電流とは何ですか? 電流の存在条件：特性と動作。 電流とは何か：基本的な特徴と概念 電流はどこで使われるのですか？

入らないでください。 殺すぞ！ （と）

エレクトロニクスおよび電気工学の分野における国民の平均的な読み書き能力には、まだ不十分な点が多く残されています。 最大限、回路をはんだ付けしますが、それがどのように機能するかは暗い森です。 残念なことに、ロシア語の教科書はどれも公式や積分でいっぱいで、誰でも眠くなってしまいます。 英語文学では状況はいくらか良くなります。 非常に興味深い出版物がありますが、ここでの障害は英語です。 技術者から技術者へではなく、人から人へと、自由なスタイルで電気工学の基本概念をできるだけわかりやすくお伝えしていきたいと思います。 知識豊富な読者は、自分にとって興味深い点をいくつか見つけることもできるでしょう。

電流

電流の流れは神秘的です。 (c) インターネットからの考え

あまり。 すべては、数学的モデル、シミュレーション、または紙上の簡単な見積もりを使用して、何らかの方法で説明できます。一部のユニークな人々は、これを頭の中で実行します。 どちらかご都合の良い方を選択してください。 実際、この章のエピグラフは、電流とは何かについての無知から生まれました。

電流はいくつかのパラメータによって特徴付けられます。 電圧 U と電流 I。もちろん、誰もが物理学の定義を覚えていますが、その意味を理解している人はほとんどいません。 緊張感をもって始めます。 彼らは教科書で無味乾燥で面白くないことを書いているので、潜在的な違い、または電荷を移動させるための作業。 実際、電圧は常に 2 点間で測定されます。 これは、これら 2 点間に電流を生成する能力を特徴とします。 これらの点を電圧源と呼びましょう。 電圧が高くなるほど、電流も大きくなります。 電圧が低いということは、電流が少ないことを意味します。 ただし、それについては少し後ほど説明します。

現在とは何ですか? たとえて想像してみてください。河床は電線であり、電流は川の水の流れの速度です。 するとここでの電圧は川の始点と終点の高低差になります。 あるいは、川が 1 つの平面内を流れる場合、電圧は水を駆動するポンプです。 初期段階でのこのような類推は、電気回路で何が起こっているのかを理解するのに非常に役立ちます。 しかし、結局のところ、それらは諦めたほうが良いのです。 電流は電子の流れと考えるとよいでしょう。 単位時間当たりに移動した電荷の量。 もちろん、教科書には、電子は毎分数センチメートルの速度で移動し、電磁場だけが重要であると書かれていますが、それは今は忘れましょう。 したがって、電流は電流の動きとして理解できます。 充電。 電荷キャリアである電子はマイナスに帯電し、マイナスの電位からプラスの電位に移動しますが、電流にはプラスの電位からマイナスの電位、プラスからマイナスの方向があります。これは便宜上慣例であり、このようにしています。将来的には電子の電荷を忘れてそれを使用するでしょう。

もちろん、電流そのものは現れません。2 点間に電圧を生成する必要があり、電流を流すには、これら 2 点に接続された何らかの負荷が必要です。 電流が流れるには、負荷への直接導体と、負荷からソースへの逆導体の 2 本の導体が必要であるという特性を知っておくと非常に役立ちます。 たとえば、電圧源の導体が短絡していなければ、電流は流れません。

電圧源とは何ですか? 接続用の少なくとも 2 つの端子を備えたブラック ボックスの形でそれを想像してみましょう。 現実の最も単純な例: コンセント、バッテリー、蓄電池など。


理想的な電圧源は、電流が流れると一定の電圧を持ちます。 理想的な電圧源の端子を閉じるとどうなりますか? 無限大の電流が流れます。 実際には、電圧源にはある程度の抵抗があるため、無限大の電流を供給することはできません。 たとえば、220V 電源コンセントのコンセント自体から変電所までの配線には、小さいながらも非常に目立つ抵抗があります。 変電所から発電所までの電線にも抵抗があります。 変圧器と発電機のインピーダンスを忘れてはなりません。 バッテリーには、発生速度が有限である内部化学反応による内部抵抗があります。

抵抗とは何ですか? 一般に、このトピックは非常に広範囲にわたっています。 おそらく次の章で説明するでしょう。 つまり、電流と電圧を結び付けるパラメータです。 この抵抗に電圧を加えたときにどのくらいの電流が流れるかを表します。 「水」に例えると、抵抗は川の流れにあるダムのようなものです。 ダムの穴が小さいほど、抵抗は大きくなります。 この関係はオームの法則で説明されます。 彼らが言うように、「オームの法則を知らないなら、家にいてください！」

オームの法則を知っていれば、家に座っていなくても、負荷の形で特定の電圧と抵抗を持つ電流源を用意するだけで、どのような電流が流れるかを非常に正確に予測できます。
実際の電圧源は何らかの内部電圧を持ち、短絡電流と呼ばれる特定の有限電流を供給します。 同時に、バッテリーと蓄電池も時間の経過とともに放電し、非線形の内部抵抗を持ちます。 しかし、今はそのことは忘れてください。その理由は次のとおりです。 実際の回路では、電圧と電流の瞬間的な瞬時値を使用して解析を実行する方が便利なので、電圧源が理想的であると考えます。 ただし、ソースが供給できる最大電流を計算する必要がある場合は除きます。

電流の「水」の例えについて。 先ほども書きましたが、ダムの前後では川の流れの速さも違いますし、ダムの前後では水量も異なりますので、あまり真実ではありません。 実際の回路では、抵抗に流入する電流と抵抗から流出する電流は等しくなります。 負荷への順方向配線の電流と、負荷から電源への戻り配線の電流も互いに等しくなります。 電流はどこからも来ず、どこへも流れません。たとえ複数の経路があっても、回路ノードに「流れ込む」量と「流れ出す」量は同じです。 たとえば、ソースから流れる電流に 2 つの経路がある場合、電流はこれらの経路に沿って流れ、ソースの合計電流は 2 つの電流の合計に等しくなります。 等々。 これはキルヒホッフの法則の図解です。 とてもシンプルです。


さらに重要なルールが 2 つあります。 要素を並列に接続すると、各要素の電圧は同じになります。 たとえば、上の図の抵抗器 R2 と R3 にかかる電圧は同じですが、抵抗器の抵抗値が異なる場合、オームの法則に従って電流が異なる可能性があります。 バッテリーを流れる電流は、抵抗器 R1 を流れる電流に等しく、抵抗器 R2 と R3 を流れる電流の合計に等しくなります。 直列に接続すると、各要素の電圧が加算されます。 たとえば、バッテリーが生成する電圧、つまり その EMF は、抵抗 R1 の両端の電圧 + 抵抗 R2 または R3 の両端の電圧に等しくなります。

すでに書きましたが、電圧は常に 2 点間で測定されます。 文献には、「これこれの点の電圧」という記述があることがあります。 これは、この点と電位ゼロ点の間の電圧を意味します。 たとえば、回路を接地することによって、ゼロ電位点を作成できます。 通常、回路は、たとえば上の図のように、電源近くの最も負の電位で接地されます。 確かに、これは常に起こるわけではなく、ゼロの使用は非常に条件付きです。たとえば、バイポーラ電源+15ボルトと-15ボルトが必要な場合は、-15ボルトではなく中間の電位を「接地」する必要があります。 -15V を接地すると、0、+15、+30V になります。 以下の写真をご覧ください。


接地は保護接地または作業接地としても使用されます。 保護接地は接地と呼ばれます。 回路の絶縁がアース以外の部分で破損すると、中性線に大電流が流れ、保護装置が作動して回路の一部がオフになります。 電流が流れる経路にブレーカーなどを設置し、事前に保護する必要があります。

回路を「接地」することが不可能または不可能な場合があります。 アースの代わりに、共通点またはゼロという用語が使用されます。 このような回路の電圧は、共通点を基準にして示されます。 さらに、回路全体はグランドに対して相対的です。 ゼロポテンシャルはどこにでも存在する可能性があります。 写真を参照してください。


通常、Xv は 0 ボルトに近い値です。 このような非接地回路は、一方では、人が回路と地面に同時に触れても電流が流れないため、より安全です。 電流の流れに逆方向の経路はありません。 それらの。 回路は人を介して「接地」されます。 しかし一方で、そのような計画は厄介です。 回路のグランドからの絶縁が、どこかの時点で突然壊れたとしても、それはわかりません。 高電圧では危険な場合があります Xv.

一般に、土地はかなり広範囲で曖昧な用語です。 回路を「接地」する場所に応じて、接地には多くの用語や名前があります。 グランドは、保護グランドと作業グランドの両方 (通常動作中に流れる電流に基づいて)、信号グランドと電源グランドの両方 (電流の種類に基づいて)、アナログ グランドとデジタル グランドの両方 (標準動作中に流れる電流に基づいて) として理解できます。信号の種類）。 地球を共通点として理解することも、その逆に、共通点を地球として理解することも、地球そのものとして理解することもできます。 また、すべての土地を同時にスキーム内に存在させることもできます。 したがって、コンテキストを確認する必要があります。 海外の文献にもこんな面白い絵があります。以下を参照してください。 しかし、通常、グランドは回路の0ボルトであり、これが回路の電位が測定されるポイントです。


これまで、電圧源について言及したとき、この電圧そのものの種類については触れていませんでした。 時間とともに変化する緊張感もあれば、変わらない緊張感もある。 それらの。 変数と定数。 たとえば、正弦波の法則に従って変化する電圧は誰もがよく知っています。これは家庭用コンセントの 220 V のネットワーク電圧です。 定電圧を扱うのは非常に簡単です。キルヒホッフの法則を調べたときにすでにこれを行っています。 しかし、交流電圧をどうするか、そしてそれをどのように考慮するか?

この図は、交流電圧 220V 50Hz のいくつかの周期を示しています (青線)。 比較のために、赤い線は 220V の定電圧です。


まず、220V の電圧が何であるかを定義しましょう。ちなみに、新しい規格によれば、220V は 230V とみなされることになっています。 これが電圧の実効値です。 振幅値は2倍の平方根となり約308vとなります。 実効値は、交流期間中に、同じ電圧の直流電流と同じ量の熱が導体に放出される電圧値です。 数学用語では、これは電圧の二乗平均平方根値です。 英語の文献では RMS という用語が使用され、真の実効値を測定する機器には「真の RMS」とマークが付けられます。

一見、これは実効値のような不便なように見えますが、電圧変換を必要とせずに電力を計算する場合には便利です。

また、交流電圧を任意の時点で取得される一定の電圧と考えると便利です。 次に、定電圧の符号を逆に変更しながら回路を数回解析します。 まず、一定の正電圧での回路の動作を考えてから、符号を正から負に変更します。
AC 電圧にも 2 本のワイヤが必要です。 それらは位相とゼロと呼ばれます。 場合によってはゼロが接地されることもあります。 このようなシステムは単相と呼ばれます。 相電圧はゼロを基準にして測定され、上の図に示すように時間の経過とともに変化します。 正の半波電圧の場合、電流は相から能動負荷に流れ、負荷から中性線を通って戻ります。 負の半波の場合、電流は中性線を流れ、相線を通って戻ります。

三相ネットワークは産業界で広く使用されています。 これは多相システムの特殊なケースです。 本質的には、すべてが単相システムと同じですが、3 倍されるだけです。 3 つの相と 3 つのアースを同時に使用します。 N. Tesla によって最初に発明され、その後 M.​​ O. Dolivo-Dobrovolsky によって改良されました。 改良点は、三相電流を伝送するために余分なワイヤを廃棄できることであり、三相 ABC と中性線の 4 本、または 0 を捨てて 3 相全体で十分でした。 中性線は接地されることがよくあります。 以下の図では、ゼロが一般的です。


なぜ 3 フェーズなのか、それ以上でもそれ以下でもないのですか? 一方で、3 相は回転磁界を生成することが保証されており、これは電気モーターの回転や発電所の発電機からの受信に非常に必要であり、他方では物質的な観点から経済的に有益です。 これを減らすことは不可能ですが、それ以上にする必要はありません。

三相回路網で回転磁界を確実に生成するには、電圧位相を相互にシフトする必要があります。 電圧の全周期を 360 度とすると、360/3 = 120 度になります。 それらの。 各相の電圧は相互に 120 度シフトします。 下の写真を参照してください。


これは、三相 380 V ネットワークの電圧の経時変化のグラフです。 図からわかるように、電圧が増加しているだけで、すべてが単相ネットワークの場合と同じです。 380V はいわゆる線形ネットワーク電圧 U1、つまり 380V です。 2 相間で測定される電圧。 図はUlの瞬時値を求める例を示しています。 また、正弦波の法則に従って変化します。 また、線形電圧とともに位相Uphも区別されます。 位相とゼロの間で測定されます。 この三相ネットワークの相電圧は 220V です。 相電圧と線間電圧とは、もちろん実効電圧を意味します。 線形電圧と相電圧は 3 の平方根として関係付けられます。


負荷は、任意の方法で三相ネットワークに接続できます。相電圧：任意の相とゼロの間、または線間電圧：2 相間です。 負荷が相電圧に接続されている場合、この接続図はスターと呼ばれます。 それは上に示されています。 線間電圧の場合、接続はデルタです。 同じ負荷が 3 相すべての間の線間電圧に接続されている場合、そのようなネットワークは対称になります。 対称ネットワークでは中性線に電流は流れません。 図を参照してください。 下に。 産業用ネットワークも条件付きで対称であると見なされます。 原則として、そのようなネットワークにはゼロが存在しますが、保護目的のみです。 場合によっては全く存在しないこともあります。 Wiki の面白い図は、そのようなネットワークで電流がどのように流れるかを明確に示しています。


これで、電力ネットワークと電力についての簡単な概要は終わりです。 おそらく将来、ダイオードとトランジスタがどのように機能するか、ツェナーダイオード、サイリスタ、その他の素子が何であるかについて詳しく説明するでしょう。 読んで興味のあることを書きます。

参考文献

  1. 回路設計の芸術、P. ホロヴィッツ。 2003年。
  2. 接地のための接地。 『Circuit-to-System Handbook』、Elya B. Joffe、Kai-Sang Lock。
  3. Wiki とインターネット リソース。

今日、電気のような現象のない生活を想像することは困難ですが、人類は少し前に電気を自分の目的のために使用することを学びました。 この特殊な種類の物質の本質と特性の研究には数世紀かかりましたが、今でも私たちはそれについて完全にすべてを知っていると自信を持って言えません。

電流の概念と本質

学校の物理学の授業で知られているように、電流は荷電粒子の規則正しい動きに他なりません。 後者は、負に帯電した電子またはイオンのいずれかです。 この種の物質は、いわゆる導体でのみ発生すると考えられていますが、これは真実ではありません。 問題は、物体が接触すると、一定数の逆に帯電した粒子が常に発生し、動き始める可能性があるということです。 誘電体では、同じ電子が自由に移動することが非常に難しく、膨大な外力が必要となるため、誘電体には電流が通らないと言われます。

回路内に電流が存在する条件

科学者たちは、この物理現象が単独で発生して長期間持続することはできないことに長い間気づいていました。 電流が存在する条件には、いくつかの重要な規定が含まれています。 まず、この現象は、電荷伝達体として機能する自由電子とイオンが存在しなければ不可能です。 第二に、これらの素粒子が規則正しく動き始めるためには、場を作り出す必要があります。その主な特徴は、電気技師の任意の点間の電位差です。 最後に、第三に、電位は徐々に等しくなるため、電流はクーロン力の影響下でのみ長時間存在することはできません。 そのため、さまざまな種類の機械エネルギーや熱エネルギーを変換する特定のコンポーネントが必要になります。 それらは通常、電流源と呼ばれます。

電流源に関する質問

電流源は、電場を生成する特別な装置です。 その中で最も重要なものには、ガルバニ電池、ソーラーパネル、発電機、バッテリーが含まれます。 パワー、生産性、稼働時間によって特徴付けられます。

電流、電圧、抵抗

他の物理現象と同様に、電流には多くの特性があります。 これらの中で最も重要なものには、強度、回路電圧、抵抗が含まれます。 それらの 1 つ目は、単位時間あたりに特定の導体の断面を通過する電荷の定量的特性です。 電圧 (起電力とも呼ばれます) は、通過する電荷が一定量の仕事をする際に生じる電位差の大きさに他なりません。 最後に、抵抗は導体の内部特性であり、電荷が導体を通過するためにどれだけの力を消費する必要があるかを示します。

電流は荷電粒子の規則正しい動きです。 固体では、これは電子 (負に帯電した粒子) の動きであり、液体および気体では、これはイオン (正に帯電した粒子) の動きです。 さらに、電流には定電流も交流もあり、電荷の動きも全く異なります。 導体の電流の動きというテーマをよく理解して習得するには、おそらく最初に電気物理学の基礎をより詳細に理解する必要があります。 ここから始めます。

では、そもそも電流はどのように流れるのでしょうか？ 物質は原子から構成されていることが知られています。 これらは物質の素粒子です。 原子の構造は太陽系に似ており、原子核が中心にあります。 それは、しっかりと押し付けられた陽子（正の電気粒子）と中性子（電気的に中性の粒子）で構成されています。 この原子核の周りでは、電子 (負の電荷をもつ小さな粒子) がその軌道上を猛スピードで回転します。 物質が異なれば、電子の数と電子が回転する軌道も異なります。 固体の原子には、いわゆる結晶格子があります。 これは、原子が特定の順序で相互に配置された物質の構造です。

ここで電流はどこで発生するのでしょうか? 一部の物質（電流導体）では、原子核から最も遠い電子が原子から離れて隣の原子に移動する可能性があることが判明しました。 この電子の動きを自由といいます。 電子は物質内をある原子から別の原子に移動するだけです。 しかし、外部の電磁場がこの物質（導電体）に接続され、それによって電気回路が形成されると、すべての自由電子が一方向に動き始めます。 これはまさに導体内の電流の動きです。

では、直流と交流とは何かを見てみましょう。 したがって、直流電流は常に一方向にのみ流れます。 冒頭で述べたように、電子は固体内を移動し、イオンは液体および気体内を移動します。 電子はマイナスに帯電した粒子です。 したがって、固体では電源のマイナスからプラスへ電流が流れます（電子が電気回路に沿って移動します）。 液体と気体では、電流は同時に 2 つの方向に流れます。電子はプラスに流れ、イオン (結晶格子によって相互接続されておらず、それぞれ独立した個々の原子) はマイナスに流れます。電源。

この動きはプラスからマイナスへ（実際に起こることとは逆に）起こることは科学者によって正式に認められています。 したがって、科学的観点からは、電流がプラスからマイナスに流れると言うのは正しいですが、実際の観点 (電気物理的性質) からは、電流はマイナスからプラスに流れると考える方が正しいです。固体）。 これはおそらく何らかの便宜のために行われたものと思われます。

さて、交流電流についてです。 ここではすべてがもう少し複雑です。 直流電流の場合、荷電粒子の運動が一方向のみである場合（物理的には、マイナスの符号が付いた電子はプラスに流れます）、交流電流の場合、運動の方向は周期的に反対に変わります。 通常の都市の電力網の交流電圧は 220 ボルト、標準周波数は 50 ヘルツであることを聞いたことがあるでしょう。 したがって、これらの 50 ヘルツは、電流が 1 秒間に正弦波形状の完全なサイクルを 50 回通過することを示しています。 実際、電流の方向は 1 秒間に 100 回も変化します (1 サイクルで 2 回変化します)。

追伸 電気回路における電流の方向は重要です。 多くの場合、回路が一方向の電流向けに設計されているときに、誤って逆方向に変更したり、直流ではなく交流を接続したりすると、デバイスが故障する可能性が高くなります。 回路内で動作する多くの半導体は、電流が逆方向に流れるとブレークスルーして焼損する可能性があります。 したがって、電源を接続するときは、電流の方向を厳守する必要があります。

自由荷電粒子が存在する場合にのみ、物質内に電流が形成されます。 電荷は最初から媒体中に存在することも、外部要因 (温度、電磁場、イオナイザー) の助けを受けて形成されることもあります。 電磁場の存在しない場合、荷電粒子の動きは無秩序であり、物質の 2 点に接続されると、電位差はある物質から別の物質への方向性のあるものに変わります。

電流の概念、本質、現象

定義 1

電流は、荷電粒子の規則的で方向性のある動きです。

このような粒子には次のようなものがあります。

  • ガス中 - イオンと電子、
  • 金属 - 電子、
  • 電解質中 – アニオンとカチオン、
  • 真空中 - 電子 (特定の条件下)、
  • 半導体における正孔と電子 (電子-正孔伝導性)。

注1

この定義はよく使われます。 電流は、時間の経過に伴う電場の変化の結果として発生する変位電流です。

電流は次のような形で表現できます。

  1. 導体の加熱。 超伝導体では発熱は起こりません。
  2. 一部の導体の化学組成の変化。 この現象は主に電解質で観察されます。
  3. 電場の形成。 それは例外なくすべての指揮者に現れます。

図 1. 電流 - 荷電粒子の規則正しい動き。 Author24 - 学生の作品をオンラインで交換する

電流の分類

定義 2

伝導電流は、荷電粒子が特定の媒体の巨視的要素内を移動する現象です。

対流は、巨視的な帯電体（例えば、帯電した降水滴）が移動する現象です。

直流、交流、脈動電流とそれらのさまざまな組み合わせがあります。 ただし、このような組み合わせでは、「電気」という用語が省略されることがよくあります。

電流にはいくつかの種類があります。

  1. 直流は、時間の経過とともに大きさと方向がわずかに変化する電流です。
  2. 交流とは、時間の経過とともに方向と大きさが徐々に変化する電流です。 交流とは、一定ではない電流を指します。 あらゆる種類の交流の中で、主なものは、その値が正弦波の法則に従ってのみ変化する交流です。 この場合、導体の各端の電位は、もう一方の端に対して負から正、またはその逆に交互に変化します。 同時に、すべての中間電位を通過します。 その結果、連続的に方向を変える電流が形成されます。 一方向に移動すると、電流が増加し、振幅値と呼ばれる最大値に達します。 その後減少し、一定期間ゼロになり、その後サイクルが再開されます。
  3. 準定常電流は、比較的ゆっくりと変化する交流であり、その瞬間値に関しては、直流の法則が十分な精度で満たされます。 同様の法則として、キルヒホッフの法則とオームの法則があります。 準定常では、非分岐ネットワークのすべてのセクションで同じ強度を持ちます。 特定の電流の回路を計算する場合、集中パラメータが考慮されます。 準定常産業電流とは、線路沿いの準定常の条件が満たされていない電流です（長距離送電線の電流を除く）。
  4. 高周波交流は、準定常状態が保たれなくなった電流です。 それは導体の表面に沿って通過し、その周りを四方八方から流れます。 この効果は表皮効果と呼ばれます。
  5. 脈流とは、方向が一定で大きさだけが変化する電流のことです。
  6. 渦電流またはフーコー電流は、巨大な導体内に存在し、磁束が変化するときに発生する閉じた電流です。 これに基づいて、渦電流は誘導性です。 磁束の変化が速くなるほど、渦電流は強くなります。 それらは電線に沿った特定の経路に沿って流れるのではなく、導体の中で閉じられ、渦状の回路を形成します。

渦電流の存在により、磁束と交流電流が導体の表層に沿って伝播するときに表皮効果が発生します。 渦電流による加熱により、特に AC コイルコアでエネルギー損失が発生します。 渦電流によるエネルギーの損失を減らすために、交流磁性ワイヤを別のプレートに分割し、互いに絶縁され、渦電流の方向に対して垂直に配置されることが使用されます。 このため、それらの経路の可能な輪郭は制限され、これらの電流の大きさは急速に減少します。

電流の特性

歴史的に、導体内の正電荷の移動方向は電流の方向と一致します。 電流の自然担体が負に帯電した電子である場合、電流の方向は正に帯電した粒子の方向と逆になります。

荷電粒子の速度は、粒子の電荷と質量、導体の材質、外部環境の温度、および印加される電位差に直接依存します。 目標とする移動速度は光速よりも大幅に遅い値です。 電子は、10分の1ミリメートル未満の規則正しい動きにより、導体中を1秒で移動します。 しかし、それにもかかわらず、電流の伝播速度は光の速度および電磁波の前面の伝播速度に等しい。

電圧が変化すると電子の移動速度が変化する場所は、電磁振動の伝播速度に応じて移動します。

主な導体の種類

誘電体とは異なり、導体には補償されていない電荷の自由キャリアが含まれています。 それらは電位の影響下で移動し、電流を形成します。

電流-電圧特性、つまり電流の電圧依存性が導体の主な特性です。 電解質と金属導体の場合、電流の強さは電圧に正比例するという最も単純な形式になります。 これがオームの法則です。

金属では、電流キャリアは伝導電子であり、電子ガスと見なされます。 縮退ガスの量子的性質がそれらにはっきりと現れています。

プラズマはイオン化した気体です。 この場合、電荷はイオンと自由電子の助けを借りて移動します。 自由電子は、紫外線や X 線の放射、または熱の影響下で形成されます。

電解質は、電流の通過を引き起こす顕著な濃度のイオンが存在する固体または液体のシステムおよび物質です。 電離の過程でイオンが形成されます。 電解質の抵抗は、加熱するとイオンに分解する分子の数が増加するために減少します。 電解液に電流が流れると、イオンが電極に近づき中和され、電極上に定着します。

ファラデー電気分解の物理法則により、電極上に放出される物質の質量が決まります。 電子ビーム装置で使用される、真空中には電子の流れもあります。

電子または正孔 (電子-正孔伝導度)。 電流は変位電流とも呼ばれ、時間の経過に伴う電場の変化の結果として発生します。

電流には次のような症状が現れます。

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分類

荷電粒子が特定の媒体に対して巨視的な物体の内部を移動する場合、そのような電流は電気と呼ばれます。 伝導電流。 巨視的な帯電物体 (帯電した雨滴など) が移動する場合、この電流は次のように呼ばれます。 対流 .

交流には直流と交流があり、さまざまな種類があります。 このような概念では、「電気」という言葉が省略されることがよくあります。

  • 直流 - 方向と大きさが時間の経過とともに変化しない電流。

渦電流

渦電流（フーコー電流）は、「巨大な導体を貫く磁束が変化するときに発生する、導体の中に閉じた電流」であるため、渦電流は誘導電流です。 磁束の変化が速いほど、渦電流は強くなります。 渦電流はワイヤ内の特定の経路に沿って流れるわけではありませんが、導体内で近づくと渦のような回路を形成します。

渦電流の存在は表皮効果、つまり交流電流と磁束が主に導体の表層を伝播するという事実につながります。 渦電流による導体の加熱は、特に AC コイルのコアでのエネルギー損失につながります。 渦電流によるエネルギー損失を低減するために、交流磁気回路を個別のプレートに分割し、相互に絶縁し、渦電流の方向に対して垂直に配置することで、経路の可能な輪郭を制限し、その大きさを大幅に低減します。これらの流れの。 非常に高い周波数では、強磁性体の代わりに磁気誘電体が磁気回路に使用されます。磁気回路では、抵抗が非常に高いため、渦電流は実際には発生しません。

特徴

歴史的には次のことが認められています 電流の方向導体の正電荷の移動方向と一致します。 さらに、電流キャリアが負に帯電した粒子 (たとえば、金属内の電子) だけである場合、電流の方向は荷電粒子の移動方向と逆になります。 。

電子の漂流速度

放射線耐性は、導体の周囲に電磁波が形成されることによって発生します。 この抵抗は、導体の形状とサイズ、および放射される波の長さに複雑に依存します。 単一の真っすぐな導体の場合、どこでも電流の方向と強さが同じで、その長さ L が導体から放射される電磁波の長さよりも大幅に短い場合 λ (\displaystyle \lambda)、抵抗の波長と導体への依存性は比較的単純です。

R = 3200 (L λ) (\displaystyle R=3200\left((\frac (L)(\lambda ))\right))

標準周波数 50 の最も一般的に使用される電流 Hzは、長さ約 6,000 キロメートルの波に相当します。そのため、放射パワーは熱損失のパワーに比べて通常無視できます。 ただし、電流の周波数が増加すると、放射される波の長さは減少し、それに応じて放射電力も増加します。 顕著なエネルギーを放出できる導体はアンテナと呼ばれます。

頻度

周波数の概念は、強度や方向が周期的に変化する交流を指します。 これには、正弦波の法則に従って変化する、最も一般的に使用される電流も含まれます。

AC 周期は、電流 (および電圧) の変化が繰り返される最短の時間 (秒単位で表されます) です。 単位時間当たりの電流の周期数を周波数といいます。 周波数はヘルツ単位で測定され、1 ヘルツ (Hz) は 1 秒あたり 1 サイクルに相当します。

バイアス電流

便宜上、変位電流の概念が導入される場合があります。 マクスウェル方程式では、変位電流は電荷の移動によって生じる電流と等しく存在します。 磁場の強さは、伝導電流と変位電流の合計に等しい総電流に依存します。 定義により、バイアス電流密度は j D → (\displaystyle (\vec (j_(D))))- 電場の変化率に比例するベクトル量 E → (\displaystyle (\vec (E)))間に合って：

j D → = ∂ E → ∂ t (\displaystyle (\vec (j_(D)))=(\frac (\partial (\vec (E)))(\partial t)))

実際のところ、電流が流れるときと同様に電界が変化すると磁界が生成され、これら 2 つのプロセスは互いに似ています。 さらに、電場の変化には通常、エネルギーの移動が伴います。 たとえば、コンデンサを充電および放電するとき、そのプレート間に荷電粒子の移動がないにもかかわらず、変位電流がコンデンサを通って流れ、エネルギーが伝達され、独特の方法で電気回路が閉じられると言えます。 バイアス電流 I D (\displaystyle I_(D))コンデンサ内の値は次の式で決まります。

I D = d Q d t = − C d U d t (\displaystyle I_(D)=(\frac ((\rm (d))Q)((\rm (d))t))=-C(\frac ( (\rm (d))U)((\rm (d))t))),

どこ Q (\displaystyle Q)- コンデンサプレートを充電し、 U (\displaystyle U)- プレート間の電位差、 C (\表示スタイル C)- コンデンサ容量。

変位電流は電荷の移動を伴わないため、電流ではありません。

主な導体の種類

誘電体とは異なり、導体には補償されていない電荷の自由キャリアが含まれており、力（通常は電位差）の影響下で移動して電流を生成します。 電流-電圧特性 (電圧に対する電流の依存性) は、導体の最も重要な特性です。 金属導体と電解質の場合、電流の強さは電圧に直接比例するという最も単純な形式になります (オームの法則)。

金属 - ここで電流キャリアは伝導電子であり、通常は電子ガスとみなされ、明らかに縮退ガスの量子特性を示します。

自然界の電流

電流は、さまざまな分野 (電話、ラジオ、コントロール パネル、ドア ロック ボタンなど) でさまざまな複雑さと種類の信号の搬送手段として使用されます。

場合によっては、迷走電流や短絡電流などの不要な電流が発生することがあります。

エネルギーキャリアとしての電流の使用

  • あらゆる種類の電気モーターで機械エネルギーを取得し、
  • 加熱装置、電気炉、電気溶接中の熱エネルギーの取得、
  • 照明および信号装置で光エネルギーを取得し、
  • 高周波、超短波、電波の電磁振動の励起、
  • 音を受信し、
  • 電気分解によってさまざまな物質を取り出したり、電池を充電したりする。 ここで電磁エネルギーは化学エネルギーに変換され、
  • (電磁石内に) 磁場を生成します。

医療における電流の利用

  • 診断 - 健康な臓器と病気の臓器の生体電流は異なり、病気とその原因を特定し、治療法を処方することが可能です。 体内の電気現象を研究する生理学の一分野は電気生理学と呼ばれます。
    • 脳波検査は、脳の機能状態を研究する方法です。
    • 心電図検査は、心臓活動中の電場を記録して研究する技術です。
    • 胃電図検査は、胃の運動活動を研究する方法です。
    • 筋電図検査は、骨格筋で生じる生体電位を研究する方法です。
  • 治療と蘇生: 脳の特定領域の電気刺激。 パーキンソン病やてんかんの治療、電気泳動にも使用されます。 パルス電流で心筋を刺激するペースメーカーは、徐脈やその他の心臓不整脈に使用されます。

電気的安全性

法的、社会経済的、組織的および技術的、衛生的および衛生的、治療および予防、リハビリテーションおよびその他の措置が含まれます。 電気安全規則は、法律および技術文書、規制および技術的枠組みによって規制されています。 電気設備や電気機器を保守する担当者には、電気安全の基本に関する知識が必須です。 人間の体は電流の導体です。 乾燥した無傷の皮膚における人間の抵抗は 3 ～ 100 kΩ の範囲です。

人間や動物の体に電流が流れると、次のような影響が生じます。

  • 熱（火傷、加熱、血管の損傷）。
  • 電解質（血液の分解、物理的および化学的組成の破壊）。
  • 生物学的（身体組織の刺激と興奮、けいれん）
  • 機械的（血流による加熱によって得られる蒸気圧の影響による血管の破裂）

感電の結果を決定する主な要因は、人体を流れる電流の量です。 安全規則によれば、電流は次のように分類されます。

  • 安全人体を長時間通過しても人体に害を及ぼさず、感覚を引き起こさない電流が考慮され、その値は50μA（交流50Hz）および直流100μAを超えません。
  • 最小限に目立たない人間の交流電流は約 0.6 ～ 1.5 mA (50 Hz 交流)、直流電流は 5 ～ 7 mA です。
  • しきい値 手放さない人が意志の力で通電部分から手を引き離すことができなくなるほどの強さの最小電流と呼ばれます。 交流の場合は約 10 ～ 15 mA、直流の場合は 50 ～ 80 mA です。
  • 細動閾値これは、約 100 mA の交流強度 (50 Hz) と 300 mA の直流と呼ばれ、0.5 秒を超えると心筋の細動を引き起こす可能性があります。 この閾値は、条件付きで人間にとって致命的であるとも考えられます。

ロシアでは、家庭用電気設備の技術的操作に関する規則および電気設備の操作中の労働保護に関する規則に従って、従業員および電気設備の資格と経験に応じて、電気安全に関する 5 つの資格グループが設立されています。電気設備の電圧。



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