Základné pojmy elektrického prúdu. Definícia 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 prúdu pohybujúcich sa nosných častíc, kladne alebo záporne nabitých. Dopravcovia poplatkov môžu byť:

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

Čo je prúd, je určené prítomnosťou elektrického poľa. Bez nej nevznikne usmernený tok nabitých častíc.

Pojem elektrického prúdubol by neúplný bez uvedenia jeho prejavov:

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. V kovových vodičoch sú voľné elektróny, ktoré sa vplyvom elektrického poľa začínajú pohybovať. Keď teplota stúpa, zvyšuje sa aj odpor vodičov, pretože teplo chaotickým spôsobom zvyšuje pohyb atómov, čo interferuje s voľnými elektrónmi;
2. V kvapalnom prostredí tvorenom elektrolytmi vyvoláva vznikajúce 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 vedie k vzniku voľných elektrónov zúčastňujúcich sa na riadenom pohybe;
2. Pri vytváraní elektrického prúdu vo vákuu sa elektróny uvoľnené na zápornej elektróde pohybujú smerom ku kladnej;
3. V polovodičoch sú voľné elektróny, ktoré rozbíjajú väzby pri zahrievaní. Na ich miestach sú otvory, ktoré majú náboj 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. Prevažne sa kvantitatívna hodnota prúdu a jeho smer mení pozdĺž sínusoidy;
3. Vírivé prúdy. Vyskytujú sa, keď magnetický tok prechádza zmenami. Vytvorte uzavreté obvody bez pohybu medzi pólmi. Vírivé prúdy spôsobujú intenzívnu tvorbu tepla, v dôsledku čoho sa straty zvyšujú. V jadrách elektromagnetických cievok sú obmedzené použitím konštrukcie samostatných izolovaných dosiek namiesto pevných.

Charakteristika elektrického obvodu

1. Súčasná sila. Ide o kvantitatívne meranie náboja prechádzajúceho do dočasnej jednotky cez prierez vodičov. Poplatky sa merajú v coulombách (C), časová jednotka je sekunda. Aktuálna sila je C / s. Výsledný pomer sa nazýval ampér (A), v ktorom sa meria kvantitatívna hodnota prúdu. Meracím zariadením je ampérmeter zapojený sériovo do obvodu elektrických spojov;
2. Moc. Elektrický prúd vo vodiči musí prekonať odpor média. Práca vynaložená na jeho prekonanie počas určitého časového obdobia bude silou. V tomto prípade sa vykonáva transformácia elektriny na iné druhy energie - práca. Výkon závisí od sily prúdu, napätia. Ich produkt určí aktívny výkon. Po vynásobení iným časom sa získa spotreba energie - to, čo ukazuje elektromer. Výkon možno merať vo voltampéroch (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 uzavretého okruhu elektrických spojov. Napätie je charakterizované prácou vyvolanou elektrickým poľom počas pohybu jedného nosiča 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. Je určená materiálom vodiča, dĺžkou a plochou jeho prierezu. Meranie je v ohmoch (Ohm).

Zákony pre elektrický prúd

Elektrické obvody sa počítajú pomocou troch hlavných zákonov:

1. Ohmov zákon. Skúmal a sformuloval ho nemecký fyzik začiatkom 19. storočia pre jednosmerný prúd, potom sa aplikoval aj na striedavý prúd. Stanovuje vzťah medzi prúdom, napätím a odporom. Na základe Ohmovho zákona sa počíta takmer akýkoľvek elektrický obvod. Základný vzorec: I \u003d U / R alebo sila prúdu je priamo úmerná napätiu a nepriamo úmerná odporu;

1. Faradayov zákon. Vzťahuje sa na elektromagnetickú indukciu. Výskyt indukčných prúdov vo vodičoch je spôsobený vplyvom magnetického toku, ktorý sa časom mení v dôsledku indukcie EMF (elektromotorickej sily) v uzavretom okruhu. Indukovaný modul emf, meraný vo voltoch, je úmerný rýchlosti, ktorou sa mení magnetický tok. Vďaka zákonu indukcie fungujú generátory, ktoré vyrábajú elektrickú energiu;
2. Joule-Lenzov zákon. Je to dôležité pri výpočte ohrevu vodičov, ktorý sa používa na návrh a výrobu vykurovania, svietidiel a iných elektrických zariadení. Zákon vám 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, dochádza k ionizačným procesom. 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 označovať zemský povrch a ionosféru, medzi ktorými cirkuluje dielektrikum – vzduch.

Druhy atmosférickej elektriny:

1. Búrky. Blesky s viditeľnou žiarou a hromovým zvonením. Bleskové napätie dosahuje stovky miliónov voltov pri sile prúdu 500 000 A;

1. Požiare Saint Elmo. Korónový výboj elektriny generovanej okolo drôtov, stožiarov;
2. Guľový blesk. Výtok vo forme gule, pohybujúci sa vzduchom;
3. Polárne svetlá. Viacfarebná žiara zemskej ionosféry pod vplyvom nabitých častíc prenikajúcich z vesmíru.

Človek využíva 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;
• domáce použitie: elektrické spotrebiče;
• počítače a mobilné zariadenia;
• priemysel: obrábacie stroje a zariadenia;
• elektrolýza: získavanie hliníka, zinku, horčíka a iných látok.

Elektrické nebezpečenstvo

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

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

Dôležité! Prúd pociťovaný osobou začína od hodnoty 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. Významné miesto má teraz jeho využitie pri prenose informácií, aj keď to nevyžaduje veľkú spotrebu elektrickej 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 usmerneného 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.

Zvyčajne sa smer elektrického náboja berie ako smer kladného náboja.

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

Aktuálny výkon.

Výkon elektrického prúdu je 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-tri-che-sky a me-ha-no-che-sky) z-me-rya-et-xia vo wattoch (W).

Aktuálny výkon nezávisí od času pro-the-ka-niya elektrického-tri-che-teho prúdu v obvode, ale definuje-de-la-is-sya ako pro-of-ve-de-ne napätie na silu prúdu.

Napätie.

Elektrické napätie je hodnota, ktorá ukazuje, koľko práce vykonalo elektrické pole pri presune náboja z jedného bodu do druhého. V tomto prípade bude napätie v rôznych častiach obvodu odlišné.

Napríklad: napätie na úseku prázdneho vodiča bude veľmi malé a napätie na úseku s akoukoľvek záťažou bude oveľa väčšie a veľkosť napätia bude závisieť od množstva práce vykonanej prúdom. Zmerajte napätie vo voltoch (1 V). Na určenie napätia existuje vzorec: U \u003d A / q, kde

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

Súčasná sila.

prúdová sila sa nazýva počet nabitých častíc, ktoré pretekajú prierezom vodiča.

Podľa definície prúdová sila priamo úmerné napätiu a nepriamo úmerné odporu.

Sila elektrického prúdu merané prístrojom nazývaným ampérmeter. Množstvo elektrického prúdu (množstvo prenášaného náboja) sa meria v ampéroch. Aby sa zväčšil rozsah označení pre jednotku zmeny, existujú predpony multiplicity ako mikro-mikroampér (μA), míle - miliampér (mA). Iné predpony sa v každodennom živote nepoužívajú. Napríklad: hovoria a píšu „desaťtisíc ampérov“, ale nikdy nepovedia ani nenapíšu 10 kiloampérov. Takéto hodnoty sa v každodennom živote nepoužívajú. To isté možno povedať o nanoampéroch. Zvyčajne hovoria a píšu 1 × 10-9 ampérov.

prúdový odpor.

elektrický odpor nazývaná 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 striedavé obvody a pre striedavé elektromagnetické polia je opísaný z hľadiska impedancie a vlnového odporu. prúdový odpor(často označovaný písmenom R alebo r) sa považuje za odpor prúdu v určitých medziach konštantnú hodnotu pre daný vodič. Pod elektrický odpor rozumieť pomeru napätia na koncoch vodiča k sile prúdu pretekajúceho vodičom.

Podmienky pre výskyt elektrického prúdu vo vodivom prostredí:

1) prítomnosť voľných nabitých častíc;

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

Druhy vplyvu elektrického prúdu na vodivý materiál.

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

2) tepelný - ohrieva sa materiál, ktorým preteká prúd (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 od:

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

R = pl/S

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

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

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

Tabuľka súčasných charakteristík.

Zlúčenina	Sekvenčné	Paralelné
Zachovaná hodnota	I 1 \u003d I 2 \u003d ... \u003d I n I \u003d const	U 1 \u003d U 2 \u003d ... U n U \u003d konšt.
Celková hodnota	Napätie e=Ast/q Hodnota rovnajúca sa práci vynaloženej vonkajšími silami na presun kladného náboja pozdĺž celého obvodu, vrátane zdroja prúdu, do náboja, 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 predstavuje 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 informácie o elektrine, ktoré sa objavili pred mnohými storočiami, sa týkali elektrických „nábojov“ získaných trením. Už v dávnych dobách ľudia vedeli, že jantár, nosený na vlne, získava schopnosť priťahovať ľahké predmety. Ale až na konci 16. storočia anglický lekár Gilbert podrobne študoval tento jav a zistil, že mnohé iné látky majú úplne rovnaké vlastnosti. Telá schopné, ako napríklad jantár, po trení pritiahnuť ľahké predmety, nazval elektrifikovanými. Toto slovo je odvodené z gréckeho elektrónu – „jantár“. V súčasnosti hovoríme, že na telesách v tomto stave sú elektrické náboje a samotné telesá sa nazývajú „nabité“.

Elektrické náboje vznikajú vždy, keď sú rôzne látky v tesnom kontakte. Ak sú telesá pevné, potom ich tesnému kontaktu bránia mikroskopické výčnelky a nepravidelnosti, ktoré existujú na ich povrchu. Stláčaním takýchto telies a ich trením spájame ich povrchy, ktoré by sa bez tlaku dotýkali len v niekoľkých bodoch. V niektorých telesách sa elektrické náboje môžu voľne pohybovať medzi rôznymi časťami, zatiaľ čo v iných to nie je možné. 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, ktoré sú 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 buď kladné alebo záporné. Tento druh prúdu nebude trvať dlho, pretože elektrifikované telo sa vybije. Pre nepretržitú 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 po vynáleze 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.

Hlavné množstvá elektrického prúdu

Množstvo elektriny a sila 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, ktorý elektróny nesú. Tento celkový náboj sa nazýva množstvo elektriny prechádzajúcej vodičom.

Chemický účinok elektrického prúdu závisí najmä od množstva elektriny, t.j. čím viac náboja prejde cez roztok elektrolytu, tým viac látky sa usadzuje 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.

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

elektrické napätie. Už vieme, že elektrický prúd je usporiadaný pohyb nabitých častíc – elektrónov. Tento pohyb vzniká 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 sekundu, musí urobiť viac práce. Na základe toho sa ukazuje, že práca elektrického prúdu by mala závisieť od sily prúdu. Existuje však ďalšia hodnota, od ktorej závisí práca prúdu. Táto hodnota sa nazýva napätie.

Napätie je pomer práce prúdu v určitom úseku elektrického obvodu k náboju pretekajúcemu tou istou časťou obvodu. Prúdová práca sa meria v jouloch (J), náboj sa meria v príveskoch (C). V tomto ohľade bude jednotka merania napätia 1 J / C. Táto jednotka sa nazýva volt (V).

Aby sa v elektrickom obvode objavilo napätie, je potrebný zdroj prúdu. V otvorenom okruhu je napätie prítomné iba na svorkách zdroja prúdu. Ak je tento zdroj prúdu zahrnutý v obvode, napätie sa objaví aj v určitých častiach obvodu. V tomto ohľade bude v obvode tiež prúd. To znamená, že stručne môžeme povedať nasledovné: ak v obvode nie je žiadne napätie, nie je tam žiadny prúd. Na meranie napätia sa používa elektrické meracie zariadenie nazývané voltmeter. Svojím vzhľadom pripomína skôr spomínaný ampérmeter, len s tým rozdielom, že písmeno V je na stupnici voltmetra (namiesto A na ampérmetri). Voltmeter má dve svorky, pomocou ktorých je paralelne zapojený do elektrického obvodu.

Elektrický odpor. Po pripojení všetkých druhov vodičov a ampérmetra k elektrickému obvodu si môžete všimnúť, že pri použití rôznych vodičov dáva ampérmeter rôzne hodnoty, to znamená, že 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 dostala meno Ohm. Vo fyzike sa spravidla používajú väčšie jednotky: kiloohm, megaohm atď. Odpor vodiča sa zvyčajne označuje písmenom R, dĺžka vodiča je L, plocha prierezu je S. V tomto prípade môže byť odpor napísané 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. Odpor je vyjadrený v Ohm x m. Pretože 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. 1 je znázornený odpor niektorých materiálov.

Tabuľka 1. Elektrický odpor niektorých materiálov
Materiál	p, Ohm x m2/m	Materiál	p, Ohm x m2/m
Meď	0,017	Zliatina platiny a irídia	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
Nikel (zliatina)	0,40	Fechral (zliatina)	1,3
		Chromel (zliatina)	1,5

Podľa tabuľky. 1 je zrejmé, že meď má najmenší elektrický odpor a zliatina kovov najväčší. 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, ktorá sa nazýva 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, keď sú vodiče nabité, tým väčšia je ich kapacita. Farad (F) sa berie ako jednotka elektrickej kapacity. V praxi sa používajú frakcie tejto jednotky: mikrofarad (µF) a pikofarad (pF).

Ak vezmete dva vodiče izolované od seba, umiestnite ich v malej vzdialenosti od seba, dostanete kondenzátor. Kapacita kondenzátora závisí od hrúbky jeho dosiek a hrúbky dielektrika a jeho priepustnosti. Znížením hrúbky dielektrika medzi doskami kondenzátora je možné značne zvýšiť kapacitu kondenzátora. 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. Keď sú elektromotory pripojené, elektrický prúd sfunkční všetky druhy zariadení, pohybuje vlakmi po koľajniciach, osvetľuje ulice, vykuruje dom a tiež vytvára chemický efekt, to znamená, že umožňuje elektrolýzu atď. práca prúdu v určitej časti obvodu sa rovná prúdu produktu, napätiu a času, počas ktorého bola práca vykonaná. Práca sa meria v jouloch, napätie vo voltoch, prúd v ampéroch a čas v sekundách. V tomto ohľade 1 J = 1V x 1A x 1s. Z toho vyplýva, že na meranie práce elektrického prúdu by sa mali použiť tri zariadenia naraz: ampérmeter, voltmeter a hodiny. Ale to je ťažkopádne a neefektívne. Preto sa zvyčajne práca elektrického prúdu meria elektromermi. Zariadenie tohto zariadenia obsahuje všetky vyššie uvedené zariadenia.

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

Základné zákony elektrického prúdu

Ohmov zákon. Napätie a prúd sa považujú za najvýhodnejšie charakteristiky elektrických obvodov. Jednou z hlavných čŕt využívania elektriny je rýchla preprava energie z jedného miesta na druhé a jej prenos k spotrebiteľovi v požadovanej forme. Súčin potenciálneho rozdielu a sily 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 urobiť s jedným a vypočítať výkon z jeho údajov a niektorých charakteristík obvodu, ako je jeho odpor? Mnohým sa tento nápad páčil, považovali ho za plodný.

Aký je teda odpor drôtu alebo obvodu ako celku? Má drôt, podobne ako vodovodné potrubie alebo potrubie vo vákuovom systéme, stálu vlastnosť, ktorú možno nazvať odporom? Napríklad v potrubiach je pomer tlakového rozdielu vytvárajúceho prietok delený prietokom zvyčajne konštantnou charakteristikou potrubia. Rovnakým spôsobom tepelný tok v drôte podlieha jednoduchému vzťahu, ktorý zahŕňa 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 pomer. V prvom rade túžil po sláve a sláve, ktorá by mu umožnila vyučovať na univerzite. To bol jediný dôvod, prečo si vybral študijný odbor, ktorý ponúkal osobitné výhody.

Om bol synom zámočníka, takže vedel kresliť kovový drôt rôznej hrúbky, ktorý potreboval na pokusy. Keďže v tých časoch nebolo možné kúpiť vhodný drôt, Om ho vyrobil vlastnými rukami. Počas experimentov skúšal rôzne dĺžky, rôzne hrúbky, rôzne kovy a dokonca aj rôzne teploty. Všetky tieto faktory striedavo menil. V Ohmových časoch boli batérie stále slabé a poskytovali prúd rôznej veľkosti. 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.

Doktrína elektrických obvodov práve dostala svoj vývoj. 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 na jednej strane spôsobila vznik novej oblasti fyziky, na druhej strane bola základom pre prudký rozvoj elektrotechniky, t.j. batérií, generátorov, napájacích systémov osvetlenia a elektrického pohonu. boli vynájdené elektrické pece, elektromotory atď., iné.

Ohmove objavy mali veľký význam ako pre rozvoj teórie elektriny, tak aj pre rozvoj aplikovanej elektrotechniky. Uľahčili predpovedanie vlastností elektrických obvodov pre jednosmerný prúd, neskôr pre striedavý prúd. V roku 1826 vydal Ohm knihu, v ktorej načrtol teoretické závery a experimentálne výsledky. Ale jeho nádeje neboli opodstatnené, kniha sa stretla s výsmechom. Stalo sa to preto, lebo metóda hrubého experimentovania sa zdala málo atraktívna v dobe, keď mnohí ľudia milovali filozofiu.

Omu nemal inú možnosť, ako opustiť svoju pozíciu učiteľa. Z rovnakého dôvodu nedosiahol menovanie na univerzite. 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 v zahraničí rešpektovaný, jeho výskumy sa využívali. V tomto ohľade boli krajania nútení uznať ho vo svojej vlasti. V roku 1849 získal profesúru na univerzite v Mníchove.

Ohm objavil jednoduchý zákon, ktorý stanovuje vzťah medzi prúdom a napätím pre kus drôtu (pre časť obvodu, pre celý obvod). Okrem toho vytvoril 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 nejaký 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 i, potom náboj, ktorý prejde za čas t, 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 \u003d A / t \u003d Ui

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

Predpokladajme, že úsek obvodu je pevný 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 empiricky odvodil E. Lenz a nezávisle od neho Joule.

Treba poznamenať, že zahrievanie vodičov nachádza početné aplikácie v strojárstve. 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 indukčný. Vzhľadom na to, že elektrický prúd sa v obvode vyskytuje iba v prípade vonkajších síl pôsobiacich na voľné náboje, potom s meniacim sa magnetickým tokom prechádzajúcim po povrchu uzavretého obvodu sa v ňom objavujú rovnaké vonkajšie sily. Pôsobenie vonkajších síl sa vo fyzike nazýva elektromotorická sila alebo indukčná EMF.

Elektromagnetická indukcia sa objavuje aj v otvorených vodičoch. V prípade, že vodič pretína siločiary magnetického poľa, na jeho koncoch sa objaví napätie. Dôvodom vzniku takéhoto napätia je indukčný EMF. Ak sa magnetický tok prechádzajúci uzavretým obvodom nezmení, indukčný prúd sa neobjaví.

Použitím konceptu „EMF indukcie“ možno hovoriť o zákone elektromagnetickej indukcie, t.j. EMF indukcie v uzavretej slučke sa v absolútnej hodnote rovná rýchlosti zmeny magnetického toku cez povrch ohraničený slučka.

Lenzove pravidlo. Ako už vieme, vo vodiči vzniká indukčný prúd. V závislosti od podmienok jeho vzhľadu má iný smer. Ruský fyzik Lenz pri tejto príležitosti sformuloval nasledujúce pravidlo: indukčný prúd, ktorý sa vyskytuje v uzavretom okruhu, má vždy taký smer, že magnetické pole, ktoré vytvára, neumožňuje zmenu magnetického toku. To všetko spôsobuje vzhľad 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 aj takzvaná samoindukcia. Jeho podstata je nasledovná. Ak sa v cievke objaví prúd alebo sa zmení jeho sila, objaví sa meniace sa magnetické pole. A ak sa magnetický tok prechádzajúci cievkou zmení, potom v ňom vzniká elektromotorická sila, ktorá sa nazýva EMF samoindukcie.

Podľa Lenzovho pravidla EMF samoindukcie pri zatvorenom okruhu zasahuje do sily prúdu a neumožňuje jej zvýšenie. Keď je obvod EMF vypnutý, samoindukcia 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 prezradil, že keď sa jantár trení o vlnu, následne dokáže pritiahnuť ľahké predmety. Z gréčtiny sa „elektrina“ prekladá ako „jantár“. V roku 1820 André-Marie Ampère zaviedol zákon o jednosmernom prúde. V budúcnosti sa veľkosť prúdu alebo to, v čom sa meria elektrický prúd, začala označovať v ampéroch.

Význam termínu

Pojem elektrický prúd možno nájsť v každej učebnici fyziky. elektrický prúd- ide o usporiadaný pohyb elektricky nabitých častíc v smere. Aby ste pre jednoduchého laika 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 vnútri vodiča sa rozlišujú: typy prúdov:

• konštantný;
• variabilný;
• prerušované alebo pulzujúce.

Základné merania

Sila elektrického prúdu- hlavný ukazovateľ, ktorý používajú elektrikári pri svojej práci. Sila elektrického prúdu závisí od veľkosti náboja, ktorý preteká elektrickým obvodom po stanovenú dobu. Čím viac elektrónov preteklo od jedného začiatku zdroja ku koncu, tým väčší bude náboj prenesený elektrónmi.

Množstvo, ktoré sa meria ako pomer elektrického náboja pretekajúceho prierezom častíc vo vodiči k času, keď prejde. Náboj sa meria v coulombách, čas sa meria v sekundách a jedna jednotka sily elektrického prúdu je určená pomerom náboja k času (coulomb ku sekunde) alebo v ampéroch. Stanovenie elektrického prúdu (jeho sily) prebieha zapojením dvoch svoriek do série do elektrického obvodu.

Pri fungovaní elektrického prúdu sa pohyb nabitých častíc 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 voltov sa meria voltmetrom, keď sú dve svorky prístroja zapojené paralelne k obvodu.

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

Výkon je určený pomerom práce pohybu prúdov k času, kedy táto práca nastala. Merajte výkon vo wattoch.

Takáto fyzikálna veličina ako 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.

Hodnota práce elektriny v určitom intervale reťazca sa zistí pomocou súčinu sily prúdu, napätia a časového obdobia, v ktorom bola práca vykonaná. Ten sa meria v jouloch. Stanovenie práce elektrického prúdu sa uskutočňuje pomocou merača, ktorý spája odčítanie všetkých veličín, menovite napätia, sily a času.

Elektrotechnické bezpečnostné inžinierstvo

Poznanie 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. Pre bezpečnosť domova musí dodržiavať nasleduje jednoduché ale dôležité pravidlá:

1. Izolácia siete musí byť vždy v dobrom funkčnom stave, aby sa predišlo preťaženiu alebo možnosti skratu.
2. Vlhkosť by sa nemala dostať na elektrické spotrebiče, vodiče, štíty atď. Tiež vlhké prostredie vyvoláva skraty.
3. Uistite sa, že ste uzemnili všetky elektrické zariadenia.
4. Je potrebné zabrániť preťaženiu elektrického vedenia, pretože hrozí vznietenie vodičov.

Bezpečnostné opatrenia pri práci s elektrinou zahŕňajú používanie gumených rukavíc, palčiakov, koberčekov, vybíjacích zariadení, uzemňovacích zariadení pre pracovné oblasti, ističov alebo poistiek s tepelnou a prúdovou ochranou.

Skúsení elektrikári, keď existuje možnosť úrazu elektrickým prúdom, pracujú jednou rukou a druhú majú vo vrecku. V prípade neúmyselného kontaktu s tienením alebo iným uzemneným zariadením sa teda preruší okruh z ruky do ruky. V prípade vznietenia zariadenia pripojeného k sieti požiar haste výlučne práškovými alebo oxidovými hasiacimi prístrojmi.

Aplikácia elektrického prúdu

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

Elektrina je dnes najekologickejšia forma energie. Rozvoj elektroenergetiky má v podmienkach modernej ekonomiky 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, a napokon, 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 sa nedá s istotou povedať, že o ňom vieme úplne všetko.

Pojem a podstata elektrického prúdu

Elektrický prúd, ako je známe zo školského kurzu fyziky, nie je nič iné ako usporiadaný pohyb akýchkoľvek nabitých častíc. Ako záporne nabité elektróny, tak ióny môžu pôsobiť ako ióny. Predpokladá sa, že tento typ hmoty môže vzniknúť iba v takzvaných vodičoch, ale zďaleka to tak nie je. 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 ťažký a vyžaduje si obrovské vonkajšie úsilie, 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 zohrávajú úlohu prenášačov 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, ktorými sú meniče rôznych druhov mechanickej a tepelnej energie. Nazývajú sa zdroje energie.

Otázka o súčasných zdrojoch

Zdroje elektrického prúdu sú špeciálne zariadenia, ktoré vytvárajú elektrické pole. Medzi najvýznamnejšie z nich patria galvanické články, solárne panely, generátory, batérie. charakterizované ich silou, výkonom a trvaním práce.

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 (nazývané aj elektromotorická sila) nie je nič iné ako veľkosť potenciálneho rozdielu, vďaka ktorému prechádzajúci náboj vykoná určitú prácu. Nakoniec odpor je vnútorná charakteristika vodiča, ktorá ukazuje, koľko sily musí náboj vynaložiť, aby ním prešiel.