Apa yang ditunjukkan semasa. Voltan dan arus

Definisi 1

Arus ialah proses di mana (di bawah pengaruh langsung medan elektrik) pergerakan beberapa zarah bercas mula berlaku.

Zarah bercas sedemikian boleh menjadi unsur yang berbeza (semuanya bergantung pada keadaan). Dalam kes konduktor, sebagai contoh, elektron akan bertindak sebagai zarah sedemikian.

Konsep kekuatan semasa

Kekuatan arus elektrik akan mewakili kuantiti yang mencirikan susunan pergerakan cas elektrik, secara berangka sama dengan jumlah cas $\delta q$, yang dalam kes ini mengalir melalui permukaan tertentu $S$ (mewakili keratan rentas daripada konduktor) setiap unit masa:

$I=\frac(\delta q)(\delta t)$

Untuk menentukan kekuatan semasa $I$, ia diperlukan untuk membahagikan cas elektrik $\delta q$ melalui keratan rentas konduktor pada masa $\delta t$ pada masa ini.

Kekuatan arus akan bergantung pada cas yang dibawa oleh semua zarah, kelajuan pergerakannya berorientasikan arah tertentu, dan luas keratan rentas konduktor.

Pertimbangkan konduktor dengan luas keratan rentas $S$. Kami menandakan cas semua zarah dengan $q_o$. Isipadu konduktor yang dibatasi oleh dua bahagian mengandungi zarah $nS\delta l$, dengan $n$ mewakili kepekatannya. Jumlah caj mereka ialah:

$q=(q_o)(nS\delta I)$

Di bawah keadaan pergerakan zarah dengan halaju purata $v$, pada masa $\delta t=\frac(\delta I)(v)$ semua zarah yang terkandung dalam isipadu yang dipertimbangkan akan mempunyai masa untuk melalui silang kedua bahagian, yang bermaksud bahawa kekuatan semasa sepadan dengan pengiraan mengikut formula ini:

$I=(q_o)(nvS)$, di mana:

• $I$ - penetapan kekuatan elektrik, diukur dalam Amperes (A) atau Coulombs / saat;
• $q$ - cas yang melalui konduktor, unit Coulomb (C);

Dalam SI, unit arus dianggap sebagai unit utama, dan ia dipanggil ampere (A). Peranti pengukur adalah ammeter, yang prinsip operasinya adalah berdasarkan tindakan magnet semasa.

Catatan 1

Apabila menilai kelajuan pergerakan elektron yang diperintahkan di dalam konduktor, dilakukan mengikut formula untuk konduktor tembaga dengan luas keratan rentas satu milimeter persegi, kami mendapat nilai yang tidak penting (0.1 mm / s) .

Perbezaan antara arus dan voltan

Dalam fizik, terdapat konsep seperti "semasa" dan "voltan". Terdapat beberapa perbezaan di antara mereka, pertimbangan yang penting untuk memahami prinsip kekuatan semasa.

Di bawah "kekuatan" difahami sejumlah elektrik, "voltan", pada masa yang sama, ukuran tenaga berpotensi dipertimbangkan. Pada masa yang sama, konsep-konsep ini agak saling bergantung. Faktor yang paling penting yang mempengaruhi mereka ialah:

• bahan konduktor;
• suhu;
• keadaan luaran.

Perbezaan juga boleh diperhatikan dalam cara ia diperoleh. Jika, dalam kes tindakan pada cas elektrik, voltan dicipta, arus akan timbul kerana tindakan voltan antara titik litar. Terdapat juga perbezaan berbanding dengan konsep seperti "penggunaan tenaga". Ia akan menjadi dari segi kuasa. Jadi, jika voltan diperlukan untuk mencirikan tenaga keupayaan, maka arus akan mencirikan tenaga kinetik.

Kaedah untuk menentukan kekuatan semasa

Kekuatan semasa dikira dalam amalan menggunakan alat pengukur khas atau menggunakan formula berasingan (tertakluk kepada ketersediaan data awal). Formula asas yang mengikut mana kekuatan semasa dikira adalah seperti berikut:

Kewujudan elektrik boleh malar (contohnya, arus yang terkandung dalam bateri), serta berubah-ubah (arus dalam soket). Pencahayaan premis dan operasi semua peranti jenis elektrik berlaku dengan tepat melalui tindakan elektrik berselang-seli. Perbezaan utama antara arus ulang alik dan arus terus adalah kecenderungannya yang lebih kuat untuk berubah.

Contoh yang baik tentang tindakan arus ulang alik juga boleh berfungsi sebagai kesan menghidupkan lampu pendarfluor. Jadi dalam proses menghidupkan lampu sedemikian, pergerakan zarah bercas mula bergerak ke hadapan dan ke belakang, yang menerangkan kesan arus ulang-alik. Ia adalah jenis elektrik yang dianggap paling biasa dalam kehidupan seharian. Mengikut undang-undang Ohm, kekuatan semasa dikira dengan formula (untuk bahagian litar elektrik):

Oleh itu, kekuatan semasa adalah berkadar terus dengan voltan $U$, diukur dalam Volt, dengan bahagian litar dan berkadar songsang dengan rintangan $R$ bagi konduktor bahagian yang ditentukan, dinyatakan dalam Ohms. Pengiraan kekuatan elektrik dalam litar lengkap dikira seperti berikut:

$I=\frac(E)(R+r)$, di mana:

• $E$ - daya gerak elektrik, EMF, Volt;
• $R$ - rintangan luaran, Ohm;
• $r$ - rintangan dalaman, Ohm.

Kaedah utama untuk menentukan kekuatan semasa melalui sistem instrumen dalam amalan adalah seperti berikut:

1. Kaedah pengukuran magnetoelektrik. Kelebihannya ialah sensitiviti dan ketepatan bacaan yang tinggi dengan penggunaan kuasa yang rendah. Kaedah ini hanya terpakai apabila menentukan magnitud arus terus.
2. Kaedah elektromagnet terdiri daripada mencari kekuatan arus jenis berselang-seli dan malar melalui proses transformasi daripada medan elektromagnet kepada isyarat sensor modular magnetik.
3. Kaedah tidak langsung bertujuan untuk menentukan voltan pada rintangan tertentu menggunakan voltmeter.

Catatan 2

Untuk mencari kekuatan semasa, dalam amalan, ammeter peranti khas sering digunakan. Peranti sedemikian termasuk dalam pemutus litar elektrik pada titik yang diperlukan untuk mengukur kekuatan cas elektrik yang telah melalui bahagian wayar untuk beberapa waktu.

Apabila menentukan magnitud kekuatan elektrik kecil, miliammeter, mikroammeter, dan juga galvanometer digunakan, yang juga disambungkan ke tempat tertentu dalam litar di mana ia perlu untuk mencari kekuatan semasa. Sambungan boleh dibuat dalam dua cara:

• konsisten;
• selari.

Menentukan kekuatan semasa yang digunakan dianggap tidak sekerap permintaan seperti mengukur voltan atau rintangan. Pada masa yang sama, tanpa mengira nilai fizikal kekuatan semasa, menjadi mustahil untuk mengira penggunaan kuasa.

Mustahil. Konsep arus adalah asas di mana, seperti rumah di atas asas yang kukuh, pengiraan lanjut litar elektrik dibina dan definisi baru dan baru diberikan. Kekuatan semasa adalah salah satu daripada kuantiti antarabangsa; oleh itu, unit ukuran universal ialah Ampere (A).

Makna fizikal unit ini dijelaskan seperti berikut: arus satu ampere timbul apabila zarah dengan cas bergerak di sepanjang dua konduktor panjang tak terhingga, di antaranya terdapat jurang satu meter. Dalam kes ini, yang timbul pada setiap bahagian meter konduktor secara berangka sama dengan 2 * 10 kepada kuasa -7 Newton. Ia biasanya ditambah bahawa konduktor terletak dalam vakum (yang membolehkan meratakan pengaruh medium perantaraan), dan keratan rentasnya cenderung kepada sifar (pada masa yang sama, kekonduksian adalah maksimum).

Walau bagaimanapun, seperti yang biasa berlaku, definisi klasik hanya jelas kepada pakar yang, sebenarnya, tidak lagi berminat dengan asas. Tetapi orang yang tidak biasa dengan elektrik akan "keliru" lebih banyak lagi. Oleh itu, mari kita terangkan apakah kekuatan semasa, secara literal "pada jari". Bayangkan bateri biasa, dari tiangnya dua wayar berpenebat pergi ke mentol lampu. Suis disambungkan kepada putus satu wayar. Seperti yang anda ketahui dari kursus fizik awal, arus elektrik adalah pergerakan zarah yang mempunyai sendiri.Kebiasaannya, ia dianggap sebagai elektron (sememangnya elektron itu mempunyai cas negatif unit), walaupun pada hakikatnya semuanya adalah sedikit lebih rumit. Zarah ini adalah tipikal untuk bahan konduktif (logam), tetapi dalam media gas, ion tambahan memindahkan cas (ingat istilah "pengionan" dan "pecahan jurang udara"); dalam semikonduktor, kekonduksian bukan sahaja elektronik, tetapi juga lubang (cas positif); dalam larutan elektrolitik, kekonduksian adalah ionik semata-mata (contohnya, bateri kereta). Tetapi kembali kepada contoh kita. Di dalamnya, arus membentuk pergerakan elektron bebas. Sehingga suis dihidupkan, litar terbuka, zarah tidak mempunyai tempat untuk bergerak, oleh itu, kekuatan semasa adalah sifar. Tetapi ia patut "memasang litar" kerana elektron tergesa-gesa dari kutub negatif bateri ke positif, melalui mentol lampu dan menyebabkan ia bersinar. Daya yang membuatkan mereka bergerak datang daripada medan elektrik yang dicipta oleh bateri (emf - medan - arus).

Arus ialah nisbah cas kepada masa. Iaitu, sebenarnya, kita bercakap tentang jumlah elektrik yang melalui konduktor bagi setiap unit masa konvensional. Anda boleh melukis analogi dengan air: lebih banyak paip dibuka, lebih banyak air akan melalui saluran paip. Tetapi jika air diukur dalam liter (meter padu), maka arus diukur dalam bilangan pembawa cas atau, yang juga benar, dalam ampere. Semudah itu. Adalah mudah untuk memahami bahawa terdapat dua cara untuk meningkatkan kekuatan semasa: dengan mengeluarkan mentol dari litar (rintangan, halangan kepada pergerakan), dan juga dengan meningkatkan medan elektrik yang dicipta oleh bateri.

Sebenarnya, kita telah sampai kepada bagaimana, dalam kes umum, pengiraan kekuatan semasa dilakukan. Terdapat banyak formula: sebagai contoh, untuk litar lengkap, dengan mengambil kira pengaruh ciri-ciri bekalan kuasa; untuk selang seli dan untuk sistem berbilang fasa, dsb. Walau bagaimanapun, kesemuanya disatukan oleh satu peraturan - undang-undang Ohm yang terkenal. Oleh itu, kami membentangkan bentuk umum (sejagat):

di mana saya adalah arus, dalam Amperes; U - voltan pada terminal bekalan kuasa, dalam Volt; R ialah rintangan litar atau keratan, dalam ohm. Pergantungan ini hanya mengesahkan semua perkara di atas: peningkatan arus boleh dicapai dalam dua cara, melalui rintangan (mentol lampu kami) dan voltan (parameter sumber).

Arus elektrik ialah pergerakan terarah cas elektrik. Magnitud arus ditentukan oleh jumlah elektrik yang melalui keratan rentas konduktor per unit masa.

Dengan satu jumlah elektrik yang melalui konduktor, kita masih tidak dapat mencirikan sepenuhnya arus elektrik. Sesungguhnya, jumlah elektrik yang sama dengan satu loket boleh melalui konduktor dalam satu jam, dan jumlah elektrik yang sama boleh disalurkan melaluinya dalam satu saat.

Keamatan arus elektrik dalam kes kedua akan lebih besar daripada yang pertama, kerana jumlah elektrik yang sama berlalu dalam tempoh masa yang lebih singkat. Untuk mencirikan keamatan arus elektrik, jumlah elektrik yang melalui konduktor biasanya dirujuk sebagai unit masa (saat). Jumlah elektrik yang melalui konduktor dalam satu saat dipanggil arus. Unit arus dalam sistem ialah ampere (a).

Kekuatan semasa - jumlah elektrik yang melalui keratan rentas konduktor dalam satu saat.

Kekuatan semasa ditunjukkan oleh huruf Inggeris I.

Ampere - unit kekuatan arus elektrik (satu daripada), dilambangkan dengan A. 1 A adalah sama dengan kekuatan arus yang tidak berubah, yang, apabila melalui dua konduktor lurus selari dengan panjang tak terhingga dan luas keratan rentas bulat yang boleh diabaikan, terletak pada jarak 1 m antara satu sama lain dalam vakum, akan menyebabkan pada keratan konduktor 1 m panjang satu daya interaksi bersamaan dengan 2 10 -7 N untuk setiap meter panjang.

Kekuatan arus dalam konduktor adalah sama dengan satu ampere jika satu loket elektrik melalui keratan rentasnya setiap saat.

Ampere - kekuatan arus elektrik di mana jumlah elektrik yang sama dengan satu loket melalui keratan rentas konduktor setiap saat: 1 ampere \u003d 1 coulomb / 1 saat.

Unit tambahan sering digunakan: 1 miliamp (mA) \u003d 1/1000 ampere \u003d 10 -3 ampere, 1 mikroamp (mA) \u003d 1/1000000 ampere \u003d 10 -6 ampere.

Jika anda mengetahui jumlah elektrik yang telah melalui keratan rentas konduktor untuk tempoh masa tertentu, maka kekuatan semasa boleh didapati dengan formula: I \u003d q / t

Jika arus elektrik mengalir dalam litar tertutup tanpa cawangan, maka jumlah elektrik yang sama melalui mana-mana keratan rentas (di mana-mana dalam litar) sesaat, tanpa mengira ketebalan konduktor. Ini kerana cas tidak boleh terkumpul di mana-mana dalam konduktor. Akibatnya, kekuatan semasa adalah sama di mana-mana dalam litar.

Dalam litar elektrik kompleks dengan pelbagai cawangan, peraturan ini (ketekalan arus pada semua titik litar tertutup) tetap, sudah tentu, sah, tetapi ia hanya terpakai untuk bahagian individu litar am, yang boleh dianggap mudah.

Pengukuran semasa

Alat yang dipanggil ammeter digunakan untuk mengukur arus. Untuk mengukur arus yang sangat kecil, miliammeter dan mikroammeter, atau galvanometer, digunakan. Pada rajah. 1. menunjukkan gambaran grafik bersyarat bagi ammeter dan miliammeter pada litar elektrik.

nasi. 1. Simbol ammeter dan miliammeter

nasi. 2. Ammeter

Untuk mengukur kekuatan semasa, anda perlu menghidupkan ammeter dalam litar terbuka (lihat Rajah 3). Arus yang diukur melalui dari sumber melalui ammeter dan penerima. Jarum ammeter menunjukkan arus dalam litar. Di mana betul-betul untuk menghidupkan ammeter, iaitu sebelum pengguna (mengira) atau selepasnya, sama sekali tidak peduli, kerana kekuatan semasa dalam litar tertutup mudah (tanpa cawangan) akan sama di semua titik dalam litar.

nasi. 3. Hidupkan ammeter

Kadangkala tersilap percaya bahawa ammeter yang disambungkan sebelum pengguna akan menunjukkan kekuatan arus yang lebih besar daripada yang dihidupkan selepas pengguna. Dalam kes ini, dipercayai bahawa "sebahagian daripada arus" dibelanjakan dalam pengguna untuk memacunya. Ini, sudah tentu, tidak benar, dan inilah sebabnya.

Arus elektrik dalam konduktor logam ialah proses elektromagnet yang disertai dengan pergerakan elektron yang teratur di sepanjang konduktor. Walau bagaimanapun, tenaga tidak dibawa oleh elektron, tetapi oleh medan elektromagnet yang mengelilingi konduktor.

Melalui mana-mana keratan rentas konduktor litar elektrik ringkas melepasi bilangan elektron yang sama. Berapa banyak elektron yang keluar dari satu kutub sumber tenaga elektrik, bilangan yang sama akan melalui pengguna dan, sudah tentu, akan pergi ke kutub lain, sumber, kerana elektron, sebagai zarah bahan, tidak boleh dimakan semasa mereka pergerakan.

nasi. 4. Mengukur arus dengan multimeter

Dalam teknologi, terdapat arus yang sangat besar (ribuan ampere) dan yang sangat kecil (persejuta ampere). Sebagai contoh, kekuatan semasa dapur elektrik adalah kira-kira 4 - 5 amperes, lampu pijar - dari 0.3 hingga 4 amperes (dan banyak lagi). Arus yang melalui fotosel hanyalah beberapa mikroampere. Dalam wayar utama pencawang yang membekalkan elektrik untuk rangkaian trem, arus mencecah ribuan amper.

Pembaikan sendiri perkakas rumah dan pendawaian elektrik memerlukan pemahaman tentang proses fizikal elektrik daripada tuan rumah. Tetapi di kalangan pengamal terdapat kategori orang yang "pelupa".

Terutama untuk mengingatkan mereka, dan bukan hanya pelajar sekolah, saya telah menyediakan bahan tentang bagaimana kekuatan semasa dicipta dalam konduktor dan pelbagai media lain.

Saya cuba membentangkannya dalam bahasa yang sedikit ringkas dan mudah difahami tanpa formula dan kesimpulan yang rumit, tetapi secara terperinci. Baca, jumpa, ingat.

Dalam keadaan apakah arus elektrik timbul dan apakah kekuatan arus dalam perkataan mudah

Saya menarik perhatian anda dengan segera: takrifan arus elektrik tidak terpakai kepada fenomena statik dan beku. Ia berkaitan secara langsung dengan pergerakan, keadaan dinamik.

Ia dicipta bukan oleh neutral, tetapi oleh zarah aktif cas elektrik positif atau negatif.

Dan mereka tidak sepatutnya bergerak secara rawak, seperti penduduk kota metropolis pada waktu sibuk, tetapi dengan cara yang diarahkan. Contoh: pergerakan jisim kereta di jalan berbilang lorong dalam satu arah bandar besar.

Adakah anda telah menghantar gambar? Di dalam aliran berterusan, kereta ditambah dari sisi, beberapa pemandu meninggalkan lebuh raya untuk jalan lain. Tetapi proses ini tidak menjejaskan pergerakan umum: arahnya kekal sehala.

Begitu juga dengan pergerakan cas elektrik. Di dalam konduktor logam, arus dicipta oleh elektron. Dalam keadaan biasa, mereka bergerak ke sana agak kelam kabut ke semua arah.

Tetapi ia patut dilampirkan kepada mereka satu luaran dengan potensi positif dan negatif pada hujung bertentangan konduktor, apabila pergerakan cas yang diarahkan bermula.

Ia adalah arus elektrik. Saya memberi perhatian kepada perkataan terakhir. Ia mencirikan aliran, pergerakan, pergerakan, dinamik dan proses yang berkaitan, tetapi bukan statik.

Ia adalah magnitud daya luaran yang digunakan yang menentukan kualiti aliran elektron yang diarahkan dalam satu arah. Semakin tinggi nilainya, semakin banyak arus mula mengalir melalui konduktor.

Walau bagaimanapun, di sini adalah perlu untuk mengambil kira beberapa ciri yang berkaitan dengan:

• konvensyen saintifik yang diterima;
• keamatan pergerakan cas;
• Perlawanan persekitaran dalaman konduktor.

Dalam kes pertama kita perlu mengatasi stereotaip sejarah yang lazim apabila orang mencampurkan arah umum elektron dan arus elektrik.

Semua pengiraan saintifik adalah berdasarkan fakta bahawa arah arus diambil sebagai pergerakan zarah bercas dari tambah sumber voltan ke tolaknya.

Arus elektrik di dalam logam
dicipta dengan menggerakkan elektron ke arah yang bertentangan: mereka ditolak dari kutub negatif dengan nama yang sama dan bergerak ke arah positif.

Kegagalan memahami peruntukan ini boleh menyebabkan kesilapan. Tetapi ia mudah dielakkan: anda hanya perlu mengingati ciri ini dan menggunakannya dalam pengiraan atau menganalisis tindakan litar elektrik.

Keamatan pergerakan zarah bercas mencirikan jumlah cas mereka yang mengalir melalui kawasan tertentu untuk tempoh masa tertentu.

Ia dipanggil kekuatan semasa, dilambangkan dengan huruf Latin I, dikira dengan nisbah ∆Q / ∆t.

Di sini ∆Q ialah bilangan cas yang melalui konduktor dengan luas S dan panjang ∆L, dan ∆t ialah jangka masa yang ditentukur.

Untuk meningkatkan kekuatan semasa, kita perlu menambah bilangan cas yang melalui konduktor setiap unit masa, dan untuk mengurangkannya, kita perlu mengurangkannya.

Sekali lagi, lihat istilah "kekuatan semasa", atau lebih tepatnya, perkataan pertamanya. Saya secara khusus menunjukkan bisep yang kuat dan mentol lampu yang membara dalam gambar paling atas untuk perbandingan.

Rizab kuasa sumber tenaga boleh berbeza-beza daripada berlebihan kepada tidak mencukupi untuk pengguna. Dan kita sentiasa perlu memberi makan beban secara optimum. Untuk ini, konsep kekuatan semasa diperkenalkan.

Untuk menilainya, unit sistem pengukuran digunakan: ampere, dilambangkan dengan huruf Latin A.

Secara teorinya, untuk menilai 1 ampere adalah perlu:

• ambil dua konduktor yang sangat nipis, panjang tak terhingga dan sekata sempurna;
• letakkannya di atas pesawat selari dengan ketat antara satu sama lain pada jarak 1 meter;
• lulus arus yang sama melalui mereka, secara beransur-ansur meningkatkan nilainya;
• ukur daya tarikan wayar dan tetapkan momen apabila ia mencapai nilai 2 × 10-7 Newton.

Pada masa itulah 1 ampere akan mula mengalir dalam wayar.

Dalam amalan, tiada siapa yang melakukan ini. Untuk pengukuran, peranti khas telah dicipta: ammeter. Reka bentuk mereka berfungsi dalam dimensi pecahan dan kepelbagaian: mi-, mikro dan kilo-.

Takrif lain ampere adalah berkaitan dengan unit kuantiti elektrik: coulomb (C), yang melalui keratan rentas wayar dalam 1 saat.

Kekuatan semasa di mana-mana tempat litar elektrik tertutup di mana ia mengalir adalah sentiasa sama, dan apabila ia pecah, di mana sahaja ia berada, ia hilang.

Fenomena ini membolehkan anda mengambil ukuran di tempat yang paling mudah di mana-mana litar elektrik.

Apabila litar bercabang kompleks dicipta untuk aliran beberapa arus, yang kedua juga kekal malar dalam semua bahagian individu.

Kes ketiga penentangan alam sekitar juga penting. Elektron dalam proses pergerakan berlanggar dengan halangan dalam bentuk zarah bercas positif dan negatif.

Perlanggaran sedemikian dikaitkan dengan kos tenaga yang dibelanjakan untuk pembebasan haba. Mereka digeneralisasikan mengikut istilah dan diterangkan oleh undang-undang fizik dalam bentuk matematik.

Struktur dalaman setiap logam mempunyai rintangan yang berbeza terhadap aliran arus. Sains telah lama mengkaji sifat-sifat ini dan mengurangkannya kepada jadual, graf dan formula untuk kerintangan elektrik.

Semasa membuat pengiraan, kami hanya boleh menggunakan maklumat yang telah disahkan dan disediakan. Mereka boleh dilakukan berdasarkan formula yang dibentangkan oleh lembaran cheat juruelektrik terkenal.

Tetapi lebih mudah untuk menggunakan kalkulator Undang-undang Ohm dalam talian. Ia akan mengelakkan daripada membuat kesilapan matematik biasa.

Kesimpulan yang paling penting dari formula kekuatan semasa untuk tuan rumah

Penggunaan praktikal hanyalah pemahaman lengkap tentang proses pengaliran arus melalui konduktor. Di rumah, kita mesti:

1. Ramalkan beban semasa pada pendawaian. Maklumat ini akan membantu untuk mereka bentuk dengan betul untuk diletakkan di dalam apartmen anda. Dan jika ia telah diletakkan, maka perlu mengambil kira dan tidak melebihi kapasiti yang disambungkan.

• Hilangkan ralat biasa dalam pemasangan wayar dan peralatan, di mana terdapat kehilangan tenaga elektrik yang tidak berguna, haba yang berlebihan dicipta, dan kerosakan berlaku.

• Pendawaian yang betul.

• Sediakan sistem perlindungan yang akan melindungi rangkaian isi rumah secara automatik daripada kerosakan yang tidak disengajakan baik di dalam litar dan datang dari bahagian bekalan.

Sekarang saya tidak akan pergi ke lebih terperinci untuk menguraikan setiap empat perkara ini. Saya merancang untuk melukisnya untuk anda dengan lebih terperinci dalam satu siri artikel, menerbitkannya dalam tajuk tapak. Ikuti maklumat atau langgan surat berita untuk mengetahui.

Apakah jenis arus elektrik dalam kehidupan seharian

Bentuk gelombang arus bergantung kepada operasi sumber voltan dan rintangan medium yang dilalui isyarat. Selalunya, dalam amalan, tuan rumah perlu berurusan dengan jenis berikut:

• isyarat berterusan yang dihasilkan daripada bateri atau sel galvanik;
• sinusoidal, dicipta oleh penjana industri dengan frekuensi 50 hertz;
• berdenyut, terbentuk kerana transformasi pelbagai bekalan kuasa;
• impuls, menembusi ke dalam rangkaian isi rumah akibat nyahcas kilat ke talian kuasa atas;
• sewenang-wenangnya.

Selalunya terdapat sinusoidal atau arus ulang alik: semua peranti kami dikuasakan olehnya.

Arus elektrik dalam pelbagai persekitaran: perkara yang perlu diketahui oleh juruelektrik

Zarah bercas di bawah tindakan voltan terpakai bergerak bukan sahaja di dalam logam, seperti yang kita bincangkan di atas menggunakan contoh elektron, tetapi juga dalam:

• lapisan peralihan unsur semikonduktor;
• cecair pelbagai komposisi;
• persekitaran gas;
• dan juga di dalam vakum.

Semua media ini dinilai oleh keupayaan untuk menghantar arus dengan istilah yang dipanggil kekonduksian. Ini adalah timbal balik rintangan. Ia dilambangkan dengan huruf G, dinilai melalui kekonduksian, yang boleh didapati dalam jadual.

Kekonduksian dikira dengan formula:

Kekuatan semasa dalam konduktor logam: bagaimana ia digunakan dalam persekitaran domestik

Keupayaan struktur dalaman logam untuk mempengaruhi keadaan pergerakan cas terarah dengan cara yang berbeza digunakan untuk melaksanakan tugas tertentu.

Pengangkutan kuasa elektrik

Untuk menghantar tenaga elektrik pada jarak yang jauh, konduktor logam dengan keratan rentas yang meningkat dengan kekonduksian tinggi digunakan: tembaga atau aluminium. Logam yang lebih mahal perak dan emas berfungsi di dalam litar elektronik yang kompleks.

Semua jenis reka bentuk wayar, kord dan kabel berdasarkannya dikendalikan dengan pasti dalam pendawaian rumah.

elemen pemanas

Untuk peranti pemanasan, tungsten dan nichrome digunakan, yang mempunyai rintangan yang tinggi. Ia membolehkan anda memanaskan konduktor ke suhu tinggi dengan pemilihan kuasa yang digunakan yang betul.

Prinsip ini terkandung dalam pelbagai reka bentuk pemanas elektrik - TEN-ah.

Peralatan keselamatan

Kekuatan arus yang terlalu tinggi dalam konduktor logam dengan kekonduksian yang baik, tetapi bahagian nipis membolehkan anda membuat fius yang digunakan sebagai perlindungan semasa.

Ia berfungsi seperti biasa dalam mod beban optimum, tetapi cepat terbakar semasa lonjakan voltan, litar pintas atau beban lampau.

Selama beberapa dekad, fius telah berfungsi secara besar-besaran sebagai perlindungan utama untuk pendawaian rumah. Kini mereka telah digantikan oleh suis automatik. Tetapi di dalam semua bekalan kuasa, mereka terus berfungsi dengan pasti.

Arus dalam semikonduktor dan ciri-cirinya

Sifat elektrik semikonduktor sangat bergantung pada keadaan luaran: suhu, penyinaran cahaya.

Untuk meningkatkan kekonduksian mereka sendiri, kekotoran khas ditambah kepada komposisi struktur.

Oleh itu, di dalam semikonduktor, arus tercipta disebabkan oleh pengaliran intrinsik dan kekotoran simpang p-n dalaman.

Pembawa cas bagi semikonduktor ialah elektron dan lubang. Jika potensi positif sumber voltan digunakan pada kutub p, dan potensi negatif kepada n, maka arus akan mengalir melalui persimpangan p-n disebabkan oleh pergerakan yang dicipta oleh mereka.

Dengan aplikasi terbalik kekutuban, simpang p-n kekal tertutup. Oleh itu, dalam gambar di atas, dalam kes pertama, mentol lampu bercahaya ditunjukkan, dan pada yang kedua, ia dipadamkan.

Persimpangan p-n yang serupa berfungsi dalam reka bentuk semikonduktor lain: transistor, diod zener, thyristor ...

Kesemuanya direka untuk aliran arus nominal. Untuk melakukan ini, penandaan digunakan terus ke badan mereka. Menurutnya, mereka memasukkan jadual buku rujukan teknikal dan menilai semikonduktor dari segi ciri elektrik.

Arus dalam cecair: 3 kaedah penggunaan

Jika logam mempunyai kekonduksian yang baik, maka medium cecair boleh bertindak sebagai dielektrik, konduktor, dan juga semikonduktor. Tetapi, kes kedua bukan untuk kegunaan rumah.

Sifat penebat

Minyak mineral tahap penulenan tinggi dan kelikatan rendah, direka untuk bekerja di dalam pengubah industri, mempunyai sifat dielektrik yang tinggi.

Air suling juga mempunyai sifat penebat yang tinggi.

Bateri dan Penyaduran Elektronik

Jika sedikit garam, asid atau alkali ditambah kepada air suling, maka ia, disebabkan oleh berlakunya pemisahan elektrolitik, akan menjadi medium konduktif - elektrolit.

Walau bagaimanapun, seseorang mesti faham di sini: arus yang mengalir dalam logam tidak melanggar struktur bahannya. Proses kimia yang merosakkan berlaku dalam cecair.

Arus dalam cecair juga dicipta di bawah tindakan voltan yang digunakan. Contohnya, apabila potensi positif dan negatif daripada bateri atau penumpuk disambungkan kepada dua elektrod yang dicelup dalam larutan akueus sejenis garam.

Molekul larutan membentuk zarah bercas positif dan negatif - ion. Mengikut tanda cas, ia dipanggil anion (+) dan kation (-).

Di bawah tindakan medan elektrik yang digunakan, anion dan kation mula bergerak ke arah elektrod tanda yang bertentangan: katod dan anod.

Pergerakan balas zarah bercas ini membentuk arus elektrik dalam cecair. Dalam kes ini, ion, setelah mencapai elektrodnya, dilepaskan ke atasnya dan membentuk mendakan.

Contoh yang baik ialah proses galvanik yang berlaku dalam larutan kuprum sulfat CuSO4 dengan elektrod kuprum diturunkan ke dalamnya.

Ion kuprum Cu bercas positif - ia adalah anion. Di katod, mereka kehilangan casnya dan mengendap dalam lapisan logam nipis.

Sisa asid SO4 bertindak sebagai kation. Mereka datang ke anod, dilepaskan, memasuki tindak balas kimia dengan kuprum elektrod, membentuk molekul kuprum sulfat, dan kembali ke dalam larutan.

Menurut prinsip ini, semua elektrolit dalam elektroforming berfungsi kerana kekonduksian ionik, apabila struktur elektrod berubah, dan komposisi cecair tidak berubah.

Dengan kaedah ini, salutan nipis logam berharga dicipta pada perhiasan atau lapisan pelindung pelbagai bahagian terhadap kakisan. Kekuatan semasa dipilih mengikut kadar tindak balas kimia, bergantung kepada keadaan persekitaran tertentu.

Semua bateri berfungsi dengan cara yang sama. Hanya mereka yang masih mempunyai keupayaan untuk mengumpul cas daripada tenaga yang digunakan penjana dan mengeluarkan elektrik apabila dilepaskan kepada pengguna.

Pengendalian bateri nikel-kadmium dalam mod pengecasan daripada penjana luaran dan nyahcas kepada beban terpakai ditunjukkan oleh rajah ringkas.

Arus dalam gas: sifat dielektrik medium dan keadaan untuk aliran nyahcas

Medium gas biasa mempunyai sifat dielektrik yang baik: ia terdiri daripada molekul dan atom neutral.

Contohnya ialah suasana udara. Ia digunakan sebagai bahan penebat walaupun pada talian kuasa voltan tinggi yang menghantar kuasa yang sangat tinggi.

Wayar logam kosong dipasang pada sokongan melalui penebat dan dipisahkan dari gelung tanah oleh rintangan elektrik yang tinggi, dan antara satu sama lain oleh udara biasa. Beginilah cara talian atas semua voltan berfungsi, termasuk 1150 kV.

Walau bagaimanapun, sifat dielektrik gas boleh dilanggar kerana pengaruh tenaga luaran: pemanasan ke suhu tinggi atau menggunakan perbezaan potensi yang meningkat. Hanya selepas itu pengionan molekul mereka berlaku.

Ia berbeza daripada proses yang berlaku di dalam cecair. Dalam elektrolit, molekul dibahagikan kepada dua bahagian: anion dan kation.Molekul gas membebaskan elektron semasa pengionan dan kekal dalam bentuk ion bercas positif.

Sebaik sahaja kuasa luar yang mencipta pengionan gas berhenti bertindak, kekonduksian medium gas serta-merta hilang. Pelepasan kilat di udara adalah fenomena jangka pendek yang mengesahkan kedudukan ini.

Arus dalam gas, sebagai tambahan kepada pelepasan kilat, boleh dicipta dengan mengekalkan arka elektrik. Lampu sorot dan projektor cahaya terang, serta relau arka perindustrian, berfungsi pada prinsip ini.

Lampu neon dan pendarfluor menggunakan cahaya nyahcas cahaya yang mengalir dalam medium gas.

Satu lagi jenis pelepasan dalam gas yang digunakan dalam teknologi ialah percikan api. Ia dicipta oleh penyahcas gas untuk mengukur magnitud potensi besar.

Arus dalam vakum: bagaimana ia digunakan dalam peranti elektronik

Perkataan Latin vakum ditafsirkan dalam bahasa Rusia sebagai kekosongan. Ia dicipta secara praktikal dengan mengepam gas dari ruang tertutup dengan pam vakum.

Tiada pembawa cas elektrik dalam vakum. Mereka mesti diperkenalkan ke dalam persekitaran ini untuk mencipta arus. Ia menggunakan fenomena pelepasan termionik, yang berlaku apabila logam dipanaskan.

Lampu elektronik berfungsi dengan cara ini, di mana katod dipanaskan oleh filamen. Elektron yang dilepaskan daripadanya, di bawah tindakan voltan yang digunakan, bergerak ke arah anod, membentuk arus dalam vakum.

Mengikut prinsip yang sama, tiub sinar katod bagi TV kineskop, monitor, dan osiloskop telah dicipta.

Ia hanya menambah elektrod kawalan untuk memesongkan rasuk dan skrin yang menunjukkan kedudukannya.

Dalam semua peranti yang disenaraikan, kekuatan semasa dalam konduktor medium mesti dikira, dikawal dan dikekalkan pada tahap tertentu mod optimum.

Saya akhiri dengan ini. Bahagian komen telah dibuat khas untuk anda. Ia membolehkan anda hanya menyatakan pendapat anda sendiri tentang artikel yang anda baca.

Dalam pelajaran sebelumnya, kita bercakap tentang arus dalam logam, juga membincangkan litar elektrik dan komponennya, bercakap tentang arah arus. Walau bagaimanapun, kami tidak menyentuh soalan seperti ciri-ciri yang anda boleh menerangkan arus elektrik. Mungkin, anda semua pernah mendengar tentang ungkapan "lonjakan kuasa" dan menyaksikan kelipan mentol lampu. Iaitu, kita faham bahawa arus elektrik adalah berbeza, tetapi bagaimanakah arus elektrik boleh dibandingkan? Apakah ciri-ciri arus yang memungkinkan untuk menganggarkan magnitud dan parameter lain? Hari ini kita akan mula mengkaji kuantiti yang mencirikan arus elektrik, dan kita akan mulakan dengan ciri seperti kekuatan semasa.

Anda sudah tahu bahawa rod logam mengandungi sejumlah besar pembawa cas elektrik - elektron. Jelaslah bahawa apabila tiada arus elektrik mengalir melalui rod, elektron ini bergerak secara rawak, iaitu, kita boleh mengandaikan bahawa bilangan elektron yang melalui bahagian rod dari kiri ke kanan adalah lebih kurang sama dengan bilangan elektron yang melalui bahagian rod yang sama dari kanan ke kiri untuk satu masa dan masa yang sama. Jika kita mengalirkan arus elektrik melalui rod, maka pergerakan elektron menjadi teratur dan bilangan elektron yang melalui bahagian rod dalam tempoh masa meningkat dengan ketara (bermaksud bilangan elektron yang melalui satu arah).

Kekuatan semasa- Ini ialah kuantiti fizik yang mencirikan arus elektrik dan secara berangka sama dengan cas yang melalui keratan rentas konduktor per unit masa. Kekuatan semasa dilambangkan dengan simbol dan ditentukan oleh formula: , di mana cas yang melalui keratan rentas konduktor dalam masa.

Untuk lebih memahami intipati nilai yang diperkenalkan, mari beralih kepada model mekanikal litar elektrik. Jika anda menganggap sistem paip di apartmen anda, ia boleh menjadi sangat serupa dengan litar elektrik. Malah, pam bertindak sebagai analog sumber semasa, yang menghasilkan tekanan dan membekalkan air ke pangsapuri (lihat Rajah 1).

nasi. 1. Sistem paip

Sebaik sahaja ia berhenti berfungsi, air dalam paip akan hilang. Faucet bertindak sebagai kunci kepada litar elektrik: apabila pili terbuka, air mengalir; apabila ditutup, ia tidak. Molekul air bertindak sebagai zarah bercas (lihat Rajah 2).

nasi. 2. Pergerakan molekul air dalam sistem

Jika kita sekarang memperkenalkan nilai yang serupa dengan kekuatan semasa yang baru diperkenalkan, iaitu bilangan molekul air melalui keratan rentas paip per unit masa, maka kita sebenarnya akan mendapat jumlah air yang melalui keratan rentas paip dalam satu saat - apa yang sering dipanggil tekanan dalam kehidupan seharian. Oleh itu, semakin besar tekanan, semakin banyak air yang mengalir keluar dari paip, begitu juga: semakin besar kekuatan arus, semakin kuat arus dan kesannya.

Unit arus ialah ampere. Nilai ini dinamakan sempena saintis Perancis André-Marie Ampère. Ampere adalah salah satu unit sistem antarabangsa. Mengetahui unit arus, adalah mudah untuk mendapatkan definisi unit cas elektrik dalam SI. Kerana, kemudian.

Akibatnya, . Iaitu, 1 C ialah cas yang melalui keratan rentas konduktor dalam 1 s pada kekuatan arus 1 A dalam konduktor. Sebagai tambahan kepada ampere, kuantiti seperti milliamp (), mikroampere ( ), kiloampere (). Untuk membayangkan apakah arus kecil dan arus besar, kami memberikan data berikut: untuk seseorang, kekuatan arus kurang daripada 1 mA dianggap selamat, dan kekuatan arus lebih daripada 100 mA boleh menyebabkan masalah kesihatan yang ketara.

Beberapa nilai semasa

Untuk memahami magnitud arus seperti 1A, mari kita lihat jadual berikut.

Peranti perubatan sinar-X (lihat Rajah 3) - 0.1 A

nasi. 3. Mesin perubatan sinar-X

Mentol lampu suluh poket - 0.1-0.3 A

Perakam pita mudah alih - 0.3 A

Mentol di dalam bilik darjah - 0.5 A

Telefon mudah alih beroperasi - 0.53 A

TV - 1 A

Mesin basuh - 2 A

Seterika elektrik - 3 A

Mesin perah elektrik - 10 A

Enjin bas troli - 160-220 A

Kilat - lebih daripada 1000 A

Di samping itu, pertimbangkan kesan tindakan arus yang ada pada tubuh manusia, bergantung pada kekuatan arus (jadual menunjukkan kekuatan arus pada frekuensi 50 Hz dan kesan arus pada badan manusia).

0-0.5 mA Tiada

0.5-2 mA Kehilangan sensitiviti

2-10 mA Sakit, pengecutan otot

10-20 mA Meningkatkan kesan pada otot, beberapa kerosakan

16 mA Arus di atas yang mana seseorang tidak lagi dapat menyingkirkan elektrod

20-100 mA Lumpuh pernafasan

100 mA - 3 A Fibrilasi ventrikel maut (memerlukan resusitasi segera)

Lebih daripada 3 A Terhenti jantung, melecur teruk (jika kejutan itu singkat, maka jantung boleh dihidupkan semula)

Walau bagaimanapun, kebanyakan peranti direka untuk kekuatan arus yang lebih tinggi, jadi apabila bekerja dengannya adalah sangat penting untuk mengikuti beberapa peraturan. Marilah kita memikirkan perkara utama yang perlu diingat oleh semua orang yang berurusan dengan elektrik.

Ia dilarang:

1) Sentuh wayar kosong, terutamanya semasa berdiri di atas tanah, lantai lembap, dsb.

2) Gunakan peranti elektrik yang rosak.

Kumpul, betulkan, buka peranti elektrik tanpa memutuskan sambungannya daripada sumber kuasa.

Ammeter digunakan untuk mengukur arus. Ia ditunjukkan oleh huruf A dalam bulatan dalam perwakilan skematik dalam litar elektrik. Seperti mana-mana peranti, ammeter tidak boleh menjejaskan nilai nilai yang diukur, jadi ia direka sedemikian rupa sehingga secara praktikalnya tidak mengubah nilai arus dalam litar.

Peraturan yang perlu dipatuhi semasa mengukur arus dengan ammeter

1) Ammeter disambungkan ke litar secara bersiri dengan konduktor di mana ia adalah perlu untuk mengukur kekuatan semasa (lihat Rajah 4).

2) Terminal ammeter, yang berhampiran dengan tanda +, mesti disambungkan ke wayar yang datang dari kutub positif sumber arus; terminal dengan tanda tolak - dengan wayar yang datang dari kutub negatif sumber semasa (lihat Rajah 5).

3) Jangan sambungkan ammeter ke litar yang tiada pengguna semasa (lihat Rajah 6).

nasi. 4. Sambungan bersiri ammeter

nasi. 5. Terminal + yang disambungkan dengan betul

nasi. 6. Ammeter tidak disambungkan dengan betul

Mari kita lihat operasi ammeter secara langsung. Di hadapan kita adalah litar elektrik, yang terdiri daripada sumber arus, ammeter, yang disambungkan secara bersiri, dan mentol lampu, yang juga disambungkan secara bersiri (lihat Rajah 7).

nasi. 7. Litar elektrik

Jika kita menghidupkan sumber arus sekarang, kita boleh melihat kekuatan dalam litar menggunakan ammeter. Pada mulanya, ia menunjukkan 0 (iaitu, tiada arus dalam litar), dan sekarang kita melihat bahawa kekuatan semasa telah menjadi hampir 0.2 A (lihat Rajah 8).

nasi. 8. Aliran arus dalam litar

Jika kita menukar arus dalam litar, kita akan melihat bahawa kekuatan semasa akan meningkat (ia akan menjadi kira-kira 0.26 A), dan pada masa yang sama cahaya akan menyala lebih terang (lihat Rajah 9), iaitu, lebih besar. arus dalam litar, semakin terang cahaya akan terbakar .

nasi. 9. Arus dalam litar lebih besar - mentol terbakar lebih terang

Jenis-jenis ammeter

Ammeter elektromagnet, magnetoelektrik, elektrodinamik, haba dan aruhan telah meluas.

AT ammeter elektromagnet ( lihat rajah. sepuluh ) arus yang diukur, melalui gegelung, menarik teras besi lembutnya dengan daya yang meningkat dengan peningkatan kekuatan arus; pada masa yang sama, anak panah yang dipasang pada paksi yang sama dengan teras berputar dan menunjukkan kekuatan semasa dalam ampere pada skala bergraduat.

nasi. 10. Ammeter elektromagnet

AT ammeter haba(lihat Rajah 11), arus yang diukur dialirkan melalui benang logam yang diregangkan, yang, disebabkan oleh pemanasan oleh arus, memanjang dan mengendur, sambil memutar anak panah yang menunjukkan kekuatan semasa pada skala.

nasi. 11. Ammeter terma

AT ammeter magnetoelektrik(lihat Rajah 12) di bawah pengaruh interaksi arus yang diukur melalui luka dawai pada bingkai aluminium ringan dan medan magnet magnet ladam kuda kekal, bingkai, bersama-sama dengan penunjuk, berputar dengan lebih besar atau lebih kecil. sudut bergantung kepada magnitud arus.

nasi. 12. Ammeter magnetoelektrik

AT ammeter elektrodinamik(tanpa besi) (lihat Rajah 13) arus yang diukur dialirkan secara bersiri melalui belitan gegelung tetap dan bergerak; yang terakhir, disebabkan oleh interaksi arus yang melaluinya dengan arus dalam gegelung tetap, berputar bersama anak panah yang menunjukkan kekuatan arus.

nasi. 13. Ammeter elektrodinamik

AT peralatan induksi(lihat Rajah 14) cakera atau silinder logam boleh alih tertakluk kepada medan bergerak atau berputar yang dicipta oleh gegelung tetap yang disambungkan oleh sistem magnet.

nasi. 14. Ammeter aruhan

Ammeter terma dan elektrodinamik sesuai untuk mengukur kedua-dua arus terus dan arus ulang alik, elektromagnet - untuk arus terus dan aruhan - untuk berselang-seli

Penyelesaian masalah

Pertimbangkan penyelesaian beberapa masalah biasa mengenai topik ini.

Tugasan 1

Berapakah bilangan elektron yang melalui keratan rentas konduktor setiap saat jika arus 0.32 A mengalir melaluinya?

Penyelesaian

Kita tahu bukan sahaja kekuatan semasa I = 0.32 A, masa t = 1 s, tetapi juga cas satu elektron: .

Mari kita gunakan takrifan kekuatan semasa: , dan cas yang melalui modulo masa unit adalah sama dengan jumlah modul bagi cas elektron yang melalui bahagian dalam 1 s. Kita mendapatkan . mana .

Kami menyemak unit nilai yang dikehendaki: .

Jawapan:.

Tugasan 2

Mengapakah ammeter, yang menunjukkan kekuatan arus yang mengalir melalui wayar yang menyambungkan bateri kereta ke rangkaian elektrik on-board, mempunyai nilai positif dan negatif pada skala?

Penyelesaian

Hakikatnya ialah dua proses berlaku dalam bateri kereta: kadangkala ia mengecas (lihat Rajah 15), iaitu, ia menerima caj (cas bergerak ke satu arah), dan kadangkala ia menyuap rangkaian on-board, iaitu , ia mengeluarkan cas (masing-masing, cas bergerak ke arah lain) (lihat Rajah 16). Dalam kedua-dua kes ini, kekuatan semasa akan berbeza dalam tanda.

nasi. 15. Mengecas bateri