Výskyt elektrického prúdu. Elektrický prúd: hlavné charakteristiky a podmienky jeho existencie

Ako sa nazýva súčasná sila? Táto otázka vyvstala v našich mysliach viac ako raz alebo dvakrát v procese diskusie o rôznych problémoch. Preto sme sa rozhodli venovať sa mu podrobnejšie a pokúsime sa ho čo najviac sprístupniť bez obrovského množstva vzorcov a nejasných termínov.

Takže, čo je elektrický prúd? Ide o usmernený tok nabitých častíc. Ale čo sú tieto častice, prečo sa zrazu pohybujú a kam? Toto všetko nie je veľmi jasné. Preto sa pozrime na túto problematiku podrobnejšie.

• Začnime otázkou o nabitých časticiach, ktoré sú v skutočnosti nosičmi elektrického prúdu. Líšia sa v rôznych látkach. Napríklad, čo je elektrický prúd v kovoch? Toto sú elektróny. V plynoch sú elektróny a ióny; v polovodičoch - diery; a v elektrolytoch sú to katióny a anióny.

• Tieto častice majú určitý náboj. Môže byť pozitívny alebo negatívny. Definícia kladného a záporného náboja je daná podmienene. Častice s rovnakým nábojom sa odpudzujú a častice s rovnakým nábojom sa priťahujú.

• Na základe toho sa ukazuje ako logické, že k pohybu dôjde od kladného pólu k zápornému. A čím väčší je počet nabitých častíc prítomných na jednom nabitom póle, tým väčší počet sa presunie k pólu s iným znamienkom.
• Ale toto je všetko hlboká teória, tak si uveďme konkrétny príklad. Povedzme, že máme zásuvku, ku ktorej nie je pripojený žiadny spotrebič. Je tam prúd?
• Na zodpovedanie tejto otázky potrebujeme vedieť, aké je napätie a prúd. Aby sme to objasnili, pozrime sa na to na príklade potrubia s vodou. Zjednodušene povedané, potrubie je náš drôt. Prierez tohto potrubia je napätie elektrickej siete a rýchlosť prúdenia je náš elektrický prúd.
• Vráťme sa do našej predajne. Ak nakreslíme analógiu s potrubím, potom zásuvka bez pripojených elektrických spotrebičov je potrubím uzavretým ventilom. To znamená, že tam nie je elektrický prúd.

• Ale je tam napätie. A ak je v potrubí, aby sa objavil tok, je potrebné otvoriť ventil, potom, aby sa vo vodiči vytvoril elektrický prúd, musíte pripojiť záťaž. To sa dá dosiahnuť zasunutím zástrčky do zásuvky.
• Samozrejme, ide o veľmi zjednodušené podanie problematiky a niektorí profesionáli ma budú kritizovať a upozorňovať na nepresnosti. Ale dáva predstavu o tom, čo sa nazýva elektrický prúd.

Jednosmerný a striedavý prúd

Ďalšia otázka, ktorú navrhujeme pochopiť, je: čo je striedavý prúd a jednosmerný prúd. Koniec koncov, mnohí týmto pojmom celkom správne nerozumejú.

Konštantný je prúd, ktorý v priebehu času nemení svoju veľkosť a smer. Pomerne často sa pulzujúci prúd považuje za konštantný, ale poďme sa rozprávať o všetkom v poriadku.

• Jednosmerný prúd sa vyznačuje tým, že sa v jednom smere neustále nahrádza rovnaký počet elektrických nábojov. Smer je od jedného pólu k druhému.
• Ukazuje sa, že vodič má vždy buď kladný alebo záporný náboj. A časom to zostáva nezmenené.

Poznámka! Pri určovaní smeru jednosmerného prúdu môžu nastať nezhody. Ak je prúd generovaný pohybom kladne nabitých častíc, potom jeho smer zodpovedá pohybu častíc. Ak je prúd tvorený pohybom záporne nabitých častíc, potom sa jeho smer považuje za opačný ako pohyb častíc.

• Ale pojem jednosmerný prúd často zahŕňa takzvaný pulzujúci prúd. Od konštanty sa líši len tým, že sa jej hodnota v čase mení, no zároveň nemení znamienko.
• Povedzme, že máme prúd 5A. Pre jednosmerný prúd zostane táto hodnota nezmenená počas celého časového obdobia. Pre pulzujúci prúd to bude v jednom časovom období 5, v ďalšom 4 a v treťom 4,5. Zároveň však v žiadnom prípade neklesne pod nulu a nemení svoje znamenie.

• Toto zvlnenie prúdu je veľmi bežné pri konverzii striedavého prúdu na jednosmerný prúd. To je presne ten pulzujúci prúd, ktorý produkuje váš menič alebo diódový mostík v elektronike.
• Jednou z hlavných výhod jednosmerného prúdu je, že ho možno skladovať. Môžete to urobiť sami pomocou batérií alebo kondenzátorov.

Striedavý prúd

Aby sme pochopili, čo je to striedavý prúd, musíme si predstaviť sínusoidu. Práve táto plochá krivka najlepšie charakterizuje zmenu jednosmerného prúdu a je štandardom.

	Podobne ako sínusový prúd, striedavý prúd s konštantnou frekvenciou mení svoju polaritu. V jednom časovom období je pozitívny a v inom je negatívny.
	Preto neexistujú žiadne nosiče náboja ako také priamo vo vodiči pohybu. Aby ste to pochopili, predstavte si vlnu rútiacu sa na breh. Pohybuje sa jedným smerom a potom opačným smerom. V dôsledku toho sa zdá, že voda sa pohybuje, ale zostáva na mieste.
	Na základe toho sa pre striedavý prúd stáva veľmi dôležitým faktorom jeho rýchlosť zmeny polarity. Tento faktor sa nazýva frekvencia. Čím vyššia je táto frekvencia, tým častejšie za sekundu sa mení polarita striedavého prúdu. U nás je pre túto hodnotu štandard - rovná sa 50Hz. To znamená, že striedavý prúd mení svoju hodnotu z extrémne pozitívnej na extrémne negatívnu 50-krát za sekundu.
	Ale nie je tam len striedavý prúd s frekvenciou 50 Hz. Mnoho zariadení pracuje so striedavým prúdom rôznych frekvencií. Skutočne, zmenou frekvencie striedavého prúdu môžete zmeniť rýchlosť otáčania motorov. Môžete tiež získať vyšší výkon spracovania dát – ako v čipsetoch vašich počítačov a oveľa viac.

Poznámka! Na príklade obyčajnej žiarovky môžete jasne vidieť, čo je striedavý a jednosmerný prúd. Vidno to najmä na nekvalitných diódových lampách, no ak sa dobre pozriete, uvidíte to aj na bežnej žiarovke. Pri prevádzke na jednosmerný prúd svietia rovnomerným svetlom a pri prevádzke na striedavý prúd ledva citeľne blikajú.

Čo je výkon a hustota prúdu?

Zistili sme, čo je konštantný prúd a čo je striedavý prúd. Ale pravdepodobne máte ešte veľa otázok. Pokúsime sa ich zvážiť v tejto časti nášho článku.

Z tohto videa sa môžete dozvedieť viac o tom, čo je sila.

• A prvá z týchto otázok bude: čo je elektrické napätie? Napätie je potenciálny rozdiel medzi dvoma bodmi.

• Okamžite vyvstáva otázka, čo je potenciál? Teraz ma budú profesionáli opäť kritizovať, ale povedzme toto: toto je prebytok nabitých častíc. To znamená, že existuje jeden bod, v ktorom je nadbytok nabitých častíc – a druhý bod, v ktorom je týchto nabitých častíc buď viac alebo menej. Tento rozdiel sa nazýva napätie. Meria sa vo voltoch (V).

• Vezmime si ako príklad bežnú zásuvku. Všetci asi viete, že jeho napätie je 220V. V zásuvke máme dva vodiče a napätie 220V znamená, že potenciál jedného vodiča je väčší ako potenciál druhého vodiča presne o týchto 220V.
• Musíme pochopiť pojem napätia, aby sme pochopili, aká je sila elektrického prúdu. Aj keď z odborného hľadiska toto tvrdenie nie je úplne správne. Elektrický prúd nemá výkon, ale je jeho derivátom.

• Aby sme pochopili tento bod, vráťme sa k našej analógii s vodnou fajkou. Ako si pamätáte, prierez tohto potrubia je napätie a prietok v potrubí je prúd. Takže: výkon je množstvo vody, ktoré preteká týmto potrubím.
• Je logické predpokladať, že pri rovnakých prierezoch, to znamená napätiach, čím silnejší je tok, to znamená elektrický prúd, tým väčší prietok vody sa pohybuje potrubím. V súlade s tým sa tým viac energie prenesie na spotrebiteľa.
• Ale ak, analogicky s vodou, vieme previesť presne definované množstvo vody potrubím určitého prierezu, keďže voda nie je stlačená, tak pri elektrickom prúde je všetko inak. Cez akýkoľvek vodič môžeme teoreticky prenášať akýkoľvek prúd. Ale prakticky vodič s malým prierezom pri vysokej hustote prúdu jednoducho vyhorí.

• V tomto ohľade musíme pochopiť, čo je hustota prúdu. Zhruba povedané, ide o počet elektrónov, ktoré prejdú určitým prierezom vodiča za jednotku času.
• Toto číslo by malo byť optimálne. Ak totiž vezmeme vodič veľkého prierezu a prenesieme ním malý prúd, tak cena takejto elektroinštalácie bude vysoká. Zároveň, ak vezmeme vodič s malým prierezom, potom sa kvôli vysokej hustote prúdu prehreje a rýchlo vyhorí.
• V tomto ohľade má PUE zodpovedajúcu časť, ktorá vám umožňuje vybrať vodiče na základe ekonomickej hustoty prúdu.

• Vráťme sa však ku konceptu, čo je súčasná moc? Ako sme pochopili z nášho prirovnania, pri rovnakom priereze potrubia závisí prenášaný výkon iba od sily prúdu. Ak sa však zväčší prierez nášho potrubia, to znamená, že sa zvýši napätie, v tomto prípade sa pri rovnakých prietokoch budú prenášať úplne iné objemy vody. V elektrike je to rovnaké.

• Čím vyššie je napätie, tým menší prúd je potrebný na prenos rovnakého výkonu. Preto sa na prenos veľkého množstva energie na veľké vzdialenosti používajú vysokonapäťové elektrické vedenia.

Veď vedenie s prierezom vodiča 120 mm 2 pre napätie 330 kV je schopné preniesť mnohonásobne väčší výkon v porovnaní s vedením rovnakého prierezu, ale s napätím 35 kV. Hoci to, čomu sa hovorí súčasná sila, bude v nich rovnaká.

Spôsoby prenosu elektrického prúdu

Zistili sme, čo je prúd a napätie. Je čas zistiť, ako distribuovať elektrický prúd. To vám umožní cítiť sa v budúcnosti istejšie pri zaobchádzaní s elektrickými spotrebičmi.

Ako sme už povedali, prúd môže byť striedavý a konštantný. V priemysle a vo vašich zásuvkách sa používa striedavý prúd. Je to bežnejšie, pretože je jednoduchšie prenášať cez drôty. Faktom je, že zmena jednosmerného napätia je pomerne náročná a nákladná, ale zmena striedavého napätia sa dá vykonať pomocou bežných transformátorov.

Poznámka! Žiadny AC transformátor nebude pracovať na jednosmernom prúde. Pretože vlastnosti, ktoré používa, sú vlastné iba striedavému prúdu.

• To ale vôbec neznamená, že sa nikde nepoužíva jednosmerný prúd. Má ďalšiu užitočnú vlastnosť, ktorá nie je vlastná premennej. Dá sa hromadiť a skladovať.
• Jednosmerný prúd sa v tomto smere využíva vo všetkých prenosných elektrospotrebičoch, v železničnej doprave, ako aj v niektorých priemyselných objektoch, kde je potrebné zachovať funkčnosť aj po úplnej strate napájania.

• Najbežnejším spôsobom skladovania elektrickej energie sú batérie. Majú špeciálne chemické vlastnosti, ktoré im umožňujú hromadiť sa a potom v prípade potreby uvoľniť jednosmerný prúd.
• Každá batéria má prísne obmedzené množstvo akumulovanej energie. Toto sa nazýva kapacita batérie a je čiastočne určená nárazovým prúdom batérie.
• Aký je štartovací prúd batérie? Toto je množstvo energie, ktoré je batéria schopná dodať v prvom momente pripojenia záťaže. Faktom je, že v závislosti od fyzikálnych a chemických vlastností sa batérie líšia spôsobom, akým uvoľňujú nahromadenú energiu.

• Niektorí ľudia dokážu dať veľa naraz. Z tohto dôvodu sa, samozrejme, rýchlo vybijú. A posledné dávajú dlho, ale po troškách. Okrem toho je dôležitým aspektom batérie jej schopnosť udržiavať napätie.
• Faktom je, že ako hovorí návod, pri niektorých batériách s uvoľňovaním kapacity postupne klesá ich napätie. A iné batérie sú schopné dodať takmer celú kapacitu s rovnakým napätím. Na základe týchto základných vlastností sa vyberajú tieto zásobníky elektriny.
• Na prenos jednosmerného prúdu sa vo všetkých prípadoch používajú dva vodiče. Toto je pozitívna a negatívna žila. Červená a modrá.

Striedavý prúd

Ale so striedavým prúdom je všetko oveľa komplikovanejšie. Môže sa prenášať cez jeden, dva, tri alebo štyri vodiče. Aby sme to vysvetlili, musíme pochopiť otázku: čo je trojfázový prúd?

• Náš striedavý prúd je vyrábaný generátorom. Zvyčajne majú takmer všetky trojfázovú štruktúru. To znamená, že generátor má tri svorky a na každú z týchto svoriek je privádzaný elektrický prúd, ktorý sa líši od predchádzajúcich o uhol 120⁰.

• Aby sme tomu porozumeli, spomeňme si na našu sínusoidu, ktorá je vzorom na popis striedavého prúdu a podľa zákonov ktorej sa mení. Zoberme si tri fázy – „A“, „B“ a „C“ a zoberme si určitý časový bod. V tomto bode je sínusová vlna fázy „A“ v nulovom bode, sínusová vlna fázy „B“ je v extrémnom kladnom bode a sínusová vlna fázy „C“ je v extrémnom zápornom bode.
• Každá nasledujúca časová jednotka sa striedavý prúd v týchto fázach zmení, ale synchrónne. To znamená, že po určitom čase vo fáze „A“ bude záporné maximum. Vo fáze „B“ bude nula a vo fáze „C“ bude kladné maximum. A po nejakom čase sa opäť zmenia.

• V dôsledku toho sa ukazuje, že každá z týchto fáz má svoj vlastný potenciál, odlišný od potenciálu susednej fázy. Preto medzi nimi musí byť niečo, čo nevedie elektrický prúd.
• Tento potenciálny rozdiel medzi dvoma fázami sa nazýva sieťové napätie. Okrem toho majú potenciálny rozdiel voči zemi - toto napätie sa nazýva fázové napätie.
• Ak je teda lineárne napätie medzi týmito fázami 380V, potom je fázové napätie 220V. Líši sa o hodnotu √3. Toto pravidlo platí vždy pre akékoľvek napätie.

• Na základe toho, ak potrebujeme napätie 220 V, potom môžeme vziať jeden fázový vodič a vodič pevne spojený so zemou. A získame jednofázovú sieť 220V. Ak potrebujeme 380V sieť, tak môžeme zobrať len ľubovoľné 2 fázy a pripojiť nejaký druh vykurovacieho zariadenia ako na videu.

Ale vo väčšine prípadov sa používajú všetky tri fázy. Všetci výkonní spotrebitelia sú pripojení k trojfázovej sieti.

Záver

Čo je to indukovaný prúd, kapacitný prúd, štartovací prúd, prúd naprázdno, záporné sekvenčné prúdy, bludné prúdy a oveľa viac, jednoducho nemôžeme zvážiť v jednom článku.

Koniec koncov, problematika elektrického prúdu je pomerne rozsiahla a na jej zváženie bola vytvorená celá veda o elektrotechnike. Naozaj však dúfame, že sa nám podarilo v prístupnom jazyku vysvetliť hlavné aspekty tohto problému a elektrický prúd pre vás teraz nebude niečo strašidelné a nepochopiteľné.

Čo je elektrický prúd

Usmernený pohyb elektricky nabitých častíc pod vplyvom . Takéto častice môžu byť: vo vodičoch – elektróny, v elektrolytoch – ióny (katióny a anióny), v polovodičoch – elektróny a takzvané „diery“ („elektrón-dierová vodivosť“). Existuje aj „predpätie“, ktorého tok je spôsobený procesom nabíjania kapacity, t.j. zmena potenciálneho rozdielu medzi doskami. Medzi doskami nedochádza k pohybu častíc, ale cez kondenzátor preteká prúd.

V teórii elektrických obvodov sa za prúd považuje smerový pohyb nosičov náboja vo vodivom prostredí pod vplyvom elektrického poľa.

Vodivý prúd (jednoducho prúd) v teórii elektrických obvodov je množstvo elektriny, ktoré pretečie za jednotku času prierezom vodiča: i=q/t, kde i je prúd. A; q = 1,6·10 9 - náboj elektrónu, C; t - čas, s.

Tento výraz platí pre jednosmerné obvody. Pre obvody so striedavým prúdom sa používa takzvaná okamžitá hodnota prúdu, ktorá sa rovná rýchlosti zmeny náboja v čase: i(t)= dq/dt.

Elektrický prúd nastáva, keď sa elektrické pole alebo potenciálny rozdiel objaví v časti elektrického obvodu medzi dvoma bodmi vodiča. Potenciálny rozdiel medzi dvoma bodmi sa nazýva napätie resp pokles napätia v tejto časti obvodu.

Namiesto výrazu „prúd“ („veľkosť prúdu“) sa často používa výraz „sila prúdu“. Toto však nemožno nazvať úspešným, pretože sila prúdu nie je žiadna sila v doslovnom zmysle slova, ale iba intenzita pohybu elektrických nábojov vo vodiči, množstvo elektriny, ktorá prejde krížom za jednotku času. - prierezová plocha vodiča.
Prúd je charakterizovaný , ktorý sa v sústave SI meria v ampéroch (A), a hustotou prúdu, ktorá sa v sústave SI meria v ampéroch na meter štvorcový.
Jeden ampér zodpovedá pohybu elektrického náboja rovného jednému coulombu (C) cez prierez vodiča za jednu sekundu (s):

1A = 1C/s.

Vo všeobecnom prípade, keď označíme prúd písmenom i a náboj q, dostaneme:

i = dq / dt.

Jednotka prúdu sa nazýva ampér (A). Prúd vo vodiči je 1 A, ak elektrický náboj rovný 1 coulombu prejde prierezom vodiča za 1 sekundu.

Ak je pozdĺž vodiča privedené napätie, vo vnútri vodiča vzniká elektrické pole. Pri intenzite poľa E na elektróny s nábojom e pôsobí sila f = Ee. Veličiny f a E sú vektorové. Počas doby voľnej dráhy získavajú elektróny smerový pohyb spolu s chaotickým pohybom. Každý elektrón má záporný náboj a prijíma zložku rýchlosti smerujúcu opačne k vektoru E (obr. 1). Usporiadaný pohyb, charakterizovaný určitou priemernou rýchlosťou elektrónov vcp, určuje tok elektrického prúdu.

Elektróny môžu usmerňovať pohyb v riedkych plynoch. V elektrolytoch a ionizovaných plynoch je tok prúdu spôsobený hlavne pohybom iónov. V súlade so skutočnosťou, že v elektrolytoch sa kladne nabité ióny pohybujú od kladného pólu k zápornému, bol historicky smer prúdu považovaný za opačný ako smer pohybu elektrónov.

Smer prúdu sa považuje za smer, v ktorom sa pohybujú kladne nabité častice, t.j. smer opačný ako je pohyb elektrónov.
V teórii elektrických obvodov sa smer prúdu v pasívnom obvode (mimo zdrojov energie) považuje za smer pohybu kladne nabitých častíc z vyššieho potenciálu na nižší. Tento smer bol prijatý na samom začiatku vývoja elektrotechniky a je v rozpore so skutočným smerom pohybu nosičov náboja - elektrónov pohybujúcich sa vo vodivých médiách z mínusu do plusu.

Hodnota rovnajúca sa pomeru prúdu k ploche prierezu S sa nazýva prúdová hustota (označená δ): δ= JE

Predpokladá sa, že prúd je rovnomerne rozdelený po priereze vodiča. Prúdová hustota v drôtoch sa zvyčajne meria v A/mm2.

Podľa typu nosičov elektrického náboja a média ich pohybu sa rozlišujú vodivé prúdy a výtlačné prúdy. Vodivosť sa delí na elektronickú a iónovú. Pre podmienky ustáleného stavu sa rozlišujú dva typy prúdov: jednosmerné a striedavé.

Prenos elektrického prúdu nazývame jav prenosu elektrických nábojov nabitými časticami alebo telesami pohybujúcimi sa vo voľnom priestore. Hlavným typom elektrického prenosového prúdu je pohyb elementárnych častíc s nábojom v dutine (pohyb voľných elektrónov v elektrónových trubiciach), pohyb voľných iónov v plynových výbojkách.

Elektrický posuvný prúd (polarizačný prúd) nazývaný usporiadaný pohyb viazaných nosičov elektrických nábojov. Tento typ prúdu možno pozorovať v dielektrikách.
Celkový elektrický prúd- skalárna veličina rovnajúca sa súčtu elektrického vodivého prúdu, elektrického prenosového prúdu a elektrického posuvného prúdu cez uvažovaný povrch.

Konštantný je prúd, ktorý sa môže meniť vo veľkosti, ale nemení svoje znamienko ľubovoľne dlho. Prečítajte si o tom viac tu:

Striedavý prúd je prúd, ktorý sa periodicky mení vo veľkosti aj znamienku.Veličina charakterizujúca striedavý prúd je frekvencia (meraná v hertzoch v sústave SI), v prípade, že sa jeho sila periodicky mení. Vysokofrekvenčný striedavý prúd je vytlačený na povrch vodiča. Vysokofrekvenčné prúdy sa používajú v strojárstve na tepelné spracovanie povrchov dielov a zváranie a v metalurgii na tavenie kovov.Striedavé prúdy sa delia na sínusové a nesínusový. Prúd, ktorý sa mení podľa harmonického zákona, sa nazýva sínusový:

i = som sin ωt,

Je ním charakterizovaná rýchlosť zmeny striedavého prúdu, definovaná ako počet úplných opakujúcich sa kmitov za jednotku času. Frekvencia je označená písmenom f a je meraná v hertzoch (Hz). Frekvencia prúdu v sieti 50 Hz teda zodpovedá 50 úplným osciláciám za sekundu. Uhlová frekvencia ω je rýchlosť zmeny prúdu v radiánoch za sekundu a súvisí s frekvenciou jednoduchým vzťahom:

ω = 2πf

Stabilné (pevné) hodnoty jednosmerných a striedavých prúdov označte veľkým písmenom I nestabilné (okamžité) hodnoty - písmeno i. Bežne sa kladný smer prúdu považuje za smer pohybu kladných nábojov.

Ide o prúd, ktorý sa v priebehu času mení podľa sínusového zákona.

Striedavý prúd sa vzťahuje aj na prúd v konvenčných jedno- a trojfázových sieťach. V tomto prípade sa parametre striedavého prúdu menia podľa harmonického zákona.

Pretože striedavý prúd sa mení s časom, jednoduché metódy riešenia problémov vhodné pre obvody s jednosmerným prúdom tu nie sú priamo použiteľné. Pri veľmi vysokých frekvenciách môžu náboje podstúpiť oscilačný pohyb - prúdiť z jedného miesta v okruhu na druhé a späť. V tomto prípade, na rozdiel od jednosmerných obvodov, prúdy v sériovo zapojených vodičoch nemusia byť rovnaké. Kapacity prítomné v obvodoch striedavého prúdu zvyšujú tento efekt. Okrem toho pri zmene prúdu dochádza k samoindukčným efektom, ktoré sa stávajú významnými aj pri nízkych frekvenciách, ak sa použijú cievky s vysokou indukčnosťou. Pri relatívne nízkych frekvenciách možno obvody striedavého prúdu stále vypočítať pomocou , ktoré sa však musí zodpovedajúcim spôsobom upraviť.

S obvodom, ktorý obsahuje rôzne odpory, induktory a kondenzátory, možno zaobchádzať, ako keby pozostával zo zovšeobecneného odporu, kondenzátora a induktora zapojených do série.

Uvažujme o vlastnostiach takéhoto obvodu pripojeného k sínusovému generátoru striedavého prúdu. Ak chcete sformulovať pravidlá pre výpočet obvodov striedavého prúdu, musíte nájsť vzťah medzi poklesom napätia a prúdom pre každú zložku takéhoto obvodu.

V obvodoch AC a DC hrá úplne odlišné úlohy. Ak je napríklad k obvodu pripojený elektrochemický prvok, kondenzátor sa začne nabíjať, kým sa napätie na ňom nerovná emf prvku. Potom sa nabíjanie zastaví a prúd klesne na nulu. Ak je obvod pripojený k generátoru striedavého prúdu, potom v jednom polcykle elektróny vytečú z ľavej dosky kondenzátora a hromadia sa vpravo a v druhom - naopak. Tieto pohybujúce sa elektróny predstavujú striedavý prúd, ktorého sila je na oboch stranách kondenzátora rovnaká. Pokiaľ frekvencia striedavého prúdu nie je príliš vysoká, prúd cez odpor a induktor je tiež rovnaký.

V zariadeniach spotrebúvajúcich striedavý prúd je striedavý prúd často usmerňovaný usmerňovačmi na výrobu jednosmerného prúdu.

Vodiče elektrického prúdu

Materiál, v ktorom tečie prúd, sa nazýva. Niektoré materiály sa pri nízkych teplotách stávajú supravodivými. V tomto stave nekladú takmer žiadny odpor prúdu, ich odpor má tendenciu k nule. Vo všetkých ostatných prípadoch vodič odoláva toku prúdu a v dôsledku toho sa časť energie elektrických častíc premení na teplo. Intenzitu prúdu je možné vypočítať pomocou časti obvodu a Ohmovho zákona pre celý obvod.

Rýchlosť pohybu častíc vo vodičoch závisí od materiálu vodiča, hmotnosti a náboja častice, okolitej teploty, aplikovaného rozdielu potenciálov a je oveľa menšia ako rýchlosť svetla. Napriek tomu sa rýchlosť šírenia samotného elektrického prúdu rovná rýchlosti svetla v danom prostredí, teda rýchlosti šírenia čela elektromagnetickej vlny.

Ako prúd ovplyvňuje ľudské telo?

Prúd prechádzajúci telom človeka alebo zvieraťa môže spôsobiť elektrické popáleniny, fibriláciu alebo smrť. Na druhej strane elektrický prúd sa používa v intenzívnej starostlivosti na liečbu duševných chorôb, najmä depresie, elektrická stimulácia určitých oblastí mozgu sa používa na liečbu chorôb, ako je Parkinsonova choroba a epilepsia, kardiostimulátor, ktorý stimuluje srdcový sval pomocou pulzného prúd sa používa pri bradykardii. U ľudí a zvierat sa prúd používa na prenos nervových impulzov.

Podľa bezpečnostných predpisov je minimálny človekom vnímateľný prúd 1 mA. Prúd sa stáva nebezpečným pre ľudský život už od sily približne 0,01 A. Prúd sa pre človeka stáva osudným už od sily približne 0,1 A. Napätie menšie ako 42 V sa považuje za bezpečné.

Je nemožné si predstaviť život moderného človeka bez elektriny. Volty, ampéry, watty - tieto slová sa počujú, keď sa hovorí o zariadeniach, ktoré fungujú na elektrinu. Čo je však elektrický prúd a aké sú podmienky jeho existencie? Budeme o tom hovoriť ďalej a poskytneme stručné vysvetlenie pre začínajúcich elektrikárov.

Definícia

Elektrický prúd je usmernený pohyb nosičov náboja – to je štandardná formulácia z učebnice fyziky. Nosiče náboja sa zase nazývajú určité častice hmoty. Môžu to byť:

• Elektróny sú negatívne nosiče náboja.
• Ióny sú kladné nosiče náboja.

Ale odkiaľ pochádzajú nosiče nábojov? Ak chcete odpovedať na túto otázku, musíte si zapamätať základné znalosti o štruktúre hmoty. Všetko, čo nás obklopuje, je hmota, skladá sa z molekúl, jej najmenších častíc. Molekuly sa skladajú z atómov. Atóm pozostáva z jadra, okolo ktorého sa elektróny pohybujú po daných dráhach. Molekuly sa tiež pohybujú náhodne. Pohyb a štruktúra každej z týchto častíc závisí od samotnej látky a vplyvu prostredia na ňu, ako je teplota, napätie a iné.

Ión je atóm, ktorého pomer elektrónov a protónov sa zmenil. Ak je atóm na začiatku neutrálny, potom sa ióny delia na:

• Anión je kladný ión atómu, ktorý stratil elektróny.
• Katióny sú atóm s „extra“ elektrónmi pripojenými k atómu.

Jednotkou merania prúdu je ampér, podľa ktorého sa vypočíta podľa vzorca:

kde U je napätie [V] a R je odpor [Ohm].

Alebo priamo úmerné výške poplatku preneseného za jednotku času:

kde Q – náboj, [C], t – čas, [s].

Podmienky existencie elektrického prúdu

Prišli sme na to, čo je elektrický prúd, teraz si povedzme, ako zabezpečiť jeho tok. Aby elektrický prúd mohol prúdiť, musia byť splnené dve podmienky:

1. Prítomnosť bezplatných nosičov poplatkov.
2. Elektrické pole.

Prvá podmienka existencie a toku elektriny závisí od látky, v ktorej prúd tečie (alebo netečie), ako aj od jej stavu. Druhá podmienka je tiež realizovateľná: pre existenciu elektrického poľa je potrebná prítomnosť rôznych potenciálov, medzi ktorými je médium, v ktorom budú prúdiť nosiče náboja.

Pripomeňme si: Napätie, EMF je potenciálny rozdiel. Z toho vyplýva, že na splnenie podmienok existencie prúdu - prítomnosti elektrického poľa a elektrického prúdu je potrebné napätie. Môžu to byť dosky nabitého kondenzátora, galvanického prvku alebo EMF generovaného pod vplyvom magnetického poľa (generátora).

Prišli sme na to, ako vzniká, poďme sa rozprávať o tom, kam smeruje. Prúd, hlavne pri našom bežnom používaní, sa pohybuje vo vodičoch (elektrické rozvody v byte, žiarovky) alebo v polovodičoch (LED, procesor vášho smartfónu a iná elektronika), menej často v plynoch (žiarivky).

Takže hlavnými nosičmi náboja sú vo väčšine prípadov elektróny; pohybujú sa od mínus (bod so záporným potenciálom) do plusu (bod s kladným potenciálom, viac sa o tom dozviete nižšie).

Zaujímavým faktom však je, že smer súčasného pohybu bol braný ako pohyb kladných nábojov - z plusu do mínusu. Aj keď v skutočnosti sa všetko deje naopak. Faktom je, že rozhodnutie o smere prúdu bolo prijaté pred štúdiom jeho povahy a tiež predtým, ako sa určilo, ako prúd tečie a existuje.

Elektrický prúd v rôznych prostrediach

Už sme spomenuli, že v rôznych prostrediach sa elektrický prúd môže líšiť typom nosičov náboja. Médiá možno rozdeliť podľa povahy ich vodivosti (v zostupnom poradí vodivosti):

1. Vodič (kovy).
2. Polovodič (kremík, germánium, arzenid gália atď.).
3. Dielektrikum (vákuum, vzduch, destilovaná voda).

V kovoch

Kovy obsahujú voľné nosiče náboja, niekedy sa im hovorí „elektrický plyn“. Odkiaľ pochádzajú poskytovatelia bezplatných poplatkov? Faktom je, že kov, ako každá látka, pozostáva z atómov. Atómy sa pohybujú alebo vibrujú tak či onak. Čím vyššia je teplota kovu, tým silnejší je tento pohyb. Zároveň samotné atómy vo všeobecnosti zostávajú na svojich miestach a v skutočnosti tvoria štruktúru kovu.

V elektrónových obaloch atómu je zvyčajne niekoľko elektrónov, ktorých spojenie s jadrom je dosť slabé. Vplyvom teplôt, chemických reakcií a interakcie nečistôt, ktoré sú v každom prípade v kove, dochádza k odtrhnutiu elektrónov od ich atómov a vzniku kladne nabitých iónov. Oddelené elektróny sa nazývajú voľné a pohybujú sa chaoticky.

Ak sú ovplyvnené elektrickým poľom, napríklad ak pripojíte batériu ku kusu kovu, chaotický pohyb elektrónov sa stane usporiadaným. Elektróny z bodu, v ktorom je pripojený záporný potenciál (napríklad katóda galvanického článku), sa začnú pohybovať smerom k bodu s kladným potenciálom.

V polovodičoch

Polovodiče sú materiály, v ktorých v normálnom stave nie sú žiadne voľné nosiče náboja. Sú v takzvanej zakázanej zóne. Ale ak sú aplikované vonkajšie sily, ako je elektrické pole, teplo, rôzne žiarenia (svetlo, žiarenie atď.), prekonajú zakázané pásmo a presunú sa do voľnej zóny alebo vodivého pásma. Elektróny sa odtrhávajú od svojich atómov a stávajú sa voľnými, pričom vytvárajú ióny - pozitívne nosiče náboja.

Kladné nosiče v polovodičoch sa nazývajú diery.

Ak polovodičovi jednoducho prenesiete energiu, napríklad ho zahrejete, začne sa chaotický pohyb nosičov náboja. Ale ak hovoríme o polovodičových prvkoch, ako je dióda alebo tranzistor, potom na opačných koncoch kryštálu vznikne EMF (na ne je nanesená metalizovaná vrstva a vodiče sú spájkované), ale to sa netýka téma dnešného článku.

Ak použijete zdroj EMF na polovodič, nosiče náboja sa tiež presunú do vodivého pásma a začne sa aj ich smerový pohyb - diery pôjdu v smere s nižším elektrickým potenciálom a elektróny v smere s vyšším .

Vo vákuu a plyne

Vákuum je médium s úplnou (v ideálnom prípade) absenciou plynov alebo s minimalizovaným (v skutočnosti) množstvom plynu. Keďže vo vákuu nie je žiadna hmota, nie je miesto, odkiaľ by mohli pochádzať nosiče náboja. Tok prúdu vo vákuu však znamenal začiatok elektroniky a celej éry elektronických prvkov – elektrónok. Používali sa v prvej polovici minulého storočia a v 50. rokoch začali postupne ustupovať tranzistorom (v závislosti od konkrétnej oblasti elektroniky).

Predpokladajme, že máme nádobu, z ktorej bol odčerpaný všetok plyn, t.j. je v nej úplné vákuum. V nádobe sú umiestnené dve elektródy, nazvime ich anóda a katóda. Ak pripojíme záporný potenciál zdroja EMF na katódu a kladný potenciál na anódu, nič sa nestane a nepotečie žiadny prúd. Ale ak začneme zahrievať katódu, začne prúdiť prúd. Tento proces sa nazýva termionická emisia - emisia elektrónov zo zahriateho povrchu elektrónov.

Obrázok ukazuje proces toku prúdu vo vákuovej trubici. Vo vákuových trubiciach je katóda zahrievaná blízkym vláknom na obrázku (H), ako napríklad v osvetľovacej lampe.

Súčasne, ak zmeníte polaritu napájacieho zdroja - aplikujte mínus na anódu a aplikujte plus na katódu - nebude prúdiť žiadny prúd. To dokáže, že prúd vo vákuu tečie v dôsledku pohybu elektrónov z KATÉDY do ANÓDY.

Plyn, ako každá látka, pozostáva z molekúl a atómov, čo znamená, že ak je plyn pod vplyvom elektrického poľa, potom sa pri určitej sile (ionizačné napätie) elektróny od atómu odtrhnú, potom obe podmienky prúdenia elektrického prúdu budú uspokojené - pole a voľné médiá.

Ako už bolo spomenuté, tento proces sa nazýva ionizácia. Môže sa vyskytnúť nielen z aplikovaného napätia, ale aj zo zahrievania plynu, röntgenového žiarenia, pod vplyvom ultrafialového žiarenia a iných vecí.

Prúd bude prúdiť vzduchom, aj keď je medzi elektródami nainštalovaný horák.

Tok prúdu v inertných plynoch je sprevádzaný luminiscenciou plynu, tento jav sa aktívne využíva v žiarivkách. Tok elektrického prúdu v plynnom médiu sa nazýva výboj plynu.

V kvapaline

Povedzme, že máme nádobu s vodou, v ktorej sú umiestnené dve elektródy, ku ktorým je pripojený zdroj energie. Ak je voda destilovaná, teda čistá a neobsahuje nečistoty, tak ide o dielektrikum. Ale ak do vody pridáme trochu soli, kyseliny sírovej alebo akejkoľvek inej látky, vytvorí sa elektrolyt a začne ním pretekať prúd.

Elektrolyt je látka, ktorá vedie elektrický prúd v dôsledku disociácie na ióny.

Ak do vody pridáte síran meďnatý, na jednej z elektród (katóde) sa usadí vrstva medi - nazýva sa to elektrolýza, ktorá dokazuje, že elektrický prúd v kvapaline sa uskutočňuje v dôsledku pohybu iónov - kladných a záporných nosiče nábojov.

Elektrolýza je fyzikálny a chemický proces, ktorý zahŕňa oddelenie zložiek, ktoré tvoria elektrolyt na elektródach.

Tak dochádza k pokovovaniu, pozláteniu a pokovovaniu inými kovmi.

Záver

Aby som to zhrnul, na tok elektrického prúdu sú potrebné voľné nosiče náboja:

• elektróny vo vodičoch (kovy) a vákuum;
• elektróny a diery v polovodičoch;
• ióny (anióny a katióny) v kvapalinách a plynoch.

Aby sa pohyb týchto nosičov stal usporiadaným, je potrebné elektrické pole. Jednoducho povedané, aplikujte napätie na konce tela alebo nainštalujte dve elektródy v prostredí, kde sa očakáva prúdenie elektrického prúdu.

Za zmienku tiež stojí, že prúd ovplyvňuje látku určitým spôsobom; existujú tri typy vplyvu:

• tepelný;
• chemický;
• fyzické.

Užitočné

Toto je usporiadaný pohyb určitých nabitých častíc. Aby bolo možné kompetentne využiť plný potenciál elektrickej energie, je potrebné jasne pochopiť všetky princípy štruktúry a fungovania elektrického prúdu. Poďme teda zistiť, čo je práca a aktuálny výkon.

Odkiaľ vôbec pochádza elektrický prúd?

Napriek zjavnej jednoduchosti otázky na ňu málokto dokáže dať zrozumiteľnú odpoveď. Samozrejme, v týchto dňoch, keď sa technológia vyvíja neuveriteľnou rýchlosťou, ľudia veľmi nepremýšľajú o takých základných veciach, ako je princíp fungovania elektrického prúdu. Odkiaľ pochádza elektrina? Mnohí určite odpovedia: „No, zo zásuvky, samozrejme,“ alebo jednoducho pokrčia plecami. Medzitým je veľmi dôležité pochopiť, ako prúd funguje. To by mali vedieť nielen vedci, ale aj ľudia, ktorí nie sú nijako spojení so svetom vedy, pre ich celkovo diverzifikovaný rozvoj. Ale nie každý môže kompetentne používať princíp fungovania prúdu.

Najprv by ste teda mali pochopiť, že elektrina sa neobjavuje z ničoho nič: vyrábajú ju špeciálne generátory, ktoré sa nachádzajú v rôznych elektrárňach. Para vyrobená ohrievaním vody uhlím alebo olejom vďaka rotácii lopatiek turbín vyrába energiu, ktorá sa následne pomocou generátora premieňa na elektrickú energiu. Konštrukcia generátora je veľmi jednoduchá: v strede zariadenia je obrovský a veľmi silný magnet, ktorý núti elektrické náboje pohybovať sa po medených drôtoch.

Ako sa elektrický prúd dostane do našich domovov?

Po vytvorení určitého množstva elektrického prúdu pomocou energie (tepelnej alebo jadrovej) je možné ho dodávať ľuďom. Táto dodávka elektriny funguje nasledovne: aby sa elektrina úspešne dostala do všetkých bytov a podnikov, musí byť „tlačená“. A na to budete musieť zvýšiť silu, ktorá to urobí. Nazýva sa to napätie elektrického prúdu. Princíp činnosti je nasledovný: prúd prechádza transformátorom, čo zvyšuje jeho napätie. Ďalej elektrický prúd tečie cez káble inštalované hlboko pod zemou alebo vo výške (pretože napätie niekedy dosahuje 10 000 voltov, čo je pre človeka smrteľné). Keď prúd dosiahne svoj cieľ, musí opäť prejsť cez transformátor, ktorý teraz zníži jeho napätie. Po drôtoch potom putuje k inštalovaným rozvádzačom v bytových domoch alebo iných budovách.

Elektrinu vedenú cez drôty je možné využiť vďaka systému zásuviek, ktoré k nim pripájajú domáce spotrebiče. V stenách sú ďalšie drôty, cez ktoré preteká elektrický prúd a práve vďaka tomu funguje osvetlenie a všetko vybavenie v dome.

Čo je súčasná práca?

Energia prenášaná elektrickým prúdom sa časom premieňa na svetlo alebo teplo. Napríklad, keď zapneme lampu, elektrická forma energie sa zmení na svetlo.

Zjednodušene povedané, dielom prúdu je činnosť, ktorú samotná elektrina produkuje. Navyše sa dá veľmi ľahko vypočítať pomocou vzorca. Na základe zákona zachovania energie môžeme konštatovať, že elektrická energia sa nestratila, úplne alebo čiastočne prešla do inej formy, pričom uvoľnila určité množstvo tepla. Toto teplo je práca, ktorú vykoná prúd, keď prechádza vodičom a ohrieva ho (dochádza k výmene tepla). Takto vyzerá vzorec Joule-Lenz: A = Q = U*I*t (práca sa rovná množstvu tepla alebo súčinu výkonu prúdu a času, za ktorý preteká vodičom).

Čo znamená jednosmerný prúd?

Elektrický prúd je dvoch typov: striedavý a jednosmerný. Líšia sa tým, že nemení svoj smer, má dve svorky (kladné „+“ a záporné „-“) a vždy začína svoj pohyb od „+“. A striedavý prúd má dve svorky - fázu a nulu. Práve kvôli prítomnosti jednej fázy na konci vodiča sa nazýva aj jednofázový.

Princípy konštrukcie jednofázového striedavého a jednosmerného elektrického prúdu sú úplne odlišné: na rozdiel od konštantného striedavý prúd mení svoj smer (tvorí tok z fázy k nule a z nuly do fázy) a svoju veľkosť. Napríklad striedavý prúd periodicky mení hodnotu svojho náboja. Ukazuje sa, že pri frekvencii 50 Hz (50 vibrácií za sekundu) menia elektróny smer svojho pohybu presne 100-krát.

Kde sa používa DC?

Jednosmerný elektrický prúd má určité vlastnosti. Vzhľadom na to, že tečie striktne jedným smerom, je ťažšie ho transformovať. Nasledujúce prvky možno považovať za zdroje jednosmerného prúdu:

• batérie (alkalické aj kyslé);
• bežné batérie používané v malých zariadeniach;
• ako aj rôzne zariadenia, ako sú prevodníky.

DC prevádzka

Aké sú jeho hlavné charakteristiky? To je práca a momentálna sila a oba tieto pojmy spolu veľmi úzko súvisia. Výkon sa vzťahuje na rýchlosť práce za jednotku času (za 1 s). Podľa Joule-Lenzovho zákona zistíme, že práca vykonaná jednosmerným elektrickým prúdom sa rovná súčinu sily samotného prúdu, napätia a času, počas ktorého bola práca elektrického poľa vykonaná na prenos náboja. pozdĺž vodiča.

Toto je vzorec na nájdenie práce prúdu, berúc do úvahy Ohmov zákon o odpore vo vodičoch: A = I 2 *R*t (práca sa rovná druhej mocnine prúdu vynásobenej hodnotou odporu vodiča a opäť vynásobené časom, počas ktorého bola práca vykonaná).

Vo vodičoch môže za určitých podmienok dochádzať k nepretržitému usporiadanému pohybu voľných nosičov elektrického náboja. Tento pohyb sa nazýva elektrický šok. Smer pohybu kladných voľných nábojov sa berie ako smer elektrického prúdu, hoci vo väčšine prípadov sa pohybujú elektróny - negatívne nabité častice.

Kvantitatívnou mierou elektrického prúdu je sila prúdu ja– skalárna fyzikálna veličina rovná pomeru náboja q, prenášané cez prierez vodiča v časovom intervale t, do tohto časového intervalu:

Ak prúd nie je konštantný, potom na zistenie množstva náboja prechádzajúceho cez vodič vypočítajte plochu obrázku pod grafom prúdu v závislosti od času.

Ak sa sila prúdu a jeho smer s časom nemenia, potom sa takýto prúd nazýva trvalé. Sila prúdu sa meria ampérmetrom, ktorý je zapojený sériovo do obvodu. V medzinárodnom systéme jednotiek (SI) sa prúd meria v ampéroch [A]. 1A = 1 C/s.

Zisťuje sa ako pomer celkového náboja k celkovému času (t. j. podľa rovnakého princípu ako priemerná rýchlosť alebo akákoľvek iná priemerná hodnota vo fyzike):

Ak sa prúd v priebehu času rovnomerne mení od hodnoty ja 1 na hodnotu ja 2, potom je možné nájsť priemernú hodnotu prúdu ako aritmetický priemer extrémnych hodnôt:

Súčasná hustota– prúd na jednotku prierezu vodiča sa vypočíta podľa vzorca:

Keď prúd prechádza vodičom, prúd zažíva odpor z vodiča. Dôvodom odporu je interakcia nábojov s atómami vodivej látky a medzi sebou navzájom. Jednotkou odporu je 1 ohm. Odpor vodiča R určený podľa vzorca:

Kde: l- dĺžka vodiča, S- jeho prierezová plocha, ρ – špecifický odpor materiálu vodiča (pozor, nezamieňať si poslednú hodnotu s hustotou látky), ktorý charakterizuje schopnosť materiálu vodiča odolávať prechodu prúdu. To znamená, že ide o rovnakú charakteristiku látky ako mnohé iné: špecifické teplo, hustota, teplota topenia atď. Jednotkou merania odporu je 1 ohm m. Špecifický odpor látky je tabuľková hodnota.

Odpor vodiča závisí aj od jeho teploty:

Kde: R 0 – odpor vodiča pri 0°C, t- teplota vyjadrená v stupňoch Celzia, α – teplotný koeficient odporu. Rovná sa relatívnej zmene odporu pri zvýšení teploty o 1°C. Pre kovy je vždy väčšia ako nula, pre elektrolyty, naopak, vždy menšia ako nula.

Dióda v DC obvode

Dióda je nelineárny obvodový prvok, ktorého odpor závisí od smeru toku prúdu. Dióda je označená nasledovne:

Šípka v schematickom symbole diódy ukazuje, ktorým smerom prechádza prúd. V tomto prípade je jeho odpor nulový a diódu možno jednoducho nahradiť vodičom s nulovým odporom. Ak prúd preteká diódou v opačnom smere, potom má dióda nekonečne veľký odpor, to znamená, že vôbec neprechádza prúdom a ide o otvorený obvod. Potom môže byť úsek obvodu s diódou jednoducho prečiarknutý, pretože ním nepreteká žiadny prúd.

Ohmov zákon. Sériové a paralelné pripojenie vodičov

Nemecký fyzik G. Ohm v roku 1826 experimentálne zistil, že súčasná sila ja, prúdiaci pozdĺž homogénneho kovového vodiča (teda vodiča, v ktorom nepôsobia žiadne vonkajšie sily) s odporom R, úmerné napätiu U na koncoch vodiča:

Veľkosť R zvyčajne nazývaný elektrický odpor. Vodič s elektrickým odporom sa nazýva odpor. Tento pomer vyjadruje Ohmov zákon pre homogénny úsek reťazca: Prúd vo vodiči je priamo úmerný použitému napätiu a nepriamo úmerný odporu vodiča.

Volajú sa vodiče, ktoré dodržiavajú Ohmov zákon lineárne. Grafická závislosť sily prúdu ja od napätia U(takéto grafy sa nazývajú prúdovo-napäťové charakteristiky, skrátene VAC) je znázornená priamkou prechádzajúcou počiatkom súradníc. Treba poznamenať, že existuje veľa materiálov a zariadení, ktoré nespĺňajú Ohmov zákon, napríklad polovodičová dióda alebo plynová výbojka. Dokonca aj pre kovové vodiče sa pri dostatočne vysokých prúdoch pozoruje odchýlka od Ohmovho lineárneho zákona, pretože elektrický odpor kovových vodičov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou.

Vodiče v elektrických obvodoch možno pripojiť dvoma spôsobmi: sériové a paralelné. Každá metóda má svoje pravidlá.

1. Pravidlá sériového pripojenia:

Vzorec pre celkový odpor rezistorov zapojených do série platí pre ľubovoľný počet vodičov. Ak je obvod zapojený do série n identické odpory R, potom celkový odpor R 0 sa zistí podľa vzorca:

2. Vzory paralelného pripojenia:

Vzorec pre celkový odpor paralelne zapojených odporov platí pre ľubovoľný počet vodičov. Ak je obvod zapojený paralelne n identické odpory R, potom celkový odpor R 0 sa zistí podľa vzorca:

Elektrické meracie prístroje

Na meranie napätí a prúdov v jednosmerných elektrických obvodoch sa používajú špeciálne prístroje - voltmetre A ampérmetre.

Voltmeter navrhnutý na meranie rozdielu potenciálov aplikovaného na jeho svorky. Je pripojený paralelne k časti obvodu, na ktorej sa meria potenciálny rozdiel. Každý voltmeter má nejaký vnútorný odpor R B. Aby voltmeter po pripojení k meranému obvodu nezaviedol citeľné prerozdelenie prúdov, musí byť jeho vnútorný odpor veľký v porovnaní s odporom úseku obvodu, ku ktorému je pripojený.

Ampérmeter určené na meranie prúdu v obvode. Ampérmeter je zapojený do série s otvoreným obvodom tak, aby ním prechádzal celý meraný prúd. Ampérmeter má tiež nejaký vnútorný odpor R A. Na rozdiel od voltmetra musí byť vnútorný odpor ampérmetra dosť malý v porovnaní s celkovým odporom celého obvodu.

EMF. Ohmov zákon pre úplný obvod

Pre existenciu jednosmerného prúdu je potrebné mať v elektrickom uzavretom obvode zariadenie, ktoré je schopné vytvárať a udržiavať potenciálne rozdiely v úsekoch obvodu pôsobením síl neelektrostatického pôvodu. Takéto zariadenia sú tzv DC zdroje. Volajú sa sily neelektrostatického pôvodu pôsobiace na voľné nosiče náboja zo zdrojov prúdu vonkajšie sily.

Povaha vonkajších síl sa môže líšiť. V galvanických článkoch alebo batériách vznikajú ako výsledok elektrochemických procesov, v generátoroch jednosmerného prúdu vznikajú vonkajšie sily pri pohybe vodičov v magnetickom poli. Vplyvom vonkajších síl sa elektrické náboje pohybujú vo vnútri zdroja prúdu proti silám elektrostatického poľa, vďaka čomu je možné v uzavretom okruhu udržiavať konštantný elektrický prúd.

Keď sa elektrické náboje pohybujú po obvode jednosmerného prúdu, vykonávajú prácu vonkajšie sily pôsobiace vo vnútri zdrojov prúdu. Fyzikálne množstvo rovnajúce sa pracovnému pomeru A st vonkajšie sily pri pohybe náboja q od záporného pólu zdroja prúdu ku kladnému pólu do veľkosti tohto náboja sa nazýva zdrojová elektromotorická sila (EMF):

EMP je teda určené prácou vykonanou vonkajšími silami pri pohybe jedného kladného náboja. Elektromotorická sila, podobne ako potenciálny rozdiel, sa meria vo voltoch (V).

Ohmov zákon pre úplný (uzavretý) obvod: Intenzita prúdu v uzavretom obvode sa rovná elektromotorickej sile zdroja vydelenej celkovým (vnútorným + vonkajším) odporom obvodu:

Odpor r– vnútorný (vlastný) odpor zdroja prúdu (závisí od vnútornej štruktúry zdroja). Odpor R– odpor záťaže (odpor vonkajšieho obvodu).

Pokles napätia vo vonkajšom obvode v tomto prípade sa rovná (nazýva sa aj napätie na svorkách zdroja):

Je dôležité pochopiť a zapamätať si: EMF a vnútorný odpor zdroja prúdu sa nemenia, keď sú pripojené rôzne záťaže.

Ak je odpor záťaže nulový (zdroj sa zatvára sám do seba) alebo je oveľa menší ako odpor zdroja, obvod bude prúdiť skratový prúd:

Skratový prúd - maximálny prúd, ktorý je možné získať z daného zdroja elektromotorickej sily ε a vnútorný odpor r. Pri zdrojoch s nízkym vnútorným odporom môže byť skratový prúd veľmi veľký a spôsobiť zničenie elektrického obvodu alebo zdroja. Napríklad olovené batérie používané v automobiloch môžu mať skratový prúd niekoľko stoviek ampérov. Zvlášť nebezpečné sú skraty v osvetľovacích sieťach napájaných z rozvodní (tisíce ampérov). Aby sa predišlo ničivým účinkom takýchto veľkých prúdov, sú v obvode zahrnuté poistky alebo špeciálne ističe.

Niekoľko zdrojov EMF v okruhu

Ak existuje a niekoľko emf zapojených do série, To:

1. Pri správnom zapojení (kladný pól jedného zdroja je spojený so záporným pólom druhého) sú zdroje spojené, celkové EMF všetkých zdrojov a ich vnútorný odpor možno nájsť pomocou vzorcov:

Napríklad takéto pripojenie zdrojov sa vykonáva v diaľkových ovládačoch, fotoaparátoch a iných domácich spotrebičoch, ktoré fungujú na niekoľko batérií.

2. Ak sú zdroje nesprávne pripojené (zdroje sú spojené rovnakými pólmi), ich celkový EMF a odpor sa vypočítajú pomocou vzorcov:

V oboch prípadoch sa zvyšuje celkový odpor zdrojov.

O paralelné pripojenie Má zmysel pripájať zdroje len s rovnakým EMF, inak sa budú zdroje vybíjať smerom k sebe. Celkový EMF bude teda rovnaký ako EMF každého zdroja, to znamená, že pri paralelnom zapojení nezískame batériu s veľkým EMF. Súčasne sa znižuje vnútorný odpor zdrojovej batérie, čo vám umožňuje získať väčší prúd a výkon v obvode:

To je význam paralelného zapojenia zdrojov. V každom prípade pri riešení problémov musíte najprv nájsť celkový EMF a celkový vnútorný odpor výsledného zdroja a potom napísať Ohmov zákon pre celý obvod.

Práca a súčasný výkon. Joule-Lenzov zákon

Job A elektrický prúd ja prúdiaci cez stacionárny vodič s odporom R, sa premieňa na teplo Q, stojaci na dirigentovi. Túto prácu možno vypočítať pomocou jedného zo vzorcov (berúc do úvahy Ohmov zákon, všetky navzájom vyplývajú):

Zákon premeny práce prúdu na teplo experimentálne nezávisle od seba stanovili J. Joule a E. Lenz a je tzv. Joule-Lenzov zákon. Výkon elektrického prúdu rovný pomeru súčasnej práce A do časového intervalu Δ t, pre ktorú bola táto práca vykonaná, takže ju možno vypočítať pomocou nasledujúcich vzorcov:

Práca elektrického prúdu v SI, ako obvykle, je vyjadrená v jouloch (J), výkon - vo wattoch (W).

Energetická bilancia uzavretého okruhu

Uvažujme teraz úplný obvod jednosmerného prúdu pozostávajúci zo zdroja s elektromotorickou silou ε a vnútorný odpor r a vonkajšia homogénna oblasť s odporom R. V tomto prípade užitočný výkon alebo výkon uvoľnený vo vonkajšom obvode:

Maximálny možný užitočný výkon zdroja sa dosiahne ak R = r a rovná sa:

Ak pri pripojení k rovnakému zdroju prúdu s rôznymi odpormi R 1 a R Sú im pridelené 2 rovnaké výkony, potom vnútorný odpor tohto zdroja prúdu možno nájsť podľa vzorca:

Strata výkonu alebo výkon vo vnútri zdroja prúdu:

Celkový výkon vyvinutý zdrojom prúdu:

Aktuálna účinnosť zdroja:

Elektrolýza

Elektrolyty Je zvykom nazývať vodivé médiá, v ktorých je tok elektrického prúdu sprevádzaný prenosom hmoty. Nosičmi voľných nábojov v elektrolytoch sú kladne a záporne nabité ióny. Elektrolyty zahŕňajú mnohé zlúčeniny kovov s metaloidmi v roztavenom stave, ako aj niektoré pevné látky. Hlavnými predstaviteľmi elektrolytov široko používaných v technológii sú však vodné roztoky anorganických kyselín, solí a zásad.

Prechod elektrického prúdu cez elektrolyt je sprevádzaný uvoľňovaním látky na elektródach. Tento jav sa nazýva elektrolýza.

Elektrický prúd v elektrolytoch predstavuje pohyb iónov oboch znakov v opačných smeroch. Kladné ióny sa pohybujú smerom k zápornej elektróde ( katóda), záporné ióny – na kladnú elektródu ( anóda). Ióny oboch znakov sa objavujú vo vodných roztokoch solí, kyselín a zásad v dôsledku štiepenia niektorých neutrálnych molekúl. Tento jav sa nazýva elektrolytická disociácia.

Zákon elektrolýzy experimentálne založil anglický fyzik M. Faraday v roku 1833. Faradayov zákon určuje množstvo primárnych produktov uvoľnených na elektródach počas elektrolýzy. Takže hmotnosť m látka uvoľnená na elektróde je priamo úmerná náboju Q prešiel cez elektrolyt:

Veľkosť k volal elektrochemický ekvivalent. Dá sa vypočítať pomocou vzorca:

Kde: n- valencia látky, N A – Avogadrova konštanta, M– molárna hmotnosť látky, e- elementárny náboj. Niekedy sa pre Faradayovu konštantu používa aj nasledujúci zápis:

Elektrický prúd v plynoch a vákuu

Elektrický prúd v plynoch

Za normálnych podmienok plyny nevedú elektrický prúd. Vysvetľuje sa to elektrickou neutralitou molekúl plynu, a teda absenciou nosičov elektrického náboja. Aby sa plyn stal vodičom, musí byť z molekúl odstránený jeden alebo viac elektrónov. Potom sa objavia voľné nosiče náboja - elektróny a kladné ióny. Tento proces sa nazýva ionizácia plynov.

Molekuly plynu môžu byť ionizované vonkajším vplyvom - ionizátor. Ionizátory môžu byť: prúd svetla, röntgenové žiarenie, prúd elektrónov príp α -častice Molekuly plynu sa tiež ionizujú pri vysokých teplotách. Ionizácia vedie k objaveniu sa voľných nosičov náboja v plynoch - elektrónov, kladných iónov, záporných iónov (elektrón kombinovaný s neutrálnou molekulou).

Ak vytvoríte elektrické pole v priestore, ktorý zaberá ionizovaný plyn, potom sa nosiče elektrického náboja dostanú do usporiadaného pohybu - takto vzniká elektrický prúd v plynoch. Ak ionizátor prestane fungovať, plyn sa opäť stane neutrálnym rekombinácia– tvorba neutrálnych atómov iónmi a elektrónmi.

Elektrický prúd vo vákuu

Vákuum je stupeň riedenia plynu, pri ktorom môžeme zanedbať zrážku medzi jeho molekulami a predpokladať, že stredná voľná dráha presahuje lineárne rozmery nádoby, v ktorej sa plyn nachádza.

Elektrický prúd vo vákuu je vodivosť medzielektródovej medzery vo vákuu. Existuje tak málo molekúl plynu, že ich ionizačné procesy nedokážu poskytnúť množstvo elektrónov a iónov, ktoré sú potrebné na ionizáciu. Vodivosť medzielektródovej medzery vo vákuu môže byť zabezpečená len pomocou nabitých častíc vznikajúcich v dôsledku emisných javov na elektródach.

• späť
• Vpred

Ako sa úspešne pripraviť na CT z fyziky a matematiky?

Pre úspešnú prípravu na CT z fyziky a matematiky je okrem iného potrebné splniť tri najdôležitejšie podmienky:

1. Preštudujte si všetky témy a vyplňte všetky testy a úlohy uvedené vo vzdelávacích materiáloch na tejto stránke. Nepotrebujete k tomu vôbec nič, a to: každý deň venovať tri až štyri hodiny príprave na CT z fyziky a matematiky, štúdiu teórie a riešeniu úloh. Faktom je, že CT je skúška, pri ktorej nestačí vedieť len fyziku či matematiku, ale treba vedieť rýchlo a bez neúspechov vyriešiť veľké množstvo problémov na rôzne témy a rôznej zložitosti. To posledné sa dá naučiť len riešením tisícok problémov.
2. Naučte sa všetky vzorce a zákony vo fyzike a vzorce a metódy v matematike. V skutočnosti je to tiež veľmi jednoduché; vo fyzike je len asi 200 potrebných vzorcov a v matematike ešte o niečo menej. V každom z týchto predmetov je asi tucet štandardných metód na riešenie problémov základnej úrovne zložitosti, ktoré sa možno aj naučiť, a teda úplne automaticky a bez problémov vyriešiť väčšinu CT v správnom čase. Potom budete musieť myslieť len na tie najťažšie úlohy.
3. Zúčastnite sa všetkých troch stupňov skúšobného testovania z fyziky a matematiky. Každý RT je možné navštíviť dvakrát a rozhodnúť sa pre obe možnosti. Opäť platí, že na CT musíte okrem schopnosti rýchlo a efektívne riešiť problémy a znalosti vzorcov a metód vedieť aj správne plánovať čas, rozložiť sily a hlavne správne vyplniť odpoveďový formulár bez zamieňanie čísiel odpovedí a problémov, či vlastné priezvisko. Taktiež je počas RT dôležité zvyknúť si na štýl kladenia otázok v problémoch, ktorý sa nepripravenému človeku na DT môže zdať veľmi nezvyčajný.

Úspešná, usilovná a zodpovedná implementácia týchto troch bodov vám umožní ukázať na CT výborný výsledok, maximum toho, čoho ste schopní.

Našli ste chybu?

Ak si myslíte, že ste našli chybu v školiacich materiáloch, napíšte nám o nej e-mailom. Chybu môžete nahlásiť aj na sociálnej sieti (). V liste uveďte predmet (fyziku alebo matematiku), názov alebo číslo témy alebo testu, číslo úlohy, prípadne miesto v texte (strane), kde je podľa vás chyba. Tiež popíšte, o akú chybu ide. Váš list nezostane bez povšimnutia, chyba bude buď opravená, alebo vám bude vysvetlené, prečo nejde o chybu.