전류란 무엇인가? 전류 존재 조건 : 특성 및 작용. 전류란 무엇입니까? 기본 특성 및 개념 전류는 어디에 사용됩니까?

들어가지 마세요. 죽일 것이다! (와 함께)

전자 및 전기 공학 분야 인구의 평균 읽고 쓰는 능력은 많이 부족합니다. 최대, 회로를 납땜하지만 작동 방식은 어두운 숲입니다. 불행하게도 모든 러시아어 교과서는 공식과 적분으로 가득 차 있어 누구라도 졸리게 만들 것입니다. 영문학에서는 상황이 다소 나아졌습니다. 꽤 흥미로운 출판물이 있지만 여기서 걸림돌은 영어입니다. 나는 전기 공학의 기본 개념을 엔지니어 대 엔지니어가 아닌 사람 대 사람의 자유로운 스타일로 가능한 한 접근하기 쉽게 제시하려고 노력할 것입니다. 지식이 풍부한 독자는 스스로 몇 가지 흥미로운 점을 발견할 수도 있습니다.

전류

전류의 경로는 신비롭습니다. (c) 인터넷에서 나온 생각

설마. 모든 것은 수학적 모델, 시뮬레이션 또는 심지어 종이에 대한 빠른 추정을 사용하여 어떤 방식으로든 설명할 수 있으며 일부 독특한 사람들은 머릿속으로 이를 수행합니다. 어느 것이든 당신에게 더 편리합니다. 사실 이 장의 비문은 전류가 무엇인지에 대한 무지에서 탄생했습니다.

전류는 여러 매개변수로 특징지어집니다. 전압 U와 전류 I. 물론 우리 모두는 물리학의 정의를 기억하지만 그 의미를 이해하는 사람은 거의 없습니다. 긴장부터 시작하겠습니다. 교과서에 무미건조하고 재미없게 글을 쓰면서 전하를 옮기는 전위차나 작업. 실제로 전압은 항상 두 지점 사이에서 측정됩니다. 이는 이 두 지점 사이에 전류를 생성하는 능력을 특징으로 합니다. 이 점을 전압원이라고 부르겠습니다. 전압이 높을수록 전류도 높아집니다. 전압이 적다는 것은 전류가 적다는 것을 의미합니다. 그러나 이에 대해서는 조금 나중에 자세히 설명합니다.

현재는 무엇입니까? 비유를 상상해보십시오. 강바닥은 전선이고 전류는 강의 물 흐름 속도입니다. 그러면 여기서 전압은 강의 시작점과 끝점의 높이 차이입니다. 또는 강이 한 평면으로 흐를 경우 전압은 물을 구동하는 펌프입니다. 초기 단계의 이러한 비유는 전기 회로에서 무슨 일이 일어나고 있는지 이해하는 데 매우 도움이 됩니다. 그러나 결국에는 포기하는 것이 좋습니다. 전류를 전자의 흐름으로 생각하는 것이 더 좋습니다. 단위 시간당 이동된 전하의 양입니다. 물론 교과서에는 전자가 분당 수cm의 속도로 움직이며 전자기장만 중요하다고 나와 있지만, 지금은 그 내용을 잊어버리자. 따라서 전류는 전류의 이동으로 이해될 수 있습니다. 요금. 전하 운반체, 전자는 음전하를 띠고 음전위에서 양전위로 이동하는 반면, 전류는 양전위에서 음전위로, 플러스에서 마이너스로 방향을 가지는데, 이는 편의상 관례이며 이것이 우리가 하는 방식입니다. 전자의 전하를 잊어버리고 미래에 그것을 사용할 것입니다.

물론 전류 자체는 나타나지 않으며 두 지점 사이에 전압을 생성해야 하며 이 두 지점에 연결된 전류를 흐르게 하려면 일종의 부하가 필요합니다. 전류가 흐르기 위해서는 두 개의 도체가 부하에 직접 연결되고, 부하에서 소스로 역방향 전도체가 필요하다는 특성을 아는 것이 매우 유용합니다. 예를 들어, 전압원의 도체가 단락되지 않으면 전류가 발생하지 않습니다.

전압원이란 무엇입니까? 연결을 위한 단자가 2개 이상 있는 블랙박스 형태로 상상해보자. 실제 생활에서 가장 간단한 예: 콘센트, 배터리, 축전지 등


이상적인 전압원은 전류가 흐를 때 일정한 전압을 갖습니다. 이상적인 전압원의 단자를 닫으면 어떻게 될까요? 무한히 큰 전류가 흐르게 됩니다. 실제로 전압원은 저항이 있기 때문에 무한히 큰 전류를 전달할 수 없습니다. 예를 들어, 220V 전원 콘센트의 전선은 콘센트 자체에서 변전소까지 작지만 저항이 있지만 꽤 눈에 띕니다. 변전소에서 발전소까지의 전선에도 저항이 있습니다. 변압기와 발전기의 임피던스를 잊어서는 안됩니다. 배터리는 발생률이 유한한 내부 화학 반응으로 인해 내부 저항을 갖습니다.

저항이란 무엇입니까? 일반적으로 이 주제는 매우 광범위합니다. 아마도 다음 장 중 하나에서 이에 대해 설명할 것입니다. 쉽게 말하면 전류와 전압을 연결하는 매개변수이다. 이 저항에 전압을 가할 때 전류가 얼마나 흐르는지를 나타냅니다. “물”에 비유하면 저항은 강의 길에 있는 댐과 같습니다. 댐의 구멍이 작을수록 저항이 커집니다. 이 관계는 옴의 법칙으로 설명됩니다. "옴의 법칙을 모르면 집에 있으세요!"라는 말이 있습니다.

옴의 법칙을 알면 집에 앉아 있지 않고도 주어진 전압과 저항을 부하 형태로 갖는 전류원을 가지면 어떤 전류가 흐를지 매우 정확하게 예측할 수 있습니다.
실제 전압 소스는 일종의 내부 전압을 가지며 단락 전류라고 하는 특정 유한 전류를 공급합니다. 동시에 배터리와 축전지도 시간이 지남에 따라 방전되며 비선형 내부 저항을 갖습니다. 하지만 지금은 그것에 대해서도 잊어버리자. 그 이유는 다음과 같다. 실제 회로에서는 전압과 전류의 순간적인 값을 사용하여 분석하는 것이 더 편리하므로 전압 소스를 이상적이라고 생각합니다. 소스가 전달할 수 있는 최대 전류를 계산해야 하는 경우를 제외하고.

전류의 "물" 비유에 대해. 이미 쓴 것처럼 댐 전후의 강의 속도가 다르고 댐 전후의 물의 양도 다르기 때문에 그다지 사실이 아닙니다. 실제 회로에서는 저항에 유입되는 전류와 저항에서 흐르는 전류가 동일합니다. 순방향 와이어에서 부하로의 전류와 리턴 와이어에서 부하에서 소스로의 전류도 서로 동일합니다. 전류는 어디에서나 나오지 않고 어디로도 가지 않습니다. 경로가 여러 개 있더라도 회로 노드로 "흐르는" 양은 "흐르는" 양과 같습니다. 예를 들어 소스에서 전류가 흐르는 경로가 두 개 있는 경우 전류는 이 경로를 따라 흐르며 소스의 총 전류는 두 전류의 합과 같습니다. 등. 이것은 키르히호프의 법칙을 예시한 것입니다. 매우 간단합니다.


또한 두 가지 더 중요한 규칙이 있습니다. 소자를 병렬로 연결하면 각 소자의 전압은 동일합니다. 예를 들어 위 그림에서 저항 R2와 R3의 전압은 동일하지만 옴의 법칙에 따라 저항의 저항이 서로 다르면 전류가 다를 수 있습니다. 배터리를 통과하는 전류는 저항 R1을 통과하는 전류와 같고 저항 R2와 R3을 통과하는 전류의 합과 같습니다. 직렬로 연결하면 요소의 전압이 합산됩니다. 예를 들어, 배터리가 생성하는 전압, 즉 EMF는 저항 R1의 전압 + 저항 R2 또는 R3의 전압과 같습니다.

이미 쓴 것처럼 전압은 항상 두 지점 사이에서 측정됩니다. 때로는 문헌에서 "이러한 지점의 전압"을 찾을 수 있습니다. 이는 이 지점과 영전위 지점 사이의 전압을 의미합니다. 예를 들어 회로를 접지하여 전위가 0인 지점을 만들 수 있습니다. 일반적으로 회로는 위 그림과 같이 전원 근처에서 가장 음의 전위가 있는 위치에 "접지"됩니다. 사실, 이것이 항상 발생하는 것은 아니며 0을 사용하는 것은 조건부입니다. 예를 들어 +15V 및 -15V의 양극 전력이 필요한 경우 -15V가 아닌 중간 전위를 "접지"해야 합니다. -15V를 접지하면 0, +15, +30V를 얻습니다. 아래 사진을 참조하세요.


접지는 보호 또는 작업 접지로도 사용됩니다. 보호 접지를 접지라고 합니다. 접지가 아닌 다른 부분에서 회로의 절연이 끊어지면 중성선을 통해 큰 전류가 흐르고 보호 기능이 작동하여 회로의 일부가 꺼집니다. 전류가 흐르는 경로에 차단기나 기타 장치를 설치하여 사전에 보호 조치를 취해야 합니다.

때때로 회로를 "접지"하는 것이 불가능하거나 불가능합니다. 접지 대신 공통점 또는 영점이라는 용어가 사용됩니다. 이러한 회로의 전압은 공통점을 기준으로 표시됩니다. 또한 전체 회로는 접지를 기준으로 합니다. 제로 포텐셜은 어디에나 있을 수 있습니다. 그림을 참조하세요.


일반적으로 Xv는 0V에 가깝습니다. 한편으로는 접지되지 않은 회로는 사람이 회로와 접지를 동시에 만지면 전류가 흐르지 않기 때문에 더 안전합니다. 전류 흐름에는 역방향 경로가 없습니다. 저것들. 회로는 사람을 통해 "접지"됩니다. 그러나 반면에 그러한 계획은 까다롭습니다. 어느 지점에서든 회로와 접지의 절연이 갑자기 깨지더라도 우리는 이를 알 수 없습니다. 고전압에서는 위험할 수 있습니다. Xv.

일반적으로 토지는 다소 광범위하고 모호한 용어입니다. 회로를 "접지"할 위치에 따라 접지에 대한 많은 용어와 이름이 있습니다. 접지는 보호 접지와 작업 접지(정상 작동 중 전류 흐름을 기반으로 함), 신호 접지와 전원 접지(전류 유형을 기반으로 함), 아날로그 접지와 디지털 접지(정상 작동 중 이를 기반으로 함)로 이해될 수 있습니다. 신호 유형) . 땅은 공통점으로 이해될 수도 있고, 그 반대의 경우 공통점은 땅으로 이해될 수도 있고, 땅일 수도 있습니다. 또한 모든 토지가 동시에 계획에 포함될 수 있습니다. 그래서 문맥을 살펴봐야 합니다. 외국 문학에는 이렇게 재미있는 그림도 있습니다. 아래를 참조하세요. 그러나 일반적으로 접지는 0V 회로이며 이 지점에서 회로 전위가 측정됩니다.


지금까지 전압원에 대해 언급할 때 이 전압 자체의 유형에 대해서는 언급하지 않았습니다. 시간이 지나도 변하는 긴장이 있고 변하지 않는 긴장이 있습니다. 저것들. 가변적이고 일정합니다. 예를 들어, 정현파 법칙에 따라 달라지는 전압은 모든 사람에게 잘 알려져 있습니다. 이는 가정용 소켓의 220V 네트워크 전압입니다. 일정한 전압으로 작업하는 것은 매우 쉽습니다. 키르히호프의 법칙을 볼 때 위에서 이미 이 작업을 수행했습니다. 그러나 교류 전압으로 무엇을 해야 하며 어떻게 고려해야 할까요?

그림은 교류 전압 220V 50Hz(파란색 선)의 여러 주기를 보여줍니다. 비교를 위해 빨간색 선은 220V의 정전압입니다.


먼저 220V 전압이 무엇인지 정의해 보겠습니다. 새로운 표준에 따르면 230V로 간주됩니다. 이는 유효 전압 값입니다. 진폭 값은 2배 더 높은 루트가 되며 대략 308v가 됩니다. 유효 값은 교류 기간 동안 동일한 전압의 직류와 동일한 양의 열이 도체에서 방출되는 전압 값입니다. 수학적으로 이는 전압의 제곱 평균 제곱근 값입니다. 영어 문헌에서는 RMS라는 용어가 사용되며 실제 유효 값을 측정하는 장비는 "true RMS"로 표시됩니다.

얼핏 보면 불편한 실효값처럼 보일 수도 있지만, 전압 변환이 필요 없는 전력 계산에는 편리합니다.

교류 전압은 어느 시점에서나 일정한 전압으로 간주하는 것이 편리합니다. 그런 다음 회로를 여러 번 분석하여 정전압의 부호를 반대 방향으로 변경합니다. 먼저, 일정한 양의 전압으로 회로의 작동을 고려한 다음 부호를 양에서 음으로 변경합니다.
AC 전압에도 두 개의 전선이 필요합니다. 이를 위상(Phase)과 제로(0)라고 합니다. 때로는 0이 접지되는 경우도 있습니다. 이러한 시스템을 단상이라고 합니다. 위 그림과 같이 위상 전압은 0을 기준으로 측정되며 시간이 지남에 따라 변경됩니다. 양의 반파 전압을 사용하면 전류가 위상에서 활성 부하로 흐르고 부하에서 중성선을 통해 다시 돌아옵니다. 음의 반파의 경우 전류는 중성선을 통해 흐르고 상선을 통해 돌아옵니다.

3상 네트워크는 산업계에서 널리 사용됩니다. 이는 다상 시스템의 특별한 경우입니다. 본질적으로 모든 것은 단상 시스템과 동일하며 3만 곱하면 됩니다. 3상과 3개 접지를 동시에 사용합니다. N. Tesla가 처음 발명했으며 이후 M. O. Dolivo-Dobrovolsky가 개선했습니다. 개선된 점은 3상 전류를 전송하기 위해 여분의 전선을 버릴 수 있다는 것입니다. 4개면 충분합니다. 3상 ABC와 중성선 또는 3상을 모두 사용하여 0을 버립니다. 중성선은 접지되는 경우가 많습니다. 아래 그림에서는 0이 일반적입니다.


왜 그 이상도 그 이하도 아닌 3단계로 이루어져 있나요? 한편으로는 전기 모터가 회전하거나 발전소 발전기에서 수신되는 데 필요한 회전 자기장을 생성하기 위해 3상이 보장됩니다. 반면에 이는 물질적 관점에서 경제적으로 유리합니다. 더 적은 것은 불가능하지만 더 많은 것은 필요하지 않습니다.

3상 네트워크에서 회전 자기장이 생성되도록 하려면 전압 위상을 서로 상대적으로 이동해야 합니다. 전체 전압 기간을 360도라고 하면 360/3 = 120도입니다. 저것들. 각 위상의 전압은 서로에 대해 120도만큼 이동됩니다. 아래 그림을 참조하세요.


다음은 시간에 따른 3상 380V 네트워크의 전압 그래프입니다. 그림에서 볼 수 있듯이 모든 것이 단상 네트워크와 동일하며 전압만 증가했습니다. 380V는 소위 선형 네트워크 전압 Uл입니다. 두 위상 사이에서 측정된 전압. 그림은 Ul의 순간값을 구하는 예를 보여줍니다. 또한 정현파 법칙에 따라 달라집니다. 또한 선형 전압과 함께 위상 Uph도 구별됩니다. 위상과 0 사이에서 측정됩니다. 이 3상 네트워크의 상 전압은 220V입니다. 물론 위상 및 선간 전압은 유효 전압을 의미합니다. 선형 대 위상 전압은 3의 근과 관련됩니다.


부하는 어떤 방식으로든 3상 네트워크에 연결될 수 있습니다. 즉, 위상 전압(임의의 위상과 0 사이) 또는 라인 전압(두 위상 사이)에 연결할 수 있습니다. 부하가 상 전압에 연결된 경우 이 연결 다이어그램을 스타라고 합니다. 위에 표시되어 있습니다. 라인 전압에 대한 연결은 델타입니다. 동일한 부하가 세 위상 모두 사이의 라인 전압에 연결되면 이러한 네트워크는 대칭이 됩니다. 대칭 네트워크에서는 중성선을 통해 전류가 흐르지 않습니다. 그림을 참조하십시오. 아래에. 산업용 네트워크도 조건부 대칭으로 간주됩니다. 일반적으로 이러한 네트워크에는 0이 존재하지만 보호 목적으로만 사용됩니다. 때로는 전혀 없을 수도 있습니다. 위키의 재미있는 그림은 그러한 네트워크에서 전류가 어떻게 흐르는지 명확하게 보여줍니다.


이것으로 전기 네트워크와 전기에 대한 간략한 개요를 마칩니다. 아마도 앞으로는 다이오드와 트랜지스터의 작동 방식, 제너 다이오드, 사이리스터 및 기타 요소가 무엇인지 자세히 설명할 것입니다. 읽고 싶은 내용을 적어보세요.

서지

  1. 회로 설계 기술, P. Horowitz. 2003.
  2. 접지 근거. 회로-시스템 핸드북, Elya B. Joffe, Kai-Sang Lock.
  3. 위키 및 인터넷 리소스.

오늘날 전기와 같은 현상이 없는 삶을 상상하기는 어렵지만 인류는 얼마 전부터 전기를 자신의 목적으로 사용하는 법을 배웠습니다. 이 특별한 유형의 물질의 본질과 특성에 대한 연구는 수세기가 걸렸지 만 지금도 우리는 그것에 대해 모든 것을 완전히 알고 있다고 자신있게 말할 수 없습니다.

전류의 개념과 본질

학교 물리학 과정에서 알려진 전류는 하전 입자의 규칙적인 움직임에 지나지 않습니다. 후자는 음전하를 띤 전자이거나 이온일 수 있습니다. 이러한 유형의 문제는 소위 도체에서만 발생할 수 있다고 믿어지지만 이는 사실과 거리가 멀습니다. 문제는 신체가 접촉할 때 항상 일정한 수의 반대 전하를 띤 입자가 발생하여 움직이기 시작할 수 있다는 것입니다. 유전체에서는 동일한 전자의 자유로운 움직임이 매우 어렵고 엄청난 외부 힘이 필요하기 때문에 전류가 흐르지 않는다고 말합니다.

회로에 전류가 존재하는 조건

과학자들은 이러한 물리적 현상이 저절로 오랫동안 발생하거나 지속될 수 없다는 사실을 오랫동안 알아차려 왔습니다. 전류 존재 조건에는 몇 가지 중요한 조항이 포함됩니다. 첫째, 이 현상은 전하 전달 장치 역할을 하는 자유 전자와 이온이 없으면 불가능합니다. 둘째, 이러한 기본 입자가 질서있게 움직이기 시작하려면 전기 기술자의 모든 지점 사이의 전위차가 주요 특징인 장을 생성해야 합니다. 마지막으로, 셋째, 전위가 점차적으로 동일해지기 때문에 쿨롱 힘의 영향으로만 전류가 오랫동안 존재할 수 없습니다. 그렇기 때문에 다양한 유형의 기계적 및 열 에너지를 변환하는 특정 구성 요소가 필요합니다. 일반적으로 전류원이라고 합니다.

현재 소스에 대한 질문

전류원은 전기장을 생성하는 특수 장치입니다. 그 중 가장 중요한 것은 갈바니 전지, 태양 전지 패널, 발전기 및 배터리를 포함합니다. 성능, 생산성 및 작동 시간이 특징입니다.

전류, 전압, 저항

다른 물리적 현상과 마찬가지로 전류에도 여러 가지 특성이 있습니다. 이들 중 가장 중요한 것은 강도, 회로 전압 및 저항입니다. 첫 번째는 단위 시간당 특정 도체의 단면을 통과하는 전하의 정량적 특성입니다. 전압(기전력이라고도 함)은 통과하는 전하가 일정량의 일을 하는 데 따른 전위차의 크기에 지나지 않습니다. 마지막으로 저항은 도체의 내부 특성으로, 전하가 도체를 통과하기 위해 얼마나 많은 힘을 소비해야 하는지를 나타냅니다.

전류는 하전 입자의 규칙적인 움직임입니다. 고체에서는 이것이 전자(음전하를 띤 입자)의 움직임이고, 액체와 기체에서는 이것이 이온(양전하를 띤 입자)의 움직임입니다. 또한 전류는 일정하거나 교번할 수 있으며 전하의 움직임이 완전히 다릅니다. 도체의 전류 이동 주제를 잘 이해하고 숙달하려면 먼저 전기 물리학의 기본 사항을 더 자세히 이해해야 할 것입니다. 이것이 내가 시작할 곳이다.

그렇다면 전류는 처음에 어떻게 흐르나요? 물질은 원자로 구성되어 있는 것으로 알려져 있습니다. 이들은 물질의 기본 입자입니다. 원자의 구조는 원자핵이 중앙에 위치하는 우리 태양계와 유사합니다. 이는 양성자(양극 전기 입자)와 중성자(전기적으로 중성 입자)가 서로 단단히 압축되어 구성되어 있습니다. 이 핵 주위에는 전자(음전하를 띤 작은 입자)가 궤도를 따라 엄청난 속도로 회전합니다. 물질마다 전자의 수와 회전하는 궤도가 다릅니다. 고체의 원자에는 결정 격자라는 것이 있습니다. 이것은 원자가 특정 순서로 서로 상대적으로 배열되는 물질의 구조입니다.

여기서 전류는 어디에서 발생할 수 있습니까? 일부 물질(전류 전도체)에서는 핵에서 가장 멀리 떨어져 있는 전자가 원자에서 떨어져 나와 인접한 원자로 이동할 수 있는 것으로 나타났습니다. 이러한 전자의 움직임을 자유라고 합니다. 전자는 단순히 물질 내에서 한 원자에서 다른 원자로 이동합니다. 그러나 외부 전자기장이 이 물질(전기 전도체)에 연결되어 전기 회로를 생성하면 모든 자유 전자가 한 방향으로 움직이기 시작합니다. 이것이 바로 도체 내부의 전류 이동입니다.

이제 DC 및 AC 전류가 무엇인지 알아 보겠습니다. 따라서 직류는 항상 한 방향으로만 움직입니다. 처음에 언급했듯이 전자는 고체에서 움직이고 이온은 액체와 기체에서 움직입니다. 전자는 음전하를 띤 입자입니다. 결과적으로 고체에서는 전류가 전원의 마이너스에서 플러스로 흐릅니다(전자는 전기 회로를 따라 이동합니다). 액체와 기체에서 전류는 한 번에 두 방향으로 이동하거나 오히려 동시에 전자가 플러스로 흐르고 이온 (결정 격자로 연결되지 않은 개별 원자는 각각 자체적으로 있음)은 마이너스로 흐릅니다. 전원.

운동이 플러스에서 마이너스로 발생한다는 것이 과학자들에 의해 공식적으로 인정되었습니다(실제로 일어나는 것과 반대). 따라서 과학적인 관점에서는 전류가 플러스에서 마이너스로 이동한다고 말하는 것이 맞지만, 실제 관점(전기물리학적 특성)에서는 전류가 마이너스에서 플러스로 흐른다고 믿는 것이 더 정확합니다. 고체). 이것은 아마도 편의를 위해 수행되었을 것입니다.

이제 교류에 관해서. 여기서는 모든 것이 조금 더 복잡합니다. 직류의 경우 하전 입자의 이동 방향이 단 하나인 경우(물리적으로 마이너스 기호가 있는 전자는 플러스로 흐릅니다), 교류를 사용하면 이동 방향이 주기적으로 반대 방향으로 변경됩니다. 일반 도시 전기 네트워크의 교류 전압이 220V이고 표준 주파수가 50Hz라는 말을 들어보셨을 것입니다. 따라서 이 50헤르츠는 전류가 1초에 사인곡선 모양을 50번 반복하는 전체 사이클을 통과한다는 것을 나타냅니다. 실제로 전류의 방향은 1초에 100배나 바뀐다(한 주기에 2번 바뀐다).

추신 전기 회로에서는 전류의 방향이 중요합니다. 대부분의 경우 회로가 한 방향의 전류용으로 설계되었는데 실수로 반대 방향으로 변경하거나 직류 대신 교류를 연결하면 장치가 고장날 가능성이 높습니다. 회로에서 작동하는 많은 반도체는 전류가 반대 방향으로 흐를 때 파손되어 소손될 수 있습니다. 따라서 전원을 연결할 때 전류의 방향을 엄격히 준수해야 합니다.

자유 하전 입자가 있는 경우에만 물질에 전류가 형성됩니다. 전하는 초기에 매체에 존재할 수도 있고 외부 요인(온도, 전자기장, 이온화 ​​장치)의 도움으로 형성될 수도 있습니다. 전자기장이 없으면 하전 입자의 움직임이 혼란스럽고 물질의 두 지점에 연결되면 전위차가 한 물질에서 다른 물질로 향하는 방향으로 변합니다.

전류의 개념, 본질 및 표현

정의 1

전류는 하전 입자의 규칙적이고 방향성 있는 움직임입니다.

이러한 입자는 다음과 같습니다.

  • 가스-이온과 전자,
  • 금속-전자,
  • 전해질 – 음이온과 양이온,
  • 진공 상태 – 전자(특정 조건 하에서),
  • 반도체에서 - 정공과 전자(전자-정공 전도성).

참고 1

이 정의는 자주 사용됩니다. 전류는 시간에 따른 전기장의 변화로 인해 발생하는 변위 전류입니다.

전류는 다음과 같은 표현으로 표현될 수 있습니다.

  1. 도체 가열. 초전도체에서는 열이 발생하지 않습니다.
  2. 일부 도체의 화학적 조성 변화. 이러한 현상은 주로 전해질에서 관찰될 수 있습니다.
  3. 전기장의 형성. 예외없이 모든 도체에 나타납니다.

그림 1. 전류 - 하전 입자의 규칙적인 움직임. Author24 - 학생 작품의 온라인 교환

전류의 분류

정의 2

전기 전도 전류는 하전 입자가 특정 매체의 거시적 요소 내에서 이동하는 현상입니다.

대류는 거시적인 하전체(예: 하전된 강수 방울)가 움직이는 현상입니다.

직접, 교류, 맥동 전류와 이들의 다양한 조합이 있습니다. 그러나 이러한 조합에서는 "전기"라는 용어가 생략되는 경우가 많습니다.

전류에는 여러 가지 유형이 있습니다.

  1. 직류는 시간이 지남에 따라 크기와 방향이 조금씩 변하는 전류입니다.
  2. 교류는 시간이 지남에 따라 방향과 크기가 점진적으로 변하는 전류입니다. 교류는 일정하지 않은 전류를 말합니다. 모든 종류의 교류 중에서 가장 중요한 것은 정현파 법칙에 따라서만 값이 변할 수 있는 것입니다. 이 경우 도체의 각 끝의 전위는 다른 쪽 끝과 관련하여 음에서 양으로 번갈아 변하며 그 반대도 마찬가지입니다. 동시에 모든 중간 전위를 통과합니다. 결과적으로 방향이 계속 바뀌는 전류가 형성됩니다. 한 방향으로 이동하면 전류가 증가하여 최대값에 도달하며 이를 진폭 값이라고 합니다. 그 후 일정 기간 동안 감소하고 0이 된 후 사이클이 다시 시작됩니다.
  3. 준정적 전류는 상대적으로 느리게 변하는 교류 전류로, 순시 값 때문에 직류 법칙이 충분히 정확하게 충족됩니다. 유사한 법칙으로는 키르히호프의 법칙과 옴의 법칙이 있습니다. 준고정적이라면 분기되지 않은 네트워크의 모든 섹션에서 동일한 강도를 갖습니다. 주어진 전류의 회로를 계산할 때 집중 매개변수가 고려됩니다. 준정상 산업 전류는 선로를 따른 준정상 조건이 충족되지 않는 전류입니다(장거리 송전선로의 전류 제외).
  4. 고주파 교류는 준정지 상태가 더 이상 유지되지 않는 전류입니다. 그것은 도체의 표면을 따라 지나가고 모든 면에서 도체 주위로 흐릅니다. 이 효과를 표피 효과라고 합니다.
  5. 맥동전류는 방향은 일정하고 크기만 변하는 전류이다.
  6. 와전류 또는 푸코 전류는 거대한 도체에 위치하며 자속이 변할 때 발생하는 폐쇄 전류입니다. 이를 바탕으로 와전류는 유도성입니다. 자속이 빠르게 변할수록 와전류는 더 강해집니다. 이들은 와이어를 따라 특정 경로를 따라 흐르지 않지만 도체에서 닫혀 소용돌이 모양의 회로를 형성합니다.

와전류의 존재로 인해 자속과 교류 전류가 도체의 표면층을 따라 전파될 때 표피 효과가 발생합니다. 와전류에 의한 가열로 인해 특히 AC 코일 코어에서 에너지 손실이 발생합니다. 와전류에 대한 에너지 손실을 줄이기 위해 교류 자기선을 서로 격리되고 와전류 방향에 수직으로 위치하는 별도의 플레이트로 나누는 방법이 사용됩니다. 이로 인해 경로의 가능한 윤곽이 제한되고 이러한 전류의 크기가 급격히 감소합니다.

전류의 특성

역사적으로 도체에서 양전하의 이동 방향은 전류의 방향과 일치합니다. 전류의 자연적 운반자가 음전하를 띤 전자라면 전류의 방향은 양전하를 띤 입자의 방향과 반대가 됩니다.

하전 입자의 속도는 입자의 전하 및 질량, 도체 재료, 주변 온도 및 적용된 전위차에 직접적으로 의존합니다. 목표 이동 속도는 빛의 속도보다 훨씬 느린 값입니다. 전자는 1/10밀리미터 미만의 규칙적인 움직임으로 인해 1초 만에 도체 내에서 이동합니다. 그러나 그럼에도 불구하고 전류 전파 속도는 빛의 속도 및 전자파 전면의 전파 속도와 같습니다.

전압 변화 후 전자의 이동 속도가 변하는 곳은 전자기 진동의 전파 속도에 따라 이동합니다.

주요 도체 유형

유전체와 달리 도체에는 보상되지 않은 전하의 자유 캐리어가 포함되어 있습니다. 그들은 전위의 영향을 받아 움직이며 전류를 형성합니다.

전류-전압 특성, 즉 전압에 대한 전류의 의존성은 도체의 주요 특성입니다. 전해질과 금속 전도체의 경우 가장 간단한 형태를 취합니다. 전류 강도는 전압에 정비례합니다. 이것이 옴의 법칙입니다.

금속에서 전류 캐리어는 전자 가스로 간주되는 전도 전자입니다. 축퇴 가스의 양자 특성이 명확하게 나타납니다.

플라즈마는 이온화된 가스입니다. 이 경우 전하는 이온과 자유 전자의 도움으로 전달됩니다. 자유 전자는 자외선 및 X선 복사 또는 열의 영향으로 형성됩니다.

전해질은 전류의 흐름을 유발하는 눈에 띄는 이온 농도가 있는 고체 또는 액체 시스템 및 물질입니다. 전기분해 과정에서 이온이 형성됩니다. 가열하면 이온으로 분해되는 분자 수가 증가하여 전해질의 저항이 감소합니다. 전해질을 통해 전류가 흐르면 이온이 전극에 접근하여 중화되어 침전됩니다.

패러데이 전기분해의 물리적 법칙에 따라 전극에서 방출되는 물질의 질량이 결정됩니다. 전자 빔 장치에 사용되는 진공 상태의 전자 전류도 있습니다.

전자 또는 정공(전자-정공 전도성). 때때로 전류는 변위 전류라고도 하며 시간에 따른 전기장의 변화로 인해 발생합니다.

전류에는 다음과 같은 증상이 있습니다.

백과사전 유튜브

    1 / 5

    ✪ ELECTRIC CURRENT 전류강도 물리학 8급

    ✪ 전류

    ✪ #9 전류와 전자

    ✪ 전류란 무엇인가 [아마추어라디오TV2]

    ✪ 감전이 발생하면 어떻게 되나요?

    자막

분류

하전 입자가 특정 매체를 기준으로 거시적 몸체 내부로 이동하는 경우 이러한 전류를 전기라고 합니다. 전도 전류. 거시적인 대전체(예: 대전된 빗방울)가 움직이는 경우 이 전류를 전달 .

교류에는 직류와 교류가 있으며 다양한 유형의 교류도 있습니다. 이러한 개념에서는 "전기"라는 단어가 생략되는 경우가 많습니다.

  • 직류 - 시간이 지나도 방향과 크기가 변하지 않는 전류.

와전류

와전류(푸코 전류)는 "거대한 도체를 관통하는 자속이 변할 때 발생하는 닫힌 전류"이므로 와전류는 유도 전류입니다. 자속의 변화가 빠를수록 와전류가 강해집니다. 와전류는 전선의 특정 경로를 따라 흐르지 않지만 도체에서 닫히면 소용돌이 모양의 회로를 형성합니다.

와전류의 존재는 표피 효과, 즉 교류 전류와 자속이 주로 도체의 표면층에서 전파된다는 사실로 이어집니다. 와전류에 의한 도체 가열은 특히 AC 코일의 코어에서 에너지 손실을 초래합니다. 와전류로 인한 에너지 손실을 줄이기 위해 교류 자기 회로를 서로 격리되고 와전류 방향에 수직으로 위치하는 별도의 플레이트로 분할하여 경로의 가능한 윤곽을 제한하고 크기를 크게 줄입니다. 이러한 전류 중. 매우 높은 주파수에서는 강자성체 대신 자기 유전체가 자기 회로에 사용되며, 매우 높은 저항으로 인해 와전류가 실제로 발생하지 않습니다.

형질

역사적으로 다음과 같이 받아들여진다. 전류의 방향도체의 양전하 이동 방향과 일치합니다. 더욱이, 전류 운반체가 음으로 하전된 입자(예: 금속의 전자)인 경우 전류의 방향은 하전된 입자의 이동 방향과 반대입니다. .

전자의 표류 속도

방사선 저항은 도체 주위에 전자기파가 형성되어 발생합니다. 이 저항은 도체의 모양과 크기, 방출되는 파동의 길이에 따라 복잡하게 달라집니다. 모든 곳에서 전류의 방향과 강도가 동일하고 길이 L이 방출되는 전자기파의 길이보다 훨씬 작은 단일 직선 도체의 경우 λ(\디스플레이스타일\lambda), 파장과 도체에 대한 저항의 의존성은 비교적 간단합니다.

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

표준주파수 50으로 가장 일반적으로 사용되는 전류 헤르츠이는 약 6,000km 길이의 파동에 해당하므로 복사 전력은 일반적으로 열 손실 전력에 비해 무시할 수 있습니다. 그러나 전류의 주파수가 증가할수록 방출되는 파동의 길이는 감소하고 그에 따라 복사 전력도 증가합니다. 눈에 띄는 에너지를 방출할 수 있는 도체를 안테나라고 합니다.

빈도

주파수의 개념은 강도 및/또는 방향을 주기적으로 변경하는 교류를 나타냅니다. 여기에는 정현파 법칙에 따라 달라지는 가장 일반적으로 사용되는 전류도 포함됩니다.

AC 기간은 전류(및 전압)의 변화가 반복되는 가장 짧은 시간(초로 표시)입니다. 단위 시간당 전류가 수행하는 주기 수를 주파수라고 합니다. 주파수는 헤르츠 단위로 측정되며, 1헤르츠(Hz)는 초당 1사이클에 해당합니다.

바이어스 전류

때로는 편의상 변위 전류라는 개념이 도입되기도 합니다. Maxwell의 방정식에서 변위 전류는 전하의 이동으로 인해 발생하는 전류와 동일하게 나타납니다. 자기장의 강도는 전도 전류와 변위 전류의 합과 같은 총 전류에 따라 달라집니다. 정의에 따르면 바이어스 전류 밀도 j D → (\displaystyle (\vec (j_(D))))- 전기장의 변화율에 비례하는 벡터량 E → (\displaystyle (\vec (E)))시간:

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

사실은 전기장이 변할 때나 전류가 흐를 때 자기장이 생성되어 이 두 과정이 서로 유사하게 된다는 것입니다. 또한, 전기장의 변화는 일반적으로 에너지 전달을 동반합니다. 예를 들어, 커패시터를 충전 및 방전할 때 플레이트 사이에 하전 입자의 이동이 없음에도 불구하고 커패시터를 통해 흐르는 변위 전류에 대해 말하고 일부 에너지를 전달하고 전기 회로를 독특한 방식으로 닫습니다. 바이어스 전류 I D (\displaystyle I_(D))커패시터의 값은 다음 공식에 의해 결정됩니다.

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))),

어디 Q(\디스플레이스타일 Q)- 커패시터 플레이트의 충전, U (\디스플레이스타일 U)- 플레이트 사이의 전위차, C (\표시스타일 C)- 커패시터 용량.

변위 전류는 전하의 이동과 관련이 없기 때문에 전류가 아닙니다.

주요 도체 유형

유전체와 달리 도체에는 보상되지 않은 전하의 자유 캐리어가 포함되어 있으며, 일반적으로 전위차와 같은 힘의 영향으로 이동하여 전류를 생성합니다. 전류-전압 특성(전압에 대한 전류의 의존성)은 도체의 가장 중요한 특성입니다. 금속 도체 및 전해질의 경우 가장 간단한 형태를 갖습니다. 즉, 전류 강도는 전압에 정비례합니다(옴의 법칙).

금속 - 여기서 전류 캐리어는 일반적으로 전자 가스로 간주되는 전도 전자이며 축퇴 가스의 양자 특성을 명확하게 나타냅니다.

자연의 전류

전류는 다양한 영역(전화, 라디오, 제어판, 도어 잠금 버튼 등)에서 다양한 복잡성과 유형의 신호를 전달하는 데 사용됩니다.

어떤 경우에는 표류 전류 또는 단락 전류와 같은 원치 않는 전류가 나타납니다.

전류를 에너지 운반체로 사용

  • 모든 종류의 전기 모터에서 기계적 에너지를 얻고,
  • 가열 장치, 전기로, 전기 용접 중 열에너지를 얻습니다.
  • 조명 및 신호 장치에서 빛 에너지를 얻고,
  • 고주파, 초고주파 및 전파의 전자기 진동 여기,
  • 소리를 받고,
  • 전기 분해를 통해 다양한 물질을 얻고, 전기 배터리를 충전합니다. 여기서 전자기에너지는 화학에너지로 변환되는데,
  • (전자석에서) 자기장 생성.

의학에서 전류의 사용

  • 진단 - 건강한 기관과 질병에 걸린 기관의 생체전류가 다르며, 질병과 원인을 파악하고 치료를 처방하는 것이 가능합니다. 신체의 전기적 현상을 연구하는 생리학 분야를 전기생리학이라고 합니다.
    • 뇌파검사는 뇌의 기능적 상태를 연구하는 방법입니다.
    • 심전도법은 심장 활동 중 전기장을 기록하고 연구하는 기술입니다.
    • 위전도검사(Electrogastrography)는 위의 운동 활동을 연구하는 방법입니다.
    • 근전도검사는 골격근에서 발생하는 생체전위를 연구하는 방법입니다.
  • 치료 및 소생술: 뇌의 특정 부위에 대한 전기 자극; 파킨슨병 및 간질 치료, 전기영동에도 사용됩니다. 펄스 전류로 심장 근육을 자극하는 맥박 조정기는 서맥 및 기타 심장 부정맥에 사용됩니다.

전기 안전

법적, 사회 경제적, 조직적 및 기술적, 위생 및 위생, 치료 및 예방, 재활 및 기타 조치가 포함됩니다. 전기 안전 규칙은 법률 및 기술 문서, 규제 및 기술 프레임워크에 의해 규제됩니다. 전기 설비 및 전기 장비를 서비스하는 직원에게는 전기 안전의 기본 지식이 필수입니다. 인체는 전류의 전도체입니다. 건조하고 손상되지 않은 피부의 인간 저항 범위는 3~100kOhm입니다.

사람이나 동물의 몸에 전류가 흐르면 다음과 같은 효과가 나타납니다.

  • 열(화상, 가열 및 혈관 손상);
  • 전해질(혈액 분해, 물리적 및 화학적 구성 파괴);
  • 생물학적(신체 조직의 자극 및 흥분, 경련)
  • 기계적 (혈류에 의해 가열되어 얻은 증기 압력의 영향으로 혈관 파열)

감전의 결과를 결정하는 주요 요인은 인체를 통과하는 전류의 양입니다. 안전 규정에 따라 전류는 다음과 같이 분류됩니다.

  • 안전한인체를 통한 긴 통과가 인체에 해를 끼치 지 않고 감각을 유발하지 않는 전류가 고려되며 그 값은 50μA (교류 50Hz) 및 100μA 직류를 초과하지 않습니다.
  • 최소한으로 눈에 띄는인간의 교류는 약 0.6-1.5mA(교류 50Hz)이고 직류는 5-7mA입니다.
  • 한계점 놓아주지 않는 것사람이 더 이상 의지의 힘으로 전류가 흐르는 부분에서 손을 찢을 수 없을 정도의 힘의 최소 전류라고합니다. 교류의 경우 약 10-15mA이고 직류의 경우 50-80mA입니다.
  • 세동 역치약 100mA 및 300mA 직류의 교류 강도(50Hz)라고 하며, 0.5초 이상 노출되면 심장 근육의 세동을 유발할 수 있습니다. 이 임계값은 인간에게도 조건부로 치명적인 것으로 간주됩니다.

러시아에서는 소비자의 전기 설비 기술 운영 규칙 및 전기 설비 운영 중 노동 안전 규칙에 따라 직원의 자격과 경험에 따라 전기 안전에 대한 5개의 자격 그룹이 설정되었습니다. 전기 설비의 전압.



우리는 읽기를 권장합니다