Základné pojmy elektrického prúdu. Stanovenie elektrického prúdu

Keď sa človek naučil vytvárať a používať elektrický prúd, kvalita jeho života sa dramaticky zvýšila. Teraz význam elektriny každým rokom narastá. Aby ste sa naučili porozumieť zložitejším problémom súvisiacim s elektrickou energiou, musíte najprv pochopiť, čo je elektrický prúd.

Čo je aktuálne

Definícia elektrického prúdu je jeho reprezentácia vo forme usmerneného toku pohybujúcich sa nosných častíc, kladne alebo záporne nabitých. Dopravcovia poplatkov môžu byť:

• elektróny nabité so znamienkom mínus pohybujúce sa v kovoch;
• ióny v kvapalinách alebo plynoch;
• kladne nabité diery z pohybujúcich sa elektrónov v polovodičoch.

Aký je prúd, je tiež určený prítomnosťou elektrického poľa. Bez nej nevznikne usmernený tok nabitých častíc.

Pojem elektrického prúduBez vymenovania jeho prejavov by bol neúplný:

1. Akýkoľvek elektrický prúd je sprevádzaný magnetickým poľom;
2. Vodiče sa pri prechode zahrievajú;
3. Elektrolyty menia chemické zloženie.

Vodiče a polovodiče

Elektrický prúd môže existovať iba vo vodivom médiu, ale povaha jeho toku je odlišná:

1. Kovové vodiče obsahujú voľné elektróny, ktoré sa pod vplyvom elektrického poľa začínajú pohybovať. Keď teplota stúpa, zvyšuje sa aj odpor vodičov, pretože teplo zvyšuje pohyb atómov v chaotickom poradí, čo interferuje s voľnými elektrónmi;
2. V tekutom prostredí tvorenom elektrolytmi spôsobuje vzniknuté elektrické pole proces disociácie - vznik katiónov a aniónov, ktoré sa v závislosti od znamienka náboja pohybujú smerom ku kladným a záporným pólom (elektródam). Zahrievanie elektrolytu vedie k zníženiu odporu v dôsledku aktívnejšieho rozkladu molekúl;

Dôležité! Elektrolyt môže byť pevný, ale povaha prúdu v ňom je identická s kvapalinou.

1. Plynné médium je tiež charakterizované prítomnosťou iónov, ktoré sa dostanú do pohybu. Vytvára sa plazma. Žiarenie tiež produkuje voľné elektróny, ktoré sa podieľajú na riadenom pohybe;
2. Keď sa vo vákuu vytvorí elektrický prúd, elektróny uvoľnené na zápornej elektróde sa pohybujú smerom ku kladnej elektróde;
3. V polovodičoch sú voľné elektróny, ktoré pri zahrievaní rozbíjajú väzby. Na ich miestach zostávajú otvory s nábojom so znamienkom „plus“. Diery a elektróny sú schopné vytvárať riadený pohyb.

Nevodivé médiá sa nazývajú dielektrikum.

Dôležité! Smer prúdu zodpovedá smeru pohybu častíc nosiča náboja so znamienkom plus.

Typ prúdu

1. Neustále. Je charakterizovaná konštantnou kvantitatívnou hodnotou prúdu a smeru;
2. Variabilné. V priebehu času pravidelne mení svoje vlastnosti. Je rozdelená do niekoľkých odrôd v závislosti od parametra, ktorý sa mení. Hlavne kvantitatívna hodnota prúdu a jeho smer sa menia pozdĺž sínusoidy;
3. Vírivé prúdy. Vyskytujú sa, keď magnetický tok prechádza zmenami. Vytvorte uzavreté obvody bez pohybu medzi pólmi. Vírivé prúdy spôsobujú intenzívny vývin tepla a v dôsledku toho sa zvyšujú straty. V jadrách elektromagnetických cievok sú obmedzené použitím konštrukcie jednotlivých izolovaných dosiek namiesto pevných.

Elektrické charakteristiky

1. Súčasná sila. Toto je kvantitatívne meranie náboja prechádzajúceho za jednotku času cez prierez vodičov. Poplatky sa merajú v coulombách (C), časová jednotka je sekunda. Prúdová sila je C/s. Výsledný pomer sa nazýval ampér (A), ktorý meria kvantitatívnu hodnotu prúdu. Meracím zariadením je ampérmeter, zapojený do série s elektrickým spojovacím obvodom;
2. Moc. Elektrický prúd vo vodiči musí prekonať odpor média. Práca vynaložená na jeho prekonanie v určitom časovom období bude sila. V tomto prípade sa elektrina premieňa na iné druhy energie - práca sa vykonáva. Výkon závisí od prúdu a napätia. Ich produkt určí aktívny výkon. Po vynásobení časom sa získa spotreba energie - to, čo ukazuje merač. Výkon možno merať vo volt-ampéroch (VA, kVA, mVA) alebo vo wattoch (W, kW, mW);
3. Napätie. Jedna z troch najdôležitejších vlastností. Aby prúd pretekal, je potrebné vytvoriť potenciálny rozdiel medzi dvoma bodmi v uzavretom okruhu elektrických spojov. Napätie je charakterizované prácou vykonanou elektrickým poľom, keď sa pohybuje jeden nosič náboja. Podľa vzorca je jednotka napätia J/C, čo zodpovedá voltu (V). Meracím zariadením je voltmeter, zapojený paralelne;
4. Odpor. Charakterizuje schopnosť vodičov prechádzať elektrickým prúdom. Určené materiálom vodiča, dĺžkou a plochou prierezu. Meranie je v ohmoch (Ohm).

Zákony pre elektrický prúd

Elektrické obvody sa počítajú pomocou troch hlavných zákonov:

1. Ohmov zákon. Študoval a formuloval ho fyzik z Nemecka začiatkom 19. storočia pre jednosmerný prúd, potom sa aplikoval aj na striedavý prúd. Stanovuje vzťah medzi prúdom, napätím a odporom. Takmer každý elektrický obvod je vypočítaný na základe Ohmovho zákona. Základný vzorec: I = U/R, čiže prúd je priamo úmerný napätiu a nepriamo úmerný odporu;

1. Faradayov zákon. Vzťahuje sa na elektromagnetickú indukciu. Vzhľad indukčných prúdov vo vodičoch je spôsobený vplyvom magnetického toku, ktorý sa časom mení v dôsledku indukcie EMF (elektromotorickej sily) v uzavretej slučke. Veľkosť indukovaného emf, meraná vo voltoch, je úmerná rýchlosti, ktorou sa mení magnetický tok. Vďaka zákonu indukcie vyrábajú generátory elektrinu;
2. Joule-Lenzov zákon. Je to dôležité pri výpočte ohrevu vodičov, ktorý sa používa na návrh a výrobu vykurovacích, osvetľovacích zariadení a iných elektrických zariadení. Zákon nám umožňuje určiť množstvo tepla uvoľneného pri prechode elektrického prúdu:

kde I je sila pretekajúceho prúdu, R je odpor, t je čas.

Elektrina v atmosfére

V atmosfére môže existovať elektrické pole a prebiehajú procesy ionizácie. Aj keď povaha ich výskytu nie je úplne jasná, existujú rôzne vysvetľujúce hypotézy. Najpopulárnejší je kondenzátor ako analóg na reprezentáciu elektriny v atmosfére. Jeho platne môžu byť použité na znázornenie zemského povrchu a ionosféry, medzi ktorými cirkuluje dielektrikum - vzduch.

Druhy atmosférickej elektriny:

1. Výboje blesku. Blesk s viditeľnou žiarou a hromobitím. Bleskové napätie dosahuje stovky miliónov voltov pri prúde 500 000 A;

1. Oheň svätého Elma. Korónový výboj elektriny vytvorený okolo drôtov, stožiarov;
2. Guľový blesk. Výboj v tvare gule pohybujúci sa vzduchom;
3. Polárne svetlá. Viacfarebná žiara zemskej ionosféry pod vplyvom nabitých častíc prenikajúcich z vesmíru.

Ľudia využívajú prospešné vlastnosti elektrického prúdu vo všetkých oblastiach života:

• osvetlenie;
• prenos signálu: telefón, rádio, televízia, telegraf;
• elektrická doprava: vlaky, elektrické autá, električky, trolejbusy;
• vytvorenie príjemnej mikroklímy: kúrenie a klimatizácia;
• Medicínske vybavenie;
• použitie v domácnosti: elektrické spotrebiče;
• počítače a mobilné zariadenia;
• priemysel: stroje a zariadenia;
• elektrolýza: výroba hliníka, zinku, horčíka a iných látok.

Elektrické nebezpečenstvo

Priamy kontakt s elektrickým prúdom bez ochranných prostriedkov je pre človeka smrteľný. Existuje niekoľko typov dopadov:

• tepelné popálenie;
• elektrolytický rozklad krvi a lymfy so zmenou jej zloženia;
• konvulzívne svalové kontrakcie môžu vyvolať srdcovú fibriláciu až do úplného zastavenia a narušiť fungovanie dýchacieho systému.

Dôležité! Prúd pociťovaný osobou začína hodnotou 1 mA, ak je aktuálna hodnota 25 mA, sú možné vážne negatívne zmeny v tele.

Najdôležitejšou charakteristikou elektrického prúdu je to, že môže vykonávať užitočnú prácu pre človeka: osvetľovať dom, prať a sušiť bielizeň, variť večeru, vykurovať domov. V súčasnosti zaujíma jeho využitie pri prenose informácií významné miesto, aj keď si to nevyžaduje veľkú spotrebu energie.

Video

Elektrický prúd sa teraz používa v každej budove, vediac súčasné charakteristiky v elektrickej sieti doma, mali by ste vždy pamätať na to, že je to životu nebezpečné.

Elektrický prúd je účinok smerového pohybu elektrických nábojov (v plynoch - iónoch a elektrónoch, v kovoch - elektrónoch), pod vplyvom elektrického poľa.

Pohyb kladných nábojov pozdĺž poľa je ekvivalentný pohybu záporných nábojov proti poľu.

Smer elektrického náboja sa zvyčajne považuje za smer kladného náboja.

• aktuálny výkon;
• Napätie;
• sila prúdu;
• prúdový odpor.

Aktuálny výkon.

Výkon elektrického prúdu sa nazýva pomer práce vykonanej prúdom k času, počas ktorého bola táto práca vykonaná.

Výkon, ktorý elektrický prúd vyvinie v časti obvodu, je priamo úmerný veľkosti prúdu a napätia v tejto časti. Výkon (elektrický a mechanický) meraný vo wattoch (W).

Aktuálny výkon nezávisí od času pro-te-ka-niya elektrického prúdu v obvode, ale je definovaný ako napätie pro-from-ve-de na sile prúdu.

Napätie.

Elektrické napätie je veličina, ktorá ukazuje, koľko práce vykoná elektrické pole pri presune náboja z jedného bodu do druhého. Napätie v rôznych častiach obvodu sa bude líšiť.

Napr: napätie na časti prázdneho vodiča bude veľmi malé a napätie na časti s akoukoľvek záťažou bude oveľa vyššie a veľkosť napätia bude závisieť od množstva práce vykonanej prúdom. Napätie sa meria vo voltoch (1 V). Na určenie napätia existuje vzorec: U=A/q, kde

• U - napätie,
• A je práca vykonaná prúdom na presun náboja q do určitej časti obvodu.

Súčasná sila.

Súčasná sila sa týka počtu nabitých častíc, ktoré pretekajú cez prierez vodiča.

A-priorstvo prúdová sila priamo úmerné napätiu a nepriamo úmerné odporu.

Sila elektrického prúdu merané prístrojom nazývaným ampérmeter. Množstvo elektrického prúdu (množstvo preneseného náboja) sa meria v ampéroch. Na zväčšenie rozsahu označenia jednotiek zmeny existujú predpony násobnosti ako mikro - mikroampér (μA), míle - miliampér (mA). Iné konzoly sa pri každodennom používaní nepoužívajú. Napríklad: hovoria a píšu „desaťtisíc ampérov“, ale nikdy nepovedia ani nenapíšu 10 kiloampérov. Takéto významy sa v každodennom živote nepoužívajú. To isté možno povedať o nanoampéroch. Zvyčajne hovoria a píšu 1×10-9 ampérov.

Prúdový odpor.

Elektrický odpor je fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje vlastnosti vodiča zabraňujúce prechodu elektrického prúdu a rovná sa pomeru napätia na koncoch vodiča k sile prúdu, ktorý ním preteká.

Odpor pre obvody so striedavým prúdom a pre striedavé elektromagnetické polia je opísaný pojmami impedancia a charakteristická impedancia. Prúdový odpor(často označované písmenom R alebo r) sa prúdový odpor považuje v rámci určitých limitov za konštantnú hodnotu pre daný vodič. Pod elektrický odpor rozumieť pomeru napätia na koncoch vodiča k prúdu pretekajúcemu vodičom.

Podmienky pre výskyt elektrického prúdu vo vodivom médiu:

1) prítomnosť voľných nabitých častíc;

2) ak existuje elektrické pole (medzi dvoma bodmi vodiča je potenciálny rozdiel).

Druhy účinkov elektrického prúdu na vodivý materiál.

1) chemická - zmena chemického zloženia vodičov (vyskytuje sa hlavne v elektrolytoch);

2) tepelný - materiál, ktorým prúdi prúd, sa zahrieva (tento efekt chýba v supravodičoch);

3) magnetické - vzhľad magnetického poľa (vyskytuje sa vo všetkých vodičoch).

Hlavné charakteristiky prúdu.

1. Intenzitu prúdu označujeme písmenom I - rovná sa množstvu elektriny Q, ktorá prejde vodičom za čas t.

I=Q/t

Sila prúdu je určená ampérmetrom.

Napätie je určené voltmetrom.

3. Odpor R vodivého materiálu.

Odpor závisí:

a) na priereze vodiča S, na jeho dĺžke l a materiáli (označuje sa rezistivitou vodiča ρ);

R = pl/S

b) pri teplote t°C (alebo T): R = R0 (1 + αt),

• kde R0 je odpor vodiča pri 0 °C,
• α - teplotný koeficient odporu;

c) na získanie rôznych efektov môžu byť vodiče zapojené paralelne aj sériovo.

Tabuľka aktuálnych charakteristík.

Zlúčenina	Sekvenčné	Paralelné
Hodnota ochrany	I 1 = I 2 = … = I n I = konšt	U 1 = U 2 = …U n U = konšt
Sumárna hodnota	Napätie e=Ast/q Hodnota rovnajúca sa práci vynaloženej vonkajšími silami na presun kladného náboja pozdĺž celého obvodu vrátane zdroja prúdu na náboj sa nazýva elektromotorická sila zdroja prúdu (EMF): e=Ast/q Pri opravách elektrického zariadenia musia byť známe aktuálne charakteristiky.

V prvom rade stojí za to zistiť, čo je elektrický prúd. Elektrický prúd je usporiadaný pohyb nabitých častíc vo vodiči. Na jej vznik musí najskôr vzniknúť elektrické pole, pod vplyvom ktorého sa začnú pohybovať spomínané nabité častice.

Prvé poznatky o elektrine pred mnohými storočiami sa týkali elektrických „nábojov“ vznikajúcich trením. Už v dávnych dobách ľudia vedeli, že jantár, trený vlnou, získal schopnosť priťahovať ľahké predmety. Ale až koncom 16. storočia anglický lekár Gilbert podrobne študoval tento jav a zistil, že mnohé iné látky majú presne rovnaké vlastnosti. Telesá, ktoré podobne ako jantár dokážu po trení prilákať ľahké predmety, nazval elektrifikovanými. Toto slovo je odvodené z gréckeho elektrónu – „jantár“. V súčasnosti hovoríme, že telesá v tomto stave majú elektrické náboje a samotné telá sa nazývajú „nabité“.

Elektrické náboje vznikajú vždy pri tesnom kontakte rôznych látok. Ak sú telesá pevné, potom ich tesnému kontaktu bránia mikroskopické výstupky a nerovnosti, ktoré sú na ich povrchu. Stláčaním takýchto telies a ich trením o seba spájame ich povrchy, ktoré by sa bez tlaku dotýkali len v niekoľkých bodoch. V niektorých telách sa elektrické náboje môžu voľne pohybovať medzi rôznymi časťami, ale v iných je to nemožné. V prvom prípade sa telesá nazývajú „vodiče“ a v druhom prípade „dielektrika alebo izolátory“. Vodičmi sú všetky kovy, vodné roztoky solí a kyselín atď. Príkladmi izolantov sú jantár, kremeň, ebonit a všetky plyny nachádzajúce sa za normálnych podmienok.

Napriek tomu je potrebné poznamenať, že rozdelenie telies na vodiče a dielektrika je veľmi ľubovoľné. Všetky látky vo väčšej či menšej miere vedú elektrický prúd. Elektrické náboje sú kladné a záporné. Tento druh prúdu nebude trvať dlho, pretože elektrifikované telo sa vybije. Pre ďalšiu existenciu elektrického prúdu vo vodiči je potrebné udržiavať elektrické pole. Na tieto účely sa používajú zdroje elektrického prúdu. Najjednoduchší prípad výskytu elektrického prúdu je, keď je jeden koniec drôtu pripojený k elektrifikovanému telu a druhý k zemi.

Elektrické obvody dodávajúce prúd do žiaroviek a elektromotorov sa objavili až s vynálezom batérií, ktorý sa datuje okolo roku 1800. Potom vývoj doktríny elektriny išiel tak rýchlo, že za menej ako storočie sa stala nielen súčasťou fyziky, ale vytvorila základ novej elektrickej civilizácie.

Základné veličiny elektrického prúdu

Množstvo elektriny a prúdu. Účinky elektrického prúdu môžu byť silné alebo slabé. Sila elektrického prúdu závisí od množstva náboja, ktorý pretečie obvodom za určitú jednotku času. Čím viac elektrónov sa presunulo z jedného pólu zdroja na druhý, tým väčší bol celkový náboj prenesený elektrónmi. Tento čistý náboj sa nazýva množstvo elektriny prechádzajúcej vodičom.

Chemický účinok elektrického prúdu závisí najmä od množstva elektriny, t.j. čím väčší náboj prejde roztokom elektrolytu, tým viac látky sa usadí na katóde a anóde. V tomto ohľade je možné množstvo elektriny vypočítať vážením hmotnosti látky nanesenej na elektróde a poznaním hmotnosti a náboja jedného iónu tejto látky.

Prúdová sila je veličina, ktorá sa rovná pomeru elektrického náboja prechádzajúceho prierezom vodiča k času jeho toku. Jednotkou náboja je coulomb (C), čas sa meria v sekundách (s). V tomto prípade je jednotka prúdu vyjadrená v C/s. Táto jednotka sa nazýva ampér (A). Na meranie prúdu v obvode sa používa elektrické meracie zariadenie nazývané ampérmeter. Pre zaradenie do obvodu je ampérmeter vybavený dvoma svorkami. Je zapojený sériovo do obvodu.

Elektrické napätie. Už vieme, že elektrický prúd je usporiadaný pohyb nabitých častíc – elektrónov. Tento pohyb sa vytvára pomocou elektrického poľa, ktoré vykoná určitú prácu. Tento jav sa nazýva práca elektrického prúdu. Aby elektrické pole prenieslo viac náboja cez elektrický obvod za 1 s, musí vykonať viac práce. Na základe toho sa ukazuje, že práca elektrického prúdu by mala závisieť od sily prúdu. Ale je tu ešte jedna hodnota, od ktorej závisí práca prúdu. Táto veličina sa nazýva napätie.

Napätie je pomer práce vykonanej prúdom v určitej časti elektrického obvodu k náboju pretekajúcemu cez rovnakú časť obvodu. Prúdová práca sa meria v jouloch (J), náboj - v coulombách (C). V tomto ohľade sa jednotka merania napätia stane 1 J / C. Táto jednotka sa nazývala volt (V).

Aby v elektrickom obvode vzniklo napätie, je potrebný zdroj prúdu. Keď je obvod otvorený, napätie je prítomné iba na svorkách zdroja prúdu. Ak je tento zdroj prúdu zaradený do obvodu, vznikne napätie aj v jednotlivých častiach obvodu. V tomto ohľade sa v obvode objaví prúd. To znamená, že môžeme stručne povedať nasledovné: ak v obvode nie je žiadne napätie, nie je žiadny prúd. Na meranie napätia sa používa elektrický merací prístroj nazývaný voltmeter. Svojím vzhľadom pripomína skôr spomínaný ampérmeter, len s tým rozdielom, že na stupnici voltmetra je napísané písmeno V (na ampérmetri namiesto A). Voltmeter má dve svorky, pomocou ktorých je paralelne zapojený do elektrického obvodu.

Elektrický odpor. Po pripojení rôznych vodičov a ampérmetra k elektrickému obvodu si môžete všimnúť, že pri použití rôznych vodičov dáva ampérmeter rôzne hodnoty, t.j. v tomto prípade je sila prúdu dostupná v elektrickom obvode iná. Tento jav možno vysvetliť tým, že rôzne vodiče majú rôzny elektrický odpor, čo je fyzikálna veličina. Na počesť nemeckého fyzika dostal názov Ohm. Vo fyzike sa spravidla používajú väčšie jednotky: kiloohm, megaohm atď. Odpor vodiča sa zvyčajne označuje písmenom R, dĺžka vodiča je L a plocha prierezu je S V tomto prípade možno odpor zapísať ako vzorec:

R = r* L/S

kde koeficient p sa nazýva rezistivita. Tento koeficient vyjadruje odpor vodiča dlhého 1 m s plochou prierezu rovnajúcou sa 1 m2. Špecifický odpor je vyjadrený v Ohmoch x m. Keďže drôty majú spravidla pomerne malý prierez, ich plochy sú zvyčajne vyjadrené v štvorcových milimetroch. V tomto prípade bude jednotka odporu Ohm x mm2/m. V tabuľke nižšie. Obrázok 1 ukazuje odpory niektorých materiálov.

Tabuľka 1. Elektrický odpor niektorých materiálov
Materiál	p, Ohm x m2/m	Materiál	p, Ohm x m2/m
Meď	0,017	Zliatina platina-irídium	0,25
Zlato	0,024	Grafit	13
Mosadz	0,071	Uhlie	40
Cín	0,12	Porcelán	1019
Viesť	0,21	Ebonit	1020
Kov alebo zliatina
Strieborná	0,016	Manganín (zliatina)	0,43
hliník	0,028	Constantan (zliatina)	0,50
Volfrám	0,055	Merkúr	0,96
Železo	0,1	Nichrome (zliatina)	1,1
Nikelín (zliatina)	0,40	Fechral (zliatina)	1,3
		Chromel (zliatina)	1,5

Podľa tabuľky. 1 je zrejmé, že meď má najnižší elektrický odpor a kovová zliatina najvyšší. Okrem toho majú dielektrika (izolátory) vysoký odpor.

Elektrická kapacita. Už vieme, že dva vodiče izolované od seba môžu akumulovať elektrický náboj. Tento jav je charakterizovaný fyzikálnou veličinou nazývanou elektrická kapacita. Elektrická kapacita dvoch vodičov nie je nič iné ako pomer náboja jedného z nich k potenciálnemu rozdielu medzi týmto vodičom a susedným vodičom. Čím nižšie je napätie pri nabíjaní vodičov, tým väčšia je ich kapacita. Jednotkou elektrickej kapacity je farad (F). V praxi sa používajú frakcie tejto jednotky: mikrofarad (μF) a pikofarad (pF).

Ak vezmete dva vodiče izolované od seba a umiestnite ich v krátkej vzdialenosti od seba, dostanete kondenzátor. Kapacita kondenzátora závisí od hrúbky jeho dosiek a hrúbky dielektrika a jeho priepustnosti. Zmenšením hrúbky dielektrika medzi doskami kondenzátora je možné výrazne zvýšiť jeho kapacitu. Na všetkých kondenzátoroch musí byť okrem ich kapacity uvedené aj napätie, na ktoré sú tieto zariadenia určené.

Práca a sila elektrického prúdu. Z vyššie uvedeného je zrejmé, že elektrický prúd vykonáva určitú prácu. Pri pripájaní elektromotorov elektrický prúd sfunkční všetky druhy zariadení, pohybuje vlakmi po koľajniciach, osvetľuje ulice, vykuruje domov a tiež vytvára chemický efekt, t.j. umožňuje elektrolýzu atď. Dá sa povedať, že vykonaná práca prúdom na určitom úseku obvodu sa rovná prúdu produktu, napätiu a času, počas ktorého bola práca vykonaná. Práca sa meria v jouloch, napätie vo voltoch, prúd v ampéroch, čas v sekundách. V tomto ohľade 1 J = 1B x 1A x 1s. Z toho vyplýva, že na meranie práce elektrického prúdu by sa mali použiť tri prístroje naraz: ampérmeter, voltmeter a hodiny. Ale to je ťažkopádne a neefektívne. Preto sa práca elektrického prúdu zvyčajne meria elektromermi. Toto zariadenie obsahuje všetky vyššie uvedené zariadenia.

Výkon elektrického prúdu sa rovná pomeru práce prúdu k času, počas ktorého bol vykonaný. Výkon je označený písmenom „P“ a je vyjadrený vo wattoch (W). V praxi sa používajú kilowatty, megawatty, hektowatty atď.. Aby ste mohli merať výkon obvodu, musíte si vziať wattmeter. Elektrotechnici vyjadrujú prácu prúdu v kilowatthodinách (kWh).

Základné zákony elektrického prúdu

Ohmov zákon. Napätie a prúd sa považujú za najužitočnejšie charakteristiky elektrických obvodov. Jednou z hlavných čŕt využívania elektriny je rýchla preprava energie z jedného miesta na druhé a jej odovzdanie spotrebiteľovi v požadovanej forme. Súčin potenciálneho rozdielu a prúdu dáva výkon, t.j. množstvo energie vydanej v obvode za jednotku času. Ako je uvedené vyššie, na meranie výkonu v elektrickom obvode by boli potrebné 3 zariadenia. Je možné vystačiť si len s jedným a vypočítať výkon z jeho údajov a niektorých charakteristík obvodu, ako je jeho odpor? Mnohým sa táto myšlienka páčila a považovali ju za plodnú.

Aký je teda odpor drôtu alebo obvodu ako celku? Má drôt, podobne ako vodovodné potrubie alebo potrubie vákuového systému, trvalú vlastnosť, ktorú možno nazvať odporom? Napríklad v potrubiach je pomer tlakového rozdielu produkujúceho prietok delený prietokovou rýchlosťou zvyčajne konštantnou charakteristikou potrubia. Podobne sa tepelný tok v drôte riadi jednoduchým vzťahom zahŕňajúcim teplotný rozdiel, plochu prierezu drôtu a jeho dĺžku. Objav takéhoto vzťahu pre elektrické obvody bol výsledkom úspešného hľadania.

V 20. rokoch 19. storočia nemecký učiteľ Georg Ohm ako prvý začal hľadať vyššie uvedený vzťah. V prvom rade sa usiloval o slávu a slávu, ktorá by mu umožnila vyučovať na univerzite. Preto si vybral oblasť výskumu, ktorá sľubovala špeciálne výhody.

Om bol syn mechanika, takže vedel kresliť kovový drôt rôznej hrúbky, ktorý potreboval na pokusy. Keďže v tých časoch nebolo možné kúpiť vhodný drôt, vyrobil si ho Om sám. Počas svojich experimentov skúšal rôzne dĺžky, rôzne hrúbky, rôzne kovy a dokonca aj rôzne teploty. Všetky tieto faktory jeden po druhom menil. Za Ohmových čias boli batérie ešte slabé a produkovali nekonzistentný prúd. V tejto súvislosti výskumník použil ako generátor termočlánok, ktorého horúci spoj bol umiestnený do plameňa. Okrem toho použil hrubý magnetický ampérmeter a meral potenciálne rozdiely (Ohm ich nazýval „napätia“) zmenou teploty alebo počtu tepelných spojov.

Štúdium elektrických obvodov sa práve začalo rozvíjať. Po vynájdení batérií okolo roku 1800 sa začala vyvíjať oveľa rýchlejšie. Boli navrhnuté a vyrobené rôzne zariadenia (často ručne), objavené nové zákony, pojmy a pojmy atď. To všetko viedlo k hlbšiemu pochopeniu elektrických javov a faktorov.

Aktualizácia poznatkov o elektrine sa na jednej strane stala dôvodom vzniku novej oblasti fyziky, na druhej strane bola základom pre prudký rozvoj elektrotechniky, t.j. batérií, generátorov, napájacích systémov pre osvetlenie. a bol vynájdený elektrický pohon, elektrické pece, elektromotory atď., iné.

Ohmove objavy mali veľký význam ako pre rozvoj štúdia elektriny, tak aj pre rozvoj aplikovanej elektrotechniky. Umožnili jednoducho predpovedať vlastnosti elektrických obvodov pre jednosmerný prúd, následne aj pre striedavý prúd. V roku 1826 vydal Ohm knihu, v ktorej načrtol teoretické závery a experimentálne výsledky. Jeho nádeje však neboli oprávnené, kniha bola privítaná výsmechom. Stalo sa to preto, lebo metóda hrubého experimentovania sa zdala neatraktívna v dobe, keď sa mnohí zaujímali o filozofiu.

Nezostávalo mu nič iné, len opustiť svoje učiteľské miesto. Z rovnakého dôvodu nedosiahol menovanie na univerzitu. Vedec žil 6 rokov v chudobe, bez dôvery v budúcnosť, zažívajúc pocit trpkého sklamania.

Postupne však jeho diela získali slávu, najskôr mimo Nemecka. Om bol rešpektovaný v zahraničí a ťažil z jeho výskumu. V tomto ohľade boli jeho krajania nútení uznať ho v jeho vlasti. V roku 1849 získal profesúru na univerzite v Mníchove.

Ohm objavil jednoduchý zákon stanovujúci vzťah medzi prúdom a napätím pre kus drôtu (pre časť obvodu, pre celý obvod). Okrem toho zostavil pravidlá, ktoré vám umožňujú určiť, čo sa zmení, ak si vezmete drôt inej veľkosti. Ohmov zákon je formulovaný nasledovne: sila prúdu v časti obvodu je priamo úmerná napätiu v tejto časti a nepriamo úmerná odporu časti.

Joule-Lenzov zákon. Elektrický prúd v ktorejkoľvek časti obvodu vykonáva určitú prácu. Zoberme si napríklad ľubovoľný úsek obvodu, medzi ktorého koncami je napätie (U). Podľa definície elektrického napätia sa práca vykonaná pri pohybe jednotky náboja medzi dvoma bodmi rovná U. Ak je sila prúdu v danej časti obvodu rovná i, potom v čase t náboj prejde a preto práca elektrického prúdu v tejto časti bude:

A = Uit

Tento výraz v každom prípade platí pre jednosmerný prúd, pre akúkoľvek časť obvodu, ktorá môže obsahovať vodiče, elektromotory atď. Prúdový výkon, t. j. práca za jednotku času, sa rovná:

P = A/t = Ui

Tento vzorec sa používa v sústave SI na určenie jednotky napätia.

Predpokladajme, že úsek obvodu je stacionárny vodič. V tomto prípade sa všetka práca zmení na teplo, ktoré sa v tomto vodiči uvoľní. Ak je vodič homogénny a dodržiava Ohmov zákon (to zahŕňa všetky kovy a elektrolyty), potom:

U = ir

kde r je odpor vodiča. V tomto prípade:

A = rt2i

Tento zákon prvýkrát experimentálne odvodil E. Lenz a nezávisle od neho aj Joule.

Treba poznamenať, že vykurovacie vodiče majú v technológii množstvo aplikácií. Najbežnejšie a najdôležitejšie z nich sú žiarovky.

Zákon elektromagnetickej indukcie. V prvej polovici 19. storočia objavil anglický fyzik M. Faraday fenomén magnetickej indukcie. Táto skutočnosť, ktorá sa stala majetkom mnohých výskumníkov, dala silný impulz rozvoju elektrotechniky a rádiového inžinierstva.

Faraday v priebehu experimentov zistil, že pri zmene počtu magnetických indukčných čiar prenikajúcich povrchom ohraničeným uzavretou slučkou v ňom vzniká elektrický prúd. To je základ azda najdôležitejšieho zákona fyziky – zákona elektromagnetickej indukcie. Prúd, ktorý sa vyskytuje v obvode, sa nazýva indukcia. Vzhľadom na skutočnosť, že elektrický prúd vzniká v obvode iba vtedy, keď sú voľné náboje vystavené vonkajším silám, potom sa v ňom s meniacim sa magnetickým tokom prechádzajúcim po povrchu uzavretého obvodu objavujú rovnaké vonkajšie sily. Pôsobenie vonkajších síl sa vo fyzike nazýva elektromotorická sila alebo indukované emf.

Elektromagnetická indukcia sa objavuje aj v otvorených vodičoch. Keď vodič prekročí magnetické siločiary, na jeho koncoch sa objaví napätie. Dôvodom vzniku takéhoto napätia je indukované emf. Ak sa magnetický tok prechádzajúci uzavretou slučkou nemení, neobjaví sa žiadny indukovaný prúd.

Použitím pojmu „indukčné emf“ môžeme hovoriť o zákone elektromagnetickej indukcie, t.j. indukčné emf v uzavretej slučke sa rovná rýchlosti zmeny magnetického toku cez povrch ohraničený slučkou.

Lenzove pravidlo. Ako už vieme, vo vodiči vzniká indukovaný prúd. V závislosti od podmienok jeho vzhľadu má iný smer. Ruský fyzik Lenz pri tejto príležitosti sformuloval nasledujúce pravidlo: indukovaný prúd vznikajúci v uzavretom okruhu má vždy taký smer, že magnetické pole, ktoré vytvára, nedovolí zmenu magnetického toku. To všetko spôsobuje výskyt indukčného prúdu.

Indukčný prúd, ako každý iný, má energiu. To znamená, že v prípade indukčného prúdu sa objaví elektrická energia. Podľa zákona zachovania a premeny energie môže vyššie uvedená energia vzniknúť len vďaka množstvu energie nejakého iného druhu energie. Lenzovo pravidlo teda plne zodpovedá zákonu zachovania a premeny energie.

Okrem indukcie sa v cievke môže objaviť takzvaná samoindukcia. Jeho podstata je nasledovná. Ak v cievke vznikne prúd alebo sa zmení jeho sila, objaví sa meniace sa magnetické pole. A ak sa magnetický tok prechádzajúci cievkou zmení, objaví sa v ňom elektromotorická sila, ktorá sa nazýva samoindukčné emf.

Podľa Lenzovho pravidla samoindukčné emf pri uzatváraní obvodu zasahuje do sily prúdu a zabraňuje jeho zvýšeniu. Keď je obvod vypnutý, samoindukčné emf znižuje silu prúdu. V prípade, že sila prúdu v cievke dosiahne určitú hodnotu, magnetické pole sa prestane meniť a samoindukčné emf sa stane nulovým.

Prvé objavy súvisiace s prácou elektriny sa začali v 7. storočí pred Kristom. Staroveký grécky filozof Thales z Milétu zistil, že keď sa jantár trení o vlnu, následne dokáže pritiahnuť ľahké predmety. „Elektrina“ je preložená z gréčtiny ako „jantár“. V roku 1820 André-Marie Ampère zaviedol zákon o jednosmernom prúde. Následne sa veľkosť prúdu alebo to, v čom sa meria elektrický prúd, začala označovať v ampéroch.

Význam pojmu

Pojem elektrický prúd možno nájsť v každej učebnici fyziky. Elektrický prúd- ide o usporiadaný pohyb elektricky nabitých častíc v smere. Aby ste pre bežného človeka pochopili, čo je elektrický prúd, mali by ste použiť slovník elektrikára. V ňom termín znamená pohyb elektrónov cez vodič alebo ióny cez elektrolyt.

V závislosti od pohybu elektrónov alebo iónov vo vodiči sa rozlišujú: typy prúdov:

• konštantný;
• variabilný;
• periodické alebo pulzujúce.

Základné meracie veličiny

Sila elektrického prúdu- hlavný ukazovateľ, ktorý elektrikári používajú pri svojej práci. Sila elektrického prúdu závisí od množstva náboja, ktorý preteká elektrickým obvodom počas nastaveného časového obdobia. Čím väčší počet elektrónov prúdi od jedného začiatku zdroja ku koncu, tým väčší bude náboj prenesený elektrónmi.

Veličina, ktorá sa meria pomerom elektrického náboja pretekajúceho prierezom častíc vo vodiči k času jeho prechodu. Náboj sa meria v coulombách, čas sa meria v sekundách a jedna jednotka elektrického toku je určená pomerom náboja k času (coulomb ku sekunde) alebo ampérom. Stanovenie elektrického prúdu (jeho sily) prebieha postupným zapojením dvoch svoriek v elektrickom obvode.

Keď elektrický prúd funguje, pohyb nabitých častíc sa uskutočňuje pomocou elektrického poľa a závisí od sily pohybu elektrónov. Hodnota, od ktorej závisí práca elektrického prúdu, sa nazýva napätie a je určená pomerom práce prúdu v určitej časti obvodu a náboja prechádzajúceho tou istou časťou. Jednotka merania voltov sa meria voltmetrom, keď sú dve svorky zariadenia pripojené paralelne k obvodu.

Veľkosť elektrického odporu je priamo závislá od typu použitého vodiča, jeho dĺžky a prierezu. Meria sa v ohmoch.

Výkon je určený pomerom práce vykonanej pohybom prúdov k času, kedy táto práca nastala. Výkon sa meria vo wattoch.

Fyzikálna veličina, ako je kapacita, je určená pomerom náboja jedného vodiča k potenciálnemu rozdielu medzi tým istým vodičom a susedným vodičom. Čím nižšie je napätie, keď vodiče dostanú elektrický náboj, tým väčšia je ich kapacita. Meria sa vo faradoch.

Množstvo práce vykonanej elektrinou v určitom intervale v reťazci sa zistí pomocou súčinu prúdu, napätia a časového obdobia, počas ktorého bola práca vykonaná. Ten sa meria v jouloch. Prevádzka elektrického prúdu sa určuje pomocou merača, ktorý spája odpočty všetkých veličín, a to napätia, sily a času.

Techniky elektrickej bezpečnosti

Znalosť pravidiel elektrickej bezpečnosti pomôže predchádzať núdzovej situácii a chrániť ľudské zdravie a život. Keďže elektrina má tendenciu zohrievať vodič, vždy existuje možnosť vzniku situácie nebezpečnej pre zdravie a život. Na zaistenie bezpečnosti doma musia byť dodržané nasledujúce jednoduché ale dôležité pravidlá:

1. Izolácia siete musí byť vždy v dobrom stave, aby sa zabránilo preťaženiu alebo možnosti skratu.
2. Vlhkosť by sa nemala dostať na elektrické spotrebiče, vodiče, panely a pod. Taktiež vlhké prostredie vyvoláva skraty.
3. Nezabudnite uzemniť všetky elektrické zariadenia.
4. Zabráňte preťaženiu elektrického vedenia, pretože hrozí nebezpečenstvo požiaru vodičov.

Bezpečnostné opatrenia pri práci s elektrinou zahŕňajú používanie pogumovaných rukavíc, palčiakov, podložiek, vybíjacích zariadení, uzemňovacích zariadení pracovných priestorov, ističov alebo poistiek s tepelnou a prúdovou ochranou.

Skúsení elektrikári, keď existuje možnosť úrazu elektrickým prúdom, pracujú jednou rukou a druhú majú vo vrecku. Týmto spôsobom sa preruší okruh z ruky do ruky v prípade nedobrovoľného dotyku štítu alebo iného uzemneného zariadenia. Ak dôjde k požiaru zariadenia pripojeného k sieti, haste požiar výhradne práškovými alebo oxidovými hasiacimi prístrojmi.

Aplikácia elektrického prúdu

Elektrický prúd má mnoho vlastností, ktoré umožňujú jeho využitie takmer vo všetkých oblastiach ľudskej činnosti. Spôsoby použitia elektrického prúdu:

Elektrina je dnes najekologickejšia forma energie. V modernej ekonomike má rozvoj elektroenergetiky celosvetový význam. V budúcnosti, ak bude nedostatok surovín, elektrina zaujme vedúce postavenie ako nevyčerpateľný zdroj energie.

Dnes je ťažké si predstaviť život bez takého fenoménu, akým je elektrina, ale ľudstvo sa ju naučilo používať na svoje vlastné účely nie tak dávno. Štúdium podstaty a vlastností tohto zvláštneho druhu hmoty trvalo niekoľko storočí, no ani teraz nemôžeme s istotou povedať, že o ňom vieme úplne všetko.

Pojem a podstata elektrického prúdu

Elektrický prúd, ako je známe zo školských kurzov fyziky, nie je nič iné ako usporiadaný pohyb akýchkoľvek nabitých častíc. Posledne menované môžu byť buď negatívne nabité elektróny alebo ióny. Predpokladá sa, že tento typ hmoty môže vzniknúť iba v takzvaných vodičoch, ale to zďaleka nie je pravda. Ide o to, že pri kontakte akýchkoľvek telies vždy vznikne určitý počet opačne nabitých častíc, ktoré sa môžu začať pohybovať. V dielektrikách je voľný pohyb tých istých elektrónov veľmi náročný a vyžaduje obrovské vonkajšie sily, preto sa hovorí, že nevedú elektrický prúd.

Podmienky existencie prúdu v obvode

Vedci si už dávno všimli, že tento fyzikálny jav nemôže sám o sebe vzniknúť a dlho pretrvávať. Podmienky existencie elektrického prúdu zahŕňajú niekoľko dôležitých ustanovení. Po prvé, tento jav je nemožný bez prítomnosti voľných elektrónov a iónov, ktoré pôsobia ako prenášače náboja. Po druhé, aby sa tieto elementárne častice začali pohybovať usporiadaným spôsobom, je potrebné vytvoriť pole, ktorého hlavnou črtou je potenciálny rozdiel medzi akýmikoľvek bodmi elektrikára. Napokon, po tretie, elektrický prúd nemôže dlho existovať iba pod vplyvom Coulombových síl, pretože potenciály sa budú postupne vyrovnávať. Preto sú potrebné určité komponenty, ktoré sú prevodníkmi rôznych druhov mechanickej a tepelnej energie. Zvyčajne sa nazývajú prúdové zdroje.

Otázka o súčasných zdrojoch

Zdroje elektrického prúdu sú špeciálne zariadenia, ktoré vytvárajú elektrické pole. Medzi najdôležitejšie z nich patria galvanické články, solárne panely, generátory a batérie. charakterizuje ich výkon, produktivita a prevádzková doba.

Prúd, napätie, odpor

Ako každý iný fyzikálny jav, aj elektrický prúd má množstvo charakteristík. Medzi najdôležitejšie z nich patrí jeho sila, napätie obvodu a odpor. Prvým z nich je kvantitatívna charakteristika náboja, ktorý prejde prierezom konkrétneho vodiča za jednotku času. Napätie (tiež nazývané elektromotorická sila) nie je nič iné ako veľkosť potenciálneho rozdielu, vďaka ktorému prechádzajúci náboj vykoná určitú prácu. Napokon odpor je vnútorná charakteristika vodiča, ktorá ukazuje, koľko sily musí náboj vynaložiť, aby ním prešiel.