Definitie van elektrische stroom. Wat is elektrische stroom? Aard van elektriciteit

". Vandaag wil ik het hebben over een onderwerp als elektrische stroom. Wat is het? Laten we proberen het schoolcurriculum te onthouden.

Elektrische stroom is de geordende beweging van geladen deeltjes in een geleider.

Als je het je herinnert, moet je een elektrisch veld creëren om geladen deeltjes te laten bewegen (er ontstaat een elektrische stroom). Om een elektrisch veld te creëren, kun je elementaire experimenten uitvoeren zoals het wrijven van een plastic handvat op wol en gedurende een tijdje zal het lichte objecten aantrekken. Lichamen die in staat zijn om na wrijving objecten aan te trekken, worden geëlektrificeerd genoemd. We kunnen zeggen dat het lichaam in deze toestand elektrische ladingen heeft, en de lichamen zelf worden geladen genoemd. Uit het schoolcurriculum weten we dat alle lichamen uit minuscule deeltjes (moleculen) bestaan. Een molecuul is een deeltje van een stof dat kan worden gescheiden van een lichaam en het zal alle eigenschappen hebben die inherent zijn aan dit lichaam. Moleculen van complexe lichamen worden gevormd uit verschillende combinaties van atomen van eenvoudige lichamen. Een watermolecuul bestaat bijvoorbeeld uit twee eenvoudige: een zuurstofatoom en een waterstofatoom.

Atomen, neutronen, protonen en elektronen - wat zijn dat?

Een atoom bestaat op zijn beurt uit een kern en draait eromheen elektronen. Elk elektron in een atoom heeft een kleine elektrische lading. Een waterstofatoom bestaat bijvoorbeeld uit een kern van een elektron die eromheen draait. De kern van een atoom bestaat op zijn beurt uit protonen en neutronen. De kern van een atoom heeft op zijn beurt een elektrische lading. De protonen waaruit de kern bestaat, hebben dezelfde elektrische ladingen en elektronen. Maar protonen zijn, in tegenstelling tot elektronen, inactief, maar hun massa is vele malen groter dan de massa van een elektron. Het deeltje neutron, dat deel uitmaakt van het atoom, heeft geen elektrische lading, het is neutraal. De elektronen die rond de kern van een atoom draaien en de protonen waaruit de kern bestaat, zijn dragers van gelijke elektrische ladingen. Tussen het elektron en het proton is er altijd een kracht van wederzijdse aantrekking, en tussen de elektronen onderling en tussen de protonen, de kracht van wederzijdse afstoting. Hierdoor heeft het elektron een negatieve elektrische lading en het proton positief. Hieruit kunnen we concluderen dat er 2 soorten elektriciteit zijn: positief en negatief. De aanwezigheid van gelijk geladen deeltjes in een atoom leidt ertoe dat er tussen de positief geladen kern van het atoom en de elektronen die eromheen draaien krachten van wederzijdse aantrekkingskracht zijn die het atoom bij elkaar houden. Atomen verschillen van elkaar in het aantal neutronen en protonen in de kernen, daarom is de positieve lading van de kernen van atomen van verschillende stoffen niet hetzelfde. In atomen van verschillende stoffen is het aantal roterende elektronen niet hetzelfde en wordt bepaald door de positieve lading van de kern. De atomen van sommige stoffen zijn stevig aan de kern gebonden, terwijl in andere deze binding veel zwakker kan zijn. Dit verklaart de verschillende sterktes van de lichamen. Staaldraad is veel sterker dan koperdraad, waardoor staaldeeltjes sterker tot elkaar worden aangetrokken dan koperdeeltjes. De aantrekkingskracht tussen moleculen is vooral merkbaar als ze dicht bij elkaar staan. Het meest opvallende voorbeeld is dat twee druppels water bij contact in één versmelten.

Elektrische lading

in het atoom van elke stof is het aantal elektronen dat rond de kern draait gelijk aan het aantal protonen in de kern. De elektrische lading van een elektron en een proton zijn even groot, wat betekent dat de negatieve lading van de elektronen gelijk is aan de positieve lading van de kern. Deze ladingen houden elkaar in evenwicht en het atoom blijft neutraal. In een atoom vormen elektronen een elektronenschil rond de kern. De elektronenschil en de kern van een atoom zijn in continue oscillerende beweging. Wanneer de atomen bewegen, botsen ze met elkaar en een of meer elektronen vliegen eruit. Het atoom houdt op neutraal te zijn en wordt positief geladen. Omdat de positieve lading negatiever is geworden (zwakke verbinding tussen het elektron en de kern - metaal en steenkool). In andere carrosserieën (hout en glas) zijn de elektronische schelpen niet gebroken. Nadat ze zich van atomen hebben losgemaakt, bewegen vrije elektronen willekeurig en kunnen ze door andere atomen worden opgevangen. Het proces van verschijnen en verdwijnen in het lichaam is continu. Naarmate de temperatuur stijgt, neemt de snelheid van de vibrerende beweging van atomen toe, worden de botsingen frequenter, sterker, het aantal vrije elektronen neemt toe. Het lichaam blijft echter elektrisch neutraal, aangezien het aantal elektronen en protonen in het lichaam niet verandert. Als een bepaalde hoeveelheid vrije elektronen uit het lichaam wordt verwijderd, wordt de positieve lading groter dan de totale lading. Het lichaam wordt positief geladen en vice versa. Als er een gebrek aan elektronen in het lichaam wordt gecreëerd, wordt het extra opgeladen. Als het eigen risico negatief is. Hoe groter dit tekort of overschot, hoe groter de elektrische lading. In het eerste geval (meer positief geladen deeltjes) worden lichamen geleiders genoemd (metalen, waterige oplossingen van zouten en zuren), en in het tweede (gebrek aan elektronen, negatief geladen deeltjes) diëlektrica of isolatoren (amber, kwarts, eboniet). Voor het continu bestaan van een elektrische stroom is het noodzakelijk om constant een potentiaalverschil in de geleider te handhaven.

Nou, dat is een kleine natuurkunde cursus is voorbij. Ik denk dat je, met mijn hulp, het schoolcurriculum voor de 7e klas hebt onthouden, en we zullen in mijn volgende artikel analyseren wat het mogelijke verschil is. Tot we elkaar weer ontmoeten op de pagina's van de site.

elektrolyten Het is gebruikelijk om geleidende media te noemen waarin de stroom van elektrische stroom gepaard gaat met de overdracht van materie. Dragers van vrije ladingen in elektrolyten zijn positief en negatief geladen ionen.

De belangrijkste vertegenwoordigers van elektrolyten die veel worden gebruikt in de technologie zijn waterige oplossingen van anorganische zuren, zouten en basen. De doorgang van elektrische stroom door de elektrolyt gaat gepaard met het vrijkomen van stoffen op de elektroden. Dit fenomeen is genoemd elektrolyse (afb.9.10) .

Elektrische stroom in elektrolyten is de beweging van ionen van beide tekens in tegengestelde richtingen. Positieve ionen bewegen naar de negatieve elektrode ( kathode), negatieve ionen - naar de positieve elektrode ( anode). Ionen van beide tekens verschijnen in waterige oplossingen van zouten, zuren en basen als gevolg van de splitsing van enkele neutrale moleculen. Dit fenomeen heet elektrolytische dissociatie .

De wet van elektrolyse werd in 1833 experimenteel vastgesteld door de Engelse natuurkundige M. Faraday.

De eerste wet van Faraday bepaalt de hoeveelheid primaire producten die vrijkomen op de elektroden tijdens elektrolyse: de massa m van de stof die vrijkomt op de elektrode is recht evenredig met de lading q die door de elektrolyt is gegaan:

m = kq = kitit,

waar k – elektrochemisch equivalent van een stof:

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

De tweede wet van Faradayelektrochemische equivalenten van verschillende stoffen omvatten hun chemische equivalenten :

Uniforme wet van Faraday voor elektrolyse:

Elektrolytische processen worden als volgt geclassificeerd:

het verkrijgen van anorganische stoffen (waterstof, zuurstof, chloor, alkaliën, enz.);

het verkrijgen van metalen (lithium, natrium, kalium, beryllium, magnesium, zink, aluminium, koper, enz.);

reiniging van metalen (koper, zilver,…);

het verkrijgen van metaallegeringen;

het verkrijgen van galvanische coatings;

behandeling van metalen oppervlakken (nitreren, boren, elektrolytisch polijsten, reinigen);

het verkrijgen van organische stoffen;

elektrodialyse en ontzilting van water;

filmafzetting door elektroforese.

Praktische toepassing van elektrolyse

Elektrochemische processen worden veel gebruikt op verschillende gebieden van de moderne technologie, in analytische chemie, biochemie, enz. In de chemische industrie worden chloor en fluor, alkaliën, chloraten en perchloraten, perszwavelzuur en persulfaten, chemisch zuivere waterstof en zuurstof, enz. verkregen door elektrolyse.In dit geval worden sommige stoffen verkregen door reductie aan de kathode (aldehyden, para-aminofenol, enz.), andere door elektro-oxidatie aan de anode (chloraten, perchloraten, kaliumpermanganaat, enz.).

Elektrolyse in de hydrometallurgie is een van de fasen in de verwerking van metaalhoudende grondstoffen, die zorgt voor de productie van verhandelbare metalen. Elektrolyse kan worden uitgevoerd met oplosbare anodes - het elektroraffinageproces of met onoplosbare - het elektro-extractieproces. De belangrijkste taak bij de elektroraffinage van metalen is het waarborgen van de vereiste zuiverheid van het kathodemetaal tegen acceptabele energiekosten. In de non-ferrometallurgie wordt elektrolyse gebruikt om metalen uit ertsen te extraheren en te zuiveren.

Door elektrolyse van gesmolten media worden aluminium, magnesium, titaan, zirkonium, uranium, beryllium enz. verkregen Voor het raffineren (reinigen) van het metaal door middel van elektrolyse worden er platen uit gegoten en als anodes 1 in de elektrolyseur 3 geplaatst (afb. 9.11 ). Wanneer een stroom wordt geleid, ondergaat het te zuiveren metaal 1 anodisch oplossen, d.w.z. het gaat in oplossing over in de vorm van kationen. Vervolgens worden deze metaalkationen aan de kathode 2 afgevoerd, waardoor een compacte afzetting van reeds zuiver metaal wordt gevormd. Onzuiverheden in de anode blijven ofwel onoplosbaar 4 of komen in de elektrolyt terecht en worden verwijderd.

Figuur 9.11 toont een diagram van de elektrolytische raffinage van koper.

Galvaniseren - het gebied van toegepaste elektrochemie, dat zich bezighoudt met de processen van het aanbrengen van metalen coatings op het oppervlak van zowel metalen als niet-metalen producten wanneer een gelijkstroom door oplossingen van hun zouten gaat. Galvaniseren is onderverdeeld in: galvaniseren en galvaniseren.

galvaniseren (van Griekse omslag) - is de elektrodepositie op het oppervlak van een metaal van een ander metaal, die stevig is verbonden (gekleefd) met het gecoate metaal (object), dat dient als de kathode van de elektrolyseur (Fig. 9.12).

Galvaniseren kan worden gebruikt om een onderdeel te bedekken met een dunne laag goud of zilver, chroom of nikkel. Met behulp van elektrolyse is het mogelijk om de dunste metaalcoatings op verschillende metalen oppervlakken aan te brengen. Bij deze methode van coaten wordt het onderdeel gebruikt als een kathode, geplaatst in een zoutoplossing van het metaal waaruit de coating moet worden verkregen. Als anode wordt een plaat van hetzelfde metaal gebruikt.


	Rijst. 9.12	Rijst. 9.13

We raden u aan de demo van Electroforming te bekijken.

Electrotype – productie van nauwkeurige, gemakkelijk verwijderbare metalen kopieën door middel van elektrolyse van aanzienlijke dikte van verschillende niet-metalen en metalen voorwerpen, matrices genaamd (Fig. 9.13).

Bustes, standbeelden, enz. worden gemaakt met behulp van elektroforming. Galvaniseren wordt gebruikt om relatief dikke metalen coatings op andere metalen aan te brengen (bijvoorbeeld de vorming van een "overliggende" laag van nikkel, zilver, goud, enz.).

Wat is elektrische stroom?

Directionele beweging van elektrisch geladen deeltjes onder invloed van . Dergelijke deeltjes kunnen zijn: in geleiders - elektronen, in elektrolyten - ionen (kationen en anionen), in halfgeleiders - elektronen en zogenaamde "gaten" ("elektron-gat geleidbaarheid"). Er is ook een "voorspanningsstroom", waarvan de stroom te wijten is aan het proces van het opladen van de capaciteit, d.w.z. verandering in het potentiaalverschil tussen de platen. Tussen de platen vindt geen beweging van deeltjes plaats, maar de stroom vloeit door de condensator.

In de theorie van elektrische circuits wordt stroom beschouwd als de gerichte beweging van ladingsdragers in een geleidend medium onder invloed van een elektrisch veld.

Geleidingsstroom (eenvoudigweg stroom) in de theorie van elektrische circuits is de hoeveelheid elektriciteit die per tijdseenheid door de doorsnede van de geleider stroomt: i \u003d q / t, waarbij i de stroom is. MAAR; q \u003d 1.6 10 9 - elektronenlading, C; t - tijd, s.

Deze uitdrukking is geldig voor DC-circuits. Voor wisselstroomcircuits wordt de zogenaamde momentane stroomwaarde gebruikt, gelijk aan de snelheid van verandering van lading in de tijd: i (t) \u003d dq / dt.

Een elektrische stroom treedt op wanneer een elektrisch veld verschijnt in een gedeelte van een elektrisch circuit, of een potentiaalverschil tussen twee punten van een geleider. Het potentiaalverschil tussen twee punten wordt spanning of genoemd spanningsval in dit gedeelte van het circuit.

In plaats van de term "stroom" ("huidige waarde") wordt vaak de term "stroomsterkte" gebruikt. Dit laatste kan echter niet succesvol worden genoemd, aangezien de stroomsterkte geen kracht in de letterlijke zin van het woord is, maar alleen de intensiteit van de beweging van elektrische ladingen in de geleider, de hoeveelheid elektriciteit die per tijdseenheid door het kruis gaat -doorsnede van de geleider.
De stroom wordt gekenmerkt, die in het SI-systeem wordt gemeten in ampère (A), en de stroomdichtheid, die in het SI-systeem wordt gemeten in ampère per vierkante meter.
Eén ampère komt overeen met de beweging door de doorsnede van de geleider gedurende één seconde (s) van een lading elektriciteit van één hanger (C):

1A = 1C/s.

In het algemene geval, dat de stroom aangeeft met de letter i, en de lading met q, krijgen we:

ik = dq / dt.

De eenheid van stroom wordt de ampère (A) genoemd. De stroom in de geleider is 1 A als een elektrische lading gelijk aan 1 hanger in 1 seconde door de doorsnede van de geleider gaat.

Als er een spanning langs de geleider werkt, ontstaat er een elektrisch veld in de geleider. Bij de veldsterkte E worden de elektronen met lading e beïnvloed door de kracht f = Ee. De waarden f en E zijn vectoren. Tijdens de vrije padtijd krijgen de elektronen een gerichte beweging samen met een chaotische. Elk elektron heeft een negatieve lading en ontvangt een snelheidscomponent die tegengesteld is aan de vector E (Fig. 1). Geordende beweging, gekenmerkt door een gemiddelde elektronensnelheid vcp, bepaalt de stroom van elektrische stroom.

Elektronen kunnen ook gerichte beweging hebben in ijle gassen. In elektrolyten en geïoniseerde gassen is de stroomstroom voornamelijk te wijten aan de beweging van ionen. In overeenstemming met het feit dat in elektrolyten positief geladen ionen van de positieve naar de negatieve pool bewegen, werd historisch gezien dat de richting van de stroom het tegenovergestelde was van de richting van elektronen.

De stroomrichting is de richting waarin positief geladen deeltjes bewegen, d.w.z. de richting tegengesteld aan de beweging van elektronen.
In de theorie van elektrische circuits wordt de bewegingsrichting van positief geladen deeltjes van een hogere potentiaal naar een lagere genomen als de stroomrichting in een passief circuit (buiten energiebronnen). Deze richting werd genomen aan het begin van de ontwikkeling van elektrotechniek en is in tegenspraak met de ware bewegingsrichting van ladingsdragers - elektronen die in geleidende media van min naar plus bewegen.

De waarde gelijk aan de verhouding van de stroom tot het dwarsdoorsnede-oppervlak S wordt de stroomdichtheid genoemd (aangeduid met δ): δ= IS

Aangenomen wordt dat de stroom gelijkmatig over de doorsnede van de geleider wordt verdeeld. Stroomdichtheid in draden wordt meestal gemeten in A/mm2.

Volgens het type dragers van elektrische ladingen en het medium van hun beweging, worden ze onderscheiden geleidingsstromen en verplaatsingsstromen. Geleidbaarheid is onderverdeeld in elektronisch en ionisch. Voor stabiele modi worden twee soorten stromen onderscheiden: direct en wisselend.

Elektrische stroomoverdracht noemde het fenomeen van de overdracht van elektrische ladingen door geladen deeltjes of lichamen die in de vrije ruimte bewegen. Het belangrijkste type elektrische stroomoverdracht is de beweging in de leegte van elementaire deeltjes met een lading (de beweging van vrije elektronen in elektronenbuizen), de beweging van vrije ionen in gasontladingsapparaten.

Elektrische verplaatsingsstroom (polarisatiestroom) de geordende beweging van gebonden dragers van elektrische ladingen genoemd. Dit soort stroom kan worden waargenomen in diëlektrica.
Volledige elektrische stroom is een scalaire waarde gelijk aan de som van de elektrische geleidingsstroom, de elektrische overdrachtsstroom en de elektrische verplaatsingsstroom door het beschouwde oppervlak.

Een constante stroom is een stroom die in grootte kan variëren, maar van teken verandert gedurende een willekeurig lange tijd. Lees hier meer over:

Een wisselstroom is een stroom die periodiek zowel in grootte als in teken verandert.De grootheid die de wisselstroom kenmerkt, is de frequentie (in het SI-systeem wordt deze gemeten in hertz), in het geval dat de sterkte periodiek verandert. Hoogfrequente wisselstroom naar het oppervlak van de geleider geduwd. Hoogfrequente stromen worden gebruikt in de machinebouw voor warmtebehandeling van oppervlakken van onderdelen en lassen, in de metallurgie voor het smelten van metalen.Wisselstromen zijn onderverdeeld in sinusvormige en niet-sinusvormig. Een sinusvormige stroom is een stroom die verandert volgens een harmonische wet:

ik = ik ben zonde t,

De veranderingssnelheid van wisselstroom wordt erdoor gekenmerkt, gedefinieerd als het aantal volledige repetitieve oscillaties per tijdseenheid. Frequentie wordt aangegeven met de letter f en wordt gemeten in hertz (Hz). Dus de frequentie van de stroom in het netwerk 50 Hz komt overeen met 50 volledige oscillaties per seconde. De hoekfrequentie ω is de veranderingssnelheid van de stroom in radialen per seconde en is gerelateerd aan de frequentie door een eenvoudige relatie:

ω = 2πf

Stabiele (vaste) waarden van gelijk- en wisselstromen geef met een hoofdletter I onstabiele (momentane) waarden aan - met de letter i. De voorwaardelijk positieve richting van de stroom wordt beschouwd als de bewegingsrichting van positieve ladingen.

Dit is een stroom die in de loop van de tijd verandert volgens de sinuswet.

Wisselstroom betekent ook stroom in conventionele een- en driefasige netten. In dit geval veranderen de wisselstroomparameters volgens de harmonische wet.

Omdat wisselstroom met de tijd varieert, zijn eenvoudige probleemoplossende methoden die geschikt zijn voor gelijkstroomcircuits hier niet direct toepasbaar. Bij zeer hoge frequenties kunnen ladingen oscilleren - stromen van de ene plaats in het circuit naar de andere en terug. In dit geval zijn, in tegenstelling tot DC-circuits, de stromen in in serie geschakelde geleiders mogelijk niet hetzelfde. Capaciteiten die aanwezig zijn in wisselstroomcircuits versterken dit effect. Bovendien treden, wanneer de stroom verandert, zelfinductie-effecten in het spel, die zelfs bij lage frequenties significant worden als spoelen met grote inductanties worden gebruikt. Bij relatief lage frequenties kunnen AC-circuits nog steeds worden berekend met , die echter dienovereenkomstig moeten worden aangepast.

Een circuit dat verschillende weerstanden, inductoren en condensatoren bevat, kan worden beschouwd alsof het bestaat uit een gegeneraliseerde weerstand, condensator en inductor die in serie zijn geschakeld.

Overweeg de eigenschappen van zo'n circuit aangesloten op een sinusvormige dynamo. Om regels te formuleren voor het ontwerpen van wisselstroomcircuits, is het noodzakelijk om de relatie tussen spanningsval en stroom voor elk van de componenten van een dergelijk circuit te vinden.

Het speelt totaal verschillende rollen in AC- en DC-circuits. Als er bijvoorbeeld een elektrochemisch element op het circuit is aangesloten, begint de condensator op te laden totdat de spanning erover gelijk wordt aan de EMF van het element. Dan stopt het opladen en daalt de stroom naar nul. Als het circuit is aangesloten op een dynamo, zullen de elektronen in de ene halve cyclus van de linkerkant van de condensator stromen en zich aan de rechterkant ophopen, en vice versa in de andere. Deze bewegende elektronen zijn een wisselstroom, waarvan de sterkte aan beide zijden van de condensator gelijk is. Zolang de frequentie van de wisselstroom niet erg hoog is, is de stroom door de weerstand en de spoel ook gelijk.

In AC-verbruikende apparaten wordt AC vaak gelijkgericht door gelijkrichters om DC te produceren.

Elektrische geleiders

Het materiaal waarin stroom vloeit wordt genoemd. Sommige materialen worden supergeleidend bij lage temperaturen. In deze toestand bieden ze bijna geen weerstand tegen stroom, hun weerstand neigt naar nul. In alle andere gevallen weerstaat de geleider de stroom en wordt een deel van de energie van de elektrische deeltjes omgezet in warmte. De stroomsterkte kan worden berekend met behulp van voor een deel van het circuit en de wet van Ohm voor een compleet circuit.

De snelheid van deeltjes in geleiders is afhankelijk van het materiaal van de geleider, de massa en lading van het deeltje, de omgevingstemperatuur, het aangelegde potentiaalverschil en is veel lager dan de lichtsnelheid. Desondanks is de voortplantingssnelheid van de werkelijke elektrische stroom gelijk aan de lichtsnelheid in een bepaald medium, dat wil zeggen de voortplantingssnelheid van het front van een elektromagnetische golf.

Hoe stroom het menselijk lichaam beïnvloedt

Stroom die door het menselijk of dierlijk lichaam gaat, kan elektrische brandwonden, fibrillatie of de dood veroorzaken. Aan de andere kant wordt elektrische stroom gebruikt op de intensive care, voor de behandeling van geestesziekten, met name depressie, elektrische stimulatie van bepaalde delen van de hersenen wordt gebruikt voor de behandeling van ziekten zoals de ziekte van Parkinson en epilepsie, een pacemaker die de hartspier stimuleert met een gepulseerde stroom wordt gebruikt voor bradycardie. Bij mens en dier wordt stroom gebruikt om zenuwimpulsen door te geven.

Volgens veiligheidsmaatregelen is de minimaal waarneembare stroom 1 mA. De stroom wordt gevaarlijk voor het menselijk leven vanaf een sterkte van ongeveer 0,01 A. De stroom wordt dodelijk voor een persoon vanaf een sterkte van ongeveer 0,1 A. Een spanning van minder dan 42 V wordt als veilig beschouwd.

Elke stroom verschijnt alleen in de aanwezigheid van een bron met vrij geladen deeltjes. Dit komt door het feit dat er geen stoffen in vacuüm zijn, inclusief elektrische ladingen. Daarom wordt het vacuüm als het beste beschouwd. Om de doorgang van een elektrische stroom a mogelijk te maken, is het noodzakelijk om te zorgen voor de aanwezigheid van een voldoende aantal gratis ladingen. In dit artikel zullen we kijken naar wat een elektrische stroom in een vacuüm is.

Hoe elektrische stroom in een vacuüm kan verschijnen

Om een volwaardige elektrische stroom in een vacuüm te creëren, is het noodzakelijk om een dergelijk fysiek fenomeen als thermionische emissie te gebruiken. Het is gebaseerd op de eigenschap van een bepaalde stof om bij verhitting vrije elektronen uit te zenden. Dergelijke elektronen die uit een verwarmd lichaam komen, worden thermo-elektronen genoemd en het hele lichaam wordt een emitter genoemd.

Thermionische emissie ligt ten grondslag aan de werking van vacuümapparaten, beter bekend als vacuümbuizen. Het eenvoudigste ontwerp bevat twee elektroden. Een daarvan is de kathode, een spiraal waarvan het materiaal molybdeen of wolfraam is. Hij is het die wordt verwarmd door een elektrische stroom ohm. De tweede elektrode wordt de anode genoemd. Het bevindt zich in een koude toestand en voert de taak uit om thermionische elektronen te verzamelen. In de regel is de anode gemaakt in de vorm van een cilinder en wordt er een verwarmde kathode in geplaatst.

Toepassing van stroom in vacuüm

In de vorige eeuw speelden vacuümbuizen een hoofdrol in de elektronica. En hoewel ze al lang zijn vervangen door halfgeleiderapparaten, wordt het werkingsprincipe van deze apparaten gebruikt in kathodestraalbuizen. Dit principe wordt gebruikt bij las- en smeltwerkzaamheden in onder meer vacuüm.

Een van de variëteiten van stroom a is dus een elektronenstroom die in vacuüm stroomt. Wanneer de kathode wordt verwarmd, verschijnt er een elektrisch veld tussen de kathode en de anode. Het is dit dat de elektronen een bepaalde richting en snelheid geeft. Volgens dit principe werkt een elektronische lamp met twee elektroden (diode), die veel wordt gebruikt in radiotechniek en elektronica.

Het moderne apparaat is een cilinder van glas of metaal, waaruit eerder lucht is weggepompt. In deze cilinder zijn twee elektroden, een kathode en een anode, gesoldeerd. Om de technische kenmerken te verbeteren, worden extra roosters geïnstalleerd, met behulp waarvan de elektronenflux wordt verhoogd.

Stroom en spanning zijn kwantitatieve parameters die in elektrische circuits worden gebruikt. Meestal veranderen deze waarden in de loop van de tijd, anders zou het geen zin hebben in de werking van het elektrische circuit.

Spanning

Conventioneel wordt de spanning aangegeven met de letter u. Het werk dat wordt gedaan om een ladingseenheid van een punt met een laag potentieel naar een punt met een hoog potentieel te verplaatsen, is de spanning tussen deze twee punten. Met andere woorden, dit is de energie die vrijkomt na de overgang van een ladingseenheid van een hoog potentieel naar een klein.

Spanning kan ook het potentiaalverschil worden genoemd, evenals de elektromotorische kracht. Deze parameter wordt gemeten in volt. Om 1 coulomb lading te verplaatsen tussen twee punten met een spanning van 1 volt, moet je 1 joule arbeid doen. Coulombs meten elektrische ladingen. 1 hanger is gelijk aan de lading van 6x10 18 elektronen.

Spanning is onderverdeeld in verschillende soorten, afhankelijk van de soorten stroom.

Constante druk . Het is aanwezig in elektrostatische circuits en DC-circuits.
wisselspanning . Dit type spanning is beschikbaar in circuits met sinusvormige en wisselstromen. In het geval van een sinusvormige stroom, spanningskenmerken zoals:
spanningsfluctuatie amplitude: is de maximale afwijking van de x-as;
onmiddellijke spanning, die op een bepaald moment wordt uitgedrukt;
werkspanning, wordt bepaald door het actieve werk van de 1e halve cyclus;
gemiddelde gelijkgerichte spanning, bepaald door de modulus van de gelijkgerichte spanning gedurende één harmonische periode.

Bij het overbrengen van elektriciteit via bovenleidingen, hangt de opstelling van steunen en hun afmetingen af van de grootte van de aangelegde spanning. De spanning tussen fasen wordt genoemd netspanning , en de spanning tussen aarde en elk van de fasen is fase spanning . Deze regel geldt voor alle typen bovenleidingen. In Rusland, in huishoudelijke elektrische netwerken, is de standaard een driefasige spanning met een lineaire spanning van 380 volt en een fasespanningswaarde van 220 volt.

Elektriciteit

De stroom in een elektrisch circuit is de snelheid van elektronen op een bepaald punt, gemeten in ampère, en wordt op de diagrammen aangegeven met de letter " l". Afgeleide eenheden van de ampère worden ook gebruikt met de juiste voorvoegsels milli-, micro-, nano, enz. Een stroom van 1 ampère wordt opgewekt door een ladingseenheid van 1 coulomb in 1 seconde te verplaatsen.

Conventioneel wordt aangenomen dat de stroom in de richting van de positieve potentiaal naar de negatieve vloeit. Uit de natuurkunde is echter bekend dat het elektron in de tegenovergestelde richting beweegt.

U moet weten dat de spanning wordt gemeten tussen 2 punten op het circuit en dat de stroom door een specifiek punt van het circuit of door zijn element vloeit. Daarom, als iemand de uitdrukking "spanning in weerstand" gebruikt, dan is dit onjuist en analfabeet. Maar vaak hebben we het over spanning op een bepaald punt in het circuit. Dit verwijst naar de spanning tussen aarde en dit punt.

Spanning wordt gevormd door de impact op elektrische ladingen in generatoren en andere apparaten. Stroom wordt opgewekt door spanning aan te leggen op twee punten in een circuit.

Om te begrijpen wat stroom en spanning zijn, zou het correcter zijn om te gebruiken. Hierop kunt u de stroom en spanning zien, die hun waarden in de loop van de tijd veranderen. In de praktijk zijn de elementen van een elektrisch circuit verbonden door geleiders. Op bepaalde punten hebben de circuitelementen hun eigen spanningswaarde.

Stroom en spanning houden zich aan de regels:

De som van de stromen die het punt binnenkomen is gelijk aan de som van de stromen die het punt verlaten (regel voor behoud van lading). Zo'n regel is de wet van Kirchhoff voor stroom. Het punt van binnenkomst en vertrek van stroom wordt in dit geval een knooppunt genoemd. Een gevolg van deze wet is de volgende uitspraak: in een serieschakeling van een groep elementen is de stroom voor alle punten hetzelfde.
In een parallelschakeling van elementen is de spanning over alle elementen hetzelfde. Met andere woorden, de som van spanningsdalingen in een gesloten circuit is nul. Deze wet van Kirchhoff is van toepassing op spanningen.
Het werk dat per tijdseenheid door het circuit (vermogen) wordt gedaan, wordt als volgt uitgedrukt: P \u003d U * I. Het vermogen wordt gemeten in watt. 1 joule arbeid in 1 seconde is gelijk aan 1 watt. Stroom wordt gedistribueerd in de vorm van warmte, wordt besteed aan mechanisch werk (in elektrische motoren), wordt omgezet in straling van verschillende soorten en accumuleert in tanks of batterijen. Bij het ontwerpen van complexe elektrische systemen is een van de uitdagingen de thermische belasting van het systeem.

Elektrische stroomkarakteristiek:

Een voorwaarde voor het bestaan van stroom in een elektrisch circuit is een gesloten circuit. Als het circuit breekt, stopt de stroom.

Alles in de elektrotechniek werkt volgens dit principe. Ze breken het elektrische circuit met bewegende mechanische contacten, en dit stopt de stroomstroom, waardoor het apparaat wordt uitgeschakeld.

In de energie-industrie komt elektrische stroom voor in stroomgeleiders, die zijn gemaakt in de vorm van banden, en andere delen die stroom geleiden.

Er zijn ook andere manieren om een interne stroom te creëren in:

Vloeistoffen en gassen door de beweging van geladen ionen.
Vacuüm, gas en lucht met behulp van thermionische emissie.
door de beweging van ladingsdragers.

Voorwaarden voor het optreden van elektrische stroom

Verwarmingsgeleiders (geen supergeleiders).
Aanvraag om dragers van potentiaalverschil in rekening te brengen.
Chemische reactie met het vrijkomen van nieuwe stoffen.
Het effect van een magnetisch veld op een geleider.

Huidige golfvormen

Rechte lijn.
Variabele harmonische sinusgolf.
Een meander die eruitziet als een sinusgolf, maar scherpe hoeken heeft (soms kunnen de hoeken worden afgevlakt).
Een pulserende vorm van één richting, met een amplitude die volgens een bepaalde wet van nul tot de grootste waarde fluctueert.

Soorten werk van elektrische stroom

Licht uitgestraald door verlichtingsapparaten.
Warmte opwekken met verwarmingselementen.
Mechanisch werk (rotatie van elektromotoren, werking van andere elektrische apparaten).
Opwekking van elektromagnetische straling.

Negatieve verschijnselen veroorzaakt door elektrische stroom

Oververhitting van contacten en stroomvoerende delen.
Het optreden van wervelstromen in de kernen van elektrische apparaten.
Elektromagnetische straling naar de externe omgeving.

De makers van elektrische apparaten en verschillende circuits moeten bij het ontwerpen rekening houden met de bovenstaande eigenschappen van elektrische stroom in hun ontwerpen. Het schadelijke effect van wervelstromen in elektromotoren, transformatoren en generatoren wordt bijvoorbeeld verminderd door de kernen te mengen die worden gebruikt om magnetische fluxen over te brengen. Kernmengen is de vervaardiging ervan niet uit een enkel stuk metaal, maar uit een reeks afzonderlijke dunne platen van speciaal elektrisch staal.

Maar aan de andere kant worden wervelstromen gebruikt om magnetrons, ovens, te laten werken volgens het principe van magnetische inductie. Daarom kunnen we zeggen dat wervelstromen niet alleen schadelijk, maar ook gunstig zijn.

Een wisselstroom met een signaal in de vorm van een sinusoïde kan per tijdseenheid in trillingsfrequentie variëren. In ons land is de industriële stroomfrequentie van elektrische apparaten standaard en gelijk aan 50 hertz. In sommige landen is de huidige frequentie 60 hertz.

Voor verschillende doeleinden in de elektrotechniek en radiotechniek worden andere frequentiewaarden gebruikt:

Laagfrequente signalen met een lagere stroomfrequentie.
Hoogfrequente signalen, die veel hoger zijn dan de huidige frequentie van industrieel gebruik.

Er wordt aangenomen dat elektrische stroom optreedt wanneer elektronen in een geleider bewegen, dus het wordt geleidingsstroom genoemd. Maar er is nog een ander type elektrische stroom, dat convectie wordt genoemd. Het treedt op wanneer geladen macrolichamen bewegen, bijvoorbeeld regendruppels.

Elektrische stroom in metalen

De beweging van elektronen onder invloed van een constante kracht erop wordt vergeleken met een parachutist die naar de grond afdaalt. In deze twee gevallen treedt een uniforme beweging op. De zwaartekracht werkt op de skydiver en de kracht van de luchtweerstand werkt deze tegen. De elektrische veldkracht werkt op de beweging van elektronen en de ionen van de kristalroosters weerstaan deze beweging. De gemiddelde snelheid van de elektronen bereikt een constante waarde, evenals de snelheid van de skydiver.

In een metalen geleider is de snelheid van één elektron 0,1 mm per seconde en de snelheid van een elektrische stroom ongeveer 300.000 km per seconde. Dit komt omdat elektrische stroom alleen vloeit waar spanning op de geladen deeltjes staat. Daarom wordt een hoge stroomsnelheid bereikt.

Bij het verplaatsen van elektronen in een kristalrooster is er de volgende regelmaat. De elektronen botsen niet met alle naderende ionen, maar alleen met elke tiende ervan. Dit wordt verklaard door de wetten van de kwantummechanica, die als volgt kunnen worden vereenvoudigd.

De beweging van elektronen wordt belemmerd door grote ionen die weerstand bieden. Dit is vooral merkbaar wanneer metalen worden verwarmd, wanneer zware ionen "zwaaien", groter worden en de elektrische geleidbaarheid van de kristalroosters van de geleider verminderen. Daarom, wanneer metalen worden verwarmd, neemt hun weerstand altijd toe. Naarmate de temperatuur daalt, neemt de elektrische geleidbaarheid toe. Door de temperatuur van het metaal tot het absolute nulpunt te verlagen, kan het effect van supergeleiding worden bereikt.