Elektrik akımının temel kavramları. Elektrik akımının tanımı

Bir kişi bir elektrik akımı yaratmayı ve kullanmayı öğrendiğinde, yaşam kalitesi çarpıcı biçimde arttı. Artık elektriğin önemi her yıl artarak devam ediyor. Elektrikle ilgili daha karmaşık konuları anlamayı öğrenmek için önce elektrik akımının ne olduğunu anlamalısınız.

güncel nedir

Elektrik akımının tanımı, pozitif veya negatif yüklü, hareketli taşıyıcı parçacıkların yönlendirilmiş bir akışı biçimindeki temsilidir. Ücret taşıyıcıları şunlar olabilir:

• metallerde hareket eden negatif yüklü elektronlar;
• sıvılarda veya gazlarda iyonlar;
• yarı iletkenlerde hareketli elektronlardan pozitif yüklü delikler.

Akımın ne olduğu, bir elektrik alanının varlığı ile belirlenir. Onsuz, yüklü parçacıkların yönlendirilmiş bir akışı ortaya çıkmaz.

Elektrik akımı kavramıtezahürlerini listelemeden eksik olurdu:

1. Herhangi bir elektrik akımına bir manyetik alan eşlik eder;
2. İletkenler geçerken ısınırlar;
3. Elektrolitler kimyasal bileşimi değiştirir.

İletkenler ve yarı iletkenler

Elektrik akımı yalnızca iletken bir ortamda bulunabilir, ancak akışının doğası farklıdır:

1. Metalik iletkenlerde, bir elektrik alanının etkisi altında hareket etmeye başlayan serbest elektronlar vardır. Sıcaklık yükseldiğinde, iletkenlerin direnci de artar, çünkü ısı, atomların hareketini kaotik bir şekilde arttırır, bu da serbest elektronlara müdahale eder;
2. Elektrolitlerin oluşturduğu sıvı bir ortamda, ortaya çıkan elektrik alanı ayrışma sürecine neden olur - yükün işaretine bağlı olarak pozitif ve negatif kutuplara (elektrotlara) doğru hareket eden katyon ve anyon oluşumu. Elektrolitin ısıtılması, moleküllerin daha aktif ayrışması nedeniyle dirençte bir azalmaya yol açar;

Önemli! Elektrolit katı olabilir, ancak içindeki akımın doğası sıvı ile aynıdır.

1. Gazlı ortam, harekete geçen iyonların varlığı ile de karakterize edilir. Plazma oluşur. Radyasyon ayrıca yönlendirilmiş harekete katılan serbest elektronlara yol açar;
2. Vakumda bir elektrik akımı oluştururken, negatif elektrotta salınan elektronlar pozitife doğru hareket eder;
3. Yarı iletkenlerde, bağları ısıtmadan koparan serbest elektronlar vardır. Yerlerinde artı işaretli bir yükü olan delikler var. Delikler ve elektronlar yönlendirilmiş hareket yaratabilirler.

İletken olmayan ortamlara dielektrik denir.

Önemli! Akımın yönü, artı işareti ile yük taşıyıcı parçacıkların hareket yönüne karşılık gelir.

Akım türü

1. Devamlı. Akım ve yönün sabit bir nicel değeri ile karakterize edilir;
2. Değişken. Zamanla, periyodik olarak özelliklerini değiştirir. Değiştirilen parametreye bağlı olarak birkaç çeşide ayrılır. Ağırlıklı olarak akımın nicel değeri ve yönü bir sinüzoid boyunca değişir;
3. Girdap akımları. Manyetik akı değişikliğe uğradığında meydana gelir. Kutuplar arasında hareket etmeden kapalı devreler oluşturun. Girdap akımları yoğun ısı üretimine neden olur ve bunun sonucunda kayıplar artar. Elektromanyetik bobinlerin çekirdeklerinde, katı bir bobin yerine ayrı yalıtılmış plakaların tasarımı kullanılarak sınırlandırılırlar.

Elektrik devresinin özellikleri

1. Mevcut güç. Bu, iletkenlerin kesiti üzerinden geçici bir birime geçen yükün nicel bir ölçümüdür. Ücretler coulomb (C) cinsinden ölçülür, zaman birimi ikincidir. Mevcut güç C / s'dir. Ortaya çıkan orana, akımın nicel değerinin ölçüldüğü amper (A) adı verildi. Ölçüm cihazı, elektrik bağlantılarının devresine seri olarak bağlanmış bir ampermetredir;
2. Güç. İletkendeki elektrik akımı ortamın direncini yenmelidir. Belli bir zaman diliminde bunu aşmak için harcanan iş güç olacaktır. Bu durumda elektriğin diğer enerji türlerine dönüştürülmesi - iş yapılır. Güç, akımın gücüne, voltaja bağlıdır. Ürünleri aktif gücü belirleyecektir. Başka bir zamanla çarpıldığında, enerji tüketimi elde edilir - sayacın gösterdiği. Güç, voltamper (VA, kVA, mVA) veya watt (W, kW, mW) cinsinden ölçülebilir;
3. Gerilim. En önemli üç özellikten biri. Akımın akması için, kapalı bir elektrik bağlantı devresinin iki noktası arasında bir potansiyel farkı yaratmak gerekir. Gerilim, tek bir yük taşıyıcının hareketi sırasında elektrik alanı tarafından üretilen iş ile karakterize edilir. Formüle göre gerilimin birimi, volta (V) karşılık gelen J/C'dir. Ölçüm cihazı, paralel bağlanmış bir voltmetredir;
4. Direnç. İletkenlerin elektrik akımını geçirme yeteneğini karakterize eder. İletken malzemesi, bölümünün uzunluğu ve alanı ile belirlenir. Ölçüm ohm (Ohm) cinsindendir.

Elektrik akımı yasaları

Elektrik devreleri üç ana yasa kullanılarak hesaplanır:

1. Ohm kanunu. 19. yüzyılın başında bir Alman fizikçi tarafından doğru akım için araştırılmış ve formüle edilmiş, daha sonra alternatif akıma da uygulanmıştır. Akım, gerilim ve direnç arasındaki ilişkiyi kurar. Ohm yasası temelinde, hemen hemen her elektrik devresi hesaplanır. Temel formül: I \u003d U / R veya akım gücü, voltajla doğru orantılı ve dirençle ters orantılıdır;

1. Faraday yasası. Elektromanyetik indüksiyonu ifade eder. İletkenlerdeki endüktif akımların görünümü, kapalı bir devrede EMF'nin (elektromotor kuvvet) indüksiyonu nedeniyle zamanla değişen bir manyetik akının etkisinden kaynaklanır. Volt cinsinden ölçülen indüklenen emf modülü, manyetik akının değişme hızı ile orantılıdır. İndüksiyon yasası sayesinde elektrik üreten jeneratörler;
2. Joule-Lenz yasası. Isıtma, aydınlatma armatürleri ve diğer elektrikli ekipmanların tasarımı ve üretimi için kullanılan iletkenlerin ısınmasını hesaplarken önemlidir. Kanun, bir elektrik akımının geçişi sırasında açığa çıkan ısı miktarını belirlemenize izin verir:

burada akan akımın gücü, R direnç, t zamandır.

Atmosferdeki elektrik

Atmosferde bir elektrik alanı olabilir, iyonlaşma süreçleri meydana gelir. Oluşumlarının doğası tam olarak açık olmasa da, çeşitli açıklayıcı hipotezler vardır. En popüler olanı, atmosferdeki elektriği temsil etmek için bir analog olarak bir kapasitördür. Plakaları, aralarında bir dielektrik dolaştığı - hava olan dünya yüzeyini ve iyonosferi işaretleyebilir.

Atmosferik elektrik türleri:

1. Fırtınalar. Görünür bir parıltı ve gök gürültülü peals ile yıldırım. Yıldırım voltajı, 500.000 A akım gücünde yüz milyonlarca volta ulaşır;

1. Saint Elmo'nun Yangınları. Teller, direkler etrafında üretilen elektriğin korona deşarjı;
2. Top Yıldırım. Havada hareket eden bir top şeklinde deşarj;
3. Kutup ışıkları. Uzaydan nüfuz eden yüklü parçacıkların etkisi altında dünyanın iyonosferinin çok renkli parıltısı.

Bir kişi, yaşamın her alanında elektrik akımının faydalı özelliklerini kullanır:

• aydınlatma;
• sinyal iletimi: telefon, radyo, televizyon, telgraf;
• elektrikli ulaşım: trenler, elektrikli arabalar, tramvaylar, troleybüsler;
• rahat bir mikro iklimin yaratılması: ısıtma ve klima;
• Tıbbi malzeme;
• evde kullanım: elektrikli ev aletleri;
• bilgisayarlar ve mobil cihazlar;
• endüstri: takım tezgahları ve teçhizatı;
• elektroliz: alüminyum, çinko, magnezyum ve diğer maddelerin elde edilmesi.

Elektrik tehlikesi

Koruyucu ekipman olmadan elektrik akımıyla doğrudan temas, insanlar için ölümcüldür. Birkaç tür etki mümkündür:

• termal yanık;
• bileşiminde bir değişiklik ile kan ve lenfin elektrolitik bölünmesi;
• konvülsif kas kasılmaları, kalp fibrilasyonunu tamamen durana kadar tetikleyebilir, solunum sisteminin işleyişini bozabilir.

Önemli! Kişi tarafından hissedilen akım 1 mA değerinden başlar, akım değeri 25 mA ise vücutta ciddi olumsuz değişiklikler olması mümkündür.

Elektrik akımının en önemli özelliği, bir insan için yararlı işler yapabilmesidir: bir evi yakmak, çamaşırları yıkamak ve kurutmak, akşam yemeği pişirmek, bir evi ısıtmak. Şimdi, büyük bir elektrik tüketimi gerektirmese de, bilgi iletiminde kullanımı ile önemli bir yer kaplıyor.

Video

Elektrik akımı artık her binada kullanılmaktadır. mevcut özellikler evdeki elektrik şebekesinde, hayati tehlike oluşturduğunu her zaman hatırlamalısınız.

Elektrik akımı, bir elektrik alanının etkisi altında elektrik yüklerinin (gazlarda - iyonlarda ve elektronlarda, metallerde - elektronlarda) yönlendirilmiş hareketinin etkisidir.

Alan boyunca pozitif yüklerin hareketi, alana karşı negatif yüklerin hareketine eşdeğerdir.

Genellikle, elektrik yükünün yönü, pozitif yükün yönü olarak alınır.

• mevcut güç;
• Gerilim;
• mevcut güç;
• akım direnci.

Mevcut güç.

Elektrik akımının gücü akımın yaptığı işin, bu işin yapıldığı zamana oranıdır.

Devrenin bir bölümünde bir elektrik akımının geliştirdiği güç, bu bölümdeki akım ve voltajın büyüklüğü ile doğru orantılıdır. Watt (W) cinsinden-me-rya-et-xia'dan güç (elektrik-üç-gökyüzü ve me-ha-no-che-gökyüzü).

Mevcut güç devredeki elektrik-tri-che-th akımının pro-the-ka-niya zamanına bağlı değildir, ancak-de-la-is-sya'yı pro-of-ve-de -ne olarak tanımlar akım gücüne voltaj.

Gerilim.

Elektrik gerilimi bir yükü bir noktadan diğerine taşırken bir elektrik alanının ne kadar iş yaptığını gösteren bir değerdir. Bu durumda, devrenin farklı bölümlerindeki voltaj farklı olacaktır.

Örneğin: boş telin bölümündeki voltaj çok küçük olacak ve herhangi bir yük ile bölümdeki voltaj çok daha büyük olacak ve voltajın büyüklüğü akımın yaptığı iş miktarına bağlı olacaktır. Voltajı (1 V) volt cinsinden ölçün. Gerilimi belirlemek için bir formül vardır: U \u003d A / q, burada

• U - voltaj,
• A, akımın q yükünü devrenin belirli bir bölümüne taşımak için yaptığı iştir.

Mevcut güç.

mevcut güç iletkenin enine kesitinden geçen yüklü parçacıkların sayısı olarak adlandırılır.

Tanım olarak mevcut güç gerilimle doğru orantılı dirençle ters orantılıdır.

Elektrik akımının gücü ampermetre denilen aletle ölçülür. Elektrik akımı miktarı (taşınan yük miktarı) amper cinsinden ölçülür. Değişim biriminin tanım aralığını artırmak için mikro-mikroamper (μA), mil - miliamper (mA) gibi çok sayıda önek vardır. Diğer önekler günlük yaşamda kullanılmaz. Örneğin: "on bin amper" derler ve yazarlar ama asla 10 kiloamper demezler veya yazmazlar. Bu tür değerler günlük yaşamda kullanılmaz. Aynı şey nanoamperler için de söylenebilir. Genelde 1×10-9 Amper derler ve yazarlar.

akım direnci.

elektrik direnci iletkenin elektrik akımının geçişini engelleyen özelliklerini karakterize eden ve iletkenin uçlarındaki voltajın, içinden geçen akımın gücüne oranına eşit olan fiziksel bir nicelik olarak adlandırılır.

AC devreleri ve alternatif elektromanyetik alanlar için direnç, empedans ve dalga direnci cinsinden tanımlanır. akım direnci(çoğunlukla R veya r harfi ile gösterilir), belirli sınırlar içinde akımın direnci, belirli bir iletken için sabit bir değer olarak kabul edilir. Altında elektrik direnciİletkenin uçlarındaki voltajın, iletkenden geçen akımın gücüne oranını anlayın.

İletken bir ortamda elektrik akımı oluşma koşulları:

1) serbest yüklü parçacıkların varlığı;

2) bir elektrik alanı varsa (iletkenin iki noktası arasında potansiyel bir fark var).

Elektrik akımının iletken bir malzeme üzerindeki etki türleri.

1) kimyasal - iletkenlerin kimyasal bileşiminde bir değişiklik (esas olarak elektrolitlerde oluşur);

2) termal - akımın aktığı malzeme ısıtılır (bu etki süper iletkenlerde yoktur);

3) manyetik - bir manyetik alanın görünümü (tüm iletkenlerde oluşur).

Akımın temel özellikleri.

1. Akım gücü I harfi ile gösterilir - t zamanında iletkenden geçen Q elektrik miktarına eşittir.

ben=Q/t

Akım gücü bir ampermetre ile belirlenir.

Voltaj bir voltmetre ile belirlenir.

3. İletken malzemenin R direnci.

Direnç şunlara bağlıdır:

a) S iletkeninin enine kesitinde, uzunluğu l ve malzemesi üzerinde (iletkenin ρ özgül direnci ile gösterilir);

R=pl/S

b) t°С (veya Т) sıcaklığında: R = R0 (1 + αt),

• burada R0, iletkenin 0°С'deki direncidir,
• α - direnç sıcaklık katsayısı;

c) Çeşitli etkiler elde etmek için iletkenler hem paralel hem de seri bağlanabilir.

Mevcut özellikler tablosu.

Birleştirmek	Ardışık	Paralel
korunan değer	I 1 \u003d I 2 \u003d ... \u003d I n I \u003d const	U 1 \u003d U 2 \u003d ... U n U \u003d sabit
Toplam değer	Gerilim e=Ast/q Akım kaynağı da dahil olmak üzere tüm devre boyunca pozitif bir yükü yüke taşımak için dış kuvvetler tarafından harcanan işe eşit değere akım kaynağının elektromotor kuvveti (EMF) denir: e=Ast/q Elektrikli ekipmanı tamir ederken mevcut özellikler bilinmelidir.

Her şeyden önce, elektrik akımını neyin oluşturduğunu bulmaya değer. Elektrik akımı, bir iletkendeki yüklü parçacıkların düzenli hareketidir. Ortaya çıkması için, önce yukarıda belirtilen yüklü parçacıkların etkisi altında hareket etmeye başlayacağı bir elektrik alanı oluşturulmalıdır.

Yüzyıllar önce ortaya çıkan elektrikle ilgili ilk bilgiler, sürtünme yoluyla elde edilen elektrik "yükleri" ile ilgiliydi. Zaten eski zamanlarda, insanlar yün üzerine giyilen kehribarın hafif nesneleri çekme yeteneği kazandığını biliyorlardı. Ancak yalnızca 16. yüzyılın sonunda, İngiliz doktor Gilbert bu fenomeni ayrıntılı olarak inceledi ve diğer birçok maddenin tamamen aynı özelliklere sahip olduğunu keşfetti. Amber gibi, hafif nesneleri çekmek için ovuşturulduktan sonra, elektriklenmiş bedenler olarak adlandırıldı. Bu kelime Yunanca elektron - "kehribar" kelimesinden türetilmiştir. Şu anda, bu durumdaki cisimler üzerinde elektrik yükleri olduğunu ve cisimlerin kendilerine "yüklü" denildiğini söylüyoruz.

Elektrik yükleri her zaman farklı maddeler yakın temas halindeyken ortaya çıkar. Gövdeler katı ise, yüzeylerinde bulunan mikroskobik çıkıntılar ve düzensizlikler ile yakın temasları engellenir. Bu tür cisimleri sıkarak ve birbirine sürterek, basınç olmadan sadece birkaç noktada temas edecek olan yüzeylerini bir araya getiriyoruz. Bazı cisimlerde elektrik yükleri farklı parçalar arasında serbestçe hareket edebilirken bazılarında bu mümkün değildir. İlk durumda, gövdelere "iletkenler" ve ikincisinde - "dielektrikler veya yalıtkanlar" denir. İletkenlerin tümü metaller, sulu tuz ve asit çözeltileridir, vb. İzolatör örnekleri amber, kuvars, ebonit ve normal koşullar altında bulunan tüm gazlardır.

Bununla birlikte, cisimlerin iletkenlere ve dielektriklere bölünmesinin çok keyfi olduğuna dikkat edilmelidir. Tüm maddeler az ya da çok elektriği iletir. Elektrik yükleri pozitif veya negatiftir. Bu tür bir akım uzun sürmez çünkü elektrikli gövdenin şarjı bitecektir. Bir iletkende sürekli bir elektrik akımının olması için, bir elektrik alanının korunması gereklidir. Bu amaçlar için elektrik akımı kaynakları kullanılır. Bir elektrik akımının meydana gelmesinin en basit durumu, telin bir ucunun elektrikli bir gövdeye ve diğerinin toprağa bağlanmasıdır.

Aydınlatma ampullerine ve elektrik motorlarına akım sağlayan elektrik devreleri, 1800'lü yıllara dayanan pillerin icadından sonra ortaya çıktı. Bundan sonra, elektrik doktrini o kadar hızlı gelişti ki, bir yüzyıldan daha kısa bir süre içinde sadece fiziğin bir parçası olmakla kalmadı, aynı zamanda yeni bir elektrik uygarlığının temelini oluşturdu.

Elektrik akımının ana miktarları

Elektrik miktarı ve akım gücü. Elektrik akımının etkileri güçlü veya zayıf olabilir. Elektrik akımının gücü, belirli bir zaman biriminde devreden geçen yük miktarına bağlıdır. Kaynağın bir kutbundan diğerine ne kadar çok elektron hareket ederse, elektronların taşıdığı toplam yük o kadar büyük olur. Bu toplam yüke iletkenden geçen elektrik miktarı denir.

Özellikle, elektrik akımının kimyasal etkisi elektrik miktarına bağlıdır, yani elektrolit çözeltisinden ne kadar fazla yük geçerse, katot ve anotta o kadar fazla madde çökecektir. Bu bağlamda, elektrot üzerinde biriken maddenin kütlesi tartılarak ve bu maddenin bir iyonunun kütlesi ve yükü bilinerek elektrik miktarı hesaplanabilir.

Akım gücü, iletkenin enine kesitinden geçen elektrik yükünün akış zamanına oranına eşit bir miktardır. Yük birimi coulomb'dur (C), zaman saniye (sn) cinsinden ölçülür. Bu durumda akım kuvvetinin birimi C/s olarak ifade edilir. Bu birime amper (A) denir. Bir devredeki akım şiddetini ölçmek için ampermetre adı verilen elektriksel ölçüm cihazı kullanılır. Devreye dahil etmek için ampermetre iki terminal ile donatılmıştır. Devreye seri olarak dahildir.

elektrik gerilimi. Elektrik akımının yüklü parçacıkların - elektronların düzenli bir hareketi olduğunu zaten biliyoruz. Bu hareket, belirli bir miktarda iş yapan bir elektrik alanı yardımıyla oluşturulur. Bu olaya elektrik akımının işi denir. Bir elektrik devresinde 1 saniyede daha fazla yükü hareket ettirmek için elektrik alanının daha fazla iş yapması gerekir. Buna dayanarak, bir elektrik akımının işinin akımın gücüne bağlı olması gerektiği ortaya çıktı. Ancak akımın çalışmasının bağlı olduğu başka bir değer daha var. Bu değere voltaj denir.

Gerilim, elektrik devresinin belirli bir bölümündeki akımın, devrenin aynı bölümünden geçen yüke oranıdır. Mevcut iş joule (J) cinsinden, yük ise pandantif (C) cinsinden ölçülür. Bu bağlamda gerilim ölçü birimi 1 J/C olacaktır. Bu birime volt (V) denir.

Bir elektrik devresinde gerilimin oluşabilmesi için bir akım kaynağına ihtiyaç vardır. Açık devrede voltaj sadece akım kaynağı terminallerinde bulunur. Bu akım kaynağı devreye dahil edilirse, devrenin belirli bölümlerinde voltaj da görünecektir. Bu bakımdan devrede de bir akım olacaktır. Yani kısaca şunu söyleyebiliriz: Devrede gerilim yoksa akım da yoktur. Voltajı ölçmek için voltmetre adı verilen elektriksel bir ölçüm cihazı kullanılır. Görünüşünde, daha önce bahsedilen ampermetreye benzer, tek fark V harfinin voltmetre ölçeğinde (ampermetrede A yerine) olmasıdır. Voltmetre, yardımıyla elektrik devresine paralel olarak bağlandığı iki terminale sahiptir.

Elektrik direnci. Bir elektrik devresine her türlü iletkeni ve ampermetreyi bağladıktan sonra farklı iletkenler kullanıldığında ampermetrenin farklı okumalar verdiğini yani bu durumda elektrik devresinde mevcut olan akım gücünün farklı olduğunu fark edebilirsiniz. Bu fenomen, farklı iletkenlerin fiziksel bir miktar olan farklı elektrik direncine sahip olmasıyla açıklanabilir. Alman fizikçinin onuruna Ohm adını aldı. Kural olarak, fizikte daha büyük birimler kullanılır: kiloohm, megaohm, vb. İletken direnci genellikle R harfi ile gösterilir, iletken uzunluğu L, kesit alanı S'dir. Bu durumda direnç formül olarak yazılır:

R = R * L/S

p katsayısına özdirenç denir. Bu katsayı, 1 m2'ye eşit bir kesit alanına sahip 1 m uzunluğunda bir iletkenin direncini ifade eder. Direnç, Ohm x m cinsinden ifade edilir, teller kural olarak oldukça küçük bir kesite sahip olduğundan, alanları genellikle milimetre kare olarak ifade edilir. Bu durumda özdirenç birimi Ohm x mm2/m olacaktır. Aşağıdaki tabloda. 1, bazı malzemelerin direncini gösterir.

Tablo 1. Bazı malzemelerin elektrik direnci
Malzeme	p, Ohm x m2/m	Malzeme	p, Ohm x m2/m
Bakır	0,017	Platin iridyum alaşımı	0,25
Altın	0,024	Grafit	13
Pirinç	0,071	Kömür	40
Teneke	0,12	Porselen	1019
Öncülük etmek	0,21	Ebonit	1020
Metal veya Alaşım
Gümüş	0,016	Manganin (alaşım)	0,43
Alüminyum	0,028	Köstence (alaşım)	0,50
Tungsten	0,055	Merkür	0,96
Ütü	0,1	Nikrom (alaşım)	1,1
Nikel alaşımı)	0,40	Fechral (alaşım)	1,3
		Kromel (alaşım)	1,5

Tabloya göre. 1, bakırın en küçük elektrik direncine sahip olduğu ve bir metal alaşımının en büyük olduğu ortaya çıkıyor. Ayrıca dielektrikler (yalıtkanlar) yüksek dirence sahiptir.

Elektrik kapasitansı. Birbirinden izole edilmiş iki iletkenin elektrik yükü biriktirebileceğini zaten biliyoruz. Bu fenomen, elektrik kapasitansı adı verilen fiziksel bir nicelik ile karakterize edilir. İki iletkenin elektrik kapasitansı, birinin yükünün, bu iletken ile komşu iletken arasındaki potansiyel farka oranından başka bir şey değildir. İletkenler bir yük aldığında voltaj ne kadar düşükse, kapasitansları o kadar büyük olur. Farad (F), elektrik kapasitansının birimi olarak alınır. Pratikte bu birimin kesirleri kullanılır: mikrofarad (µF) ve pikofarad (pF).

Birbirinden izole edilmiş iki iletken alırsanız, birbirlerinden küçük bir mesafeye yerleştirin, bir kapasitör elde edersiniz. Bir kapasitörün kapasitansı, plakalarının kalınlığına ve dielektrik kalınlığına ve geçirgenliğine bağlıdır. Kondansatörün plakaları arasındaki dielektrik kalınlığını azaltarak, ikincisinin kapasitansını büyük ölçüde artırmak mümkündür. Tüm kapasitörlerde, kapasitanslarına ek olarak, bu cihazların tasarlandığı voltaj belirtilmelidir.

Elektrik akımının işi ve gücü. Yukarıdakilerden, elektrik akımının belirli bir miktarda iş yaptığı açıktır. Elektrik motorları bağlandığında, elektrik akımı her türlü ekipmanı çalıştırır, trenleri raylar boyunca hareket ettirir, sokakları aydınlatır, evi ısıtır ve ayrıca kimyasal bir etki yaratır, yani elektrolize izin verir vb. devrenin belirli bir bölümündeki akımın işi, işin yapıldığı ürün akımına, voltajına ve zamana eşittir. İş joule, voltaj volt, akım amper ve zaman saniye cinsinden ölçülür. Bu bakımdan 1 J = 1V x 1A x 1s. Bundan, bir elektrik akımının çalışmasını ölçmek için aynı anda üç cihazın kullanılması gerektiği ortaya çıktı: bir ampermetre, bir voltmetre ve bir saat. Ama bu hantal ve verimsiz. Bu nedenle, genellikle elektrik akımının işi elektrik sayaçları ile ölçülür. Bu cihazın cihazı, yukarıdaki cihazların tümünü içerir.

Bir elektrik akımının gücü, akımın işinin yapıldığı zamana oranına eşittir. Güç "P" harfi ile gösterilir ve watt (W) olarak ifade edilir. Pratikte kilovat, megavat, hektowatt vs kullanılır.Devrenin gücünü ölçmek için bir wattmetre almanız gerekir. Elektrik işi kilovat saat (kWh) olarak ifade edilir.

Elektrik akımının temel yasaları

Ohm yasası. Gerilim ve akım, elektrik devrelerinin en uygun özellikleri olarak kabul edilir. Elektrik kullanımının temel özelliklerinden biri, enerjinin bir yerden başka bir yere hızlı bir şekilde taşınması ve tüketiciye istenilen biçimde aktarılmasıdır. Potansiyel fark ve akım kuvvetinin çarpımı güç verir, yani devrede birim zamanda verilen enerji miktarı. Yukarıda belirtildiği gibi, bir elektrik devresindeki gücü ölçmek için 3 cihaz gerekir. Biriyle yapmak ve okumalarından ve devrenin direnci gibi bazı özelliklerinden gücü hesaplamak mümkün mü? Birçok insan bu fikri beğendi, verimli buldu.

Peki, bir telin veya bir bütün olarak devrenin direnci nedir? Bir vakum sistemindeki su boruları veya borular gibi bir telin direnç olarak adlandırılabilecek sabit bir özelliği var mıdır? Örneğin borularda, akış oluşturan basınç farkının akış hızına oranı genellikle borunun sabit bir özelliğidir. Aynı şekilde, bir teldeki ısı akışı, sıcaklık farkını, telin kesit alanını ve uzunluğunu içeren basit bir ilişkiye tabidir. Elektrik devreleri için böyle bir ilişkinin keşfi, başarılı bir araştırmanın sonucuydu.

1820'lerde, Alman öğretmen Georg Ohm, yukarıdaki oranı aramaya başlayan ilk kişi oldu. Her şeyden önce, üniversitede ders vermesine izin verecek olan şöhret ve şöhreti arzuladı. Belirli avantajlar sunan bir çalışma alanını seçmesinin tek nedeni buydu.

Om bir çilingirin oğluydu, bu nedenle deneyler için ihtiyaç duyduğu farklı kalınlıklarda metal tellerin nasıl çekileceğini biliyordu. O günlerde uygun bir tel satın almak imkansız olduğundan, Om kendi elleriyle yaptı. Deneyler sırasında farklı uzunluklar, farklı kalınlıklar, farklı metaller ve hatta farklı sıcaklıklar denedi. Tüm bu faktörler sırayla değişiyordu. Ohm zamanında, piller hala zayıftı ve değişken büyüklükte bir akım veriyordu. Bu bağlamda, araştırmacı, sıcak bağlantısı bir aleve yerleştirilmiş bir jeneratör olarak bir termokupl kullandı. Ek olarak, ham bir manyetik ampermetre kullandı ve sıcaklığı veya termal bağlantıların sayısını değiştirerek potansiyel farkları (Ohm onlara "gerilim" olarak adlandırdı) ölçtü.

Elektrik devreleri doktrini gelişimini henüz yeni almıştır. 1800 civarında pillerin icadından sonra çok daha hızlı gelişmeye başladı. Çeşitli cihazlar tasarlandı ve üretildi (çoğunlukla elle), yeni yasalar keşfedildi, kavramlar ve terimler ortaya çıktı, vb. Bütün bunlar, elektriksel fenomenlerin ve faktörlerin daha derinden anlaşılmasına yol açtı.

Elektrikle ilgili bilgilerin güncellenmesi, bir yandan yeni bir fizik alanının ortaya çıkmasına neden olurken, diğer yandan elektrik mühendisliğinin, yani pillerin, jeneratörlerin, aydınlatma için güç kaynağı sistemlerinin ve elektrikli tahrikin hızlı gelişiminin temelini oluşturdu. , elektrikli fırınlar, elektrik motorları vb. icat edildi, diğer.

Ohm'un keşifleri hem elektrik teorisinin gelişimi hem de uygulamalı elektrik mühendisliğinin gelişimi için büyük önem taşıyordu. Doğru akım ve daha sonra alternatif akım için elektrik devrelerinin özelliklerini tahmin etmeyi kolaylaştırdılar. 1826'da Ohm, teorik sonuçları ve deneysel sonuçları özetlediği bir kitap yayınladı. Ancak umutları haklı çıkmadı, kitap alay konusu oldu. Bunun nedeni, birçok insanın felsefeye düşkün olduğu bir çağda kaba deney yönteminin pek çekici gelmemesiydi.

Omu'nun öğretmenlik görevinden ayrılmaktan başka seçeneği yoktu. Aynı nedenle üniversitede randevu alamadı. 6 yıl boyunca, bilim adamı geleceğe güvenmeden yoksulluk içinde yaşadı ve acı bir hayal kırıklığı hissi yaşadı.

Ama yavaş yavaş eserleri önce Almanya dışında ün kazandı. Om yurtdışında saygı gördü, araştırmaları kullanıldı. Bu bağlamda, yurttaşlar onu anavatanlarında tanımak zorunda kaldılar. 1849'da Münih Üniversitesi'nde profesörlük aldı.

Ohm, bir tel parçası için (devrenin bir kısmı için, tüm devre için) akım ve voltaj arasında bir ilişki kuran basit bir yasa keşfetti. Ayrıca, farklı bir boyutta bir tel alırsanız neyin değişeceğini belirlemenize izin veren kurallar yaptı. Ohm yasası şu şekilde formüle edilmiştir: Devrenin bir bölümündeki akım gücü, bu bölümdeki voltajla doğru orantılı ve bölümün direnciyle ters orantılıdır.

Joule-Lenz yasası. Elektrik akımı devrenin herhangi bir yerinde belirli bir iş yapar. Örneğin, devrenin uçları arasında bir voltaj (U) bulunan bir bölümünü ele alalım. Elektrik voltajının tanımına göre, bir yük birimini iki nokta arasında hareket ettirirken yapılan iş U'ya eşittir. Devrenin belirli bir bölümündeki akım gücü i ise, o zaman yük t zamanında geçecektir ve bu nedenle Bu bölümde elektrik akımının işi şöyle olacaktır:

A = Birim

Bu ifade her durumda doğru akım için, devrenin iletkenler, elektrik motorları vb. içerebilen herhangi bir bölümü için geçerlidir. Akım gücü, yani birim zaman başına iş şuna eşittir:

P \u003d A / t \u003d Kullanıcı Arabirimi

Bu formül, gerilim birimini belirlemek için SI sisteminde kullanılır.

Devrenin kesitinin sabit bir iletken olduğunu varsayalım. Bu durumda, tüm iş bu iletkende serbest bırakılacak olan ısıya dönüşecektir. İletken homojen ise ve Ohm yasasına uyuyorsa (buna tüm metaller ve elektrolitler dahildir), o zaman:

U=ir

burada r iletkenin direncidir. Bu durumda:

A = rt2i

Bu yasa ilk olarak E. Lenz ve ondan bağımsız olarak Joule tarafından ampirik olarak türetilmiştir.

İletkenlerin ısıtılmasının mühendislikte çok sayıda uygulama bulduğu belirtilmelidir. Aralarında en yaygın ve önemli olanı akkor aydınlatma lambalarıdır.

Elektromanyetik indüksiyon yasası. 19. yüzyılın ilk yarısında İngiliz fizikçi M. Faraday manyetik indüksiyon fenomenini keşfetti. Birçok araştırmacının mülkü haline gelen bu gerçek, elektrik ve radyo mühendisliğinin gelişimine güçlü bir ivme kazandırdı.

Faraday, deneyler sırasında, kapalı bir döngü ile sınırlanmış bir yüzeye giren manyetik indüksiyon hatlarının sayısı değiştiğinde, içinde bir elektrik akımının ortaya çıktığını keşfetti. Bu, belki de en önemli fizik yasasının temelidir - elektromanyetik indüksiyon yasası. Devrede oluşan akıma endüktif denir. Elektrik akımının devrede sadece serbest yüklere etki eden dış kuvvetler durumunda meydana gelmesi nedeniyle, daha sonra kapalı bir devrenin yüzeyinden geçen değişen bir manyetik akı ile, içinde aynı dış kuvvetler ortaya çıkar. Fizikte dış kuvvetlerin etkisine elektromotor kuvvet veya indüksiyon EMF denir.

Elektromanyetik indüksiyon ayrıca açık iletkenlerde de görülür. İletkenin manyetik alan çizgilerini geçmesi durumunda uçlarında bir gerilim belirir. Böyle bir voltajın ortaya çıkmasının nedeni, indüksiyon EMF'sidir. Kapalı devreden geçen manyetik akı değişmezse endüktif akım oluşmaz.

“Endüksiyon EMF'si” kavramını kullanarak, elektromanyetik indüksiyon yasası hakkında konuşabilirsiniz, yani, kapalı bir döngüde indüksiyon EMF'si, sınırlanan yüzey boyunca manyetik akının değişim hızına mutlak değerde eşittir. döngü.

Lenz kuralı. Bildiğimiz gibi, iletkende endüktif bir akım oluşur. Görünüşünün koşullarına bağlı olarak, farklı bir yönü vardır. Bu vesileyle Rus fizikçi Lenz şu kuralı formüle etti: Kapalı bir devrede meydana gelen endüksiyon akımı her zaman öyle bir yöne sahiptir ki, oluşturduğu manyetik alan manyetik akının değişmesine izin vermez. Bütün bunlar bir endüksiyon akımının ortaya çıkmasına neden olur.

Endüksiyon akımı, diğerleri gibi, enerjiye sahiptir. Bu, bir endüksiyon akımı durumunda elektrik enerjisinin ortaya çıktığı anlamına gelir. Enerjinin korunumu ve dönüşümü yasasına göre, yukarıda belirtilen enerji ancak başka bir enerji türünün enerji miktarı nedeniyle ortaya çıkabilir. Böylece, Lenz'in kuralı, enerjinin korunumu ve dönüşümü yasasına tamamen karşılık gelir.

İndüksiyona ek olarak, bobinde sözde kendi kendine indüksiyon görünebilir. Özü aşağıdaki gibidir. Bobinde bir akım belirirse veya gücü değişirse, değişen bir manyetik alan ortaya çıkar. Ve bobinden geçen manyetik akı değişirse, içinde kendi kendine indüksiyonun EMF'si olarak adlandırılan bir elektromotor kuvveti ortaya çıkar.

Lenz kuralına göre, devre kapalıyken kendi kendine endüksiyonun EMF'si akım gücüne müdahale eder ve artmasına izin vermez. EMF devresi kapatıldığında, kendi kendine indüksiyon akım gücünü azaltır. Bobindeki akım gücünün belirli bir değere ulaşması durumunda manyetik alan değişmeyi bırakır ve kendi kendine endüksiyonlu EMF sıfır olur.

Elektrikle ilgili ilk keşifler MÖ 7. yüzyılda başladı. Antik Yunan filozofu Milet'li Thales, kehribar yüne sürtüldüğünde daha sonra hafif nesneleri çekebildiğini ortaya çıkardı. Yunancadan "elektrik", "kehribar" olarak çevrilir. 1820'de André-Marie Ampère, doğru akım yasasını kurdu. Gelecekte, akımın büyüklüğü veya elektrik akımının neyle ölçüldüğü amper cinsinden ifade edilmeye başlandı.

terim anlamı

Elektrik akımı kavramı herhangi bir fizik ders kitabında bulunabilir. elektrik akımı- bu, elektrik yüklü parçacıkların bir yönde düzenli bir hareketidir. Elektrik akımının ne olduğunu basit bir meslekten olmayan kişiye anlamak için bir elektrikçinin sözlüğünü kullanmalısınız. Bu terim, elektronların bir iletken veya iyonların bir elektrolit içinden hareketini ifade eder.

İletken içindeki elektronların veya iyonların hareketine bağlı olarak, aşağıdakiler ayırt edilir: akım türleri:

• devamlı;
• değişken;
• aralıklı veya titreşimli.

Temel ölçümler

Elektrik akımının gücü- elektrikçiler tarafından çalışmalarında kullanılan ana gösterge. Elektrik akımının gücü, belirli bir süre boyunca elektrik devresinden geçen yükün büyüklüğüne bağlıdır. Kaynağın bir başlangıcından sonuna ne kadar çok elektron akarsa, elektronlar tarafından aktarılan yük o kadar büyük olur.

Bir iletkendeki parçacıkların enine kesitinden geçen elektrik yükünün, geçen zamana oranı olarak ölçülen bir miktar. Yük, coulomb cinsinden ölçülür, süre saniye cinsinden ölçülür ve elektrik akımının gücünün bir birimi, şarjın zamana (coulomb'a saniye) veya amper cinsinden oranı ile belirlenir. Elektrik akımının (gücünün) belirlenmesi, iki terminalin seri olarak elektrik devresine bağlanmasıyla gerçekleşir.

Elektrik akımı çalışırken, yüklü parçacıkların hareketi bir elektrik alanı yardımıyla gerçekleştirilir ve elektronların hareketinin gücüne bağlıdır. Elektrik akımının çalışmasının bağlı olduğu değere voltaj denir ve devrenin belirli bir kısmındaki akımın işi ile aynı kısımdan geçen yükün oranı ile belirlenir. Volt birimi, cihazın iki terminali devreye paralel bağlandığında bir voltmetre ile ölçülür.

Elektrik direncinin değeri doğrudan kullanılan iletkenin tipine, uzunluğuna ve kesitine bağlıdır. Ohm cinsinden ölçülür.

Güç, akımların hareketinin işinin bu işin meydana geldiği zamana oranı ile belirlenir. Gücü watt cinsinden ölçün.

Kapasitans gibi bir fiziksel miktar, bir iletkenin yükünün, aynı iletken ile komşu iletken arasındaki potansiyel farka oranı ile belirlenir. İletkenler bir elektrik yükü aldığında voltaj ne kadar düşükse, kapasitansları o kadar büyük olur. Farad cinsinden ölçülür.

Elektriğin belirli bir zincirin aralığındaki değeri, akımın gücü, voltajı ve işin yapıldığı zaman periyodunun ürünü kullanılarak bulunur. İkincisi joule cinsinden ölçülür. Elektrik akımının işinin belirlenmesi, voltaj, kuvvet ve zaman gibi tüm niceliklerin okumalarını birbirine bağlayan bir sayaç yardımıyla gerçekleşir.

Elektrik güvenliği mühendisliği

Elektrik güvenliği kurallarını bilmek, acil bir durumun önlenmesine ve insan sağlığının ve yaşamının korunmasına yardımcı olacaktır. Elektrik, iletkeni ısıtma eğiliminde olduğundan, her zaman sağlık ve yaşam için tehlikeli bir durum olasılığı vardır. Ev güvenliği için uymak zorunda basit ama takip önemli kurallar:

1. Aşırı yüklenmeleri veya kısa devre olasılığını önlemek için ağ yalıtımı her zaman iyi çalışır durumda olmalıdır.
2. Elektrikli cihazlara, kablolara, kalkanlara vb. nem bulaşmamalıdır. Ayrıca nemli bir ortam kısa devrelere neden olur.
3. Tüm elektrikli cihazlar için topraklama yaptığınızdan emin olun.
4. Tellerin tutuşma riski bulunduğundan, elektrik kablolarının aşırı yüklenmesinden kaçınılmalıdır.

Elektrikle çalışırken güvenlik önlemleri, lastik eldiven, eldiven, kilim, deşarj cihazları, çalışma alanları için topraklama cihazları, devre kesiciler veya termik ve akım korumalı sigortaların kullanımını içerir.

Deneyimli elektrikçiler, elektrik çarpması olasılığı olduğunda, bir elleriyle çalışırlar ve diğer elleri cebindedir. Böylece, ekran veya diğer topraklanmış ekipman ile istem dışı temas olması durumunda elden ele devre kesilir. Ağa bağlı ekipmanın tutuşması durumunda, yangını yalnızca toz veya karbondioksit söndürücülerle söndürün.

Elektrik akımı uygulaması

Elektrik akımı, insan faaliyetinin hemen hemen tüm alanlarında kullanılmasına izin veren birçok özelliğe sahiptir. Elektrik akımını kullanma yolları:

Elektrik, günümüzde en çevre dostu enerji şeklidir. Modern ekonominin koşullarında, elektrik enerjisi endüstrisinin gelişimi dünya çapında önemlidir. Gelecekte, hammadde sıkıntısı varsa, elektrik tükenmez bir enerji kaynağı olarak lider bir konuma gelecektir.

Bugün, elektrik gibi bir fenomen olmadan hayatı hayal etmek zor ve sonuçta insanlık, çok uzun zaman önce onu kendi amaçları için kullanmayı öğrendi. Bu özel maddenin özünün ve özelliklerinin incelenmesi birkaç yüzyıl aldı, ancak şimdi bile onun hakkında kesinlikle her şeyi bildiğimizi kesin olarak söylemek mümkün değil.

Elektrik akımı kavramı ve özü

Elektrik akımı, okul fizik dersinden bilindiği gibi, herhangi bir yüklü parçacığın düzenli bir hareketinden başka bir şey değildir. Hem negatif yüklü elektronlar hem de iyonlar ikincisi olarak hareket edebilir. Bu tür maddelerin sadece sözde iletkenlerde ortaya çıkabileceğine inanılır, ancak durum böyle olmaktan çok uzaktır. Mesele şu ki, herhangi bir cisim temas ettiğinde, hareket etmeye başlayabilen belirli sayıda zıt yüklü parçacık her zaman ortaya çıkar. Dielektriklerde aynı elektronların serbest hareketi çok zordur ve çok büyük harici çabalar gerektirir, bu yüzden elektrik akımını iletmediklerini söylerler.

Devrede akımın varlığı için koşullar

Bilim adamları, bu fiziksel olgunun kendi başına ortaya çıkamayacağını ve uzun süre devam edemeyeceğini uzun zamandır fark ettiler. Bir elektrik akımının varlığı için koşullar birkaç önemli hüküm içerir. İlk olarak, bu fenomen, yük vericileri rolünü oynayan serbest elektronlar ve iyonların varlığı olmadan imkansızdır. İkincisi, bu temel parçacıkların düzenli bir şekilde hareket etmeye başlaması için, ana özelliği bir elektrikçinin herhangi bir noktası arasındaki potansiyel fark olan bir alan oluşturmak gerekir. Son olarak, üçüncü olarak, potansiyeller kademeli olarak eşitleneceğinden, yalnızca Coulomb kuvvetlerinin etkisi altında bir elektrik akımı uzun süre var olamaz. Bu nedenle, çeşitli mekanik ve termal enerji türlerinin dönüştürücüleri olan belirli bileşenlere ihtiyaç vardır. Bunlara güç kaynakları denir.

Güncel kaynaklar hakkında soru

Elektrik akımı kaynakları, bir elektrik alanı oluşturan özel cihazlardır. Bunlardan en önemlileri galvanik hücreler, güneş panelleri, jeneratörler, pillerdir. güçleri, performansları ve çalışma süreleri ile karakterize edilir.

Akım, voltaj, direnç

Diğer herhangi bir fiziksel fenomen gibi, elektrik akımının da bir takım özellikleri vardır. Bunlardan en önemlileri gücü, devre gerilimi ve direncidir. Bunlardan ilki, birim zamanda belirli bir iletkenin kesitinden geçen yükün nicel bir özelliğidir. Voltaj (elektromotor kuvvet olarak da adlandırılır), geçen yükün belirli bir iş yapması nedeniyle potansiyel farkın büyüklüğünden başka bir şey değildir. Son olarak, direnç, bir yükün içinden geçmek için ne kadar kuvvet harcaması gerektiğini gösteren bir iletkenin dahili bir özelliğidir.