Definisi arus elektrik. Apakah arus elektrik? Sifat elektrik

". Hari ini saya ingin menyentuh topik seperti arus elektrik. Apa itu? Cuba kita ingat kurikulum sekolah.

Arus elektrik ialah pergerakan tertib zarah bercas dalam konduktor.

Jika anda masih ingat, agar zarah bercas bergerak, (arus elektrik timbul) anda perlu mencipta medan elektrik. Untuk mencipta medan elektrik, anda boleh menjalankan eksperimen asas seperti menggosok pemegang plastik pada bulu dan untuk beberapa waktu ia akan menarik objek ringan. Badan yang mampu menarik objek selepas digosok dipanggil elektrik. Kita boleh mengatakan bahawa badan di negeri ini mempunyai caj elektrik, dan badan itu sendiri dipanggil caj. Daripada kurikulum sekolah, kita tahu bahawa semua badan terdiri daripada zarah-zarah kecil (molekul). Molekul ialah zarah bahan yang boleh dipisahkan daripada jasad dan ia akan mempunyai semua sifat yang wujud dalam badan ini. Molekul badan kompleks terbentuk daripada pelbagai kombinasi atom badan ringkas. Sebagai contoh, molekul air terdiri daripada dua molekul mudah: atom oksigen dan satu atom hidrogen.

Atom, neutron, proton dan elektron - apakah itu?

Sebaliknya, atom terdiri daripada nukleus dan berputar di sekelilingnya elektron. Setiap elektron dalam atom mempunyai cas elektrik yang kecil. Sebagai contoh, atom hidrogen terdiri daripada nukleus elektron yang beredar di sekelilingnya. Nukleus atom pula terdiri daripada proton dan neutron. Nukleus atom pula mempunyai cas elektrik. Proton yang membentuk nukleus mempunyai cas elektrik dan elektron yang sama. Tetapi proton, tidak seperti elektron, tidak aktif, tetapi jisimnya berkali-kali lebih besar daripada jisim elektron. Neutron zarah, yang merupakan sebahagian daripada atom, tidak mempunyai cas elektrik, ia adalah neutral. Elektron yang beredar mengelilingi nukleus atom dan proton yang membentuk nukleus adalah pembawa cas elektrik yang sama. Antara elektron dan proton sentiasa ada daya tarikan bersama, dan antara elektron itu sendiri dan antara proton, daya tolakan bersama. Kerana ini, elektron mempunyai cas elektrik negatif, dan proton positif. Dari sini kita boleh membuat kesimpulan bahawa terdapat 2 jenis elektrik: positif dan negatif. Kehadiran zarah yang sama bercas dalam atom membawa kepada fakta bahawa antara nukleus bercas positif atom dan elektron yang berputar di sekelilingnya, terdapat daya tarikan bersama yang memegang atom bersama-sama. Atom berbeza antara satu sama lain dalam bilangan neutron dan proton dalam nukleus, itulah sebabnya cas positif nukleus atom pelbagai bahan tidak sama. Dalam atom bahan yang berbeza, bilangan elektron berputar tidak sama dan ditentukan oleh cas positif nukleus. Atom-atom sesetengah bahan terikat kuat pada nukleus, manakala pada yang lain ikatan ini boleh menjadi lebih lemah. Ini menerangkan kekuatan badan yang berbeza. Kawat keluli jauh lebih kuat daripada dawai tembaga, yang bermaksud bahawa zarah keluli lebih kuat tertarik antara satu sama lain daripada zarah tembaga. Daya tarikan antara molekul amat ketara apabila ia berdekatan antara satu sama lain. Contoh yang paling ketara ialah dua titis air bergabung menjadi satu apabila bersentuhan.

Caj elektrik

Dalam atom mana-mana bahan, bilangan elektron yang beredar mengelilingi nukleus adalah sama dengan bilangan proton yang terkandung dalam nukleus. Caj elektrik elektron dan proton adalah sama dalam magnitud, yang bermaksud bahawa cas negatif elektron adalah sama dengan cas positif nukleus. Caj ini saling mengimbangi antara satu sama lain, dan atom kekal neutral. Dalam atom, elektron mencipta petala elektron di sekeliling nukleus. Kulit elektron dan nukleus atom berada dalam gerakan berayun berterusan. Apabila atom bergerak, mereka berlanggar antara satu sama lain dan satu atau lebih elektron terbang keluar daripadanya. Atom tidak lagi neutral dan menjadi bercas positif. Oleh kerana caj positifnya menjadi lebih negatif (sambungan lemah antara elektron dan nukleus - logam dan arang batu). Dalam badan lain (kayu dan kaca), cengkerang elektronik tidak pecah. Selepas melepaskan diri daripada atom, elektron bebas bergerak secara rawak dan boleh ditangkap oleh atom lain. Proses penampilan dan kehilangan dalam badan adalah berterusan. Apabila suhu meningkat, kelajuan pergerakan getaran atom meningkat, perlanggaran menjadi lebih kerap, menjadi lebih kuat, bilangan elektron bebas meningkat. Walau bagaimanapun, badan kekal neutral secara elektrik, kerana bilangan elektron dan proton dalam badan tidak berubah. Jika sejumlah elektron bebas dikeluarkan dari badan, maka cas positif menjadi lebih besar daripada jumlah cas. Badan akan bercas positif dan begitu juga sebaliknya. Jika kekurangan elektron dicipta dalam badan, maka ia akan dikenakan bayaran tambahan. Jika lebihan itu negatif. Lebih besar kekurangan atau lebihan ini, lebih besar cas elektrik. Dalam kes pertama (zarah yang lebih bercas positif), jasad dipanggil konduktor (logam, larutan akueus garam dan asid), dan dalam kedua (kekurangan elektron, zarah bercas negatif) dielektrik atau penebat (ambar, kuarza, ebonit). Untuk kewujudan berterusan arus elektrik, adalah perlu untuk sentiasa mengekalkan perbezaan potensi dalam konduktor.

Nah, itu sedikit kursus fizik telah tamat. Saya fikir anda, dengan bantuan saya, mengingati kurikulum sekolah untuk gred ke-7, dan kami akan menganalisis perbezaan potensi dalam artikel saya yang seterusnya. Sehingga kita bertemu lagi di halaman laman.

elektrolit Adalah lazim untuk memanggil media konduktif di mana aliran arus elektrik disertai dengan pemindahan bahan. Pembawa cas percuma dalam elektrolit ialah ion bercas positif dan negatif.

Wakil utama elektrolit yang digunakan secara meluas dalam teknologi ialah larutan akueus asid, garam dan bes tak organik. Laluan arus elektrik melalui elektrolit disertai dengan pembebasan bahan pada elektrod. Fenomena ini telah dinamakan elektrolisis (rajah 9.10) .

Arus elektrik dalam elektrolit ialah pergerakan ion kedua-dua tanda dalam arah yang bertentangan. Ion positif bergerak ke arah elektrod negatif ( katod), ion negatif - kepada elektrod positif ( anod). Ion kedua-dua tanda muncul dalam larutan akueus garam, asid dan alkali akibat daripada pemisahan beberapa molekul neutral. Fenomena ini dipanggil pemisahan elektrolitik .

Undang-undang elektrolisis telah ditubuhkan secara eksperimen oleh ahli fizik Inggeris M. Faraday pada tahun 1833.

Undang-undang pertama Faraday menentukan jumlah produk utama yang dibebaskan pada elektrod semasa elektrolisis: jisim m bahan yang dibebaskan pada elektrod adalah berkadar terus dengan cas q yang telah melalui elektrolit:

m = kq = kitit,

di mana k – setara elektrokimia sesuatu bahan:

F = en A = 96485 C / mol. - Pemalar Faraday.

Hukum kedua Faradaykesetaraan elektrokimia pelbagai bahan termasuk setara kimianya :

Undang-undang Faraday Bersatu untuk elektrolisis:

Proses elektrolitik dikelaskan seperti berikut:

mendapatkan bahan bukan organik (hidrogen, oksigen, klorin, alkali, dll.);

mendapatkan logam (lithium, natrium, kalium, berilium, magnesium, zink, aluminium, tembaga, dll.);

pembersihan logam (tembaga, perak,…);

mendapatkan aloi logam;

mendapatkan salutan galvanik;

rawatan permukaan logam (nitriding, boriding, electropolishing, pembersihan);

mendapatkan bahan organik;

elektrodialisis dan penyahgaraman air;

pemendapan filem melalui elektroforesis.

Aplikasi praktikal elektrolisis

Proses elektrokimia digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang teknologi moden, dalam kimia analisis, biokimia, dan lain-lain. Dalam industri kimia, klorin dan fluorin, alkali, klorat dan perklorat, asid persulfurik dan persulfat, hidrogen dan oksigen tulen secara kimia, dan lain-lain diperolehi melalui elektrolisis. Dalam kes ini, sesetengah bahan diperoleh melalui pengurangan pada katod (aldehid, para-aminophenol, dll.), yang lain melalui elektrooksidasi pada anod (klorat, perklorat, kalium permanganat, dll.).

Elektrolisis dalam hidrometalurgi adalah salah satu peringkat dalam pemprosesan bahan mentah yang mengandungi logam, yang memastikan pengeluaran logam yang boleh dipasarkan. Elektrolisis boleh dijalankan dengan anod larut - proses penapisan elektro atau dengan yang tidak larut - proses elektroekstraksi. Tugas utama dalam penapisan elektro logam adalah untuk memastikan ketulenan logam katod yang diperlukan pada kos tenaga yang boleh diterima. Dalam metalurgi bukan ferus, elektrolisis digunakan untuk mengekstrak logam daripada bijih dan membersihkannya.

Aluminium, magnesium, titanium, zirkonium, uranium, berilium, dsb. diperoleh melalui elektrolisis media cair. Untuk penapisan (membersihkan) logam dengan elektrolisis, plat dibuang daripadanya dan diletakkan sebagai anod 1 dalam elektrolisis 3 (Rajah 9.11). ). Apabila arus dialirkan, logam yang hendak ditulenkan 1 mengalami pembubaran anodik, iaitu, ia masuk ke dalam larutan dalam bentuk kation. Kemudian kation logam ini dinyahcas di katod 2, yang menyebabkan deposit padat logam yang sudah tulen terbentuk. Kekotoran dalam anod sama ada kekal tidak larut 4 atau masuk ke dalam elektrolit dan dikeluarkan.

Rajah 9.11 menunjukkan gambar rajah penapisan elektrolitik kuprum.

Penyaduran elektrik - bidang elektrokimia gunaan, yang memperkatakan proses penggunaan salutan logam pada permukaan kedua-dua produk logam dan bukan logam apabila arus elektrik terus melalui larutan garamnya. Penyaduran elektrik terbahagi kepada penyaduran dan elektroforming.

penyaduran elektrik (dari kulit Yunani) - ialah elektrodeposisi pada permukaan logam logam lain, yang disambung dengan kukuh (dipatuhi) pada logam bersalut (objek), yang berfungsi sebagai katod elektrolisis (Rajah 9.12).

Penyaduran elektrik boleh digunakan untuk menutup bahagian dengan lapisan nipis emas atau perak, krom atau nikel. Dengan bantuan elektrolisis, adalah mungkin untuk menggunakan salutan logam paling nipis pada pelbagai permukaan logam. Dengan kaedah salutan ini, bahagian itu digunakan sebagai katod, diletakkan dalam larutan garam logam dari mana salutan itu akan diperolehi. Plat daripada logam yang sama digunakan sebagai anod.


	nasi. 9.12	nasi. 9.13

Kami mengesyorkan anda melihat demo Electroforming.

Elektrotaip – penghasilan salinan logam yang tepat dan mudah tanggal melalui elektrolisis dengan ketebalan yang besar daripada pelbagai objek bukan logam dan logam, dipanggil matriks (Rajah 9.13).

Patung, patung, dsb. dibuat menggunakan electroforming. Electroplating digunakan untuk menggunakan salutan logam yang agak tebal pada logam lain (contohnya, pembentukan lapisan nikel, perak, emas, dsb.

Apakah itu arus elektrik

Pergerakan arah zarah bercas elektrik di bawah pengaruh . Zarah sedemikian boleh: dalam konduktor - elektron, dalam elektrolit - ion (kation dan anion), dalam semikonduktor - elektron dan apa yang dipanggil "lubang" ("kekonduksian lubang elektron"). Terdapat juga "arus bias", alirannya disebabkan oleh proses mengecas kapasitansi, i.e. perubahan dalam beza keupayaan antara plat. Di antara plat, tiada pergerakan zarah berlaku, tetapi arus mengalir melalui kapasitor.

Dalam teori litar elektrik, arus dianggap sebagai pergerakan terarah pembawa cas dalam medium pengalir di bawah tindakan medan elektrik.

Arus pengaliran (sekadar arus) dalam teori litar elektrik ialah jumlah elektrik yang mengalir setiap unit masa melalui keratan rentas konduktor: i \u003d q / t, di mana i ialah arus. DAN; q \u003d 1.6 10 9 - cas elektron, C; t - masa, s.

Ungkapan ini sah untuk litar DC. Untuk litar arus ulang-alik, nilai arus segera yang dipanggil digunakan, sama dengan kadar perubahan cas dari masa ke masa: i (t) \u003d dq / dt.

Arus elektrik berlaku apabila medan elektrik muncul dalam bahagian litar elektrik, atau beza keupayaan antara dua titik konduktor. Beza keupayaan antara dua titik dipanggil voltan atau penurunan voltan dalam bahagian litar ini.

Daripada istilah "semasa" ("nilai semasa"), istilah "kekuatan semasa" sering digunakan. Walau bagaimanapun, yang terakhir tidak boleh dipanggil berjaya, kerana kekuatan semasa bukanlah sebarang daya dalam erti kata literal, tetapi hanya keamatan pergerakan cas elektrik dalam konduktor, jumlah elektrik yang melalui per unit masa melalui salib. -luas keratan konduktor.
Arus dicirikan, yang dalam sistem SI diukur dalam ampere (A), dan ketumpatan arus, yang dalam sistem SI diukur dalam ampere per meter persegi.
Satu ampere sepadan dengan pergerakan melalui keratan rentas konduktor selama satu saat (s) cas elektrik satu loket (C):

1A = 1C/s.

Dalam kes umum, menandakan arus dengan huruf i, dan caj dengan q, kita dapat:

i = dq / dt.

Unit arus dipanggil ampere (A). Arus dalam konduktor ialah 1 A jika cas elektrik bersamaan dengan 1 loket melalui keratan rentas konduktor dalam 1 saat.

Jika voltan bertindak di sepanjang konduktor, maka medan elektrik timbul di dalam konduktor. Apabila kekuatan medan E, elektron dengan cas e dipengaruhi oleh daya f = Ee. Nilai f dan E ialah vektor. Semasa masa laluan bebas, elektron memperoleh gerakan terarah bersama-sama dengan yang huru-hara. Setiap elektron mempunyai cas negatif dan menerima komponen halaju yang diarahkan bertentangan dengan vektor E (Rajah 1). Pergerakan tertib, dicirikan oleh beberapa vcp halaju elektron purata, menentukan aliran arus elektrik.

Elektron juga boleh mempunyai gerakan terarah dalam gas jarang. Dalam elektrolit dan gas terion, aliran arus terutamanya disebabkan oleh pergerakan ion. Selaras dengan fakta bahawa dalam elektrolit ion bercas positif bergerak dari kutub positif ke kutub negatif, dari segi sejarah arah arus dianggap bertentangan dengan arah pergerakan elektron.

Arah semasa diambil sebagai arah di mana zarah bercas positif bergerak, i.e. arah yang bertentangan dengan pergerakan elektron.
Dalam teori litar elektrik, arah pergerakan zarah bercas positif daripada potensi yang lebih tinggi kepada yang lebih rendah diambil sebagai arah arus dalam litar pasif (sumber tenaga luar). Arah ini diambil pada awal perkembangan kejuruteraan elektrik dan bercanggah dengan arah sebenar pergerakan pembawa cas - elektron yang bergerak dalam menghantar media dari tolak ke tambah.

Nilai yang sama dengan nisbah arus kepada luas keratan rentas S dipanggil ketumpatan arus (ditandakan δ): δ= I/S

Diandaikan bahawa arus diagihkan secara seragam ke atas keratan rentas konduktor. Ketumpatan arus dalam wayar biasanya diukur dalam A/mm2.

Mengikut jenis pembawa cas elektrik dan medium pergerakannya, mereka dibezakan arus pengaliran dan arus sesaran. Kekonduksian dibahagikan kepada elektronik dan ionik. Untuk mod mantap, dua jenis arus dibezakan: terus dan berselang-seli.

Pemindahan arus elektrik dipanggil fenomena pemindahan cas elektrik oleh zarah bercas atau jasad yang bergerak di ruang bebas. Jenis utama pemindahan arus elektrik ialah pergerakan dalam kekosongan zarah asas dengan cas (pergerakan elektron bebas dalam tiub elektron), pergerakan ion bebas dalam peranti pelepasan gas.

Arus sesaran elektrik (arus polarisasi) dipanggil pergerakan tertib pembawa terikat cas elektrik. Arus jenis ini boleh diperhatikan dalam dielektrik.
Arus elektrik penuh ialah nilai skalar bersamaan dengan jumlah arus pengaliran elektrik, arus pemindahan elektrik dan arus sesaran elektrik melalui permukaan yang dipertimbangkan.

Arus malar ialah arus yang boleh berubah-ubah dalam magnitud, tetapi tidak mengubah tandanya untuk masa yang lama sewenang-wenangnya. Baca lebih lanjut mengenai ini di sini:

Arus ulang alik ialah arus yang berubah secara berkala dalam magnitud dan dalam tanda.Kuantiti yang mencirikan arus ulang alik ialah kekerapan (dalam sistem SI ia diukur dalam hertz), dalam kes apabila kekuatannya berubah secara berkala. Arus ulang alik frekuensi tinggi ditolak keluar ke permukaan konduktor. Arus frekuensi tinggi digunakan dalam kejuruteraan mekanikal untuk rawatan haba permukaan bahagian dan kimpalan, dalam metalurgi untuk logam lebur.Arus ulang alik terbahagi kepada sinusoidal dan bukan sinusoidal. Arus sinusoidal ialah arus yang berubah mengikut hukum harmonik:

i = Saya berdosa ωt,

Kadar perubahan arus ulang alik dicirikan olehnya, ditakrifkan sebagai bilangan ayunan berulang yang lengkap bagi setiap unit masa. Kekerapan dilambangkan dengan huruf f dan diukur dalam hertz (Hz). Jadi, kekerapan arus dalam rangkaian 50 Hz sepadan dengan 50 ayunan lengkap sesaat. Kekerapan sudut ω ialah kadar perubahan arus dalam radian sesaat dan dikaitkan dengan kekerapan melalui hubungan mudah:

ω = 2πf

Nilai mantap (tetap) bagi arus terus dan ulang alik tetapkan dengan huruf besar I nilai tidak mantap (segera) - dengan huruf i. Arah positif bersyarat arus dianggap sebagai arah pergerakan cas positif.

Ini adalah arus yang berubah mengikut hukum sinus dari semasa ke semasa.

Arus ulang alik juga bermaksud arus dalam rangkaian fasa tunggal dan tiga fasa konvensional. Dalam kes ini, parameter arus ulang alik berubah mengikut undang-undang harmonik.

Memandangkan arus ulang alik berubah mengikut masa, kaedah penyelesaian masalah mudah yang sesuai untuk litar arus terus tidak boleh digunakan secara langsung di sini. Pada frekuensi yang sangat tinggi, cas boleh berayun - mengalir dari satu tempat dalam litar ke tempat lain dan belakang. Dalam kes ini, tidak seperti litar DC, arus dalam konduktor bersiri mungkin tidak sama. Kapasitan yang terdapat dalam litar AC menguatkan kesan ini. Di samping itu, apabila arus berubah, kesan aruhan diri mula dimainkan, yang menjadi ketara walaupun pada frekuensi rendah, jika gegelung dengan aruhan besar digunakan. Pada frekuensi yang agak rendah, litar AC masih boleh dikira menggunakan , yang, bagaimanapun, mesti diubah suai dengan sewajarnya.

Litar yang merangkumi pelbagai perintang, induktor dan kapasitor boleh dianggap seolah-olah ia terdiri daripada perintang umum, kapasitor dan induktor yang disambung secara bersiri.

Pertimbangkan sifat litar sedemikian yang disambungkan kepada alternator sinusoidal. Untuk merumuskan peraturan untuk mereka bentuk litar AC, adalah perlu untuk mencari hubungan antara penurunan voltan dan arus bagi setiap komponen litar tersebut.

Ia memainkan peranan yang sama sekali berbeza dalam litar AC dan DC. Jika, sebagai contoh, unsur elektrokimia disambungkan ke litar, maka kapasitor akan mula mengecas sehingga voltan merentasinya menjadi sama dengan EMF unsur tersebut. Kemudian pengecasan akan berhenti dan arus akan turun kepada sifar. Jika litar disambungkan kepada alternator, maka dalam satu separuh kitaran elektron akan mengalir dari sebelah kiri kapasitor dan terkumpul di sebelah kanan, dan sebaliknya di sebelah yang lain. Elektron yang bergerak ini adalah arus ulang alik, kekuatannya adalah sama pada kedua-dua belah kapasitor. Selagi kekerapan arus ulang alik tidak terlalu tinggi, arus melalui perintang dan induktor juga adalah sama.

Dalam peranti yang menggunakan AC, AC sering dibetulkan oleh penerus untuk menghasilkan DC.

Pengalir elektrik

Bahan di mana arus mengalir dipanggil. Sesetengah bahan menjadi superkonduktif pada suhu rendah. Dalam keadaan ini, mereka hampir tidak menawarkan rintangan kepada arus, rintangan mereka cenderung kepada sifar. Dalam semua kes lain, konduktor menahan aliran arus dan, akibatnya, sebahagian daripada tenaga zarah elektrik ditukar menjadi haba. Kekuatan semasa boleh dikira menggunakan untuk bahagian litar dan hukum Ohm untuk litar lengkap.

Kelajuan zarah dalam konduktor bergantung kepada bahan konduktor, jisim dan cas zarah, suhu ambien, beza keupayaan yang digunakan dan jauh lebih rendah daripada kelajuan cahaya. Walaupun begitu, kelajuan perambatan arus elektrik sebenar adalah sama dengan kelajuan cahaya dalam medium tertentu, iaitu kelajuan perambatan hadapan gelombang elektromagnet.

Bagaimana arus mempengaruhi tubuh manusia

Arus yang mengalir melalui badan manusia atau haiwan boleh menyebabkan lecur elektrik, fibrilasi atau kematian. Sebaliknya, arus elektrik digunakan dalam rawatan rapi, untuk rawatan penyakit mental, terutamanya kemurungan, rangsangan elektrik kawasan tertentu otak digunakan untuk merawat penyakit seperti penyakit Parkinson dan epilepsi, perentak jantung yang merangsang otot jantung. dengan arus berdenyut digunakan untuk bradikardia. Pada manusia dan haiwan, arus digunakan untuk menghantar impuls saraf.

Mengikut langkah berjaga-jaga keselamatan, arus yang boleh dilihat minimum ialah 1 mA. Arus menjadi berbahaya kepada kehidupan manusia bermula daripada kekuatan kira-kira 0.01 A. Arus menjadi maut bagi seseorang bermula daripada kekuatan kira-kira 0.1 A. Voltan kurang daripada 42 V dianggap selamat.

Sebarang arus muncul hanya dengan kehadiran sumber dengan zarah bercas bebas. Ini disebabkan oleh fakta bahawa tiada bahan dalam vakum, termasuk cas elektrik. Oleh itu, vakum dianggap terbaik. Agar ia menjadi mungkin untuk laluan arus elektrik a, adalah perlu untuk memastikan kehadiran jumlah caj percuma yang mencukupi. Dalam artikel ini kita akan melihat apa yang membentuk arus elektrik dalam vakum.

Bagaimana arus elektrik boleh muncul dalam vakum

Untuk mencipta arus elektrik sepenuhnya dalam vakum, perlu menggunakan fenomena fizikal seperti pelepasan termionik. Ia berdasarkan sifat bahan tertentu untuk mengeluarkan elektron bebas apabila dipanaskan. Elektron sedemikian yang muncul dari badan yang dipanaskan dipanggil termoelektron, dan seluruh badan dipanggil pemancar.

Pelepasan termionik mendasari operasi peranti vakum, lebih dikenali sebagai tiub vakum. Reka bentuk paling ringkas mengandungi dua elektrod. Salah satunya ialah katod, yang merupakan lingkaran, bahannya adalah molibdenum atau tungsten. Dialah yang dipanaskan oleh arus elektrik ohm. Elektrod kedua dipanggil anod. Ia berada dalam keadaan sejuk, melaksanakan tugas mengumpul elektron termionik. Sebagai peraturan, anod dibuat dalam bentuk silinder, dan katod yang dipanaskan diletakkan di dalamnya.

Penggunaan arus dalam vakum

Pada abad yang lalu, tiub vakum memainkan peranan utama dalam elektronik. Dan, walaupun mereka telah lama digantikan oleh peranti semikonduktor, prinsip operasi peranti ini digunakan dalam tiub sinar katod. Prinsip ini digunakan dalam kerja kimpalan dan lebur dalam vakum dan kawasan lain.

Oleh itu, salah satu jenis arus a ialah aliran elektron yang mengalir dalam vakum. Apabila katod dipanaskan, medan elektrik muncul di antaranya dan anod. Inilah yang memberikan elektron arah dan kelajuan tertentu. Menurut prinsip ini, lampu elektronik dengan dua elektrod (diod) berfungsi, yang digunakan secara meluas dalam kejuruteraan radio dan elektronik.

Peranti moden adalah silinder yang diperbuat daripada kaca atau logam, dari mana udara telah dipam keluar sebelum ini. Dua elektrod, katod dan anod, dipateri di dalam silinder ini. Untuk meningkatkan ciri teknikal, grid tambahan dipasang, dengan bantuan fluks elektron meningkat.

Arus dan voltan adalah parameter kuantitatif yang digunakan dalam litar elektrik. Selalunya, nilai-nilai ini berubah dari semasa ke semasa, jika tidak, tidak ada gunanya dalam pengendalian litar elektrik.

voltan

Secara konvensional, voltan ditunjukkan oleh huruf U. Kerja yang dilakukan untuk menggerakkan unit cas dari titik potensi rendah ke titik potensi tinggi ialah voltan antara dua titik ini. Dalam erti kata lain, ini ialah tenaga yang dikeluarkan selepas peralihan unit cas daripada potensi tinggi kepada yang kecil.

Voltan juga boleh dipanggil beza keupayaan, serta daya gerak elektrik. Parameter ini diukur dalam volt. Untuk menggerakkan 1 coulomb cas antara dua titik yang mempunyai voltan 1 volt, anda perlu melakukan 1 joule kerja. Coulomb mengukur cas elektrik. 1 loket adalah sama dengan cas 6x10 18 elektron.

Voltan terbahagi kepada beberapa jenis, bergantung kepada jenis arus.

Tekanan berterusan . Ia hadir dalam litar elektrostatik dan litar DC.
voltan AC . Voltan jenis ini terdapat dalam litar dengan arus sinusoidal dan arus ulang alik. Dalam kes arus sinusoidal, ciri voltan seperti:
amplitud turun naik voltan ialah sisihan maksimumnya daripada paksi-x;
voltan segera, yang dinyatakan pada masa tertentu;
voltan operasi, ditentukan oleh kerja aktif separuh kitaran pertama;
voltan diperbetulkan sederhana, ditentukan oleh modulus voltan diperbetulkan untuk satu tempoh harmonik.

Apabila menghantar elektrik melalui talian atas, susunan sokongan dan dimensinya bergantung pada magnitud voltan yang digunakan. Voltan antara fasa dipanggil voltan talian , dan voltan antara tanah dan setiap fasa ialah voltan fasa . Peraturan ini digunakan untuk semua jenis talian atas. Di Rusia, dalam rangkaian elektrik isi rumah, piawaian adalah voltan tiga fasa dengan voltan linear 380 volt, dan nilai voltan fasa 220 volt.

Elektrik

Arus dalam litar elektrik ialah kelajuan elektron pada titik tertentu, diukur dalam ampere, dan ditunjukkan pada rajah dengan huruf " saya". Unit terbitan ampere juga digunakan dengan awalan yang sesuai milli-, mikro-, nano, dsb. Arus 1 ampere dijana dengan menggerakkan unit cas 1 coulomb dalam 1 saat.

Secara konvensional, ia dianggap bahawa arus mengalir ke arah dari potensi positif ke negatif. Walau bagaimanapun, dari kursus fizik diketahui bahawa elektron bergerak ke arah yang bertentangan.

Anda perlu tahu bahawa voltan diukur antara 2 titik pada litar, dan arus mengalir melalui satu titik tertentu litar, atau melalui elemennya. Oleh itu, jika seseorang menggunakan ungkapan "voltan dalam rintangan", maka ini tidak betul dan buta huruf. Tetapi selalunya kita bercakap tentang voltan pada titik tertentu dalam litar. Ini merujuk kepada voltan antara tanah dan titik ini.

Voltan terbentuk daripada kesan ke atas cas elektrik dalam penjana dan peranti lain. Arus dijana dengan menggunakan voltan pada dua titik dalam litar.

Untuk memahami apa itu arus dan voltan, adalah lebih tepat untuk digunakan. Di atasnya anda boleh melihat arus dan voltan, yang mengubah nilainya dari semasa ke semasa. Dalam amalan, unsur-unsur litar elektrik disambungkan oleh konduktor. Pada titik tertentu, elemen litar mempunyai nilai voltan sendiri.

Arus dan voltan mematuhi peraturan:

Jumlah arus yang memasuki titik adalah sama dengan jumlah arus yang meninggalkan titik (peraturan pemuliharaan cas). Peraturan sedemikian adalah undang-undang Kirchhoff untuk semasa. Titik masuk dan keluar arus dalam kes ini dipanggil nod. Akibat daripada undang-undang ini ialah pernyataan berikut: dalam litar elektrik bersiri sekumpulan unsur, arus untuk semua titik adalah sama.
Dalam litar selari unsur, voltan merentasi semua elemen adalah sama. Dengan kata lain, jumlah penurunan voltan dalam litar tertutup adalah sifar. Undang-undang Kirchhoff ini terpakai untuk tegasan.
Kerja yang dilakukan per unit masa oleh litar (kuasa) dinyatakan seperti berikut: P \u003d U * I. Kuasa diukur dalam watt. 1 joule kerja yang dilakukan dalam 1 saat adalah bersamaan dengan 1 watt. Kuasa diagihkan dalam bentuk haba, dibelanjakan untuk kerja mekanikal (dalam motor elektrik), ditukar kepada sinaran pelbagai jenis, terkumpul dalam tangki atau bateri. Apabila mereka bentuk sistem elektrik yang kompleks, salah satu cabaran ialah beban haba sistem.

Ciri arus elektrik

Prasyarat untuk kewujudan arus dalam litar elektrik ialah litar tertutup. Jika litar putus, maka arus berhenti.

Segala-galanya dalam kejuruteraan elektrik berfungsi berdasarkan prinsip ini. Mereka memecahkan litar elektrik dengan sentuhan mekanikal yang bergerak, dan ini menghentikan aliran arus, mematikan peranti.

Dalam industri tenaga, arus elektrik berlaku di dalam konduktor arus, yang dibuat dalam bentuk tayar, dan bahagian lain yang mengalirkan arus.

Terdapat juga cara lain untuk mencipta arus dalaman dalam:

Cecair dan gas disebabkan oleh pergerakan ion bercas.
Vakum, gas dan udara menggunakan pelepasan termionik.
disebabkan oleh pergerakan pembawa caj.

Syarat berlakunya arus elektrik

Konduktor pemanasan (bukan superkonduktor).
Permohonan untuk mengecas pembawa beza keupayaan.
Tindak balas kimia dengan pembebasan bahan baru.
Kesan medan magnet pada konduktor.

Bentuk Gelombang Semasa

Garis lurus.
Gelombang sinus harmonik boleh ubah.
Berliku yang kelihatan seperti gelombang sinus, tetapi mempunyai bucu tajam (kadang-kadang bucunya boleh dilicinkan).
Bentuk berdenyut satu arah, dengan amplitud yang turun naik dari sifar kepada nilai terbesar mengikut undang-undang tertentu.

Jenis kerja arus elektrik

Cahaya yang dipancarkan oleh peranti pencahayaan.
Menjana haba dengan elemen pemanas.
Kerja mekanikal (putaran motor elektrik, tindakan peranti elektrik lain).
Penciptaan sinaran elektromagnet.

Fenomena negatif yang disebabkan oleh arus elektrik

Terlalu panas sesentuh dan bahagian pembawa arus.
Kejadian arus pusar dalam teras peranti elektrik.
Sinaran elektromagnet kepada persekitaran luaran.

Pencipta peranti elektrik dan pelbagai litar semasa mereka bentuk mesti mengambil kira sifat arus elektrik di atas dalam reka bentuk mereka. Sebagai contoh, kesan berbahaya daripada arus pusar dalam motor elektrik, transformer dan penjana dikurangkan dengan mengadun teras yang digunakan untuk menghantar fluks magnet. Pengadunan teras adalah pembuatannya bukan dari sekeping logam, tetapi dari satu set plat nipis berasingan keluli elektrik khas.

Tetapi, sebaliknya, arus pusar digunakan untuk mengendalikan ketuhar gelombang mikro, ketuhar, beroperasi pada prinsip aruhan magnetik. Oleh itu, kita boleh mengatakan bahawa arus pusar bukan sahaja berbahaya, tetapi juga bermanfaat.

Arus ulang alik dengan isyarat dalam bentuk sinusoid boleh berbeza dalam kekerapan ayunan setiap unit masa. Di negara kita, frekuensi arus industri peranti elektrik adalah standard, dan bersamaan dengan 50 hertz. Di sesetengah negara, kekerapan semasa ialah 60 hertz.

Untuk pelbagai tujuan dalam kejuruteraan elektrik dan kejuruteraan radio, nilai frekuensi lain digunakan:

Isyarat frekuensi rendah dengan frekuensi arus yang lebih rendah.
Isyarat frekuensi tinggi, yang jauh lebih tinggi daripada kekerapan penggunaan industri semasa.

Adalah dipercayai bahawa arus elektrik berlaku apabila elektron bergerak di dalam konduktor, jadi ia dipanggil arus konduksi. Tetapi terdapat satu lagi jenis arus elektrik, yang dipanggil perolakan. Ia berlaku apabila badan makro bercas bergerak, contohnya, titisan hujan.

Arus elektrik dalam logam

Pergerakan elektron di bawah pengaruh daya yang berterusan ke atasnya dibandingkan dengan seorang penerjun payung yang turun ke tanah. Dalam kedua-dua kes ini, gerakan seragam berlaku. Daya graviti bertindak ke atas skydiver, dan daya rintangan udara menentangnya. Daya medan elektrik bertindak ke atas pergerakan elektron, dan ion kekisi kristal menentang pergerakan ini. Kelajuan purata elektron mencapai nilai malar, begitu juga dengan kelajuan skydiver.

Dalam konduktor logam, kelajuan satu elektron ialah 0.1 mm sesaat, dan kelajuan arus elektrik adalah kira-kira 300,000 km sesaat. Ini kerana arus elektrik mengalir hanya apabila voltan dikenakan pada zarah yang dicas. Oleh itu, kadar aliran arus yang tinggi dicapai.

Apabila menggerakkan elektron dalam kekisi kristal, terdapat keteraturan berikut. Elektron tidak berlanggar dengan semua ion yang datang, tetapi hanya dengan setiap persepuluh daripadanya. Ini dijelaskan oleh undang-undang mekanik kuantum, yang boleh dipermudahkan seperti berikut.

Pergerakan elektron terhalang oleh ion besar yang menentang. Ini amat ketara apabila logam dipanaskan, apabila ion berat "berayun", meningkatkan saiz dan mengurangkan kekonduksian elektrik kekisi kristal konduktor. Oleh itu, apabila logam dipanaskan, rintangannya sentiasa meningkat. Apabila suhu menurun, kekonduksian elektrik meningkat. Dengan mengurangkan suhu logam kepada sifar mutlak, kesan superkonduktiviti boleh dicapai.