Ce este curentul electric? Condiții de existență a curentului electric: caracteristici și acțiuni. Ce este curentul: caracteristici și concepte de bază Unde se folosește curentul electric?

Nu intra. Va ucide! (Cu)

Nivelul mediu de alfabetizare a populației în domeniul electronicii și ingineriei electrice lasă mult de dorit. Maxim, lipiți circuitul, dar cum funcționează este o pădure întunecată. Din păcate, toate manualele în limba rusă sunt pline de formule și integrale, vor face pe oricine somnoros. În literatura în limba engleză, lucrurile stau oarecum mai bine. Există publicații destul de interesante, dar piatra de poticnire aici este limba engleză. Voi încerca să prezint conceptele de bază ale ingineriei electrice cât mai accesibile, într-un stil liber, nu de la inginer la inginer, ci de la om la om. Cititorul informat poate găsi, de asemenea, câteva puncte interesante pentru el însuși.

Curent electric

Căile curentului electric sunt misterioase. (c) gânduri de pe internet

Nu chiar. Totul poate fi descris într-un fel sau altul folosind un model matematic, simulare sau chiar o estimare rapidă pe o bucată de hârtie, iar unii oameni unici fac asta în capul lor. Oricare este mai convenabil pentru tine. De fapt, epigraful acestui capitol s-a născut din necunoașterea a ceea ce este curentul electric.

Curentul electric este caracterizat de mai mulți parametri. Tensiunea U și curentul I. Desigur, toți ne amintim definițiile din fizică, dar puțini oameni le înțeleg sensul. Voi începe cu tensiune. Diferență potențială sau muncă pentru a muta o taxă, deoarece scriu sec și neinteresant în manuale. De fapt, tensiunea este întotdeauna măsurată între două puncte. Caracterizează capacitatea de a crea un curent electric între aceste două puncte. Să numim aceste puncte o sursă de tensiune. Cu cât tensiunea este mai mare, cu atât este mai mare curentul. Mai puțină tensiune înseamnă mai puțin curent. Dar mai multe despre asta puțin mai târziu.

Ce este curent? Imaginează-ți o analogie: albia unui râu este fire, curentul electric este viteza de curgere a apei în râu. Atunci tensiunea de aici este diferența de înălțime dintre punctul de plecare al râului și punctul de sfârșit. Sau tensiunea este o pompă care conduce apa dacă râul curge într-un singur plan. Astfel de analogii din etapele inițiale sunt de mare ajutor pentru a înțelege ce se întâmplă în circuitul electric. Dar până la urmă e mai bine să renunți la ele. Este mai bine să ne gândim la curent ca la un flux de electroni. Cantitatea de încărcare mutată pe unitatea de timp. Desigur, manualele spun că electronii se mișcă cu o viteză de câțiva centimetri pe minut și că doar câmpul electromagnetic contează, dar să uităm de asta pentru moment. Deci, curentul poate fi înțeles ca mișcarea curentului electric, adică. încărca. Purtătorii de sarcină, electronii, sunt încărcați negativ și se deplasează de la un potențial negativ la unul pozitiv, în timp ce curentul electric are o direcție de la un potențial pozitiv la unul negativ, de la plus la minus, acest lucru este obișnuit pentru comoditate și așa vom face. îl va folosi în viitor, uitând de sarcina electronului.

Desigur, curentul în sine nu va apărea, trebuie să creați o tensiune între două puncte și aveți nevoie de un fel de sarcină pentru a trece curentul prin el, conectat la aceste două puncte. Este foarte util să cunoaștem proprietatea că pentru ca curentul să circule aveți nevoie de doi conductori: direct, la sarcină, și invers, de la sarcină la sursă. De exemplu, dacă conductorii sursei de tensiune nu sunt scurtcircuitați, atunci nu va exista curent.

Ce este o sursă de tensiune? Să ne imaginăm sub forma unei cutii negre cu cel puțin două terminale pentru conectare. Cele mai simple exemple din viața reală: o priză electrică, o baterie, un acumulator etc.

O sursă de tensiune ideală are o tensiune constantă atunci când orice curent trece prin ea. Ce se întâmplă dacă închideți bornele unei surse de tensiune ideale? Va curge un curent infinit de mare. În realitate, sursele de tensiune nu pot furniza un curent infinit de mare deoarece au o anumită rezistență. De exemplu, firele dintr-o priză de 220V de la priza în sine la substație au rezistență, deși mică, dar destul de vizibilă. Firele de la substații la centralele electrice au și ele rezistență. Nu trebuie să uităm de impedanța transformatoarelor și generatoarelor. Bateriile au rezistență internă datorită unei reacții chimice interne care are o rată finită de apariție.

Ce este rezistența? În general, acest subiect este destul de extins. Poate o voi descrie într-unul din capitolele următoare. Pe scurt, acesta este un parametru care conectează curent și tensiune. Caracterizează cât de mult curent va curge atunci când tensiunea este aplicată acestei rezistențe. Dacă vorbim într-o analogie „apă”, atunci rezistența este un baraj în calea unui râu. Cu cât gaura din baraj este mai mică, cu atât rezistența este mai mare. Această relație este descrisă de legea lui Ohm: . După cum se spune: „Dacă nu cunoști legea lui Ohm, stai acasă!”

Cunoscând legea lui Ohm, fără a sta acasă, având vreo sursă de curent cu o anumită tensiune și rezistență sub forma unei sarcini, putem prezice foarte precis ce curent va curge.
Sursele reale de tensiune au un fel de tensiune internă și furnizează un anumit curent finit, numit curent de scurtcircuit. În același timp, bateriile și acumulatorii se descarcă în timp și au rezistență internă neliniară. Dar să uităm și de asta pentru moment și iată de ce. În circuitele reale, este mai convenabil să se efectueze analize folosind valori instantanee de tensiune și curent, așa că vom considera sursele de tensiune ca fiind ideale. Cu excepția faptului când trebuie să calculați curentul maxim pe care sursa este capabilă să-l furnizeze.

Despre analogia „apă” a curentului electric. După cum am scris deja, nu este foarte adevărat, deoarece viteza râului înainte și după baraj va fi diferită, iar cantitatea de apă înainte și după baraj va fi, de asemenea, diferită. În circuitele reale, curentul electric care curge în rezistor și care iese din acesta va fi egal unul cu celălalt. Curentul în firul înainte, la sarcină și în firul retur, de la sarcină la sursă, este, de asemenea, egal unul cu celălalt. Curentul nu vine de nicăieri și nu merge nicăieri cantitatea care „curge” într-un nod de circuit este aceeași cantitate care „curge afară”, chiar dacă există mai multe căi. De exemplu, dacă există două căi pentru fluxul de curent dintr-o sursă, atunci aceasta va curge de-a lungul acestor căi, iar curentul total al sursei va fi egal cu suma celor doi curenți. Și așa mai departe. Aceasta este o ilustrare a legii lui Kirchhoff. Este foarte simplu.

Există și două reguli mai importante. La conectarea elementelor în paralel, tensiunea din fiecare element este aceeași. De exemplu, tensiunea pe rezistența R2 și R3, în figura de mai sus, este aceeași, dar curenții pot fi diferiți dacă rezistențele au rezistențe diferite, conform legii lui Ohm. Curentul prin baterie este egal cu curentul prin rezistorul R1 și egal cu suma curenților prin rezistențele R2 și R3. Când sunt conectate în serie, tensiunile elementelor se adună. De exemplu, tensiunea pe care o produce bateria, i.e. EMF-ul său este egal cu tensiunea la rezistorul R1 + tensiunea la rezistorul R2 sau R3.

După cum am scris deja, tensiunea este întotdeauna măsurată între două puncte. Uneori, în literatura de specialitate, puteți găsi: „Tensiunea într-un astfel de punct”. Aceasta înseamnă tensiunea dintre acest punct și punctul de potențial zero. Puteți crea un punct cu potențial zero, de exemplu, prin împământarea circuitului. De obicei, circuitul este împământat la cel mai negativ potențial lângă sursa de alimentare, de exemplu, ca în figura de mai sus. Adevărat, acest lucru nu se întâmplă întotdeauna, iar utilizarea zero este destul de condiționată, de exemplu, dacă avem nevoie de putere bipolară +15 și -15 volți, atunci trebuie să „împământăm” nu -15V, ci potențialul la mijloc. Dacă împământăm -15V, atunci obținem 0, +15, +30V. Vezi imaginile de mai jos.

Împământarea este folosită și ca pământ de protecție sau de lucru. Împământarea de protecție se numește împământare. Dacă izolația circuitului este ruptă în altă zonă decât pământul, atunci un curent mare va curge prin firul neutru și va fi declanșată o protecție, care va opri o parte a circuitului. Trebuie să asigurăm protecție în avans prin plasarea unui întrerupător sau a unui alt dispozitiv pe calea fluxului de curent.

Uneori este imposibil sau imposibil să „împământați” un circuit. În loc de pământ, se folosește termenul punct comun sau zero. Tensiunile din astfel de circuite sunt indicate în raport cu un punct comun. Mai mult, întregul circuit este relativ la pământ, adică. potenţialul zero poate fi localizat oriunde. Vezi poza.

De obicei, Xv este aproape de 0 volți. Astfel de circuite neîmpământate, pe de o parte, sunt mai sigure, deoarece dacă o persoană atinge circuitul și pământul în același timp, nu va curge curent, deoarece nu există cale inversă pentru fluxul de curent. Aceste. circuitul va deveni „împământat” prin persoană. Dar, pe de altă parte, astfel de scheme sunt complicate. Dacă izolarea circuitului de pământ este ruptă brusc în orice moment, nu vom ști. Ceea ce poate fi periculos la tensiuni înalte Xv.

În general, pământul este un termen destul de larg și vag. Există o mulțime de termeni și nume pentru împământare, în funcție de locul în care să „împământați” circuitul. Masa poate fi înțeleasă atât ca pământ de protecție, cât și ca pământ de lucru (pe baza fluxului de curent prin acesta în timpul funcționării normale), atât pământ de semnal, cât și pământ de putere (pe baza tipului de curent), atât pământ analogic, cât și pământ digital (pe baza tipul semnalului). Pământul poate fi înțeles ca un punct comun, sau invers, punctul comun poate fi înțeles ca pământ sau fie el. De asemenea, toate terenurile pot fi prezente în schemă în același timp. Deci trebuie să te uiți la context. Există chiar și o imagine atât de amuzantă în literatura străină, vezi mai jos. Dar, de obicei, pământul este circuitul de 0 volți și acesta este punctul din care se măsoară potențialul circuitului.

Până acum, când am menționat sursa de tensiune, nu m-am referit la tipul acestei tensiuni în sine. Există tensiune care se schimbă în timp și există tensiune care nu se schimbă. Aceste. variabilă și constantă. De exemplu, tensiunea care variază în funcție de o lege sinusoidală este bine cunoscută de toată lumea, aceasta este tensiunea de rețea de 220V în prizele de uz casnic. Este foarte ușor să lucrezi cu tensiune constantă, am făcut deja acest lucru mai sus când ne-am uitat la legea lui Kirchhoff. Dar ce să faci cu tensiunea alternativă și cum să o ia în considerare?

Figura prezintă mai multe perioade de tensiune alternativă 220V 50Hz (linie albastră). Linia roșie este o tensiune constantă de 220V, pentru comparație.

Să definim mai întâi ce este tensiunea de 220V, apropo, conform noului standard se presupune că este 230V. Aceasta este valoarea tensiunii efective. Valoarea amplitudinii va fi rădăcina de 2 ori mai mare și va fi de aproximativ 308v. Valoarea efectivă este valoarea tensiunii la care în timpul perioadei de curent alternativ se eliberează în conductor aceeași cantitate de căldură ca și în cazul curentului continuu de aceeași tensiune. În termeni matematici, aceasta este valoarea rădăcină pătrată medie a tensiunii. În literatura engleză, termenul RMS este folosit, iar instrumentele care măsoară adevărata valoare efectivă sunt marcate „true RMS”.

La prima vedere, acest lucru poate părea incomod, un fel de valoare efectivă, dar este convenabil pentru calculele de putere fără a fi nevoie de conversia tensiunii.

De asemenea, este convenabil să luați în considerare tensiunea alternativă ca o tensiune constantă luată în orice moment în timp. Apoi analizați circuitul de mai multe ori, schimbând semnul tensiunii constante la opus. Mai întâi, luați în considerare funcționarea circuitului cu o tensiune pozitivă constantă, apoi schimbați semnul din pozitiv în negativ.
Tensiunea AC necesită, de asemenea, două fire. Ele se numesc faza si zero. Uneori, zeroul este împământat. Un astfel de sistem se numește monofazat. Tensiunea de fază este măsurată relativ la zero și se modifică în timp, așa cum se arată în figura de mai sus. Cu o tensiune de jumătate de undă pozitivă, curentul trece de la fază la sarcina activă și revine de la sarcină înapoi prin firul neutru. Cu o jumătate de undă negativă, curentul trece prin firul neutru și se întoarce prin firul de fază.

Rețelele trifazate sunt utilizate pe scară largă în industrie. Acesta este un caz special al sistemelor multifazate. În esență, totul este la fel ca un sistem monofazat, doar înmulțit cu 3, adică. utilizarea simultană a trei faze și trei motive. Mai întâi inventat de N. Tesla, ulterior îmbunătățit de M. O. Dolivo-Dobrovolsky. Îmbunătățirea a fost că pentru a transmite curent electric trifazat era posibil să aruncați fire suplimentare erau suficiente: trei faze ABC și un fir neutru, sau trei faze în total, abandonând zero. Firul neutru este foarte des împământat. În figura de mai jos, zero este comun.

De ce 3 faze și nici mai mult, nici mai puțin? Pe de o parte, sunt garantate 3 faze pentru a crea un câmp magnetic rotativ, care este atât de necesar pentru ca motoarele electrice să se rotească sau primit de la generatoarele centralei electrice, pe de altă parte, este benefic din punct de vedere material; Mai puțin nu este posibil, dar mai mult nu este necesar.

Pentru a se asigura că se creează un câmp rotativ într-o rețea trifazată, fazele de tensiune trebuie deplasate una față de alta. Dacă luăm că întreaga perioadă de tensiune este de 360 de grade, atunci 360/3 = 120 de grade. Aceste. tensiunea fiecărei faze este deplasată una față de alta cu 120 de grade. Vezi poza de mai jos.

Iată un grafic al tensiunii unei rețele trifazate de 380 V în timp. După cum se poate observa din figură, totul este la fel ca la o rețea monofazată, doar tensiunile au crescut. 380V este așa-numita tensiune de rețea liniară Ul, adică. tensiune măsurată între două faze. Figura prezintă un exemplu de găsire a valorii instantanee a lui Ul. De asemenea, variază după o lege sinusoidală. De asemenea, alături de tensiunea liniară, se distinge faza Uph. Se măsoară între fază și zero. Tensiunea de fază în această rețea trifazată este de 220V. Prin tensiune de fază și linie, desigur, înțelegem tensiunea efectivă. Tensiunea liniară la fază este legată de rădăcina lui trei.

Sarcina poate fi conectată la o rețea trifazată în orice mod - la tensiunea de fază: între orice fază și zero, sau la tensiunea de linie: între două faze. Dacă sarcina este conectată la tensiunea de fază, atunci această diagramă de conexiune se numește stea. Este prezentat mai sus. Dacă la tensiunea de linie, atunci conexiunea este delta. Dacă aceeași sarcină este conectată la tensiunile de linie între toate cele trei faze, atunci astfel de rețele sunt simetrice. Nu trece curent prin firul neutru în rețelele simetrice. Vezi fig. de mai jos. Rețelele industriale sunt, de asemenea, considerate condițional simetrice. De regulă, zero este prezent în astfel de rețele, dar numai în scopuri de protecție. Uneori poate lipsi cu totul. O imagine amuzantă de pe wiki ilustrează clar modul în care curge curentul în astfel de rețele.

Aceasta încheie scurta noastră prezentare a rețelelor electrice și a energiei electrice. Poate că în viitor voi explica în detaliu cum funcționează o diodă și un tranzistor, ce sunt o diodă zener, tiristorul și alte elemente. Scrie despre ce te interesează să citești.

Bibliografie

Arta proiectării circuitelor, P. Horowitz. 2003.
TERMINE PENTRU PĂMÂNTARE. A Circuit-to-System Handbook, Elya B. Joffe, Kai-Sang Lock.
Wiki și resurse de internet.

Astăzi este dificil să ne imaginăm viața fără un astfel de fenomen precum electricitatea, dar omenirea a învățat să o folosească în scopuri proprii nu cu mult timp în urmă. Studiul esenței și caracteristicilor acestui tip special de materie a durat câteva secole, dar nici acum nu putem spune cu încredere că știm absolut totul despre ea.

Conceptul și esența curentului electric

Curentul electric, așa cum se știe de la cursurile școlare de fizică, nu este altceva decât mișcarea ordonată a oricăror particule încărcate. Aceștia din urmă pot fi fie electroni încărcați negativ, fie ioni. Se crede că acest tip de materie poate apărea numai în așa-numiții conductori, dar acest lucru este departe de a fi adevărat. Ideea este că atunci când orice corp intră în contact, apar întotdeauna un anumit număr de particule încărcate opus, care pot începe să se miște. În dielectrici, mișcarea liberă a acelorași electroni este foarte dificilă și necesită forțe externe enorme, motiv pentru care se spune că nu conduc curentul electric.

Condiții de existență a curentului în circuit

Oamenii de știință au observat de mult timp că acest fenomen fizic nu poate apărea și persista mult timp singur. Condițiile de existență a curentului electric includ câteva prevederi importante. În primul rând, acest fenomen este imposibil fără prezența electronilor și ionilor liberi, care acționează ca transmițători de sarcină. În al doilea rând, pentru ca aceste particule elementare să înceapă să se miște într-o manieră ordonată, este necesar să se creeze un câmp, a cărui caracteristică principală este diferența de potențial dintre orice puncte ale electricianului. În sfârșit, în al treilea rând, un curent electric nu poate exista mult timp doar sub influența forțelor Coulomb, deoarece potențialele se vor egaliza treptat. De aceea sunt necesare anumite componente care sunt convertoare de diferite tipuri de energie mecanică și termică. Ele sunt de obicei numite surse curente.

Întrebare despre sursele actuale

Sursele de curent electric sunt dispozitive speciale care generează un câmp electric. Cele mai importante dintre ele includ celulele galvanice, panourile solare, generatoarele și bateriile. caracterizate prin puterea, productivitatea și timpul de funcționare.

Curent, tensiune, rezistență

Ca orice alt fenomen fizic, curentul electric are o serie de caracteristici. Cele mai importante dintre acestea includ puterea sa, tensiunea circuitului și rezistența. Prima dintre ele este o caracteristică cantitativă a sarcinii care trece prin secțiunea transversală a unui anumit conductor pe unitate de timp. Tensiunea (numită și forță electromotoare) nu este altceva decât mărimea diferenței de potențial datorită căreia o sarcină care trece efectuează o anumită cantitate de muncă. În cele din urmă, rezistența este o caracteristică internă a unui conductor, care arată cât de multă forță trebuie să consume o sarcină pentru a trece prin el.

Curentul electric este mișcarea ordonată a particulelor încărcate. În solide, aceasta este mișcarea electronilor (particule încărcate negativ), în corpurile lichide și gazoase, aceasta este mișcarea ionilor (particule încărcate pozitiv). Mai mult, curentul poate fi constant sau alternativ și au mișcări complet diferite ale sarcinilor electrice. Pentru a înțelege și a stăpâni bine subiectul mișcării curente în conductori, poate că mai întâi trebuie să înțelegeți mai detaliat elementele de bază ale electrofizicii. Aici voi începe.

Deci, cum curge curentul electric în primul rând? Se știe că substanțele constau din atomi. Acestea sunt particule elementare de materie. Structura atomului seamănă cu sistemul nostru solar, unde nucleul atomului este situat în centru. Este format din protoni (particule electrice pozitive) și neutroni (particule neutre din punct de vedere electric) strâns presați împreună. Electronii (particule mai mici cu sarcină negativă) se rotesc în jurul acestui nucleu cu o viteză enormă pe orbitele lor. Substanțe diferite au numere diferite de electroni și orbite în care se rotesc. Atomii solidelor au ceea ce se numește o rețea cristalină. Aceasta este structura unei substanțe în care atomii sunt aranjați unul față de celălalt într-o anumită ordine.

De unde poate apărea curentul electric aici? Se dovedește că în unele substanțe (conductori de curent), electronii care sunt cei mai îndepărtați de nucleul lor se pot rupe de atom și se pot muta la un atom vecin. Această mișcare a electronilor se numește liberă. Electronii pur și simplu se mișcă în interiorul unei substanțe de la un atom la altul. Dar dacă un câmp electromagnetic extern este conectat la această substanță (conductor electric), creând astfel un circuit electric, atunci toți electronii liberi vor începe să se miște într-o direcție. Aceasta este tocmai mișcarea curentului electric în interiorul unui conductor.

Acum să ne dăm seama ce sunt curentul DC și AC. Deci, curentul continuu se mișcă întotdeauna într-o singură direcție. După cum sa spus la început, electronii se mișcă în solide, iar ionii se mișcă în corpuri lichide și gazoase. Electronii sunt particule încărcate negativ. În consecință, în solide, curentul electric circulă de la minus la plus al sursei de energie (electronii se deplasează de-a lungul circuitului electric). În lichide și gaze, curentul se mișcă în două direcții deodată, sau mai degrabă, simultan, electronii curg către plus, iar ionii (atomi individuali care nu sunt interconectați printr-o rețea cristalină, fiecare fiind pe cont propriu) curg către minus de sursa de alimentare.

A fost acceptat oficial de oamenii de știință că mișcarea are loc de la plus la minus (opusul a ceea ce se întâmplă în realitate). Deci, din punct de vedere științific este corect să spunem că curentul electric se mișcă de la plus la minus, dar din punct de vedere real (natură electrofizică) este mai corect să credem că curentul trece de la minus la plus (în solide). Acest lucru a fost probabil făcut pentru o oarecare comoditate.

Acum, în ceea ce privește curentul electric alternativ. Aici totul este puțin mai complicat. Dacă în cazul curentului continuu mișcarea particulelor încărcate are o singură direcție (fizic, electronii cu semnul minus curg către plus), atunci cu curent alternativ direcția de mișcare se schimbă periodic în sens opus. Probabil ați auzit că o rețea electrică obișnuită de oraș are o tensiune alternativă de 220 de volți și o frecvență standard de 50 de herți. Deci, acești 50 de herți indică faptul că într-o secundă curentul electric reușește să treacă printr-un ciclu complet având formă sinusoidală de 50 de ori. De fapt, într-o secundă direcția curentului se schimbă de până la 100 de ori (se schimbă de două ori într-un ciclu).

P.S. Direcția curentului în circuitele electrice este importantă. În multe cazuri, dacă circuitul este proiectat pentru o singură direcție de curent și îl schimbați accidental în direcția opusă sau conectați curent alternativ în loc de curent continuu, atunci cel mai probabil dispozitivul va eșua pur și simplu. Mulți semiconductori care funcționează în circuite se pot sparge și se pot arde atunci când curentul curge în direcția opusă. Deci, atunci când conectați puterea electrică, direcția curentului trebuie respectată cu strictețe de către dvs.

Un curent electric se formează într-o substanță numai dacă există particule libere încărcate. Sarcina poate fi prezentă inițial în mediu sau se poate forma cu ajutorul unor factori externi (temperatură, câmp electromagnetic, ionizatori). Mișcarea particulelor încărcate este haotică în absența unui câmp electromagnetic, iar atunci când sunt conectate la două puncte ale unei substanțe, diferențele de potențial se transformă în unele direcționate - de la o substanță la alta.

Conceptul, esența și manifestările curentului electric

Definiția 1

Curentul electric este mișcarea ordonată și direcționată a particulelor încărcate.

Astfel de particule pot fi:

în gaze - ioni și electroni,
în metale - electroni,
în electroliți - anioni și cationi,
în vid – electroni (în anumite condiții),
în semiconductori - găuri și electroni (conductivitate electron-gaura).

Nota 1

Această definiție este adesea folosită. Curentul electric este un curent de deplasare care rezultă dintr-o modificare a câmpului electric în timp.

Curentul electric poate fi exprimat în următoarele manifestări:

Încălzirea conductoarelor. Generarea de căldură nu are loc în supraconductori.
Modificări ale compoziției chimice a unor conductoare. Această manifestare poate fi observată în principal la electroliți.
Formarea unui câmp electric. Apare la toți dirijorii fără excepție.

Figura 1. Curentul electric - mișcarea ordonată a particulelor încărcate. Autor24 - schimb online de lucrări ale studenților

Clasificarea curentului electric

Definiția 2

Curentul de conducere electrică este un fenomen în care particulele încărcate se mișcă în elementele macroscopice ale unui anumit mediu.

Curentul de convecție este un fenomen în care corpurile macroscopice încărcate (de exemplu, picăturile încărcate de precipitații) se mișcă.

Există curenți electrici continui, alternativi și pulsatori și diferitele lor combinații. Cu toate acestea, în astfel de combinații, termenul „electric” este adesea omis.

Există mai multe tipuri de curent electric:

Curentul continuu este un curent a cărui magnitudine și direcție variază ușor în timp.
Curentul alternativ este un curent a cărui direcție și amploare se modifică progresiv în timp. Curentul alternativ se referă la curentul care nu este constant. Dintre toate varietățile de curent alternativ, principalul este cel a cărui valoare se poate modifica doar conform unei legi sinusoidale. Potențialul fiecărui capăt al conductorului în acest caz se modifică în raport cu celălalt capăt alternativ de la negativ la pozitiv și invers. În același timp, trece prin toate potențialele intermediare. Ca urmare, se formează un curent care își schimbă continuu direcția. Deplasându-se într-o direcție, curentul crește, atingând maximul său, ceea ce se numește valoarea amplitudinii. După care scade, devine egal cu zero pentru o anumită perioadă, după care ciclul se reia.
Curentul cvasi-staționar este un curent alternativ care se modifică relativ lent pentru valorile sale instantanee, legile curenților continui sunt satisfăcute cu suficientă precizie. Legi similare sunt regulile lui Kirchhoff și legea lui Ohm. Cvasi-staționar atunci în toate secțiunile unei rețele neramificate are aceeași putere. La calcularea circuitelor unui anumit curent, se iau în considerare parametrii concentrați. Curenții industriali cvasi-staționari sunt cei în care nu este îndeplinită condiția de cvasi-staționari de-a lungul liniei (cu excepția curenților din liniile de transport pe distanțe lungi).
Curentul alternativ de înaltă frecvență este un curent electric în care starea cvasi-staționară nu mai este valabilă. Trece de-a lungul suprafeței conductorului și curge în jurul acestuia din toate părțile. Acest efect se numește efect de piele.
Un curent pulsatoriu este un curent electric în care direcția rămâne constantă și se modifică doar magnitudinea.
Curenții turbionari sau curenții Foucault sunt curenți electrici închiși care se află într-un conductor masiv și apar atunci când fluxul magnetic se modifică. Pe baza acestui fapt, curenții turbionari sunt inductivi. Cu cât fluxul magnetic se modifică mai repede, cu atât curenții turbionari devin mai puternici. Ele nu curg pe anumite căi de-a lungul firelor, ci sunt închise în conductor și formează circuite asemănătoare vortexului.

Datorită existenței curenților turbionari, efectul de piele apare atunci când fluxul magnetic și curentul electric alternativ se propagă de-a lungul stratului de suprafață al conductorului. Datorită încălzirii prin curenți turbionari, au loc pierderi de energie, în special în nucleele bobinei AC. Pentru a reduce pierderea de energie pentru curenții turbionari, se utilizează împărțirea firelor magnetice de curent alternativ în plăci separate, care sunt izolate unele de altele și situate perpendicular pe direcția curenților turbionari. Din această cauză, contururile posibile ale căilor lor sunt limitate, iar magnitudinea acestor curenți scade rapid.

Caracteristicile curentului electric

Din punct de vedere istoric, direcția de mișcare a sarcinilor pozitive într-un conductor coincide cu direcția curentului. Dacă purtătorii naturali ai curentului electric sunt electroni încărcați negativ, atunci direcția curentului va fi opusă direcției particulelor încărcate pozitiv.

Viteza particulelor încărcate depinde direct de sarcina și masa particulelor, de materialul conductorului, de temperatura mediului extern și de diferența de potențial aplicată. Viteza de mișcare vizată este o valoare care este semnificativ mai mică decât viteza luminii. Electronii se mișcă într-un conductor într-o secundă datorită mișcării ordonate de mai puțin de o zecime de milimetru. Dar, în ciuda acestui fapt, viteza de propagare a curentului este egală cu viteza luminii și cu viteza de propagare a frontului undelor electromagnetice.

Locul în care viteza de mișcare a electronilor se modifică după o modificare a tensiunii se mișcă odată cu viteza de propagare a oscilației electromagnetice.

Principalele tipuri de conductori

Conductorii, spre deosebire de dielectricii, conțin purtători liberi de sarcini necompensate. Se mișcă sub influența potențialelor electrice și formează un curent electric.

Caracteristica curent-tensiune sau, cu alte cuvinte, dependența curentului de tensiune este principala caracteristică a unui conductor. Pentru electroliți și conductori metalici, acesta ia cea mai simplă formă: puterea curentului este direct proporțională cu tensiunea. Aceasta este legea lui Ohm.

În metale, purtătorii de curent sunt electroni de conducție, care sunt considerați ca un gaz de electroni. Proprietățile cuantice ale unui gaz degenerat se manifestă clar în ele.

Plasma este un gaz ionizat. În acest caz, sarcina electrică este transferată cu ajutorul ionilor și electronilor liberi. Electronii liberi se formează sub influența radiațiilor ultraviolete și cu raze X sau a căldurii.

Electroliții sunt sisteme și substanțe solide sau lichide în care există o concentrație notabilă de ioni, ceea ce determină trecerea curentului electric. În timpul procesului de disociere electrolitică, se formează ioni. Rezistența electroliților scade la încălzire datorită creșterii numărului de molecule care se descompun în ioni. Ca urmare a trecerii curentului electric prin electrolit, ionii se apropie de electrozi și sunt neutralizați, depunându-se pe aceștia.

Legile fizice ale electrolizei Faraday determină masa substanței care este eliberată pe electrozi. Există, de asemenea, un curent electric de electroni în vid, utilizat în dispozitivele cu fascicul de electroni.

Electroni sau găuri (conductivitate electron-gaura). Uneori, curentul electric este numit și curent de deplasare, care apare ca urmare a unei modificări a câmpului electric în timp.

Curentul electric are următoarele manifestări:

YouTube enciclopedic

1 / 5

✪ CURENTUL ELECTRIC puterea curentului FIZICA clasa a VIII-a

✪ Curent electric

✪ #9 Curent electric și electroni

✪ Ce este curentul electric [Amateur Radio TV 2]

✪ CE SE ÎNTÂMPLĂ DACĂ O ELECTRICĂ

Subtitrări

Clasificare

Dacă particulele încărcate se mișcă în interiorul corpurilor macroscopice în raport cu un anumit mediu, atunci un astfel de curent se numește electric curent de conducere. Dacă corpurile încărcate macroscopice (de exemplu, picăturile de ploaie încărcate) se mișcă, atunci acest curent este numit convecție .

Există curenți electrici continui și alternativi, precum și diferite tipuri de curent alternativ. În astfel de concepte, cuvântul „electric” este adesea omis.

Curent continuu - un curent a cărui direcție și magnitudine nu se modifică în timp.

Curenți turbionari

Curenții turbionari (curenții Foucault) sunt „curenți electrici închisi într-un conductor masiv care apar atunci când fluxul magnetic care îl pătrunde se modifică”, prin urmare, curenții turbionari sunt curenți induși. Cu cât fluxul magnetic se modifică mai repede, cu atât curenții turbionari sunt mai puternici. Curenții turbionari nu curg de-a lungul unor căi specifice în fire, dar când se închid în conductor, formează circuite asemănătoare vortexului.

Existența curenților turbionari duce la efectul de piele, adică la faptul că curentul electric alternativ și fluxul magnetic se propagă în principal în stratul superficial al conductorului. Încălzirea conductorilor prin curenți turbionari duce la pierderi de energie, în special în nucleele bobinelor AC. Pentru a reduce pierderile de energie din cauza curenților turbionari, se utilizează împărțirea circuitelor magnetice de curent alternativ în plăci separate, izolate între ele și situate perpendicular pe direcția curenților turbionari, ceea ce limitează contururile posibile ale traseelor lor și reduce foarte mult amploarea aceste curente. La frecvențe foarte mari, în locul feromagneților, pentru circuitele magnetice se folosesc magnetodielectrici, în care, din cauza rezistenței foarte mari, practic nu apar curenți turbionari.

Caracteristici

Istoric se acceptă că sensul curentului coincide cu direcția de mișcare a sarcinilor pozitive în conductor. Mai mult, dacă singurii purtători de curent sunt particule încărcate negativ (de exemplu, electroni dintr-un metal), atunci direcția curentului este opusă direcției de mișcare a particulelor încărcate. .

Viteza de deplasare a electronilor

Rezistența la radiații este cauzată de formarea undelor electromagnetice în jurul unui conductor. Această rezistență depinde în mod complex de forma și dimensiunea conductorului și de lungimea undei emise. Pentru un singur conductor drept, în care peste tot curentul este de aceeași direcție și putere, iar lungimea L este semnificativ mai mică decât lungimea undei electromagnetice emise de acesta λ (\displaystyle \lambda), dependența rezistenței de lungimea de undă și conductor este relativ simplă:

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

Curentul electric cel mai frecvent utilizat cu o frecvență standard de 50 Hz corespunde unei undă cu lungimea de aproximativ 6 mii de kilometri, motiv pentru care puterea de radiație este de obicei neglijabilă în comparație cu puterea pierderilor termice. Cu toate acestea, pe măsură ce frecvența curentului crește, lungimea undei emise scade, iar puterea radiației crește în consecință. Un conductor capabil să emită energie vizibilă se numește antenă.

Frecvenţă

Conceptul de frecvență se referă la un curent alternativ care schimbă periodic puterea și/sau direcția. Acesta include și curentul cel mai frecvent utilizat, care variază în funcție de o lege sinusoidală.

Perioada AC este cea mai scurtă perioadă de timp (exprimată în secunde) prin care se repetă modificările curentului (și tensiunii). Numărul de perioade efectuate de curent pe unitatea de timp se numește frecvență. Frecvența este măsurată în herți, cu un herți (Hz) corespunzând unui ciclu pe secundă.

Curent de polarizare

Uneori, pentru comoditate, este introdus conceptul de curent de deplasare. În ecuațiile lui Maxwell, curentul de deplasare este prezent în condiții egale cu curentul cauzat de mișcarea sarcinilor. Intensitatea câmpului magnetic depinde de curentul electric total, egal cu suma curentului de conducție și a curentului de deplasare. Prin definiție, densitatea curentului de polarizare j D → (\displaystyle (\vec (j_(D))))- mărime vectorială proporţională cu viteza de modificare a câmpului electric E → (\displaystyle (\vec (E))) in timp:

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

Cert este că atunci când câmpul electric se modifică, precum și atunci când curge curent, se generează un câmp magnetic, ceea ce face ca aceste două procese să fie asemănătoare între ele. În plus, o modificare a câmpului electric este de obicei însoțită de un transfer de energie. De exemplu, la încărcarea și descărcarea unui condensator, în ciuda faptului că nu există nicio mișcare a particulelor încărcate între plăcile sale, se vorbește despre un curent de deplasare care curge prin el, transferând o anumită energie și închidend circuitul electric într-un mod unic. Curent de polarizare eu D (\displaystyle I_(D))într-un condensator este determinată de formula:

Eu 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))),

Unde Q (\displaystyle Q)- încărcare pe plăcile condensatorului, U (\displaystyle U)- diferența de potențial dintre plăci, C (\displaystyle C)- capacitatea condensatorului.

Curentul de deplasare nu este un curent electric deoarece nu este asociat cu mișcarea unei sarcini electrice.

Principalele tipuri de conductori

Spre deosebire de dielectrici, conductorii conțin purtători liberi de sarcini necompensate, care, sub influența unei forțe, de obicei o diferență de potențial electric, se mișcă și creează un curent electric. Caracteristica curent-tensiune (dependența curentului de tensiune) este cea mai importantă caracteristică a unui conductor. Pentru conductorii metalici și electroliți, are cea mai simplă formă: puterea curentului este direct proporțională cu tensiunea (legea lui Ohm).

Metale - aici purtătorii de curent sunt electronii de conducție, care sunt de obicei considerați ca un gaz de electroni, prezentând în mod clar proprietățile cuantice ale unui gaz degenerat.

Curenții electrici în natură

Curentul electric este utilizat ca purtător de semnale de diferite complexități și tipuri în diferite zone (telefon, radio, panou de control, buton de blocare a ușii și așa mai departe).

În unele cazuri, apar curenți electrici nedoriți, cum ar fi curenții paraziți sau curenții de scurtcircuit.

Utilizarea curentului electric ca purtător de energie

obținerea energiei mecanice în toate tipurile de motoare electrice,
obținerea energiei termice în dispozitive de încălzire, cuptoare electrice, în timpul sudării electrice,
obținerea energiei luminoase în dispozitivele de iluminat și semnalizare,
excitarea oscilațiilor electromagnetice de înaltă frecvență, ultraînaltă frecvență și unde radio,
receptie sunet,
obţinerea diverselor substanţe prin electroliză, încărcarea bateriilor electrice. Aici energia electromagnetică este transformată în energie chimică,
crearea unui câmp magnetic (în electromagneți).

Utilizarea curentului electric în medicină

diagnostic - biocurenții organelor sănătoase și bolnave sunt diferite și este posibil să se determine boala, cauzele acesteia și să se prescrie tratamentul. Ramura fiziologiei care studiază fenomenele electrice din organism se numește electrofiziologie.
- Electroencefalografia este o metodă de studiere a stării funcționale a creierului.
- Electrocardiografia este o tehnică de înregistrare și studiere a câmpurilor electrice în timpul activității cardiace.
- Electrogastrografia este o metodă de studiere a activității motorii a stomacului.
- Electromiografia este o metodă de studiere a potențialelor bioelectrice care apar în mușchii scheletici.
Tratament și resuscitare: stimularea electrică a anumitor zone ale creierului; tratamentul bolii Parkinson și al epilepsiei, de asemenea, pentru electroforeză. Un stimulator cardiac care stimulează mușchiul inimii cu un curent pulsat este utilizat pentru bradicardie și alte aritmii cardiace.

Siguranta electrica

Include măsuri legale, socio-economice, organizatorice și tehnice, sanitare și igienice, de tratament și preventive, de reabilitare și alte măsuri. Regulile de securitate electrică sunt reglementate prin documente legale și tehnice, cadru normativ și tehnic. Cunoașterea elementelor de bază ale siguranței electrice este obligatorie pentru personalul care deservește instalațiile electrice și echipamentele electrice. Corpul uman este un conductor de curent electric. Rezistența umană cu pielea uscată și intactă variază de la 3 la 100 kOhm.

Un curent care trece printr-un corp uman sau animal produce următoarele efecte:

termice (arsuri, încălzire și deteriorarea vaselor de sânge);
electrolitic (descompunerea sângelui, perturbarea compoziției fizice și chimice);
biologic (iritarea și excitarea țesuturilor corpului, convulsii)
mecanică (ruperea vaselor de sânge sub influența presiunii aburului obținute prin încălzire prin fluxul sanguin)

Principalul factor care determină rezultatul șocului electric este cantitatea de curent care trece prin corpul uman. Conform normelor de siguranță, curentul electric este clasificat după cum urmează:

seif se consideră un curent, a cărui trecere lungă prin corpul uman nu îi dăunează și nu provoacă senzații, valoarea sa nu depășește 50 μA (curent alternativ 50 Hz) și 100 μA curent continuu;
minim vizibile curentul alternativ uman este de aproximativ 0,6-1,5 mA (curent alternativ de 50 Hz) și curent continuu de 5-7 mA;
prag nu dau drumul se numește curentul minim de o astfel de putere încât o persoană nu mai poate să-și rupă mâinile de partea care transportă curent prin forța voinței. Pentru curent alternativ este de aproximativ 10-15 mA, pentru curent continuu este de 50-80 mA;
pragul de fibrilație numită intensitate a curentului alternativ (50 Hz) de aproximativ 100 mA și 300 mA curent continuu, expunerea la care mai mult de 0,5 s este probabil să provoace fibrilație a mușchilor cardiaci. Acest prag este, de asemenea, considerat condițional fatal pentru oameni.

În Rusia, în conformitate cu Regulile pentru funcționarea tehnică a instalațiilor electrice ale consumatorilor și cu Regulile pentru protecția muncii în timpul funcționării instalațiilor electrice, au fost stabilite 5 grupuri de calificare pentru securitatea electrică, în funcție de calificările și experiența angajatului și tensiunea instalatiilor electrice.