Визначення електричного струму. Що таке електричний струм? Природа електрики

». Сьогодні я хочу торкнутися такої теми, як електричний струм. Що це таке? Спробуймо згадати шкільну програму.

Електричний струм – це впорядкований рух заряджених частинок у провіднику

Якщо ви пам'ятаєте, щоб заряджені частинки почали рухатися, (виник електричний струм) потрібно створити електричне поле. Щоб виникло електричне поле, можна провести такі елементарні досліди, як потерти об шерсть пластикову ручку і вона якийсь час притягатиме легкі предмети. Тіла, здатні після натирання притягувати предмети, називаються наелектризовані. Можна сказати, що тіло в такому стані має електричні заряди, а самі тіла називаються зарядженими. Зі шкільної програми ми знаємо, що всі тіла складаються з найдрібніших частинок (молекул). Молекула - це частка речовини, яку можна відокремити від тіла і вона матиме всі властивості властиві цьому тілу. Молекули складних тіл утворюються із різних поєднань атомів простих тіл. Наприклад, молекула води складається з двох простих: атома кисню та одного атома водню.

Атоми, нейтрони, протони та електрони - що це таке?

У свою чергу, атом складається з ядра і обертається навколо нього електронами. Кожен електрон атома має невеликий електричний заряд. Наприклад, атом водню складається з ядра електрона, що обертає навколо нього. Ядро атома складається, своєю чергою, з протонів та нейтронів. Ядро атома, у свою чергу, має електричний заряд. Протони, що входять до складу ядра, мають такі самі за величиною електричні заряди та електрони. Але протони, на відміну електронів, малорухливі, та його маса в багато разів більше маси електрона. Частка нейтрон, що входить до складу атома, не має жодного електричного заряду, нейтральна. Електрони, що обертаються навколо ядра атома та протони, що входять до складу ядра, є носіями рівних за величиною електричних зарядів. Між електроном та протоном завжди діє сила взаємного тяжіння, а між самими електронами та між протонами сила взаємного відштовхування. В силу цього, електрон має негативний електричний заряд, а протон позитивний. З цього можна дійти невтішного висновку, що є 2 роду електрики: позитивне і негативне. Наявність в атомі рівноіменно заряджених частинок призводить до того, що між позитивно зарядженим ядром атома і електронами, що обертаються навколо нього, діють сили взаємного тяжіння, що скріплюють атом в одне ціле. Атоми відрізняються один від одного за кількістю нейтронів та протонів в ядрах, через що не однаковий позитивний заряд ядер атомів різних речовин. У атомів різних речовин кількість електронів, що обертаються, не однакова і визначається величиною позитивного заряду ядра. У атомів одних речовин міцно пов'язані з ядром, а в інших цей зв'язок може бути значно слабшим. Цим пояснюється різна міцність тіл. Сталевий дріт значно міцніший за мідний, отже, частинки стали сильніше притягуються один до одного, ніж частинки міді. Тяжіння між молекулами особливо помітно, коли вони знаходяться близько один до одного. Найяскравіший приклад - дві краплі води зливаються в одну при зіткненні.

Електричний заряд

В атомі будь-якої речовини кількість електронів, що обертаються навколо ядра, дорівнює кількості протонів, що містяться в ядрі. Електричний заряд електрона та протона рівні за величиною, отже, негативний заряд електронів дорівнює позитивному заряду ядра. Ці заряди взаємно врівноважують одна одну, а атом залишається нейтральним. В атомі електрони утворюють навколо ядра електронну оболонку. Електронна оболонка та ядро атома знаходяться в безперервному коливальному русі. Під час руху атоми стикаються один з одним і від них вилітає один або кілька електронів. Атом перестає бути нейтральним, стає позитивно зарядженим. Оскільки його позитивний заряд став більш негативним (слабкий зв'язок між електроном і ядром — метал і вугілля). В інших тіл (дерево та скло) порушення електронних оболонок не відбувається. Відірвавшись від атомів, вільні електрони безладно рухаються та можуть захоплюватися іншими атомами. Процес появ і зникнень у тілі відбувається безперервно. Зі збільшенням температури, швидкість коливального руху атомів зростає, зіткнення частішають, стають сильнішими, кількість вільних електронів збільшується. Проте тіло залишається електрично нейтральним, оскільки кількість електронів та протонів у тілі не змінюється. Якщо з тіла видалити деяку кількість вільних електронів, то плюсовий заряд стає більшим за сумарний заряд. Тіло виявиться зарядженим позитивно і навпаки. Якщо в тілі створюється нестача електронів, воно заряджається додатково. Якщо надлишок – негативно. Чим більший цей недолік або надлишок, тим більший електричний заряд. У першому випадку (більше позитивно заряджених частинок) тіла називають провідниками (метали, водні розчини солей і кислот), а в другому (нестача електронів, негативно заряджених частинок) діелектриками або ізоляторами (бурштин, кварц, ебоніт). Для тривалого існування електричного струму, у провіднику необхідно постійно підтримувати різницю потенціалів.

Ось і невеликий курс фізики закінчено. Я думаю, ви, з моєю допомогою, згадали шкільну програму за 7 клас, а що таке різницю потенціалів розберемо у моїй статті. До нових зустрічей на сторінках сайту

Електролітами прийнято називати провідні середовища, у яких перебіг електричного струму супроводжується перенесенням речовини. Носіями вільних зарядів у електролітах є позитивно та негативно заряджені іони.

Основними представниками електролітів, що широко використовуються в техніці, є водні розчини неорганічних кислот, солей та основ. Проходження електричного струму через електроліт супроводжується виділенням речовин на електродах. Це явище отримало назву електролізу (Рис.9.10) .

Електричний струм у електролітах є переміщення іонів обох знаків у протилежних напрямках. Позитивні іони рухаються до негативного електрода ( катоду), негативні іони – до позитивного електрода ( аноду). Іони обох знаків з'являються у водних розчинах солей, кислот та лугів внаслідок розщеплення частини нейтральних молекул. Це явище називається електролітичною дисоціацією .

Закон електролізу був експериментально встановлений англійським фізиком М. Фарадеєм у 1833 році.

Перший закон Фарадея визначає кількості первинних продуктів, що виділяються на електродах при електролізі: маса m речовини, що виділився на електроді, прямо пропорційна заряду q, що пройшов через електроліт:

m = kq = kIt,

де k – електрохімічний еквівалент речовини:

F = eN A = 96485 Кл/моль. - постійна Фарадея.

Другий закон Фарадеяелектрохімічні еквіваленти різних речовин відносяться їх хімічні еквіваленти :

Об'єднаний закон Фарадеядля електролізу:

Електролітичні процеси класифікуються так:

одержання неорганічних речовин (водню, кисню, хлору, лугів тощо);

одержання металів (літій, натрій, калій, берилій, магній, цинк, алюміній, мідь тощо);

очищення металів (мідь, срібло, ...);

одержання металевих сплавів;

одержання гальванічних покриттів;

обробка поверхонь металів (азотування, борування, електрополірування, очищення);

одержання органічних речовин;

електродіаліз та знесолення води;

нанесення плівок за допомогою електрофорезу.

Практичне застосування електролізу

Електрохімічні процеси широко застосовуються в різних галузях сучасної техніки, в аналітичній хімії, біохімії і т. д. У хімічній промисловості електролізом одержують хлор та фтор, луги, хлорати та перхлорати, надсерну кислоту та персульфати, хімічно чисті водень та кисень тощо. При цьому одні речовини отримують шляхом відновлення на катоді (альдегіди, параамінофенол та ін.), Інші електроокислення на аноді (хлорати, перхлорати, перманганат калію та ін.).

Електроліз у гідрометалургії є однією із стадій переробки металовмісної сировини, що забезпечує отримання товарних металів. Електроліз може здійснюватися з розчинними анодами – процес електрорафінування чи з нерозчинними – процес електроекстракції. Головним завданням при електрорафінуванні металів є забезпечення необхідної чистоти катодного металу за прийнятних енергетичних витрат. У кольоровій металургії електроліз використовується для вилучення металів із руд та їх очищення.

Електролізом розплавлених середовищ отримують алюміній, магній, титан, цирконій, уран, берилій та ін. Для рафінування (очищення) металу електролізом з нього відливають пластини і поміщають їх як аноди 1 електролізер 3 (рис.9.11). При пропусканні струму метал, що підлягає очищенню 1, піддається анодного розчинення, тобто перетворюється на розчин як катіонів. Потім ці катіони металу розряджаються на катоді 2 завдяки чому утворюється компактний осад вже чистого металу. Домішки, що знаходяться в аноді, залишаються нерозчинними 4, або переходять в електроліт і видаляються.

На малюнку 9.11 наведено схему електролітичного рафінування міді.

Гальванотехніка - область прикладної електрохімії, що займається процесами нанесення металевих покриттів на поверхню як металевих, так і неметалевих виробів при постійному проходженні електричного струму через розчини їх солей. Гальванотехніка поділяється на гальваностегію та гальванопластику.

Гальваностегія (від грец. покривати) - це електроосадження на поверхню металу іншого металу, який міцно зв'язується (зчіплюється) з металом (предметом), що покривається, службовцем катодом електролізера (рис. 9.12).

Способом гальваностегії можна покрити деталь тонким шаром золота чи срібла, хрому чи нікелю. За допомогою електролізу можна наносити найтонші металеві покриття на різних металевих поверхнях. При такому способі нанесення покриттів, деталь використовують як катод, поміщений в розчин солі того металу, покриття з якого необхідно отримати. Як анод використовується платівка з того ж металу.


	Рис. 9.12	Рис. 9.13

Рекомендуємо переглянути демонстрацію "Гальванопластика".

Гальванопластика – отримання шляхом електролізу точних, легко відокремлюваних металевих копійзначної товщини з різних як неметалевих, і металевих предметів, званих матрицями (рис. 9.13).

За допомогою гальванопластики виготовляють погруддя, статуї і т. д. Гальванопластика використовується для нанесення порівняно товстих металевих покриттів на інші метали (наприклад, утворення "накладного" шару нікелю, срібла, золота і т. д.).

Що таке електричний струм

Спрямований рух електрично заряджених частинок під впливом. Такими частинками можуть бути: у провідниках – електрони, в електролітах – іони (катіони та аніони), у напівпровідниках – електрони і, так звані, "дірки" ("електронно-діркова провідність"). Також існує " струм зміщення " , перебіг якого зумовлено процесом заряду ємності, тобто. зміною різниці потенціалів між обкладками. Між обкладками жодного руху частинок не відбувається, але струм через конденсатор протікає.

Теоретично електричних ланцюгів за струм прийнято вважати спрямоване рух носіїв заряду у провідній середовищі під впливом електричного поля.

Струменем провідності (просто струмом) в теорії електричних ланцюгів називають кількість електрики, що протікає за одиницю часу через поперечний переріз провідника: i = q/t, де i - Струм. А; q = 1,6 · 109 - заряд електрона, Кл; t – час, с.

Це вираз справедливо для ланцюгів постійного струму. Для ланцюгів змінного струму застосовують так зване миттєве значення струму, що дорівнює швидкості зміни заряду в часі: i(t) = dq/dt.

Електричний струм виникає тоді, коли на ділянці електричного кола з'являється електричне поле, або різниця потенціалів між двома точками провідника. Різниця потенціалів між двома точками називають напругою або падінням напруги на цій ділянці ланцюга.

Замість терміну "струм" ("величина струму") часто застосовується термін "сила струму". Однак останній не можна назвати вдалим, тому що сила струму не є будь-якою силою в буквальному сенсі цього слова, а лише інтенсивність руху електричних зарядів у провіднику, кількість електрики, що проходить за одиницю часу через площу поперечного перерізу провідника.
Струм характеризується , що у системі СІ вимірюється в амперах (А), і щільністю струму , що у системі СІ вимірюється в амперах на квадратний метр.
Один ампер відповідає переміщенню через поперечний переріз провідника протягом однієї секунди (з) заряду електрики завбільшки в один кулон (Кл):

1А = 1Кл/с.

У загальному випадку, позначивши струм літерою i, а заряд q, отримаємо:

i = dq/dt.

Одиниця струму називається ампер (А). Струм у провіднику дорівнює 1 А, якщо через поперечний переріз провідника за 1 с проходить електричний заряд, рівний 1 кулон.

Якщо вздовж провідника діє напруга, то всередині провідника виникає електричне поле. При напруженості поля Е на електрони із зарядом е діє сила f = Ее. Величини f та E векторні. Протягом часу вільного пробігу електрони набувають направленого руху поряд з хаотичним. Кожен електрон має негативний заряд і отримує складову швидкості, спрямовану протилежно до вектора Е (рис. 1). Упорядкований рух, який характеризується деякою середньою швидкістю електронів vcp, визначає перебіг електричного струму.

Електрони можуть мати спрямований рух у розріджених газах. У електролітах та іонізованих газах протікання струму в основному зумовлене рухом іонів. Відповідно до того, що в електролітах позитивно заряджені іони рухаються від позитивного полюса до негативного, історично напрямок струму було прийнято зворотним напрямком руху електронів.

За напрям струму приймається напрям, у якому переміщуються позитивно заряджені частки, тобто. напрямок, протилежний переміщенню електронів.
Теоретично електричних ланцюгів за напрям струму в пасивної ланцюга (поза джерелами енергії) взято напрямок руху позитивно заряджених частинок від вищого потенціалу до нижчого. Такий напрямок було прийнято на самому початку розвитку електротехніки і суперечить справжньому напрямку руху носіїв заряду - електронів, що рухаються у провідних середовищах від мінусу до плюсу.

Величина, що дорівнює відношенню струму до площі поперечного перерізу S, називаються щільністю струму (позначається δ): δ= I/S

При цьому передбачається, що струм рівномірно розподілений за перерізом провідника. Щільність струму у дротах зазвичай вимірюється в А/мм2.

За типом носіїв електричних зарядів та середовища їх переміщення розрізняють струми провідностіі струми усунення. Провідність ділять на електронну та іонну. Для режимів, що встановилися, розрізняють два види струмів: постійний і змінний.

Електричним струмом перенесенняназивають явище перенесення електричних зарядів зарядженими частинками чи тілами, які у вільному просторі. Основним видом електричного струму переносу є рух у порожнечі елементарних частинок, що мають заряд (рух вільних електронів в електронних лампах), рух вільних іонів у газорозрядних приладах.

Електричним струмом усунення (струмом поляризації)називають упорядковане рух пов'язаних носіїв електричних зарядів. Цей вид струму можна спостерігати у діелектриках.
Повний електричний струм- скалярна величина, що дорівнює сумі електричного струму провідності, електричного струму перенесення та електричного струму зміщення крізь розглянуту поверхню.

Постійним називають струм, який може змінюватися за величиною, але не змінює свого знака як завгодно довгий час. Докладніше про це читайте тут:

Змінним називають струм, який періодично змінюється як за величиною, і за знаком.Величиною, що характеризує змінний струм, є частота (у системі СІ вимірюється у герцах), у тому випадку, коли його сила змінюється періодично. Змінний струм високої частотивитісняється на поверхню провідника. Струми високої частоти застосовується в машинобудуванні для термообробки поверхонь деталей та зварювання, в металургії для плавки металів.Змінні струми поділяють на синусоїдальні та несинусоїдальні. Синусоїдальним називають струм, що змінюється за гармонічним законом:

i = Im sin ωt,

Швидкість зміни змінного струму характеризується його , яка визначається як число повних коливань, що повторюються, в одиницю часу. Частота позначається буквою f та вимірюється в герцах (Гц). Так, частота струму в мережі 50 Гц відповідає 50 повним коливанням на секунду. Кутова частота - швидкість зміни струму в радіанах в секунду і пов'язана з частотою простим співвідношенням:

ω = 2πf

Установлені (фіксовані) значення постійного та змінного струмівпозначають великою літерою I невстановлені (миттєві) значення - літерою i. Умовно позитивним напрямом струму вважають напрямок руху позитивних зарядів.

Це струм, який змінюється згідно із законом синуса з часом.

Під змінним струмом також мають на увазі струм у звичайних одно-і трифазних мережах. І тут параметри змінного струму змінюються по гармонійному закону.

Оскільки змінний струм змінюється в часі, прості способи розв'язання задач, придатні для ланцюгів постійного струму, тут не застосовуються. При дуже високих частотах заряди можуть здійснювати коливальний рух - перетікати з одних місць ланцюга до інших і назад. При цьому, на відміну від кіл постійного струму, струми в послідовно з'єднаних провідниках можуть виявитися неоднаковими. Ємності, присутні у ланцюгах змінного струму, посилюють цей ефект. Крім того, при зміні струму позначаються ефекти самоіндукції, які стають суттєвими навіть за низьких частот, якщо використовуються котушки з великою індуктивністю. При порівняно низьких частотах ланцюга змінного струму можна розраховувати за допомогою , які, однак, необхідно відповідним чином модифікувати.

Ланцюг, до якого входять різні резистори, котушки індуктивності та конденсатори, можна розглядати, якби вона складалася з узагальнених резистора, конденсатора та котушки індуктивності, з'єднаних послідовно.

Розглянемо властивості такого ланцюга, підключеного до генератора синусоїдального змінного струму. Щоб сформулювати правила, що дозволяють розраховувати ланцюги змінного струму, потрібно знайти співвідношення між падінням напруги та струмом кожного з компонентів такого ланцюга.

Грає різні ролі в ланцюгах змінного і постійного струмів. Якщо, наприклад, до ланцюга підключити електрохімічний елемент, то конденсатор почне заряджатися, доки напруга на ньому не стане рівною ЕРС елемента. Потім зарядка припиниться і струм впаде до нуля. Якщо ж ланцюг підключений до генератора змінного струму, то в один напівперіод електрони будуть витікати з лівої обкладки конденсатора і накопичуватися на правій, а в іншій - навпаки. Ці електрони, що переміщаються, і являють собою змінний струм, сила якого однакова по обидва боки конденсатора. Поки частота змінного струму дуже велика, струм через резистор і котушку індуктивності також однаковий.

У пристроях-споживачах змінного струму змінний струм часто випрямляється випрямлячами отримання постійного струму.

Провідники електричного струму

Матеріал, у якому тече струм, називається . Деякі матеріали за низьких температур переходять у стан надпровідності. У такому стані вони не чинять майже жодного опору струму, їхній опір прагне нуля. У всіх інших випадках провідник чинить опір течії струму і в результаті частина енергії електричних частинок перетворюється на тепло. Силу струму можна розрахувати для ділянки ланцюга і закону Ома для повного ланцюга.

Швидкість руху частинок у провідниках залежить від матеріалу провідника, маси та заряду частки, навколишньої температури, прикладеної різниці потенціалів і становить величину, набагато меншу за швидкість світла. Попри це, швидкість поширення власне електричного струму дорівнює швидкості світла у цьому середовищі, тобто швидкості поширення фронту електромагнітної хвилі.

Як струм впливає на організм людини

Струм, пропущений через організм людини або тварини, може спричинити електричні опіки, фібриляцію або смерть. З іншого боку, електричний струм використовують у реанімації, для лікування психічних захворювань, особливо депресії, електростимуляцію певних областей головного мозку застосовують для лікування таких захворювань, як хвороба Паркінсона та епілепсія, водій ритму, що стимулює серцевий м'яз імпульсним струмом, використовують при брадикардії. В організмі людини і тварин струм використовується передачі нервових імпульсів.

По техніці безпеки, мінімально відчутний людиною струм становить 1 мА. Небезпечним для життя людини струм стає з сили приблизно 0,01 А. Смертельним для людини струм стає з сили приблизно 0,1 А. Безпечним вважається напруга менше 42 В.

Будь-який струм з'являється лише за наявності джерела з вільними зарядженими частинками. Це з тим, що у вакуумі відсутні будь-які речовини, зокрема і електричні заряди. Тому вакуум вважається найкращим. Для того, щоб у ньому стало можливим проходження електричного струму, потрібно забезпечити наявність у достатній кількості вільних зарядів. У цій статті ми розглянемо, що являє собою електричний струм у вакуумі.

Як електричний струм може з'явитися у вакуумі

Щоб створити у вакуумі повноцінний електричний струм, необхідно використовувати таке фізичне явище, як термоелектронна емісія. Вона заснована на властивості якоїсь певної речовини випускати при нагріванні вільні електрони. Такі електрони, що виходять із нагрітого тіла, отримали назву термоелектронів, а все тіло цілком називається емітером.

Термоелектронна емісія лежить в основі роботи вакуумних приладів, більш відомих як електронні лампи. У найпростішій конструкції міститься два електроди. Один з них катод, є спіраль, матеріалом якої служить молібден або вольфрам. Саме він розжарюється електричним струмом. Другий електрод називається анодом. Він у холодному стані, виконуючи завдання зі збору термоелектронів. Як правило, анод виготовляється у формі циліндра, а всередині його розміщується катод, що нагрівається.

Застосування струму у вакуумі

У минулому столітті електронні лампи грали провідну роль електроніці. І хоча, їх давно вже замінили напівпровідникові прилади, принцип роботи цих пристроїв застосовується в електронно-променевих трубках. Цей принцип використовується при зварювальних та плавильних роботах у вакуумі та інших областях.

Таким чином, одним з різновидів струму є електронний струм, що протікає у вакуумі. При розжарюванні катода, між ним та анодом з'являється електричне поле. Саме воно надає електронам певного напрямку та швидкості. За цим принципом працює електронна лампа з двома електродами (діод), яка широко застосовується у радіотехніці та електроніці.

Пристрій сучасного є балоном зі скла або металу, звідки попередньо відкачано повітря. Всередину цього балона впаюються два електроди катод та анод. Для посилення технічних характеристик встановлюються додаткові сітки, за допомогою яких збільшується струм електронів.

Струм і напруга є кількісними параметрами, які застосовуються в електричних схемах. Найчастіше ці величини змінюються з часом, інакше було сенсу у дії електричної схеми.

Напруга

Умовно напруга позначається буквою «U». Робота, витрачена на переміщення одиниці заряду з точки, що має малий потенціал до точки з великим потенціалом, є напругою між цими двома точками. Іншими словами, це енергія, що звільняється після переходу одиниці заряду від високого потенціалу до малого.

Напруга ще можуть називати різницею потенціалів, а також електрорушійною силою. Цей параметр вимірюється у вольтах. Щоб перемістити 1 кулон заряду між двома точками, які мають напругу 1 вольт, потрібно виконати роботу 1 джоуль. Кулонами вимірюються електричні заряди. 1 кулон дорівнює заряду 6х1018 електронів.

Напруга розділяється кілька видів, залежно від видів струму.

Постійна напруга . Воно присутнє в електростатичних ланцюгах та ланцюгах постійного струму.
Змінна напруга . Цей вид напруги є в ланцюгах із синусоїдальними та змінними струмами. У разі синусоїдального струму розглядаються такі характеристики напруги, як:
амплітуда коливань напруги- це максимальне його відхилення від осі абсцис;
миттєва напруга, що виражається у певний момент часу;
діюча напруга, визначається по активній роботі 1-го напівперіоду;
середньовипрямлена напруга, Яке визначається за модулем величини випрямленої напруги за один гармонійний період.

При передачі електроенергії повітряними лініями пристрій опор та їх розміри залежать від величини застосовуваної напруги. Величина напруги між фазами називається лінійною напругою , а напруга між землею та кожною з фаз – фазною напругою . Таке правило застосовується всім типів повітряних ліній. У Росії в електричних побутових мережах, стандартним є трифазна напруга з лінійною напругою 380 вольт, і фазним значенням напруги 220 вольт.

Електричний струм

Струм в електричному ланцюзі є швидкістю руху електронів у певній точці, що вимірюється в амперах, і позначається на схемах буквою « I». Також використовуються похідні одиниці ампера з відповідними приставками мілі-, мікро-, нано і т.д. Струм розміром 1 ампер утворюється пересуванням одиниці заряду в 1 кулон за 1 секунду.

Умовно вважається, що струм тече у напрямку від позитивного потенціалу до негативного. Проте, з курсу фізики відомо, що електрон рухається у протилежному напрямку.

Необхідно знати, що напруга вимірюється між двома точками на схемі, а струм тече через одну конкретну точку схеми, або через її елемент. Тому, якщо хтось вживає вираз «напруження в опорі», це невірно і неграмотно. Але часто йдеться про напругу у певній точці схеми. При цьому мається на увазі напруга між землею та цією точкою.

Напруга утворюється від на електричні заряди в генераторах, та інших пристроях. Струм виникає шляхом докладання напруги до двох точок на схемі.

Щоб зрозуміти, що таке струм і напруга, правильніше скористатися . На ньому можна побачити струм та напругу, які змінюють свої значення у часі. Насправді елементи електричної ланцюга з'єднані провідниками. У певних точках елементи ланцюга мають значення напруги.

Струм і напруга підпорядковуються правилам:

Сума струмів, що входять до точки, дорівнює сумі струмів, що виходять із точки (правило збереження заряду). Таке правило є законом Кірхгофа для струму. Точка входу та виходу струму в цьому випадку називається вузлом. Наслідком із цього закону є таке твердження: у послідовному електричному ланцюзі групи елементів величина струму для всіх точок однакова.
У паралельній схемі елементів напруга всіх елементів однаково. Інакше висловлюючись, сума падінь напруг у замкнутому контурі дорівнює нулю. Цей закон Кірхгофа застосовується для напруги.
Робота, виконана в одиницю часу схемою (потужність), виражається так: Р = U * I. Потужність вимірюється у ватах. Робота величиною 1 джоуль, виконана за 1 секунду, дорівнює 1 вату. Потужність поширюється як теплоти, витрачається скоєння механічної роботи (в електродвигунах), перетворюється на випромінювання різного виду, накопичується в ємностях чи батареях. При проектуванні складних електричних систем однією з проблем є теплове навантаження системи.

Характеристика електричного струму

Обов'язковою умовою існування струму в електричному ланцюзі є замкнутий контур. Якщо контур ланцюга розривається, то струм припиняється.

За таким принципом діють у електротехніці. Вони розривають електричний ланцюг рухомими механічними контактами, і цим припиняють перебіг струму, вимикаючи пристрій.

В енергетичній промисловості електричний струм виникає всередині провідників струму, які виконані у вигляді шин та інших частин, що проводять струм.

Також існують інші способи створення внутрішнього струму:

Рідинах та газах за рахунок пересування заряджених іонів.
Вакуум, газ і повітря за допомогою термоелектронної емісії.
, внаслідок руху носіїв заряду

Умови виникнення електричного струму

Нагрівання провідників (не надпровідників).
Додаток до носіїв заряду різниці потенціалів.
Хімічна реакція із виділенням нових речовин.
Дія магнітного поля на провідник.

Форми сигналу струму

Пряма лінія.
Змінна синусоїда гармоніки.
Меандр, схожий на синусоїду, але має гострі кути (іноді кути можуть згладжуватися).
Пульсуюча форма одного напрямку, з амплітудою, що коливається від нуля до максимальної величини за певним законом.

Види роботи електричного струму

Світлове випромінювання, яке створюється приладами освітлення.
Створення тепла за допомогою нагрівальних елементів.
Механічна робота (обертання електродвигунів, дія інших електричних пристроїв).
Створення електромагнітного випромінювання.

Негативні явища, спричинені електричним струмом

Перегрів контактів та струмовідних частин.
Виникнення вихрових струмів у сердечниках електричних пристроїв.
Електромагнітні випромінювання у зовнішнє середовище.

Творці електричних пристроїв та різних схем при проектуванні повинні враховувати перелічені вище властивості електричного струму у своїх розробках. Наприклад, шкідливий вплив вихрових струмів в електродвигунах, трансформаторах та генераторах знижується шляхом шихтування сердечників, що застосовуються для пропускання магнітних потоків. Шихтування сердечника - це його виготовлення не з цільного шматка металу, а з набору окремих тонких пластин спеціальної електротехнічної сталі.

Але, з іншого боку, вихрові струми використовують для роботи мікрохвильових печей, духовок, що діють за принципом магнітної індукції. Тому, можна сказати, що вихрові струми не лише шкодять, а й користі.

Змінний струм із сигналом у формі синусоїди може відрізнятися частотою коливань за одиницю часу. У нашій країні промислова частота струму електричних пристроїв стандартна і дорівнює 50 герцям. У деяких країнах використовується частота 60 герц.

Для різних цілей в електротехніці та радіотехніці використовують інші значення частоти:

Низькочастотні сигнали із меншою величиною частоти струму.
Високочастотні сигнали, які набагато вищі за частоту струму промислового використання.

Вважається, що електричний струм виникає при русі електронів усередині провідника, тому він називається струмом провідності. Але існує й інший вид електричного струму, який отримав назву конвекційного. Він виникає під час руху заряджених макротіл, наприклад, крапель дощу.

Електричний струм у металах

Рух електронів при дії на них постійної сили порівнюють із парашутистом, який знижується на землю. У цих випадках відбувається рівномірний рух. На парашутиста діє сила тяжіння, а протистоїть їй сила опору повітря. На рух електронів діє сила електричного поля, а чинять опір цьому руху іони грат кристалів. Середня швидкість електронів досягає постійного значення, як і швидкість парашутиста.

У металевому провіднику швидкість руху одного електрона дорівнює 0,1 мм за секунду, а швидкість електричного струму близько 300 тисяч км за секунду. Це пояснюється тим, що електричний струм тече лише там, де до заряджених частинок додана напруга. Тому досягається велика швидкість протікання струму.

При переміщенні електронів у кристалічній решітці існує така закономірність. Електрони стикаються не з усіма зустрічними іонами, а лише з кожним десятим із них. Це пояснюється законами квантової механіки, які можна спрощено пояснити так.

Руху електронів заважають великі іони, які чинять опір. Це особливо помітно при нагріванні металів, коли важкі іони «хитаються», збільшуються в розмірах та зменшують електропровідність ґрат кристалів провідника. Тому при нагріванні металів завжди збільшується опір. У разі зниження температури підвищується електрична провідність. При зниженні температури металу до абсолютного нуля можна досягти ефекту надпровідності.