Στη σημερινή συνάντηση θα μιλήσουμε για τον ηλεκτρισμό, που έχει γίνει αναπόσπαστο κομμάτι του σύγχρονου πολιτισμού. Η ηλεκτρική ενέργεια έχει εισβάλει σε όλους τους τομείς της ζωής μας. Και παρουσία σε κάθε σπίτι οικιακές συσκευέςΗ χρήση ηλεκτρικού ρεύματος είναι τόσο φυσικό και αναπόσπαστο μέρος της καθημερινότητας που το θεωρούμε δεδομένο.

Έτσι, προσφέρονται στους αναγνώστες μας βασικές πληροφορίες σχετικά με το ηλεκτρικό ρεύμα.

Τι είναι το ηλεκτρικό ρεύμα

Ηλεκτρικό ρεύμα σημαίνει κατευθυνόμενη κίνηση φορτισμένων σωματιδίων.Οι ουσίες που περιέχουν επαρκή αριθμό δωρεάν φορτίων ονομάζονται αγωγοί. Μια συλλογή από όλες τις συσκευές που συνδέονται μεταξύ τους χρησιμοποιώντας καλώδια ονομάζεται ηλεκτρικό κύκλωμα.

ΣΕ Καθημερινή ζωή χρησιμοποιούμε ηλεκτρισμό που διέρχεται από μεταλλικούς αγωγούς.Οι φορείς φορτίου σε αυτά είναι ελεύθερα ηλεκτρόνια.

Συνήθως ορμούν χαοτικά μεταξύ των ατόμων, αλλά το ηλεκτρικό πεδίο τα αναγκάζει να κινηθούν προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση.

Πώς συμβαίνει αυτό

Η ροή των ηλεκτρονίων σε ένα κύκλωμα μπορεί να συγκριθεί με τη ροή του νερού που πέφτει από υψηλό επίπεδοπολύ χαμηλά. Ο ρόλος της στάθμης στα ηλεκτρικά κυκλώματα παίζεται από το δυναμικό.

Για να ρέει ρεύμα στο κύκλωμα, πρέπει να διατηρείται σταθερή διαφορά δυναμικού στα άκρα του, δηλ. Τάση.

Συνήθως συμβολίζεται με το γράμμα U και μετριέται σε βολτ (Β).

Λόγω της εφαρμοζόμενης τάσης, δημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο στο κύκλωμα, το οποίο δίνει στα ηλεκτρόνια κατευθυντική κίνηση. Όσο υψηλότερη είναι η τάση, τόσο ισχυρότερο είναι το ηλεκτρικό πεδίο, άρα και η ένταση της ροής των κατευθυντικά κινούμενων ηλεκτρονίων.

Η ταχύτητα διάδοσης του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ίση με την ταχύτητα δημιουργίας ηλεκτρικού πεδίου στο κύκλωμα, δηλαδή 300.000 km/s, αλλά η ταχύτητα των ηλεκτρονίων μόλις φτάνει μόνο μερικά mm ανά δευτερόλεπτο.

Είναι γενικά αποδεκτό ότι το ρεύμα ρέει από ένα σημείο με υψηλότερο δυναμικό, δηλαδή από το (+) σε ένα σημείο με χαμηλότερο δυναμικό, δηλαδή στο (-). Η τάση στο κύκλωμα διατηρείται από μια πηγή ρεύματος, όπως μια μπαταρία. Το πρόσημο (+) στο τέλος του σημαίνει έλλειψη ηλεκτρονίων, το πρόσημο (−) σημαίνει την περίσσευσή τους, αφού τα ηλεκτρόνια είναι φορείς αρνητικού φορτίου. Μόλις το κύκλωμα με την πηγή ρεύματος κλείσει, τα ηλεκτρόνια ορμούν από το μέρος όπου υπάρχει περίσσευμά τους στον θετικό πόλο της πηγής ρεύματος. Η πορεία τους περνάει από καλώδια, καταναλωτές, όργανα μέτρησηςκαι άλλα στοιχεία κυκλώματος.

Σημειώστε ότι η κατεύθυνση του ρεύματος είναι αντίθετη από την κατεύθυνση κίνησης των ηλεκτρονίων.

Απλώς, η κατεύθυνση του ρεύματος, κατόπιν συμφωνίας των επιστημόνων, καθορίστηκε πριν διαπιστωθεί η φύση του ρεύματος στα μέταλλα.

Ορισμένες ποσότητες που χαρακτηρίζουν το ηλεκτρικό ρεύμα

Τρέχουσα δύναμη.Το ηλεκτρικό φορτίο που διέρχεται από τη διατομή ενός αγωγού σε 1 δευτερόλεπτο ονομάζεται ένταση ρεύματος. Το γράμμα I χρησιμοποιείται για να το δηλώσει και μετριέται σε αμπέρ (Α).

Αντίσταση.Η επόμενη ποσότητα που πρέπει να γνωρίζετε είναι η αντίσταση. Προκύπτει λόγω συγκρούσεων κατευθυντικά κινούμενων ηλεκτρονίων με ιόντα κρυσταλλικού πλέγματος. Ως αποτέλεσμα τέτοιων συγκρούσεων, τα ηλεκτρόνια μεταφέρουν μέρος της ενέργειάς τους στα ιόντα. κινητική ενέργεια. Ως αποτέλεσμα, ο αγωγός θερμαίνεται και η ισχύς του ρεύματος μειώνεται. Η αντίσταση συμβολίζεται με το γράμμα R και μετριέται σε ohms (ohms).

Η αντίσταση ενός μεταλλικού αγωγού είναι μεγαλύτερη, όσο μεγαλύτερος είναι ο αγωγός και μικρότερη περιοχήδιατομή του. Με το ίδιο μήκος και διάμετρο του σύρματος, οι αγωγοί από ασήμι, χαλκό, χρυσό και αλουμίνιο έχουν τη μικρότερη αντίσταση. Για ευνόητους λόγους, στην πράξη χρησιμοποιούνται σύρματα από αλουμίνιο και χαλκό.

Εξουσία.Κατά την εκτέλεση υπολογισμών για ηλεκτρικά κυκλώματα, μερικές φορές είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η κατανάλωση ισχύος (P).

Για να γίνει αυτό, το ρεύμα που διαρρέει το κύκλωμα πρέπει να πολλαπλασιαστεί με την τάση.

Η μονάδα ισχύος είναι τα watt (W).

Συνεχές και εναλλασσόμενο ρεύμα

Το ρεύμα που παρέχεται από διάφορες μπαταρίες και συσσωρευτές είναι σταθερό. Αυτό σημαίνει ότι η ένταση του ρεύματος σε ένα τέτοιο κύκλωμα μπορεί να αλλάξει σε μέγεθος μόνο με αλλαγή διαφορετικοί τρόποιη αντίστασή του και η κατεύθυνσή του παραμένει αμετάβλητη.

Αλλά Οι περισσότερες ηλεκτρικές συσκευές καταναλώνουν εναλλασσόμενο ρεύμα, δηλαδή ένα ρεύμα του οποίου το μέγεθος και η κατεύθυνση αλλάζει συνεχώς σύμφωνα με έναν ορισμένο νόμο.

Παράγεται σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής και στη συνέχεια ταξιδεύει μέσω γραμμών μεταφοράς υψηλής τάσης στα σπίτια και τις επιχειρήσεις μας.

Στις περισσότερες χώρες, η συχνότητα της αντιστροφής ρεύματος είναι 50 Hz, δηλαδή συμβαίνει 50 φορές το δευτερόλεπτο. Σε αυτή την περίπτωση, κάθε φορά που η ένταση του ρεύματος αυξάνεται σταδιακά, φτάνει στο μέγιστο, μετά μειώνεται στο 0. Στη συνέχεια, αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται, αλλά με την αντίθετη φορά του ρεύματος.

Στις ΗΠΑ, όλες οι συσκευές λειτουργούν σε συχνότητα 60 Hz. Μια ενδιαφέρουσα κατάσταση έχει διαμορφωθεί στην Ιαπωνία. Εκεί, το ένα τρίτο της χώρας χρησιμοποιεί εναλλασσόμενο ρεύμα με συχνότητα 60 Hz και το υπόλοιπο - 50 Hz.

Προσοχή - ρεύμα

Ηλεκτροπληξία μπορεί να συμβεί κατά τη χρήση ηλεκτρικών συσκευών και από κεραυνό, καθώς Το ανθρώπινο σώμα είναι ένας καλός αγωγός του ρεύματος.Οι ηλεκτρικοί τραυματισμοί προκαλούνται συχνά από το πάτημα ενός καλωδίου που βρίσκεται στο έδαφος ή την απομάκρυνση των χαλαρών ηλεκτρικών καλωδίων με τα χέρια σας.

Η τάση άνω των 36 V θεωρείται επικίνδυνη για τον άνθρωπο. Εάν ένα ρεύμα μόνο 0,05 A διέρχεται από το σώμα ενός ατόμου, μπορεί να προκαλέσει ακούσια μυϊκή σύσπαση, η οποία δεν θα επιτρέψει στο άτομο να απομακρυνθεί ανεξάρτητα από την πηγή της βλάβης. Ένα ρεύμα 0,1 A είναι θανατηφόρο.

Το εναλλασσόμενο ρεύμα είναι ακόμη πιο επικίνδυνο γιατί έχει ισχυρότερη επίδραση στον άνθρωπο. Αυτός ο φίλος και βοηθός μας σε ορισμένες περιπτώσεις μετατρέπεται σε ανελέητο εχθρό, προκαλώντας αναπνευστικά προβλήματα και καρδιακή λειτουργία, ακόμα και σε πλήρη καρδιακή ανακοπή. Αφήνει τρομερά σημάδια στο σώμα με τη μορφή σοβαρών εγκαυμάτων.

Πώς να βοηθήσετε το θύμα; Πρώτα απ 'όλα, απενεργοποιήστε την πηγή βλάβης. Και μετά φροντίστε για την παροχή πρώτων βοηθειών.

Η γνωριμία μας με τον ηλεκτρισμό φτάνει στο τέλος της. Ας προσθέσουμε μόνο λίγα λόγια για τα θαλάσσια πλάσματα που έχουν «ηλεκτρικά όπλα». Αυτά είναι μερικά είδη ψαριών, χέλι και τσούχτρα. Το πιο επικίνδυνο από αυτά είναι το χέλι.

Δεν πρέπει να κολυμπήσετε σε αυτό σε απόσταση μικρότερη των 3 μέτρων. Το χτύπημα του δεν είναι μοιραίο, αλλά η συνείδηση ​​μπορεί να χαθεί.

Εάν αυτό το μήνυμα σας ήταν χρήσιμο, θα χαρώ να σας δω

Εισαγωγή

ρεύμα κυκλώματος ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής

Η πρώτη γνώση του ηλεκτρισμού, πριν από πολλούς αιώνες, αφορούσε τα ηλεκτρικά «φορτίσματα» που παράγονται μέσω της τριβής. Ήδη από την αρχαιότητα, οι άνθρωποι γνώριζαν ότι το κεχριμπάρι, τριμμένο με μαλλί, απέκτησε την ικανότητα να προσελκύει ελαφριά αντικείμενα. Αλλά μόνο στα τέλη του 16ου αιώνα, ο Άγγλος γιατρός Gilbert μελέτησε λεπτομερώς αυτό το φαινόμενο και ανακάλυψε ότι πολλές άλλες ουσίες είχαν ακριβώς τις ίδιες ιδιότητες. Σώματα που, όπως το κεχριμπάρι, μετά το τρίψιμο, μπορούν να προσελκύσουν ελαφριά αντικείμενα, τα ονόμασε ηλεκτρισμένα. Αυτή η λέξη προέρχεται από το ελληνικό ηλεκτρόνιο - "κεχριμπαρένιο". Επί του παρόντος, λέμε ότι τα σώματα σε αυτή την κατάσταση έχουν ηλεκτρικά φορτία και τα ίδια τα σώματα ονομάζονται «φορτισμένα».

Ηλεκτρικά φορτία προκύπτουν πάντα όταν διαφορετικές ουσίες έρχονται σε στενή επαφή. Εάν τα σώματα είναι συμπαγή, τότε η στενή επαφή τους εμποδίζεται από μικροσκοπικές προεξοχές και ανωμαλίες που υπάρχουν στην επιφάνειά τους. Πιέζοντας τέτοια σώματα και τρίβοντάς τα μεταξύ τους, συγκεντρώνουμε τις επιφάνειές τους, οι οποίες χωρίς πίεση θα ακουμπούσαν μόνο σε λίγα σημεία. Σε ορισμένα σώματα, τα ηλεκτρικά φορτία μπορούν να κινούνται ελεύθερα μεταξύ διαφορετικών μερών, αλλά σε άλλα αυτό είναι αδύνατο. Στην πρώτη περίπτωση, τα σώματα ονομάζονται "αγωγοί" και στη δεύτερη - "διηλεκτρικά ή μονωτές". Αγωγοί είναι όλα τα μέταλλα, τα υδατικά διαλύματα αλάτων και οξέων κ.λπ. Παραδείγματα μονωτών είναι το κεχριμπάρι, ο χαλαζίας, ο εβονίτης και όλα τα αέρια που βρίσκονται υπό κανονικές συνθήκες.

Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι η διαίρεση των σωμάτων σε αγωγούς και διηλεκτρικά είναι πολύ αυθαίρετη. Όλες οι ουσίες άγουν τον ηλεκτρισμό σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό. Τα ηλεκτρικά φορτία είναι θετικά και αρνητικά. Αυτό το είδος ρεύματος δεν θα διαρκέσει πολύ, γιατί το ηλεκτρισμένο σώμα θα εξαντληθεί. Για τη συνεχή ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος σε έναν αγωγό, είναι απαραίτητο να διατηρηθεί ένα ηλεκτρικό πεδίο. Για τους σκοπούς αυτούς, χρησιμοποιούνται πηγές ηλεκτρικού ρεύματος. Η απλούστερη περίπτωση εμφάνισης ηλεκτρικού ρεύματος είναι όταν το ένα άκρο του σύρματος συνδέεται με ένα ηλεκτρισμένο σώμα και το άλλο με το έδαφος.

Τα ηλεκτρικά κυκλώματα που παρέχουν ρεύμα σε λαμπτήρες και ηλεκτρικούς κινητήρες δεν εμφανίστηκαν μέχρι την εφεύρεση των μπαταριών, η οποία χρονολογείται γύρω στο 1800. Μετά από αυτό, η ανάπτυξη του δόγματος του ηλεκτρισμού προχώρησε τόσο γρήγορα που σε λιγότερο από έναν αιώνα έγινε όχι μόνο μέρος της φυσικής, αλλά αποτέλεσε τη βάση ενός νέου ηλεκτρικού πολιτισμού.

> Βασικά μεγέθη ηλεκτρικού ρεύματος

Η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας και η ισχύς του ρεύματος. Οι επιπτώσεις του ηλεκτρικού ρεύματος μπορεί να είναι ισχυρές ή αδύναμες. Η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος εξαρτάται από την ποσότητα φορτίου που ρέει μέσα από το κύκλωμα σε μια συγκεκριμένη μονάδα χρόνου. Όσο περισσότερα ηλεκτρόνια μετακινούνται από τον έναν πόλο της πηγής στον άλλο, τόσο μεγαλύτερο είναι το συνολικό φορτίο που μεταφέρεται από τα ηλεκτρόνια. Αυτό το καθαρό φορτίο ονομάζεται η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που διέρχεται από έναν αγωγό.

Συγκεκριμένα, η χημική επίδραση του ηλεκτρικού ρεύματος εξαρτάται από την ποσότητα του ηλεκτρισμού, δηλ. Όσο περισσότερο φορτίο διέρχεται από το διάλυμα ηλεκτρολύτη, τόσο περισσότερη ουσία θα εναποτεθεί στην κάθοδο και την άνοδο. Από αυτή την άποψη, η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να υπολογιστεί ζυγίζοντας τη μάζα της ουσίας που εναποτίθεται στο ηλεκτρόδιο και γνωρίζοντας τη μάζα και το φορτίο ενός ιόντος αυτής της ουσίας.

Η ένταση ρεύματος είναι μια ποσότητα που ισούται με την αναλογία του ηλεκτρικού φορτίου που διέρχεται από τη διατομή του αγωγού προς το χρόνο ροής του. Η μονάδα φόρτισης είναι το κουλόμπ (C), ο χρόνος μετριέται σε δευτερόλεπτα (s). Στην περίπτωση αυτή, η μονάδα ρεύματος εκφράζεται σε C/s. Αυτή η μονάδα ονομάζεται αμπέρ (Α). Για τη μέτρηση του ρεύματος σε ένα κύκλωμα, χρησιμοποιείται μια ηλεκτρική συσκευή μέτρησης που ονομάζεται αμπερόμετρο. Για συμπερίληψη στο κύκλωμα, το αμπερόμετρο είναι εξοπλισμένο με δύο ακροδέκτες. Συνδέεται σε σειρά με το κύκλωμα.

Ηλεκτρική τάση. Γνωρίζουμε ήδη ότι ηλεκτρικό ρεύμα είναι η διατεταγμένη κίνηση φορτισμένων σωματιδίων – ηλεκτρονίων. Αυτή η κίνηση δημιουργείται χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο κάνει μια συγκεκριμένη ποσότητα εργασίας. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται έργο ηλεκτρικού ρεύματος. Για να μετακινηθεί περισσότερο φορτίο μέσα από ένα ηλεκτρικό κύκλωμα σε 1 s, το ηλεκτρικό πεδίο πρέπει να κάνει περισσότερη δουλειά. Με βάση αυτό, αποδεικνύεται ότι το έργο του ηλεκτρικού ρεύματος πρέπει να εξαρτάται από την ισχύ του ρεύματος. Αλλά υπάρχει μια ακόμη αξία από την οποία εξαρτάται το έργο του ρεύματος. Αυτή η ποσότητα ονομάζεται τάση.

Η τάση είναι ο λόγος του έργου που εκτελείται από το ρεύμα σε ένα συγκεκριμένο τμήμα ενός ηλεκτρικού κυκλώματος προς το φορτίο που ρέει μέσω του ίδιου τμήματος του κυκλώματος. Το τρέχον έργο μετράται σε τζάουλ (J), φορτίο - σε κουλόμπ (C). Από αυτή την άποψη, η μονάδα μέτρησης για την τάση θα γίνει 1 J / C. Αυτή η μονάδα ονομαζόταν βολτ (V).

Για να προκύψει τάση σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, χρειάζεται μια πηγή ρεύματος. Όταν το κύκλωμα είναι ανοιχτό, η τάση υπάρχει μόνο στους ακροδέκτες της πηγής ρεύματος. Εάν αυτή η πηγή ρεύματος περιλαμβάνεται στο κύκλωμα, θα προκύψει τάση και σε μεμονωμένα τμήματα του κυκλώματος. Από αυτή την άποψη, ένα ρεύμα θα εμφανιστεί στο κύκλωμα. Δηλαδή, μπορούμε να πούμε εν συντομία το εξής: αν δεν υπάρχει τάση στο κύκλωμα, δεν υπάρχει ρεύμα. Για τη μέτρηση της τάσης, χρησιμοποιείται ένα ηλεκτρικό όργανο μέτρησης που ονομάζεται βολτόμετρο. Στην εμφάνισή του μοιάζει με το αμπερόμετρο που αναφέραμε προηγουμένως, με τη μόνη διαφορά ότι το γράμμα V αναγράφεται στην κλίμακα του βολτόμετρου (αντί για το Α στο αμπερόμετρο). Το βολτόμετρο έχει δύο ακροδέκτες, με τη βοήθεια των οποίων συνδέεται παράλληλα με το ηλεκτρικό κύκλωμα.

Ηλεκτρική αντίσταση. Αφού συνδέσετε διάφορους αγωγούς και ένα αμπερόμετρο στο ηλεκτρικό κύκλωμα, μπορείτε να παρατηρήσετε ότι όταν χρησιμοποιείτε διαφορετικούς αγωγούς, το αμπερόμετρο δίνει διαφορετικές ενδείξεις, δηλ. Σε αυτή την περίπτωση, η ισχύς του ρεύματος που είναι διαθέσιμη στο ηλεκτρικό κύκλωμα είναι διαφορετική. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι διαφορετικοί αγωγοί έχουν διαφορετική ηλεκτρική αντίσταση, που είναι φυσικό μέγεθος. Ονομάστηκε Ohm προς τιμήν του Γερμανού φυσικού. Κατά κανόνα, χρησιμοποιούνται μεγαλύτερες μονάδες στη φυσική: kilo-ohm, mega-ohm, κ.λπ. Η αντίσταση ενός αγωγού συνήθως συμβολίζεται με το γράμμα R, το μήκος του αγωγού είναι L και η περιοχή διατομής είναι S Σε αυτήν την περίπτωση, η αντίσταση μπορεί να γραφτεί ως τύπος:

όπου ο συντελεστής p ονομάζεται ειδική αντίσταση. Αυτός ο συντελεστής εκφράζει την αντίσταση ενός αγωγού μήκους 1 m με επιφάνεια διατομής ίση με 1 m 2. Η ειδική αντίσταση εκφράζεται σε Ohms x m. Δεδομένου ότι τα σύρματα, κατά κανόνα, έχουν μάλλον μικρή διατομή, οι περιοχές τους συνήθως εκφράζονται σε τετραγωνικά χιλιοστά. Σε αυτή την περίπτωση, η μονάδα αντίστασηθα γίνει Ohm x mm2/m.

Σύμφωνα με τον πίνακα. 1 γίνεται σαφές ότι ο χαλκός έχει τη χαμηλότερη ηλεκτρική ειδική αντίσταση και το κράμα μετάλλων την υψηλότερη. Επιπλέον, τα διηλεκτρικά (μονωτικά) έχουν υψηλή ειδική αντίσταση.

Ηλεκτρική χωρητικότητα. Γνωρίζουμε ήδη ότι δύο αγωγοί που είναι απομονωμένοι μεταξύ τους μπορούν να συσσωρεύσουν ηλεκτρικά φορτία. Αυτό το φαινόμενο χαρακτηρίζεται από ένα φυσικό μέγεθος που ονομάζεται ηλεκτρική χωρητικότητα. Η ηλεκτρική χωρητικότητα δύο αγωγών δεν είναι τίποτα άλλο παρά ο λόγος του φορτίου ενός από αυτούς προς τη διαφορά δυναμικού μεταξύ αυτού του αγωγού και του γειτονικού. Όσο χαμηλότερη είναι η τάση όταν οι αγωγοί δέχονται φόρτιση, τόσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητά τους. Η μονάδα ηλεκτρικής χωρητικότητας είναι το φαράντ (F). Στην πράξη, χρησιμοποιούνται κλάσματα αυτής της μονάδας: microfarad (μF) και picofarad (pF).

Εάν πάρετε δύο αγωγούς που είναι απομονωμένοι μεταξύ τους και τους τοποθετήσετε σε μικρή απόσταση ο ένας από τον άλλο, θα λάβετε έναν πυκνωτή. Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή εξαρτάται από το πάχος των πλακών του και το πάχος του διηλεκτρικού και τη διαπερατότητά του. Μειώνοντας το πάχος του διηλεκτρικού μεταξύ των πλακών του πυκνωτή, η χωρητικότητα του τελευταίου μπορεί να αυξηθεί σημαντικά. Σε όλους τους πυκνωτές, εκτός από τη χωρητικότητά τους, πρέπει να αναφέρεται και η τάση για την οποία έχουν σχεδιαστεί αυτές οι συσκευές.

Εργασία και ισχύς ηλεκτρικού ρεύματος. Από τα παραπάνω είναι σαφές ότι το ηλεκτρικό ρεύμα κάνει κάποια δουλειά. Όταν συνδέονται ηλεκτρικοί κινητήρες, το ηλεκτρικό ρεύμα κάνει όλα τα είδη εξοπλισμού να λειτουργούν, μετακινεί τα τρένα κατά μήκος των σιδηροτροχιών, φωτίζει τους δρόμους, θερμαίνει το σπίτι και επίσης παράγει ένα χημικό αποτέλεσμα, δηλ. επιτρέπει την ηλεκτρόλυση κ.λπ. Μπορούμε να πούμε ότι το έργο του ρεύματος σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του κυκλώματος είναι ίσο με το γινόμενο του ρεύματος, της τάσης και του χρόνου κατά τον οποίο έγινε η εργασία. Η εργασία μετριέται σε τζάουλ, η τάση σε βολτ, το ρεύμα σε αμπέρ, ο χρόνος σε δευτερόλεπτα. Από αυτή την άποψη, 1 J = 1B x 1A x 1 s. Από αυτό αποδεικνύεται ότι για να μετρηθεί το έργο του ηλεκτρικού ρεύματος, πρέπει να χρησιμοποιηθούν τρία όργανα ταυτόχρονα: ένα αμπερόμετρο, ένα βολτόμετρο και ένα ρολόι. Αλλά αυτό είναι δυσκίνητο και αναποτελεσματικό. Επομένως, συνήθως, το έργο του ηλεκτρικού ρεύματος μετριέται με ηλεκτρικούς μετρητές. Αυτή η συσκευή περιέχει όλες τις παραπάνω συσκευές.

Η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ίση με την αναλογία του έργου του ρεύματος προς το χρόνο κατά τον οποίο εκτελέστηκε. Η ισχύς δηλώνεται με το γράμμα "P" και εκφράζεται σε watt (W). Στην πράξη χρησιμοποιούνται κιλοβάτ, μεγαβάτ, εκτοβάτ κλπ. Για να μετρήσετε την ισχύ του κυκλώματος πρέπει να πάρετε ένα βατόμετρο. Οι ηλεκτρολόγοι μηχανικοί εκφράζουν το έργο του ρεύματος σε κιλοβατώρες (kWh).

Χαρακτηριστικά

Ιστορικά, έγινε αποδεκτό ότι η κατεύθυνση του ρεύματος συμπίπτει με την κατεύθυνση κίνησης των θετικών φορτίων στον αγωγό. Επιπλέον, εάν οι μόνοι φορείς ρεύματος είναι αρνητικά φορτισμένα σωματίδια (για παράδειγμα, ηλεκτρόνια σε ένα μέταλλο), τότε η κατεύθυνση του ρεύματος είναι αντίθετη από την κατεύθυνση κίνησης των φορτισμένων σωματιδίων. .

Η ταχύτητα της κατευθυντικής κίνησης των σωματιδίων στους αγωγούς εξαρτάται από το υλικό του αγωγού, τη μάζα και το φορτίο των σωματιδίων, θερμοκρασία περιβάλλοντος, η εφαρμοζόμενη διαφορά δυναμικού και είναι μια τιμή πολύ μικρότερη από την ταχύτητα του φωτός. Σε 1 δευτερόλεπτο, τα ηλεκτρόνια σε έναν αγωγό κινούνται λόγω διατεταγμένης κίνησης κατά λιγότερο από 0,1 mm. Παρόλα αυτά, η ταχύτητα διάδοσης του ίδιου του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ίση με την ταχύτητα του φωτός (η ταχύτητα διάδοσης του μετώπου ηλεκτρομαγνητικού κύματος). Δηλαδή, το μέρος όπου τα ηλεκτρόνια αλλάζουν την ταχύτητα της κίνησής τους μετά από μεταβολή της τάσης κινείται με την ταχύτητα διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών ταλαντώσεων.

Βασικά μεγέθη ηλεκτρικού ρεύματος

Ποσότητα ρεύματος και ρεύματος. Οι επιπτώσεις του ηλεκτρικού ρεύματος μπορεί να είναι ισχυρές ή αδύναμες. Η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος εξαρτάται από την ποσότητα φορτίου που ρέει μέσα από το κύκλωμα σε μια συγκεκριμένη μονάδα χρόνου. Όσο περισσότερα ηλεκτρόνια μετακινούνται από τον έναν πόλο της πηγής στον άλλο, τόσο μεγαλύτερο είναι το συνολικό φορτίο που μεταφέρεται από τα ηλεκτρόνια. Αυτό το καθαρό φορτίο ονομάζεται η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που διέρχεται από έναν αγωγό.

Συγκεκριμένα, η χημική επίδραση του ηλεκτρικού ρεύματος εξαρτάται από την ποσότητα του ηλεκτρισμού, δηλαδή, όσο μεγαλύτερο είναι το φορτίο που διέρχεται από το διάλυμα ηλεκτρολύτη, τόσο περισσότερη ουσία θα εναποτίθεται στην κάθοδο και την άνοδο. Από αυτή την άποψη, η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να υπολογιστεί ζυγίζοντας τη μάζα της ουσίας που εναποτίθεται στο ηλεκτρόδιο και γνωρίζοντας τη μάζα και το φορτίο ενός ιόντος αυτής της ουσίας.

Η ένταση ρεύματος είναι μια ποσότητα που ισούται με την αναλογία του ηλεκτρικού φορτίου που διέρχεται από τη διατομή του αγωγού προς το χρόνο ροής του. Η μονάδα φόρτισης είναι το κουλόμπ (C), ο χρόνος μετριέται σε δευτερόλεπτα (s). Στην περίπτωση αυτή, η μονάδα ρεύματος εκφράζεται σε C/s. Αυτή η μονάδα ονομάζεται αμπέρ (Α). Για τη μέτρηση του ρεύματος σε ένα κύκλωμα, χρησιμοποιείται μια ηλεκτρική συσκευή μέτρησης που ονομάζεται αμπερόμετρο. Για συμπερίληψη στο κύκλωμα, το αμπερόμετρο είναι εξοπλισμένο με δύο ακροδέκτες. Συνδέεται σε σειρά με το κύκλωμα.

Ηλεκτρική τάση. Γνωρίζουμε ήδη ότι ηλεκτρικό ρεύμα είναι η διατεταγμένη κίνηση φορτισμένων σωματιδίων – ηλεκτρονίων. Αυτή η κίνηση δημιουργείται χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο κάνει μια συγκεκριμένη ποσότητα εργασίας. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται έργο ηλεκτρικού ρεύματος. Για να μετακινηθεί περισσότερο φορτίο μέσα από ένα ηλεκτρικό κύκλωμα σε 1 s, το ηλεκτρικό πεδίο πρέπει να κάνει περισσότερη δουλειά. Με βάση αυτό, αποδεικνύεται ότι το έργο του ηλεκτρικού ρεύματος πρέπει να εξαρτάται από την ισχύ του ρεύματος. Αλλά υπάρχει μια ακόμη αξία από την οποία εξαρτάται το έργο του ρεύματος. Αυτή η ποσότητα ονομάζεται τάση.

Η τάση είναι ο λόγος του έργου που εκτελείται από το ρεύμα σε ένα συγκεκριμένο τμήμα ενός ηλεκτρικού κυκλώματος προς το φορτίο που ρέει μέσω του ίδιου τμήματος του κυκλώματος. Το τρέχον έργο μετράται σε τζάουλ (J), φορτίο - σε κουλόμπ (C). Από αυτή την άποψη, η μονάδα μέτρησης για την τάση θα γίνει 1 J/C. Αυτή η μονάδα ονομαζόταν βολτ (V).

Για να προκύψει τάση σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, χρειάζεται μια πηγή ρεύματος. Όταν το κύκλωμα είναι ανοιχτό, η τάση υπάρχει μόνο στους ακροδέκτες της πηγής ρεύματος. Εάν αυτή η πηγή ρεύματος περιλαμβάνεται στο κύκλωμα, θα προκύψει τάση και σε μεμονωμένα τμήματα του κυκλώματος. Από αυτή την άποψη, ένα ρεύμα θα εμφανιστεί στο κύκλωμα. Δηλαδή, μπορούμε να πούμε εν συντομία το εξής: αν δεν υπάρχει τάση στο κύκλωμα, δεν υπάρχει ρεύμα. Για τη μέτρηση της τάσης, χρησιμοποιείται ένα ηλεκτρικό όργανο μέτρησης που ονομάζεται βολτόμετρο. Στην εμφάνισή του μοιάζει με το αμπερόμετρο που αναφέραμε προηγουμένως, με τη μόνη διαφορά ότι το γράμμα V αναγράφεται στην κλίμακα του βολτόμετρου (αντί για το Α στο αμπερόμετρο). Το βολτόμετρο έχει δύο ακροδέκτες, με τη βοήθεια των οποίων συνδέεται παράλληλα με το ηλεκτρικό κύκλωμα.

Ηλεκτρική αντίσταση. Αφού συνδέσετε διάφορους αγωγούς και ένα αμπερόμετρο στο ηλεκτρικό κύκλωμα, μπορείτε να παρατηρήσετε ότι όταν χρησιμοποιείτε διαφορετικούς αγωγούς, το αμπερόμετρο δίνει διαφορετικές ενδείξεις, δηλαδή σε αυτήν την περίπτωση, η ισχύς ρεύματος που είναι διαθέσιμη στο ηλεκτρικό κύκλωμα είναι διαφορετική. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι διαφορετικοί αγωγοί έχουν διαφορετική ηλεκτρική αντίσταση, που είναι φυσικό μέγεθος. Ονομάστηκε Ohm προς τιμήν του Γερμανού φυσικού. Κατά κανόνα, χρησιμοποιούνται μεγαλύτερες μονάδες στη φυσική: kilo-ohm, mega-ohm, κ.λπ. Η αντίσταση ενός αγωγού συνήθως συμβολίζεται με το γράμμα R, το μήκος του αγωγού είναι L και η περιοχή διατομής είναι S Σε αυτήν την περίπτωση, η αντίσταση μπορεί να γραφτεί ως τύπος:

όπου ο συντελεστής p ονομάζεται ειδική αντίσταση. Αυτός ο συντελεστής εκφράζει την αντίσταση ενός αγωγού μήκους 1 m με επιφάνεια διατομής ίση με 1 m2. Η ειδική αντίσταση εκφράζεται σε Ohms x m. Δεδομένου ότι τα σύρματα, κατά κανόνα, έχουν μάλλον μικρή διατομή, οι περιοχές τους συνήθως εκφράζονται σε τετραγωνικά χιλιοστά. Σε αυτή την περίπτωση, η μονάδα αντίστασης θα είναι Ohm x mm2/m. Στον παρακάτω πίνακα. Το σχήμα 1 δείχνει την ειδική αντίσταση ορισμένων υλικών.

Ποσότητα ρεύματος και ρεύματος. Η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος εξαρτάται από την ποσότητα φορτίου που ρέει μέσα από το κύκλωμα σε μια συγκεκριμένη μονάδα χρόνου. Όσο περισσότερα ηλεκτρόνια μετακινούνται από τον έναν πόλο της πηγής στον άλλο, τόσο μεγαλύτερο είναι το συνολικό φορτίο που μεταφέρεται από τα ηλεκτρόνια. Αυτό το καθαρό φορτίο ονομάζεται η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που διέρχεται από έναν αγωγό.

Η ένταση ρεύματος είναι μια ποσότητα που ισούται με την αναλογία του ηλεκτρικού φορτίου που διέρχεται από τη διατομή του αγωγού προς το χρόνο ροής του. Η μονάδα φόρτισης είναι το κουλόμπ (C), ο χρόνος μετριέται σε δευτερόλεπτα (s). Στην περίπτωση αυτή, η μονάδα ρεύματος εκφράζεται σε C/s. Αυτή η μονάδα ονομάζεται αμπέρ (Α). Για τη μέτρηση του ρεύματος σε ένα κύκλωμα, χρησιμοποιείται μια ηλεκτρική συσκευή μέτρησης που ονομάζεται αμπερόμετρο.

Ηλεκτρική τάση. Η τάση είναι ο λόγος του έργου που εκτελείται από το ρεύμα σε ένα συγκεκριμένο τμήμα ενός ηλεκτρικού κυκλώματος προς το φορτίο που ρέει μέσω του ίδιου τμήματος του κυκλώματος. Το τρέχον έργο μετράται σε τζάουλ (J), φορτίο - σε κουλόμπ (C). Από αυτή την άποψη, η μονάδα μέτρησης για την τάση θα γίνει 1 J/C. Αυτή η μονάδα ονομαζόταν βολτ (V).

Ηλεκτρική αντίσταση. Όταν χρησιμοποιείτε διαφορετικούς αγωγούς, η ισχύς του ρεύματος που είναι διαθέσιμη στο ηλεκτρικό κύκλωμα είναι διαφορετική. Διαφορετικοί αγωγοί έχουν διαφορετική ηλεκτρική αντίσταση, η οποία είναι μια φυσική ποσότητα. Η αντίσταση ενός αγωγού συνήθως συμβολίζεται με το γράμμα R, το μήκος του αγωγού είναι L και η περιοχή διατομής είναι S. Στην περίπτωση αυτή, η αντίσταση μπορεί να γραφτεί ως τύπος:

όπου ο συντελεστής p ονομάζεται ειδική αντίσταση. Αυτός ο συντελεστής εκφράζει την αντίσταση ενός αγωγού μήκους 1 m με επιφάνεια διατομής ίση με 1 m2. Η ειδική αντίσταση εκφράζεται σε Ohms x m. Δεδομένου ότι τα σύρματα, κατά κανόνα, έχουν μάλλον μικρή διατομή, οι περιοχές τους συνήθως εκφράζονται σε τετραγωνικά χιλιοστά. Σε αυτή την περίπτωση, η μονάδα αντίστασης θα είναι Ohm x mm2/m.

Ηλεκτρική χωρητικότητα. Η ηλεκτρική χωρητικότητα δύο αγωγών δεν είναι τίποτα άλλο παρά ο λόγος του φορτίου ενός από αυτούς προς τη διαφορά δυναμικού μεταξύ αυτού του αγωγού και του γειτονικού. Όσο χαμηλότερη είναι η τάση όταν οι αγωγοί δέχονται φόρτιση, τόσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητά τους. Η μονάδα ηλεκτρικής χωρητικότητας είναι το φαράντ (F). Στην πράξη, χρησιμοποιούνται κλάσματα αυτής της μονάδας: microfarad (μF) και picofarad (pF).

Εργασία και ισχύς ηλεκτρικού ρεύματος.Η εργασία μετριέται σε τζάουλ, η τάση σε βολτ, το ρεύμα σε αμπέρ, ο χρόνος σε δευτερόλεπτα. Από αυτή την άποψη, 1 J = 1B x 1A x 1s. Από αυτό αποδεικνύεται ότι για να μετρηθεί το έργο του ηλεκτρικού ρεύματος, πρέπει να χρησιμοποιηθούν τρία όργανα ταυτόχρονα: ένα αμπερόμετρο, ένα βολτόμετρο και ένα ρολόι.

Η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ίση με την αναλογία του έργου του ρεύματος προς το χρόνο κατά τον οποίο εκτελέστηκε. Η ισχύς δηλώνεται με το γράμμα "P" και εκφράζεται σε watt (W). Στην πράξη χρησιμοποιούνται κιλοβάτ, μεγαβάτ, εκτοβάτ κλπ. Για να μετρήσετε την ισχύ του κυκλώματος πρέπει να πάρετε ένα βατόμετρο. Οι ηλεκτρολόγοι μηχανικοί εκφράζουν το έργο του ρεύματος σε κιλοβατώρες (kWh).

Ένα μαγνητικό πεδίο- ένα πεδίο δύναμης που ενεργεί σε κινούμενα ηλεκτρικά φορτία και σε σώματα με μαγνητική ροπή, ανεξάρτητα από την κατάσταση της κίνησής τους, το μαγνητικό στοιχείο του ηλεκτρικού μαγνητικό πεδίο

Ένα μαγνητικό πεδίο μπορεί να δημιουργηθεί από το ρεύμα των φορτισμένων σωματιδίων και/ή τις μαγνητικές ροπές των ηλεκτρονίων στα άτομα (και τις μαγνητικές ροπές άλλων σωματιδίων, αν και σε αισθητά μικρότερο βαθμό) (μόνιμοι μαγνήτες).

Επιπλέον, εμφανίζεται παρουσία ενός χρονικά μεταβαλλόμενου ηλεκτρικού πεδίου.

Το κύριο χαρακτηριστικό ισχύος του μαγνητικού πεδίου είναι διάνυσμα μαγνητικής επαγωγής (διάνυσμα επαγωγής μαγνητικού πεδίου). Από μαθηματική άποψη - διανυσματικό πεδίο που ορίζει και προσδιορίζει τη φυσική έννοια του μαγνητικού πεδίου. Συχνά, για συντομία, το διάνυσμα μαγνητικής επαγωγής ονομάζεται απλώς μαγνητικό πεδίο (αν και αυτή δεν είναι πιθανώς η πιο αυστηρή χρήση του όρου).

Ένα άλλο θεμελιώδες χαρακτηριστικό του μαγνητικού πεδίου (εναλλακτικό της μαγνητικής επαγωγής και στενά αλληλένδετο με αυτό, σχεδόν ίσο με αυτό σε φυσική αξία) είναι διανυσματικό δυναμικό .

Μαγνητικό πεδίο μπορεί να ονομαστεί ένας ειδικός τύπος ύλης, μέσω του οποίου λαμβάνει χώρα αλληλεπίδραση μεταξύ κινούμενων φορτισμένων σωματιδίων ή σωμάτων με μαγνητική ροπή.

Τα μαγνητικά πεδία είναι απαραίτητα (στο πλαίσιο ειδική θεωρίασχετικότητα) συνέπεια της ύπαρξης ηλεκτρικών πεδίων.

Μαζί, μαγνητικό και ηλεκτρικό πεδίοσχηματίζουν ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, οι εκδηλώσεις του οποίου είναι, ειδικότερα, το φως και όλα τα άλλα ηλεκτρομαγνητικά κύματα.

Ένα ηλεκτρικό ρεύμα (Ι) που διέρχεται από έναν αγωγό δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο (Β) γύρω από τον αγωγό.

• Από την άποψη της θεωρίας του κβαντικού πεδίου, η μαγνητική αλληλεπίδραση είναι πώς ειδική περίπτωσηΗ ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση πραγματοποιείται από ένα θεμελιώδες μποζόνιο χωρίς μάζα - ένα φωτόνιο (ένα σωματίδιο που μπορεί να αναπαρασταθεί ως κβαντική διέγερση ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου), συχνά (για παράδειγμα, σε όλες τις περιπτώσεις στατικών πεδίων) - εικονικό.

Ενέργεια μαγνητικού πεδίου

Η αύξηση της ενεργειακής πυκνότητας του μαγνητικού πεδίου είναι ίση με:

H- ισχύς μαγνητικού πεδίου,

σι- μαγνητική επαγωγή

Στη γραμμική προσέγγιση τανυστή, η μαγνητική διαπερατότητα είναι ένας τανυστής (τον συμβολίζουμε) και ο πολλαπλασιασμός ενός διανύσματος με αυτόν είναι πολλαπλασιασμός τανυστή (μήτρας):

Ή σε εξαρτήματα .

Η ενεργειακή πυκνότητα σε αυτή την προσέγγιση είναι ίση με:

Συστατικά του τανυστή μαγνητικής διαπερατότητας,

Ένας τανυστής, που αντιπροσωπεύεται από έναν πίνακα, αντίστροφη μήτρατανυστής μαγνητικής διαπερατότητας,