Određivanje električne struje. Što je električna struja? Priroda elektriciteta

" Danas se želim dotaknuti teme električne struje. Što je? Pokušajmo se prisjetiti školskog programa.

Električna struja je uređeno kretanje nabijenih čestica u vodiču

Ako se sjećate, da bi se nabijene čestice kretale (nastala električna struja), mora se stvoriti električno polje. Da biste stvorili električno polje, možete izvesti osnovne pokuse kao što je trljanje plastične drške o vunu i ona će neko vrijeme privlačiti lagane predmete. Tijela koja nakon trljanja mogu privući predmete nazivamo naelektrizirana. Možemo reći da tijelo u tom stanju ima električni naboj, a sama tijela nazivamo nabijenima. Iz školskog programa znamo da se sva tijela sastoje od sitnih čestica (molekula). Molekula je čestica tvari koja se može odvojiti od tijela i imat će sva svojstva svojstvena ovom tijelu. Molekule složenih tijela nastaju iz različitih kombinacija atoma jednostavnih tijela. Na primjer, molekula vode sastoji se od dvije jednostavne: atoma kisika i jednog atoma vodika.

Atomi, neutroni, protoni i elektroni - što su oni?

Zauzvrat, atom se sastoji od jezgre i okreće se oko nje elektroni. Svaki elektron u atomu ima mali električni naboj. Na primjer, atom vodika sastoji se od jezgre oko koje rotira elektron. Jezgra atoma sastoji se, pak, od protona i neutrona. Jezgra atoma pak ima električni naboj. Protoni koji čine jezgru imaju iste električne naboje i elektrone. Ali protoni, za razliku od elektrona, su neaktivni, ali njihova masa je mnogo puta veća od mase elektrona. Čestica neutrona koja je dio atoma nema električni naboj i neutralna je. Elektroni koji rotiraju oko jezgre atoma i protoni koji čine jezgru su nositelji električnih naboja jednake veličine. Između elektrona i protona uvijek postoji sila međusobnog privlačenja, a između samih elektrona i između protona postoji sila međusobnog odbijanja. Zbog toga elektron ima negativan električni naboj, a proton pozitivan. Iz ovoga možemo zaključiti da postoje 2 vrste elektriciteta: pozitivni i negativni. Prisutnost jednako nabijenih čestica u atomu dovodi do toga da između pozitivno nabijene jezgre atoma i elektrona koji rotiraju oko nje djeluju sile međusobnog privlačenja, držeći atom zajedno u jednu cjelinu. Atomi se međusobno razlikuju po broju neutrona i protona u svojim jezgrama, zbog čega pozitivni naboj jezgri atoma različitih tvari nije isti. U atomima različitih tvari broj rotirajućih elektrona nije isti i određen je veličinom pozitivnog naboja jezgre. Atomi nekih tvari čvrsto su vezani za jezgru, dok kod drugih ta veza može biti mnogo slabija. Ovo objašnjava različite snage tijela. Čelična žica je puno jača od bakrene žice, što znači da se čestice čelika jače privlače jedna drugoj nego čestice bakra. Privlačenje između molekula posebno je vidljivo kada su one blizu jedna drugoj. Najupečatljiviji primjer je da se dvije kapi vode pri dodiru spoje u jednu.

Električno punjenje

U atomu bilo koje tvari, broj elektrona koji rotiraju oko jezgre jednak je broju protona sadržanih u jezgri. Električni naboj elektrona i protona jednak je po veličini, što znači da je negativni naboj elektrona jednak pozitivnom naboju jezgre. Ti se naboji međusobno poništavaju i atom ostaje neutralan. U atomu elektroni stvaraju elektronsku ljusku oko jezgre. Elektronski omotač i jezgra atoma su u neprekidnom oscilatornom gibanju. Kada se kreću, atomi se međusobno sudaraju i iz njih se emitira jedan ili više elektrona. Atom prestaje biti neutralan i postaje pozitivno nabijen. Budući da mu je pozitivni naboj postao veći od negativnog (slaba veza između elektrona i jezgre – metala i ugljena). Kod ostalih tijela (drvo i staklo) elektronske ljuske nisu oštećene. Jednom kada se odvoje od atoma, slobodni elektroni se kreću nasumično i mogu ih uhvatiti drugi atomi. Proces pojavljivanja i nestajanja u tijelu odvija se neprekidno. S porastom temperature povećava se brzina vibracijskog gibanja atoma, sudari postaju sve češći i jači, a broj slobodnih elektrona raste. Međutim, tijelo ostaje električki neutralno, jer se broj elektrona i protona u tijelu ne mijenja. Ako se određena količina slobodnih elektrona ukloni iz tijela, pozitivni naboj postaje veći od ukupnog naboja. Tijelo će biti pozitivno nabijeno i obrnuto. Ako se u tijelu stvori manjak elektrona, onda se ono dodatno puni. Ako postoji višak, on je negativan. Što je taj manjak ili višak veći, to je veći električni naboj. U prvom slučaju (više pozitivno nabijenih čestica) tijela se nazivaju vodičima (metali, vodene otopine soli i kiselina), a u drugom (nedostatak elektrona, negativno nabijene čestice) dielektricima ili izolatorima (jantar, kvarc, ebonit) . Za dalje postojanje električne struje mora se stalno održavati razlika potencijala u vodiču.

Pa, kratki tečaj fizike je gotov. Mislim da ste se uz moju pomoć sjetili školskog programa za 7. razred, a kolika je razlika potencijala pogledat ćemo u mom sljedećem članku. Vidimo se opet na stranicama stranice.

elektroliti Uobičajeno je nazivati vodljive medije u kojima je protok električne struje popraćen prijenosom tvari. Nositelji slobodnih naboja u elektrolitima su pozitivno i negativno nabijeni ioni.

Glavni predstavnici elektrolita koji se široko koriste u tehnici su vodene otopine anorganskih kiselina, soli i baza. Prolazak električne struje kroz elektrolit popraćen je oslobađanjem tvari na elektrodama. Ova pojava se zove elektroliza (Sl.9.10) .

Električna struja u elektrolitima predstavlja kretanje iona oba predznaka u suprotnim smjerovima. Pozitivni ioni kreću se prema negativnoj elektrodi ( katoda), negativni ioni – na pozitivnu elektrodu ( anoda). Ioni oba predznaka pojavljuju se u vodenim otopinama soli, kiselina i lužina kao rezultat cijepanja nekih neutralnih molekula. Ova pojava se zove elektrolitička disocijacija .

Zakon elektrolize eksperimentalno je utvrdio engleski fizičar M. Faraday 1833. godine.

Faradayev prvi zakon određuje količinu primarnih proizvoda koji se oslobađaju na elektrodama tijekom elektrolize: masa m tvari koja se oslobađa na elektrodi izravno je proporcionalna naboju q koji prolazi kroz elektrolit:

m = kq = kIt,

Gdje k – elektrokemijski ekvivalent tvari:

F = eN A = 96485 C/mol. – Faradayeva konstanta.

Faradayev drugi zakonelektrokemijski ekvivalenti raznih tvari uključuju njihove kemijske ekvivalente :

Kombinirani Faradayev zakon za elektrolizu:

Elektrolitički procesi se klasificiraju kako slijedi:

dobivanje anorganskih tvari (vodik, kisik, klor, lužine itd.);

proizvodnja metala (litij, natrij, kalij, berilij, magnezij, cink, aluminij, bakar i dr.);

čišćenje metala (bakar, srebro,...);

proizvodnja metalnih legura;

dobivanje galvanskih prevlaka;

površinska obrada metala (nitriranje, boriranje, elektropoliranje, čišćenje);

dobivanje organskih tvari;

elektrodijaliza i desalinizacija vode;

taloženje filmova pomoću elektroforeze.

Praktična primjena elektrolize

Elektrokemijski procesi imaju široku primjenu u raznim područjima suvremene tehnologije, u analitičkoj kemiji, biokemiji itd. U kemijskoj industriji proizvode se klor i fluor, lužine, klorati i perklorati, persumporna kiselina i persulfati, kemijski čisti vodik i kisik itd. elektrolizom, pri čemu se neke tvari dobivaju redukcijom na katodi (aldehidi, para-aminofenol i dr.), a druge elektrooksidacijom na anodi (klorati, perklorati, kalijev permanganat i dr.).

Elektroliza u hidrometalurgiji jedna je od faza obrade sirovina koje sadrže metal, čime se osigurava proizvodnja komercijalnih metala. Elektroliza se može provoditi s topivim anodama - proces elektrorafinacije ili s netopivim anodama - proces elektroekstrakcije. Glavni zadatak u elektrorafinaciji metala je osigurati potrebnu čistoću katodnog metala uz prihvatljive troškove energije. U obojenoj metalurgiji elektroliza se koristi za izdvajanje metala iz ruda i njihovo pročišćavanje.

Elektrolizom rastaljenog medija dobivaju se aluminij, magnezij, titan, cirkonij, uran, berilij itd. Za pročišćavanje (čišćenje) metala elektrolizom od njega se lijevaju ploče koje se postavljaju kao anode 1 u elektrolizer 3 (sl. 9.11). ). Kada prođe struja, metal koji se čisti 1 prolazi kroz anodno otapanje, tj. prelazi u otopinu u obliku kationa. Zatim se ti metalni kationi ispuštaju na katodi 2, što rezultira stvaranjem kompaktne naslage čistog metala. Nečistoće prisutne u anodi ili ostaju netopljive 4 ili prelaze u elektrolit i uklanjaju se.

Slika 9.11 prikazuje dijagram elektrolitičke rafinacije bakra.

Galvanizacija – polje primijenjene elektrokemije koje se bavi procesima nanošenja metalnih prevlaka na površinu metalnih i nemetalnih proizvoda pri prolasku istosmjerne električne struje kroz otopine njihovih soli. Galvanizacija se dijeli na galvanoplastika i galvanoplastika.

Galvanostegija (od grčkog do korice) – Ovo je elektrotaloženje drugog metala na površinu metala., koji se čvrsto veže (prilijepi) za obloženi metal (predmet), koji služi kao katoda elektrolizera (sl. 9.12).

Koristeći galvanizaciju, možete obložiti dio tankim slojem zlata ili srebra, kroma ili nikla. Elektrolizom je moguće nanijeti izuzetno tanke metalne premaze na različite metalne površine. Kod ove metode premazivanja, dio se koristi kao katoda smještena u otopinu soli metala od kojeg se premaz želi dobiti. Kao anoda koristi se ploča od istog metala.


	Riža. 9.12	Riža. 9.13

Preporučamo pogledati demonstraciju "Galvanoplastika".

Elektrotipija – dobivanje elektrolizom preciznih, lako odvojivih metalnih kopija značajne debljine od raznih nemetalnih i metalnih predmeta koji se nazivaju matrice (sl. 9.13).

Galvanizacija se koristi za izradu bista, kipova itd. Galvanizacija se koristi za nanošenje relativno debelih metalnih prevlaka na druge metale (na primjer, stvaranje "prekrivnog" sloja od nikla, srebra, zlata itd.).

Što je električna struja

Usmjereno gibanje električki nabijenih čestica pod utjecajem . Takve čestice mogu biti: u vodičima – elektroni, u elektrolitima – ioni (kationi i anioni), u poluvodičima – elektroni i tzv. Postoji i "prednaponska struja", čiji je tok posljedica procesa punjenja kapacitivnosti, tj. mijenjanje razlike potencijala između ploča. Nema kretanja čestica između ploča, već kroz kondenzator teče struja.

U teoriji električnih krugova strujom se smatra usmjereno kretanje nositelja naboja u vodljivom mediju pod utjecajem električnog polja.

Struja vodljivosti (jednostavno struja) u teoriji električnih krugova je količina elektriciteta koja teče po jedinici vremena kroz presjek vodiča: i=q/t, gdje je i struja. A; q = 1,6·10 9 - naboj elektrona, C; t - vrijeme, s.

Ovaj izraz vrijedi za istosmjerne krugove. Za krugove izmjenične struje koristi se takozvana trenutna vrijednost struje, jednaka brzini promjene naboja tijekom vremena: i(t)= dq/dt.

Električna struja nastaje kada se u dijelu električnog kruga između dviju točaka vodiča pojavi električno polje ili razlika potencijala. Razlika potencijala između dvije točke naziva se napon ili pad napona u ovom dijelu kruga.

Umjesto pojma “struja” (“strujna veličina”) često se koristi izraz “jačina struje”. Međutim, potonji se ne može nazvati uspješnim, budući da trenutna snaga nije nikakva sila u doslovnom smislu riječi, već samo intenzitet kretanja električnih naboja u vodiču, količina električne energije koja prolazi po jedinici vremena kroz križ -površina presjeka vodiča.
Struju karakterizira , koja se u SI sustavu mjeri u amperima (A), i gustoćom struje, koja se u SI sustavu mjeri u amperima po kvadratnom metru.
Jedan amper odgovara kretanju naboja elektriciteta jednakog jednom kulonu (C) kroz poprečni presjek vodiča za jednu sekundu (s):

1A = 1C/s.

U općem slučaju, označavajući struju slovom i i naboj q, dobivamo:

i = dq / dt.

Jedinica struje naziva se amper (A). Jačina struje u vodiču je 1 A ako kroz presjek vodiča u 1 sekundi prođe električni naboj jednak 1 kulonu.

Ako je napon doveden duž vodiča, unutar vodiča nastaje električno polje. Pri jakosti polja E na elektrone s nabojem e djeluje sila f = Ee. Veličine f i E su vektorske. Tijekom vremena slobodnog puta, elektroni poprimaju usmjereno gibanje zajedno s kaotičnim gibanjem. Svaki elektron ima negativan naboj i prima komponentu brzine usmjerenu suprotno od vektora E (slika 1). Uređeno gibanje, karakterizirano određenom prosječnom brzinom elektrona vcp, određuje tijek električne struje.

Elektroni mogu imati usmjereno gibanje u razrijeđenim plinovima. U elektrolitima i ioniziranim plinovima struja je uglavnom posljedica kretanja iona. U skladu s činjenicom da se u elektrolitima pozitivno nabijeni ioni kreću od pozitivnog pola prema negativnom, povijesno se smatralo da je smjer struje suprotan smjeru kretanja elektrona.

Za smjer struje uzima se smjer kretanja pozitivno nabijenih čestica, tj. smjer suprotan kretanju elektrona.
U teoriji električnih krugova, smjer struje u pasivnom krugu (izvan izvora energije) uzima se kao smjer kretanja pozitivno nabijenih čestica od višeg potencijala prema nižem. Taj je smjer usvojen na samom početku razvoja elektrotehnike i proturječi pravom smjeru kretanja nositelja naboja - elektrona koji se kreću u vodljivom mediju od minusa prema plusu.

Vrijednost jednaka omjeru struje i površine poprečnog presjeka S naziva se gustoća struje (označava se s δ): δ= JE

Pretpostavlja se da je struja ravnomjerno raspoređena po presjeku vodiča. Gustoća struje u žicama obično se mjeri u A/mm2.

Prema vrsti nositelja električnog naboja i mediju njihova gibanja razlikujemo ih vodljive struje i struje pomaka. Vodljivost se dijeli na elektronsku i ionsku. Za stacionarne uvjete razlikuju se dvije vrste struja: istosmjerna i izmjenična.

Prijenos električne struje nazivamo pojavu prijenosa električnih naboja nabijenim česticama ili tijelima koja se gibaju u slobodnom prostoru. Glavna vrsta električne prijenosne struje je kretanje u praznini elementarnih čestica s nabojem (kretanje slobodnih elektrona u elektronskim cijevima), kretanje slobodnih iona u uređajima s pražnjenjem u plinu.

Električna struja pomaka (polarizacijska struja) zove se uređeno kretanje vezanih nositelja električnih naboja. Ova vrsta struje može se uočiti u dielektricima.
Ukupna električna struja- skalarna veličina jednaka zbroju električne struje vodljivosti, električne prijenosne struje i električne struje pomaka kroz razmatranu površinu.

Konstanta je struja koja može varirati u veličini, ali ne mijenja predznak proizvoljno dugo vremena. Više o tome pročitajte ovdje:

Izmjenična struja je struja koja periodički mijenja i veličinu i predznak.Veličina koja karakterizira izmjeničnu struju je frekvencija (mjerena u hercima u SI sustavu), u slučaju kada se njezina jakost periodički mijenja. Izmjenična struja visoke frekvencije gura se na površinu vodiča. Struje visoke frekvencije koriste se u strojogradnji za toplinsku obradu površina dijelova i zavarivanje, au metalurgiji za taljenje metala.Izmjenične struje dijelimo na sinusne i nesinusni. Struja koja se mijenja prema harmonijskom zakonu naziva se sinusoidnom:

i = Im sin ωt,

Njime se karakterizira brzina promjene izmjenične struje, definirana kao broj potpunih ponavljajućih oscilacija u jedinici vremena. Frekvencija je označena slovom f i mjeri se u hercima (Hz). Dakle, trenutna frekvencija u mreži od 50 Hz odgovara 50 potpunih oscilacija u sekundi. Kutna frekvencija ω je brzina promjene struje u radijanima po sekundi i povezana je s frekvencijom jednostavnim odnosom:

ω = 2πf

Stalne (fiksne) vrijednosti istosmjernih i izmjeničnih struja velikim slovom I označimo nestabilne (trenutačne) vrijednosti - slovo i. Konvencionalno se pozitivnim smjerom struje smatra smjer kretanja pozitivnih naboja.

Ovo je struja koja se mijenja prema sinusnom zakonu tijekom vremena.

Izmjenična struja također se odnosi na struju u konvencionalnim jednofaznim i trofaznim mrežama. U tom se slučaju parametri izmjenične struje mijenjaju prema harmonijskom zakonu.

Budući da izmjenična struja varira s vremenom, jednostavne metode rješavanja problema prikladne za krugove istosmjerne struje ovdje nisu izravno primjenjive. Na vrlo visokim frekvencijama, naboji mogu doživjeti oscilatorno gibanje - teći s jednog mjesta u krugu na drugo i natrag. U ovom slučaju, za razliku od krugova istosmjerne struje, struje u serijski spojenim vodičima možda neće biti iste. Kapacitivnosti prisutne u krugovima izmjenične struje pojačavaju ovaj učinak. Osim toga, kada se struja mijenja, pojavljuju se učinci samoindukcije, koji postaju značajni čak i pri niskim frekvencijama ako se koriste zavojnice s visokim induktivitetom. Na relativno niskim frekvencijama, izmjenični krugovi još uvijek se mogu izračunati pomoću , koji se, međutim, mora odgovarajuće modificirati.

Krug koji uključuje različite otpornike, induktore i kondenzatore može se tretirati kao da se sastoji od općenitog otpornika, kondenzatora i induktora spojenih u seriju.

Razmotrimo svojstva takvog kruga spojenog na generator sinusne izmjenične struje. Da biste formulirali pravila za izračun krugova izmjenične struje, morate pronaći odnos između pada napona i struje za svaku od komponenti takvog kruga.

Igra potpuno različite uloge u AC i DC krugovima. Ako je, na primjer, elektrokemijski element spojen na krug, kondenzator će se početi puniti sve dok napon na njemu ne postane jednak emf elementa. Tada će se punjenje zaustaviti i struja će pasti na nulu. Ako je krug spojen na generator izmjenične struje, tada će u jednom poluciklusu elektroni istjecati iz lijeve ploče kondenzatora i nakupljati se na desnoj, au drugom - obrnuto. Ovi pokretni elektroni predstavljaju izmjeničnu struju, čija je jakost jednaka na obje strane kondenzatora. Sve dok frekvencija izmjenične struje nije jako visoka, struja kroz otpornik i induktor također je ista.

U uređajima koji troše izmjeničnu struju, izmjeničnu struju često ispravljaju ispravljači za proizvodnju istosmjerne struje.

Vodiči električne struje

Materijal u kojem teče struja naziva se. Neki materijali postaju supravodljivi na niskim temperaturama. U tom stanju ne pružaju gotovo nikakav otpor struji; njihov otpor teži nuli. U svim ostalim slučajevima, vodič se opire protoku struje i, kao rezultat toga, dio energije električnih čestica pretvara se u toplinu. Jakost struje može se izračunati korištenjem dionice kruga i Ohmovog zakona za cijeli krug.

Brzina gibanja čestica u vodičima ovisi o materijalu vodiča, masi i naboju čestice, okolnoj temperaturi, primijenjenoj razlici potencijala i mnogo je manja od brzine svjetlosti. Unatoč tome, sama brzina širenja električne struje jednaka je brzini svjetlosti u određenom mediju, odnosno brzini širenja fronte elektromagnetskog vala.

Kako struja utječe na ljudsko tijelo?

Struja koja prolazi kroz tijelo osobe ili životinje može izazvati električne opekline, fibrilaciju ili smrt. S druge strane, električna struja se koristi u intenzivnoj njezi za liječenje psihičkih bolesti, posebice depresije, električna stimulacija određenih područja mozga koristi se za liječenje bolesti poput Parkinsonove bolesti i epilepsije, pacemaker koji stimulira srčani mišić pulsirajućim struja se koristi za bradikardiju. Kod ljudi i životinja struja se koristi za prijenos živčanih impulsa.

Prema sigurnosnim propisima, minimalna struja koju čovjek može osjetiti je 1 mA. Struja postaje opasna za ljudski život počevši od sile od približno 0,01 A. Struja postaje smrtonosna za osobu počevši od sile od približno 0,1 A. Napon manji od 42 V smatra se sigurnim.

Svaka struja se pojavljuje samo u prisutnosti izvora sa slobodnim nabijenim česticama. To je zbog činjenice da u vakuumu nema tvari, uključujući električne naboje. Stoga se vakuum smatra najboljim. Da bi kroz njega prošla električna struja, potrebno je osigurati prisutnost dovoljnog broja slobodnih naboja. U ovom članku ćemo pogledati što je električna struja u vakuumu.

Kako se električna struja može pojaviti u vakuumu?

Da bi se stvorila puna električna struja u vakuumu, potrebno je koristiti takav fizički fenomen kao što je termoemisija. Temelji se na svojstvu određene tvari da pri zagrijavanju emitira slobodne elektrone. Takvi elektroni koji napuštaju zagrijano tijelo nazivaju se termoelektronima, a cijelo tijelo emiterom.

Termionska emisija je temelj rada vakuumskih uređaja, poznatijih kao vakuumske cijevi. Najjednostavniji dizajn sadrži dvije elektrode. Jedna od njih je katoda, koja je spirala, čiji je materijal molibden ili volfram. On je taj koji se zagrijava električnom strujom. Druga elektroda naziva se anoda. U hladnom je stanju i obavlja zadatak prikupljanja termionskih elektrona. Anoda je u pravilu izrađena u obliku cilindra, a unutar nje se nalazi grijana katoda.

Primjena struje u vakuumu

U prošlom stoljeću vakuumske cijevi imale su vodeću ulogu u elektronici. I, iako su odavno zamijenjeni poluvodičkim uređajima, princip rada ovih uređaja koristi se u katodnim cijevima. Ovaj princip se koristi kod zavarivanja i taljenja u vakuumu i drugim područjima.

Dakle, jedna od vrsta struje je tok elektrona koji teče u vakuumu. Kad se katoda zagrije, između nje i anode nastaje električno polje. To je ono što elektronima daje određeni smjer i brzinu. Na ovom principu radi elektronska cijev s dvije elektrode (dioda), koja se široko koristi u radiotehnici i elektronici.

Moderni uređaj je cilindar od stakla ili metala, iz kojeg je prethodno ispumpan zrak. Dvije elektrode, katoda i anoda, zalemljene su unutar ovog cilindra. Za poboljšanje tehničkih karakteristika ugrađene su dodatne rešetke uz pomoć kojih se povećava protok elektrona.

Struja i napon su kvantitativni parametri koji se koriste u električnim krugovima. Najčešće se te količine mijenjaju tijekom vremena, inače ne bi bilo smisla u radu električnog kruga.

napon

Uobičajeno, napon je označen slovom "U". Rad utrošen za pomicanje jedinice naboja od točke niskog potencijala do točke visokog potencijala je napon između dvije točke. Drugim riječima, to je energija koja se oslobađa nakon što se jedinica naboja pomakne s visokog na niski potencijal.

Napon se također može nazvati razlika potencijala, kao i elektromotorna sila. Ovaj parametar se mjeri u voltima. Da bi se pomaknuo 1 kulon naboja između dvije točke koje imaju napon od 1 volta, mora se obaviti rad od 1 džula. Coulombs mjeri električne naboje. 1 kulon je jednak naboju 6x10 18 elektrona.

Napon se dijeli na nekoliko vrsta, ovisno o vrsti struje.

Stalni pritisak . Prisutan je u elektrostatičkim i istosmjernim strujnim krugovima.
AC napon . Ova vrsta napona nalazi se u krugovima sa sinusoidnom i izmjeničnom strujom. U slučaju sinusne struje, razmatraju se sljedeće karakteristike napona:
amplituda kolebanja napona– ovo je njegovo najveće odstupanje od x-osi;
trenutni napon, koji se izražava u određenom trenutku u vremenu;
efektivni napon, određuje se aktivnim radom obavljenim u 1. poluciklusu;
prosječni ispravljeni napon, određen veličinom ispravljenog napona tijekom jedne harmoničke periode.

Kod prijenosa električne energije preko nadzemnih vodova, dizajn nosača i njihove dimenzije ovise o veličini primijenjenog napona. Napon između faza naziva se linijski napon , a napon između zemlje i svake faze je fazni napon . Ovo pravilo vrijedi za sve vrste nadzemnih vodova. U Rusiji, u kućanskim električnim mrežama, standard je trofazni napon s linearnim naponom od 380 volti i faznim naponom od 220 volti.

Struja

Struja u električnom krugu je brzina kretanja elektrona u određenoj točki, mjerena u amperima i označena u dijagramima slovom " ja" Također se koriste izvedene jedinice ampera s odgovarajućim prefiksima mili-, mikro-, nano itd. Struja od 1 ampera nastaje pomicanjem jedinice naboja od 1 kulona u 1 sekundi.

Uvriježeno se smatra da struja teče u smjeru od pozitivnog potencijala prema negativnom. Međutim, iz kolegija fizike znamo da se elektron kreće u suprotnom smjeru.

Morate znati da se napon mjeri između 2 točke u krugu, a struja teče kroz jednu određenu točku u krugu, odnosno kroz njegov element. Stoga, ako netko koristi izraz “napetost u otporu”, onda je to netočno i nepismeno. Ali često govorimo o naponu u određenoj točki kruga. Ovo se odnosi na napon između zemlje i ove točke.

Napon se stvara izlaganjem električnim nabojima u generatorima i drugim uređajima. Struja nastaje primjenom napona na dvije točke kruga.

Da bismo razumjeli što su struja i napon, bilo bi ispravnije koristiti. Na njemu možete vidjeti struju i napon, koji mijenjaju svoje vrijednosti tijekom vremena. U praksi se elementi električnog kruga spajaju vodičima. U određenim točkama elementi kruga imaju vlastitu vrijednost napona.

Struja i napon poštuju pravila:

Zbroj struja koje ulaze u točku jednak je zbroju struja koje izlaze iz točke (pravilo očuvanja naboja). Ovo pravilo je Kirchhoffov zakon za struju. Točka ulaza i izlaza struje u ovom slučaju naziva se čvor. Posljedica ovog zakona je sljedeća tvrdnja: u serijskom električnom krugu grupe elemenata, vrijednost struje je ista za sve točke.
U paralelnom krugu elemenata napon na svim elementima je isti. Drugim riječima, zbroj padova napona u zatvorenom krugu jednak je nuli. Ovaj Kirchhoffov zakon vrijedi za naprezanja.
Rad koji sklop (snaga) obavi po jedinici vremena izražava se na sljedeći način: P = U*I. Snaga se mjeri u vatima. 1 džul rada obavljenog u 1 sekundi jednak je 1 vatu. Snaga se distribuira u obliku topline, troši za obavljanje mehaničkog rada (u elektromotorima), pretvara u zračenje raznih vrsta i akumulira u spremnicima ili baterijama. Kod projektiranja složenih električnih sustava jedan od izazova je toplinsko opterećenje sustava.

Karakteristike električne struje

Preduvjet za postojanje struje u električnom krugu je zatvoren krug. Ako se krug prekine, struja prestaje.

Svi u elektrotehnici rade na ovom principu. Pokretnim mehaničkim kontaktima prekidaju električni krug i time zaustavljaju protok struje, isključujući uređaj.

U energetici električna struja nastaje unutar strujnih vodiča koji su izrađeni u obliku sabirnica i drugih dijelova koji provode struju.

Postoje i drugi načini za stvaranje unutarnje struje u:

Tekućine i plinovi zbog kretanja nabijenih iona.
Vakuum, plin i zrak korištenjem termoemisije.
, zbog kretanja nositelja naboja.

Uvjeti za pojavu električne struje

Zagrijavanje vodiča (ne supravodiča).
Primjena potencijalnih razlika na nositelje naboja.
Kemijska reakcija koja oslobađa nove tvari.
Djelovanje magnetskog polja na vodič.

Trenutni valni oblici

Ravna crta.
Varijabilni harmonijski sinusni val.
Meandar, sličan sinusnom valu, ali s oštrim kutovima (ponekad kutovi mogu biti izglađeni).
Pulsirajući oblik jednog smjera, s amplitudom koja varira od nule do najveće vrijednosti prema određenom zakonu.

Vrste rada električne struje

Svjetlosno zračenje koje stvaraju rasvjetni uređaji.
Stvaranje topline pomoću grijaćih elemenata.
Mehanički rad (okretanje elektromotora, rad drugih električnih uređaja).
Stvaranje elektromagnetskog zračenja.

Negativne pojave izazvane električnom strujom

Pregrijavanje kontakata i dijelova pod naponom.
Pojava vrtložnih struja u jezgrama električnih uređaja.
Elektromagnetsko zračenje u vanjsku okolinu.

Kreatori električnih uređaja i raznih strujnih krugova moraju pri projektiranju uzeti u obzir navedena svojstva električne struje u svojim projektima. Na primjer, štetni učinci vrtložnih struja u elektromotorima, transformatorima i generatorima smanjeni su spajanjem jezgri koje se koriste za propuštanje magnetskih tokova. Laminacija jezgre je njegova proizvodnja ne iz jednog komada metala, već iz skupa pojedinačnih tankih ploča od posebnog električnog čelika.

No, s druge strane, vrtložne struje koriste se za rad mikrovalnih pećnica i pećnica koje rade na principu magnetske indukcije. Stoga možemo reći da su vrtložna strujanja ne samo štetna, već i korisna.

Izmjenična struja sa signalom u obliku sinusoide može se razlikovati po frekvenciji oscilacija u jedinici vremena. Kod nas je industrijska frekvencija električne struje standardna i jednaka je 50 herca. U nekim se zemljama koristi trenutna frekvencija od 60 herca.

Za razne svrhe u elektrotehnici i radiotehnici koriste se druge frekvencijske vrijednosti:

Niskofrekventni signali s nižom frekvencijom struje.
Signali visoke frekvencije koji su puno viši od frekvencije industrijske struje.

Vjeruje se da električna struja nastaje kretanjem elektrona unutar vodiča, zbog čega se naziva kondukcijska struja. Ali postoji još jedna vrsta električne struje, koja se zove konvekcija. Nastaje kada se nabijena makrotijela pomiču, na primjer, kapi kiše.

Električna struja u metalima

Kretanje elektrona kada su podvrgnuti konstantnoj sili uspoređuje se s padobranom koji se spušta na tlo. U ova dva slučaja dolazi do jednolikog gibanja. Na padobranca djeluje sila gravitacije, a suprotstavlja joj se sila otpora zraka. Na kretanje elektrona utječe sila električnog polja, a ioni kristalnih rešetki se opiru tom kretanju. Prosječna brzina elektrona doseže konstantnu vrijednost, baš kao i brzina padobranaca.

U metalnom vodiču brzina kretanja jednog elektrona je 0,1 mm u sekundi, a brzina električne struje je oko 300 tisuća km u sekundi. To je zato što električna struja teče samo tamo gdje je napon primijenjen na nabijene čestice. Zbog toga se postiže visok protok struje.

Kada se elektroni kreću u kristalnoj rešetki, postoji sljedeći obrazac. Elektroni se ne sudaraju sa svim nadolazećim ionima, već samo sa svakim desetim od njih. To se objašnjava zakonima kvantne mehanike, koji se mogu pojednostaviti na sljedeći način.

Kretanje elektrona ometaju veliki ioni koji pružaju otpor. To je osobito vidljivo kada se metali zagrijavaju, kada se teški ioni "ljuljaju", povećavaju veličinu i smanjuju električnu vodljivost kristalnih rešetki vodiča. Stoga, kada se metali zagrijavaju, njihov otpor uvijek raste. Kako se temperatura smanjuje, električna vodljivost raste. Smanjenjem temperature metala na apsolutnu nulu može se postići učinak supravodljivosti.