Elektricitet

Hvad er elektrisk strøm

Elektricitet — rettet bevægelse af elektrisk ladede partikler under stød elektrisk felt... Sådanne partikler kan være: i ledere - elektroner, i elektrolytter - ioner (kationer og anioner), i halvledere - elektroner og såkaldte "huller" ("konduktivitet af elektronhuller"). Der er også en «forspændingsstrøm», hvis flow skyldes processen med at oplade kapacitansen, det vil sige fra en ændring i potentialforskellen mellem pladerne. Der sker ingen partikelbevægelse mellem pladerne, men strøm løber gennem kondensatoren.

I teorien om elektriske kredsløb anses strøm for at være den rettede bevægelse af ladningsbærere i et ledende medium under påvirkning af et elektrisk felt.

Ledningsstrøm (kun strøm) i teorien om elektriske kredsløb er mængden af ​​elektricitet, der strømmer per tidsenhed gennem tværsnittet af en ledning: i = q /T, hvor i - strøm. EN; q = 1,6·109 — elektronladning, С; t — tid, s.

Dette udtryk er gyldigt for DC-kredsløb. For vekselstrømkredsløb, den såkaldte Øjeblikkelig strømværdi lig med hastigheden af ​​ændring af ladningen over tid: i (t) = dq /dt.

Den første betingelse for den langsigtede eksistens af en elektrisk strøm af den betragtede type er tilstedeværelsen af ​​en kilde eller generator, der opretholder potentialforskellen mellem ladningsbærere. Den anden betingelse er lukning af vejen. Især, for at der kan eksistere en jævnstrøm, er det nødvendigt at have en lukket bane, langs hvilken ladninger kan bevæge sig i kredsløbet uden at ændre deres værdi.

Som du ved, i overensstemmelse med loven om bevarelse af elektriske ladninger, kan de ikke skabes eller ødelægges. Derfor, hvis et rumfang, hvor der strømmer elektriske strømme, er omgivet af en lukket overflade, skal strømmen, der flyder i det rumfang, være lig med den strøm, der flyder ud af det.

Mere om dette: Betingelser for eksistensen af ​​elektrisk strøm

Den lukkede vej, som en elektrisk strøm løber igennem, kaldes et elektrisk kredsløb eller elektrisk kredsløb. Elektrisk kredsløb — opdelt i to dele: den indre del, hvor elektrisk ladede partikler bevæger sig mod retningen af ​​elektrostatiske kræfter, og den ydre del, hvor disse partikler bevæger sig i retning af elektrostatiske kræfter. Enderne af elektroderne, som det eksterne kredsløb er forbundet til, kaldes klemmer.

Så en elektrisk strøm opstår, når et elektrisk felt vises på en sektion af et elektrisk kredsløb, eller en potentialforskel mellem to punkter på en ledning. Potentielle forskel mellem to punkter elektriske kredsløb kaldes spændingen eller spændingsfaldet i den del af kredsløbet.

I stedet for udtrykket "strøm" ("aktuel mængde") bruges ofte udtrykket "strømstyrke".Sidstnævnte kan dog ikke kaldes vellykket, da strømstyrken ikke er nogen kraft i ordets bogstavelige forstand, men kun intensiteten af ​​bevægelse af elektriske ladninger i lederen, mængden af ​​elektricitet, der passerer per tidsenhed gennem krydset. lederens tværsnitsareal.
Strømmen er karakteriseret strømstyrke, som i SI-systemet måles i ampere (A), og strømtæthed, som i SI-systemet måles i ampere per kvadratmeter.

En ampere svarer til bevægelsen gennem ledningens tværsnit i et sekund (s) af en ladning af elektricitet i mængden af ​​en coulomb (C):

1A = 1C/s.

I det generelle tilfælde, der angiver strømmen med bogstavet i og ladningen q, får vi:

i = dq / dt.

Enheden for strøm kaldes ampere (A).

Ampere (A) — styrken af ​​en jævnstrøm, som, når den passerer gennem to parallelle lige ledere af uendelig længde og ubetydeligt tværsnit, placeret i et vakuum i en afstand af 1 m fra hinanden, skaber mellem disse ledere 2·10 -7 H for hver meter længde .

Strømmen i ledningen er 1 A, hvis en elektrisk ladning svarende til 1 coulomb passerer gennem ledningens tværsnit på 1 s.

Ris. 1. Retningsbestemt bevægelse af elektroner i en leder

Hvis en spænding virker på ledningen, så opstår der et elektrisk felt inde i ledningen. Med en feltstyrke E virker en kraft f = Ee på elektroner med ladning e. Størrelserne e og E er vektorstørrelser. Under den frie vej opnår elektronerne en rettet bevægelse sammen med en kaotisk. Hver elektron har en negativ ladning og modtager hastighedskomponenten modsat vektoren E (fig. 1). Den ordnede bevægelse, karakteriseret ved en vis gennemsnitlig hastighed af elektronerne vcp, bestemmer strømmen af ​​elektrisk strøm.

Elektroner kan have rettet bevægelse i fordærvede gasser. I elektrolytter og ioniserede gasser skyldes strøm hovedsageligt ionernes bevægelse. I overensstemmelse med det faktum, at positivt ladede ioner bevæger sig fra den positive pol til den negative pol i elektrolytter, er strømmens retning historisk blevet antaget at være modsat retningen af ​​elektronstrømmen.

Strømmens retning tages som den retning, de positivt ladede partikler bevæger sig i, dvs. retning modsat elektronbevægelsen.
I teorien om elektriske kredsløb tages retningen af ​​strømmen i et passivt kredsløb (uden for energikilderne) som bevægelsesretningen for positivt ladede partikler fra et højere potentiale til et lavere. Denne retning blev taget i begyndelsen af ​​udviklingen af ​​elektroteknik og modsiger den sande bevægelsesretning af ladningsbærere - elektroner, der bevæger sig i ledende medier fra minus til plus.

Retningen af ​​den elektriske strøm i elektrolytten og de frie elektroner i lederen

Størrelsen lig med forholdet mellem strømmen og tværsnitsarealet S kaldes strømtætheden: I / S

I dette tilfælde antages det, at strømmen er ensartet fordelt over ledningens tværsnit. Strømtæthed i ledninger måles normalt i A/mm2.

Ifølge typen af ​​bærere af elektriske ladninger og mediet for deres bevægelse er de opdelt i ledende strømme og forskydningsstrømme... Ledningsevne er opdelt i elektronisk og ionisk. For stationære tilstande skelnes der mellem to typer strømme: direkte og vekslende.

Overførsel af elektrisk stød kaldes fænomenet overførsel af elektriske ladninger fra ladede partikler eller kroppe, der bevæger sig i frit rum.Den vigtigste type elektrisk strømoverførsel er bevægelsen i hulrummet af elementært ladede partikler (bevægelsen af ​​frie elektroner i elektronrør), bevægelsen af ​​frie ioner i gasudladningsanordninger.

Forskydningsstrøm (polarisationsstrøm) kaldet den ordnede bevægelse af tilknyttede bærere af elektriske ladninger. Denne type strøm kan observeres i dielektrikum.

Samlet elektrisk strøm — en skalarværdi svarende til summen af ​​den elektriske ledningsstrøm, den elektriske overførselsstrøm og den elektriske forskydningsstrøm gennem den pågældende overflade.

Konstant kaldes en strøm, der kan ændre sig i størrelse, men som ikke ændrer sit fortegn i vilkårligt lang tid. Læs mere om det her: DC

Magnetiseringsstrøm — en konstant mikroskopisk (ampere) strøm, som er årsagen til eksistensen af ​​et iboende magnetfelt af magnetiserede stoffer.

Variabler kaldet strøm, der periodisk ændrer sig både i størrelse og fortegn. Mængden, der karakteriserer vekselstrømmen, er frekvensen (i SI-systemet måles den i hertz), hvis dens styrke ændres periodisk.

En højfrekvent vekselstrøm flyttes over ledningens overflade. Højfrekvente strømme bruges i maskinteknik til varmebehandling af deleoverflader og svejsning, i metallurgi til smeltning af metaller. Vekselstrømme er opdelt i sinusformet og ikke-sinusformet... En sinusformet strøm er en strøm, der ændres i henhold til en harmonisk lov:

i = synd wt,

hvor jeg er, - spidsværdi (højeste) strømværdi, Ah,

Ændringshastigheden af ​​vekselstrøm er karakteriseret ved dens frekvens, defineret som antallet af komplette gentagne svingninger pr. tidsenhed.Frekvensen er angivet med bogstavet f og måles i hertz (Hz). Så en netstrømsfrekvens på 50 Hz svarer til 50 komplette svingninger i sekundet. Vinkelfrekvensen w er strømændringshastigheden i radianer pr. sekund og er relateret til frekvensen ved et simpelt forhold:

w = 2pi f

Stationære (faste) værdier af jævn- og vekselstrøm betyder med stort I ikke-stationære (øjeblikkelige) værdier - med bogstavet i. Normalt er den positive retning af strøm bevægelsesretningen for positive ladninger.

Vekselstrøm Det er en strøm, der ændrer sig i henhold til sinusloven over tid.

Vekselstrøm betyder også strøm i konventionelle enfasede og trefasede netværk. I dette tilfælde ændres parametrene for vekselstrømmen i henhold til den harmoniske lov.

Da AC-strømmen ændrer sig over tid, er simple løsninger, der er egnede til DC-kredsløb, ikke direkte anvendelige her. Ved meget høje frekvenser kan ladninger oscillere - flyde fra et sted i kredsløbet til et andet og tilbage igen. I dette tilfælde, i modsætning til DC-kredsløb, kan strømmene i serieforbundne ledninger være ulige.

Kapacitanser i AC-kredsløb forstærker denne effekt. Når strømmen ændrer sig, mærkes derudover selvinduktionseffekter, som bliver betydelige selv ved lave frekvenser, hvis der anvendes højinduktansspoler.

Ved relativt lave frekvenser kan AC-kredsløbet stadig beregnes vha Kirchhoffs reglersom dog skal ændres i overensstemmelse hermed.

Et kredsløb, der indeholder forskellige modstande, induktorer og kondensatorer, kan opfattes som en generaliseret modstand, kondensator og induktor forbundet i serie.

Overvej egenskaberne af et sådant kredsløb forbundet med en sinusformet vekselstrømsgenerator. For at formulere reglerne for beregning af vekslende kredsløb skal du finde forholdet mellem spændingsfaldet og strømmen for hver af komponenterne i et sådant kredsløb.

Kondensator spiller helt forskellige roller i AC- og DC-kredsløb. Hvis for eksempel en elektrokemisk celle er forbundet til kredsløbet, så kondensatoren begynder at opladesindtil spændingen i den bliver lig med elementets emk. Så stopper opladningen, og strømmen falder til nul.

Hvis kredsløbet er forbundet til en generator, vil elektroner i en halvcyklus strømme fra kondensatorens venstre plade og akkumulere til højre og i den anden - omvendt.

Disse bevægelige elektroner udgør en vekselstrøm, hvis styrke er ens på begge sider af kondensatoren. Så længe AC-frekvensen ikke er særlig høj, er strømmen gennem modstanden og induktoren også den samme.

I enheder, der forbruger vekselstrøm, bliver vekselstrømmen ofte ensrettet ensrettere at opnå jævnstrøm.

Ledere til elektrisk strøm

Elektrisk strøm i alle dens former er et kinetisk fænomen, analogt med strømmen af ​​væsker i lukkede hydrauliske systemer. I analogi kaldes processen med strømbevægelse «flow» (strømstrømme).

Det materiale, som strømmen løber i, kaldes leder… Nogle materialer går i superledning ved lave temperaturer. I denne tilstand viser de næsten ingen modstand mod strøm, deres modstand har en tendens til nul.

I alle andre tilfælde modstår lederen strømmen, og som følge heraf omdannes en del af energien fra de elektriske partikler til varme.Strømstyrken kan beregnes ved Ohms lov for tværsnit af kredsløbet og Ohms lov for hele kredsløbet.

Bevægelseshastigheden af ​​partikler i tråde afhænger af trådens materiale, partiklens masse og ladning, miljøets temperatur, den anvendte potentialforskel og er meget mindre end lysets hastighed. Imidlertid er udbredelseshastigheden af ​​selve den elektriske strøm lig med lysets hastighed i et givet medium, det vil sige udbredelseshastigheden af ​​fronten af ​​en elektromagnetisk bølge.

Hvordan elektricitet påvirker den menneskelige krop

Strøm, der passerer gennem menneske- eller dyrekroppen, kan forårsage elektriske forbrændinger, fibrillering eller død. På den anden side bruges elektrisk strøm i intensiv pleje, til behandling af psykiske sygdomme, især depression, elektrisk stimulering af visse områder af hjernen bruges til at behandle sygdomme som Parkinsons sygdom og epilepsi, en pacemaker der stimulerer en hjertemuskel med pulserende strøm bruges til bradykardi. Hos mennesker og dyr bruges strøm til at overføre nerveimpulser.

Af sikkerhedsmæssige årsager er den mindste modtagelige strøm for en person 1 mA. Strømmen bliver farlig for en persons liv fra en styrke på omkring 0,01 A. Strømmen bliver dødelig for en person fra en styrke på omkring 0,1 A. En spænding på mindre end 42 V anses for sikker.