Định nghĩa dòng điện. Dòng điện là gì? Bản chất của điện

". Hôm nay tôi muốn đề cập đến một chủ đề như dòng điện. Nó là gì? Chúng ta hãy cố gắng nhớ lại chương trình học ở trường.

Dòng điện là chuyển động có trật tự của các hạt mang điện trong vật dẫn.

Nếu bạn nhớ, để các hạt mang điện chuyển động, (xuất hiện dòng điện) bạn cần tạo ra một điện trường. Để tạo ra điện trường, bạn có thể thực hiện các thí nghiệm cơ bản như cọ xát một cán nhựa vào len và trong một thời gian, nó sẽ hút các vật nhẹ. Vật có khả năng hút vật sau khi cọ xát gọi là nhiễm điện. Chúng ta có thể nói rằng cơ thể ở trạng thái này có điện tích, và bản thân các cơ thể được gọi là tích điện. Từ chương trình học ở trường, chúng ta biết rằng tất cả các cơ thể đều được tạo thành từ các hạt (phân tử) cực nhỏ. Phân tử là một hạt của một chất có thể được tách ra từ một cơ thể và nó sẽ có tất cả các đặc tính vốn có trong cơ thể này. Các phân tử của các cơ thể phức tạp được hình thành từ nhiều tổ hợp khác nhau của các nguyên tử của các cơ thể đơn giản. Ví dụ, một phân tử nước bao gồm hai phân tử đơn giản: một nguyên tử oxy và một nguyên tử hydro.

Nguyên tử, neutron, proton và electron - chúng là gì?

Đổi lại, một nguyên tử bao gồm một hạt nhân và quay xung quanh nó các electron. Mỗi electron trong nguyên tử có một điện tích nhỏ. Ví dụ, một nguyên tử hydro bao gồm một hạt nhân của một electron quay xung quanh nó. Hạt nhân của nguyên tử lần lượt bao gồm proton và neutron. Đến lượt mình, hạt nhân của một nguyên tử có điện tích. Các proton tạo nên hạt nhân có cùng điện tích và electron. Nhưng proton, không giống như electron, không hoạt động, nhưng khối lượng của nó lớn hơn nhiều lần khối lượng của một electron. Hạt neutron, là một phần của nguyên tử, không có điện tích, nó là trung hòa. Các electron quay xung quanh hạt nhân nguyên tử và các proton tạo nên hạt nhân là các hạt mang điện tích bằng nhau. Giữa electron và proton luôn tồn tại lực hút lẫn nhau, giữa bản thân các electron và giữa các proton lại có lực đẩy lẫn nhau. Do đó, electron mang điện tích âm và proton mang điện tích dương. Từ đó chúng ta có thể kết luận rằng có 2 loại điện: dương và âm. Sự có mặt của các hạt mang điện bằng nhau trong nguyên tử dẫn đến hiện tượng giữa hạt nhân mang điện tích dương của nguyên tử và các electron quay xung quanh nó có các lực hút lẫn nhau giữ nguyên tử lại với nhau. Các nguyên tử khác nhau về số lượng neutron và proton trong hạt nhân, đó là lý do tại sao điện tích dương của hạt nhân nguyên tử của các chất khác nhau là không giống nhau. Trong nguyên tử của các chất khác nhau, số electron quay không giống nhau và do điện tích dương của hạt nhân quyết định. Nguyên tử của một số chất liên kết chắc chắn với hạt nhân, trong khi ở những chất khác liên kết này có thể yếu hơn nhiều. Điều này giải thích sức mạnh khác nhau của các cơ thể. Dây thép cứng hơn nhiều so với dây đồng, nghĩa là các hạt thép hút nhau mạnh hơn các hạt đồng. Lực hút giữa các phân tử đặc biệt đáng chú ý khi chúng ở gần nhau. Ví dụ nổi bật nhất là hai giọt nước hợp nhất thành một khi tiếp xúc.

Sạc điện

Trong nguyên tử của chất nào thì số electron quay quanh hạt nhân bằng số proton có trong hạt nhân. Điện tích của một êlectron và một prôtôn có độ lớn bằng nhau, nghĩa là điện tích âm của êlectron bằng điện tích dương của hạt nhân. Các điện tích này cân bằng lẫn nhau, và nguyên tử vẫn trung hòa. Trong nguyên tử, các electron tạo ra một lớp vỏ electron xung quanh hạt nhân. Vỏ êlectron và hạt nhân nguyên tử chuyển động dao động liên tục. Khi các nguyên tử chuyển động, chúng va chạm với nhau và một hoặc nhiều electron bay ra khỏi chúng. Nguyên tử không còn ở trạng thái trung hòa và trở nên tích điện dương. Vì điện tích dương của nó trở nên âm hơn (liên kết yếu giữa electron và hạt nhân - kim loại và than). Trong các vật thể khác (gỗ và thủy tinh), các vỏ điện tử không bị vỡ. Sau khi bứt ra khỏi nguyên tử, các electron tự do chuyển động ngẫu nhiên và có thể bị các nguyên tử khác bắt giữ. Quá trình xuất hiện và biến mất trong cơ thể diễn ra liên tục. Khi tăng nhiệt độ, tốc độ chuyển động dao động của các nguyên tử tăng lên, các va chạm xảy ra thường xuyên hơn, mạnh hơn, số electron tự do tăng lên. Tuy nhiên, cơ thể vẫn trung hòa về điện, vì số lượng electron và proton trong cơ thể không thay đổi. Nếu một lượng điện tử tự do nào đó bị bứt ra khỏi cơ thể thì điện tích dương sẽ lớn hơn điện tích toàn phần. Cơ thể sẽ tích điện dương và ngược lại. Nếu thiếu electron được tạo ra trong cơ thể, thì nó sẽ được tích điện thêm. Nếu vượt quá là âm. Sự thiếu hụt hoặc dư thừa này càng lớn thì điện tích càng lớn. Trong trường hợp đầu tiên (các hạt mang điện tích dương hơn), các vật thể được gọi là chất dẫn điện (kim loại, dung dịch nước muối và axit), và trong trường hợp thứ hai (thiếu electron, các hạt mang điện tích âm) chất điện môi hoặc chất cách điện (hổ phách, thạch anh, ebonit). Đối với sự tồn tại liên tục của dòng điện, cần phải liên tục duy trì hiệu điện thế trong vật dẫn.

Chà, khóa học vật lý nhỏ đã kết thúc. Tôi nghĩ rằng bạn, với sự giúp đỡ của tôi, đã nhớ lại chương trình học ở lớp 7 và chúng ta sẽ phân tích sự khác biệt tiềm ẩn là gì trong bài viết tiếp theo của tôi. Cho đến khi chúng ta gặp lại nhau trên các trang của trang web.

chất điện giải Người ta thường gọi môi trường dẫn điện trong đó dòng điện đi kèm với sự chuyển dời của vật chất. Vật mang điện tích tự do trong chất điện phân là các ion mang điện tích dương và âm.

Các đại diện chính của chất điện ly được sử dụng rộng rãi trong công nghệ là dung dịch nước của axit, muối và bazơ vô cơ. Dòng điện chạy qua chất điện phân kèm theo sự giải phóng các chất trên các điện cực. Hiện tượng này đã được đặt tên là điện phân (hình.9.10) .

Dòng điện trong chất điện phân là sự chuyển động của các ion trái dấu nhau. Các ion dương di chuyển về phía điện cực âm ( cực âm), các ion âm - đến điện cực dương ( cực dương). Các ion của cả hai dấu hiệu đều xuất hiện trong dung dịch nước của muối, axit và kiềm do sự phân tách của một số phân tử trung tính. Hiện tượng này được gọi là sự phân ly điện phân .

Định luật điện phân được thiết lập bằng thực nghiệm bởi nhà vật lý người Anh M. Faraday vào năm 1833.

Định luật đầu tiên của Faraday xác định khối lượng sản phẩm sơ cấp thoát ra trên các điện cực trong quá trình điện phân: khối lượng m của chất thoát ra trên điện cực tỉ lệ thuận với điện tích q đã đi qua bình điện phân:

m = kq = kitit,

ở đâu k – đương lượng điện hóa của một chất:

F = en A = 96485 C / mol. - Hằng số Faraday.

Định luật thứ hai của Faradayđương lượng điện hóa của các chất khác nhau bao gồm đương lượng hóa học của chúng :

Định luật Faraday thống nhấtđể điện phân:

Các quá trình điện phân được phân loại như sau:

thu được các chất vô cơ (hydro, oxy, clo, kiềm, v.v.);

thu được kim loại (liti, natri, kali, berili, magiê, kẽm, nhôm, đồng, v.v.);

làm sạch kim loại (đồng, bạc,…);

thu được hợp kim kim loại;

thu được lớp phủ mạ;

xử lý bề mặt kim loại (thấm nitơ, thấm nước, đánh bóng điện, làm sạch);

thu được các chất hữu cơ;

thẩm phân điện và khử muối trong nước;

lắng màng bằng điện di.

Ứng dụng thực tế của quá trình điện phân

Quá trình điện hóa được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghệ hiện đại khác nhau, trong hóa học phân tích, hóa sinh, v.v. Trong công nghiệp hóa học, clo và flo, kiềm, clorat và peclorat, axit persulfuric và persunfat, hydro và oxy tinh khiết về mặt hóa học, v.v. Trong trường hợp này, một số chất thu được bằng cách khử ở cực âm (anđehit, para-aminophenol, v.v.), một số chất khác bằng cách điện cực ở cực dương (clorat, peclorat, thuốc tím, v.v.).

Điện phân trong luyện kim là một trong những công đoạn của quá trình xử lý nguyên liệu có chứa kim loại, đảm bảo sản xuất ra kim loại bán ra thị trường. Quá trình điện phân có thể được thực hiện với các cực dương hòa tan - quá trình điện phân hoặc với các cực không hòa tan - quá trình điện phân. Nhiệm vụ chính trong quá trình điện luyện kim loại là đảm bảo độ tinh khiết cần thiết của kim loại dùng làm catốt với chi phí năng lượng có thể chấp nhận được. Trong luyện kim màu, điện phân được sử dụng để tách kim loại từ quặng và tinh chế chúng.

Nhôm, magiê, titan, zirconi, urani, berili, v.v ... được thu được bằng cách điện phân môi trường nóng chảy. ). Khi có dòng điện chạy qua, kim loại được tinh chế 1 trải qua quá trình hòa tan anốt, tức là nó chuyển thành dung dịch ở dạng cation. Sau đó, các cation kim loại này được phóng ra ở cực âm 2, do đó một chất lắng đọng nhỏ của kim loại đã nguyên chất được hình thành. Các tạp chất trong anot vẫn không hòa tan 4 hoặc đi vào chất điện phân và được loại bỏ.

Hình 9.11 cho thấy một sơ đồ của quá trình điện phân tinh chế đồng.

Mạ điện - lĩnh vực điện hóa học ứng dụng, liên quan đến các quá trình phủ lớp phủ kim loại lên bề mặt của cả sản phẩm kim loại và phi kim loại khi cho dòng điện một chiều đi qua các dung dịch muối của chúng. Mạ điện được chia thành mạ điện và tạo hình điện.

mạ điện (từ trang bìa tiếng Hy Lạp) - là sự lắng đọng điện trên bề mặt của kim loại của kim loại khác, được kết nối chắc chắn (dính chặt) với kim loại được phủ (vật thể), đóng vai trò là cực âm của bình điện phân (Hình 9.12).

Mạ điện có thể được sử dụng để phủ một lớp mỏng bằng vàng hoặc bạc, crom hoặc niken. Với sự trợ giúp của điện phân, có thể áp dụng các lớp phủ kim loại mỏng nhất trên các bề mặt kim loại khác nhau. Với phương pháp phủ này, phần được sử dụng làm cực âm, được đặt trong dung dịch muối của kim loại mà từ đó thu được lớp phủ. Một tấm kim loại giống nhau được dùng làm cực dương.


	Cơm. 9,12	Cơm. 9.13

Chúng tôi khuyên bạn nên xem bản demo Electroforming.

Electrotype – sản xuất các bản sao kim loại chính xác, có thể tháo rời dễ dàng bằng phương pháp điện phân có độ dày đáng kể từ các vật thể phi kim loại và kim loại khác nhau, được gọi là ma trận (Hình 9.13).

Tượng bán thân, tượng, v.v. được tạo ra bằng cách sử dụng phương pháp mạ điện. Mạ điện được sử dụng để áp dụng các lớp phủ kim loại tương đối dày lên các kim loại khác (ví dụ, tạo thành một lớp "chồng" của niken, bạc, vàng, v.v.).

Dòng điện là gì

Chuyển động có hướng của các hạt mang điện dưới tác dụng của. Các hạt như vậy có thể là: trong chất dẫn điện - điện tử, trong chất điện phân - ion (cation và anion), trong chất bán dẫn - điện tử và cái gọi là "lỗ trống" ("độ dẫn điện tử lỗ trống"). Ngoài ra còn có "dòng điện phân cực", dòng chảy của nó là do quá trình sạc điện dung, tức là. thay đổi hiệu điện thế giữa các tấm. Giữa các bản tụ không xảy ra chuyển động của các hạt mà có dòng điện chạy qua tụ điện.

Trong lý thuyết mạch điện, dòng điện được coi là chuyển động có hướng của các hạt tải điện trong môi trường dẫn dưới tác dụng của điện trường.

Dòng điện dẫn (đơn giản là dòng điện) trong lý thuyết về mạch điện là lượng điện chạy qua một đơn vị thời gian qua tiết diện của vật dẫn: i \ u003d q / t, trong đó i là cường độ dòng điện. NHƯNG; q \ u003d 1,6 10 9 - điện tích electron, C; t - thời gian, s.

Biểu thức này hợp lệ cho các mạch DC. Đối với mạch điện xoay chiều, cái gọi là giá trị dòng điện tức thời được sử dụng, bằng tốc độ thay đổi điện tích theo thời gian: i (t) \ u003d dq / dt.

Dòng điện xuất hiện khi điện trường xuất hiện trong một đoạn mạch điện hoặc hiệu điện thế giữa hai điểm của vật dẫn. Hiệu điện thế giữa hai điểm được gọi là hiệu điện thế hoặc giảm điện áp trong phần này của mạch.

Thay vì thuật ngữ "hiện tại" ("giá trị hiện tại"), thuật ngữ "cường độ hiện tại" thường được sử dụng. Tuy nhiên, điều sau không thể được gọi là thành công, vì cường độ dòng điện không phải là bất kỳ lực nào theo nghĩa đen của từ này, mà chỉ là cường độ chuyển động của các điện tích trong vật dẫn, lượng điện đi qua một đơn vị thời gian qua chữ thập. -Khu vực riêng của dây dẫn \ u200b \ u200b.
Dòng điện được đặc trưng, trong hệ SI được đo bằng ampe (A) và mật độ dòng, trong hệ SI được đo bằng ampe trên mét vuông.
Một ampe tương ứng với chuyển động qua tiết diện của dây dẫn trong một giây của điện tích của một mặt dây (C):

1A = 1C / s.

Trong trường hợp chung, biểu thị dòng điện bằng chữ i và điện tích bằng q, chúng ta nhận được:

i = dq / dt.

Đơn vị của dòng điện được gọi là ampe (A). Cường độ dòng điện trong dây dẫn là 1 A nếu một điện tích bằng 1 mặt dây chuyền qua tiết diện của dây dẫn trong thời gian 1 giây.

Nếu một điện áp tác dụng dọc theo vật dẫn, thì bên trong vật dẫn sẽ xuất hiện một điện trường. Khi cường độ điện trường E thì các êlectron mang điện tích e chịu tác dụng của lực f = Ee. Các giá trị f và E là véc tơ. Trong thời gian chuyển động tự do, các electron có được chuyển động có hướng cùng với chuyển động hỗn loạn. Mỗi electron mang điện tích âm và nhận một thành phần vận tốc có hướng ngược với vectơ E (Hình 1). Chuyển động có thứ tự, được đặc trưng bởi một số vận tốc electron trung bình vcp, xác định dòng điện.

Các electron cũng có thể chuyển động có hướng trong khí hiếm. Trong chất điện phân và chất khí bị ion hóa, dòng điện chạy qua chủ yếu là do chuyển động của các ion. Theo thực tế là trong chất điện phân, các ion mang điện tích dương di chuyển từ cực dương sang cực âm, trong lịch sử hướng của dòng điện được coi là ngược lại với hướng của các electron.

Hướng hiện tại được coi là hướng mà các hạt mang điện dương chuyển động, tức là. chiều ngược với chiều chuyển động của các êlectron.
Trong lý thuyết mạch điện, chiều chuyển động của các hạt mang điện dương từ thế cao hơn sang thế thấp hơn được coi là chiều của dòng điện trong mạch thụ động (các nguồn năng lượng bên ngoài). Hướng này được đưa ra vào thời kỳ đầu của sự phát triển của kỹ thuật điện và mâu thuẫn với hướng chuyển động thực sự của các hạt mang điện - các electron chuyển động trong môi trường dẫn điện từ cực âm sang cộng.

Giá trị bằng tỉ số của dòng điện trên diện tích mặt cắt ngang S được gọi là mật độ dòng điện (kí hiệu là δ): δ = LÀ

Giả thiết rằng dòng điện phân bố đều trên tiết diện của dây dẫn. Mật độ dòng điện trong dây dẫn thường được đo bằng A / mm2.

Theo loại hạt tải điện và môi trường chuyển động của chúng, chúng được phân biệt dòng điện dẫn và các dòng chuyển dời. Độ dẫn điện được chia thành điện tử và ion. Đối với chế độ ổn định, hai loại dòng điện được phân biệt: trực tiếp và xoay chiều.

Chuyển dòng điện gọi là hiện tượng truyền điện tích của các hạt hoặc vật mang điện chuyển động trong không gian tự do. Dạng chuyển động chính của dòng điện là chuyển động trong khoảng trống của các hạt cơ bản mang điện tích (chuyển động của các electron tự do trong các ống electron), chuyển động của các ion tự do trong các thiết bị phóng điện.

Dòng điện dịch chuyển (dòng điện phân cực) gọi là chuyển động có thứ tự của các hạt mang điện tích. Loại dòng điện này có thể được quan sát trong điện môi.
Dòng điện đầy đủ là một giá trị vô hướng bằng tổng của cường độ dòng điện dẫn, dòng chuyển động và dòng dịch chuyển qua bề mặt đang xét.

Dòng điện không đổi là dòng điện có thể thay đổi độ lớn, nhưng không đổi dấu trong một thời gian dài tùy ý. Tìm hiểu thêm về vấn đề này ở đây:

Dòng điện xoay chiều là dòng điện biến thiên tuần hoàn cả về cường độ và hiệu.Đại lượng đặc trưng cho dòng điện xoay chiều là tần số (trong hệ SI, nó được đo bằng hertz), trong trường hợp cường độ của nó thay đổi theo chu kỳ. Dòng điện xoay chiều tần số cao bị đẩy ra bề mặt vật dẫn. Dòng điện tần số cao được sử dụng trong kỹ thuật cơ khí để xử lý nhiệt bề mặt của các bộ phận và hàn, trong luyện kim để nấu chảy kim loại.Dòng điện xoay chiều được chia thành hình sin và không hình sin. Dòng điện hình sin là dòng điện biến thiên theo quy luật điều hòa:

i = Im sin ωt,

Tốc độ thay đổi của dòng điện xoay chiều được đặc trưng bởi nó, được định nghĩa là số dao động lặp lại hoàn toàn trên một đơn vị thời gian. Tần số được ký hiệu bằng chữ f và được đo bằng hertz (Hz). Vậy tần số dòng điện trong mạng 50 Hz tương ứng với 50 dao động hoàn chỉnh trong một giây. Tần số góc ω là tốc độ thay đổi của dòng điện tính bằng radian trên giây và được liên hệ với tần số theo một quan hệ đơn giản:

ω = 2πf

Giá trị ổn định (cố định) của dòng điện một chiều và xoay chiều chỉ định bằng chữ cái in hoa I các giá trị không ổn định (tức thời) - bằng chữ i. Chiều dương có điều kiện của dòng điện được coi là chiều chuyển động của các điện tích dương.

Đây là dòng điện biến thiên theo quy luật sin theo thời gian.

Dòng điện xoay chiều cũng có nghĩa là dòng điện trong mạng một pha và ba pha thông thường. Trong trường hợp này, các thông số dòng điện xoay chiều thay đổi theo quy luật điều hòa.

Vì dòng điện xoay chiều thay đổi theo thời gian nên các phương pháp giải bài toán đơn giản phù hợp với mạch điện một chiều không được áp dụng trực tiếp ở đây. Ở tần số rất cao, các điện tích có thể dao động - chảy từ nơi này trong mạch sang nơi khác và ngược lại. Trong trường hợp này, không giống như mạch DC, dòng điện trong các dây dẫn mắc nối tiếp có thể không giống nhau. Điện dung trong mạch xoay chiều khuếch đại hiệu ứng này. Ngoài ra, khi dòng điện thay đổi, các hiệu ứng tự cảm ứng phát huy tác dụng, trở nên đáng kể ngay cả ở tần số thấp nếu sử dụng cuộn dây có độ tự cảm cao. Ở tần số tương đối thấp, các mạch điện xoay chiều vẫn có thể được tính toán bằng cách sử dụng, tuy nhiên, điều này phải được sửa đổi cho phù hợp.

Một mạch bao gồm các điện trở, cuộn cảm và tụ điện khác nhau có thể được coi như thể nó bao gồm một điện trở tổng quát, tụ điện và cuộn cảm mắc nối tiếp.

Hãy xem xét các đặc tính của một đoạn mạch như vậy được nối với một máy phát điện xoay chiều hình sin. Để hình thành các quy tắc cho phép bạn thiết kế mạch điện xoay chiều, bạn cần tìm mối quan hệ giữa sụt áp và dòng điện đối với mỗi thành phần của mạch điện đó.

Nó đóng các vai trò hoàn toàn khác nhau trong mạch AC và DC. Ví dụ, nếu một phần tử điện hóa được kết nối với mạch, thì tụ điện sẽ bắt đầu tích điện cho đến khi điện áp trên nó bằng EMF của phần tử đó. Sau đó, quá trình sạc sẽ dừng lại và dòng điện sẽ giảm về không. Nếu đoạn mạch được nối với một máy phát điện xoay chiều, thì trong một nửa chu kỳ, các electron sẽ chạy từ bên trái của tụ điện và tích tụ ở bên phải, và ngược lại ở bên kia. Các electron chuyển động này là một dòng điện xoay chiều, cường độ của dòng điện này như nhau ở cả hai phía của tụ điện. Chừng nào tần số của dòng điện xoay chiều không lớn lắm thì cường độ dòng điện qua điện trở và cuộn cảm cũng bằng nhau.

Trong các thiết bị tiêu thụ AC, AC thường được chỉnh lưu bằng các bộ chỉnh lưu để tạo ra DC.

Dây dẫn điện

Vật liệu mà dòng điện chạy qua được gọi là. Một số vật liệu trở nên siêu dẫn ở nhiệt độ thấp. Ở trạng thái này, chúng hầu như không có điện trở với dòng điện, điện trở của chúng có xu hướng bằng không. Trong tất cả các trường hợp khác, vật dẫn chống lại dòng điện và kết quả là một phần năng lượng của các hạt điện được chuyển thành nhiệt. Cường độ dòng điện có thể được tính bằng cách sử dụng cho một phần của mạch và định luật Ôm cho một đoạn mạch hoàn chỉnh.

Tốc độ của các hạt trong vật dẫn phụ thuộc vào vật liệu của vật dẫn, khối lượng và điện tích của hạt, nhiệt độ môi trường xung quanh, hiệu điện thế áp dụng và nhỏ hơn nhiều so với tốc độ ánh sáng. Mặc dù vậy, tốc độ lan truyền của dòng điện thực tế bằng tốc độ ánh sáng trong một môi trường nhất định, tức là tốc độ lan truyền mặt trước của sóng điện từ.

Làm thế nào hiện tại ảnh hưởng đến cơ thể con người

Dòng điện đi qua cơ thể người hoặc động vật có thể gây bỏng điện, rung tim hoặc tử vong. Mặt khác, dòng điện được sử dụng trong chăm sóc đặc biệt, điều trị bệnh tâm thần, đặc biệt là trầm cảm, kích thích điện một số vùng của não được sử dụng để điều trị các bệnh như bệnh Parkinson và động kinh, một máy tạo nhịp tim kích thích cơ tim. với một dòng xung được sử dụng cho nhịp tim chậm. Ở người và động vật, dòng điện được sử dụng để truyền các xung thần kinh.

Theo các biện pháp phòng ngừa an toàn, dòng điện cảm nhận được tối thiểu là 1 mA. Dòng điện trở nên nguy hiểm đối với tính mạng con người bắt đầu từ cường độ khoảng 0,01 A. Dòng điện trở nên nguy hiểm đối với một người bắt đầu từ cường độ khoảng 0,1 A. Điện áp nhỏ hơn 42 V được coi là an toàn.

Mọi dòng điện chỉ xuất hiện khi có nguồn có các hạt mang điện tự do. Điều này là do thực tế là không có chất nào trong chân không, kể cả điện tích. Vì vậy, máy hút được coi là tốt nhất. Để có thể cho dòng điện a đi qua, cần đảm bảo có đủ số lượng điện tích tự do. Trong bài này, chúng ta sẽ xem xét những gì tạo thành dòng điện trong chân không.

Làm thế nào để dòng điện có thể xuất hiện trong chân không

Để tạo ra dòng điện toàn phần trong chân không, cần sử dụng hiện tượng vật lý là sự phát xạ nhiệt điện. Người ta dựa vào tính chất của một chất nào đó để phát ra các êlectron tự do khi bị đốt nóng. Các electron như vậy xuất hiện từ một vật bị nung nóng được gọi là nhiệt điện tử, và toàn bộ vật thể đó được gọi là vật phát.

Sự phát xạ nhiệt làm nền tảng cho hoạt động của các thiết bị chân không, hay còn được gọi là ống chân không. Thiết kế đơn giản nhất chứa hai điện cực. Một trong số chúng là cực âm, là một hình xoắn ốc, vật liệu của nó là molypden hoặc vonfram. Chính anh ta là người được đốt nóng bởi một dòng điện ohm. Điện cực thứ hai được gọi là cực dương. Nó ở trạng thái lạnh, thực hiện nhiệm vụ thu electron nhiệt điện. Theo quy luật, cực dương được làm dưới dạng hình trụ, và một cực âm được nung nóng được đặt bên trong nó.

Ứng dụng của dòng điện trong chân không

Trong thế kỷ trước, ống chân không đóng vai trò quan trọng hàng đầu trong lĩnh vực điện tử. Và, mặc dù chúng đã được thay thế từ lâu bởi các thiết bị bán dẫn, nguyên lý hoạt động của các thiết bị này được sử dụng trong các ống tia âm cực. Nguyên tắc này được sử dụng trong công việc hàn và nấu chảy trong chân không và các khu vực khác.

Do đó, một trong những dạng của dòng điện a là dòng điện tử chạy trong chân không. Khi đốt nóng catốt, giữa nó và anôt xuất hiện một điện trường. Chính điều này đã tạo cho các electron một hướng và tốc độ nhất định. Theo nguyên lý này, đèn điện tử có hai điện cực (diode) hoạt động, được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật vô tuyến điện và điện tử.

Thiết bị hiện đại là một hình trụ làm bằng thủy tinh hoặc kim loại, từ đó không khí đã được bơm ra ngoài trước đó. Hai điện cực, một cực âm và một cực dương, được hàn bên trong hình trụ này. Để nâng cao các đặc tính kỹ thuật, các lưới bổ sung được lắp đặt, với sự trợ giúp của thông lượng electron được tăng lên.

Dòng điện và điện áp là các thông số định lượng được sử dụng trong mạch điện. Thông thường, các giá trị này thay đổi theo thời gian, nếu không sẽ không có ích gì trong hoạt động của mạch điện.

Vôn

Thông thường, điện áp được biểu thị bằng chữ cái U. Công thực hiện để di chuyển một đơn vị điện tích từ điểm có điện thế thấp đến điểm có điện thế cao là hiệu điện thế giữa hai điểm này. Nói cách khác, đây là năng lượng được giải phóng sau quá trình chuyển đổi đơn vị điện tích từ thế năng cao sang thế năng nhỏ.

Hiệu điện thế cũng có thể được gọi là hiệu điện thế, cũng như sức điện động. Thông số này được đo bằng vôn. Để di chuyển 1 khối điện tích giữa hai điểm có hiệu điện thế 1 vôn, bạn cần thực hiện 1 công. Coulombs đo điện tích. 1 mặt dây chuyền bằng điện tích của 6x10 18 electron.

Điện áp được chia thành nhiều loại, tùy thuộc vào các loại dòng điện.

Áp suất không đổi . Nó hiện diện trong các mạch tĩnh điện và mạch DC.
điện xoay chiều . Loại điện áp này có trong mạch điện có hình sin và dòng điện xoay chiều. Trong trường hợp dòng điện hình sin, các đặc tính điện áp như:
biên độ dao động điện áp là độ lệch lớn nhất của nó so với trục x;
điện áp tức thời, được thể hiện tại một thời điểm nhất định;
điện áp hoạt động, được xác định bởi công việc tích cực của nửa chu kỳ đầu tiên;
chỉnh lưu điện áp trung bình, được xác định bằng môđun của điện áp chỉnh lưu trong một chu kỳ hài.

Khi truyền tải điện qua đường dây trên không, việc bố trí các giá đỡ và kích thước của chúng phụ thuộc vào độ lớn của điện áp đặt vào. Hiệu điện thế giữa các pha được gọi là đường dây điện áp và điện áp giữa đất và mỗi pha là điện áp pha . Quy tắc này áp dụng cho tất cả các loại đường dây trên không. Ở Nga, trong các mạng điện gia dụng, tiêu chuẩn là điện áp ba pha với điện áp tuyến tính là 380 vôn và giá trị điện áp pha là 220 vôn.

Điện

Cường độ dòng điện trong mạch điện là tốc độ của các êlectron tại một điểm nhất định, được đo bằng ampe và được biểu thị trên sơ đồ bằng ký tự " Tôi". Các đơn vị dẫn xuất của ampe cũng được sử dụng với các tiền tố thích hợp milli-, micro-, nano, v.v. Dòng điện 1 ampe được tạo ra khi di chuyển một đơn vị điện tích là 1 coulomb trong 1 giây.

Thông thường, người ta coi dòng điện chạy theo hướng từ điện thế dương sang điện thế âm. Tuy nhiên, từ quá trình vật lý, người ta đã biết rằng electron chuyển động theo hướng ngược lại.

Bạn cần biết rằng hiệu điện thế được đo giữa 2 điểm trên mạch và dòng điện chạy qua một điểm cụ thể của mạch hoặc qua phần tử của nó. Do đó, nếu ai đó sử dụng biểu thức "điện áp trong điện trở", thì điều này là không chính xác và không biết chữ. Nhưng thường thì chúng ta đang nói về điện áp tại một điểm nhất định trong mạch. Điều này đề cập đến điện áp giữa mặt đất và điểm này.

Điện áp được hình thành từ sự tác động vào các điện tích trong máy phát điện và các thiết bị khác. Dòng điện được tạo ra bằng cách đặt hiệu điện thế vào hai điểm trong mạch.

Để hiểu dòng điện và điện áp là gì, sẽ đúng hơn nếu sử dụng. Trên đó, bạn có thể thấy dòng điện và điện áp, chúng thay đổi giá trị của chúng theo thời gian. Trong thực tế, các phần tử của mạch điện được nối với nhau bằng dây dẫn. Tại một số điểm nhất định, các phần tử của mạch có giá trị hiệu điện thế riêng.

Dòng điện và điện áp tuân theo các quy tắc:

Tổng các dòng điện đi vào điểm bằng tổng các dòng điện ra khỏi điểm (quy tắc bảo toàn điện tích). Quy tắc như vậy là định luật Kirchhoff cho hiện tại. Điểm vào và ra của dòng điện trong trường hợp này được gọi là nút. Hệ quả của định luật này là phát biểu sau: trong mạch điện nối tiếp gồm một nhóm các phần tử, cường độ dòng điện cho tất cả các điểm là như nhau.
Trong đoạn mạch song song gồm các phần tử, hiệu điện thế trên tất cả các phần tử là như nhau. Nói cách khác, tổng các lần giảm điện áp trong một mạch kín bằng không. Định luật Kirchhoff này áp dụng cho ứng suất.
Công được thực hiện trên một đơn vị thời gian của mạch (công suất) được biểu thị như sau: P \ u003d U * I. Công suất được đo bằng watt. 1 jun công việc được thực hiện trong 1 giây tương đương với 1 watt. Năng lượng được phân phối dưới dạng nhiệt, được sử dụng cho công cơ học (trong động cơ điện), được chuyển đổi thành bức xạ ở nhiều dạng khác nhau, và tích tụ trong bình chứa hoặc pin. Khi thiết kế hệ thống điện phức tạp, một trong những thách thức là tải nhiệt của hệ thống.

Đặc tính dòng điện

Điều kiện tiên quyết để tồn tại dòng điện trong mạch điện là mạch điện kín. Nếu ngắt mạch thì dòng điện dừng lại.

Mọi thứ trong kỹ thuật điện đều hoạt động dựa trên nguyên tắc này. Chúng làm đứt mạch điện với các tiếp điểm cơ học chuyển động, và điều này làm ngừng dòng điện, làm tắt thiết bị.

Trong ngành công nghiệp năng lượng, dòng điện xuất hiện bên trong các dây dẫn dòng điện, được chế tạo dưới dạng vỏ xe và các bộ phận khác dẫn dòng điện.

Ngoài ra còn có những cách khác để tạo dòng điện bên trong:

Chất lỏng và chất khí do sự chuyển động của các ion mang điện.
Chân không, khí đốt và không khí sử dụng phát xạ nhiệt.
do sự chuyển động của các hạt mang điện tích.

Điều kiện xuất hiện dòng điện

Làm nóng vật dẫn (không phải chất siêu dẫn).
Ứng dụng để tính phí các nhà cung cấp có sự khác biệt tiềm năng.
Phản ứng hóa học với sự giải phóng chất mới.
Tác dụng của từ trường lên vật dẫn.

Dạng sóng hiện tại

Đường thẳng.
Sóng sin biến thiên điều hòa.
Một khúc quanh trông giống như một làn sóng sin, nhưng có các góc sắc nét (đôi khi các góc có thể được làm nhẵn).
Là dạng dao động điều hòa theo một phương, có biên độ dao động từ không đến giá trị lớn nhất tuân theo một quy luật xác định.

Các dạng công của dòng điện

Ánh sáng do các thiết bị chiếu sáng phát ra.
Tạo nhiệt bằng các phần tử đốt nóng.
Công cơ học (chuyển động quay của động cơ điện, hoạt động của các thiết bị điện khác).
Tạo ra bức xạ điện từ.

Hiện tượng tiêu cực do dòng điện gây ra

Quá nhiệt của các tiếp điểm và các bộ phận mang dòng.
Sự xuất hiện của dòng điện xoáy trong lõi của các thiết bị điện.
Bức xạ điện từ ra môi trường bên ngoài.

Người tạo ra các thiết bị điện và các mạch điện khác nhau khi thiết kế phải tính đến các tính chất trên của dòng điện trong thiết kế của họ. Ví dụ, tác hại của dòng điện xoáy trong động cơ điện, máy biến áp và máy phát điện được giảm bớt bằng cách pha trộn các lõi dùng để truyền từ thông. Pha trộn lõi là sản xuất nó không phải từ một mảnh kim loại, mà từ một tập hợp các tấm mỏng riêng biệt của thép điện đặc biệt.

Nhưng mặt khác, dòng điện xoáy được dùng để vận hành lò vi sóng, lò nướng, hoạt động theo nguyên lý cảm ứng từ. Vì vậy, chúng ta có thể nói rằng dòng xoáy không chỉ có hại mà còn có lợi.

Dòng điện xoay chiều có tín hiệu có dạng hình sin có thể thay đổi tần số dao động trong một đơn vị thời gian. Ở nước ta, tần số dòng điện công nghiệp của các thiết bị điện là tiêu chuẩn, và bằng 50 hertz. Ở một số quốc gia, tần số hiện tại là 60 hertz.

Đối với các mục đích khác nhau trong kỹ thuật điện và kỹ thuật vô tuyến, các giá trị tần số khác \ u200b \ u200bare được sử dụng:

Tín hiệu tần số thấp với tần số dòng điện thấp hơn.
Tín hiệu tần số cao, cao hơn nhiều so với tần số sử dụng công nghiệp hiện nay.

Người ta tin rằng dòng điện xảy ra khi các electron di chuyển bên trong một vật dẫn, vì vậy nó được gọi là dòng điện dẫn. Nhưng có một loại dòng điện khác, được gọi là dòng điện đối lưu. Nó xảy ra khi các macrobodies được tích điện di chuyển, chẳng hạn như các hạt mưa.

Dòng điện trong kim loại

Chuyển động của các electron dưới tác dụng của một lực không đổi lên chúng được so sánh với một người nhảy dù xuống đất. Trong hai trường hợp này, chuyển động đều xảy ra. Lực hấp dẫn tác động lên người nhảy dù và lực cản của không khí chống lại nó. Lực điện trường tác dụng lên sự chuyển động của các electron, và các ion của mạng tinh thể chống lại sự chuyển động này. Tốc độ trung bình của các electron đạt đến một giá trị không đổi, cũng như tốc độ của người nhảy dù.

Trong một dây dẫn kim loại, tốc độ của một êlectron là 0,1 mm trên giây và tốc độ của dòng điện là khoảng 300.000 km trên giây. Điều này là do dòng điện chỉ chạy ở nơi có điện áp được đặt vào các hạt mang điện. Do đó, tốc độ dòng chảy cao đạt được.

Khi các êlectron chuyển động trong mạng tinh thể có tính đều đặn như sau. Các electron không va chạm với tất cả các ion đang tới mà chỉ va chạm với mỗi phần mười của chúng. Điều này được giải thích bởi các định luật của cơ học lượng tử, có thể được đơn giản hóa như sau.

Sự chuyển động của các electron bị cản trở bởi các ion lớn cản trở. Điều này đặc biệt dễ nhận thấy khi kim loại bị nung nóng, khi các ion nặng "đu đưa", làm tăng kích thước và giảm độ dẫn điện của mạng tinh thể của vật dẫn. Vì vậy, khi nung nóng các kim loại thì điện trở của chúng luôn tăng. Khi nhiệt độ giảm, độ dẫn điện tăng. Bằng cách giảm nhiệt độ của kim loại đến độ không tuyệt đối, hiệu ứng siêu dẫn có thể đạt được.