Електричний струм виникає за наявності. У вакуумі та газі

Електричний струм

Насамперед, варто з'ясувати, що є електричним струмом. Електричний струм – це впорядкований рух заряджених частинок у провіднику. Щоб він виник, слід заздалегідь створити електричне поле, під дією якого вищезгадані заряджені частинки почнуть рухатися.

Перші відомості про електрику, що з'явилися багато століть тому, належали до електричних зарядів, отриманих за допомогою тертя. Вже в давнину люди знали, що бурштин, потертий об шерсть, набуває здатності притягувати легкі предмети. Але тільки наприкінці XVI століття англійський лікар Джильберт докладно досліджував це явище і з'ясував, що такі самі властивості мають і багато інших речовин. Тіла, здатні, подібно до бурштину, після натирання притягувати легкі предмети, він назвав наелектризованими. Це слово утворене від грецького електрон – «бурштин». Нині говоримо, що у тілах у такому стані є електричні заряди, а самі тіла називаються «зарядженими».

Електричні заряди завжди виникають при тісному контакті різних речовин. Якщо тіла тверді, їх тісному зіткненню перешкоджають мікроскопічні виступи і нерівності, що є з їхньої поверхні. Здавлюючи такі тіла і притираючи їх одне до одного, ми зближуємо їх поверхні, які без натиску торкалися б лише кількох точках. У деяких тілах електричні заряди можуть вільно переміщатися між різними частинами, А в інших це неможливо. У першому випадку тіла називають «провідники», а у другому – «діелектрики, або ізолятори». Провідниками є всі метали, водні розчини солей і кислот та ін. Прикладами ізоляторів можуть бути бурштин, кварц, ебоніт і всі гази, що знаходяться в нормальних умовах.

Проте слід зазначити, що поділ тіл на провідники та діелектрики дуже умовний. Усі речовини більшою чи меншою мірою проводять електрику. Електричні заряди бувають позитивними та негативними. Такого роду струм проіснує недовго, бо в наелектризованому тілі скінчиться заряд. Для тривалого існування електричного струмуу провіднику необхідно підтримувати електричне поле. Для цього використовуються джерела електроструму. Найпростіший випадок виникнення електричного струму - коли один кінець дроту з'єднаний з наэлектризованным тілом, а інший - із землею.

Електричні ланцюги, що підводять струм до освітлювальних ламп і електромоторів, з'явилися лише після винаходу батарей, що датується приблизно 1800 роком. Після цього розвиток вчення про електрику пішов так швидко, що менш ніж за сторіччя воно стало не просто частиною фізики, а лягло в основу нової електричної цивілізації.

Основні величини електричного струму

Кількість електрики та сила струму. Дії електричного струму можуть бути сильними чи слабкими. Сила дії електричного струму залежить від величини заряду, що протікає ланцюгом за певну одиницю часу. Чим більше електронів перемістилося від одного полюса джерела до іншого, тим більше заряд, перенесений електронами. Такий загальний заряд називається кількість електрики, що проходить крізь провідник.

Від кількості електрики залежить, зокрема, хімічна дія електричного струму, тобто чим більший заряд пройшов через розчин електроліту, тим більше речовини осяде на катоді та аноді. У зв'язку з цим кількість електрики можна підрахувати, зваживши масу речовини, що відклалася на електроді, і знаючи масу і заряд одного іона цієї речовини.

Силою струму називається величина, яка дорівнює відношенню електричного заряду, що пройшов через поперечний переріз провідника, на час його протікання. Одиницею виміру заряду є кулон (Кл), час вимірюється в секундах (с). І тут одиниця сили струму виявляється у Кл/с. Таку одиницю називають ампером (А). Для того, щоб виміряти силу струму в ланцюзі, застосовують електровимірювальний прилад, званий амперметром. Для включення в ланцюг амперметр забезпечений двома клемами. У його ланцюг включають послідовно.

Електрична напруга. Ми вже знаємо, що електричний струм є впорядкованим рухом заряджених частинок - електронів. Цей рух створюється за допомогою електричного поля, яке здійснює при цьому певну роботу. Це називається роботою електричного струму. Для того, щоб перемістити більший заряд електричним ланцюгом за 1 с, електричне поле повинно виконати велику роботу. Виходячи з цього, з'ясовується, що робота електричного струму має залежати від сили струму. Але існує ще одне значення, від якого залежить робота струму. Цю величину називають напругою.

Напруга - це відношення роботи струму на певній ділянці електричного ланцюга до заряду, що протікає по цій же ділянці ланцюга. Робота струму вимірюється у джоулях (Дж), заряд – у кулонах (Кл). У зв'язку з цим одиницею виміру напруги стане 1 Дж/Кл. Цю одиницю назвали вольтом (В).

Для того щоб в електричному ланцюзі виникла напруга, потрібне джерело струму. При розімкнутому ланцюгу напруга є тільки на клемах джерела струму. Якщо це джерело струму включити в ланцюг, напруга виникне і окремих ділянках ланцюга. У зв'язку з цим з'явиться струм у ланцюгу. Тобто коротко можна сказати таке: якщо в ланцюзі немає напруги, немає і струму. Для того щоб виміряти напругу застосовують електровимірювальний прилад, званий вольтметром. Своїм зовнішнім виглядомвін нагадує амперметр, що раніше згадувався, з тією лише різницею, що на шкалі вольтметра стоїть буква V (замість А на амперметрі). Вольтметр має дві клеми, за допомогою яких він паралельно вмикається в електричний ланцюг.

Електричний опір. Після підключення в електричний ланцюг усіляких провідників та амперметра можна помітити, що при використанні різних провідників амперметр видає різні показання, тобто в цьому випадку сила струму, що є в електричному ланцюзі, різна. Це можна пояснити тим, що різні провідники мають різний електричний опір, що є фізичну величину. На честь німецького фізика її назвали Омом. Як правило, у фізиці застосовуються більше великі одиниці: кілоом, мегаом та ін. Опір провідника зазвичай позначається буквою R, довжина провідника - L, площа поперечного перерізу- S. У цьому випадку можна опір записати у вигляді формули:

де коефіцієнт р називається питомим опором. Цей коефіцієнт виражає опір провідника довжиною в 1 м при площі поперечного перерізу, що дорівнює 1 м2. Питомий опір виражається в Ом х м. Оскільки дроти, як правило, мають досить малий переріз, зазвичай їх площі виражають у квадратних міліметрах. І тут одиницею питомого опору стане Ом x мм2/м. У наведеній нижче табл. 1 показані питомі опори деяких матеріалів.

За даними табл. 1 стає зрозуміло, що найменший питомий електричний опір має мідь, найбільше - метал металів. Крім цього, великий питомий опір мають діелектрики (ізолятори).

Електрична ємність. Ми вже знаємо, що два ізольовані один від одного провідники можуть накопичувати електричні заряди. Це характеризується фізичної величиною, яку назвали електричної ємністю. Електрична ємність двох провідників - не що інше, як відношення заряду одного з них до різниці потенціалів між цим провідником та сусіднім. Чим менше буде напруга при отриманні заряду провідниками, тим більша їхня ємність. За одиницю електричної ємності приймають фарад (Ф). Насправді застосовуються частки цієї одиниці: микрофарад (мкФ) і пикофарад (пФ).

Яндекс.ДиректУсі оголошенняКвартири подобово в Казані!Квартири від 1000 руб. подобово. Міні-готелі. Звітні документи16.forguest.ru Квартири подобово в КазаніЗатишні квартири у всіх районах Казані. Швидка оренда квартир подобово. Новий Яндекс.Браузер!Зручні закладки та надійний захист. Браузер для приємних прогулянок мережею!browser.yandex.ru 0+

Якщо взяти два ізольованих один від одного провідника, розмістити їх на невеликій відстані один від одного, то вийде конденсатор. Місткість конденсатора залежить від товщини його пластин і товщини діелектрика та його проникності. Зменшуючи товщину діелектрика між пластинами конденсатора можна набагато збільшити ємність останнього. На всіх конденсаторах, окрім їхньої ємності, обов'язково вказується напруга, на яку розраховані ці пристрої.

Робота та потужність електричного струму. Зі сказаного вище відомо, що електричний струм здійснює певну роботу. При підключенні електродвигунів електрострум змушує працювати всіляке обладнання, рухає рейками поїзда, освітлює вулиці, обігріває житло, а також справляє хімічний вплив, тобто дозволяє виконувати електроліз і т. д. Можна сказати, що робота струму на певній ділянці ланцюга дорівнює добутку сили струму, напруги та часу, протягом якого здійснювалася робота. Робота вимірюється в джоулях, напруга – у вольтах, сила струму – амперах, час – у секундах. У зв'язку з цим 1 Дж = 1В х 1А х 1с. З цього виходить, щоб виміряти роботу електричного струму, слід задіяти відразу три прилади: амперметр, вольтметр і годинник. Але це громіздко та малоефективно. Тому, як правило, роботу електричного струму заміряють електричними лічильниками. У пристрої даного приладує всі вищеназвані прилади.

Потужність електричного струму дорівнює відношенню роботи струму до часу, протягом якого вона відбувалася. Потужність позначається літерою «Р» і виявляється у ватах (Вт). На практиці використовують кіловати, мегавати, гектовати та ін. Для того щоб заміряти потужність ланцюга, потрібно взяти ватметр. Електротехніки роботу струму виражають у кіловат-годинах (кВтч).

Основні закони електричного струму

Закон Ома. Напруга та струм вважаються найбільш зручними характеристиками електричних кіл. Однією з головних особливостей застосування електрики є швидке транспортування енергії з одного місця в інше та передача її споживачеві в потрібну форму. Добуток різниці потенціалів на силу струму дає потужність, тобто кількість енергії, що віддається в ланцюзі на одиницю часу. Як було сказано вище, щоб виміряти потужність в електричному ланцюзі, знадобилося б 3 прилади. А чи не можна обійтися одним і обчислити потужність за його показаннями та якоюсь характеристикою ланцюга, на кшталт його опору? Багатьом ця ідея сподобалася, вони вважали її плідною.

Отже, що ж таке опір дроту чи ланцюга загалом? Чи має дріт, подібно водопровідним трубамчи трубам вакуумної системи, постійною властивістю, яку можна було б назвати опором? Наприклад, у трубах відношення різниці тиску, що створює потік, поділений на витрату, зазвичай є постійною характеристикою труби. Так само тепловий потік у дроті підпорядковується простому співвідношенню, в яке входить різниця температур, площа поперечного перерізу дроту та його довжина. Відкриття такого співвідношення для електричних кіл стало результатом успішних пошуків.

У 1820-х роках німецький шкільний вчитель Георг Ом першим розпочав пошуки вищезгаданого співвідношення. Насамперед, він прагнув слави та популярності, які б дозволили йому викладати в університеті. Тільки тому він вибрав таку сферу досліджень, яка обіцяла особливі переваги.

Він був сином слюсаря, тому знав, як витягувати металевий дріт різної товщини, потрібний йому для дослідів. Оскільки на той час не можна було купити придатний дріт, Ом виготовляв його власноруч. Під час дослідів він пробував різні довжини, різні товщини, різні метали та навіть різні температури. Усі ці чинники він варіював по черзі. За часів Ома батареї були ще слабкі, давали струм непостійної величини. У зв'язку з цим дослідник як генератор застосував термопару, гарячий спай якої був поміщений в полум'я. Крім цього, він використовував грубий магнітний амперметр, а різниці потенціалів (Ом називав їх «напруженнями») заміряв шляхом зміни температури або числа термоспаїв.

Вчення про електричні ланцюги тільки-но отримало свій розвиток. Після того, як приблизно в 1800 році винайшли батареї, воно стало розвиватися набагато швидше. Проектувалися і виготовлялися (досить часто вручну) різні прилади, відкривалися нові закони, з'являлися поняття та терміни і т. д. Усе це призвело до глибшого розуміння електричних явищ та факторів.

Оновлення знань про електрику, з одного боку, стало причиною появи нової галузі фізики, з іншого боку, стало основою для бурхливого розвитку електротехніки, тобто були винайдені батареї, генератори, системи електропостачання для освітлення та електричного приводу, електропечі, електромотори та інше , інше.

Відкриття Ома мали велике значення як у розвитку вчення про електрику, так розвитку прикладної електротехніки. Вони дозволили легко пророкувати властивості електричних кіл для постійного струму, а згодом - для змінного. У 1826 році Ом опублікував книгу, в якій виклав теоретичні висновки та експериментальні результати. Але його надії не виправдалися, книгу зустріли глумом. Це сталося тому, що метод грубого експериментування здавався мало привабливим у епоху, коли багато хто захоплювався філософією.

Йому не залишалося нічого іншого, як залишити посаду викладача. Призначення в університет він не домігся з цієї причини. Протягом 6 років вчений жив у злиднях, без впевненості в майбутньому, відчуваючи гірке розчарування.

Але поступово його праці здобули популярність спочатку за межами Німеччини. Ома поважали за кордоном, користувалися його дослідженнями. У зв'язку із цим співвітчизники змушені були визнати його на батьківщині. 1849 року він отримав посаду професора Мюнхенського університету.

Ом відкрив простий закон, що встановлює зв'язок між силою струму та напругою для відрізка дроту (для частини ланцюга, для всього ланцюга). Крім цього, він склав правила, які дозволяють визначити, що зміниться, якщо взяти дріт іншого розміру. Закон Ома формулюється наступним чином: сила струму на ділянці ланцюга прямо пропорційна напрузі на цій ділянці і обернено пропорційна опору ділянки.

Закон Джоуля-Ленца. Електричний струм у будь-якій ділянці ланцюга виконує певну роботу. Наприклад візьмемо якусь ділянку ланцюга, між кінцями якого є напруга (U). За визначенням електричної напруги робота, що здійснюється при переміщенні одиниці заряду між двома точками, дорівнює U. Якщо сила струму на даній ділянці ланцюга дорівнює i, то за час t пройде заряд it, і тому робота електричного струму в цій ділянці буде:

Це вираз справедливо для постійного струму в будь-якому випадку, для будь-якої ділянки ланцюга, який може містити провідники, електромотори та ін. Потужність струму, тобто робота в одиницю часу, дорівнює:

Цю формулу застосовують у системі СІ визначення одиниці напруги.

Припустимо, що ділянка ланцюга є нерухомим провідником. У цьому випадку вся робота перетвориться на тепло, яке виділиться у цьому провіднику. Якщо провідник однорідний і підпорядковується закону Ома (сюди відносяться всі метали та електроліти), то:

де r – опір провідника. В такому випадку:

Цей закон уперше досвідченим шляхом вивів Е. Ленц і, незалежно від нього, Джоуль.

Слід зазначити, що нагрівання провідників знаходить численне застосування у техніці. Найпоширеніше і найважливіше серед них – освітлювальні лампи розжарювання.

Закон електромагнітної індукції. У першій половині ХІХ століття англійський фізик М. Фарадей відкрив явище магнітної індукції. Цей факт, став надбанням багатьох дослідників, дав потужний поштовх розвитку електро-і радіотехніки.

У ході дослідів Фарадей з'ясував, що при зміні числа ліній магнітної індукції, що пронизують поверхню, обмежену замкнутим контуром, у ньому виникає електричний струм. Це і є основою, мабуть, найважливішого закону фізики – закону електромагнітної індукції. Струм, який виникає у контурі, назвали індукційним. У зв'язку з тим, що електрострум виникає в ланцюгу тільки у разі впливу на вільні заряди сторонніх сил, то при змінному магнітному потоці, що проходить по поверхні замкнутого контуру, в ньому з'являються ці сторонні сили. Дія сторонніх сил у фізиці називається електрорушійною силою або ЕРС індукції.

Електромагнітна індукція з'являється також у незамкнутих провідниках. У тому випадку, коли провідник перетинає магнітні силові лінії, на його кінцях виникає напруга. Причиною появи такої напруги стає ЕРС індукції. Якщо магнітний потік, що проходить крізь замкнутий контур, не змінюється, то індукційний струм не з'являється.

За допомогою поняття «ЕРС індукції» можна розповісти про закон електромагнітної індукції, тобто ЕРС індукції в замкнутому контурі дорівнює модулю швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром.

Правило Ленца. Як ми знаємо, у провіднику виникає індукційний струм. Залежно та умовами своєї появи він має різний напрямок. З цього приводу російський фізик Ленц сформулював таке правило: індукційний струм, що виникає в замкнутому контурі, завжди має такий напрям, що створюване ним магнітне поле не дає магнітного потокузмінюватись. Усе це викликає виникнення індукційного струму.

Індукційний струм, як і будь-який інший, має енергію. Отже, у разі індукційного струму з'являється електрична енергія. Згідно із законом збереження та перетворення енергії, вищеназвана енергія може виникнути тільки за рахунок кількості енергії будь-якого іншого виду енергії. Таким чином, правило Ленца повністю відповідає закону збереження та перетворення енергії.

Крім індукції, у котушці може з'являтися так звана самоіндукція. Її суть полягає у наступному. Якщо в котушці виникає струм або його сила змінюється, то з'являється магнітне поле, що змінюється. А якщо змінюється магнітний потік, що проходить через котушку, то в ній виникає електрорушійна сила, яка називається ЕРС самоіндукції.

Згідно з правилом Ленца, ЕРС самоіндукції при замиканні ланцюга створює перешкоди силі струму і не дає їй зростати. При вимиканні ланцюга ЕРС самоіндукції знижує силу струму. У тому випадку, коли сила струму в котушці досягає певного значення, магнітне поле перестає змінюватися і ЕРС самоіндукції набуває нульового значення.

Що називають силою струму? Таке питання не раз і не два виникало у нас у процесі обговорення різних питань. Тому ми вирішили розібратися з ним докладніше, і спробуємо зробити це максимально доступною мовою без величезної кількості формул та незрозумілих термінів.

Отже, що називається електричним струмом? Це спрямований потік заряджених частинок. Але що це за частинки, з чого це раптом вони рухаються і куди? Це не дуже зрозуміло. Тому давайте розберемося у цьому питанні докладніше.

• Почнемо з питання про заряджені частинки, які є носіями електричного струму.. У різних речовин вони різні. Наприклад, що є електричний струм у металах? Це електрони. У газах - електрони та іони; у напівпровідниках – дірки; а в електролітах - це катіони та аніони.

• Ці частки мають певний заряд.Він може бути позитивним чи негативним. Визначення позитивного та негативного заряду дано умовно. Частинки, що мають однаковий заряд, відштовхуються, а різноіменний притягуються.

• Виходячи з цього, виходить логічним, що рух відбуватиметься від позитивного полюса до негативного. І чим більша кількість заряджених частинок є на одному зарядженому полюсі, тим більша їх кількість переміщатиметься до полюса з іншим знаком.
• Але все це глибока теорія, тому візьмемо конкретний приклад.Допустимо, у нас є розетка, до якої не підключено жодного приладу. Чи є там струм?
• Для відповіді на це питання нам необхідно знати, що таке напруга та струм.Щоб це було зрозуміліше, розберемо це на прикладі труби з водою. Якщо говорити спрощено, то труба – це наш провід. Перетин цієї труби – це напруга електричної мережі, а швидкість потоку – це і є наш електричний струм.
• Повертаємось до нашої розетки.Якщо проводити аналогію з трубою, розетка без підключених до неї електроприладів, це труба, закрита вентилем. Тобто електричного струму там немає.

• Але там є напруга.І якщо в трубі, щоб з'явився потік, потрібно відкрити вентиль, то щоб створити електричний струм у провіднику, треба підключити навантаження. Зробити це можна шляхом увімкнення вилки в розетку.
• Звичайно, це вельми спрощене уявлення питання, і деякі професіонали мене хаятимуть і вказуватимуть на неточності. Але воно дає уявлення про те, що називають електричним струмом.

Постійний та змінний струм

Наступним питанням, у якому ми пропонуємо розібратися – це: що таке змінний струм та постійний струм. Адже багато хто не зовсім правильно розуміє ці поняття.

Постійним називається струм, який протягом часу не змінює своєї величини та напрямку. Досить часто до постійного відносять пульсуючий струм, але давайте про все по порядку.

• Постійний струм характеризується тим, що однакова кількість електричних набоїв постійно змінює один одного в одному напрямку.Напрямок - це від одного полюса, до іншого.
• Виходить, що провідник завжди має або позитивний або негативний заряд.І впродовж часу це незмінно.

Зверніть увагу! При визначенні напрямку постійного струму можуть бути незгоди. Якщо струм утворюється рухом позитивно заряджених частинок, його напрямок відповідає руху частинок. Якщо ж струм утворений рухом негативно заряджених частинок, його напрям прийнято вважати протилежним руху частинок.

• Але під поняття, що таке постійний струм, досить часто відносять і так званий пульсуючий струм.Від постійного він відрізняється тим, що його значення протягом часу змінюється, але при цьому він не змінює свого знака.
• Припустимо, ми маємо струм 5А.Для постійного струму ця величина буде незмінною протягом усього періоду часу. Для пульсуючого струму в один відрізок часу вона буде 5, в інший 4, а в третій 4,5. Але при цьому він у жодному разі не знижується нижче за нуль, і не змінює свого знака.

• Такий пульсуючий струм дуже поширений при перетворенні змінного струмуу постійний.Саме такий пульсуючий струм видає ваш інвертор чи діодний міст в електроніці.
• Однією з головних переваг постійного струму є те, що його можна накопичувати.Зробити це можна своїми руками за допомогою акумуляторних батарей або конденсаторів.

Змінний струм

Щоб зрозуміти, що таке змінний струм, нам необхідно уявити синусоїду. Саме ця плоска крива найкраще характеризує зміну постійного струму і є стандартом.

Зверніть увагу! Наочно побачити, що таке змінний та постійний струм, можна на прикладі звичайної лампочки. Особливо добре це видно на неякісних діодних лампах, але, придивившись, можна побачити і на звичайній лампі розжарювання. При роботі на постійному струмі вони горять рівним світлом, а при роботі на змінному струмі ледь помітно мерехтять.

Що таке потужність та щільність струму?

Ну ось, ми з'ясували, що таке постійний струм, а що таке змінний. Але у вас, напевно, залишилося ще безліч питань. Їх ми і постараємося розглянути в цьому розділі нашої статті.

З цього відео Ви докладніше зможете дізнатися про те, що таке потужність.

• І першим із цих питань буде: що таке напруга електричного струму? Напругою називається різниця потенціалів між двома точками.

• Відразу постає питання, а що таке потенціал? Зараз мене знову хаятимуть професіонали, але скажемо так: це надлишок заряджених частинок. Тобто є одна точка, в якій надлишок заряджених частинок — і є друга точка, де цих заряджених частинок або більше, або менше. Ось ця різниця і називається напругою. Вимірюється вона у вольтах (В).

• Як приклад візьмемо звичайну розетку. Всі ви, напевно, знаєте, що її напруга становить 220В. У розетці у нас є два дроти, і напруга в 220В позначає, що потенціал одного дроту більше ніж потенціал другого дроту якраз на ці 220В.
• Розуміння поняття напруги необхідно для того, щоб зрозуміти, що таке потужність електричного струму. Хоча з професійної точки зору, цей вислів не зовсім вірний. Електричний струм не має потужності, але є її похідною.

• Щоб зрозуміти цей момент, знову повернемося до нашої аналогії з водяною трубою. Як ви пам'ятаєте перетин цієї труби – це напруга, а швидкість потоку в трубі – це струм. Так ось: потужність - це та кількість води, яка протікає через цю трубу.
• Логічно припустити, що при рівних перерізах, тобто напругах, чим сильніший потік, тобто електричний струм, тим більший потік води переміститься через трубу. Відповідно, тим більша потужність передасться споживачеві.
• Але якщо в аналогії з водою ми через трубу певного перерізу можемо передати певну кількість води, так як вода не стискається, то з електричним струмом все не так. Через будь-який провідник ми теоретично можемо передати будь-який струм. Але практично провідник невеликого перерізу при високій щільності струму просто перегорить.

• У зв'язку з цим нам необхідно розібратися з тим, що таке щільність струму. Грубо кажучи - це та кількість електронів, яка переміщається через певний перетин провідника за одиницю часу.
• Це число має бути оптимальним. Адже якщо ми візьмемо провідник великого перерізу, і передаватимемо через нього невеликий струм, то ціна такої електроустановки буде великою. У той же час, якщо ми візьмемо провідник невеликого перерізу, то через високу щільність струму він перегріватиметься і швидко перегорить.
• У зв'язку з цим у ПУЕ є відповідний розділ, який дозволяє вибрати провідники, виходячи з економічної щільності струму.

• Але чи повернемося до поняття, що таке потужність струму? Як ми зрозуміли за нашою аналогією, при однаковому перерізі труби потужність, що передається, залежить тільки від сили струму. Але якщо перетин нашої труби збільшити, тобто збільшити напругу, в цьому випадку, при однакових значенняхшвидкості потоку, будуть передаватися різні обсяги води. Те саме і в електриці.

• Чим вище напруга, тим менший струм необхідний передачі однакової потужності. Саме тому для передачі на великі відстані великих потужностей використовують високовольтні лінії електропередач.

Адже лінія перетином дроту 120 мм 2 на напругу 330кВ, здатна передати в рази більшу потужність у порівнянні з лінією такого ж перерізу, але напругою 35кВ. Хоча те, що називається силою струму, у них буде однаковою.

Способи передачі електричного струму

Що таке струм та напруга ми розібралися. Настав час розібратися зі способами розподілу електричного струму. Це дозволить надалі впевненіше почуватися у спілкуванні з електроприладами.

Як ми вже говорили, струм може бути змінним та постійним. У промисловості, і у вас у розетках використовується змінний струм. Він найпоширеніший, оскільки його легше передавати проводами. Справа в тому, що змінювати напругу постійного струму досить складно і дорого, а змінювати напругу змінного струму можна за допомогою звичайних трансформаторів.

Зверніть увагу! Жоден трансформатор змінного струму не працюватиме на постійному струмі. Оскільки властивості, які він використовує, притаманні лише змінному струму.

• Але це зовсім не означає, що постійний струм ніде не використовується. Він володіє іншим корисною властивістю, яке властиве змінному. Його можна накопичувати та зберігати.
• У зв'язку з цим, постійний струм використовують у всіх портативних електроприладах, залізничний транспорт, а також на деяких промислових об'єктах, де необхідно зберегти працездатність навіть після повного припинення електропостачання.

• Найпоширенішим способом зберігання електричної енергії, є акумуляторні батареї. Вони мають спеціальні хімічними властивостями, що дозволяють накопичувати, а потім при необхідності віддавати постійний струм.
• Кожен акумулятор має строго обмежений обсяг накопиченої енергії. Її називають ємністю батареї, і частково вона визначається пусковим струмом акумулятора.
• Що таке пусковий струм акумулятора? Це кількість енергії, яку акумулятор здатний віддати в самий початковий момент підключення навантаження. Справа в тому, що в залежності від фізико-хімічних властивостейакумулятори відрізняються за способом віддачі накопиченої енергії.

• Одні можуть віддати відразу багато. Через це вони, ясна річ, швидко розрядяться. А другі віддають довго, але потроху. Крім того, важливим аспектомакумулятор є можливість підтримки напруги.
• Справа в тому, що, як каже інструкція, в одних акумуляторів у міру віддачі ємності, плавно знижується і їхня напруга. Інші акумулятори здатні віддати практично всю ємність з однаковою напругою. Виходячи з цих основних властивостей і вибирають ці сховища для електроенергії.
• Для передачі постійного струму, у всіх випадках використовується два дроти. Це позитивна та негативна жила. Червоний та синій кольори.

Змінний струм

А ось зі змінним струмом все набагато складніше. Він може передаватися по одному, двом, трьом або чотирма проводами. Щоб пояснити це, нам потрібно розібратися з питанням: що таке трифазний струм?

• Змінний струм у нас виробляється генератором. Зазвичай майже всі їх мають трифазну структуру. Це означає, що генератор має три висновки і кожен з цих висновків видається електричний струм, який відрізняється від попередніх на кут в 120⁰.

• Щоб це зрозуміти, давайте згадаємо нашу синусоїду, яка є взірцем для опису змінного струму, і згідно із законами якої він змінюється. Візьмемо три фази - "А", "В" і "С", і візьмемо певну точку в часі. У цій точці синусоїда фази "А" знаходиться в нульовій точці, синусоїда фази "В" знаходиться в крайній позитивній точці, а синусоїда фази "С" - у крайній негативній точці.
• Кожну наступну одиницю часу змінний струм цих фазах буде змінюватися, але синхронно. Тобто через певний час у фазі «А» буде негативний максимум. У фазі "В" буде нуль, а у фазі "С" - позитивний максимум. А ще через деякий час вони знову зміняться.

• У результаті виходить, кожна з цих фаз має власний потенціал, відмінний від потенціалу сусідньої фази. Тому між ними обов'язково має бути щось, що не проводить електричного струму.
• Така різниця потенціалів між двома фазами називається лінійною напругою. Крім того, вони мають різницю потенціалів щодо землі – ця напруга називається фазною.
• І ось, якщо лінійна напруга між цими фазами становить 380В, то фазна напруга дорівнює 220В. Воно відрізняється на значення √3. Це правило діє завжди і для будь-яких напруг.

• Виходячи з цього, якщо нам потрібна напруга в 220В, то можна взяти один фазний провід, і провід жорстко підключений до землі. І в нас вийде однофазна мережа 220В. Якщо нам необхідна мережа 380В, то ми можемо взяти лише 2 будь-які фази, та підключити якийсь нагрівальний прилад як на відео.

Але в більшості випадків використовуються всі три фази. Усі потужні споживачі підключаються саме до трифазної мережі.

Висновок

Що таке індукційний струм, ємнісний струм, пусковий струм, струм холостого ходу, струми зворотної послідовності, блукаючі струми та багато іншого, ми просто не можемо розглянути в рамках однієї статті.

Адже питання електричного струму є досить об'ємним, і для його розгляду створена ціла наука електротехніка. Але ми дуже сподіваємося, що змогли пояснити доступною мовою основні аспекти цього питання, і тепер електричний струм не буде для вас чимось страшним і незрозумілим.

Не маючи певних початкових знань про електрику, важко уявити, як працюють електричні прилади, чому взагалі вони працюють, чому треба включати телевізор у розетку, щоб він запрацював, а ліхтарику вистачає маленької батарейки, щоб він світив у темряві.

І так розбиратимемося у всьому по порядку.

Електрика

Електрика– це природне явище, що підтверджує існування, взаємодію та рух електричних зарядів. Електрика вперше було виявлено ще у VII столітті до н. грецьким філософом Фалесом. Фалес звернув увагу, що якщо шматочок бурштину потерти об шерсть, він починає притягувати до себе легкі предмети. Бурштин давньогрецькою – електрон.

Ось так і уявляю собі, сидить Фалес, третій шматок бурштину про свій гіматій (це вовняний верхній одяг у стародавніх греків), а потім із спантеличеним виглядом дивиться, як до бурштину притягується волосся, уривки ниток, пір'я та шматки паперу.

Дане явище називається статичною електрикою. Ви можете повторити цей досвід. Для цього добре потріть вовняною тканиною звичайну пластмасову лінійку і піднесіть її до дрібних паперових шматочків.

Слід зазначити, що тривалий час це не вивчалося. І лише в 1600 році у своєму творі «Про магніт, магнітні тіла і про великий магніт – Землю» англійський дослідник природи Вільям Гілберт ввів термін – електрику. У своїй роботі він описав свої досліди з наелектризованими предметами, а також встановив, що наелектризуватися можуть і інші речовини.

Далі протягом трьох століть найпередовіші вчені світудосліджують електрику, пишуть трактати, формулюють закони, винаходять електричні машини і лише 1897 року Джозеф Томсон відкриває перший матеріальний носій електрики – електрон, частинку, завдяки якій можливі електричні процесиу речовинах.

Електрон– це елементарна часткамає негативний заряд приблизно рівний -1,602 · 10 -19Кл (Кулон). Позначається еабо е –.

Напруга

Щоб змусити переміщатися заряджені частинки від одного полюса до іншого, необхідно створити між полюсами різницю потенціалівабо – Напруга. Одиниця виміру напруги – Вольт (Уабо V). У формулах та розрахунках напруга позначається буквою V . Щоб отримати напругу величиною 1 потрібно передати між полюсами заряд в 1 Кл, здійснивши при цьому роботу в 1 Дж (Джоуль).

Для наочності представимо резервуар з водою, розташований на деякій висоті. З резервуару виходить труба. Вода під природним тиском залишає резервуар через трубу. Давайте домовимося, що вода – це електричний заряд, висота водяного стовпа (тиск) – це напруга, а швидкість потоку води – це електричний струм.

Таким чином, чим більше води в баку, тим вищий тиск. Аналогічно з електричної точки зору, чим більше заряд, тим вища напруга.

Почнемо зливати воду, тиск при цьому зменшуватиметься. Тобто. рівень заряду опускається – величина напруги зменшується. Таке явище можна спостерігати у ліхтарику, лампочка світить все тьмяніше в міру того, як батареї розряджаються. Зверніть увагу, що менше тиск води (напруга), тим менший потік води (струм).

Електричний струм

Електричний струм– це фізичний процес спрямованого руху заряджених частинок під дією електромагнітного полявід одного полюса замкнутого електричного ланцюга до іншого. Як частинок, що переносять заряд, можуть виступати електрони, протони, іони та дірки. За відсутності замкненого ланцюга струм неможливий. Частки здатні переносити електричні заряди існують не у всіх речовинах, ті в яких вони є, називаються провідникамиі напівпровідниками. А речовини, в яких таких частинок немає діелектриками.

Одиниця виміру сили струму – Ампер (А). У формулах та розрахунках сила струму позначається буквою I . Струм в 1 Ампер утворюється при проходженні через точку електричного ланцюга заряду в 1 Кулон (6,241 10 18 електронів) за 1 секунду.

Знову звернемося до нашої аналогії вода – електрика. Тільки тепер візьмемо два резервуари і наповнимо їх рівною кількістю води. Відмінність між баками у діаметрі вихідної труби.

Відкриємо крани і переконаємося, що потік води з лівого бака більший (діаметр труби більший), ніж із правого. Такий досвід – очевидний доказ залежності швидкості потоку від діаметра труби. Тепер спробуємо зрівняти два потоки. Для цього додамо у правий бак води (заряд). Це дасть більший тиск(напруга) та збільшить швидкість потоку (струм). В електричному ланцюзі в ролі діаметра труби виступає опір.

Проведені експерименти наочно демонструють взаємозв'язок між напругою, струмомі опором. Докладніше про опір поговоримо трохи пізніше, а зараз ще кілька слів про властивості електричного струму.

Якщо напруга не змінює свою полярність плюс на мінус і струм тече в одному напрямку, то це постійний струмі відповідно постійна напруга. Якщо джерело напруги змінює свою полярність і струм тече то одному напрямі, то іншому – це вже змінний струмі змінна напруга. Максимальні та мінімальні значення (на графіку позначені як Io ) – це амплітуднічи пікові значення сили струму. У домашніх розетках напруга змінює свою полярність 50 на секунду, тобто. Струм коливається то туди, то сюди, виходить, що частота цих коливань становить 50 Герц або скорочено 50 Гц. У деяких країнах, наприклад, у США прийнято частоту 60 Гц .

Опір

Електричний опір – фізична величинащо визначає властивість провідника перешкоджати (опиратися) проходженню струму. Одиниця виміру опору – Ом(позначається Омабо грецькою літероюомега Ω ). У формулах та розрахунках опір позначається буквою R . Опіром в 1 Ом володіє провідник до полюсів якого прикладена напруга 1 і протікає струм 1 А.

Провідники по-різному проводять струм. Їх провідністьзалежить, в першу чергу, від матеріалу провідника, а також від перерізу та довжини. Чим більший переріз, тим вища провідність, але чим більше довжина, тим провідність нижча. Опір – це зворотне поняттяпровідності.

На прикладі водопровідної моделі опір можна як діаметр труби. Чим він менший, тим гірша провідність і вищий опір.

Опір провідника проявляється, наприклад, у нагріванні провідника при протіканні струму. Причому, чим більший струм і менше перетин провідника – тим сильніше нагрівання.

Потужність

Електрична потужність- Це фізична величина, що визначає швидкість перетворення електроенергії. Наприклад, ви не раз чули: «лампочка на стільки ват». Це потужність споживана лампочкою за одиницю часу під час роботи, тобто. перетворення одного виду енергії в інший з деякою швидкістю.

Джерела електроенергії, наприклад, генератори, також характеризується потужністю, але вже виробляється в одиницю часу.

Одиниця виміру потужності – Ватт(позначається Втабо W). У формулах та розрахунках потужність позначається буквою P . Для ланцюгів змінного струму застосовується термін Повна потужність, одиниця виміру - Вольт-ампер (В·Аабо V·A), позначається буквою S .

І на завершення про Електричний ланцюг. Цей ланцюгє деяким набором електричних компонентів, здатних проводити електричний струм і з'єднаних між собою відповідним чином.

Що ми бачимо на цьому зображенні – елементарний електроприлад (ліхтарик). Під дією напруги U(В) джерела електроенергії (батарейки) по провідникам та іншим компонентам, що володіють різними опорами 4.59 (220 Голосів)

Перші відкриття, пов'язані з роботою електрики, почалися у VII столітті до нашої ери. Філософ Стародавню ГреціюФалес Мілетський виявив, що при терті бурштину об шерсть вона згодом здатна притягувати легковажні предмети. З грецької «електрика» перекладається як «бурштинове». У 1820 р. Андре-Марі Ампером було встановлено закон постійного струму. Надалі величину сили струму чи те, у чому вимірюється електричний струм, стали позначати в амперах.

Значення терміна

Поняття електричного струму можна знайти у будь-якому підручнику з фізики. Електрострум- це впорядкований рух електрозаряджених частинок за напрямом. Щоб зрозуміти простому обивателю, що є електричним струмом, слід скористатися словником електрика. У ньому термін розшифровується як рух електронів провідником або іонів електролітом.

Залежно від руху електронів чи іонів усередині провідника розрізняють такі види струмів:

• постійний;
• змінний;
• періодичний чи пульсуючий.

Основні величини виміру

Сила електричного струму- основний показник, яким користуються електрики у роботі. Від величини заряду, що протікає електричним ланцюжком за встановлений проміжок часу, залежить сила дії електричної течії. Чим більше електронів перетекло від початку джерела до кінця, тим більше буде перенесений електронами заряд.

Величина, що вимірюється відношенням електричного заряду, що протікає крізь поперечний переріз частинок у провіднику, на час його проходження. Заряд заміряється в кулонах, час - у секундах, а одна одиниця сили течії електрики визначається ставленням заряду на час (кулона на секунду) або в амперах. Визначення електричного струму (його сили) відбувається шляхом послідовного включення двох клем в електроланцюг.

При роботі електроструму рух заряджених частинок відбувається за допомогою електричного поля та залежить від сили руху електронів. Величина, від якої залежить робота електроструму, називається напругою і визначається ставленням роботи струму в конкретній частині ланцюга та заряду, що проходить по цій частині. Одиниця виміру вольт заміряється вольтметром, коли дві клеми приладу підключаються до ланцюга паралельно.

Величина електричного опорумає пряму залежність від типу використовуваного провідника, його довжини та поперечного перерізу. Вона вимірюється у омах.

Потужність визначається ставленням роботи руху струмів на час, коли відбувалася ця робота. Вимірюють потужність у ватах.

Така фізична величина, як ємність, визначається ставленням заряду одного провідника до різниці потенціалів між цим самим провідником і сусіднім. Чим менше напруга при отриманні електрозаряду провідниками, тим більша їхня ємність. Вимірюють її у фарадах.

Величина роботи електрики на певному проміжку ланцюжка знаходиться за допомогою добутку сили струму, напруги та тимчасового відрізка, при якому здійснювалася робота. Остання заміряється у джоулях. Визначення роботи електроструму відбувається за допомогою лічильника, який поєднує показання всіх величин, а саме напруги, сили та часу.

Техніка електробезпеки

Знання правил електробезпеки допоможе попередити аварійну ситуаціюта вберегти здоров'я та життя людини. Так як електрика має властивість нагрівати провідник, завжди існує можливість виникнення небезпечної для здоров'я і життя ситуації. Для забезпечення безпеки у побуті необхідно дотримуватисьнаступних простих, але важливих правил:

1. Ізоляція мережі завжди має бути справною, щоб уникнути перевантажень або можливості виникнення коротких замикань.
2. Волога не повинна потрапляти на електроприлади, дроти, щитки і т.д. Також вологе середовище провокує появу коротких замикань.
3. Обов'язково слід робити заземлення всім електропристроїв.
4. Необхідно уникати навантаження електропроводки, оскільки існує ризик займання проводів.

Техніка безпеки при роботі з електрикою передбачає використання прогумованих рукавичок, рукавиць, килимків, розрядних пристроїв, приладів заземлення робочих ділянок, вимикачів-автоматів або запобіжників з тепловим та струмовим захистом.

Досвідчені електрики у разі виникнення ймовірності ураження електрикою працюють однією рукою, а друга перебуває у кишені. Таким чином переривається ланцюг «рука-рука» у разі мимовільного дотику до щитка чи іншого заземленого обладнання. При запаленні обладнання, підключеного до мережі, ліквідують вогонь виключно порошковими або вуглекислотними гасителями.

Застосування електричного струму

У електричного струму багато властивостей, які дозволяють застосовувати його майже у всіх сферах людської діяльності. Способи використання електроструму:

Електрика сьогодні є найбільш екологічно чистим виглядоменергії. В умовах сучасної економікирозвиток електроенергетики має планетарне значення. У майбутньому при виникненні сировинного дефіциту електрика займе лідируючі позиції як невичерпне джерело енергії.

Електричний струм

Доатегорія:

Кранівникам та стропальникам

Електричний струм

Що називається електричним струмом?

Упорядкований (спрямований) рух заряджених частинок називається електричним струмом. Причому електричний струм, сила якого згодом змінюється, називається постійним. Якщо напрям руху струму змінюється і зміни. за величиною і напрямом повторюються в одній і тій же послідовності, такий струм називається змінним.

Що викликає та підтримує впорядкований рух заряджених частинок?

Викликає та підтримує впорядкований рух заряджених частинок електричного поля. Чи має електричний струм певний напрямок?
Має. За напрямок електричного струму приймають рух позитивно заряджених частинок.

Чи можна безпосередньо спостерігати рух заряджених частинок у провіднику?

Ні. Але про наявність електричного струму можна судити з тих дій та явищ, якими він супроводжується. Наприклад, провідник, яким рухаються заряджені частинки, нагрівається, а просторі, що оточує провідник, утворюється магнітне полі і магнітна стрілка поблизу провідника з електричним струмом повертається. Крім того, струм, що проходить через гази, викликає їх свічення, а проходячи через розчини солей, лугів і кислот, розкладає їх на сітчасті частини.

Чим визначається сила електричного струму?

Сила електричного струму визначається кількістю електрики, що проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу.
Щоб визначити силу струму в ланцюзі, треба кількість електрики, що протікає, розділити на час, за який воно протікло.

Що прийнято за одиницю сили струму?

За одиницю сили струму прийнята сила незмінного струму, який, проходячи по двох паралельні прямолінійним провідникам нескінченної довжини не менш малого перерізу, розташованим на відстані 1 м один від одного у вакуумі, викликав би між цими провідниками силу, рівну 2 Ньютона н кожен метр. Цю одиницю назвали Ампером на вшанування французького вченого Ампера.

Що прийнято за одиницю кількості електрики?

За одиницю кількості електрики прийнято Кулон (Ку), який проходить в секунду при силі струму в 1 Ампер (А).

Якими приладами вимірюють силу електричного струму?

Силу електричного струму вимірюють приладами, які називаються амперметрами. Шкалу амперметра градуюють у амперах та частках ампера за показаннями точних зразкових приладів. Силу струму відраховують за показаннями стрілки, що переміщається вздовж шкали від нульового поділу. Амперметр в електричний ланцюг включають послідовно, за допомогою двох клем або затискачів, що є на приладі. Що таке напруга електричного струму?
Напруга електричного струму є різницею потенціалів між двома точками електричного поля. Воно дорівнює роботі, яка здійснюється силами електричного поля при переміщенні позитивного заряду, рівного одиниці, з однієї точки поля в іншу.

Основною одиницею виміру напруги є Вольт (В).

Яким приладом вимірюють напругу електричного струму?

Напруга електричного струму вимірюють прибо; ром, який називається вольтметром. У ланцюг електричного струму вольтметр включають паралельно. Сформулюйте закон Ома дільниці ланцюга.

Що таке опір провідника?

Опір провідника є фізичною величиною, що характеризує властивості провідника. Одиницею опору є Ом. Причому опір 1 Ом має провід, в якому встановлюється струм 1 А при напрузі на його кінцях 1 В.

Чи залежить опір у провідниках від величини електричного струму, що протікає по них?

Опір однорідного металевого провідника певної довжини і перерізу не залежить від величини струму, що протікає по ньому.

Від чого залежить опір у провідниках електричного струму?

Опір у провідниках електричного струму залежить від довжини провідника, площі його поперечного перерізу та роду матеріалу провідника (питомого опору матеріалу).

Причому опір прямо пропорційно довжині провідника, обернено пропорційно площі поперечного перерізу і залежить, як було сказано вище, від матеріалу провідника.

Чи залежить опір у провідниках від температури?

Так, залежить. Підвищення температури металевого провідника спричиняє збільшення швидкості теплового руху частинок. Це призводить до збільшення числа зіткнень вільних електронів і, отже, до зменшення часу вільного пробігу, внаслідок чого зменшується питома провідність та збільшується питомий опірматеріалу.

Температурний коефіцієнт опору чистих металів дорівнює приблизно 0,004 °С, що означає збільшення опору на 4% при підвищенні температури на 10 °С.

При підвищенні температури в електроліті вугіллі час вільного пробігу теж зменшується, при цьому збільшується концентрація носіїв видів, внаслідок чого питомий опір їх підвищенню температури зменшується.

Сформулюйте закон Ома для замкнутого ланцюга.

Сила струму в замкнутому ланцюзі дорівнює відношенню електрорушійної сили ланцюга до її повного опору.

Ця формула показує, що сила струму залежить трьох величин: електрорушійної сили Е, зовнішнього опору R і внутрішнього опору г Внутрішній опір не надає помітного впливу на силу струму, якщо воно мало порівняно зовнішнім опором. При цьому напруга на затискачах джерела струму приблизно дорівнює електрорушійній силі (ЕРС).

Що таке електрорушійна сила (ЕРС)?

Електрорушійна сила є відношенням роботи сторонніх сил по переміщенню заряду вздовж ланцюга до заряду. Як і різницю потенціалів, електрорушійну силу вимірюють у вольтах.

Які сили називаються сторонніми силами?

Будь-які сили, що діють на електрично заряджені частинки, за винятком потенційних сил електростатичного походження (тобто кулонівських), називаються сторонніми силами. Саме за рахунок роботи цих сил заряджені частинки набувають енергію і віддають її потім під час руху у провідниках електричного ланцюга.

Сторонні сили рухають заряджені частинки всередині джерела струму, генератора, акумулятора і т.д.

У результаті на клемах джерела струму з'являються заряди протилежного знака, а між клемами - певна різниця потенціалів. Далі при замиканні ланцюга починає діяти утворення поверхневих зарядів, що створюють електричне поле по всьому ланцюгу, яке з'являється в результаті того, що при замиканні ланцюга майже відразу на поверхні провідника виникає поверхневий заряд. Усередині джерела заряди рухаються під дією сторонніх сил проти сил електростатичного поля (позитивні від мінусу, до плюсу), а по всьому решті ланцюга їх надає руху електричне поле.

Рис. 1. Електричний ланцюг: 1- джерело, електроенергії (акумулятор); 2 – амперметр; 3 - наступник енергії (гавкіт па розжарювання); 4 - електричні дроти; 5 - однополюсні русидники; 6 - плавкі запобіжники