Elektrivoolu määratlus. Mis on elektrivool? Elektri olemus

". Täna tahan puudutada sellist teemat nagu elektrivool. Mis see on? Proovime kooli õppekava meelde jätta.

Elektrivool on laetud osakeste järjestatud liikumine juhis.

Kui mäletate, peate laetud osakeste liikumiseks (tekib elektrivool) looma elektrivälja. Elektrivälja loomiseks saate teha selliseid elementaarseid katseid nagu plastkäepideme hõõrumine villale ja mõnda aega tõmbab see kergeid esemeid ligi. Kehasid, mis suudavad pärast hõõrdumist esemeid ligi tõmmata, nimetatakse elektrifitseerituks. Võime öelda, et selles olekus kehal on elektrilaengud ja kehasid endid nimetatakse laetud. Kooli õppekavast teame, et kõik kehad koosnevad pisikestest osakestest (molekulidest). Molekul on aineosake, mida saab kehast eraldada ja millel on kõik sellele kehale omased omadused. Keerukate kehade molekulid moodustuvad lihtsate kehade aatomite erinevatest kombinatsioonidest. Näiteks koosneb veemolekul kahest lihtsast: hapnikuaatomist ja ühest vesinikuaatomist.

Aatomid, neutronid, prootonid ja elektronid – mis need on?

Aatom omakorda koosneb tuumast ja pöörleb selle ümber elektronid. Igal aatomi elektronil on väike elektrilaeng. Näiteks vesinikuaatom koosneb selle ümber tiirleva elektroni tuumast. Aatomi tuum koosneb omakorda prootonitest ja neutronitest. Aatomi tuumal on omakorda elektrilaeng. Tuuma moodustavatel prootonitel on samad elektrilaengud ja elektronid. Kuid prootonid, erinevalt elektronidest, on passiivsed, kuid nende mass on mitu korda suurem kui elektroni mass. Osakese neutronil, mis on osa aatomist, puudub elektrilaeng, ta on neutraalne. Aatomi tuuma ümber tiirlevad elektronid ja tuuma moodustavad prootonid on võrdsete elektrilaengute kandjad. Elektroni ja prootoni vahel on alati vastastikune tõmbejõud ning elektronide endi ja prootonite vahel vastastikuse tõukejõud. Seetõttu on elektronil negatiivne elektrilaeng ja prootonil positiivne. Sellest võime järeldada, et elektrit on kahte tüüpi: positiivne ja negatiivne. Võrdselt laetud osakeste olemasolu aatomis viib selleni, et aatomi positiivselt laetud tuuma ja selle ümber pöörlevate elektronide vahel on vastastikuse tõmbejõud, mis hoiavad aatomit koos. Aatomid erinevad üksteisest tuumades olevate neutronite ja prootonite arvu poolest, mistõttu ei ole erinevate ainete aatomite tuumade positiivne laeng ühesugune. Erinevate ainete aatomites ei ole pöörlevate elektronide arv ühesugune ja selle määrab tuuma positiivne laeng. Mõne aine aatomid on tuumaga tugevalt seotud, teistel võib see side olla palju nõrgem. See seletab kehade erinevat tugevust. Terastraat on palju tugevam kui vasktraat, mis tähendab, et teraseosakesed tõmbuvad üksteise külge tugevamini kui vaseosakesed. Molekulidevaheline külgetõmme on eriti märgatav siis, kui need on üksteise lähedal. Kõige silmatorkavam näide on see, et kaks tilka vett ühinevad kokkupuutel üheks.

Elektrilaeng

Aatomis mis tahes ainest on tuuma ümber tiirlevate elektronide arv võrdne tuumas sisalduvate prootonite arvuga. Elektroni ja prootoni elektrilaeng on suuruselt võrdne, mis tähendab, et elektronide negatiivne laeng võrdub tuuma positiivse laenguga. Need laengud tasakaalustavad üksteist ja aatom jääb neutraalseks. Aatomis loovad elektronid tuuma ümber elektronkihi. Aatomi elektronkiht ja tuum on pidevas võnkeliikumises. Aatomite liikumisel põrkuvad nad üksteisega ja üks või mitu elektroni lendab neist välja. Aatom lakkab olemast neutraalne ja muutub positiivselt laetuks. Kuna selle positiivne laeng on muutunud negatiivsemaks (nõrk ühendus elektroni ja tuuma – metalli ja kivisöe vahel). Muude korpuste (puit ja klaas) elektroonikakestad ei ole katki. Pärast aatomitest eraldumist liiguvad vabad elektronid juhuslikult ja teised aatomid võivad neid kinni püüda. Ilmumise ja kadumise protsess kehas on pidev. Temperatuuri tõustes suureneb aatomite vibratsioonilise liikumise kiirus, kokkupõrked sagenevad, tugevnevad, suureneb vabade elektronide arv. Kuid keha jääb elektriliselt neutraalseks, kuna elektronide ja prootonite arv kehas ei muutu. Kui kehast eemaldatakse teatud kogus vabu elektrone, muutub positiivne laeng suuremaks kui kogulaeng. Keha on positiivselt laetud ja vastupidi. Kui kehas tekib elektronide puudus, laetakse see täiendavalt. Kui ülejääk on negatiivne. Mida suurem on see puudujääk või ülejääk, seda suurem on elektrilaeng. Esimesel juhul (rohkem positiivse laenguga osakesi) nimetatakse kehasid juhtideks (metallid, soolade ja hapete vesilahused) ning teisel (elektronide puudumine, negatiivselt laetud osakesed) dielektrikuteks või isolaatoriteks (merevaik, kvarts, eboniit). Elektrivoolu pidevaks olemasoluks on vaja pidevalt säilitada juhtme potentsiaalide erinevust.

Noh, see on väike füüsika kursus läbi. Arvan, et teile jäi minu abiga meelde 7. klassi kooli õppekava ja milline on potentsiaalne erinevus, analüüsime minu järgmises artiklis. Kuni kohtume saidi lehtedel uuesti.

elektrolüüdid On tavaks nimetada juhtivaid aineid, milles elektrivoolu vooluga kaasneb aine ülekanne. Elektrolüütide vabade laengute kandjad on positiivse ja negatiivse laenguga ioonid.

Tehnoloogias laialdaselt kasutatavate elektrolüütide peamised esindajad on anorgaaniliste hapete, soolade ja aluste vesilahused. Elektrivoolu läbimisega elektrolüüdist kaasneb ainete vabanemine elektroodidele. Sellele nähtusele on antud nimi elektrolüüs (joonis 9.10) .

Elektrivool elektrolüütides on mõlema märgi ioonide liikumine vastassuunas. Positiivsed ioonid liiguvad negatiivse elektroodi poole ( katood), negatiivsed ioonid - positiivsele elektroodile ( anood). Mõlema märgi ioonid ilmuvad mõnede neutraalsete molekulide lõhenemise tulemusena soolade, hapete ja leeliste vesilahustes. Seda nähtust nimetatakse elektrolüütiline dissotsiatsioon .

Elektrolüüsi seaduse kehtestas eksperimentaalselt inglise füüsik M. Faraday 1833. aastal.

Faraday esimene seadus määrab elektrolüüsi käigus elektroodidele eralduvate primaarproduktide koguse: elektroodile eralduva aine mass m on otseselt võrdeline elektrolüüdi läbinud laenguga q:

m = kq = kitit,

kus k – aine elektrokeemiline ekvivalent:

F = et A = 96485 C/mol. - Faraday konstant.

Faraday teine seaduserinevate ainete elektrokeemilised ekvivalendid hõlmavad nende keemilisi ekvivalente :

Faraday ühtne seadus elektrolüüsi jaoks:

Elektrolüütilised protsessid klassifitseeritakse järgmiselt:

anorgaaniliste ainete (vesinik, hapnik, kloor, leelised jne) saamine;

metallide (liitium, naatrium, kaalium, berüllium, magneesium, tsink, alumiinium, vask jne) saamine;

metallide puhastamine (vask, hõbe jne);

metallisulamite saamine;

galvaaniliste katete saamine;

metallpindade töötlemine (nitreerimine, puurimine, elektropoleerimine, puhastamine);

orgaaniliste ainete saamine;

elektrodialüüs ja vee magestamine;

kile sadestamine elektroforeesi abil.

Elektrolüüsi praktiline rakendamine

Elektrokeemilisi protsesse kasutatakse laialdaselt erinevates kaasaegse tehnoloogia valdkondades, analüütilises keemias, biokeemias jm. Keemiatööstuses saadakse kloori ja fluori, leeliseid, kloraate ja perkloraate, perväävelhapet ja persulfaate, keemiliselt puhast vesinikku ja hapnikku jne. elektrolüüsi teel.Sellisel juhul saadakse osad ained redutseerimisel katoodil (aldehüüdid, para-aminofenool jne), teised anoodil elektrooksüdatsiooni teel (kloraadid, perkloraadid, kaaliumpermanganaat jne).

Elektrolüüs hüdrometallurgias on metalli sisaldavate toorainete töötlemise üks etappe, mis tagab turustatavate metallide tootmise. Elektrolüüsi saab läbi viia lahustuvate anoodidega - elektrorafineerimisprotsess või lahustumatutega - elektroekstraktsiooniprotsess. Metallide elektrorafineerimise põhiülesanne on tagada katoodmetalli nõutav puhtus vastuvõetavate energiakuludega. Värvilises metallurgias kasutatakse maakidest metallide eraldamiseks ja puhastamiseks elektrolüüsi.

Sulakeskkonna elektrolüüsil saadakse alumiinium, magneesium, titaan, tsirkoonium, uraan, berüllium jne Metalli rafineerimiseks (puhastamiseks) elektrolüüsi teel valatakse sellest plaadid ja asetatakse anoodidena 1 elektrolüüsiseadmesse 3 (joonis 9.11). ). Voolu läbimisel toimub puhastatav metall 1 anoodne lahustumine, st see läheb katioonide kujul lahusesse. Seejärel tühjendatakse need metallikatioonid katoodil 2, mille tõttu moodustub juba puhta metalli kompaktne sade. Anoodis olevad lisandid jäävad lahustumatuks 4 või lähevad elektrolüüti ja eemaldatakse.

Joonisel 9.11 on kujutatud vase elektrolüütilise rafineerimise skeem.

Galvaneerimine - rakenduselektrokeemia valdkond, mis tegeleb metallkatete pealekandmise protsessidega nii metall- kui ka mittemetalltoodete pinnale, kui nende soolade lahuseid läbib alalisvool. Galvaneerimine jaguneb galvaniseerimine ja elektrooniline vormimine.

galvaniseerimine (kreekakeelsest kaanest) - on elektrosadestamine mõne muu metalli metalli pinnale, mis on kindlalt ühendatud (kinnitud) kaetud metalliga (objektiga), mis toimib elektrolüüsi katoodina (joonis 9.12).

Galvaneerimisega saab detaili katta õhukese kulla- või hõbeda-, kroomi- või niklikihiga. Elektrolüüsi abil on võimalik erinevatele metallpindadele kanda kõige õhemaid metallkatteid. Selle katmismeetodiga kasutatakse detaili katoodina, mis asetatakse selle metalli soolalahusesse, millest kate saadakse. Anoodina kasutatakse samast metallist plaati.


	Riis. 9.12	Riis. 9.13

Soovitame vaadata Electroformingi demo.

Elektrotüüp – täpsete, kergesti eemaldatavate metallist koopiate valmistamine elektrolüüsi teel märkimisväärse paksusega erinevatest mittemetallilistest ja metallist objektidest, mida nimetatakse maatriksiteks (joonis 9.13).

Büstid, kujud jms valmistatakse elektroformimise abil Galvaneeringut kasutatakse suhteliselt paksude metallkatete pealekandmiseks teistele metallidele (näiteks "peale asetatud" nikli, hõbeda, kulla jne kihi moodustamiseks).

Mis on elektrivool

Elektriliselt laetud osakeste suunaline liikumine mõjul. Sellised osakesed võivad olla: juhtides - elektronid, elektrolüütides - ioonid (katioonid ja anioonid), pooljuhtides - elektronid ja nn "augud" ("elektron-augu juhtivus"). Samuti on "eelpingevool", mille vool on tingitud mahtuvuse laadimise protsessist, st. plaatide vahelise potentsiaali erinevuse muutus. Plaatide vahel ei toimu osakeste liikumist, vaid vool voolab läbi kondensaatori.

Elektriahelate teoorias loetakse vooluks laengukandjate suunatud liikumist juhtivas keskkonnas elektrivälja toimel.

Juhtivusvool (lihtsalt vool) on elektriahelate teoorias ajaühikus läbi juhi ristlõike voolav elektrienergia kogus: i \u003d q / t, kus i on vool. AGA; q \u003d 1,6 10 9 - elektronide laeng, C; t - aeg, s.

See avaldis kehtib alalisvooluahelate puhul. Vahelduvvooluahelate jaoks kasutatakse nn hetkevoolu väärtust, mis on võrdne laengu muutumise kiirusega aja jooksul: i (t) \u003d dq / dt.

Elektrivool tekib siis, kui elektriahela osasse tekib elektriväli ehk potentsiaalide erinevus juhi kahe punkti vahel. Kahe punkti potentsiaali erinevust nimetatakse pingeks või pingelangus selles vooluringi osas.

Mõiste "vool" ("praegune väärtus") asemel kasutatakse sageli mõistet "voolutugevus". Viimast ei saa aga edukaks nimetada, kuna voolutugevus ei ole suvaline jõud selle sõna otseses tähenduses, vaid ainult elektrilaengute liikumise intensiivsus juhis, ajaühikus risti läbiv elektrienergia hulk. -juhi ristlõikepindala.
Iseloomustab voolutugevust, mida SI-süsteemis mõõdetakse amprites (A), ja voolutihedust, mida SI-süsteemis mõõdetakse amprites ruutmeetri kohta.
Üks amper vastab ühe ripatsi (C) elektrilaengu liikumisele läbi juhi ristlõike ühe sekundi (s) jooksul:

1A = 1C/s.

Üldjuhul, tähistades voolu tähega i ja laengut q-ga, saame:

i = dq / dt.

Voolu ühikut nimetatakse ampriks (A). Juhi vool on 1 A, kui elektrilaeng, mis võrdub 1 ripatsiga, läbib juhi ristlõike 1 sekundi jooksul.

Kui piki juhti toimib pinge, tekib juhi sees elektriväli. Kui väljatugevus E mõjutab laenguga e elektrone jõud f = Ee. Väärtused f ja E on vektorid. Vaba tee aja jooksul omandavad elektronid suunatud liikumise koos kaootilise liikumisega. Igal elektronil on negatiivne laeng ja ta võtab vastu vektorile E vastupidise kiiruskomponendi (joonis 1). Korrastatud liikumine, mida iseloomustab mingi keskmine elektronide kiirus vcp, määrab elektrivoolu voolu.

Elektronidel võib olla ka suunatud liikumine haruldastes gaasides. Elektrolüütide ja ioniseeritud gaaside puhul on voolu vool tingitud peamiselt ioonide liikumisest. Vastavalt sellele, et elektrolüütides liiguvad positiivselt laetud ioonid positiivselt poolusele negatiivsele poolusele, on ajalooliselt peetud voolu suunda elektronide suunale vastupidiseks.

Voolu suunaks võetakse positiivselt laetud osakeste liikumise suund, s.t. elektronide liikumisele vastupidine suund.
Elektriahelate teoorias võetakse passiivses ahelas (väljaspool energiaallikaid) voolu suunaks positiivselt laetud osakeste liikumissuunda kõrgemalt potentsiaalilt madalamale. See suund võeti kohe elektrotehnika arengu alguses ja on vastuolus laengukandjate tõelise liikumissuunaga - juhtivas keskkonnas miinusest plussile liikuvad elektronid.

Väärtust, mis on võrdne voolu ja ristlõikepindala S suhtega, nimetatakse voolutiheduseks (tähistatakse δ): δ= ON

Eeldatakse, et vool jaotub ühtlaselt üle juhtme ristlõike. Juhtmete voolutihedust mõõdetakse tavaliselt A/mm2.

Elektrilaengute kandjate tüübi ja nende liikumiskeskkonna järgi eristatakse neid juhtivusvoolud ja nihkevoolud. Juhtivus jaguneb elektrooniliseks ja ioonseks. Püsirežiimide puhul eristatakse kahte tüüpi voolu: otsene ja vahelduv.

Elektrivoolu ülekanne nimetatakse nähtuseks elektrilaengute ülekandmisest vabas ruumis liikuvate laetud osakeste või kehade poolt. Elektrivoolu ülekande põhiliik on laenguga elementaarosakeste tühimikus liikumine (vabade elektronide liikumine elektrontorudes), vabade ioonide liikumine gaaslahendusseadmetes.

Elektriline nihkevool (polarisatsioonivool) nimetatakse elektrilaengute seotud kandjate järjestatud liikumiseks. Sellist voolu võib täheldada dielektrikutes.
Täielik elektrivool on skalaarväärtus, mis on võrdne vaadeldavat pinda läbiva elektrijuhtivusvoolu, elektrilise ülekandevoolu ja elektrilise nihkevoolu summaga.

Konstantne vool on vool, mille suurus võib muutuda, kuid ei muuda oma märki meelevaldselt pikka aega. Loe selle kohta lähemalt siit:

Vahelduvvool on vool, mis perioodiliselt muutub nii suurusjärgus kui ka märgis.Vahelduvvoolu iseloomustavaks suuruseks on sagedus (SI-süsteemis mõõdetakse seda hertsides), kui selle tugevus perioodiliselt muutub. Kõrgsageduslik vahelduvvool välja surutud juhi pinnale. Kõrgsagedusvoolu kasutatakse masinaehituses detailide pindade kuumtöötluseks ja keevitamiseks, metallurgias metallide sulatamiseks.Vahelduvvoolud jagunevad siinus- ja mittesinusoidne. Sinusoidne vool on vool, mis muutub harmoonilise seaduse järgi:

i = Im sin ωt,

Vahelduvvoolu muutumise kiirust iseloomustab see, mis on määratletud täielike korduvate võnkumiste arvuna ajaühikus. Sagedus on tähistatud tähega f ja seda mõõdetakse hertsides (Hz). Seega vastab voolu sagedus võrgus 50 Hz 50 täielikule võnkumisele sekundis. Nurksagedus ω on voolu muutumise kiirus radiaanides sekundis ja on sagedusega seotud lihtsa seosega:

ω = 2πf

Alalis- ja vahelduvvoolu püsivad (fikseeritud) väärtused tähistage suure tähega I ebastabiilsed (hetk) väärtused - tähega i. Voolu tinglikult positiivset suunda peetakse positiivsete laengute liikumise suunaks.

See on vool, mis aja jooksul muutub vastavalt siinuse seadusele.

Vahelduvvool tähendab ka voolu tavalistes ühe- ja kolmefaasilistes võrkudes. Sel juhul muutuvad vahelduvvoolu parameetrid harmoonilise seaduse järgi.

Kuna vahelduvvool on ajas erinev, siis lihtsad alalisvooluahelatele sobivad probleemide lahendamise meetodid siin otseselt rakendatavad. Väga kõrgetel sagedustel võivad laengud kõikuda – voolata ahela ühest kohast teise ja tagasi. Sel juhul, erinevalt alalisvooluahelatest, ei pruugi järjestikku ühendatud juhtide voolud olla samad. Vahelduvvooluahelates esinevad mahtuvused võimendavad seda efekti. Lisaks tulevad voolu muutumisel mängu iseinduktsiooniefektid, mis muutuvad oluliseks ka madalatel sagedustel, kui kasutada suure induktiivsusega pooli. Suhteliselt madalatel sagedustel saab vahelduvvooluahelaid siiski arvutada kasutades , mida aga tuleb vastavalt muuta.

Erinevaid takisteid, induktiivpooli ja kondensaatoreid sisaldavat vooluringi võib käsitleda nii, nagu see koosneks järjestikku ühendatud üldistatud takistist, kondensaatorist ja induktiivpoolist.

Mõelge sellise sinusoidse generaatoriga ühendatud vooluahela omadustele. Vahelduvvooluahelate projekteerimise reeglite sõnastamiseks on vaja leida seos pingelanguse ja voolu vahel sellise vooluahela iga komponendi puhul.

See mängib vahelduv- ja alalisvooluahelates täiesti erinevaid rolle. Kui vooluringiga on ühendatud näiteks elektrokeemiline element, hakkab kondensaator laadima, kuni selle pinge võrdub elemendi EMF-iga. Seejärel laadimine peatub ja vool langeb nulli. Kui vooluahel on ühendatud generaatoriga, siis ühel pooltsüklil voolavad elektronid kondensaatori vasakult küljelt ja akumuleeruvad paremale poole, teises vastupidi. Need liikuvad elektronid on vahelduvvool, mille tugevus on mõlemal pool kondensaatorit sama. Kuni vahelduvvoolu sagedus ei ole väga kõrge, on ka takistit ja induktiivpooli läbiv vool sama.

Vahelduvvoolu tarbivates seadmetes alaldatakse vahelduvvoolu sageli alalisvoolu tekitamiseks alalditega.

Elektrijuhtmed

Materjali, milles vool voolab, nimetatakse. Mõned materjalid muutuvad madalatel temperatuuridel ülijuhtivaks. Sellises olekus ei paku nad voolule peaaegu mingit takistust, nende takistus kipub olema null. Kõigil muudel juhtudel peab juht vooluvoolule vastu ja selle tulemusena muundatakse osa elektriosakeste energiast soojuseks. Voolutugevuse saab arvutada vooluringi lõigu ja Ohmi seaduse abil kogu vooluringi jaoks.

Osakeste kiirus juhtides sõltub juhi materjalist, osakese massist ja laengust, ümbritseva õhu temperatuurist, rakendatud potentsiaalide erinevusest ning on palju väiksem kui valguse kiirus. Sellest hoolimata on tegeliku elektrivoolu levimiskiirus võrdne valguse kiirusega antud keskkonnas ehk elektromagnetlaine esiosa levimiskiirusega.

Kuidas vool mõjutab inimkeha

Inimese või looma keha läbiv vool võib põhjustada elektrilisi põletusi, virvendust või surma. Teisest küljest kasutatakse elektrivoolu intensiivravis, vaimuhaiguste, eriti depressiooni raviks, teatud ajupiirkondade elektrilist stimulatsiooni kasutatakse selliste haiguste raviks nagu Parkinsoni tõbi ja epilepsia, südamestimulaator, mis stimuleerib südamelihast. pulssvooluga kasutatakse bradükardia korral. Inimestel ja loomadel kasutatakse närviimpulsside edastamiseks voolu.

Ohutusmeetmete kohaselt on minimaalne tajutav vool 1 mA. Vool muutub inimelule ohtlikuks alates tugevusest umbes 0,01 A. Inimesele saab saatuslikuks vool alates tugevusest umbes 0,1 A. Ohutuks peetakse pinget alla 42 V.

Igasugune vool ilmneb ainult vabade laetud osakestega allika juuresolekul. See on tingitud asjaolust, et vaakumis pole aineid, sealhulgas elektrilaenguid. Seetõttu peetakse vaakumit parimaks. Elektrivoolu a läbilaskmiseks on vaja tagada piisav arv tasuta laenguid. Selles artiklis vaatleme, mis kujutab endast elektrivoolu vaakumis.

Kuidas elektrivool võib tekkida vaakumis

Täisväärtusliku elektrivoolu tekitamiseks vaakumis on vaja kasutada sellist füüsikalist nähtust nagu termiooniline emissioon. See põhineb teatud aine omadusel eraldada kuumutamisel vabu elektrone. Selliseid kuumutatud kehast väljuvaid elektrone nimetatakse termoelektronideks ja kogu keha emitteriks.

Termiooniline emissioon on vaakumseadmete, paremini tuntud kui vaakumtorud, töötamise aluseks. Lihtsaim disain sisaldab kahte elektroodi. Üks neist on katood, mis on spiraal, mille materjaliks on molübdeen või volfram. Just teda soojendab elektrivoolu ohm. Teist elektroodi nimetatakse anoodiks. See on külmas olekus, täites termiooniliste elektronide kogumise ülesannet. Anood on reeglina valmistatud silindri kujul ja selle sisse asetatakse kuumutatud katood.

Voolu rakendamine vaakumis

Eelmisel sajandil mängisid elektroonikas juhtivat rolli vaakumtorud. Ja kuigi need on pikka aega asendatud pooljuhtseadmetega, kasutatakse nende seadmete tööpõhimõtet katoodkiiretorudes. Seda põhimõtet kasutatakse keevitus- ja sulatustöödel vaakumis ja muudes valdkondades.

Seega on voolu a üks variante vaakumis voolav elektronvoog. Katoodi kuumutamisel tekib selle ja anoodi vahele elektriväli. Just see annab elektronidele kindla suuna ja kiiruse. Selle põhimõtte järgi töötab kahe elektroodiga (dioodiga) elektrooniline lamp, mida kasutatakse laialdaselt raadiotehnikas ja elektroonikas.

Kaasaegne seade on klaasist või metallist valmistatud silinder, millest on eelnevalt õhk välja pumbatud. Selle silindri sisse on joodetud kaks elektroodi, katood ja anood. Tehniliste omaduste parandamiseks paigaldatakse täiendavad võred, mille abil suurendatakse elektronide voogu.

Vool ja pinge on elektriahelates kasutatavad kvantitatiivsed parameetrid. Enamasti need väärtused aja jooksul muutuvad, vastasel juhul poleks elektriahela tööl mõtet.

Pinge

Tavaliselt tähistatakse pinget tähega U. Töö laenguühiku liigutamiseks madala potentsiaaliga punktist kõrge potentsiaaliga punkti on nende kahe punkti vaheline pinge. Teisisõnu, see on energia, mis vabaneb pärast laenguühiku üleminekut kõrgelt potentsiaalilt väikesele.

Pinget võib nimetada ka potentsiaalide erinevuseks, aga ka elektromotoorjõuks. Seda parameetrit mõõdetakse voltides. 1 kulonilise laengu liigutamiseks kahe punkti vahel, mille pinge on 1 volt, peate tegema 1 džauli. Kulonid mõõdavad elektrilaenguid. 1 ripats võrdub 6x10 18 elektroni laenguga.

Sõltuvalt voolu tüübist on pinge jagatud mitmeks tüübiks.

Pidev surve . Seda esineb elektrostaatilistes ahelates ja alalisvooluahelates.
Vahelduvpinge . Seda tüüpi pinge on saadaval siinus- ja vahelduvvooluga ahelates. Sinusoidse voolu korral pinge karakteristikud, näiteks:
pinge kõikumise amplituud on selle maksimaalne kõrvalekalle x-teljest;
hetkeline pinge, mida väljendatakse teatud ajahetkel;
tööpinge, määrab 1. pooltsükli aktiivne töö;
keskmine alaldatud pinge, mis on määratud ühe harmoonilise perioodi alaldatud pinge mooduliga.

Elektrienergia edastamisel õhuliinide kaudu sõltub tugede paigutus ja nende mõõtmed rakendatava pinge suurusest. Faaside vahelist pinget nimetatakse liini pinge , ning pinge maanduse ja iga faasi vahel on faasipinge . See reegel kehtib igat tüüpi õhuliinide kohta. Venemaal on kodumajapidamiste elektrivõrkudes standardiks kolmefaasiline pinge lineaarpingega 380 volti ja faasipinge väärtus 220 volti.

Elekter

Vool elektriahelas on elektronide kiirus teatud punktis, mõõdetuna amprites ja on diagrammidel tähistatud tähega " ma". Amperi tuletatud ühikuid kasutatakse ka vastavate eesliidetega milli-, mikro-, nano jne. 1-amprine vool genereeritakse 1 kuloni laenguühiku liigutamisel 1 sekundi jooksul.

Tavaliselt arvatakse, et vool liigub positiivsest potentsiaalist negatiivsesse. Füüsika käigust on aga teada, et elektron liigub vastupidises suunas.

Peate teadma, et pinget mõõdetakse ahela kahe punkti vahel ja vool liigub läbi ahela ühe kindla punkti või selle elemendi. Seega, kui keegi kasutab väljendit "takistuspinge", on see vale ja kirjaoskamatu. Kuid sageli räägime pingest ahela teatud punktis. See viitab pingele maanduse ja selle punkti vahel.

Pinge tekib generaatorite ja muude seadmete elektrilaengute mõjul. Vool genereeritakse vooluahela kahele punktile pinge rakendamisel.

Et mõista, mis on vool ja pinge, oleks õigem kasutada. Sellel näete voolu ja pinget, mis aja jooksul oma väärtusi muudavad. Praktikas on elektriahela elemendid ühendatud juhtmetega. Teatud punktides on vooluahela elementidel oma pinge väärtus.

Vool ja pinge järgivad reegleid:

Punkti sisenevate voolude summa võrdub punktist väljuvate voolude summaga (laengu säilitamise reegel). Selline reegel on Kirchhoffi seadus voolu kohta. Voolu sisenemise ja väljumise punkti nimetatakse sel juhul sõlmeks. Selle seaduse tagajärg on järgmine väide: elementide rühma järjestikuses elektriahelas on vool kõigis punktides sama.
Elementide paralleelses vooluringis on kõigi elementide pinge sama. Teisisõnu, pingelanguste summa suletud ahelas on null. See Kirchhoffi seadus kehtib pingete kohta.
Ahela (võimsuse) ajaühikus tehtud tööd väljendatakse järgmiselt: P \u003d U * I. Võimsust mõõdetakse vattides. 1 džaul 1 sekundi jooksul tehtud tööd võrdub 1 vattiga. Võimsus jaotub soojuse kujul, kulub mehaanilisele tööle (elektrimootorites), muundatakse erinevat tüüpi kiirguseks ja koguneb paakidesse või akudesse. Keeruliste elektrisüsteemide projekteerimisel on üheks väljakutseks süsteemi soojuskoormus.

Elektrivoolu karakteristikud

Voolu olemasolu eelduseks elektriahelas on suletud vooluahel. Kui vooluahel katkeb, siis vool peatub.

Sellel põhimõttel töötab kõik elektrotehnikas. Nad lõhuvad liikuvate mehaaniliste kontaktidega elektriahela ja see peatab voolu, lülitades seadme välja.

Energiatööstuses toimub elektrivool voolujuhtide sees, mis on valmistatud rehvide ja muude voolu juhtivate osade kujul.

Sisevoolu loomiseks on ka teisi võimalusi:

Laetud ioonide liikumisest tingitud vedelikud ja gaasid.
Vaakum, gaas ja õhk termoemissiooni abil.
laengukandjate liikumise tõttu.

Elektrivoolu tekkimise tingimused

Küttejuhid (mitte ülijuhid).
Rakendus potentsiaalse erinevuse kandjate laadimiseks.
Keemiline reaktsioon uute ainete vabanemisega.
Magnetvälja mõju juhile.

Praegused lainekujud

Sirgjoon.
Muutuv harmooniline siinuslaine.
Siinuslaine moodi, kuid teravate nurkadega looklev (mõnikord saab nurki siluda).
Ühesuunaline pulseeriv vorm, mille amplituud kõigub teatud seaduse järgi nullist suurima väärtuseni.

Elektrivoolu töö tüübid

Valgustusseadmete poolt kiiratav valgus.
Soojuse genereerimine kütteelementidega.
Mehaanilised tööd (elektrimootorite pöörlemine, muude elektriseadmete tegevus).
Elektromagnetilise kiirguse tekitamine.

Elektrivoolust põhjustatud negatiivsed nähtused

Kontaktide ja voolu kandvate osade ülekuumenemine.
Pöörisvoolude esinemine elektriseadmete südamikus.
Elektromagnetiline kiirgus väliskeskkonnale.

Elektriseadmete ja erinevate vooluahelate loojad peavad projekteerimisel arvestama elektrivoolu ülaltoodud omadustega. Näiteks elektrimootorite, trafode ja generaatorite pöörisvoolude kahjulikku mõju vähendatakse magnetvoogude edastamiseks kasutatavate südamike segamisel. Südamiku segamine on selle valmistamine mitte ühest metallitükist, vaid spetsiaalsest elektriterasest eraldi õhukestest plaatidest.

Kuid teisest küljest kasutatakse pöörisvoolu mikrolaineahjude, ahjude käitamiseks, mis töötavad magnetinduktsiooni põhimõttel. Seetõttu võime öelda, et pöörisvoolud pole mitte ainult kahjulikud, vaid ka kasulikud.

Sinusoidi kujul oleva signaaliga vahelduvvool võib ajaühikus varieeruda võnkesagedusega. Meie riigis on elektriseadmete tööstuslik voolusagedus standardne ja võrdub 50 hertsiga. Mõnes riigis on praegune sagedus 60 hertsi.

Elektrotehnika ja raadiotehnika erinevatel eesmärkidel kasutatakse muid sagedusväärtusi:

Madala sagedusega signaalid madalama voolusagedusega.
Kõrgsageduslikud signaalid, mis on palju kõrgemad kui praegune tööstusliku kasutuse sagedus.

Arvatakse, et elektrivool tekib elektronide liikumisel juhi sees, mistõttu seda nimetatakse juhtivusvooluks. Kuid on ka teist tüüpi elektrivoolu, mida nimetatakse konvektsiooniks. See tekib siis, kui laetud makrokehad liiguvad, näiteks vihmapiisad.

Elektrivool metallides

Elektronide liikumist neile püsiva jõu mõjul võrreldakse langevarjuriga, kes laskub maapinnale. Nendel kahel juhul toimub ühtlane liikumine. Langevarjuhüppajale mõjub gravitatsioonijõud ja sellele vastandub õhutakistusjõud. Elektrivälja jõud mõjutab elektronide liikumist ja kristallvõrede ioonid peavad sellele liikumisele vastu. Elektronide keskmine kiirus saavutab konstantse väärtuse, nagu ka langevarjuhüppaja kiirus.

Metalljuhis on ühe elektroni kiirus 0,1 mm sekundis ja elektrivoolu kiirus umbes 300 000 km sekundis. Seda seetõttu, et elektrivool liigub ainult seal, kus laetud osakestele rakendatakse pinget. Seetõttu saavutatakse suur voolukiirus.

Elektronide liigutamisel kristallvõres on järgmine seaduspärasus. Elektronid ei põrka kokku mitte kõigi vastutulevate ioonidega, vaid ainult iga kümnendikuga. Seda seletatakse kvantmehaanika seadustega, mida saab lihtsustada järgmiselt.

Elektronide liikumist takistavad suured ioonid, mis peavad vastu. See on eriti märgatav metallide kuumutamisel, kui rasked ioonid "kiiguvad", suurendavad suurust ja vähendavad juhi kristallvõrede elektrijuhtivust. Seetõttu suureneb metallide kuumutamisel nende takistus alati. Kui temperatuur langeb, suureneb elektrijuhtivus. Alandades metalli temperatuuri absoluutse nullini, on võimalik saavutada ülijuhtivuse efekt.