Co to jest prąd?

Odkrycia dotyczące energii elektrycznej radykalnie zmieniły nasze życie. Przy użyciu prądu elektrycznego jako źródła energii, ludzkość dokonała przełomu w technologii, które ułatwiają nasze istnienie. Dziś, elektryczność napędza tokarki, pojazdy, kontroluje zautomatyzowanej technologii, zapewnia łącza. Ta lista jest bardzo długa. Można go trudno nazwać branży, w której można zrobić bez energii elektrycznej.

Jaki jest sekret takiej masywnej korzystania z energii elektrycznej? Wszakże w przyrodzie, są inne źródła energii, które są tańsze niż energia elektryczna. Okazuje się całość do przenoszenia.

Energia elektryczna może być dostarczane praktycznie wszędzie:

• do hali produkcyjnej;
• mieszkanie;
• na polu;
• do kopalni, do wody, i tak dalej. d.

Elektryczna przechowywana bateria może nieść. Używamy go codziennie, zabierając ze sobą telefon komórkowy. Każdy inny rodzaj energii ma uniwersalne właściwości, takie jak elektryczność. Czy to nie jest wystarczający powód, aby spojrzeć głębiej w naturę i właściwości energii elektrycznej?

Co to jest prąd?

Zjawiska elektryczne były obserwowane przez długi czas, ale aby wyjaśnić ich charakter człowiek mógł stosunkowo niedawno. Piorun wydawało coś nienaturalnego, niewytłumaczalny. Wydawało się dziwny trzask niektórych elementów w ich tarcia. Musujących w ciemnym grzebieniem po czesanie sierści zwierząt (np koty) spowodował zamieszanie, ale napędzany zainteresowanie tym zjawiskiem.

Jak to wszystko się zaczęło

Starożytni Grecy wiedzieli właściwości bursztynu tarcie wełny, zachęcenia kilka małych przedmiotów. Nawiasem mówiąc, od greckiej nazwy bursztynu - „elektron” padła nazwa „elektryczność”.

Kiedy fizycy uporać się ze studium elektryfikacji organów, zaczęli zrozumieć naturę tych zjawisk. Pierwszy krótki prąd elektryczny stworzony przez człowieka, pojawiły się u zbiegu dwóch elementów przewodzących zelektryfikowanych (zob. Rys. 1). W 1729 roku brytyjski Grey i Wheeler otworzył przewodność niektórych materiałów dodatkowych. Ale definicja prądu elektrycznego, nie mogli dać, chociaż wiedział, że opłaty są przenoszone z jednego ciała do drugiego za pośrednictwem przewodu.

Na prąd elektryczny jako zjawiska fizycznego rozmawia tylko po Włoski Volta podane wyjaśnienie Eksperymenty Galvani, a w 1794 roku wynalazł pierwszy na świecie źródło energii elektrycznej - ogniwo galwaniczne (kolumna Volta). Udowodnił uporządkowany ruch naładowanych cząstek w obiegu zamkniętym.

definicja

W nowoczesnej interpretacji prąd elektryczny połączenie skierowane siły przemieszczenie pola elektrycznego na naładowane cząstki, nośniki ładunku są elektrony przewodników metalicznych, oraz kwasy i ich sole, - pozytywne i negatywne Jony. nośniki ładunku półprzewodnikowe elektrony i „dziury”.

Do prądu elektrycznego tam, trzeba cały czas utrzymywać pola elektrycznego. Musi istnieć różnica potencjałów, która wspiera obecność dwóch pierwszych warunków. Dopóki te warunki są spełnione, opłaty będą prawidłowe przejście przez zamkniętą części obwodu elektrycznego. Zadanie to jest wykonywane przez źródła energii elektrycznej.

Takie warunki mogą być tworzone, na przykład, za pomocą urządzenia wpływ (fig. 2). Jeśli dwa dyski obracają się w przeciwnych kierunkach, będą one pobierana z przeciwnych opłat. Na schotkah sąsiadującego dysku pojawia się różnica potencjałów. Łączenie kontaktów dyrygent, będziemy zmuszać naładowane cząstki poruszać się w sposób uporządkowany. To jest maszyna elektrostatyczna jest źródłem energii elektrycznej.

źródła zasilania

Pierwsze źródło energii elektrycznej, które znalazły praktyczne zastosowanie, komórki elektrochemiczne zostały wymienione powyżej. Zaawansowane akumulatory (popularna nazwa - baterie) są szeroko stosowane do dziś. Są one wykorzystywane do sterowania mocą, zegarki elektroniczne, zabawki i wiele innych gadżetów.

Wraz z wynalezieniem prądu przemiennego generatory energii elektrycznej nabytej drugi oddech. Era elektryfikacji miast, a później wszystkie osady. Energia elektryczna jest dostępna dla wszystkich obywateli krajów rozwiniętych.

Dziś ludzkość poszukuje odnawialnych źródeł energii elektrycznej. kolektory słoneczne, elektrownie wiatrowe zajmują już swoją niszę w systemach energetycznych wielu krajów, w tym Rosji.

charakterystyka

Prąd elektryczny jest zdefiniowany przez ilościach, które opisują jego właściwości.

Siła i gęstość prądu

Opisać właściwości elektryczne często używają pojęcia „siły prądu”. Nazwa nie jest do końca udany, gdyż charakteryzuje tylko natężenie przepływu ładunków elektrycznych, a nie jakiś rodzaj władzy w sensie dosłownym. Jednak, termin ten jest stosowany, i oznacza ilość energii (ładowania) przepływającego przez przewód płaszczyźnie przekroju. Urządzenie pomiaru prądu w amperach jest SI (a).

A 1 oznacza, że ​​w czasie jednej sekundy przez przekrój przewodu 1 przekazuje ładunek elektryczny Cl. (1A = 1 C / s).

Gęstość prądu - ilość wektorowych. Wektor wskazując w kierunku przemieszczania ładunków dodatnich. Moduł ten wektor stanowi stosunek prądu na prostopadłej do kierunku przepływu ładunków do przewodzącej powierzchni przekroju tej części. SI jest mierzona w A / m². Gęstość bardziej zwięźle charakteryzuje energię elektryczną, ale wartość „siły prądu” jest powszechnie stosowany w praktyce.

Różnica potencjałów (napięcie) na części łańcucha wyraża: U = ja×Rgdzie U - napięcie, ja - informacje bieżące i R - odporność. Jest dobrze znany prawa Ohma.

moc

siły elektryczne działają przeciwko rezystancji i reaktancji. Z biernego oporu pracy przekształca się w energię cieplną. Moc mowa do pracy wykonywanej w jednostce czasu. W odniesieniu do energii elektrycznej wykorzystywanej termin „utrata mocy termicznej”. Fizyka Joule i Lenz udowodnił, że moc strat ciepła przewodu jest równa sile prądu pomnożona przez napięcie: P = ja×U. power unit - watach (W).

częstotliwość

Prąd zmienny jest również charakteryzuje się częstotliwością. Cecha ta pokazuje, jak zmiany na jednostkę czasu liczba cykli (cykle). Jednostka częstotliwości jest Hz. = 1 1 Hz do drugiego okresu. Norma handlowa częstotliwość AC 50 Hz.

prąd polaryzacji

Określenie „prąd przesunięcia” wprowadzono dla wygody, choć w klasycznym tego słowa znaczeniu nie jest to zagrożenie, ponieważ nie ma przeniesienia ładunku. Z drugiej strony, natężenie pola magnetycznego jest zależność od prądu przewodzenia i przemieszczenia.

Prąd polaryzacji można zaobserwować w kondensatorze. Pomimo faktu, że ładowanie i rozładowywanie między płytami kondensatora następuje przemieszczenie ładunku, prąd polaryzacji przepływa przez kondensator i zamyka obwód elektryczny.

rodzaje prądu

Zgodnie ze sposobem wytwarzania i właściwości prądu jest stała albo zmienna. Stałe - jest taki, że nie zmienia kierunek. On zawsze płynie w jednym kierunku. Prąd przemienny okresowo zmienia kierunek. Zmieniając środków innych niż jakikolwiek prąd stały. Jeśli wartości chwilowe są powtarzane w tej samej kolejności, w regularnych odstępach czasu, na przykład prąd elektryczny nazywamy okresową.

Klasyfikacja AC

Klasyfikować prądy mogą zmieniać się w czasie, co następuje:

1. Sine przestrzeganie funkcji sinus w czasie.
2. quasi-stacjonarny - AC, powoli zmienia się w czasie. Konwencjonalne przemysłowe prądy są quasi-stacjonarny.
3. Wysoka - których częstotliwość przekracza dziesiątek kHz.
4. Pulsujące - impuls, który jest okresowo zmieniane.

Rozróżnia się także prądy wirowe, które powstają w przewodzie, gdy strumień magnetyczny. prądy błądzące Foucault, jak się je nazywa, nie przepływa przez przewody i tworzą kontury wirowych. prąd indukcyjny ma taki sam charakter jak w wirze.

Prędkość dryfu elektronów

Prąd na przewodzie metalowym rozchodzi się z prędkością światła. Ale to nie znaczy, że naładowane cząstki są prowadzone od bieguna do bieguna w tym samym tempie. Elektrony metalowych przewodów spotka się odporności sposób węgla, więc ich rzeczywistego przemieszczenia tylko 0,1 mm na sekundę. Real, uporządkowany prędkość ruch elektronów w przewodniku nazywa się dryf.

Jeśli przewód zwarcia biegunów zasilania, przewód piorun powstaje wokół pola elektrycznego. Im większy jest źródłem EMF, tym silniejsze natężenia pola elektrycznego. W odpowiedzi na napięcie, naładowane cząstki wziąć uporządkowanego ruchu Moment i zaczynają dryf.

Kierunek prądu elektrycznego

Tradycyjnie, prąd elektryczny wektor jest skierowany do ujemnego bieguna źródła. Ale w rzeczywistości, elektrony przemieszczają się do bieguna dodatniego. Tradycja wynikała z faktu, że w kierunku wektora został wybrany ruch jonów dodatnich w elektrolicie, który ma tendencję do ujemnego bieguna.

Elektronów przewodnictwa z ładunkiem ujemnym w metalach odkryto później, ale nie zmieni fizykę pierwotnego przekonania. W ten sposób wzmocnić twierdzenie, że prąd jest kierowany z plusem minus.

Prąd elektryczny w różnych mediach

Nośniki w przewodach metalowych są wolne elektrony, które są słabe ze względu na połączenia elektryczne losowo wędrować w obrębie sieci krystalicznej (fig. 3). Jak tylko pojawi się dyrygent EMF, elektrony zaczynają dryfować uporządkowane w kierunku dodatnim biegunem źródła zasilania.

W wyniku przepływu prądu przewodów występuje opór, który zapobiega przepływowi elektronów i powoduje ogrzewanie. Jeżeli zwarcie jest tak silna reakcja egzotermiczna, niszczy przewód.

w półprzewodnikach

W normalnym stanie w półprzewodnika ma wolnych nośników ładunku. Ale jeśli połączyć dwa różne rodzaje półprzewodników, bezpośrednie połączenie, stają się dyrygenta. Dzieje się tak dlatego, że jeden rodzaj dodatnio naładowane (otworów), a z drugiej - ujemnych jonów (węgla, z dodatkowym elektronem).

Pobudzone elektrony z jednego półprzewodnika biec podstawienie (rekombinacja) z otworów w innych. Tam nakazał ruch wolnych opłat. Przewodnictwo to jest nazywany elektron-dziura.

Próżnia i gaz

Prąd elektryczny jest możliwe w zjonizowanego gazu. Wsad przeniesiono do jonów dodatnich i ujemnych. Jonizacji gazu możliwie pod wpływem promieniowania, lub w wyniku nadmiernego ogrzewania. Pod wpływem tych czynników wzbudzonych atomów, które są przekształcane w jony (rys. 4).

W próżni ładunki elektryczne nie napotykają opór, jednak. Naładowane cząstki poruszają się prawie do prędkości. nośniki ładunku są elektrony. W przypadku wystąpienia prądu w próżni konieczne jest, w celu utworzenia źródła elektronów i wystarczająco wysoki potencjał dodatni na elektrodzie.

Przykładem jest pracy żarówki próżniowe lub kineskopowej.

w cieczach

Powiedzieć od razu - nie wszystkie płyny są przewody. Prąd elektryczny jest możliwe w kwaśnych roztworach alkalicznych i sole. Innymi słowy - w środowiskach, w których występują jony.

Jeśli dwie elektrody są zanurzane w roztworze i podłączyć je do biegunów źródła, prąd elektryczny popłynie między nimi (rys. 5). Pod wpływem pola elektromagnetycznego stad kationów w kierunku katody (ujemny) i anionów anody. Będzie to atak chemiczny na elektrodach - będą rozstrzygać atomów substancji rozpuszczonych. Zjawisko to nazywane jest elektroliza.

Dla lepszego zrozumienia właściwości elektrycznych w różnych warunkach, to proponuje rozważyć obraz na Figurze 6. Należy zwrócić uwagę na charakterystykę prądowo-napięciowych (4 kolumny).

przewody elektryczne

Wśród wielu substancji są tylko niektóre przewody. Dla dobrymi przewodnikami są metale. Ważną cechą jest jego oporność przewodu.

Mały opór to:

• Wszystkie metale szlachetne;
• miedzi;
• aluminium;
• cyny;
• prowadzić.

W praktyce najczęściej stosowane przewody aluminiowe i miedziane, ponieważ nie są one zbyt drogie.

elektryczny

Pomimo faktu, że energia elektryczna jest mocno zakorzeniona w naszym życiu, nie powinniśmy zapominać o bezpieczeństwie elektrycznym. Wysokie napięcie niebezpieczne dla życia i zwarć może stać się przyczyną pożaru.

Kiedy jest to konieczne do naprawy ściśle przestrzegać zasad bezpieczeństwa: nie działają pod wysokiego napięcia, stosować odzież ochronną i specjalnych narzędzi, za pomocą noży uziemiających itd.

W domu, należy stosować tylko takie elektrotechniki, który został zaprojektowany do pracy w odpowiedniej sieci. Nigdy nie „błędów” zamiast bezpieczników.

Pamiętaj, że potężne kondensatory elektrolityczne mają dużą pojemność. Zgromadzone w ich energia może przyczyną uszkodzenia nawet kilka minut po odłączeniu od sieci.