Hvad er spænding, strøm og modstand: hvordan bruges de i praksis

I elektroteknik bruges udtrykkene "strøm", "spænding" og "modstand" til at beskrive de processer, der forekommer i elektriske kredsløb. Hver af dem har sit eget formål med specifikke egenskaber.

Elektricitet

Ordet bruges til at karakterisere bevægelsen af ​​ladede partikler (elektroner, huller, kationer og anioner) gennem et bestemt medium af et stof. Retningen og antallet af ladningsbærere bestemmer typen og styrken af ​​strømmen.

De vigtigste egenskaber ved strømmen påvirker dens praktiske anvendelse

En forudsætning for strømmen af ​​ladninger er tilstedeværelsen af ​​et kredsløb eller med andre ord en lukket sløjfe, der skaber betingelser for deres bevægelse. Hvis der dannes et tomrum inde i de bevægelige partikler, stopper deres retningsmæssige bevægelse øjeblikkeligt.

Alle kontakter og beskyttelser, der bruges i elektricitet, fungerer efter dette princip.De skaber en adskillelse mellem de bevægelige kontakter i de ledende dele og afbryder gennem denne handling strømmen af ​​elektrisk strøm og lukker enheden ned.

Inden for energi er den mest almindelige metode skabelsen af ​​en elektrisk strøm på grund af bevægelsen af ​​elektroner inde i metaller lavet i form af ledninger, dæk eller andre ledende dele.

Ud over denne metode bruges skabelsen af ​​strøm indeni også:

1. Gasser og elektrolytiske væsker som følge af bevægelse af elektroner eller kationer og anioner — ioner med positive og negative ladningstegn;

2. et miljø med vakuum, luft og gasser, der er udsat for bevægelse af elektroner forårsaget af fænomenet termionisk stråling;

3. halvledermaterialer på grund af bevægelse af elektroner og huller.

Et elektrisk stød kan opstå, når:

• påføring af en ekstern elektrisk potentialforskel på ladede partikler;

• varmeledninger, der i øjeblikket ikke er superledere;

• forløbet af kemiske reaktioner relateret til frigivelsen af ​​nye stoffer;

• effekten af ​​et magnetfelt påført ledningen.

Bølgeformen af ​​den elektriske strøm kan være:

1. en konstant i form af en ret linje på tidslinjen;

2. en variabel sinusformet harmonisk brønd beskrevet af de grundlæggende trigonometriske relationer;

3. bugtende, omtrent lig en sinusbølge, men med skarpe, udtalte vinkler, som i nogle tilfælde godt kan udjævnes;

4. pulserende, når retningen forbliver den samme uden ændring, og amplituden periodisk svinger fra nul til maksimumværdien ifølge en veldefineret lov.

Elektrisk strøm kan være nyttig for en person, når:

• omdannet til lysstråling;

• skaber opvarmning af termiske elementer;

• udfører mekanisk arbejde på grund af tiltrækning eller frastødning af bevægelige armaturer eller rotation af rotorer med drev fastgjort i lejer;

• genererer elektromagnetisk stråling i nogle andre tilfælde.

Når elektrisk strøm passerer gennem ledninger, kan skade forårsages af:

• overdreven opvarmning af strømførende kredsløb og kontakter;

• uddannelse hvirvelstrømme i de magnetiske kredsløb i elektriske maskiner;

• stråling af elektricitet elektromagnetiske bølger i miljøet og nogle lignende fænomener.

Designere af elektriske enheder og udviklere af forskellige kredsløb tager højde for de anførte muligheder for elektrisk strøm i deres enheder. For eksempel afbødes de skadelige virkninger af hvirvelstrømme i transformere, motorer og generatorer ved at blande de kerner, der bruges til at transmittere magnetiske flux. Samtidig bruges hvirvelstrømmen med succes til at opvarme mediet i elektriske ovne og mikrobølgeovne, der fungerer efter induktionsprincippet.

En elektrisk vekselstrøm med en sinusformet bølgeform kan have en anden oscillationsfrekvens pr. tidsenhed - et sekund. Den industrielle frekvens af elektriske installationer i forskellige lande er standardiseret med tallene 50 eller 60 hertz. Til andre formål inden for elektroteknik og radiovirksomhed bruges signaler:

• lav frekvens, med lavere værdier;

• høj frekvens, der væsentligt overstiger rækkevidden af ​​industrielle enheder.

Det er almindeligt accepteret, at en elektrisk strøm skabes ved bevægelse af ladede partikler i et bestemt makroskopisk medium og kaldes en ledningsstrøm... Der kan dog opstå en anden type strøm kaldet konvektion, når makroskopisk ladede legemer bevæger sig, for eksempel regndråber .

Hvordan elektrisk strøm dannes i metaller

Bevægelsen af ​​elektroner under påvirkning af en konstant kraft påført dem kan sammenlignes med nedstigningen af ​​en faldskærmsudspringer med en åben baldakin. I begge tilfælde opnås en ensartet accelereret bevægelse.

Faldskærmsudspringeren bevæger sig på grund af tyngdekraften mod jorden, som modvirkes af luftmodstandens kraft. Elektroner påvirkes af den kraft, der påføres dem elektrisk felt, og dens bevægelse hæmmes af kontinuerlige kollisioner med andre partikler - ioner af krystalgitre, på grund af hvilke en del af virkningen af ​​den påførte kraft slukkes.

I begge tilfælde når faldskærmsudspringerens gennemsnitshastighed og elektronbevægelsen en konstant værdi.

Dette skaber en ret unik situation, hvor hastigheden:

• en elektrons korrekte bevægelse bestemmes af en værdi af størrelsesordenen 0,1 millimeter pr. sekund;

• strømmen af ​​elektrisk strøm svarer til en meget højere værdi - hastigheden af ​​udbredelse af lysbølger: omkring 300 tusinde kilometer i sekundet.

Dermed, strømning af elektrisk strøm skabes, hvor der påføres en spænding til elektronerne, og som følge heraf begynder de at bevæge sig med lysets hastighed inde i det ledende medium.

Når elektroner bevæger sig i et metals krystalgitter, opstår der en anden interessant regelmæssighed: det kolliderer med cirka hver tiende modion.Det vil sige, at det med succes undgår omkring 90% af ionkollisioner.

Dette fænomen kan forklares ikke kun af lovene i den grundlæggende klassiske fysik, som almindeligvis forstås af de fleste mennesker, men også af de yderligere operationelle love, der er beskrevet af teorien om kvantemekanik.

Hvis vi kort udtrykker deres handling, så kan vi forestille os, at elektronernes bevægelse inde i metaller hindres af tunge «svingende» store ioner, der giver yderligere modstand.

Denne effekt er især mærkbar ved opvarmning af metaller, når "svinget" af tunge ioner øges og reducerer den elektriske ledningsevne af ledningernes krystalgitre.

Derfor, når metaller opvarmes, stiger deres elektriske modstand altid, og når de afkøles, øges deres ledningsevne. Når metallets temperatur falder til kritiske værdier tæt på værdien af ​​det absolutte nul, opstår fænomenet superledning i mange af dem.

Elektrisk strøm er, afhængigt af dens værdi, i stand til at gøre forskellige ting. For en kvantitativ vurdering af dens muligheder tages en værdi kaldet strømstyrke. Dens størrelse i det internationale målesystem er 1 ampere. For at angive strømstyrken i den tekniske litteratur er indekset «I» overtaget.

Spænding

Dette udtryk bruges som en karakteristik af en fysisk størrelse, der udtrykker det arbejde, der er brugt på at overføre en elektrisk ladning af en testenhed fra et punkt til et andet uden at ændre karakteren af ​​placeringen af ​​de resterende ladninger på de aktive feltkilder.

Da start- og slutpunkterne har forskellige energipotentialer, er arbejdet for at flytte ladningen eller spændingen lig med forholdet mellem forskellen mellem disse potentialer.

Forskellige termer og metoder bruges til at beregne spændingen afhængigt af strømmene. Kan ikke være:

1. konstant — i elektrostatiske og konstante strømkredsløb;

2. veksel — i kredsløb med vekselstrøm og sinusformet strøm.

I det andet tilfælde bruges sådanne yderligere karakteristika og typer af stress som:

• amplitude — den største afvigelse fra abscisseaksens nulposition;

• øjeblikkelig værdi, som udtrykkes på et bestemt tidspunkt;

• effektiv, effektiv eller på anden måde kaldet rodmiddelværdi, bestemt af det aktive arbejde udført i en halv periode;

• korrigeret gennemsnitsværdi beregnet modulo den korrigerede værdi af en harmonisk periode.

Til den kvantitative vurdering af spænding blev den internationale enhed på 1 volt introduceret, og symbolet «U» blev dens betegnelse.

Ved transport af elektrisk energi gennem luftledninger afhænger understøtningens design og deres dimensioner af værdien af ​​den anvendte spænding. Dens værdi mellem lederne af faserne kaldes lineær og i forhold til hver leder og jordfase.

Denne regel gælder for alle typer flyselskaber.

I indenlandske elektriske netværk i vores land er standarden en trefaset spænding på 380/220 volt.

Elektrisk modstand

Udtrykket bruges til at karakterisere et stofs egenskaber til at svække passagen af ​​en elektrisk strøm gennem det.I dette tilfælde kan forskellige miljøer vælges, stoffets temperatur eller dets dimensioner kan ændres.

I DC-kredsløb udfører modstanden aktivt arbejde, hvorfor den kaldes aktiv. For hver sektion er den direkte proportional med den påførte spænding og omvendt proportional med den passerende strøm.

Følgende begreber introduceres i vekselstrømsordninger:

• impedans;

• bølgemodstand.

Elektrisk impedans kaldes også kompleks eller komponentimpedans:

• aktiv;

• reaktive.

Reaktivitet kan til gengæld være:

• kapacitiv;

• induktiv.

Forbindelserne mellem modstandstrekantens impedanskomponenter er beskrevet.

I en elektrodynamisk beregning bestemmes bølgeimpedansen af ​​en strømledning af forholdet mellem spændingen fra den indfaldende bølge og værdien af ​​strømmen, der passerer langs bølgelinjen.

Modstandsværdien tages som en international måleenhed på 1 Ohm.

Forholdet mellem strøm, spænding, modstand

Et klassisk eksempel på at udtrykke forholdet mellem disse karakteristika er en sammenligning med et hydraulisk kredsløb, hvor bevægelseskraften af ​​livsstrømmen (analog - størrelsen af ​​strømmen) afhænger af værdien af ​​den kraft, der påføres stemplet (skabt spænding) og karakteren af ​​strømningslinjerne, lavet af indsnævringer (modstand).

De matematiske love, der beskriver forholdet mellem elektrisk modstand, strøm og spænding, blev først offentliggjort og patenteret af Georg Ohm. Han udledte lovene for hele det elektriske kredsløb og dets sektion. Se her for flere detaljer: Anvendelse af Ohms lov i praksis

Amperemetre, voltmetre og ohmmetre bruges til at måle de grundlæggende elektriske mængder af elektricitet.

Et amperemeter måler strømmen, der løber gennem kredsløbet. Da det ikke ændrer sig i hele det lukkede område, placeres amperemeteret hvor som helst mellem spændingskilden og brugeren, hvilket skaber en passage af ladninger gennem enhedens målehoved.

Et voltmeter bruges til at måle spændingen ved brugerens terminaler forbundet til strømkilden.

Modstandsmålinger med et ohmmeter kan kun udføres med slukket bruger. Dette skyldes, at ohmmeteret udsender en kalibreret spænding og måler strømmen, der løber gennem testhovedet, som konverteres til ohm ved at dividere spændingen med strømværdien.

Enhver tilslutning af en ekstern laveffektspænding under målingen vil skabe yderligere strømme og forvrænge resultatet. I betragtning af, at ohmmeterets interne kredsløb har lav effekt, så i tilfælde af fejlagtige modstandsmålinger, når der påføres en ekstern spænding, fejler enheden ret ofte på grund af det faktum, at dets interne kredsløb brænder ud.

At kende de grundlæggende egenskaber ved strøm, spænding, modstand og forholdet mellem dem gør det muligt for elektrikere at udføre deres arbejde med succes og pålideligt betjene elektriske systemer, og fejltagelser ender meget ofte i ulykker og skader.