1 جریان الکتریکی چیست جریان الکتریکی چیست و شرایط وجود آن چیست؟

در جلسه امروز ما در مورد برق صحبت خواهیم کرد که به بخشی جدایی ناپذیر از تمدن مدرن تبدیل شده است. برق تمام عرصه های زندگی ما را اشغال کرده است. و وجود لوازم خانگی در هر خانه ای که از جریان الکتریکی استفاده می کند، آنقدر طبیعی و جدایی ناپذیر از زندگی روزمره است که ما آن را بدیهی می دانیم.

بنابراین، اطلاعات اولیه در مورد جریان الکتریکی به خوانندگان ما ارائه می شود.

جریان الکتریکی چیست

جریان الکتریکی یعنی حرکت هدایت شده ذرات باردارموادی که دارای تعداد کافی بار آزاد هستند هادی نامیده می شوند. مجموعه ای از تمام وسایلی که با استفاده از سیم به یکدیگر متصل می شوند، مدار الکتریکی نامیده می شود.

در زندگی روزمره ما از برق عبوری از هادی های فلزی استفاده می کنیم.حامل های بار در آنها الکترون های آزاد هستند.

معمولاً آنها به طور آشفته بین اتم ها هجوم می آورند، اما میدان الکتریکی آنها را مجبور می کند در جهت خاصی حرکت کنند.

چگونه اتفاق می افتد

جریان الکترون ها در یک مدار را می توان با جریان آب که از سطح بالا به سطح پایین سقوط می کند مقایسه کرد. نقش سطح در مدارهای الکتریکی توسط پتانسیل بازی می شود.

برای اینکه جریان در مدار جاری شود، باید یک اختلاف پتانسیل ثابت در انتهای آن حفظ شود، یعنی. ولتاژ

معمولاً با حرف U نشان داده می شود و با ولت (B) اندازه گیری می شود.

به لطف ولتاژ اعمال شده، یک میدان الکتریکی در مدار ایجاد می شود که به الکترون ها حرکت جهت می دهد. هر چه ولتاژ بیشتر باشد، میدان الکتریکی قوی‌تر و در نتیجه شدت جریان الکترون‌های متحرک جهت‌دار بیشتر می‌شود.

سرعت انتشار جریان الکتریکی برابر است با سرعت ایجاد میدان الکتریکی در مدار، یعنی 300000 کیلومتر بر ثانیه، اما سرعت الکترون ها به سختی به چند میلی متر در ثانیه می رسد.

به طور کلی پذیرفته شده است که جریان از نقطه ای با پتانسیل بالاتر، یعنی از (+) به نقطه ای با پتانسیل پایین تر، یعنی به (-) جریان می یابد. ولتاژ در مدار توسط یک منبع جریان مانند باتری حفظ می شود. علامت (+) در انتهای آن به معنای کمبود الکترون است، علامت (-) به معنای بیش از حد آنها است، زیرا الکترون ها حامل بار منفی هستند. به محض بسته شدن مدار با منبع جریان، الکترون ها از جایی که مقدار زیادی از آنها وجود دارد به سمت قطب مثبت منبع جریان هجوم می آورند. مسیر آنها از طریق سیم ها، مصرف کننده ها، ابزار اندازه گیری و سایر عناصر مدار می گذرد.

لطفا توجه داشته باشید که جهت جریان مخالف جهت حرکت الکترون ها است.

به سادگی، جهت جریان، با توافق دانشمندان، قبل از مشخص شدن ماهیت جریان در فلزات تعیین شد.

برخی از مقادیر مشخص کننده جریان الکتریکی

قدرت فعلیبار الکتریکی که از سطح مقطع رسانا در 1 ثانیه عبور می کند، قدرت جریان نامیده می شود. از حرف I برای تعیین آن استفاده می شود و با آمپر (A) اندازه گیری می شود.

مقاومت.مقدار بعدی که باید در مورد آن بدانید مقاومت است. این به دلیل برخورد الکترون های متحرک جهت دار با یون های شبکه کریستالی ایجاد می شود. در نتیجه چنین برخوردهایی، الکترون ها بخشی از انرژی جنبشی خود را به یون ها منتقل می کنند. در نتیجه هادی گرم می شود و قدرت جریان کاهش می یابد. مقاومت با حرف R نشان داده می شود و با اهم (اهم) اندازه گیری می شود.

هر چه هادی بلندتر و سطح مقطع آن کمتر باشد، مقاومت هادی فلزی بیشتر است. با طول و قطر یکسان سیم، هادی های ساخته شده از نقره، مس، طلا و آلومینیوم کمترین مقاومت را دارند. به دلایل واضح، سیم های ساخته شده از آلومینیوم و مس در عمل استفاده می شود.

قدرت.هنگام انجام محاسبات برای مدارهای الکتریکی، گاهی اوقات لازم است که توان مصرفی (P) تعیین شود.

برای انجام این کار، جریان عبوری از مدار باید در ولتاژ ضرب شود.

واحد قدرت وات (W) است.

جریان مستقیم و متناوب

جریان ارائه شده توسط باتری ها و باتری های مختلف ثابت است. این بدان معنی است که قدرت جریان در چنین مداری را می توان تنها از نظر بزرگی با تغییر مقاومت آن به روش های مختلف تغییر داد، در حالی که جهت آن بدون تغییر باقی می ماند.

اما اکثر وسایل برقی جریان متناوب مصرف می کنند،یعنی جریانی که مقدار و جهت آن بر اساس قانون معینی پیوسته تغییر می کند.

در نیروگاه ها تولید می شود و سپس از طریق خطوط انتقال فشار قوی به خانه ها و مشاغل ما می رود.

در اکثر کشورها فرکانس تغییر جهت جریان 50 هرتز است، یعنی 50 بار در ثانیه اتفاق می افتد. در این حالت هر بار قدرت جریان به تدریج افزایش می یابد، به حداکثر می رسد، سپس به 0 کاهش می یابد. سپس این روند تکرار می شود، اما با جهت مخالف جریان.

در ایالات متحده آمریکا، همه دستگاه ها با فرکانس 60 هرتز کار می کنند. وضعیت جالبی در ژاپن ایجاد شده است. در آنجا، یک سوم کشور از جریان متناوب با فرکانس 60 هرتز و بقیه - 50 هرتز استفاده می کند.

احتیاط - برق

برق گرفتگی می تواند هنگام استفاده از وسایل برقی و در اثر برخورد صاعقه رخ دهد بدن انسان رسانای خوبی برای جریان است.صدمات الکتریکی اغلب با پا گذاشتن روی سیمی که روی زمین افتاده یا دور زدن سیم های برق شل شده با دست ایجاد می شود.

ولتاژ بالای 36 ولت برای انسان خطرناک تلقی می شود. اگر جریان تنها 0.05 A از بدن فرد عبور کند، می تواند باعث انقباض غیرارادی عضله شود که به فرد اجازه نمی دهد به طور مستقل خود را از منبع ضایعه جدا کند. جریان 0.1 آمپر کشنده است.

جریان متناوب حتی خطرناک تر است زیرا تأثیر قوی تری بر انسان دارد. این دوست و یاور ما در برخی موارد به دشمنی بی رحم تبدیل می شود و تا توقف کامل باعث مشکلات تنفسی و عملکرد قلب می شود. آثار وحشتناکی به صورت سوختگی شدید روی بدن بر جای می گذارد.

چگونه به قربانی کمک کنیم؟ اول از همه، منبع آسیب را خاموش کنید. و سپس مراقبت از ارائه کمک های اولیه.

آشنایی ما با برق رو به پایان است. بیایید فقط چند کلمه در مورد موجودات دریایی اضافه کنیم که "سلاح های الکتریکی" دارند. اینها برخی از انواع ماهی، مارماهی کنگر و گز است. خطرناک ترین آنها مارماهی کنگر است.

شما نباید تا 3 متری آن شنا کنید. ضربه او کشنده نیست، اما ممکن است هوشیاری از بین برود.

اگر این پیام برای شما مفید بود، خوشحال می شوم شما را ببینم

هنگامی که فردی یاد گرفت که جریان الکتریکی ایجاد کند و از آن استفاده کند، کیفیت زندگی او به طرز چشمگیری افزایش یافت. در حال حاضر اهمیت برق همچنان هر سال افزایش می یابد. به منظور یادگیری درک مسائل پیچیده تر مربوط به برق، ابتدا باید بفهمید جریان الکتریکی چیست.

آنچه جاری است

تعریف جریان الکتریکی نمایش آن به صورت جریان هدایت شده از ذرات حامل متحرک با بار مثبت یا منفی است. حامل های شارژ می توانند:

• الکترون های باردار با علامت منفی که در فلزات حرکت می کنند.
• یون های موجود در مایعات یا گازها؛
• سوراخ هایی با بار مثبت از الکترون های متحرک در نیمه هادی ها.

میزان جریان نیز با وجود میدان الکتریکی مشخص می شود. بدون آن، یک جریان هدایت شده از ذرات باردار ایجاد نمی شود.

مفهوم جریان الکتریکیبدون فهرست کردن مظاهر آن ناقص خواهد بود:

1. هر جریان الکتریکی با میدان مغناطیسی همراه است.
2. هادی ها در حین عبور گرم می شوند.
3. الکترولیت ها ترکیب شیمیایی را تغییر می دهند.

هادی ها و نیمه هادی ها

جریان الکتریکی فقط در یک محیط رسانا می تواند وجود داشته باشد، اما ماهیت جریان آن متفاوت است:

1. هادی های فلزی حاوی الکترون های آزاد هستند که تحت تاثیر میدان الکتریکی شروع به حرکت می کنند. هنگامی که دما افزایش می یابد، مقاومت هادی ها نیز افزایش می یابد، زیرا گرما حرکت اتم ها را در نظم آشفته ای افزایش می دهد، که با الکترون های آزاد تداخل می کند.
2. در یک محیط مایع تشکیل شده توسط الکترولیت ها، میدان الکتریکی حاصل باعث فرآیند تفکیک می شود - تشکیل کاتیون ها و آنیون ها، که بسته به علامت بار به سمت قطب های مثبت و منفی (الکترودها) حرکت می کنند. گرم کردن الکترولیت به دلیل تجزیه فعال تر مولکول ها منجر به کاهش مقاومت می شود.

مهم!الکترولیت ممکن است جامد باشد، اما ماهیت جریان جریان در آن با مایع یکسان است.

1. محیط گازی نیز با حضور یون هایی که به حرکت در می آیند مشخص می شود. پلاسما تشکیل می شود. تابش همچنین الکترون های آزاد تولید می کند که در حرکت جهت دار شرکت می کنند.
2. هنگامی که جریان الکتریکی در خلاء ایجاد می شود، الکترون های آزاد شده در الکترود منفی به سمت الکترود مثبت حرکت می کنند.
3. در نیمه هادی ها، الکترون های آزاد وجود دارند که با گرم شدن پیوندها را می شکنند. در مکان های آنها سوراخ هایی با شارژ با علامت "به علاوه" باقی می ماند. حفره ها و الکترون ها قادر به ایجاد حرکت جهت دار هستند.

به رسانه های نارسانا دی الکتریک می گویند.

مهم!جهت جریان مربوط به جهت حرکت ذرات حامل بار با علامت مثبت است.

نوع جریان

1. ثابت. با مقدار کمی ثابت جریان و جهت مشخص می شود.
2. متغیر. با گذشت زمان، به طور دوره ای ویژگی های خود را تغییر می دهد. بسته به پارامتری که تغییر می کند، به چندین نوع تقسیم می شود. به طور عمده مقدار کمی جریان و جهت آن در امتداد یک سینوسی متفاوت است.
3. جریان های گردابی زمانی رخ می دهد که شار مغناطیسی دستخوش تغییراتی شود. مدارهای بسته را بدون حرکت بین قطب ها تشکیل دهید. جریان گردابی باعث تولید گرمای شدید و در نتیجه افزایش تلفات می شود. در هسته های سیم پیچ های الکترومغناطیسی، آنها با استفاده از طراحی صفحات عایق جداگانه به جای یک صفحه جامد محدود می شوند.

مشخصات الکتریکی

1. قدرت فعلی این یک اندازه گیری کمی از بار عبوری در واحد زمان در امتداد مقطعی از هادی ها است. بارها بر حسب کولن (C) اندازه گیری می شوند، واحد زمان دوم است. قدرت فعلی C/s است. نسبت حاصل آمپر (A) نامیده شد که مقدار کمی جریان را اندازه گیری می کند. دستگاه اندازه گیری یک آمپر متر است که به صورت سری به مدار اتصال الکتریکی متصل می شود.
2. قدرت. جریان الکتریکی در هادی باید بر مقاومت محیط غلبه کند. کاری که برای غلبه بر آن در یک دوره زمانی معین صرف می شود، قدرت خواهد بود. در این مورد، برق به انواع دیگر انرژی تبدیل می شود - کار انجام می شود. قدرت به جریان و ولتاژ بستگی دارد. محصول آنها قدرت فعال را تعیین می کند. وقتی در زمان ضرب می شود، مصرف انرژی به دست می آید - آنچه که متر نشان می دهد. توان را می توان بر حسب ولت آمپر (VA، kVA، mVA) یا بر حسب وات (W، kW، mW) اندازه گیری کرد.
3. ولتاژ. یکی از سه ویژگی مهم. برای عبور جریان، لازم است بین دو نقطه در مدار بسته اتصالات الکتریکی، اختلاف پتانسیل ایجاد شود. ولتاژ با کار انجام شده توسط یک میدان الکتریکی در هنگام حرکت یک حامل بار مشخص می شود. طبق فرمول، واحد ولتاژ J/C است که با یک ولت (V) مطابقت دارد. دستگاه اندازه گیری یک ولت متر است که به صورت موازی متصل است.
4. مقاومت. توانایی هادی ها برای عبور جریان الکتریکی را مشخص می کند. توسط مواد هادی، طول و سطح مقطع تعیین می شود. اندازه گیری بر حسب اهم (اهم) است.

قوانین برای جریان الکتریکی

مدارهای الکتریکی با استفاده از سه قانون اصلی محاسبه می شوند:

1. قانون اهم در آغاز قرن نوزدهم توسط فیزیکدانی از آلمان برای جریان مستقیم مورد مطالعه و فرمول بندی قرار گرفت، سپس برای جریان متناوب نیز به کار رفت. رابطه بین جریان، ولتاژ و مقاومت را ایجاد می کند. تقریباً هر مدار الکتریکی بر اساس قانون اهم محاسبه می شود. فرمول اصلی: I = U/R یا جریان با ولتاژ نسبت مستقیم و با مقاومت نسبت معکوس دارد.

1. قانون فارادی به القای الکترومغناطیسی اشاره دارد. ظهور جریان های القایی در هادی ها ناشی از تأثیر یک شار مغناطیسی است که در طول زمان به دلیل القای EMF (نیروی حرکتی الکتریکی) در یک حلقه بسته تغییر می کند. بزرگی emf القایی که بر حسب ولت اندازه گیری می شود، متناسب با سرعت تغییر شار مغناطیسی است. به لطف قانون القایی، ژنراتورها برق تولید می کنند.
2. قانون ژول لنز هنگام محاسبه گرمایش هادی ها که برای طراحی و ساخت وسایل گرمایشی، روشنایی و سایر تجهیزات الکتریکی استفاده می شود، مهم است. قانون به ما اجازه می دهد تا مقدار گرمای آزاد شده در طول عبور جریان الکتریکی را تعیین کنیم:

جایی که I قدرت جریان جاری است، R مقاومت، t زمان است.

الکتریسیته در جو

ممکن است یک میدان الکتریکی در جو وجود داشته باشد و فرآیندهای یونیزاسیون رخ دهد. اگرچه ماهیت وقوع آنها کاملاً مشخص نیست، اما فرضیه های توضیحی مختلفی وجود دارد. محبوب ترین خازن به عنوان آنالوگ برای نشان دادن الکتریسیته در جو است. از صفحات آن می توان برای نشان دادن سطح زمین و یونوسفر استفاده کرد که بین آن دی الکتریک - هوا - در گردش است.

انواع الکتریسیته اتمسفر:

1. تخلیه رعد و برق. رعد و برق با درخشش قابل مشاهده و رعد و برق. ولتاژ صاعقه در جریان 500000 آمپر به صدها میلیون ولت می رسد.

1. آتش سنت المو. تخلیه الکتریسیته کرونا در اطراف سیم ها، دکل ها.
2. رعد و برق توپ. ترشح توپی شکل که در هوا حرکت می کند.
3. چراغ های قطبی درخشش چند رنگی یونوسفر زمین تحت تأثیر ذرات باردار که از فضا نفوذ می کنند.

انسان ها از خواص مفید جریان الکتریکی در تمام زمینه های زندگی استفاده می کنند:

• نورپردازی؛
• انتقال سیگنال: تلفن، رادیو، تلویزیون، تلگراف؛
• حمل و نقل الکتریکی: قطار، ماشین های الکتریکی، تراموا، واگن برقی؛
• ایجاد یک میکروکلیم راحت: گرمایش و تهویه مطبوع؛
• تجهیزات پزشکی؛
• مصارف خانگی: لوازم برقی؛
• کامپیوتر و دستگاه های تلفن همراه؛
• صنعت: ماشین آلات و تجهیزات؛
• الکترولیز: تولید آلومینیوم، روی، منیزیم و سایر مواد.

خطر الکتریکی

تماس مستقیم با جریان الکتریکی بدون تجهیزات حفاظتی برای انسان کشنده است. چندین نوع تأثیر ممکن است:

• سوختگی حرارتی؛
• تجزیه الکترولیتی خون و لنف با تغییر در ترکیب آن؛
• انقباضات عضلانی تشنجی می تواند فیبریلاسیون قلبی را تا زمانی که به طور کامل متوقف شود تحریک کند و عملکرد سیستم تنفسی را مختل کند.

مهم!جریان احساس شده توسط شخص با مقدار 1 میلی آمپر شروع می شود، اگر مقدار فعلی 25 میلی آمپر باشد، تغییرات منفی جدی در بدن امکان پذیر است.

مهمترین ویژگی جریان الکتریکی این است که می تواند برای انسان کار مفیدی انجام دهد: خانه را روشن کند، لباس بشوید و خشک کند، شام بپزد، خانه را گرم کند. امروزه استفاده از آن در انتقال اطلاعات جایگاه قابل توجهی را به خود اختصاص داده است، اگرچه این امر نیاز به مصرف انرژی زیادی ندارد.

ویدئو

جریان و ولتاژ پارامترهای کمی هستند که در مدارهای الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند. اغلب، این مقادیر در طول زمان تغییر می کنند، در غیر این صورت هیچ نقطه ای در عملکرد مدار الکتریکی وجود نخواهد داشت.

ولتاژ

به طور معمول، ولتاژ با حرف نشان داده می شود "U". کاری که برای جابجایی یک واحد بار از یک نقطه با پتانسیل کم به یک نقطه با پتانسیل بالا صرف می شود، ولتاژ بین این دو نقطه است. به عبارت دیگر، انرژی آزاد شده پس از حرکت یک واحد بار از پتانسیل بالا به پایین است.

ولتاژ را می توان اختلاف پتانسیل و همچنین نیروی الکتروموتور نامید. این پارامتر بر حسب ولت اندازه گیری می شود. برای جابجایی 1 کولن شارژ بین دو نقطه که دارای ولتاژ 1 ولت هستند، باید 1 ژول کار کرد. کولن بارهای الکتریکی را اندازه گیری می کند. 1 کولن برابر با بار 6x10 18 الکترون است.

ولتاژ بسته به نوع جریان به چند نوع تقسیم می شود.

• ولتاژ ثابت . در مدارهای الکترواستاتیک و جریان مستقیم وجود دارد.
• ولتاژ AC . این نوع ولتاژ در مدارهایی با جریان سینوسی و متناوب یافت می شود. در مورد جریان سینوسی، مشخصات ولتاژ زیر در نظر گرفته می شود:
  دامنه نوسانات ولتاژ- این حداکثر انحراف آن از محور x است.
  ولتاژ لحظه ای، که در یک مقطع زمانی خاص بیان می شود;
  ولتاژ موثر، توسط کار فعال انجام شده در نیم چرخه 1 تعیین می شود.
  متوسط ​​ولتاژ تصحیح شده، با بزرگی ولتاژ یکسو شده در یک دوره هارمونیک تعیین می شود.

هنگام انتقال برق از طریق خطوط هوایی، طراحی تکیه گاه ها و ابعاد آنها به مقدار ولتاژ اعمال شده بستگی دارد. ولتاژ بین فازها نامیده می شود ولتاژ خط ، و ولتاژ بین زمین و هر فاز است ولتاژ فاز . این قانون برای همه انواع خطوط هوایی اعمال می شود. در روسیه، در شبکه های برق خانگی، استاندارد ولتاژ سه فاز با ولتاژ خطی 380 ولت و ولتاژ فاز 220 ولت است.

جریان الکتریکی

جریان در یک مدار الکتریکی سرعت حرکت الکترون ها در یک نقطه معین است که با آمپر اندازه گیری می شود و در نمودارها با حرف "" نشان داده می شود. من" واحدهای مشتق شده آمپر با پیشوندهای میلی-، میکرو-، نانو و غیره مربوطه نیز استفاده می شود. جریان 1 آمپر با حرکت یک واحد بار 1 کولن در 1 ثانیه تولید می شود.

به طور معمول در نظر گرفته می شود که جریان در جهت از پتانسیل مثبت به منفی جریان می یابد. با این حال، از درس فیزیک مشخص است که الکترون در جهت مخالف حرکت می کند.

باید بدانید که ولتاژ بین 2 نقطه از مدار اندازه گیری می شود و جریان از یک نقطه خاص در مدار یا از طریق عنصر آن عبور می کند. بنابراین، اگر کسی از تعبیر "تنش در مقاومت" استفاده کند، این نادرست و بی سواد است. اما اغلب ما در مورد ولتاژ در نقطه خاصی از مدار صحبت می کنیم. این به ولتاژ بین زمین و این نقطه اشاره دارد.

ولتاژ از قرار گرفتن در معرض بارهای الکتریکی در ژنراتورها و سایر دستگاه ها تولید می شود. جریان با اعمال ولتاژ به دو نقطه از مدار ایجاد می شود.

برای درک اینکه جریان و ولتاژ چیست، استفاده صحیح تر است. بر روی آن می توانید جریان و ولتاژ را مشاهده کنید که در طول زمان مقادیر آنها تغییر می کند. در عمل، عناصر یک مدار الکتریکی توسط هادی ها به هم متصل می شوند. در نقاط خاصی، عناصر مدار مقدار ولتاژ خاص خود را دارند.

جریان و ولتاژ از قوانین پیروی می کنند:

• مجموع جریان های ورودی به یک نقطه برابر است با مجموع جریان های خروجی از نقطه (قانون بقای بار). این قانون قانون کیرشهوف برای جریان است. نقطه ورود و خروج جریان در این حالت گره نامیده می شود. نتیجه این قانون عبارت زیر است: در یک مدار الکتریکی سری از گروهی از عناصر، مقدار جریان برای همه نقاط یکسان است.
• در مدار موازی عناصر، ولتاژ تمام عناصر یکسان است. به عبارت دیگر، مجموع افت ولتاژ در مدار بسته صفر است. این قانون Kirchhoff در مورد استرس اعمال می شود.
• کار انجام شده در واحد زمان توسط یک مدار (قدرت) به صورت زیر بیان می شود: P = U*I. قدرت بر حسب وات اندازه گیری می شود. 1 ژول کار انجام شده در 1 ثانیه برابر با 1 وات است. نیرو به شکل گرما توزیع می شود، برای انجام کارهای مکانیکی (در موتورهای الکتریکی) صرف می شود، به تشعشعات مختلف تبدیل می شود و در ظروف یا باتری ها انباشته می شود. هنگام طراحی سیستم های الکتریکی پیچیده، یکی از چالش ها، بار حرارتی سیستم است.

ویژگی های جریان الکتریکی

شرط لازم برای وجود جریان در مدار الکتریکی، مدار بسته است. اگر مدار قطع شود، جریان قطع می شود.

همه در مهندسی برق بر اساس این اصل عمل می کنند. آنها مدار الکتریکی را با تماس های مکانیکی متحرک می شکنند و در نتیجه جریان جریان را متوقف می کنند و دستگاه را خاموش می کنند.

در صنعت انرژی، جریان الکتریکی در داخل هادی‌های جریان ایجاد می‌شود که به شکل شینه‌ها و سایر قسمت‌های رسانای جریان ساخته می‌شوند.

همچنین راه های دیگری برای ایجاد جریان داخلی در موارد زیر وجود دارد:

• مایعات و گازهای ناشی از حرکت یون های باردار.
• خلاء، گاز و هوا با استفاده از انتشار ترمیونیک.
• ، به دلیل حرکت حامل های شارژ.

شرایط وقوع جریان الکتریکی

• گرمایش هادی ها (نه ابررساناها).
• کاربرد اختلاف پتانسیل برای حامل های شارژ.
• یک واکنش شیمیایی که باعث آزاد شدن مواد جدید می شود.
• تاثیر میدان مغناطیسی بر رسانا

شکل موج های فعلی

• خط مستقیم.
• موج سینوسی هارمونیک متغیر
• پیچ و خم، شبیه به موج سینوسی، اما با گوشه های تیز (گاهی اوقات می توان گوشه ها را صاف کرد).
• شکل ضربان دار یک جهتی، با دامنه ای که طبق قانون خاصی از صفر تا بیشترین مقدار متغیر است.

انواع کار جریان الکتریکی

• تابش نور ایجاد شده توسط دستگاه های روشنایی.
• تولید گرما با استفاده از عناصر گرمایشی
• کارهای مکانیکی (چرخش موتورهای الکتریکی، کارکرد سایر وسایل الکتریکی).
• ایجاد تشعشعات الکترومغناطیسی

پدیده های منفی ناشی از جریان الکتریکی

• گرم شدن بیش از حد کنتاکت ها و قطعات زنده.
• وقوع جریان های گردابی در هسته دستگاه های الکتریکی.
• تابش الکترومغناطیسی به محیط خارجی.

هنگام طراحی، سازندگان وسایل الکتریکی و مدارهای مختلف باید خصوصیات جریان الکتریکی فوق را در طراحی خود در نظر بگیرند. به عنوان مثال، اثرات مضر جریان های گردابی در موتورهای الکتریکی، ترانسفورماتورها و ژنراتورها با همجوشی هسته های مورد استفاده برای عبور شارهای مغناطیسی کاهش می یابد. لمینیت هسته تولید آن نه از یک تکه فلز، بلکه از مجموعه ای از صفحات نازک جداگانه از فولاد الکتریکی ویژه است.

اما، از سوی دیگر، جریان های گردابی برای کارکرد اجاق های مایکروویو و اجاق هایی که بر اساس اصل القای مغناطیسی کار می کنند، استفاده می شود. بنابراین می توان گفت که جریان های گردابی نه تنها مضر هستند، بلکه مفید نیز هستند.

جریان متناوب با یک سیگنال به شکل سینوسی می تواند در فرکانس نوسانات در واحد زمان متفاوت باشد. در کشور ما فرکانس صنعتی جریان الکتریکی استاندارد و برابر با 50 هرتز است. در برخی کشورها از فرکانس فعلی 60 هرتز استفاده می شود.

برای اهداف مختلف در مهندسی برق و مهندسی رادیو از مقادیر فرکانس دیگری استفاده می شود:

• سیگنال های فرکانس پایین با فرکانس جریان کمتر.
• سیگنال های فرکانس بالا که بسیار بالاتر از فرکانس جریان صنعتی هستند.

اعتقاد بر این است که جریان الکتریکی از حرکت الکترون ها در یک رسانا به وجود می آید و به همین دلیل به آن جریان رسانایی می گویند. اما نوع دیگری از جریان الکتریکی وجود دارد که به آن همرفت می گویند. زمانی اتفاق می‌افتد که ماکروبدی‌های باردار حرکت می‌کنند، مثلاً قطرات باران.

جریان الکتریکی در فلزات

حرکت الکترون ها وقتی تحت یک نیروی ثابت قرار می گیرند با چتربازی که به زمین فرود می آید مقایسه می شود. در این دو حالت حرکت یکنواخت رخ می دهد. نیروی گرانش روی چترباز اثر می گذارد و نیروی مقاومت هوا با آن مخالفت می کند. حرکت الکترون ها تحت تأثیر نیروی میدان الکتریکی است و یون های شبکه های کریستالی در برابر این حرکت مقاومت می کنند. سرعت متوسط ​​الکترون ها درست مانند سرعت چتربازان به یک مقدار ثابت می رسد.

در یک رسانای فلزی، سرعت حرکت یک الکترون 0.1 میلی متر در ثانیه و سرعت جریان الکتریکی حدود 300 هزار کیلومتر در ثانیه است. این به این دلیل است که جریان الکتریکی تنها در جایی جریان می یابد که ولتاژ به ذرات باردار اعمال شود. بنابراین، سرعت جریان بالا به دست می آید.

هنگامی که الکترون ها در یک شبکه کریستالی حرکت می کنند، الگوی زیر وجود دارد. الکترون ها با همه یون های روبرو برخورد نمی کنند، بلکه فقط با هر دهم آنها برخورد می کنند. این با قوانین مکانیک کوانتومی توضیح داده می شود که می توان آن را به صورت زیر ساده کرد.

حرکت الکترون ها توسط یون های بزرگی که مقاومت ایجاد می کنند، مانع می شود. این امر به ویژه در هنگام گرم شدن فلزات، هنگامی که یون های سنگین "نوسان می کنند"، افزایش اندازه می دهند و هدایت الکتریکی شبکه های کریستالی هادی را کاهش می دهند، قابل توجه است. بنابراین، هنگامی که فلزات گرم می شوند، مقاومت آنها همیشه افزایش می یابد. با کاهش دما، هدایت الکتریکی افزایش می یابد. با کاهش دمای یک فلز به صفر مطلق می توان به اثر ابررسانایی دست یافت.

جریان الکتریکی چیست

حرکت جهت دار ذرات باردار الکتریکی تحت تأثیر . چنین ذرات می توانند: در رساناها - الکترون ها، در الکترولیت ها - یون ها (کاتیون ها و آنیون ها)، در نیمه هادی ها - الکترون ها و به اصطلاح "حفره ها" ("رسانایی الکترون-حفره"). همچنین یک "جریان بایاس" وجود دارد که جریان آن به دلیل فرآیند شارژ ظرفیت است، یعنی. تغییر اختلاف پتانسیل بین صفحات هیچ حرکتی از ذرات بین صفحات وجود ندارد، اما جریان از خازن عبور می کند.

در تئوری مدارهای الکتریکی، جریان به عنوان حرکت جهتی حامل های بار در یک محیط رسانا تحت تأثیر میدان الکتریکی در نظر گرفته می شود.

جریان رسانایی (جریان ساده) در تئوری مدارهای الکتریکی مقدار الکتریسیته ای است که در واحد زمان از مقطع یک هادی عبور می کند: i=q/t، جایی که i جریان است. الف q = 1.6·10 9 - بار الکترون، C; t - زمان، s.

این عبارت برای مدارهای DC معتبر است. برای مدارهای جریان متناوب، به اصطلاح مقدار جریان لحظه ای، برابر با نرخ تغییر بار در طول زمان استفاده می شود: i(t) = dq/dt.

جریان الکتریکی زمانی اتفاق می افتد که یک میدان الکتریکی یا اختلاف پتانسیل در بخشی از مدار الکتریکی بین دو نقطه رسانا ظاهر شود. اختلاف پتانسیل بین دو نقطه را ولتاژ یا افت ولتاژ در این بخش از مدار.

به جای اصطلاح "جریان" ("میزان جریان")، اصطلاح "قدرت جریان" اغلب استفاده می شود. با این حال، دومی را نمی توان موفق نامید، زیرا قدرت فعلی هیچ نیرویی به معنای واقعی کلمه نیست، بلکه فقط شدت حرکت بارهای الکتریکی در هادی، مقدار برق عبوری در واحد زمان از طریق صلیب است. - ناحیه مقطع هادی.
جریان با . مشخص می شود که در سیستم SI با آمپر (A) و با چگالی جریان که در سیستم SI بر حسب آمپر بر متر مربع اندازه گیری می شود.
یک آمپر مربوط به حرکت بار الکتریکی برابر با یک کولن (C) در مقطع یک رسانا به مدت یک ثانیه است:

1A = 1C/s.

در حالت کلی، با نشان دادن جریان با حرف i و شارژ با q، به دست می‌آییم:

i = dq / dt.

واحد جریان را آمپر (A) می نامند. جریان در یک رسانا 1 A است اگر بار الکتریکی معادل 1 کولن در 1 ثانیه از سطح مقطع هادی عبور کند.

اگر ولتاژی در امتداد یک هادی اعمال شود، یک میدان الکتریکی در داخل هادی ایجاد می شود. در شدت میدان E، الکترون های دارای بار e توسط نیروی f = Ee وارد می شوند. کمیت های f و E بردار هستند. در طول زمان مسیر آزاد، الکترون ها حرکت جهت دار را همراه با حرکت آشفته به دست می آورند. هر الکترون دارای بار منفی است و مولفه سرعتی در جهت مخالف بردار E دریافت می کند (شکل 1). حرکت مرتب شده، که با سرعت متوسط ​​معینی از الکترون vcp مشخص می شود، جریان الکتریکی را تعیین می کند.

الکترون ها می توانند در گازهای کمیاب حرکت جهت دار داشته باشند. در الکترولیت ها و گازهای یونیزه شده، جریان جریان عمدتاً به دلیل حرکت یون ها است. با توجه به اینکه در الکترولیت‌ها یون‌های دارای بار مثبت از قطب مثبت به سمت منفی حرکت می‌کنند، از نظر تاریخی جهت جریان مخالف جهت حرکت الکترون در نظر گرفته می‌شود.

جهت جریان به عنوان جهتی در نظر گرفته می شود که ذرات دارای بار مثبت در آن حرکت می کنند، یعنی. جهت مخالف حرکت الکترونها
در تئوری مدارهای الکتریکی، جهت جریان در مدار غیرفعال (خارج از منابع انرژی) جهت حرکت ذرات با بار مثبت از یک پتانسیل بالاتر به یک پتانسیل پایین تر در نظر گرفته می شود. این جهت در همان ابتدای توسعه مهندسی برق اتخاذ شد و با جهت واقعی حرکت حامل های بار - الکترون هایی که در رسانه هادی از منفی به مثبت حرکت می کنند - در تضاد است.

مقداری برابر با نسبت جریان به سطح مقطع S را چگالی جریان می گویند (که با δ مشخص می شود): δ= I/S

فرض بر این است که جریان به طور مساوی در سطح مقطع هادی توزیع می شود. چگالی جریان در سیم ها معمولاً بر حسب A/mm2 اندازه گیری می شود.

با توجه به نوع حامل های بار الکتریکی و محیط حرکت آنها، آنها را متمایز می کنند جریان های هدایتو جریان های جابجایی رسانایی به دو دسته الکترونیکی و یونی تقسیم می شود. برای شرایط حالت پایدار، دو نوع جریان متمایز می شود: مستقیم و متناوب.

انتقال جریان الکتریکیپدیده انتقال بارهای الکتریکی توسط ذرات باردار یا اجسام در حال حرکت در فضای آزاد نامیده می شود. نوع اصلی جریان انتقال الکتریکی، حرکت در فضای خالی ذرات بنیادی با بار (حرکت الکترون‌های آزاد در لوله‌های الکترونی)، حرکت یون‌های آزاد در دستگاه‌های تخلیه گاز است.

جریان جابجایی الکتریکی (جریان قطبی)حرکت منظم حامل های محدود بارهای الکتریکی نامیده می شود. این نوع جریان را می توان در دی الکتریک مشاهده کرد.
جریان الکتریکی کل- یک مقدار اسکالر برابر با مجموع جریان هدایت الکتریکی، جریان انتقال الکتریکی و جریان جابجایی الکتریکی از سطح مورد نظر.

ثابت جریانی است که می تواند از نظر بزرگی متفاوت باشد، اما علامت خود را برای مدت زمان طولانی تغییر نمی دهد. بیشتر در این مورد اینجا بخوانید:

جریان متناوب جریانی است که به صورت دوره ای هم از نظر بزرگی و هم از نظر علامت تغییر می کند.مقدار مشخص کننده جریان متناوب فرکانس است (در سیستم SI با هرتز اندازه گیری می شود)، در صورتی که قدرت آن به طور دوره ای تغییر کند. جریان متناوب فرکانس بالابر روی سطح هادی فشار داده می شود. جریان فرکانس بالا در مهندسی مکانیک برای عملیات حرارتی سطوح قطعات و جوشکاری و در متالورژی برای ذوب فلزات استفاده می شود.جریان های متناوب به سینوسی و غیر سینوسی. جریانی که بر اساس قانون هارمونیک تغییر می کند سینوسی نامیده می شود:

i = من گناه دارم ωt

نرخ تغییر جریان متناوب با آن مشخص می شود که به عنوان تعداد نوسانات تکرار شونده کامل در واحد زمان تعریف می شود. فرکانس با حرف f مشخص می شود و با هرتز (Hz) اندازه گیری می شود. بنابراین، یک فرکانس جریان در یک شبکه 50 هرتز با 50 نوسان کامل در ثانیه مطابقت دارد. فرکانس زاویه ای ω نرخ تغییر جریان بر حسب رادیان در ثانیه است و با یک رابطه ساده به فرکانس مربوط می شود:

ω = 2πf

مقادیر ثابت (ثابت) جریان های مستقیم و متناوببا حرف بزرگ I مقادیر ناپایدار (آنی) را نشان دهید - حرف i. به طور معمول، جهت مثبت جریان، جهت حرکت بارهای مثبت در نظر گرفته می شود.

این جریانی است که طبق قانون سینوسی در طول زمان تغییر می کند.

جریان متناوب همچنین به جریان در شبکه های معمولی تک فاز و سه فاز اشاره دارد. در این حالت، پارامترهای جریان متناوب طبق یک قانون هارمونیک تغییر می کنند.

از آنجایی که جریان متناوب با زمان تغییر می کند، روش های ساده حل مسئله مناسب برای مدارهای جریان مستقیم به طور مستقیم در اینجا قابل استفاده نیستند. در فرکانس‌های بسیار بالا، بارها می‌توانند دستخوش حرکت نوسانی شوند - از یک مکان در مدار به مکان دیگر و برگشت. در این حالت، برخلاف مدارهای جریان مستقیم، جریان ها در هادی های متصل به سری ممکن است یکسان نباشد. ظرفیت های موجود در مدارهای AC این اثر را افزایش می دهد. علاوه بر این، هنگامی که جریان تغییر می کند، اثرات خود القایی رخ می دهد که در صورت استفاده از سیم پیچ هایی با اندوکتانس بالا، حتی در فرکانس های پایین نیز قابل توجه است. در فرکانس‌های نسبتاً پایین، مدارهای AC هنوز هم می‌توانند با استفاده از .

مداری که شامل مقاومت‌ها، سلف‌ها و خازن‌های مختلف است را می‌توان به گونه‌ای در نظر گرفت که گویی از یک مقاومت عمومی، خازن و سلف متصل به صورت سری تشکیل شده است.

بیایید خواص چنین مداری را که به یک ژنراتور جریان متناوب سینوسی متصل است در نظر بگیریم. برای تدوین قوانین برای محاسبه مدارهای AC، باید رابطه بین افت ولتاژ و جریان را برای هر یک از اجزای چنین مداری پیدا کنید.

نقش های کاملا متفاوتی را در مدارهای AC و DC ایفا می کند. به عنوان مثال، اگر یک عنصر الکتروشیمیایی به مدار متصل شود، خازن شروع به شارژ می کند تا زمانی که ولتاژ دو طرف آن برابر با emf عنصر شود. سپس شارژ متوقف می شود و جریان به صفر می رسد. اگر مدار به یک ژنراتور جریان متناوب متصل شود، در یک نیم چرخه الکترون ها از صفحه سمت چپ خازن خارج می شوند و در سمت راست تجمع می یابند، و در سمت دیگر - برعکس. این الکترون های متحرک نشان دهنده جریان متناوب هستند که قدرت آن در دو طرف خازن یکسان است. تا زمانی که فرکانس جریان متناوب خیلی زیاد نباشد، جریان عبوری از مقاومت و سلف نیز یکسان است.

در دستگاه های مصرف کننده AC، جریان AC اغلب توسط یکسو کننده ها برای تولید جریان DC یکسو می شود.

هادی های جریان الکتریکی

ماده ای که در آن جریان دارد نامیده می شود. برخی از مواد در دماهای پایین ابررسانا می شوند. در این حالت، آنها تقریباً هیچ مقاومتی در برابر جریان ارائه نمی دهند. در سایر موارد، هادی در برابر جریان جریان مقاومت می کند و در نتیجه بخشی از انرژی ذرات الکتریکی به گرما تبدیل می شود. قدرت جریان را می توان با استفاده از بخش مدار و قانون اهم برای مدار کامل محاسبه کرد.

سرعت حرکت ذرات در رساناها به ماده هادی، جرم و بار ذره، دمای اطراف، اختلاف پتانسیل اعمال شده بستگی دارد و بسیار کمتر از سرعت نور است. با وجود این، سرعت انتشار خود جریان الکتریکی برابر با سرعت نور در یک محیط معین است، یعنی سرعت انتشار جبهه موج الکترومغناطیسی.

جریان چگونه بر بدن انسان تأثیر می گذارد؟

جریان عبوری از بدن یک شخص یا حیوان می تواند باعث سوختگی الکتریکی، فیبریلاسیون یا مرگ شود. از سوی دیگر، جریان الکتریکی در مراقبت‌های ویژه برای درمان بیماری‌های روانی به‌ویژه افسردگی استفاده می‌شود، از تحریک الکتریکی نواحی خاصی از مغز برای درمان بیماری‌هایی مانند پارکینسون و صرع استفاده می‌شود، ضربان‌ساز است که عضله قلب را با ضربان قلب تحریک می‌کند. جریان برای برادی کاردی استفاده می شود. در انسان و حیوان از جریان برای انتقال تکانه های عصبی استفاده می شود.

طبق مقررات ایمنی، حداقل جریان قابل درک توسط انسان 1 میلی آمپر است. جریان با شروع نیروی تقریباً 0.01 آمپر برای زندگی انسان خطرناک می شود. جریان با شروع نیروی تقریباً 0.1 آمپر برای شخص کشنده می شود. ولتاژ کمتر از 42 ولت ایمن در نظر گرفته می شود.

جریان الکتریکی

اول از همه، ارزش این را دارد که بفهمیم جریان الکتریکی چیست. جریان الکتریکی حرکت منظم ذرات باردار در یک هادی است. برای بوجود آمدن آن ابتدا باید میدان الکتریکی ایجاد شود که تحت تاثیر آن ذرات باردار فوق الذکر شروع به حرکت خواهند کرد.

اولین دانش در مورد الکتریسیته، قرن ها پیش، مربوط به بارهای الکتریکی تولید شده از طریق اصطکاک بود. قبلاً در دوران باستان ، مردم می دانستند که کهربا با پشم مالیده شده است ، توانایی جذب اجسام سبک را به دست می آورد. اما تنها در پایان قرن شانزدهم، پزشک انگلیسی گیلبرت این پدیده را به تفصیل مورد مطالعه قرار داد و متوجه شد که بسیاری از مواد دیگر دقیقاً همین خواص را دارند. اجسامی که مانند کهربا پس از مالش می توانند اجسام سبک را جذب کنند، او آنها را برق گرفته نامید. این کلمه از الکترون یونانی - "کهربا" گرفته شده است. در حال حاضر می گوییم اجسام در این حالت دارای بار الکتریکی هستند و خود اجسام «شارژ» نامیده می شوند.

بارهای الکتریکی همیشه زمانی ایجاد می شوند که مواد مختلف با یکدیگر تماس نزدیک داشته باشند. اگر اجسام جامد باشند، از تماس نزدیک آنها با برجستگی ها و بی نظمی های میکروسکوپی که در سطح آنها وجود دارد جلوگیری می شود. با فشردن چنین اجسامی و مالیدن آنها به یکدیگر، سطوح آنها را که بدون فشار فقط در چند نقطه لمس می شود، کنار هم قرار می دهیم. در برخی اجسام، بارهای الکتریکی می توانند آزادانه بین قسمت های مختلف حرکت کنند، اما در برخی دیگر این غیرممکن است. در مورد اول، اجسام "رسانا" و در مورد دوم "دی الکتریک، یا عایق" نامیده می شوند. رساناها همه فلزات، محلول های آبی نمک ها و اسیدها و غیره هستند. نمونه هایی از عایق ها عبارتند از کهربا، کوارتز، آبنیت و تمام گازهایی که در شرایط عادی یافت می شوند.

با این وجود، باید توجه داشت که تقسیم اجسام به هادی ها و دی الکتریک ها بسیار دلخواه است. همه مواد به مقدار کم یا زیاد الکتریسیته را هدایت می کنند. بارهای الکتریکی مثبت و منفی هستند. این نوع جریان زیاد دوام نخواهد آورد، زیرا بدنه برق دار تمام می شود. برای ادامه وجود جریان الکتریکی در یک رسانا، حفظ میدان الکتریکی ضروری است. برای این منظور از منابع جریان الکتریکی استفاده می شود. ساده ترین حالت وقوع جریان الکتریکی زمانی است که یک سر سیم به یک جسم برق دار و دیگری به زمین متصل می شود.

مدارهای الکتریکی تامین کننده جریان برای لامپ ها و موتورهای الکتریکی تا زمان اختراع باتری ها که به حدود سال 1800 باز می گردد، ظاهر نشدند. پس از این، توسعه دکترین الکتریسیته چنان سریع پیش رفت که در کمتر از یک قرن نه تنها بخشی از فیزیک شد، بلکه اساس تمدن الکتریکی جدید را تشکیل داد.

مقادیر اصلی جریان الکتریکی

مقدار برق و جریان. اثرات جریان الکتریکی می تواند قوی یا ضعیف باشد. قدرت جریان الکتریکی بستگی به مقدار باری دارد که در یک واحد زمان معین از مدار عبور می کند. هرچه الکترون های بیشتری از یک قطب منبع به قطب دیگر حرکت کنند، بار کل انتقال یافته توسط الکترون ها بیشتر می شود. این بار خالص، مقدار برق عبوری از یک هادی نامیده می شود.

به طور خاص، اثر شیمیایی جریان الکتریکی به مقدار الکتریسیته بستگی دارد، یعنی هرچه بار عبوری از محلول الکترولیت بیشتر باشد، ماده بیشتری روی کاتد و آند رسوب می‌کند. در این راستا می توان مقدار برق را با وزن کردن جرم ماده رسوب کرده روی الکترود و دانستن جرم و بار یک یون از این ماده محاسبه کرد.

قدرت جریان مقداری است که برابر است با نسبت بار الکتریکی عبوری از مقطع هادی به زمان جاری شدن آن. واحد شارژ کولن (C) است، زمان بر حسب ثانیه (s) اندازه گیری می شود. در این حالت واحد جریان بر حسب C/s بیان می شود. این واحد آمپر (A) نامیده می شود. برای اندازه گیری جریان در مدار از یک دستگاه اندازه گیری الکتریکی به نام آمپرمتر استفاده می شود. برای قرار گرفتن در مدار، آمپرمتر به دو پایانه مجهز شده است. به صورت سری به مدار متصل می شود.

ولتاژ برق. ما قبلاً می دانیم که جریان الکتریکی حرکت منظم ذرات باردار - الکترون ها است. این حرکت با استفاده از میدان الکتریکی ایجاد می شود که مقدار مشخصی کار را انجام می دهد. این پدیده را کار جریان الکتریکی می نامند. برای جابجایی بار بیشتر در مدار الکتریکی در 1 ثانیه، میدان الکتریکی باید کار بیشتری انجام دهد. بر این اساس، معلوم می شود که کار جریان الکتریکی باید به قدرت جریان بستگی داشته باشد. اما یک ارزش دیگر وجود دارد که کار جریان به آن بستگی دارد. به این مقدار ولتاژ می گویند.

ولتاژ نسبت کار انجام شده توسط جریان در یک بخش معین از مدار الکتریکی به باری است که از همان بخش مدار عبور می کند. کار فعلی بر حسب ژول (J)، بار - در کولن (C) اندازه گیری می شود. در این راستا واحد اندازه گیری ولتاژ 1 J/C خواهد شد. این واحد ولت (V) نام داشت.

برای ایجاد ولتاژ در مدار الکتریکی، یک منبع جریان مورد نیاز است. هنگامی که مدار باز است، ولتاژ فقط در پایانه های منبع جریان وجود دارد. اگر این منبع جریان در مدار گنجانده شود، ولتاژ در بخش های جداگانه مدار نیز ایجاد می شود. در این راستا یک جریان در مدار ظاهر می شود. یعنی به اختصار می توان گفت: اگر ولتاژی در مدار نباشد، جریانی وجود ندارد. برای اندازه گیری ولتاژ از یک ابزار اندازه گیری الکتریکی به نام ولت متر استفاده می شود. از نظر ظاهری شبیه آمپرمتر ذکر شده قبلی است، تنها با این تفاوت که حرف V در مقیاس ولت متر (به جای A در آمپرمتر) ظاهر می شود. ولت متر دارای دو پایانه است که به کمک آنها به صورت موازی به مدار الکتریکی متصل می شود.

مقاومت الکتریکی. پس از اتصال انواع هادی ها و آمپرمتر به مدار الکتریکی، متوجه می شوید که هنگام استفاده از هادی های مختلف، آمپرمتر قرائت های مختلفی می دهد، یعنی در این حالت، قدرت جریان موجود در مدار الکتریکی متفاوت است. این پدیده را می توان با این واقعیت توضیح داد که هادی های مختلف مقاومت الکتریکی متفاوتی دارند که یک کمیت فیزیکی است. به افتخار فیزیکدان آلمانی به نام اهم نامگذاری شد. به عنوان یک قاعده، واحدهای بزرگتر در فیزیک استفاده می شود: کیلو اهم، مگا اهم، و غیره. مقاومت هادی معمولا با حرف R، طول هادی L و سطح مقطع S نشان داده می شود. در این مورد، مقاومت را می توان به صورت فرمول نوشت:

که در آن ضریب p مقاومتی نامیده می شود. این ضریب مقاومت یک هادی به طول 1 متر با سطح مقطع برابر با 1 متر مربع را بیان می کند. مقاومت ویژه بر حسب اهم x متر بیان می شود، از آنجایی که سیم ها معمولاً مقطع نسبتاً کمی دارند، مساحت آنها معمولاً بر حسب میلی متر مربع بیان می شود. در این حالت، واحد مقاومت اهم x mm2/m خواهد بود. در جدول زیر. شکل 1 مقاومت برخی از مواد را نشان می دهد.

طبق جدول. 1 مشخص می شود که مس کمترین مقاومت الکتریکی و آلیاژ فلز بالاترین مقاومت الکتریکی را دارد. به علاوه دی الکتریک ها (عایق ها) مقاومت بالایی دارند.

ظرفیت الکتریکی. ما قبلاً می دانیم که دو هادی جدا شده از یکدیگر می توانند بارهای الکتریکی را جمع کنند. این پدیده با کمیت فیزیکی به نام ظرفیت الکتریکی مشخص می شود. ظرفیت الکتریکی دو هادی چیزی نیست جز نسبت بار یکی از آنها به اختلاف پتانسیل بین این هادی و هادی همسایه. هنگامی که هادی ها شارژ دریافت می کنند، هر چه ولتاژ کمتر باشد، ظرفیت آنها بیشتر می شود. واحد ظرفیت الکتریکی فاراد (F) است. در عمل، کسری از این واحد استفاده می شود: میکروفاراد (μF) و پیکوفاراد (pF).

Yandex.DirectAll تبلیغاتآپارتمان برای اجاره روزانه کازان!آپارتمان از 1000 روبل. روزانه هتل های کوچک گزارش اسناد16.forguest.ru آپارتمان برای اجاره روزانه در کازانآپارتمان های دنج در تمام مناطق کازان. سریع آپارتمان روزانه rental.fatyr.ru مرورگر Yandex.Browser جدید!نشانک های مناسب و محافظت قابل اعتماد. مرورگری برای مرور دلپذیر در اینترنت!browser.yandex.ru 0+

اگر دو هادی جدا شده از یکدیگر را بردارید و آنها را در فاصله کمی از یکدیگر قرار دهید، یک خازن خواهید داشت. ظرفیت خازن به ضخامت صفحات آن و ضخامت دی الکتریک و نفوذپذیری آن بستگی دارد. با کاهش ضخامت دی الکتریک بین صفحات خازن می توان ظرفیت خازن را به میزان قابل توجهی افزایش داد. بر روی تمامی خازن ها علاوه بر ظرفیت آنها باید ولتاژی که این دستگاه ها برای آن طراحی شده اند نیز درج شود.

کار و قدرت جریان الکتریکی. با توجه به مطالب بالا مشخص می شود که جریان الکتریکی تا حدی کار می کند. هنگام اتصال موتورهای الکتریکی، جریان الکتریکی باعث می شود تا انواع تجهیزات کار کنند، قطارها را در امتداد ریل حرکت می دهد، خیابان ها را روشن می کند، خانه را گرم می کند و همچنین یک اثر شیمیایی ایجاد می کند، یعنی اجازه الکترولیز می دهد و غیره. می توان گفت که کار انجام شده است. جریان در یک بخش معین از مدار برابر با جریان محصول، ولتاژ و زمانی است که در طی آن کار انجام شده است. کار بر حسب ژول، ولتاژ بر حسب ولت، جریان بر حسب آمپر، زمان بر حسب ثانیه اندازه گیری می شود. در این راستا، 1 J = 1B x 1A x 1s. از اینجا معلوم می شود که برای اندازه گیری کار جریان الکتریکی باید از سه ابزار به طور همزمان استفاده کرد: یک آمپرمتر، یک ولت متر و یک ساعت. اما این دست و پا گیر و بی اثر است. بنابراین معمولاً کار جریان الکتریکی با کنتورهای الکتریکی اندازه گیری می شود. این دستگاه شامل تمامی دستگاه های فوق می باشد.

توان جریان الکتریکی برابر است با نسبت کار جریان به زمانی که در طی آن انجام شده است. قدرت با حرف "P" مشخص می شود و بر حسب وات (W) بیان می شود. در عمل از کیلووات، مگاوات، هکتووات و ... برای اندازه گیری توان مدار باید وات متر بگیرید. مهندسان برق کار جریان را بر حسب کیلووات ساعت (کیلووات ساعت) بیان می کنند.

قوانین اساسی جریان الکتریکی

قانون اهم. ولتاژ و جریان از مفیدترین مشخصات مدارهای الکتریکی در نظر گرفته می شوند. یکی از ویژگی های اصلی استفاده از برق، انتقال سریع انرژی از مکانی به مکان دیگر و انتقال آن به مصرف کننده به شکل مورد نیاز است. حاصل ضرب اختلاف پتانسیل و جریان قدرت می دهد، یعنی مقدار انرژی که در مدار در واحد زمان منتشر می شود. همانطور که در بالا ذکر شد، برای اندازه گیری توان در یک مدار الکتریکی، 3 دستگاه مورد نیاز است. آیا می توان تنها با یک مورد کنار آمد و توان را از روی قرائت های آن و برخی مشخصه های مدار مانند مقاومت آن محاسبه کرد؟ بسیاری از مردم این ایده را پسندیدند و آن را مثمر ثمر دانستند.

بنابراین مقاومت یک سیم یا مدار به طور کلی چقدر است؟ آیا سیم مانند لوله های آب یا لوله های سیستم خلاء خاصیت دائمی دارد که بتوان آن را مقاومت نامید؟ به عنوان مثال، در لوله ها، نسبت اختلاف فشار جریان تولید کننده تقسیم بر دبی معمولاً مشخصه ثابت لوله است. به طور مشابه، جریان گرما در یک سیم توسط یک رابطه ساده شامل اختلاف دما، سطح مقطع سیم و طول آن کنترل می شود. کشف چنین رابطه ای برای مدارهای الکتریکی نتیجه یک جستجوی موفقیت آمیز بود.

در دهه 1820، معلم آلمانی گئورگ اهم اولین کسی بود که جستجوی رابطه فوق را آغاز کرد. اول از همه، او برای شهرت و شهرت تلاش کرد که به او امکان تدریس در دانشگاه را می داد. به همین دلیل است که او منطقه ای را برای تحقیق انتخاب کرد که نوید مزایای ویژه را می داد.

اوم پسر یک مکانیک بود، بنابراین او می دانست که چگونه سیم فلزی با ضخامت های مختلف بکشد، که برای آزمایش ها به آن نیاز داشت. از آنجایی که در آن روزها خرید سیم مناسب غیرممکن بود، اوم خودش آن را ساخت. او در طول آزمایش های خود، طول های مختلف، ضخامت های مختلف، فلزات مختلف و حتی دماهای مختلف را امتحان کرد. او همه این عوامل را یکی یکی تغییر داد. در زمان اهم، باتری ها هنوز ضعیف بودند و جریان ناسازگاری تولید می کردند. در این راستا محقق از ترموکوپلی به عنوان ژنراتور استفاده کرد که محل اتصال داغ آن در شعله قرار گرفت. علاوه بر این، او از یک آمپرمتر مغناطیسی خام استفاده کرد و با تغییر دما یا تعداد اتصالات حرارتی، تفاوت‌های پتانسیل را اندازه‌گیری کرد (اهم آنها را «ولتاژ» نامید.

مطالعه مدارهای الکتریکی به تازگی شروع به توسعه کرده است. پس از اختراع باتری ها در حدود سال 1800، شروع به توسعه بسیار سریعتر کرد. دستگاه‌های مختلفی طراحی و ساخته شدند (اغلب با دست)، قوانین جدید کشف شدند، مفاهیم و اصطلاحات ظاهر شدند و غیره. همه اینها به درک عمیق‌تری از پدیده‌ها و عوامل الکتریکی منجر شد.

به روز رسانی دانش در مورد الکتریسیته از یک سو دلیلی برای ظهور رشته جدیدی از فیزیک شد و از سوی دیگر مبنایی برای توسعه سریع مهندسی برق، یعنی باتری ها، ژنراتورها، سیستم های منبع تغذیه برای روشنایی شد. و درایو الکتریکی، کوره های الکتریکی، موتورهای الکتریکی و غیره اختراع شدند.

اکتشافات اهم هم برای توسعه مطالعه الکتریسیته و هم برای توسعه مهندسی برق کاربردی اهمیت زیادی داشت. آنها امکان پیش بینی آسان خواص مدارهای الکتریکی برای جریان مستقیم و متعاقباً برای جریان متناوب را فراهم کردند. در سال 1826، اهم کتابی را منتشر کرد که در آن نتایج نظری و نتایج تجربی را بیان کرد. اما امیدهای او به حق نبود. این به این دلیل اتفاق افتاد که روش آزمایش خام در عصری که بسیاری به فلسفه علاقه مند بودند، جذاب به نظر نمی رسید.

او چاره ای جز ترک سمت معلمی نداشت. او به همین دلیل به دانشگاه نرسید. به مدت 6 سال، این دانشمند در فقر زندگی کرد، بدون اعتماد به آینده، احساس ناامیدی تلخ را تجربه کرد.

اما به تدریج آثار او ابتدا در خارج از آلمان شهرت یافت. اوم در خارج از کشور مورد احترام بود و از تحقیقات او بهره برد. در همین راستا هموطنان مجبور شدند او را در وطن خود بشناسند. در سال 1849 به مقام استادی در دانشگاه مونیخ رسید.

اهم قانون ساده ای را کشف کرد که رابطه بین جریان و ولتاژ را برای یک قطعه سیم (برای بخشی از یک مدار، برای کل مدار) ایجاد می کند. علاوه بر این، او قوانینی را جمع آوری کرد که به شما امکان می دهد تعیین کنید اگر سیمی با اندازه متفاوت بگیرید، چه چیزی تغییر می کند. قانون اهم به صورت زیر فرموله می شود: شدت جریان در یک بخش از مدار با ولتاژ این بخش نسبت مستقیم و با مقاومت آن مقطع نسبت معکوس دارد.

قانون ژول لنز. جریان الکتریسیته در هر بخشی از مدار کار خاصی انجام می دهد. برای مثال، بیایید هر بخش از مدار را که بین انتهای آن ولتاژ (U) وجود دارد، در نظر بگیریم. طبق تعریف ولتاژ الکتریکی، کار انجام شده هنگام حرکت یک واحد بار بین دو نقطه برابر با U است. اگر قدرت جریان در یک بخش معین از مدار برابر با i باشد، در زمان t بار آن عبور می کند بنابراین کار جریان الکتریکی در این بخش به صورت زیر خواهد بود:

این عبارت برای جریان مستقیم در هر صورت معتبر است، برای هر بخش از مدار که ممکن است شامل هادی ها، موتورهای الکتریکی و غیره باشد. توان جریان، یعنی کار در واحد زمان، برابر است با:

این فرمول در سیستم SI برای تعیین واحد ولتاژ استفاده می شود.

فرض کنید بخش مدار یک هادی ثابت است. در این صورت تمام کار تبدیل به گرما می شود که در این هادی آزاد می شود. اگر هادی همگن است و از قانون اهم پیروی می کند (این قانون شامل تمام فلزات و الکترولیت ها می شود)، پس:

جایی که r مقاومت هادی است. در این مورد:

این قانون برای اولین بار توسط E. Lenz و مستقل از او توسط Joule به طور تجربی استنباط شد.

لازم به ذکر است که هادی های گرمایش کاربردهای متعددی در فناوری دارند. رایج ترین و مهم ترین در میان آنها لامپ های رشته ای هستند.

قانون القای الکترومغناطیسی. در نیمه اول قرن نوزدهم، فیزیکدان انگلیسی M. Faraday پدیده القای مغناطیسی را کشف کرد. این واقعیت که به مالکیت بسیاری از محققان تبدیل شده است، انگیزه قدرتمندی به توسعه مهندسی برق و رادیو داد.

در جریان آزمایشات، فارادی دریافت که وقتی تعداد خطوط القای مغناطیسی که به سطحی که توسط یک حلقه بسته محدود شده است تغییر می کند، جریان الکتریکی در آن ایجاد می شود. این اساس شاید مهمترین قانون فیزیک است - قانون القای الکترومغناطیسی. جریانی که در مدار ایجاد می شود القاء نامیده می شود. با توجه به این واقعیت که یک جریان الکتریکی در یک مدار فقط زمانی ایجاد می شود که بارهای آزاد در معرض نیروهای خارجی قرار گیرند، سپس با تغییر شار مغناطیسی که از سطح مدار بسته عبور می کند، همین نیروهای خارجی در آن ظاهر می شود. عمل نیروهای خارجی در فیزیک نیروی الکتروموتور یا EMF القایی نامیده می شود.

القای الکترومغناطیسی در هادی های باز نیز ظاهر می شود. هنگامی که هادی از خطوط مغناطیسی نیرو عبور می کند، ولتاژ در انتهای آن ظاهر می شود. دلیل ظهور چنین ولتاژی emf القایی است. اگر شار مغناطیسی عبوری از یک حلقه بسته تغییر نکند، جریان القایی ظاهر نمی شود.

با استفاده از مفهوم "emf القایی"، می توانیم در مورد قانون القای الکترومغناطیسی صحبت کنیم، به عنوان مثال، emf القایی در یک حلقه بسته از نظر بزرگی برابر با نرخ تغییر شار مغناطیسی از طریق سطح محدود شده توسط حلقه است.

قانون لنز. همانطور که می دانیم، یک جریان القایی در یک هادی ایجاد می شود. بسته به شرایط ظاهری آن جهت متفاوتی دارد. به همین مناسبت، لنز فیزیکدان روسی قانون زیر را فرموله کرد: جریان القایی که در یک مدار بسته ایجاد می شود همیشه دارای جهتی است که میدان مغناطیسی ایجاد شده اجازه تغییر شار مغناطیسی را نمی دهد. همه اینها باعث وقوع جریان القایی می شود.

جریان القایی مانند هر جریان دیگری دارای انرژی است. این بدان معنی است که در صورت جریان القایی، انرژی الکتریکی ظاهر می شود. با توجه به قانون بقا و تبدیل انرژی، انرژی فوق تنها می تواند به دلیل مقدار انرژی نوع دیگری از انرژی ایجاد شود. بنابراین، قانون لنز به طور کامل با قانون بقا و تبدیل انرژی مطابقت دارد.

علاوه بر القاء، به اصطلاح خود القایی می تواند در سیم پیچ ظاهر شود. ماهیت آن به شرح زیر است. اگر جریانی در سیم پیچ ایجاد شود یا قدرت آن تغییر کند، یک میدان مغناطیسی در حال تغییر ظاهر می شود. و اگر شار مغناطیسی عبوری از سیم پیچ تغییر کند، نیروی الکتروموتور در آن ظاهر می شود که به آن emf خود القایی می گویند.

طبق قانون لنز، EMF خود القایی هنگام بسته شدن مدار با قدرت جریان تداخل کرده و از افزایش آن جلوگیری می کند. هنگامی که مدار خاموش است، emf خود القایی قدرت جریان را کاهش می دهد. در صورتی که قدرت جریان در سیم پیچ به مقدار مشخصی برسد، میدان مغناطیسی تغییر نمی کند و emf خود القایی صفر می شود.