Elekter

Mis on elektrivool

Elekter – elektriliselt laetud osakeste suunatud liikumine löögi all elektriväli... Sellised osakesed võivad olla: juhtides - elektronid, elektrolüütides - ioonid (katioonid ja anioonid), pooljuhtides - elektronid ja nn "augud" ("elektroniaukude juhtivus"). Samuti on "pingevool", mille vool on tingitud mahtuvuse laadimise protsessist, see tähendab plaatide vahelise potentsiaali erinevuse muutumisest. Plaatide vahel osakeste liikumist ei toimu, kuid vool voolab läbi kondensaatori.

Elektriahelate teoorias loetakse vooluks laengukandjate suunatud liikumist juhtivas keskkonnas elektrivälja toimel.

Juhtivusvool (lihtsalt vool) on elektriahelate teoorias ajaühikus läbi juhtme ristlõike voolav elektrienergia hulk: i = q /T, kus i — vool. A; q = 1,6·109 — elektronide laeng, С; t — aeg, s.

See väljend kehtib alalisvooluahelate puhul. Vahelduvvooluahelate jaoks nn Hetkeline vooluväärtus, mis võrdub laengu muutumise kiirusega ajas: i (t) = dq /dt.

Vaadeldava tüüpi elektrivoolu pikaajalise eksisteerimise esimene tingimus on allika või generaatori olemasolu, mis säilitab laengukandjate potentsiaalide erinevuse. Teine tingimus on tee sulgemine. Eelkõige on alalisvoolu olemasoluks vajalik suletud tee, mida mööda laengud saaksid vooluringis liikuda ilma nende väärtust muutmata.

Nagu teate, ei saa elektrilaengute jäävuse seaduse kohaselt neid luua ega hävitada. Seega, kui mis tahes ruumi, kus voolavad elektrivoolud, ümbritseb suletud pind, peab selles ruumalas voolav vool olema võrdne sellest välja voolava vooluga.

Sellest lähemalt: Elektrivoolu olemasolu tingimused

Suletud teed, mida läbib elektrivool, nimetatakse elektriahelaks või elektriahelaks. Elektriahel — jagatud kaheks osaks: sisemine osa, milles elektriliselt laetud osakesed liiguvad vastu elektrostaatiliste jõudude suunda, ja välimine osa, milles need osakesed liiguvad elektrostaatiliste jõudude suunas. Elektroodide otsad, millega välisahel on ühendatud, nimetatakse klambriteks.

Niisiis, elektrivool tekib siis, kui elektriahela lõigul ilmub elektriväli või juhtme kahe punkti vaheline potentsiaalide erinevus. Kahe punkti potentsiaalne erinevus elektriahel nimetatakse pingeks või pingelanguks ahela selles osas.

Mõiste "vool" ("vooluhulk") asemel kasutatakse sageli mõistet "voolutugevus".Viimast ei saa aga edukaks nimetada, kuna voolutugevus ei ole mingi jõud selle sõna otseses tähenduses, vaid ainult elektrilaengute liikumise intensiivsus juhis, ajaühikus läbi ristvoolu läbiv elektrienergia hulk. juhi läbilõikepindala.
Voolu iseloomustatakse voolutugevus, mida SI-süsteemis mõõdetakse amprites (A), ja voolutihedust, mida SI-süsteemis mõõdetakse amprites ruutmeetri kohta.

Üks amper vastab ühe kuloni (C) suuruse elektrilaengu liikumisele läbi juhtme ristlõike ühe sekundi (s) jooksul:

1A = 1C/s.

Üldjuhul, tähistades voolu tähega i ja laenguga q, saame:

i = dq / dt.

Voolu ühikut nimetatakse ampriks (A).

Amper (A) — alalisvoolu tugevus, mis läbides kahte paralleelset lõpmatu pikkusega ja tühise ristlõikega sirget juhti, mis asuvad vaakumis üksteisest 1 m kaugusel, tekitab nende juhtide vahele 2,10. -7 H iga pikkuse meetri kohta.

Juhtme vool on 1 A, kui elektrilaeng, mis võrdub 1 kuloniga, läbib juhtme ristlõike 1 sekundi jooksul.

Riis. 1. Elektronide suunaline liikumine juhis

Kui juhtmele mõjub pinge, siis tekib juhtme sees elektriväli. Väljatugevusega E mõjub laengu e elektronidele jõud f = Ee. Suurused e ja E on vektorsuurused. Vaba tee jooksul omandavad elektronid suunatud liikumise koos kaootilise liikumisega. Igal elektronil on negatiivne laeng ja ta võtab vastu vektorile E vastupidise kiiruse komponendi (joonis 1). Järjestatud liikumine, mida iseloomustab elektronide teatud keskmine kiirus vcp, määrab elektrivoolu voolu.

Elektronidel võib haruldaste gaasides olla suunatud liikumine. Elektrolüütide ja ioniseeritud gaaside puhul on vool peamiselt tingitud ioonide liikumisest. Kooskõlas tõsiasjaga, et positiivselt laetud ioonid liiguvad elektrolüütides positiivselt poolusele negatiivsele poolusele, on ajalooliselt eeldatud, et voolu suund on vastupidine elektronide voolu suunale.

Voolu suunaks võetakse positiivselt laetud osakeste liikumissuund, s.t. elektronide liikumisele vastupidises suunas.
Elektriahelate teoorias võetakse positiivselt laetud osakeste liikumise suunaks passiivses ahelas (väljaspool energiaallikaid) voolu suunda kõrgemalt potentsiaalilt madalamale. See suund võeti kohe elektrotehnika arengu alguses ja see on vastuolus laengukandjate tegeliku liikumissuunaga - elektronid, mis liiguvad juhtivas keskkonnas miinusest plussi.

Elektrivoolu suund elektrolüüdis ja vabad elektronid juhis

Suurust, mis võrdub voolu ja ristlõikepindala S suhtega, nimetatakse voolutiheduseks: I / S

Sel juhul eeldatakse, et vool jaotub ühtlaselt traadi ristlõikes. Juhtmete voolutihedust mõõdetakse tavaliselt A / mm2.

Elektrilaengute kandjate tüübi ja nende liikumiskeskkonna järgi jagunevad need juhtivateks vooludeks ja nihkevooludeks... Juhtivus jaguneb elektrooniliseks ja ioonseks. Statsionaarsete režiimide puhul eristatakse kahte tüüpi voolu: otsene ja vahelduv.

Elektrilöögi ülekandumist nimetatakse vabas ruumis liikuvate laetud osakeste või kehade elektrilaengute ülekandumise nähtuseks.Elektrivoolu põhiliik on laetud elementaarosakeste liikumine õõnsuses (vabade elektronide liikumine elektrontorudes), vabade ioonide liikumine gaaslahendusseadmetes.

Nihkevoolu (polarisatsioonivoolu) nimetatakse seotud elektrilaengute kandjate järjestatud liikumiseks. Seda tüüpi voolu võib täheldada dielektrikutes.

Kogu elektrivool – skalaarväärtus, mis võrdub elektrijuhtivusvoolu, elektriülekandevoolu ja vaadeldavat pinda läbiva elektrilise nihkevoolu summaga.

Konstantseks nimetatakse voolu, mille suurus võib muutuda, kuid ei muuda oma märki meelevaldselt pikka aega. Loe selle kohta lähemalt siit: DC

Magnetiseeriv vool — konstantne mikroskoopiline (ampriline) vool, mis on magnetiseeritud ainete sisemise magnetvälja olemasolu põhjuseks.

Muutujad, mida nimetatakse vooluks ja mis muutuvad perioodiliselt nii suurusjärgus kui ka märgis. Vahelduvvoolu iseloomustav suurus on sagedus (SI-süsteemis mõõdetakse hertsides), juhul kui selle tugevus perioodiliselt muutub.

Kõrgsageduslik vahelduvvool nihutatakse üle traadi pinna. Kõrgsagedusvoolu kasutatakse masinaehituses detailide pindade kuumtöötluseks ja keevitamiseks, metallurgias metallide sulatamiseks. Vahelduvvoolud jagunevad siinus- ja mittesinusoidseteks… Sinusoidne vool on vool, mis muutub harmoonilise seaduse järgi:

i = sin wt,

kus ma olen, - tipp (kõrgeim) vooluväärtus, Ah,

Vahelduvvoolu muutumise kiirust iseloomustab selle sagedus, defineeritud kui täielike korduvate võnkumiste arv ajaühikus.Sagedus on tähistatud tähega f ja seda mõõdetakse hertsides (Hz). Seega vastab võrguvoolu sagedus 50 Hz 50 täielikule võnkumisele sekundis. Nurksagedus w on voolu muutumise kiirus radiaanides sekundis ja on sagedusega seotud lihtsa seosega:

w = 2pi f

Alalis- ja vahelduvvoolu statsionaarsed (fikseeritud) väärtused tähendavad suure tähega I mittestatsionaarseid (hetk) väärtusi - tähega i. Tavaliselt on voolu positiivne suund positiivsete laengute liikumise suund.

Vahelduvvoolu See on vool, mis aja jooksul muutub vastavalt siinuse seadusele.

Vahelduvvool tähendab ka voolu tavalistes ühefaasilistes ja kolmefaasilistes võrkudes. Sel juhul muutuvad vahelduvvoolu parameetrid harmoonilise seaduse järgi.

Kuna vahelduvvool ajas muutub, siis lihtsad alalisvooluahelatele sobivad lahendused siin otseselt rakendatavad ei ole. Väga kõrgetel sagedustel võivad laengud võnkuda – voolata ahela ühest kohast teise ja tagasi. Sel juhul, erinevalt alalisvooluahelatest, võivad järjestikku ühendatud juhtmete voolud olla ebavõrdsed.

Vahelduvvooluahelates esinevad mahtuvused suurendavad seda efekti. Lisaks on voolu muutumisel tunda iseinduktsiooniefekte, mis muutuvad oluliseks isegi madalatel sagedustel, kui kasutatakse suure induktiivsusega pooli.

Suhteliselt madalatel sagedustel saab vahelduvvooluahelat siiski arvutada kasutades Kirchhoffi reeglidmida aga tuleb vastavalt muuta.

Erinevaid takisteid, induktiivpooli ja kondensaatoreid sisaldavat vooluringi võib käsitleda kui üldistatud takistit, kondensaatorit ja induktiivpooli, mis on ühendatud järjestikku.

Mõelge sellise sinusoidse vahelduvvoolu generaatoriga ühendatud ahela omadustele. Vahelduvvooluahelate arvutamise reeglite sõnastamiseks peate leidma sellise vooluahela iga komponendi pingelanguse ja voolu vahelise suhte.

Kondensaator mängib vahelduv- ja alalisvooluahelates täiesti erinevaid rolle. Kui vooluringiga on ühendatud näiteks elektrokeemiline element, siis kondensaator hakkab laadimakuni pinge selles muutub võrdseks elemendi emf-ga. Seejärel laadimine peatub ja vool langeb nullini.

Kui vooluahel on ühendatud generaatoriga, siis ühel pooltsüklil voolavad elektronid kondensaatori vasakpoolsest plaadist ja kogunevad paremale ning teises - vastupidi.

Need liikuvad elektronid moodustavad vahelduvvoolu, mille tugevus on kondensaatori mõlemal küljel võrdne. Kuni vahelduvvoolu sagedus ei ole väga kõrge, on ka takistit ja induktiivpooli läbiv vool sama.

Vahelduvvoolu tarbivates seadmetes on vahelduvvool sageli alaldatud alaldid alalisvoolu saamiseks.

Elektrivoolu juhid

Elektrivool kõigis selle vormides on kineetiline nähtus, mis on analoogne vedelike vooluga suletud hüdrosüsteemides. Analoogiliselt nimetatakse voolu liikumise protsessi "vooluks" (vooluvood).

Materjali, milles vool voolab, nimetatakse dirigent… Mõned materjalid muutuvad madalatel temperatuuridel ülijuhtivaks. Selles olekus ei näita nad peaaegu mingit takistust voolule, nende takistus kipub olema null.

Kõigil muudel juhtudel peab juht vooluvoolule vastu ja selle tulemusena muundatakse osa elektriosakeste energiast soojuseks.Voolutugevust saab arvutada Ohmi seadus ahela ristlõike jaoks ja Ohmi seadus kogu vooluringi jaoks.

Osakeste liikumise kiirus juhtmetes sõltub traadi materjalist, osakese massist ja laengust, keskkonna temperatuurist, rakendatud potentsiaalide erinevusest ning on palju väiksem kui valguse kiirus. Elektrivoolu enda levimiskiirus on aga võrdne valguse kiirusega antud keskkonnas ehk elektromagnetlaine esiosa levimiskiirusega.

Kuidas elekter inimkeha mõjutab

Inimese või looma keha läbiv vool võib põhjustada elektrilisi põletusi, virvendust või surma. Teisest küljest kasutatakse elektrivoolu intensiivravis, vaimuhaiguste, eriti depressiooni raviks, teatud ajupiirkondade elektrilist stimulatsiooni kasutatakse selliste haiguste raviks nagu Parkinsoni tõbi ja epilepsia, südamestimulaator, mis stimuleerib südamelihast impulssidega. voolu kasutatakse bradükardia korral. Inimestel ja loomadel kasutatakse närviimpulsside edastamiseks voolu.

Ohutuskaalutlustel on inimese minimaalne vastuvõtuvool 1 mA. Vool muutub inimese elule ohtlikuks alates tugevusest umbes 0,01 A. Vool muutub inimesele surmavaks alates tugevusest umbes 0,1 A. Alla 42 V pinget peetakse ohutuks.