sănătății și vieții oamenilor. Deoarece electricitatea tinde să încălzească conductorul, există întotdeauna posibilitatea unei situații periculoase pentru sănătate și viață. Pentru securitatea casei trebuie să adere urmand simplu dar reguli importante:

1. Izolarea rețelei trebuie să fie întotdeauna în stare bună de funcționare pentru a evita suprasarcinile sau posibilitatea de scurtcircuite.
2. Umiditatea nu trebuie să pătrundă pe aparatele electrice, fire, scuturi etc. De asemenea, un mediu umed provoacă scurtcircuite.
3. Asigurați-vă că puneți la pământ toate dispozitivele electrice.
4. Este necesar să se evite supraîncărcarea cablurilor electrice, deoarece există riscul de aprindere a firelor.

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

Electricienii cu experiență, când există posibilitatea de șoc electric, lucrează cu o mână, iar cealaltă este în buzunar. Astfel, circuitul mana la mana este intrerupt in cazul contactului involuntar cu scutul sau alte echipamente legate la pamant. În cazul aprinderii echipamentelor conectate la rețea, stingeți focul exclusiv cu stingătoare cu pulbere sau dioxid de carbon.

Aplicarea curentului electric

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

Electricitatea este cea mai prietenoasă formă de energie în prezent. În condițiile economiei moderne, dezvoltarea industriei energiei electrice are o importanță planetară. În viitor, dacă va exista o lipsă de materii prime, electricitatea va ocupa o poziție de lider ca sursă inepuizabilă de energie.

Astăzi este dificil să ne imaginăm viața fără un astfel de fenomen precum electricitatea și, la urma urmei, omenirea a învățat să o folosească în propriile scopuri nu cu mult timp în urmă. Studiul esenței și caracteristicilor acestui tip special de materie a durat câteva secole, dar chiar și acum este imposibil să spunem cu certitudine că știm absolut totul despre ea.

Conceptul și esența curentului electric

Curentul electric, așa cum se știe de la cursul școlii de fizică, nu este altceva decât o mișcare ordonată a oricăror particule încărcate. Atât electronii încărcați negativ, cât și ionii pot acționa ca aceștia din urmă. Se crede că acest tip de materie poate apărea numai în așa-numiții conductori, dar acest lucru este departe de a fi cazul. Ideea este că, atunci când orice corp intră în contact, apar întotdeauna un anumit număr de particule încărcate opus, care pot începe să se miște. În dielectrici, mișcarea liberă a acelorași electroni este foarte dificilă și necesită eforturi externe uriașe, motiv pentru care se spune că nu conduc curentul electric.

Condiții de existență a curentului în circuit

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

Întrebare despre sursele actuale

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

Curent, tensiune, rezistență

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