ความแรงในปัจจุบันแสดงอะไร? แรงดันและกระแส

คำจำกัดความ 1

กระแสไฟฟ้าเป็นกระบวนการที่อนุภาคมีประจุบางส่วนเริ่มเคลื่อนที่ (ภายใต้อิทธิพลโดยตรงของสนามไฟฟ้า)

อนุภาคที่มีประจุดังกล่าวอาจเป็นองค์ประกอบที่แตกต่างกัน (ทุกอย่างจะขึ้นอยู่กับสถานการณ์) ในกรณีของตัวนำ เช่น อิเล็กตรอนจะทำหน้าที่เป็นอนุภาคดังกล่าว

แนวคิดเรื่องความแข็งแกร่งในปัจจุบัน

ความแรงของกระแสไฟฟ้าจะเป็นปริมาณที่แสดงถึงลำดับการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า ซึ่งเท่ากับตัวเลขของประจุ $\delta q$ ซึ่งในกรณีนี้จะไหลผ่านพื้นผิวบางจุด $S$ (แสดงถึงภาพตัดขวางของ ตัวนำ) ต่อหน่วยเวลา:

$I=\frac(\เดลต้า q)(\เดลต้า t)$

เพื่อกำหนดความแรงของกระแสไฟฟ้า $I$ จำเป็นต้องหารประจุไฟฟ้า $\delta q$ ที่ผ่านหน้าตัดของตัวนำในช่วงเวลา $\delta t$ ตามเวลานี้

ความแรงของกระแสจะขึ้นอยู่กับประจุที่อนุภาคทั้งหมดเคลื่อนที่ ความเร็วของการเคลื่อนที่ของพวกมันที่มุ่งไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง และพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ

พิจารณาตัวนำที่มีพื้นที่หน้าตัด $S$ เราแสดงประจุของอนุภาคทั้งหมดเป็น $q_о$ ปริมาตรของตัวนำซึ่งถูกจำกัดด้วยสองส่วน ประกอบด้วยอนุภาค $nS\delta l$ โดยที่ $n$ แสดงถึงความเข้มข้นของอนุภาคเหล่านั้น ค่าใช้จ่ายทั้งหมดจะเป็นดังนี้:

$q=(q_о)(nS\เดลต้า I)$

ภายใต้เงื่อนไขที่อนุภาคเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเฉลี่ย $v$ ในช่วงเวลานั้น $\delta t=\frac(\delta I)(v)$ อนุภาคทั้งหมดที่อยู่ในปริมาตรที่อยู่ระหว่างการพิจารณาจะมีเวลาผ่านไปผ่านกากบาทที่สอง ส่วนซึ่งหมายความว่าความแรงในปัจจุบันสอดคล้องกับการคำนวณตามสูตรนี้:

$I=(q_о)(nvS)$ โดยที่:

• $I$ - การกำหนดความแรงของไฟฟ้า วัดเป็นแอมแปร์ (A) หรือคูลอมบ์/วินาที
• $q$ - ประจุที่เคลื่อนที่ไปตามตัวนำ, หน่วยวัดคูลอมบ์ (C);

ใน SI หน่วยของกระแสถือเป็นพื้นฐาน และเรียกว่าแอมแปร์ (A) อุปกรณ์วัดที่เลือกคือแอมป์มิเตอร์ซึ่งมีหลักการทำงานขึ้นอยู่กับการกระทำของสนามแม่เหล็ก

หมายเหตุ 1

เมื่อประมาณความเร็วของการเคลื่อนที่ตามลำดับของอิเล็กตรอนภายในตัวนำซึ่งดำเนินการตามสูตรสำหรับตัวนำทองแดงที่มีพื้นที่หน้าตัดหนึ่งตารางมิลลิเมตรเราจะได้ค่าที่ไม่มีนัยสำคัญ (0.1 มม. / วินาที)

ความแตกต่างระหว่างกระแสและแรงดัน

ในวิชาฟิสิกส์ แนวคิดต่างๆ เช่น "ความแรงของกระแส" และ "แรงดันไฟฟ้า" มีความโดดเด่น มีความแตกต่างบางประการซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำความเข้าใจหลักการทำงานของกระแสไฟฟ้า

“ความแรงของกระแส” หมายถึงปริมาณไฟฟ้าจำนวนหนึ่ง “แรงดันไฟฟ้า” ในขณะเดียวกันก็ถือเป็นการวัดพลังงานศักย์ด้วย นอกจากนี้ แนวคิดเหล่านี้ยังค่อนข้างพึ่งพาอาศัยกันค่อนข้างมาก ปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่มีอิทธิพลต่อพวกเขาคือ:

• วัสดุตัวนำ
• อุณหภูมิ;
• สภาพภายนอก

นอกจากนี้ยังสามารถสังเกตความแตกต่างได้ในวิธีการเตรียม ในกรณีที่สัมผัสกับประจุไฟฟ้า ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าจะเกิดขึ้นเนื่องจากการกระทำของแรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดต่างๆ ของวงจร นอกจากนี้ยังมีความแตกต่างเมื่อเปรียบเทียบกับแนวคิดเช่น "การใช้พลังงาน" มันจะประกอบด้วยพลังอย่างแม่นยำ ดังนั้นหากจำเป็นต้องใช้แรงดันไฟฟ้าเพื่อระบุลักษณะพลังงานศักย์ กระแสไฟฟ้าก็จะระบุลักษณะพลังงานจลน์อยู่แล้ว

วิธีการกำหนดความแรงของกระแสไฟฟ้า

ความแรงของกระแสไฟฟ้าคำนวณในทางปฏิบัติโดยใช้เครื่องมือวัดพิเศษหรือใช้สูตรแยกกัน (ขึ้นอยู่กับความพร้อมของข้อมูลเริ่มต้น) สูตรพื้นฐานที่คำนวณความแรงในปัจจุบันมีดังนี้:

การมีอยู่ของไฟฟ้าสามารถคงที่ได้ (เช่น กระแสไฟฟ้าในแบตเตอรี่) และกระแสสลับ (กระแสไฟฟ้าในเต้าเสียบ) แสงสว่างของห้องและการทำงานของอุปกรณ์ไฟฟ้าทั้งหมดเกิดขึ้นอย่างแม่นยำผ่านอิทธิพลของไฟฟ้ากระแสสลับ ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างกระแสสลับและกระแสตรงคือแนวโน้มการเปลี่ยนแปลงที่แข็งแกร่งกว่า

ตัวอย่างที่ชัดเจนของผลกระทบของกระแสสลับอาจเป็นผลของการเปิดหลอดฟลูออเรสเซนต์ ดังนั้นในกระบวนการเปิดหลอดไฟอนุภาคที่มีประจุจะเริ่มเคลื่อนที่ไปข้างหน้าและข้างหลังซึ่งอธิบายการกระทำของกระแสสลับ ไฟฟ้าประเภทนี้ถือเป็นเรื่องธรรมดาที่สุดในชีวิตประจำวัน ตามกฎของโอห์ม ความแรงของกระแสไฟฟ้าคำนวณโดยใช้สูตร (สำหรับส่วนของวงจรไฟฟ้า):

ความแรงของกระแสไฟฟ้าจึงกลายเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้า $U$ ซึ่งวัดเป็นโวลต์ ต่อส่วนของวงจรและแปรผกผันกับความต้านทาน $R$ ของตัวนำของส่วนที่ระบุ ซึ่งแสดงเป็นโอห์ม . การคำนวณความแรงของไฟฟ้าในวงจรสมบูรณ์คำนวณได้ดังนี้

$I=\frac(E)(R+r)$ โดยที่:

• $E$ - แรงเคลื่อนไฟฟ้า, EMF, โวลต์;
• $R$ - ความต้านทานภายนอก, โอห์ม;
• $r$ - ความต้านทานภายใน, โอห์ม

วิธีการหลักในการพิจารณาความแรงของกระแสผ่านระบบเครื่องมือในทางปฏิบัติมีดังต่อไปนี้:

1. วิธีการวัดแมกนีโตอิเล็กทริก ข้อดีของมันคือความไวสูงและความแม่นยำในการอ่านโดยใช้พลังงานต่ำ วิธีการนี้ใช้ได้เฉพาะเมื่อกำหนดขนาดของกระแสตรง
2. วิธีการแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยการค้นหาความแรงของกระแสสลับและชนิดตรงผ่านกระบวนการเปลี่ยนจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสัญญาณจากเซ็นเซอร์โมดูลาร์แม่เหล็ก
3. วิธีการทางอ้อมมีวัตถุประสงค์เพื่อกำหนดแรงดันไฟฟ้าที่ความต้านทานโดยใช้โวลต์มิเตอร์

หมายเหตุ 2

เพื่อที่จะหาความแรงของกระแสไฟฟ้า ในทางปฏิบัติมักใช้อุปกรณ์พิเศษคือแอมมิเตอร์ อุปกรณ์ดังกล่าวเชื่อมต่อกับการแตกหักของวงจรไฟฟ้า ณ จุดที่ต้องการในการวัดความแรงของประจุไฟฟ้าที่ผ่านหน้าตัดของเส้นลวดในช่วงเวลาหนึ่ง

เมื่อกำหนดขนาดของความแรงของกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กจะใช้มิลลิแอมมิเตอร์ไมโครแอมมิเตอร์และกัลวาโนมิเตอร์ซึ่งเชื่อมต่อกับสถานที่เฉพาะในวงจรซึ่งจำเป็นต้องค้นหาความแรงของกระแส การเชื่อมต่อสามารถทำได้สองวิธี:

• สม่ำเสมอ;
• ขนาน.

การกำหนดปริมาณกระแสไฟที่ใช้ไม่ถือว่าใช้บ่อยเท่ากับการวัดแรงดันไฟฟ้าหรือความต้านทาน ในเวลาเดียวกันโดยไม่ต้องคำนวณมูลค่าทางกายภาพของกระแสไฟฟ้าก็จะไม่สามารถคำนวณการใช้พลังงานได้

เป็นไปไม่ได้. แนวคิดของกระแสไฟฟ้าเป็นพื้นฐานที่การคำนวณเพิ่มเติมของวงจรไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นเช่นเดียวกับบ้านบนรากฐานที่เชื่อถือได้และให้คำจำกัดความใหม่และใหม่ ความแรงของกระแสไฟฟ้าเป็นหนึ่งในค่าสากล ดังนั้นหน่วยวัดสากลคือแอมแปร์ (A)

ความหมายทางกายภาพของหน่วยนี้อธิบายได้ดังต่อไปนี้: กระแสหนึ่งแอมแปร์เกิดขึ้นเมื่ออนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ไปตามตัวนำสองตัวที่มีความยาวไม่สิ้นสุดซึ่งมีช่องว่างหนึ่งเมตร ในกรณีนี้ พลังงานที่สร้างขึ้นในแต่ละส่วนของตัวนำจะมีค่าเป็นตัวเลขเท่ากับ 2*10 ยกกำลัง -7 นิวตัน โดยปกติจะมีการเสริมว่าตัวนำอยู่ในสุญญากาศ (ซึ่งทำให้อิทธิพลของตัวกลางกลางเป็นกลางได้) และหน้าตัดของพวกมันมีแนวโน้มที่จะเป็นศูนย์ (ในเวลาเดียวกันค่าการนำไฟฟ้าจะสูงสุด)

อย่างไรก็ตาม ตามปกติแล้ว คำจำกัดความแบบคลาสสิกจะเข้าใจได้เฉพาะกับผู้เชี่ยวชาญที่จริงๆ แล้วไม่สนใจในพื้นฐานอีกต่อไป แต่คนที่ไม่คุ้นเคยกับไฟฟ้าจะยิ่งสับสนมากขึ้น ดังนั้นให้เราอธิบายว่าความแรงในปัจจุบันคืออะไรโดยแท้จริงแล้วคือ "บนนิ้ว" ลองนึกภาพแบตเตอรี่ธรรมดาจากขั้วที่มีสายไฟหุ้มฉนวนสองเส้นไปที่หลอดไฟ สวิตช์เชื่อมต่อกับช่องว่างในสายเดียว ดังที่คุณทราบจากหลักสูตรฟิสิกส์เบื้องต้น กระแสไฟฟ้าคือการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีในตัวมันเอง พวกมันมักจะถูกพิจารณาว่าเป็นอิเล็กตรอน (อันที่จริงมันเป็นอิเล็กตรอนที่มีประจุลบเพียงตัวเดียว) แม้ว่าในความเป็นจริงทุกอย่างจะเป็น ซับซ้อนกว่าเล็กน้อย อนุภาคเหล่านี้เป็นลักษณะของวัสดุนำไฟฟ้า (โลหะ) แต่ในตัวกลางที่เป็นก๊าซไอออนจะมีประจุเพิ่มเติม (จำคำว่า "ไอออไนเซชัน" และ "การสลายช่องว่างอากาศ"); ในเซมิคอนดักเตอร์ การนำไฟฟ้าไม่ได้เป็นเพียงอิเล็กทรอนิกส์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงรู (ประจุบวก) ด้วย ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ค่าการนำไฟฟ้าจะเป็นไอออนิกล้วนๆ (เช่น แบตเตอรี่รถยนต์) แต่ลองกลับมาที่ตัวอย่างของเรากัน ในนั้นกระแสก่อให้เกิดการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระ วงจรเปิดอยู่จนกว่าสวิตช์จะเปิดขึ้นไม่มีที่ใดที่อนุภาคจะเคลื่อนที่ดังนั้นความแรงของกระแสจึงเป็นศูนย์ แต่ทันทีที่คุณ “ประกอบวงจร” อิเล็กตรอนจะพุ่งจากขั้วลบของแบตเตอรี่ไปยังขั้วบวก ผ่านหลอดไฟและทำให้หลอดไฟเรืองแสง แรงที่ทำให้พวกเขาเคลื่อนที่มาจากสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยแบตเตอรี่ (EMF - สนาม - กระแส)

ปัจจุบันคืออัตราส่วนของประจุต่อเวลา นั่นคือในความเป็นจริง เรากำลังพูดถึงปริมาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำต่อหน่วยเวลาทั่วไป การเปรียบเทียบสามารถทำได้กับน้ำ: ยิ่งเปิดก๊อกน้ำมากเท่าใดปริมาณน้ำก็จะไหลผ่านท่อมากขึ้นเท่านั้น แต่ถ้าวัดน้ำเป็นลิตร (ลูกบาศก์เมตร) กระแสไฟฟ้าก็จะวัดเป็นจำนวนพาหะประจุหรือซึ่งก็เป็นจริงเช่นกันในหน่วยแอมแปร์ มันง่ายมาก ไม่ใช่เรื่องยากที่จะเข้าใจว่ากระแสไฟฟ้าสามารถเพิ่มได้สองวิธี: โดยการถอดหลอดไฟออกจากวงจร (ความต้านทาน สิ่งกีดขวางต่อการเคลื่อนไหว) และโดยการเพิ่มสนามไฟฟ้าที่สร้างโดยแบตเตอรี่

จริงๆ แล้วเรามาถึงวิธีการคำนวณความแรงของกระแสในกรณีทั่วไปแล้ว มีหลายสูตร: ตัวอย่างเช่นสำหรับวงจรที่สมบูรณ์ซึ่งคำนึงถึงอิทธิพลของลักษณะของแหล่งพลังงาน สำหรับการสลับและระบบหลายเฟส ฯลฯ อย่างไรก็ตาม พวกมันทั้งหมดรวมกันเป็นหนึ่งเดียว - กฎของโอห์มที่มีชื่อเสียง ดังนั้นเราจึงนำเสนอรูปแบบทั่วไป (สากล):

ที่ที่ฉันอยู่ในปัจจุบัน ในแอมแปร์; U คือแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของแหล่งพลังงาน มีหน่วยเป็นโวลต์ R คือความต้านทานของวงจรหรือหน้าตัด มีหน่วยเป็นโอห์ม การพึ่งพาอาศัยกันนี้เป็นการยืนยันสิ่งที่กล่าวมาทั้งหมดเท่านั้น: การเพิ่มกระแสสามารถทำได้สองวิธีผ่านความต้านทาน (หลอดไฟของเรา) และแรงดันไฟฟ้า (พารามิเตอร์แหล่งที่มา)

กระแสไฟฟ้าคือการเคลื่อนที่โดยตรงของประจุไฟฟ้า ขนาดของกระแสไฟฟ้าถูกกำหนดโดยปริมาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านหน้าตัดของตัวนำต่อหน่วยเวลา

ปริมาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำเพียงอย่างเดียวยังไม่สามารถระบุลักษณะของกระแสไฟฟ้าได้ครบถ้วน แท้จริงแล้ว ปริมาณไฟฟ้าเท่ากับหนึ่งคูลอมบ์สามารถผ่านตัวนำได้ภายในหนึ่งชั่วโมง และปริมาณไฟฟ้าที่เท่ากันสามารถผ่านตัวนำได้ภายในหนึ่งวินาที

ความเข้มของกระแสไฟฟ้าในกรณีที่สองจะมากกว่าครั้งแรกอย่างมากเนื่องจากปริมาณไฟฟ้าที่เท่ากันจะไหลผ่านในช่วงเวลาที่สั้นกว่ามาก เพื่อระบุลักษณะความเข้มของกระแสไฟฟ้า ปริมาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำมักจะอ้างอิงต่อหน่วยเวลา (วินาที) ปริมาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำในหนึ่งวินาทีเรียกว่าความแรงของกระแสไฟฟ้า หน่วยของกระแสไฟฟ้าในระบบคือแอมแปร์ (A)

ความแรงของกระแสคือปริมาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านหน้าตัดของตัวนำในหนึ่งวินาที

ความแรงในปัจจุบันแสดงด้วยตัวอักษรภาษาอังกฤษ I

แอมแปร์เป็นหน่วยของกระแสไฟฟ้า (หนึ่งใน ) เขียนแทนด้วย A. 1 A เท่ากับความแรงของกระแสที่ไม่เปลี่ยนแปลงซึ่งเมื่อผ่านตัวนำตรงขนานสองตัวที่มีความยาวไม่ จำกัด และพื้นที่หน้าตัดวงกลมขนาดเล็กเล็กน้อยซึ่งอยู่ ที่ระยะห่างระหว่างกัน 1 เมตรในสุญญากาศ จะทำให้เกิดแรงอันตรกิริยาเท่ากับ 2 10 –7 นิวตันต่อความยาวเมตรบนหน้าตัดของตัวนำยาว 1 เมตร

ความแรงของกระแสไฟฟ้าในตัวนำจะเท่ากับหนึ่งแอมแปร์ถ้ากระแสไฟฟ้าหนึ่งคูลอมบ์ผ่านหน้าตัดของมันทุกๆ วินาที

แอมแปร์คือความแรงของกระแสไฟฟ้าซึ่งมีปริมาณไฟฟ้าเท่ากับหนึ่งคูลอมบ์ผ่านหน้าตัดของตัวนำทุกๆ วินาที: 1 แอมแปร์ = 1 คูลอมบ์/1 วินาที

มักใช้หน่วยเสริม: 1 มิลลิแอมแปร์ (mA) = 1/1000 แอมแปร์ = 10 -3 แอมแปร์, 1 ไมโครแอมแปร์ (mA) = 1/1000000 แอมแปร์ = 10 -6 แอมแปร์

หากทราบปริมาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านหน้าตัดของตัวนำในช่วงเวลาหนึ่ง จะสามารถหาความแรงของกระแสไฟฟ้าได้โดยใช้สูตร: I=q/t

ถ้ากระแสไฟฟ้าไหลผ่านในวงจรปิดที่ไม่มีกิ่งก้าน ปริมาณไฟฟ้าเท่ากันจะไหลผ่านหน้าตัดใดๆ (ที่ใดก็ได้ในวงจร) ต่อวินาที โดยไม่คำนึงถึงความหนาของตัวนำ สิ่งนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าประจุไม่สามารถสะสมได้ทุกที่ในตัวนำ เพราะฉะนั้น, ความแรงของกระแสจะเท่ากันทุกที่ในวงจรไฟฟ้า

ในวงจรไฟฟ้าที่ซับซ้อนซึ่งมีสาขาต่างๆ กฎนี้ (กระแสคงที่ที่ทุกจุดของวงจรปิด) ยังคงใช้ได้อยู่แน่นอน แต่จะใช้เฉพาะกับแต่ละส่วนของวงจรทั่วไปเท่านั้น ซึ่งถือว่าง่าย

การวัดปัจจุบัน

อุปกรณ์ที่เรียกว่าแอมมิเตอร์ใช้ในการวัดกระแส ในการวัดกระแสที่มีขนาดเล็กมาก จะใช้มิลลิแอมมิเตอร์ และไมโครแอมมิเตอร์ หรือกัลวาโนมิเตอร์ ในรูป 1. แสดงภาพกราฟิกทั่วไปของแอมมิเตอร์และมิลลิแอมมิเตอร์บนวงจรไฟฟ้า

ข้าว. 1. สัญลักษณ์ของแอมมิเตอร์และมิลลิแอมมิเตอร์

ข้าว. 2. แอมมิเตอร์

ในการวัดกระแส คุณต้องเชื่อมต่อแอมมิเตอร์เข้ากับวงจรเปิด (ดูรูปที่ 3) กระแสไฟฟ้าที่วัดได้จะไหลจากแหล่งกำเนิดผ่านแอมมิเตอร์และเครื่องรับ เข็มแอมมิเตอร์แสดงกระแสไฟในวงจร ตำแหน่งที่จะเปิดแอมป์มิเตอร์อย่างแน่นอนคือ ก่อนผู้บริโภค (นับ) หรือหลังจากนั้นนั้นไม่แยแสโดยสิ้นเชิงเนื่องจากความแรงของกระแสไฟฟ้าในวงจรปิดแบบธรรมดา (ไม่มีกิ่งก้าน) จะเท่ากันในทุกจุดของวงจร

ข้าว. 3. เปิดแอมป์มิเตอร์

บางครั้งก็เชื่อกันผิดว่าแอมป์มิเตอร์ที่เชื่อมต่อก่อนผู้บริโภคจะแสดงความแรงของกระแสไฟฟ้ามากกว่าที่เชื่อมต่อหลังจากผู้บริโภค ในกรณีนี้จะถือว่าผู้บริโภคใช้ "ส่วนหนึ่งของกระแส" เพื่อเปิดใช้งาน แน่นอนว่านี่เป็นเท็จ และนี่คือเหตุผล

กระแสไฟฟ้าในตัวนำโลหะเป็นกระบวนการแม่เหล็กไฟฟ้าที่มาพร้อมกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนตามคำสั่งของตัวนำ อย่างไรก็ตาม พลังงานไม่ได้ถูกถ่ายโอนโดยอิเล็กตรอน แต่โดยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่รอบตัวนำ

จำนวนอิเล็กตรอนเท่ากันทุกประการที่ผ่านหน้าตัดของตัวนำใดๆ ในวงจรไฟฟ้าธรรมดา ไม่ว่าอิเล็กตรอนจำนวนเท่าใดจะมาจากขั้วหนึ่งของแหล่งกำเนิดพลังงานไฟฟ้า จำนวนเท่ากันก็จะผ่านตัวผู้บริโภคและแน่นอนไปที่ขั้วอื่นของแหล่งกำเนิด เนื่องจากอิเล็กตรอนซึ่งเป็นอนุภาคของวัสดุไม่สามารถบริโภคได้ในระหว่างนั้น การเคลื่อนไหวของพวกเขา

ข้าว. 4. การวัดกระแสด้วยมัลติมิเตอร์

ในเทคโนโลยีมีกระแสที่สูงมาก (หลายพันแอมแปร์) และกระแสที่เล็กมาก (หนึ่งในล้านของแอมแปร์) ตัวอย่างเช่นความแรงในปัจจุบันของเตาไฟฟ้าอยู่ที่ประมาณ 4 - 5 แอมแปร์ หลอดไส้ - จาก 0.3 ถึง 4 แอมแปร์ (และอื่น ๆ ) กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านโฟโตเซลล์มีเพียงไม่กี่ไมโครแอมป์เท่านั้น ในสายไฟหลักของสถานีย่อยที่จ่ายไฟฟ้าให้กับเครือข่ายรถรางกระแสไฟฟ้าจะสูงถึงหลายพันแอมแปร์

การซ่อมแซมเครื่องใช้ในครัวเรือนและการเดินสายไฟฟ้าแบบ Do-it-yourself ต้องการให้ช่างฝีมือประจำบ้านเข้าใจกระบวนการทางกายภาพของไฟฟ้า แต่ในหมู่ผู้ปฏิบัติย่อมมีคนประเภท "หลงลืม"

โดยเฉพาะอย่างยิ่งเพื่อเตือนพวกเขา ไม่ใช่แค่นักเรียนเท่านั้น ฉันได้เตรียมเนื้อหาเกี่ยวกับวิธีการสร้างกระแสในตัวนำและสื่อต่างๆ

ฉันพยายามนำเสนอด้วยภาษาที่เรียบง่ายและเข้าใจได้เล็กน้อยโดยไม่มีสูตรและข้อสรุปที่ซับซ้อน แต่มีรายละเอียด อ่านทำความรู้จักจำไว้

กระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นภายใต้สภาวะใดและความแรงของกระแสไฟฟ้าคืออะไรในคำง่ายๆ

ฉันขอดึงความสนใจของคุณทันที: คำจำกัดความของกระแสไฟฟ้าใช้ไม่ได้กับปรากฏการณ์คงที่และเยือกแข็ง มันเกี่ยวข้องโดยตรงกับการเคลื่อนไหวซึ่งเป็นสภาวะไดนามิก

มันไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยเป็นกลาง แต่โดยอนุภาคแอคทีฟของประจุไฟฟ้าบวกหรือลบ

และพวกเขาไม่ควรเคลื่อนไหวอย่างโกลาหลเหมือนผู้อยู่อาศัยในมหานครในช่วงเวลาเร่งด่วน แต่ในลักษณะทิศทาง ตัวอย่าง: การเคลื่อนที่ของรถยนต์จำนวนมากไปตามถนนหลายเลนไปในทิศทางเดียวในเมืองใหญ่

คุณได้นำเสนอภาพหรือไม่? รถจากด้านข้างไหลเข้ามาอย่างต่อเนื่อง ผู้ขับขี่บางส่วนเคลื่อนตัวออกจากทางหลวงไปยังถนนสายอื่น แต่กระบวนการเหล่านี้ไม่ได้ส่งผลกระทบต่อการเคลื่อนไหวโดยรวมเป็นพิเศษ เนื่องจากทิศทางยังคงเป็นด้านเดียว

การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าก็เกิดขึ้นเช่นกัน อิเล็กตรอนสร้างกระแสภายในตัวนำโลหะ ในสภาวะปกติพวกมันจะเคลื่อนตัวไปที่นั่นอย่างสับสนวุ่นวายในทุกทิศทาง

แต่ทันทีที่คุณใช้สิ่งภายนอกที่มีศักยภาพทั้งเชิงบวกและเชิงลบที่ปลายตรงข้ามของตัวนำ การเคลื่อนที่ของประจุโดยตรงจะเริ่มขึ้น

มันคือกระแสไฟฟ้า ฉันดึงความสนใจของคุณไปที่คำสุดท้าย โดยจะระบุลักษณะการไหล การเคลื่อนไหว การเคลื่อนไหว ไดนามิก และกระบวนการที่เกี่ยวข้อง แต่ไม่ใช่สถิตยศาสตร์

เป็นขนาดของแรงภายนอกที่ใช้ซึ่งกำหนดคุณภาพของการไหลของทิศทางของอิเล็กตรอนในทิศทางเดียว ยิ่งค่าของมันสูงเท่าไร กระแสก็เริ่มไหลผ่านตัวนำมากขึ้นเท่านั้น

อย่างไรก็ตาม ที่นี่คุณต้องคำนึงถึงคุณสมบัติหลายประการที่เกี่ยวข้องกับ:

• อนุสัญญาทางวิทยาศาสตร์ที่เป็นที่ยอมรับโดยทั่วไป
• ความเข้มของการเคลื่อนที่ของประจุ
• ปฏิกิริยาจากสภาพแวดล้อมภายในของตัวนำ

ในกรณีแรกเราต้องเอาชนะแบบแผนทางประวัติศาสตร์ที่เป็นที่ยอมรับ เมื่อผู้คนสับสนทิศทางทั่วไปของอิเล็กตรอนและกระแสไฟฟ้า

การคำนวณทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมดขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าทิศทางของกระแสนั้นถือเป็นการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุจากขั้วบวกของแหล่งกำเนิดแรงดันไปยังลบ

กระแสไฟฟ้าภายในโลหะ
ถูกสร้างขึ้นโดยการเคลื่อนอิเล็กตรอนไปในทิศทางตรงกันข้าม: พวกมันถูกผลักออกจากขั้วลบที่มีชื่อเดียวกันและเคลื่อนไปทางขั้วบวก

ความเข้าใจผิดเกี่ยวกับข้อกำหนดนี้อาจนำไปสู่ข้อผิดพลาด แต่หลีกเลี่ยงได้ง่าย: คุณเพียงแค่ต้องจำคุณสมบัตินี้และใช้มันเมื่อคำนวณหรือวิเคราะห์การทำงานของวงจรไฟฟ้า

ความเข้มของการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุโดดเด่นด้วยปริมาณประจุที่ไหลผ่านพื้นที่ที่กำหนดในช่วงเวลาหนึ่ง

เรียกว่ากำลังกระแส ซึ่งแสดงด้วยตัวอักษรละติน I และคำนวณโดยอัตราส่วน ∆Q/∆t

โดยที่ ∆Q คือจำนวนประจุที่ผ่านตัวนำของพื้นที่ S และความยาว ∆L และ ∆t คือช่วงเวลาที่ปรับเทียบ

ในการเพิ่มกระแส เราจำเป็นต้องเพิ่มจำนวนประจุที่ผ่านตัวนำต่อหน่วยเวลา และเพื่อลดให้ลดลง

ลองดูคำว่า "ความแข็งแกร่งในปัจจุบัน" ให้ละเอียดยิ่งขึ้นอีกครั้ง หรือลองพิจารณาที่คำแรก ฉันแสดงลูกหนูอันทรงพลังและหลอดไฟที่คุกรุ่นโดยเฉพาะเพื่อเปรียบเทียบในภาพด้านบน

พลังงานสำรองของแหล่งพลังงานอาจแตกต่างกันตั้งแต่มากเกินไปไปจนถึงไม่เพียงพอต่อผู้บริโภค และเราจำเป็นต้องจ่ายพลังงานให้กับโหลดอย่างเหมาะสมที่สุดเสมอ เพื่อจุดประสงค์นี้ แนวคิดเรื่องความเข้มแข็งในปัจจุบันจึงถูกนำมาใช้

ในการประเมินจะใช้หน่วยการวัด: แอมแปร์ ซึ่งแสดงด้วยตัวอักษรละติน A

ตามทฤษฎีแล้ว หากต้องการประมาณ 1 แอมแปร์ คุณต้องมี:

• ใช้ตัวนำตัวนำที่บางมากยาวไม่สิ้นสุดและเรียบสมบูรณ์สองตัว
• วางไว้บนเครื่องบินขนานกันอย่างเคร่งครัดที่ระยะ 1 เมตร
• ส่งกระแสเดียวกันผ่านพวกมันค่อยๆเพิ่มมูลค่า
• วัดแรงดึงดูดของสายไฟและบันทึกโมเมนต์เมื่อถึงค่า 2 × 10-7 นิวตัน

นั่นคือตอนที่ 1 แอมแปร์จะเริ่มไหลในสายไฟ

ในทางปฏิบัติไม่มีใครทำเช่นนี้ เครื่องมือพิเศษสำหรับการวัดถูกสร้างขึ้น: แอมมิเตอร์ การออกแบบของพวกเขาทำงานในขนาดความยาวและหลายหลาก: มิลลิ- ไมโคร- และกิโล-

คำจำกัดความอีกประการหนึ่งของแอมแปร์เกี่ยวข้องกับหน่วยของปริมาณไฟฟ้า ซึ่งก็คือคูลอมบ์ (C) ที่ผ่านหน้าตัดของเส้นลวดภายใน 1 วินาที

ความแรงของกระแสทุกที่ในวงจรไฟฟ้าปิดที่กระแสไหลจะเท่ากันเสมอและเมื่อมันพังไปที่ไหนก็หายไป

ปรากฏการณ์นี้ช่วยให้คุณทำการวัดในตำแหน่งที่สะดวกที่สุดของวงจรไฟฟ้า

เมื่อมีการสร้างวงจรแยกย่อยที่ซับซ้อนสำหรับการไหลของกระแสหลาย ๆ กระแสกระแสหลังจะยังคงคงที่ในทุกส่วน

กรณีที่สามของการต่อต้านด้านสิ่งแวดล้อมก็มีความสำคัญเช่นกัน เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ พวกมันจะพบกับอุปสรรคในรูปของอนุภาคที่มีประจุบวกและประจุลบ

การชนดังกล่าวเกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานที่ใช้ไปกับการสร้างความร้อน พวกมันถูกทำให้เป็นคำทั่วไปและอธิบายโดยกฎฟิสิกส์ในรูปแบบทางคณิตศาสตร์

โครงสร้างภายในของโลหะแต่ละชนิดมีความต้านทานต่อการไหลของกระแสที่แตกต่างกัน วิทยาศาสตร์ได้ศึกษาคุณสมบัติเหล่านี้มาเป็นเวลานานแล้วรวบรวมเป็นตาราง กราฟ และสูตรสำหรับความต้านทานไฟฟ้า

เมื่อทำการคำนวณ เราสามารถใช้ได้เฉพาะข้อมูลที่ตรวจสอบและเตรียมไว้แล้วเท่านั้น สามารถทำได้ตามสูตรที่นำเสนอในเอกสารสรุปของช่างไฟฟ้าที่มีชื่อเสียง

แต่การใช้เครื่องคิดเลขกฎของโอห์มออนไลน์นั้นง่ายกว่ามาก มันจะช่วยให้คุณหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดทางคณิตศาสตร์ทั่วไป

ข้อสรุปที่สำคัญที่สุดจากสูตรปัจจุบันของช่างซ่อมบ้าน

ประโยชน์เชิงปฏิบัตินั้นได้มาจากความเข้าใจที่สมบูรณ์เกี่ยวกับกระบวนการไหลผ่านตัวนำเท่านั้น ในชีวิตประจำวันเราควร:

1. จัดเตรียมกระแสไฟบนสายไฟไว้ล่วงหน้า ข้อมูลนี้จะช่วยให้คุณออกแบบอย่างถูกต้องสำหรับการติดตั้งภายในอพาร์ทเมนต์ของคุณ และหากวางเรียบร้อยแล้วก็จะต้องคำนึงถึงและไม่เกินกำลังไฟที่เชื่อมต่อด้วย

• ขจัดข้อผิดพลาดทั่วไปในการติดตั้งสายไฟและอุปกรณ์ ซึ่งส่งผลให้สูญเสียพลังงานไฟฟ้าโดยไม่จำเป็น ความร้อนสูงเกินไป และความเสียหาย

• ใช้สายไฟอย่างถูกต้อง

• จัดให้มีระบบป้องกันที่จะปกป้องเครือข่ายในครัวเรือนโดยอัตโนมัติจากความเสียหายจากอุบัติเหตุทั้งภายในวงจรและที่มาจากแหล่งจ่ายไฟ

ตอนนี้ฉันจะไม่ถอดรหัสแต่ละจุดทั้งสี่นี้โดยละเอียดมากขึ้น ฉันมีแผนจะอธิบายให้คุณทราบโดยละเอียดในชุดบทความและเผยแพร่ในส่วนต่างๆ ของเว็บไซต์ ติดตามข้อมูลหรือสมัครรับจดหมายข่าวเพื่อรับทราบข้อมูล

กระแสไฟฟ้าในชีวิตประจำวันมีกี่ประเภท?

รูปร่างของสัญญาณปัจจุบันขึ้นอยู่กับการทำงานของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าและความต้านทานของตัวกลางที่สัญญาณผ่าน บ่อยที่สุดในทางปฏิบัติช่างฝีมือประจำบ้านต้องจัดการกับประเภทต่อไปนี้:

• สัญญาณคงที่ที่สร้างจากแบตเตอรี่หรือเซลล์กัลวานิก
• ไซน์ซอยด์ที่สร้างขึ้นโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอุตสาหกรรมที่มีความถี่ 50 เฮิรตซ์
• เร้าใจเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงของแหล่งจ่ายไฟต่างๆ
• พัลส์ทะลุเข้าไปในเครือข่ายในครัวเรือนเนื่องจากมีการปล่อยฟ้าผ่าเข้าสู่สายไฟเหนือศีรษะ
• โดยพลการ

ประเภทที่พบบ่อยที่สุดคือกระแสไซน์หรือไฟฟ้ากระแสสลับ: ให้พลังงานกับอุปกรณ์ทั้งหมดของเรา

กระแสไฟฟ้าในสภาพแวดล้อมต่างๆ: สิ่งที่ช่างไฟฟ้าจำเป็นต้องรู้

อนุภาคที่มีประจุภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้จะเคลื่อนที่ไม่เพียงแต่ภายในโลหะ ดังที่เราได้กล่าวไว้ข้างต้นโดยใช้ตัวอย่างอิเล็กตรอน แต่ยังรวมถึงใน:

• ชั้นการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์
• ของเหลวที่มีองค์ประกอบต่างๆ
• สภาพแวดล้อมของก๊าซ
• และแม้แต่อยู่ในสุญญากาศ

สื่อทั้งหมดเหล่านี้ได้รับการจัดอันดับโดยความสามารถในการส่งผ่านกระแสไฟฟ้าโดยใช้คำที่เรียกว่าการนำไฟฟ้า นี่คือส่วนกลับของการต่อต้าน ถูกกำหนดด้วยตัวอักษร G และประเมินผ่านค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะ ซึ่งสามารถพบได้ในตาราง

ค่าการนำไฟฟ้าคำนวณโดยใช้สูตร:

ความแรงในปัจจุบันในตัวนำโลหะ: วิธีการใช้งานในสภาพภายในบ้าน

ความสามารถของโครงสร้างภายในของโลหะที่จะมีอิทธิพลต่อเงื่อนไขการเคลื่อนที่ของประจุโดยตรงนั้นแตกต่างกันออกไปเพื่อดำเนินงานเฉพาะ

การขนส่งพลังงานไฟฟ้า

ในการส่งพลังงานไฟฟ้าในระยะทางไกลจะใช้ตัวนำโลหะที่มีหน้าตัดเพิ่มขึ้นและมีค่าการนำไฟฟ้าสูง: ทองแดงหรืออลูมิเนียม โลหะเงินและทองที่มีราคาแพงกว่าทำงานภายในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อน

การออกแบบสายไฟสายไฟและสายเคเบิลทุกประเภทที่ใช้ได้อย่างน่าเชื่อถือในการเดินสายไฟภายในบ้าน

องค์ประกอบความร้อน

ทังสเตนและนิกโครมซึ่งมีความต้านทานสูงใช้สำหรับอุปกรณ์ทำความร้อน ช่วยให้ตัวนำได้รับความร้อนที่อุณหภูมิสูงด้วยการเลือกกำลังไฟฟ้าที่ใช้อย่างถูกต้อง

หลักการนี้รวมอยู่ในการออกแบบเครื่องทำความร้อนไฟฟ้า - องค์ประกอบความร้อนมากมาย

อุปกรณ์ป้องกัน

ความแรงของกระแสไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นในตัวนำโลหะที่มีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีแต่หน้าตัดบางทำให้สามารถสร้างฟิวส์ที่ใช้ป้องกันกระแสไฟฟ้าได้

พวกมันทำงานได้ตามปกติภายใต้สภาวะโหลดที่เหมาะสม แต่จะเผาไหม้อย่างรวดเร็วในระหว่างที่เกิดแรงดันไฟกระชาก การลัดวงจร หรือโอเวอร์โหลด

เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ฟิวส์ทำหน้าที่เป็นตัวป้องกันหลักสำหรับการเดินสายไฟภายในบ้าน ตอนนี้ถูกแทนที่ด้วยเซอร์กิตเบรกเกอร์แล้ว แต่ภายในแหล่งจ่ายไฟทั้งหมดพวกเขายังคงทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือ

กระแสในเซมิคอนดักเตอร์และคุณลักษณะของมัน

คุณสมบัติทางไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์ขึ้นอยู่กับสภาวะภายนอกอย่างมาก: อุณหภูมิ, การฉายรังสีของแสง

เพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้าของตัวเองจึงมีการเพิ่มสิ่งเจือปนพิเศษลงในโครงสร้าง

ดังนั้นภายในเซมิคอนดักเตอร์ กระแสไฟฟ้าจึงถูกสร้างขึ้นเนื่องจากค่าการนำไฟฟ้าภายในและความไม่บริสุทธิ์ของจุดเชื่อมต่อ p-n ภายใน

พาหะประจุของเซมิคอนดักเตอร์คืออิเล็กตรอนและรู หากศักย์ไฟฟ้าเชิงบวกของแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าถูกจ่ายไปที่ขั้ว p และความต่างศักย์ไฟฟ้าลบไปยังขั้ว n กระแสจะไหลผ่านรอยต่อ p-n เนื่องจากการเคลื่อนที่ที่พวกมันสร้างขึ้น

เมื่อกลับขั้ว จุดเชื่อมต่อ pn จะยังคงปิดอยู่ ดังนั้นในภาพด้านบนในกรณีแรกหลอดไฟจะปรากฏขึ้นและในกรณีที่สองหลอดไฟดับลง

จุดเชื่อมต่อ p-n ที่คล้ายกันทำงานในโครงสร้างเซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ: ทรานซิสเตอร์, ซีเนอร์ไดโอด, ไทริสเตอร์...

ทั้งหมดได้รับการออกแบบมาให้รับกระแสไฟที่กำหนด ในการทำเช่นนี้ จะมีการติดเครื่องหมายเข้ากับร่างกายโดยตรง เมื่อใช้อุปกรณ์ดังกล่าว พวกเขาจะเข้าสู่ตารางหนังสืออ้างอิงทางเทคนิคและประเมินเซมิคอนดักเตอร์ตามคุณลักษณะทางไฟฟ้า

กระแสในของเหลว: 3 วิธีการใช้งาน

หากโลหะมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดี ตัวกลางที่เป็นของเหลวก็สามารถทำหน้าที่เป็นไดอิเล็กทริก ตัวนำ และแม้แต่เซมิคอนดักเตอร์ได้ แต่กรณีหลังนี้ไม่ใช่สำหรับใช้ในบ้าน

คุณสมบัติของฉนวน

น้ำมันแร่ที่มีความบริสุทธิ์สูงและความหนืดต่ำที่สร้างขึ้นเพื่อใช้ภายในหม้อแปลงไฟฟ้าอุตสาหกรรมมีคุณสมบัติเป็นฉนวนสูง

น้ำกลั่นยังมีคุณสมบัติเป็นฉนวนสูงอีกด้วย

แบตเตอรี่และการขึ้นรูปด้วยไฟฟ้า

หากคุณเติมเกลือกรดหรือด่างเล็กน้อยลงในน้ำกลั่นเนื่องจากการแยกตัวด้วยไฟฟ้าก็จะกลายเป็นสื่อนำไฟฟ้า - อิเล็กโทรไลต์

อย่างไรก็ตาม เราต้องเข้าใจที่นี่: กระแสที่ไหลในโลหะไม่รบกวนโครงสร้างของสสาร ในของเหลวจะเกิดกระบวนการทางเคมีแบบทำลายล้าง

กระแสไฟฟ้าในของเหลวก็ถูกสร้างขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ ตัวอย่างเช่น เมื่ออิเล็กโทรดสองตัวที่จุ่มอยู่ในสารละลายน้ำของเกลือบางชนิดเชื่อมต่อกับศักย์ไฟฟ้าบวกและลบจากแบตเตอรี่หรือตัวสะสมพลังงาน

โมเลกุลของสารละลายก่อตัวเป็นอนุภาคที่มีประจุบวกและลบ - ไอออน ตามสัญลักษณ์ประจุ พวกมันถูกเรียกว่าแอนไอออน (+) และแคตไอออน (-)

ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าที่ใช้ แอนไอออนและแคตไอออนเริ่มเคลื่อนที่ไปยังขั้วไฟฟ้าที่มีสัญญาณตรงกันข้าม: แคโทดและแอโนด

การเคลื่อนที่สวนกลับของอนุภาคที่มีประจุทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าในของเหลว ในกรณีนี้ไอออนที่ไปถึงอิเล็กโทรดจะถูกปล่อยออกมาและก่อตัวเป็นตะกอน

ตัวอย่างที่ดีคือกระบวนการกัลวานิกที่เกิดขึ้นในสารละลายของคอปเปอร์ซัลเฟต CuSO4 โดยมีอิเล็กโทรดทองแดงอยู่ต่ำลงไป

ไอออนทองแดง Cu มีประจุบวก - พวกมันคือแอนไอออน ที่แคโทด พวกมันจะสูญเสียประจุและตกตะกอนเป็นชั้นโลหะบาง ๆ

แคตไอออนคือกรดตกค้าง SO4 พวกมันมาที่ขั้วบวก ปล่อยออกมา ทำปฏิกิริยาทางเคมีกับทองแดงของอิเล็กโทรด สร้างโมเลกุลของคอปเปอร์ซัลเฟต และกลับสู่สารละลาย

อิเล็กโทรไลต์ทั้งหมดในการชุบด้วยไฟฟ้าทำงานตามหลักการนี้เนื่องจากค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกเมื่อโครงสร้างของอิเล็กโทรดเปลี่ยนแปลง แต่องค์ประกอบของของเหลวไม่เปลี่ยนแปลง

เมื่อใช้วิธีนี้ การเคลือบโลหะมีค่าบางๆ จะถูกสร้างขึ้นบนเครื่องประดับหรือชั้นป้องกันชิ้นส่วนต่างๆ จากการกัดกร่อน ความแรงของกระแสไฟฟ้าถูกเลือกให้ตรงกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมเฉพาะ

แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ทั้งหมดทำงานตามรูปแบบเดียวกัน มีเพียงพวกเขาเท่านั้นที่ยังมีความสามารถในการสะสมประจุจากพลังงานที่ใช้ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและปล่อยกระแสไฟฟ้าเมื่อปล่อยสู่ผู้บริโภค

การทำงานของแบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมในโหมดการชาร์จจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าภายนอกและการคายประจุไปยังโหลดที่ใช้นั้นแสดงให้เห็นโดยวงจรง่ายๆ

กระแสในก๊าซ: คุณสมบัติไดอิเล็กตริกของตัวกลางและสภาวะสำหรับการไหลของการปล่อย

ตัวกลางก๊าซธรรมดามีคุณสมบัติเป็นฉนวนที่ดี: ประกอบด้วยโมเลกุลและอะตอมที่เป็นกลาง

ตัวอย่างคือบรรยากาศอากาศ มันถูกใช้เป็นวัสดุฉนวนแม้บนสายไฟฟ้าแรงสูงที่ส่งพลังงานที่สูงมาก

สายโลหะเปลือยถูกยึดเข้ากับส่วนรองรับผ่านฉนวนและแยกออกจากวงจรกราวด์ด้วยความต้านทานไฟฟ้าสูงและระหว่างกันด้วยอากาศธรรมดา นี่คือวิธีการทำงานของเส้นเหนือศีรษะของแรงดันไฟฟ้าทั้งหมด รวมถึง 1150 kV

อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติไดอิเล็กทริกของก๊าซอาจถูกรบกวนเนื่องจากอิทธิพลของพลังงานภายนอก: การทำความร้อนที่อุณหภูมิสูงหรือการใช้ความต่างศักย์ที่เพิ่มขึ้น จากนั้นจึงเกิดการแตกตัวเป็นไอออนของโมเลกุล

มันแตกต่างจากกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในของเหลว ในอิเล็กโทรไลต์ โมเลกุลจะถูกแบ่งออกเป็นสองส่วน: แอนไอออนและแคตไอออน โมเลกุลของก๊าซจะปล่อยอิเล็กตรอนออกมาและยังคงอยู่ในรูปของไอออนที่มีประจุบวก

ทันทีที่แรงภายนอกที่ก่อให้เกิดไอออไนซ์ของก๊าซหยุดทำงาน ค่าการนำไฟฟ้าของตัวกลางที่เป็นก๊าซจะหายไปทันที การปล่อยฟ้าผ่าในอากาศเป็นปรากฏการณ์ระยะสั้นที่ยืนยันตำแหน่งนี้

กระแสในก๊าซนอกเหนือจากการปล่อยฟ้าผ่าสามารถสร้างขึ้นได้โดยการรักษาส่วนโค้งไฟฟ้า หลักการนี้ใช้สปอตไลท์และอุปกรณ์ฉายแสงจ้า รวมถึงเตาอาร์คอุตสาหกรรม

หลอดนีออนและหลอดฟลูออเรสเซนต์ใช้แสงจากการปล่อยแสงที่ไหลในสภาพแวดล้อมของก๊าซ

การปล่อยก๊าซอีกประเภทหนึ่งที่ใช้ในเทคโนโลยีคือการปล่อยประกายไฟ มันถูกสร้างขึ้นโดยเครื่องปล่อยก๊าซเพื่อวัดค่าที่มีศักยภาพสูง

กระแสไฟฟ้าในสุญญากาศ: วิธีการใช้งานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

คำภาษาละติน สุญญากาศ ถูกตีความในภาษารัสเซียว่าเป็นความว่างเปล่า มันถูกสร้างขึ้นในทางปฏิบัติโดยการสูบก๊าซจากพื้นที่ปิดด้วยปั๊มสุญญากาศ

ไม่มีพาหะประจุไฟฟ้าในสุญญากาศ พวกเขาจะต้องถูกนำเข้าสู่สภาพแวดล้อมนี้เพื่อสร้างกระแส สิ่งนี้ใช้ปรากฏการณ์การปล่อยความร้อนซึ่งเกิดขึ้นเมื่อโลหะถูกให้ความร้อน

หลอดไฟอิเล็กทรอนิกส์ทำงานในลักษณะนี้ โดยที่แคโทดถูกให้ความร้อนด้วยไส้หลอด อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาภายใต้อิทธิพลของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้จะเคลื่อนที่ไปทางขั้วบวกและก่อตัวเป็นกระแสในสุญญากาศ

หลอดรังสีแคโทดของทีวี CRT จอภาพ และออสซิลโลสโคปถูกสร้างขึ้นโดยใช้หลักการเดียวกัน

เพียงเพิ่มอิเล็กโทรดควบคุมเพื่อหันเหลำแสงและหน้าจอแสดงตำแหน่งของลำแสง

ในอุปกรณ์ทั้งหมดที่ระบุไว้ ความแรงกระแสในตัวนำกลางต้องได้รับการคำนวณ ควบคุม และบำรุงรักษาที่ระดับหนึ่งของโหมดที่เหมาะสมที่สุด

ฉันจะสิ้นสุดที่นี่ ส่วนความคิดเห็นถูกสร้างขึ้นสำหรับคุณโดยเฉพาะ ช่วยให้คุณสามารถแสดงความคิดเห็นของคุณเองเกี่ยวกับบทความที่คุณอ่านได้

ในบทเรียนก่อนหน้านี้ เราได้พูดคุยเกี่ยวกับกระแสในโลหะ เรายังพูดถึงวงจรไฟฟ้าและส่วนประกอบต่างๆ และพูดคุยเกี่ยวกับทิศทางของกระแส อย่างไรก็ตาม เราไม่ได้กล่าวถึงประเด็นดังกล่าว เช่น คุณลักษณะที่สามารถอธิบายกระแสไฟฟ้าได้ คุณคงเคยได้ยินสำนวน "ไฟกระชาก" และเห็นหลอดไฟกะพริบ คือเราเข้าใจว่ากระแสไฟฟ้าต่างกัน แต่เราจะเปรียบเทียบกระแสไฟฟ้าได้อย่างไร? ลักษณะใดของกระแสที่ทำให้เราสามารถประมาณขนาดและพารามิเตอร์อื่น ๆ ได้? วันนี้เราจะมาเริ่มศึกษาปริมาณที่เป็นลักษณะของกระแสไฟฟ้า และเราจะเริ่มต้นด้วยลักษณะเฉพาะ เช่น ความแรงของกระแส

คุณรู้อยู่แล้วว่าแท่งโลหะมีพาหะประจุไฟฟ้า - อิเล็กตรอนจำนวนมากพอสมควร เห็นได้ชัดว่าเมื่อไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านแท่งอิเล็กตรอนเหล่านี้จะเคลื่อนที่อย่างโกลาหลนั่นคือเราสามารถสรุปได้ว่าจำนวนอิเล็กตรอนที่ผ่านส่วนของแท่งจากซ้ายไปขวาจะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่โดยประมาณ ลอดผ่านส่วนเดียวกันของท่อนไม้จากขวาไปซ้ายพร้อมกันในเวลาเดียวกัน ถ้าเราส่งกระแสไฟฟ้าผ่านแกน การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจะเป็นระเบียบและจำนวนอิเล็กตรอนที่ผ่านหน้าตัดของแกนในช่วงเวลาหนึ่งจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก (หมายถึงจำนวนอิเล็กตรอนที่ผ่านในทิศทางเดียว) .

ความแข็งแกร่งในปัจจุบันเป็นปริมาณทางกายภาพที่แสดงลักษณะของกระแสไฟฟ้าและเป็นตัวเลขเท่ากับประจุที่ผ่านหน้าตัดของตัวนำต่อหน่วยเวลา ความแรงของกระแสไฟฟ้าแสดงด้วยสัญลักษณ์และกำหนดโดยสูตร: โดยที่ประจุจะผ่านหน้าตัดของตัวนำในเวลาใด

เพื่อให้เข้าใจถึงสาระสำคัญของค่าที่แนะนำได้ดีขึ้น มาดูแบบจำลองทางกลของวงจรไฟฟ้ากัน หากดูระบบประปาในอพาร์ทเมนต์ของคุณ อาจดูคล้ายกับวงจรไฟฟ้าอย่างเห็นได้ชัด อันที่จริงอะนาล็อกของแหล่งกำเนิดกระแสคือปั๊มที่สร้างแรงดันและจ่ายน้ำให้กับอพาร์ทเมนท์ (ดูรูปที่ 1)

ข้าว. 1. ระบบประปา

ทันทีที่หยุดทำงานน้ำในก๊อกก็จะหายไป ก๊อกทำหน้าที่เป็นกุญแจในวงจรไฟฟ้า: เมื่อเปิดก๊อกน้ำ น้ำจะไหล แต่เมื่อปิดน้ำจะไม่ไหล โมเลกุลของน้ำทำหน้าที่เป็นอนุภาคที่มีประจุ (ดูรูปที่ 2)

ข้าว. 2.การเคลื่อนที่ของโมเลกุลน้ำในระบบ

หากตอนนี้เราแนะนำค่าที่คล้ายกับความแรงในปัจจุบันที่เราเพิ่งแนะนำไป นั่นก็คือ จำนวนโมเลกุลของน้ำที่ผ่านหน้าตัดของท่อต่อหน่วยเวลา เราก็จะได้ปริมาณน้ำที่ผ่านหน้าตัดของ ท่อในหนึ่งวินาที - สิ่งที่มักเรียกว่าแรงกดดันในชีวิตประจำวัน ดังนั้น ยิ่งมีแรงดันมาก น้ำก็จะไหลออกจากก๊อกน้ำมากขึ้น เช่นเดียวกัน ยิ่งกระแสไหลมาก กระแสก็จะยิ่งแรงขึ้นและผลกระทบของมัน

กระแสไฟฟ้ามีหน่วยเป็นแอมแปร์: ปริมาณนี้ตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส อังเดร-มารี แอมแปร์ แอมแปร์เป็นหนึ่งในหน่วยของระบบสากล เมื่อรู้หน่วยของกระแสแล้ว ง่ายต่อการรับคำจำกัดความของหน่วยประจุไฟฟ้าใน SI เพราะว่าแล้ว.

เพราะฉะนั้น, . นั่นคือ 1 C คือประจุที่ผ่านหน้าตัดของตัวนำใน 1 วินาทีที่ความแรงของกระแส 1 A ในตัวนำ นอกเหนือจากแอมแปร์แล้ว ปริมาณเช่น มิลลิแอมแปร์ (), ไมโครแอมแปร์ ( ), กิโลแอมแปร์ () เพื่อให้เข้าใจว่ากระแสต่ำคืออะไรและกระแสสูงคืออะไรเรานำเสนอข้อมูลต่อไปนี้: ความแรงของกระแสที่น้อยกว่า 1 mA ถือว่าปลอดภัยสำหรับมนุษย์ และความแรงของกระแสที่มากกว่า 100 mA สามารถนำไปสู่ สู่ปัญหาสุขภาพที่สำคัญ

ค่าปัจจุบันบางส่วน

เพื่อให้เข้าใจถึงขนาดของกระแสไฟฟ้า เช่น 1A ลองดูตารางต่อไปนี้

อุปกรณ์การแพทย์เอ็กซ์เรย์ (ดูรูปที่ 3) - 0.1 A

ข้าว. 3. อุปกรณ์การแพทย์เอ็กซ์เรย์

หลอดไฟฉาย - 0.1-0.3 A

เครื่องบันทึกเทปแบบพกพา - 0.3 A

หลอดไฟในห้องเรียน - 0.5 A

โทรศัพท์มือถือในโหมดการทำงาน - 0.53 A

ทีวี - 1 ก

เครื่องซักผ้า - 2 ก

เตารีดไฟฟ้า - 3 ก

เครื่องรีดนมไฟฟ้า - 10 A

เครื่องยนต์รถเข็น - 160-220 A

สายฟ้า - มากกว่า 1,000 A

นอกจากนี้เราจะพิจารณาถึงผลกระทบของกระแสที่มีต่อร่างกายมนุษย์โดยขึ้นอยู่กับความแรงของกระแส (ตารางแสดงความแรงของกระแสที่ความถี่ 50 Hz และผลกระทบของกระแสต่อร่างกายมนุษย์)

0-0.5 mA ไม่มี

0.5-2 mA สูญเสียความไว

2-10 mA ปวดเกร็งกล้ามเนื้อ

10-20 mA เพิ่มแรงกระแทกของกล้ามเนื้อ เสียหายบ้าง

กระแสไฟสูงกว่า 16 mA ซึ่งบุคคลไม่สามารถหลุดออกจากอิเล็กโทรดได้อีกต่อไป

20-100 mA ระบบหายใจเป็นอัมพาต

100 mA - 3 A ภาวะหัวใจห้องล่างเต้นผิดจังหวะอย่างรุนแรง (จำเป็นต้องช่วยชีวิตอย่างเร่งด่วน)

มากกว่า 3 A หัวใจหยุดเต้น แผลไหม้รุนแรง (หากช็อกเพียงสั้นๆ หัวใจก็ฟื้นคืนชีพได้)

อย่างไรก็ตามอุปกรณ์ส่วนใหญ่ได้รับการออกแบบสำหรับมูลค่าปัจจุบันที่สูงกว่ามาก ดังนั้นเมื่อทำงานร่วมกับอุปกรณ์เหล่านี้ สิ่งสำคัญมากคือต้องปฏิบัติตามกฎเกณฑ์บางประการ ให้เราพิจารณาประเด็นหลักที่ทุกคนที่เกี่ยวข้องกับไฟฟ้าต้องจำไว้

เป็นสิ่งต้องห้าม:

1) สัมผัสสายไฟที่โผล่ออกมา โดยเฉพาะขณะยืนบนพื้น พื้นชื้น เป็นต้น

2) ใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ชำรุด

ประกอบ แก้ไข ถอดแยกชิ้นส่วนอุปกรณ์ไฟฟ้าโดยไม่ต้องถอดออกจากแหล่งจ่ายไฟ

ในการวัดกระแสจะใช้อุปกรณ์ - แอมมิเตอร์ ถูกกำหนดด้วยตัวอักษร A ในวงกลมเมื่อแสดงเป็นแผนผังในวงจรไฟฟ้า เช่นเดียวกับอุปกรณ์ใด ๆ แอมป์มิเตอร์ไม่ควรส่งผลกระทบต่อค่าที่วัดได้ดังนั้นจึงได้รับการออกแบบในลักษณะที่จะไม่เปลี่ยนค่าของกระแสในวงจรในทางปฏิบัติ

กฎที่ต้องปฏิบัติเมื่อวัดกระแสด้วยแอมป์มิเตอร์

1) แอมมิเตอร์เชื่อมต่อแบบอนุกรมกับตัวนำที่ต้องวัดกระแส (ดูรูปที่ 4)

2) ขั้วแอมป์มิเตอร์ถัดจากที่มีเครื่องหมาย + จะต้องเชื่อมต่อกับสายไฟที่มาจากขั้วบวกของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า ขั้วต่อที่มีเครื่องหมายลบ - ด้วยสายไฟที่มาจากขั้วลบของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า (ดูรูปที่ 5)

3) คุณไม่สามารถเชื่อมต่อแอมป์มิเตอร์กับวงจรที่ไม่มีผู้ใช้กระแสไฟฟ้าได้ (ดูรูปที่ 6)

ข้าว. 4. การเชื่อมต่อแบบอนุกรมของแอมป์มิเตอร์

ข้าว. 5. เชื่อมต่อขั้ว + อย่างถูกต้อง

ข้าว. 6. แอมป์มิเตอร์ที่เชื่อมต่อไม่ถูกต้อง

มาดูการทำงานของแอมป์มิเตอร์แบบสดๆกัน ก่อนที่เราจะเป็นวงจรไฟฟ้าที่ประกอบด้วยแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า แอมมิเตอร์ซึ่งต่อแบบอนุกรม และหลอดไฟซึ่งต่อแบบอนุกรมด้วย (ดูรูปที่ 7)

ข้าว. 7. วงจรไฟฟ้า

หากตอนนี้เราเปิดแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า เราสามารถสังเกตได้ว่ามีกำลังไฟฟ้าอยู่ในวงจรเท่าใดโดยใช้แอมมิเตอร์ ตอนแรกระบุเป็น 0 (นั่นคือไม่มีกระแสในวงจร) แต่ตอนนี้เราเห็นว่าความแรงของกระแสกลายเป็นเกือบ 0.2 A (ดูรูปที่ 8)

ข้าว. 8. กระแสไหลในวงจร

หากเราเปลี่ยนกระแสในวงจรเราจะเห็นว่าความแรงของกระแสจะเพิ่มขึ้น (จะกลายเป็นประมาณ 0.26 A) และในขณะเดียวกันหลอดไฟก็จะสว่างขึ้น (ดูรูปที่ 9) นั่นคือ ความแรงของกระแสในวงจรยิ่งมากขึ้นหลอดไฟก็จะสว่างขึ้นเท่านั้น

ข้าว. 9. กระแสไฟฟ้าในวงจรมากขึ้น - หลอดไฟจะสว่างขึ้น

ประเภทของแอมป์มิเตอร์

แอมมิเตอร์แบบแม่เหล็กไฟฟ้า แมกนีโตอิเล็กทริก อิเล็กโทรไดนามิก ความร้อน และแบบเหนี่ยวนำ แพร่หลายมากขึ้น

ใน แอมป์มิเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้า (ดูรูปที่ 10 ) กระแสที่วัดได้ซึ่งไหลผ่านขดลวดจะดึงแกนเหล็กอ่อนที่อยู่ด้านในด้วยแรงที่เพิ่มขึ้นตามความแรงของกระแสที่เพิ่มขึ้น ในกรณีนี้ ลูกศรที่ติดตั้งบนแกนเดียวกันกับแกนจะหมุนและระบุความแรงของกระแสเป็นแอมแปร์ในระดับไล่ระดับ

ข้าว. 10. แอมป์มิเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้า

ใน แอมป์มิเตอร์ความร้อน(ดูรูปที่ 11) กระแสที่วัดได้จะถูกส่งผ่านเกลียวโลหะที่ยืดออก ซึ่งเนื่องจากความร้อนของกระแส ทำให้ยาวขึ้นและหย่อนลง ในขณะที่หมุนลูกศรเพื่อระบุความแรงของกระแสบนเครื่องชั่ง

ข้าว. 11. แอมป์มิเตอร์ความร้อน

ใน แอมมิเตอร์แบบแมกนีโตอิเล็กทริก(ดูรูปที่ 12) ภายใต้อิทธิพลของอันตรกิริยาของกระแสที่วัดได้ซึ่งไหลผ่านแผลลวดบนโครงอะลูมิเนียมน้ำหนักเบาและสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กเกือกม้าถาวร เฟรมพร้อมกับลูกศรระบุจะหมุนเป็นขนาดที่ใหญ่ขึ้นหรือ มุมเล็กลงขึ้นอยู่กับขนาดของกระแส

ข้าว. 12. แอมมิเตอร์แมกนีโตอิเล็กทริก

ใน แอมป์มิเตอร์ไฟฟ้าไดนามิก(ไม่มีเหล็ก) (ดูรูปที่ 13) กระแสที่วัดได้จะถูกส่งผ่านตามลำดับผ่านขดลวดของขดลวดคงที่และขดลวดเคลื่อนที่ หลังเนื่องจากปฏิสัมพันธ์ของกระแสที่ไหลผ่านกับกระแสในขดลวดที่อยู่กับที่จึงหมุนไปพร้อมกับลูกศรที่บ่งบอกถึงความแรงของกระแส

ข้าว. 13. แอมป์มิเตอร์ไฟฟ้าไดนามิก

ใน อุปกรณ์เหนี่ยวนำ(ดูรูปที่ 14) แผ่นโลหะหรือกระบอกสูบที่เคลื่อนย้ายได้สัมผัสกับสนามเคลื่อนที่หรือหมุนซึ่งสร้างขึ้นโดยขดลวดที่อยู่กับที่ซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยระบบแม่เหล็ก

ข้าว. 14. แอมป์มิเตอร์แบบเหนี่ยวนำ

แอมป์มิเตอร์แบบความร้อนและไฟฟ้าไดนามิกเหมาะสำหรับการวัดทั้งกระแสตรงและกระแสสลับ แม่เหล็กไฟฟ้า - สำหรับกระแสตรงและกระแสเหนี่ยวนำ - สำหรับกระแสสลับ

การแก้ปัญหา

ลองพิจารณาแก้ไขปัญหาทั่วไปหลายประการในหัวข้อนี้

ปัญหาที่ 1

มีอิเล็กตรอนกี่ตัวที่ผ่านหน้าตัดของตัวนำทุก ๆ วินาทีถ้ามีกระแส 0.32 A ไหลผ่าน?

สารละลาย

เราไม่เพียงแต่รู้ความแรงของกระแส I = 0.32 A, เวลา t = 1 s เท่านั้น แต่ยังรู้ถึงประจุของอิเล็กตรอนหนึ่งตัวด้วย:

ลองใช้คำจำกัดความของความแรงของกระแส: และประจุที่ผ่านโมดูลัสต่อหน่วยเวลาจะเท่ากับผลรวมของโมดูลัสของประจุอิเล็กตรอนที่ผ่านหน้าตัดใน 1 วินาที เราได้รับ. ที่ไหน .

เราตรวจสอบหน่วยของปริมาณที่ต้องการ: .

คำตอบ:.

ปัญหาที่ 2

เหตุใดแอมมิเตอร์ซึ่งแสดงกระแสที่ไหลผ่านสายไฟที่เชื่อมต่อแบตเตอรี่รถยนต์เข้ากับเครือข่ายไฟฟ้าออนบอร์ดจึงมีค่าทั้งบวกและลบบนสเกล

สารละลาย

ความจริงก็คือมีกระบวนการสองกระบวนการเกิดขึ้นในแบตเตอรี่รถยนต์: บางครั้งก็มีการชาร์จ (ดูรูปที่ 15) นั่นคือได้รับประจุ (ประจุเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียว) และบางครั้งก็จ่ายไฟให้กับเครือข่ายออนบอร์ดนั่นคือ มันจะปล่อยประจุออกมา (ตามลำดับ ประจุที่เคลื่อนที่ไปในทิศทางอื่น) (ดูรูปที่ 16) ในทั้งสองกรณีนี้ ความแรงในปัจจุบันจะแตกต่างกันเป็นสัญญาณ

ข้าว. 15. การชาร์จแบตเตอรี่