Handlinger af elektrisk strøm: termisk, kemisk, magnetisk, let og mekanisk

Elektrisk strøm i et kredsløb manifesterer sig altid gennem en eller anden form for dets handling. Dette kan både være drift ved en bestemt belastning og den samtidige effekt af strømmen. Ved strømmens virkning kan dens tilstedeværelse eller fravær i et givet kredsløb bedømmes: hvis belastningen fungerer, er der strøm. Hvis der observeres et typisk fænomen, der ledsager strømmen, er der en strøm i kredsløbet osv.

I princippet er elektrisk strøm i stand til at forårsage forskellige handlinger: termiske, kemiske, magnetiske (elektromagnetiske), lys eller mekaniske, og forskellige typer strømhandlinger forekommer ofte samtidigt. Disse aktuelle fænomener og handlinger vil blive diskuteret i denne artikel.

Termisk effekt af elektrisk strøm

Når der løber jævnstrøm eller vekselstrøm gennem en ledning, varmes ledningen op. Sådanne varmetråde under forskellige forhold og anvendelser kan være: metaller, elektrolytter, plasma, smeltede metaller, halvledere, halvmetaller.

I det enkleste tilfælde, hvis for eksempel en elektrisk strøm passerer gennem en nichrome ledning, vil den varme op. Dette fænomen bruges i varmeapparater: i elkedler, i kedler, i varmeapparater, elektriske komfurer osv. Ved elektrisk lysbuesvejsning når temperaturen på den elektriske lysbue normalt 7000 ° C, og metallet smelter let, dette er også en varmeeffekt af strømmen.

Mængden af ​​varme, der frigives i sektionen af ​​kredsløbet, afhænger af den spænding, der påføres denne sektion, værdien af ​​strømmen, og tidspunktet for dens flow (Joule-Lenz-loven).

Når du har konverteret Ohms lov for et kredsløb, kan du bruge enten spænding eller strøm til at beregne varmemængden, men så skal du kende modstanden i kredsløbet, fordi det begrænser strømmen og faktisk forårsager opvarmning. Eller ved at kende strøm og spænding i et kredsløb, kan du lige så nemt finde mængden af ​​genereret varme.

Kemisk virkning af elektrisk strøm

Elektrolytter indeholdende ioner ved jævnstrøm elektrolyseret — dette er strømmens kemiske virkning. Negative ioner (anioner) tiltrækkes af den positive elektrode (anode) under elektrolyse, og positive ioner (kationer) tiltrækkes af den negative elektrode (katode). Det vil sige, at stofferne i elektrolytten frigives under elektrolyse ved strømkildens elektroder.

For eksempel er et par elektroder nedsænket i en opløsning af en bestemt syre, alkali eller salt, og når en elektrisk strøm passerer gennem kredsløbet, skabes en positiv ladning på den ene elektrode og en negativ ladning på den anden. Ionerne indeholdt i opløsningen begynder at aflejre sig på elektroden med en omvendt ladning.

For eksempel, under elektrolysen af ​​kobbersulfat (CuSO4), flytter kobberkationer Cu2 + med en positiv ladning til den negativt ladede katode, hvor de modtager den manglende ladning og bliver til neutrale kobberatomer, der sætter sig på overfladen af ​​elektroden. Hydroxylgruppen -OH vil donere elektroner til anoden, og oxygen vil blive frigivet som et resultat. De positivt ladede hydrogenkationer H+ og de negativt ladede SO42- anioner forbliver i opløsning.

Den kemiske virkning af en elektrisk strøm bruges i industrien, for eksempel til at nedbryde vand til dets bestanddele (brint og ilt). Elektrolyse giver dig også mulighed for at få nogle metaller i deres rene form. Ved hjælp af elektrolyse påføres overfladen et tyndt lag af et bestemt metal (nikkel, krom) - det er det galvanisk belægning etc.

I 1832 fastslog Michael Faraday, at massen m af stoffet frigivet ved elektroden er direkte proportional med den elektriske ladning q, der passerede gennem elektrolytten. Hvis en jævnstrøm I løber gennem elektrolytten i tiden t, så gælder Faradays første lov om elektrolyse:

Her kaldes proportionalitetsfaktoren k for stoffets elektrokemiske ækvivalent. Det er numerisk lig med massen af ​​et stof, der frigives, når en elektrisk ladning passerer gennem elektrolytten, og afhænger af stoffets kemiske natur.

Magnetisk virkning af elektrisk strøm

I nærvær af en elektrisk strøm i enhver leder (i fast, flydende eller gasformig tilstand) observeres et magnetfelt omkring lederen, det vil sige, at den strømførende leder får magnetiske egenskaber.

Så hvis der føres en magnet til den ledning, som strømmen løber igennem, for eksempel i form af en magnetisk kompasnål, så vil nålen dreje vinkelret på ledningen, og hvis du vikler ledningen på en jernkerne og passerer en direkte strøm gennem ledningen, vil kernen blive elektromagnet.

I 1820 opdagede Ørsted den magnetiske effekt af strøm på en magnetisk nål, og Ampere etablerede de kvantitative love for den magnetiske vekselvirkning af strømførende ledninger.

Det magnetiske felt genereres altid af strøm, det vil sige bevægende elektriske ladninger, især ladede partikler (elektroner, ioner). Modsatte strømme frastøder hinanden, ensrettede strømme tiltrækker hinanden.

En sådan mekanisk interaktion opstår på grund af samspillet mellem magnetiske felter af strømme, det vil sige, det er først og fremmest en magnetisk interaktion, og først derefter - mekanisk. Således er den magnetiske vekselvirkning af strømmene primær.

I 1831 fandt Faraday ud af, at et skiftende magnetfelt fra et kredsløb genererer en strøm i et andet kredsløb: Den genererede EMF er proportional med ændringshastigheden af ​​den magnetiske flux. Det er logisk, at det er den magnetiske virkning af strømme, der den dag i dag bruges i alle transformere, ikke kun i elektromagneter (for eksempel i industrielle).

Lyseffekt af elektrisk strøm

I sin enkleste form kan den lysende virkning af en elektrisk strøm iagttages i en glødelampe, hvis spole opvarmes af strømmen, der går gennem den, til hvid varme og udsender lys.

For en glødelampe udgør lysenergien omkring 5 % af den leverede elektricitet, hvoraf de resterende 95 % omdannes til varme.

Fluorescerende lamper omdanner mere effektivt den nuværende energi til lys — op til 20 % af elektriciteten omdannes til synligt lys takket være fosfor, der modtager ultraviolet stråling fra en elektrisk udladning i kviksølvdamp eller i en inert gas såsom neon.

Lyseffekten af ​​elektrisk strøm realiseres mere effektivt i LED'er. Når en elektrisk strøm passerer gennem pn-forbindelsen i fremadgående retning, rekombinerer ladningsbærerne - elektroner og huller - med udsendelsen af ​​fotoner (på grund af elektronernes overgang fra et energiniveau til et andet).

De bedste lysemittere er halvledere med direkte mellemrum (det vil sige dem, hvor direkte optiske overgange er tilladt), såsom GaAs, InP, ZnSe eller CdTe. Ved at ændre sammensætningen af ​​halvlederne kan der laves lysdioder til alle slags bølgelængder fra ultraviolet (GaN) til mid-infrarød (PbS). Effektiviteten af ​​LED'en som lyskilde når et gennemsnit på 50%.

Mekanisk virkning af elektrisk strøm

Som nævnt ovenfor dannes enhver leder, gennem hvilken en elektrisk strøm løber, omkring sig selv magnetfelt… Magnetiske påvirkninger omdannes til bevægelse, for eksempel i elektriske motorer, i magnetiske løfteanordninger, i magnetventiler, i relæer osv.

Den mekaniske virkning af en strøm på en anden er beskrevet af Amperes lov. Denne lov blev først oprettet af Andre Marie Ampere i 1820 for jævnstrøm. Fra Amperes lov det følger, at parallelle ledninger med elektriske strømme, der flyder i én retning, tiltrækker, og dem i modsatte retninger frastøder.

Amperes lov kaldes også den lov, der bestemmer den kraft, hvormed et magnetfelt virker på et lille segment af en strømførende leder. Den kraft, hvormed et magnetfelt virker på et element af en strømførende ledning i et magnetfelt, er direkte proportional med strømmen i ledningen og elementvektorproduktet af ledningens længde og den magnetiske induktion.

Dette princip er baseret på drift af elektriske motorer, hvor rotoren spiller rollen som en ramme med en strøm orienteret i statorens ydre magnetfelt med drejningsmomentet M.