Šodienas sanāksmē runāsim par elektrību, kas ir kļuvusi par neatņemamu sastāvdaļu mūsdienu civilizācija. Elektroenerģija ir iebrukusi visās mūsu dzīves jomās. Un sadzīves tehnikas, kas izmanto elektrisko strāvu, klātbūtne katrā mājā ir tik dabiska un neatņemama ikdienas sastāvdaļa, ka mēs to uztveram kā pašsaprotamu.
Tātad, mūsu lasītājiem tiek piedāvāta pamatinformācija par elektrisko strāvu.
Kas ir elektriskā strāva
Elektriskā strāva nozīmē lādētu daļiņu virzīta kustība. Vielas, kas satur pietiekamu skaitu brīvo lādiņu, sauc par vadītājiem. Visu ierīču, kas savienotas viena ar otru, izmantojot vadus, kopumu sauc par elektrisko ķēdi.
IN ikdienas dzīve mēs izmantojam elektrību, kas iet caur metāla vadītājiem. Tajos esošie lādiņu nesēji ir brīvie elektroni.
Parasti tie haotiski steidzas starp atomiem, bet elektriskais lauks liek tiem pārvietoties noteiktā virzienā.
Kā tas notiek
Elektronu plūsmu ķēdē var salīdzināt ar ūdens plūsmu, kas krīt no augsts līmenis uz zemu. Līmeņa lomu elektriskajās ķēdēs spēlē potenciāls.
Lai ķēdē plūstu strāva, tās galos jāsaglabā nemainīga potenciāla starpība, t.i. spriegums.
To parasti apzīmē ar burtu U un mēra voltos (B).
Pateicoties pielietotajam spriegumam, ķēdē tiek izveidots elektriskais lauks, kas dod elektroniem virziena kustību. Jo augstāks spriegums, jo spēcīgāks ir elektriskais lauks un līdz ar to arī virzienvirziena elektronu plūsmas intensitāte.
Elektriskās strāvas izplatīšanās ātrums ir vienāds ar elektriskā lauka izveidošanās ātrumu ķēdē, t.i., 300 000 km/s, bet elektronu ātrums knapi sasniedz tikai dažus mm sekundē.
Ir vispārpieņemts, ka strāva plūst no punkta ar augstāku potenciālu, t.i., no (+) uz punktu ar zemāku potenciālu, t.i., uz (-). Spriegumu ķēdē uztur strāvas avots, piemēram, akumulators. Zīme (+) tās galā nozīmē elektronu trūkumu, zīme (-) nozīmē to pārpalikumu, jo elektroni ir negatīva lādiņa nesēji. Tiklīdz ķēde ar strāvas avotu kļūst aizvērta, elektroni steidzas no vietas, kur ir to pārpalikums, uz strāvas avota pozitīvo polu. Viņu ceļš iet caur vadiem, patērētājiem, mērinstrumentiem un citiem ķēdes elementiem.
Lūdzu, ņemiet vērā, ka strāvas virziens ir pretējs elektronu kustības virzienam.
Vienkārši straumes virziens pēc zinātnieku vienošanās tika noteikts, pirms tika noskaidrots straumes raksturs metālos.
Daži lielumi, kas raksturo elektrisko strāvu
Pašreizējais spēks. Elektrisko lādiņu, kas 1 sekundē iziet cauri vadītāja šķērsgriezumam, sauc par strāvas stiprumu. Lai to apzīmētu, izmantojiet burtu I un izmēriet to ampēros (A).
Pretestība. Nākamais daudzums, kas jums jāzina, ir pretestība. Tas rodas virzienā kustīgu elektronu sadursmes ar kristāliskā režģa joniem dēļ. Šādu sadursmju rezultātā elektroni daļu savas kinētiskās enerģijas nodod joniem. Tā rezultātā vadītājs uzsilst un strāvas stiprums samazinās. Pretestību simbolizē burts R, un to mēra omos (omos).
Jo garāks ir vadītājs un mazāks tā šķērsgriezuma laukums, jo lielāka ir metāla vadītāja pretestība. Ar vienādu stieples garumu un diametru sudraba, vara, zelta un alumīnija vadītājiem ir vismazākā pretestība. Acīmredzamu iemeslu dēļ praksē tiek izmantoti vadi no alumīnija un vara.
Jauda. Veicot aprēķinus elektriskajām ķēdēm, dažkārt ir nepieciešams noteikt elektroenerģijas patēriņu (P).
Lai to izdarītu, strāva, kas plūst caur ķēdi, jāreizina ar spriegumu.
Jaudas mērvienība ir vats (W).
Līdzstrāva un maiņstrāva
Dažādu bateriju un akumulatoru nodrošinātā strāva ir nemainīga. Tas nozīmē, ka strāvas stiprumu šādā ķēdē var mainīt, tikai mainot lielumu dažādos veidos tā pretestība, un tā virziens paliek nemainīgs.
Bet Lielākā daļa elektrisko ierīču patērē maiņstrāvu, tas ir, strāva, kuras lielums un virziens nepārtraukti mainās saskaņā ar noteiktu likumu.
To ģenerē spēkstacijās un pēc tam pa augstsprieguma pārvades līnijām nonāk mūsu mājās un uzņēmumos.
Lielākajā daļā valstu strāvas virziena izmaiņu biežums ir 50 Hz, tas ir, tas notiek 50 reizes sekundē. Šajā gadījumā katru reizi strāvas stiprums pakāpeniski palielinās, sasniedz maksimumu, pēc tam samazinās līdz 0. Tad šis process atkārtojas, bet ar pretēju strāvas virzienu.
ASV visas ierīces darbojas ar frekvenci 60 Hz. Interesanta situācija izstrādāts Japānā. Tur viena trešdaļa valsts izmanto maiņstrāvu ar frekvenci 60 Hz, bet pārējā - 50 Hz.
Uzmanību - elektrība
Elektrošoks var rasties, lietojot elektroierīces un no zibens spēriena, kopš Cilvēka ķermenis ir labs strāvas vadītājs. Elektriskās traumas bieži rodas, uzkāpjot uz zemē guļoša vada vai ar rokām atgrūžot vaļīgos elektrības vadus.
Spriegums virs 36 V tiek uzskatīts par bīstamu cilvēkiem. Ja caur cilvēka ķermeni iet tikai 0,05 A strāva, tas var izraisīt patvaļīgu muskuļu kontrakciju, kas neļaus cilvēkam patstāvīgi atrauties no bojājuma avota. 0,1 A strāva ir letāla.
Maiņstrāva ir vēl bīstamāka, jo tai ir vairāk spēcīga ietekme uz vienu cilvēku. Šis mūsu draugs un palīgs vairākos gadījumos pārvēršas par nežēlīgu ienaidnieku, izraisot elpošanas un sirdsdarbības traucējumus līdz pat tās pilnīgai apstāšanai. Tas atstāj briesmīgas pēdas uz ķermeņa smagu apdegumu veidā.
Kā palīdzēt cietušajam? Pirmkārt, izslēdziet bojājuma avotu. Un tad parūpējies par pirmās palīdzības sniegšanu.
Mūsu iepazīšanās ar elektrību tuvojas noslēgumam. Piebildīsim tikai dažus vārdus par jūras radības, kam ir “elektriskie ieroči”. Tie ir daži zivju veidi, zutis un dzeloņraja. Visbīstamākais no tiem ir zutis.
Jums nevajadzētu peldēt tuvāk par 3 metriem no tā. Viņa sitiens nav nāvējošs, taču var tikt zaudēta samaņa.
Ja šī ziņa jums būtu noderīga, es priecātos jūs redzēt
Strāva un spriegums ir izmantotie kvantitatīvie parametri elektriskās diagrammas. Visbiežāk šie daudzumi laika gaitā mainās, pretējā gadījumā elektriskās ķēdes darbībai nebūtu jēgas.
Spriegums
Parasti spriegumu norāda ar burtu "U". Darbs, kas tiek patērēts, pārvietojot lādiņa vienību no zema potenciāla punkta uz augsta potenciāla punktu, ir spriegums starp diviem punktiem. Citiem vārdiem sakot, tā ir enerģija, kas izdalās pēc tam, kad lādiņa vienība pārvietojas no augsta uz zemu potenciālu.
Spriegumu var saukt arī par potenciālu starpību, kā arī par elektromotora spēku. Šo parametru mēra voltos. Lai pārvietotu 1 lādiņa kulonu starp diviem punktiem, kuru spriegums ir 1 volts, ir jāpaveic 1 džouls darbs. Tiek mērīti kuloni elektriskie lādiņi. 1 kulons ir vienāds ar 6x10 18 elektronu lādiņu.
Spriegums ir sadalīts vairākos veidos atkarībā no strāvas veidiem.
- Pastāvīgs spriegums . Tas atrodas elektrostatiskās un līdzstrāvas ķēdēs.
- Maiņstrāvas spriegums
. Šāda veida spriegums ir atrodams ķēdēs ar sinusoidālu un maiņstrāvu. Sinusoidālās strāvas gadījumā tiek ņemti vērā šādi sprieguma raksturlielumi:
sprieguma svārstību amplitūda– tā ir tā maksimālā novirze no x ass;
momentānais spriegums, kas izteikts noteiktā laika brīdī;
efektīvais spriegums, nosaka 1. pusciklā veiktais aktīvais darbs;
vidējais rektificētais spriegums, ko nosaka pēc rektificētā sprieguma absolūtās vērtības vienā harmoniskā periodā.
Pārraidot elektroenerģiju pa gaisvadu līnijām, balstu konstrukcija un to izmēri ir atkarīgi no pielietotā sprieguma lieluma. Spriegumu starp fāzēm sauc līnijas spriegums , un spriegums starp zemi un katru fāzi ir fāzes spriegums . Šis noteikums attiecas uz visu veidu gaisvadu līnijām. Krievijā mājsaimniecības elektriskajos tīklos standarts ir trīsfāzu spriegums ar lineāro spriegumu 380 volti un fāzes spriegumu 220 volti.
Elektriskā strāva
Strāva elektriskajā ķēdē ir elektronu kustības ātrums noteiktā punktā, ko mēra ampēros un diagrammās apzīmē ar burtu " es" Tiek izmantotas arī atvasinātās ampēru vienības ar atbilstošiem prefiksiem mili-, mikro-, nano utt. 1 ampēra strāva tiek ģenerēta, pārvietojot 1 kulona lādiņa vienību 1 sekundē.
Parasti tiek uzskatīts, ka strāva plūst virzienā no pozitīva potenciāla uz negatīvu. Tomēr no fizikas kursa mēs zinām, ka elektrons pārvietojas pretējā virzienā.
Jums jāzina, ka spriegums tiek mērīts starp 2 punktiem ķēdē, un strāva plūst caur vienu noteiktu ķēdes punktu vai caur tā elementu. Tāpēc, ja kāds lieto izteicienu “pretestības spriedze”, tas ir nepareizi un analfabēti. Bet bieži vien mēs runājam par spriegumu noteiktā ķēdes punktā. Tas attiecas uz spriegumu starp zemi un šo punktu.
Spriegums rodas no elektrisko lādiņu iedarbības ģeneratoros un citās ierīcēs. Strāvu rada, pieliekot spriegumu diviem ķēdes punktiem.
Lai saprastu, kas ir strāva un spriegums, būtu pareizāk izmantot. Uz tā var redzēt strāvu un spriegumu, kas laika gaitā maina to vērtības. Praksē elektriskās ķēdes elementus savieno vadītāji. Noteiktos punktos ķēdes elementiem ir sava sprieguma vērtība.
Strāva un spriegums atbilst noteikumiem:
- Punktā ienākošo strāvu summa ir vienāda ar to strāvu summu, kas iziet no punkta (lādiņa saglabāšanas noteikums). Šis noteikums ir Kirhhofa likums strāvai. Strāvas ieejas un izejas punktu šajā gadījumā sauc par mezglu. No šī likuma izriet šāds apgalvojums: elementu grupas virknē elektriskās ķēdes strāvas vērtība visiem punktiem ir vienāda.
- IN paralēlā ķēde elementiem, spriegums visiem elementiem ir vienāds. Citiem vārdiem sakot, sprieguma kritumu summa slēgtā ķēdē ir nulle. Šis Kirhhofa likums attiecas uz spriegumiem.
- Ķēdes (jaudas) veikto darbu laika vienībā izsaka šādi: P = U*I. Jauda tiek mērīta vatos. 1 džouls darba, kas paveikts 1 sekundē, ir vienāds ar 1 vatu. Jauda tiek sadalīta siltuma veidā, tērēta mehānisko darbu veikšanai (elektromotoros) un pārvērsta starojumā dažādi veidi, uzkrājas konteineros vai baterijās. Projektējot sarežģītas elektrosistēmas, viens no izaicinājumiem ir sistēmas termiskā slodze.
Elektriskās strāvas raksturojums
Priekšnoteikums strāvas pastāvēšanai elektriskā ķēdē ir slēgta ķēde. Ja ķēde ir bojāta, strāva apstājas.
Ikviens elektrotehnikā darbojas pēc šī principa. Tie pārtrauc elektrisko ķēdi ar kustīgiem mehāniskiem kontaktiem un tādējādi aptur strāvas plūsmu, izslēdzot ierīci.
Enerģētikas nozarē elektriskā strāva rodas strāvas vadītāju iekšpusē, kas ir izgatavoti kopņu un citu daļu veidā, kas vada strāvu.
Ir arī citi veidi, kā izveidot iekšējo strāvu:
- Šķidrumi un gāzes lādētu jonu kustības dēļ.
- Vakuums, gāze un gaiss, izmantojot termisko emisiju.
- , lādiņnesēju kustības dēļ.
Elektriskās strāvas rašanās nosacījumi
- Vadītāju (nevis supravadītāju) sildīšana.
- Potenciālās starpības pielietojums lādiņa nesējiem.
- Ķīmiskā reakcija, kas atbrīvo jaunas vielas.
- Magnētiskā lauka ietekme uz vadītāju.
Pašreizējās viļņu formas
- Taisna līnija.
- Mainīgs harmoniskais sinusoidālais vilnis.
- Līkums, līdzīgs sinusoidālajam vilnim, bet kam ir asi stūri(dažreiz stūri var būt izlīdzināti).
- Viena virziena pulsējoša forma, kuras amplitūda mainās no nulles līdz lielākajai vērtībai saskaņā ar noteiktu likumu.
Elektriskās strāvas darba veidi
- Gaismas starojums, ko rada apgaismes ierīces.
- Siltuma ģenerēšana, izmantojot sildelementus.
- Mehāniskie darbi (elektromotoru rotācija, citu elektroierīču darbība).
- Elektromagnētiskā starojuma radīšana.
Negatīvās parādības, ko izraisa elektriskā strāva
- Kontaktu un strāvu daļu pārkaršana.
- Virpuļstrāvas rašanās elektrisko ierīču serdeņos.
- Elektromagnētiskais starojums ārējā vidē.
Projektējot, elektrisko ierīču un dažādu ķēžu veidotājiem savos projektos jāņem vērā iepriekš minētās elektriskās strāvas īpašības. Piemēram, virpuļstrāvu kaitīgo ietekmi elektromotoros, transformatoros un ģeneratoros samazina kodolu saplūšana, ko izmanto magnētisko plūsmu caurlaidei. Kodola laminēšana ir tā izgatavošana nevis no viena metāla gabala, bet gan no atsevišķu plānu speciāla elektrotērauda plākšņu komplekta.
Bet, no otras puses, virpuļstrāvas tiek izmantotas, lai darbinātu mikroviļņu krāsnis un krāsnis, kas darbojas pēc magnētiskās indukcijas principa. Tāpēc mēs varam teikt, ka virpuļstrāvas ir ne tikai kaitīgas, bet arī labvēlīgas.
Maiņstrāva ar signālu sinusoīda formā var atšķirties pēc svārstību biežuma laika vienībā. Mūsu valstī elektriskās strāvas rūpnieciskā frekvence ir standarta un vienāda ar 50 herciem. Dažās valstīs tiek izmantota strāvas frekvence 60 Hz.
Dažādiem nolūkiem elektrotehnikā un radiotehnikā tiek izmantotas citas frekvences vērtības:
- Zemas frekvences signāli ar zemāku strāvas frekvenci.
- Augstas frekvences signāli, kas ir daudz augstāki par rūpnieciskās strāvas frekvenci.
Tiek uzskatīts, ka elektriskā strāva rodas no elektronu kustības vadītājā, tāpēc to sauc par vadīšanas strāvu. Bet ir vēl viens elektriskās strāvas veids, ko sauc par konvekciju. Tas notiek, kad lādēti makroķermeņi pārvietojas, piemēram, lietus lāses.
Elektriskā strāva metālos
Elektronu kustība, kad tie tiek pakļauti pastāvīgam spēkam, tiek salīdzināta ar izpletņlēcēju, kas nolaižas zemē. Šajos divos gadījumos notiek vienmērīga kustība. Uz izpletņlēcēju iedarbojas gravitācijas spēks, un tam pretojas gaisa pretestības spēks. Elektronu kustību ietekmē elektriskā lauka spēks, un kristāla režģu joni pretojas šai kustībai. Vidējais ātrums elektroni sasniedz nemainīgu vērtību, tāpat kā izpletņlēcēja ātrums.
Metāla vadītājā viena elektrona kustības ātrums ir 0,1 mm sekundē, bet elektriskās strāvas ātrums ir aptuveni 300 tūkstoši km sekundē. Tas ir tāpēc, ka elektriskā strāva plūst tikai tur, kur uzlādētajām daļiņām tiek pievadīts spriegums. Tāpēc tas ir sasniegts liels ātrums strāvas plūsma.
Kad elektroni pārvietojas kristāla režģī, pastāv šāds modelis. Elektroni nesaduras ar visiem pretimbraucošajiem joniem, bet tikai ar katru desmito no tiem. Tas izskaidrojams ar kvantu mehānikas likumiem, kurus var vienkāršot šādi.
Elektronu kustību kavē lieli joni, kas piedāvā pretestību. Tas ir īpaši pamanāms, karsējot metālus, kad smagie joni “šūpojas”, palielinās izmēru un samazina vadītāju kristāla režģu elektrovadītspēju. Tāpēc, karsējot metālus, to pretestība vienmēr palielinās. Pazeminoties temperatūrai, palielinās elektriskā vadītspēja. Kad metāla temperatūra pazeminās līdz absolūtā nulle var panākt supravadītspējas efektu.
Pirmie atklājumi saistībā ar elektrības darbu sākās 7. gadsimtā pirms mūsu ēras. Filozofs Senā Grieķija Thales of Miletus atklāja, ka, beržot dzintaru uz vilnas, tas pēc tam spēj piesaistīt vieglus priekšmetus. “Elektrība” no grieķu valodas tiek tulkota kā “dzintars”. 1820. gadā Andrē-Marī Ampērs ieviesa līdzstrāvas likumu. Pēc tam strāvas lielumu vai to, kādā mēra elektrisko strāvu, sāka apzīmēt ampēros.
Termina nozīme
Elektriskās strāvas jēdzienu var atrast jebkurā fizikas mācību grāmatā. Elektriskā strāva- tā ir elektriski lādētu daļiņu sakārtota kustība virzienā. Lai parasts cilvēks saprastu, kas ir elektriskā strāva, jums vajadzētu izmantot elektriķa vārdnīcu. Tajā termins apzīmē elektronu kustību caur vadītāju vai jonu kustību caur elektrolītu.
Atkarībā no elektronu vai jonu kustības vadītāja iekšpusē izšķir: 
strāvas veidi:
- nemainīgs;
- mainīgs;
- periodiska vai pulsējoša.
Pamatmērījumu lielumi
Elektriskās strāvas stiprums- galvenais rādītājs, ko elektriķi izmanto savā darbā. Elektriskās strāvas stiprums ir atkarīgs no lādiņa daudzuma, kas noteiktā laika periodā plūst caur elektrisko ķēdi. Jo lielāks elektronu skaits plūst no viena avota sākuma līdz beigām, jo lielāks būs elektronu pārnestais lādiņš.
Lielums, ko mēra pēc elektriskā lādiņa, kas plūst cauri vadītājā esošo daļiņu šķērsgriezumam, attiecība pret tā caurbraukšanas laiku. Lādiņu mēra kulonos, laiku mēra sekundēs, un vienu elektriskās plūsmas vienību nosaka lādiņa attiecība pret laiku (kulons pret sekundi) vai ampēros. Elektriskās strāvas (tās stipruma) noteikšana notiek, secīgi savienojot divus spailes elektriskajā ķēdē.
Kad darbojas elektriskā strāva, lādētu daļiņu kustība tiek veikta, izmantojot elektrisko lauku un ir atkarīga no elektronu kustības spēka. Vērtību, no kuras ir atkarīgs elektriskās strāvas darbs, sauc par spriegumu, un to nosaka attiecība starp strāvu noteiktā ķēdes daļā un lādiņu, kas iet caur to pašu daļu. Mērvienību volti mēra ar voltmetru, kad divas ierīces spailes ir savienotas ar ķēdi paralēli.
Elektriskās pretestības lielums ir tieši atkarīgs no izmantotā vadītāja veida, tā garuma un šķērsgriezuma. To mēra omos.
Jaudu nosaka strāvu kustības veiktā darba attiecība pret laiku, kad šis darbs notika. Jauda tiek mērīta vatos.
Fizisko lielumu, piemēram, kapacitāti, nosaka viena vadītāja lādiņa attiecība pret potenciālo starpību starp to pašu vadītāju un blakus esošo vadītāju. Jo zemāks ir spriegums, kad vadītāji saņem elektrisko lādiņu, jo lielāka ir to jauda. To mēra farādos.
Elektroenerģijas veiktā darba apjoms noteiktā intervālā ķēdē tiek noteikts, izmantojot strāvas, sprieguma un laika perioda, kurā darbs tika veikts, reizinājumu. Pēdējo mēra džoulos. Elektriskās strāvas darbību nosaka, izmantojot skaitītāju, kas savieno visu lielumu, proti, sprieguma, spēka un laika, rādījumus.
Elektriskās drošības tehnikas
Zināšanas par elektrodrošības noteikumiem palīdzēs novērst avārijas situāciju un aizsargāt cilvēku veselību un dzīvību. Tā kā elektrībai ir tendence uzkarsēt vadītāju, vienmēr pastāv veselībai un dzīvībai bīstamas situācijas iespējamība. Lai nodrošinātu drošību mājās ir jāievēro sekojošais vienkāršs, bet svarīgi noteikumi:
- Tīkla izolācijai vienmēr jābūt labā stāvoklī, lai izvairītos no pārslodzes vai īssavienojumu iespējamības.
- Mitrums nedrīkst nokļūt uz elektroierīcēm, vadiem, paneļiem utt. Arī mitra vide izraisa īssavienojumus.
- Noteikti iezemējiet visas elektriskās ierīces.
- Izvairieties no elektrisko vadu pārslodzes, jo pastāv vadu aizdegšanās risks.
Drošības pasākumi, strādājot ar elektrību, ietver gumijotu cimdu, dūraiņu, paklājiņu, izlādes ierīču, darba zonu zemējuma ierīču, slēdžu vai drošinātāju ar termisko un strāvas aizsardzību izmantošanu.
Pieredzējuši elektriķi, kad ir iespēja gūt elektrošoku, strādā ar vienu roku, bet otra ir kabatā. Tādā veidā rokas ķēde tiek pārtraukta nejauša pieskāriena gadījumā vairogam vai citai iezemētai iekārtai. Ja tīklam pievienotā iekārta aizdegas, dzēšat tikai ar pulvera vai oglekļa dioksīda dzēšamajiem aparātiem.
Elektriskās strāvas pielietojums
Elektriskā strāva ir daudz īpašību, kas ļauj to izmantot gandrīz visās cilvēka darbības jomās. Elektriskās strāvas izmantošanas veidi:
Elektrība mūsdienās ir videi draudzīgākā tīrs izskats enerģiju. Apstākļos mūsdienu ekonomika elektroenerģijas nozares attīstība planētu nozīme. Nākotnē, ja būs izejvielu deficīts, elektrība ieņems vadošo pozīciju kā neizsmeļams enerģijas avots.
Kad cilvēks iemācījās radīt un izmantot elektrisko strāvu, viņa dzīves kvalitāte krasi pieauga. Tagad elektroenerģijas nozīme katru gadu turpina pieaugt. Lai iemācītos saprast vairāk sarežģīti jautājumi saistībā ar elektrību, vispirms ir jāsaprot, kas ir elektriskā strāva.
Kas ir aktuāls
Elektriskās strāvas definīcija ir tās attēlojums virzītas kustīgu nesējdaļiņu plūsmas veidā, kas ir pozitīvi vai negatīvi lādētas. Maksas nesēji var būt:
- elektroni, kas lādēti ar mīnusa zīmi, pārvietojas metālos;
- joni šķidrumos vai gāzēs;
- pozitīvi lādēti caurumi no kustīgiem elektroniem pusvadītājos.
To, kāda ir strāva, nosaka arī elektriskā lauka klātbūtne. Bez tā lādētu daļiņu virzīta plūsma neradīsies.
Elektriskās strāvas jēdziensTas būtu nepilnīgs, neuzskaitot tās izpausmes:
- Jebkuru elektrisko strāvu pavada magnētiskais lauks;
- Vadītāji uzsilst, kad tas iet;
- Elektrolīti maina ķīmisko sastāvu.
Vadītāji un pusvadītāji
Elektriskā strāva var pastāvēt tikai vadošā vidē, bet tās plūsmas raksturs ir atšķirīgs:
- Metāla vadītāji satur brīvus elektronus, kas sāk kustēties elektriskā lauka ietekmē. Paaugstinoties temperatūrai, palielinās arī vadītāju pretestība, jo siltums palielina atomu kustību haotiskā secībā, kas traucē brīvajiem elektroniem;
- Šķidrā vidē, ko veido elektrolīti, radošais elektriskais lauks izraisa disociācijas procesu - katjonu un anjonu veidošanos, kas atkarībā no lādiņa zīmes virzās uz pozitīvo un negatīvo polu (elektrodiem). Elektrolīta sildīšana izraisa pretestības samazināšanos molekulu aktīvākas sadalīšanās dēļ;
Svarīgi! Elektrolīts var būt ciets, bet tajā esošās strāvas plūsmas raksturs ir identisks šķidrumam.
- Gāzveida vidi raksturo arī jonu klātbūtne, kas nonāk kustībā. Veidojas plazma. Radiācija rada arī brīvus elektronus, kas piedalās virzītā kustībā;
- Kad vakuumā tiek radīta elektriskā strāva, pie negatīvā elektroda atbrīvotie elektroni virzās uz pozitīvo elektrodu;
- Pusvadītājos ir brīvi elektroni, kas karsējot sarauj saites. Viņu vietās paliek caurumi ar lādiņu ar “plus” zīmi. Caurumi un elektroni spēj radīt virzītu kustību.
Nevadošus materiālus sauc par dielektriskiem.
Svarīgi! Strāvas virziens atbilst lādiņnesēju daļiņu kustības virzienam ar plus zīmi.
Strāvas veids
- Pastāvīgi. To raksturo nemainīga strāvas un virziena kvantitatīvā vērtība;
- Mainīgs. Laika gaitā tas periodiski maina savas īpašības. Tas ir sadalīts vairākās šķirnēs atkarībā no mainītā parametra. Galvenokārt strāvas kvantitatīvā vērtība un tās virziens mainās gar sinusoīdu;
- Virpuļstrāvas. Rodas, kad mainās magnētiskā plūsma. Veidojiet slēgtas ķēdes, nepārvietojoties starp poliem. Virpuļstrāvas izraisa intensīvu siltuma veidošanos, kā rezultātā palielinās zudumi. Elektromagnētisko spoļu serdeņos tie ir ierobežoti, izmantojot atsevišķu izolētu plākšņu dizainu, nevis cietu.
Elektriskās īpašības
- Pašreizējais spēks. Tas ir kvantitatīvs mērījums lādiņam, kas iet laika vienībā pa vadītāju šķērsgriezumu. Lādiņus mēra kulonos (C), laika vienība ir sekunde. Strāvas stiprums ir C/s. Iegūto attiecību sauca par ampēru (A), kas mēra strāvas kvantitatīvo vērtību. Mērīšanas ierīce ir ampērmetrs, kas virknē savienots ar elektriskā pieslēguma ķēdi;
- Jauda. Elektrības strāvai vadītājā jāpārvar barotnes pretestība. Darbs, kas pavadīts, lai to pārvarētu noteiktā laika periodā, būs spēks. Šajā gadījumā elektroenerģiju pārvērš cita veida enerģijā - darbs tiek veikts. Jauda ir atkarīga no strāvas un sprieguma. Viņu produkts noteiks aktīvo jaudu. Reizinot ar laiku, tiek iegūts enerģijas patēriņš – tas, ko rāda skaitītājs. Jaudu var mērīt volt-ampēros (VA, kVA, mVA) vai vatos (W, kW, mW);
- Spriegums. Viena no trim svarīgākajām īpašībām. Lai plūstu strāva, ir nepieciešams izveidot potenciālu starpību starp diviem punktiem slēgtā elektrisko savienojumu ķēdē. Spriegumu raksturo darbs, ko veic elektriskais lauks, kustoties vienam lādiņa nesējam. Saskaņā ar formulu sprieguma mērvienība ir J/C, kas atbilst voltam (V). Mērīšanas ierīce ir voltmetrs, kas savienots paralēli;
- Pretestība. Raksturo vadītāju spēju nodot elektrisko strāvu. Nosaka pēc vadītāja materiāla, garuma un šķērsgriezuma laukuma. Mērījums ir omos (Ohm).
Elektriskās strāvas likumi
Elektriskās ķēdes aprēķina, izmantojot trīs galvenos likumus:
- Oma likums. To 19. gadsimta sākumā pētīja un formulēja fiziķis no Vācijas par līdzstrāvu, pēc tam tas tika piemērots arī maiņstrāvai. Tas nosaka attiecības starp strāvu, spriegumu un pretestību. Gandrīz jebkura elektriskā ķēde tiek aprēķināta, pamatojoties uz Ohma likumu. Pamatformula: I = U/R jeb strāva ir tieši proporcionāla spriegumam un apgriezti proporcionāla pretestībai;
- Faradeja likums. Attiecas uz elektromagnētisko indukciju. Induktīvo strāvu parādīšanos vadītājos izraisa magnētiskās plūsmas ietekme, kas laika gaitā mainās EMF (elektromotīves spēka) indukcijas dēļ slēgtā kontūrā. Inducētās emf lielums, ko mēra voltos, ir proporcionāls magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumam. Pateicoties indukcijas likumam, ģeneratori ražo elektroenerģiju;
- Džoula-Lenca likums. Tas ir svarīgi, aprēķinot vadītāju apkuri, ko izmanto apkures, apgaismes ierīču un citu elektroiekārtu projektēšanai un ražošanai. Likums ļauj noteikt siltuma daudzumu, kas izdalās elektriskās strāvas pārejas laikā:
kur I ir plūstošās strāvas stiprums, R ir pretestība, t ir laiks.
Elektrība atmosfērā
Atmosfērā var pastāvēt elektriskais lauks, un notiek jonizācijas procesi. Lai gan to rašanās būtība nav pilnībā skaidra, pastāv dažādas izskaidrojošas hipotēzes. Vispopulārākais ir kondensators kā analogs elektrības attēlošanai atmosfērā. Tās plāksnes var apzīmēt zemes virsma un jonosfēra, starp kuru cirkulē dielektriķis – gaiss.
Atmosfēras elektrības veidi:
- Zibens izlādes. Zibens ar redzamu spīdumu un pērkonu. Zibens spriegums sasniedz simtiem miljonu voltu pie 500 000 A strāvas;
- Svētā Elmo uguns. Elektrības vainaga izlāde, kas veidojas ap vadiem, mastiem;
- Lodveida zibens. Lodveida izlāde, kas pārvietojas pa gaisu;
- Polārās gaismas. Zemes jonosfēras daudzkrāsains spīdums lādētu daļiņu ietekmē, kas iekļūst no kosmosa.
Lieto vīrietis labvēlīgās īpašības elektriskā strāva visās dzīves jomās:
- apgaismojums;
- signālu pārraide: telefons, radio, televīzija, telegrāfs;
- elektrotransports: vilcieni, elektromobiļi, tramvaji, trolejbusi;
- radot komfortablu mikroklimatu: apkure un gaisa kondicionēšana;
- Medicīniskais aprīkojums;
- mājsaimniecības vajadzībām: elektroierīces;
- datori un mobilās ierīces;
- nozare: mašīnas un iekārtas;
- elektrolīze: alumīnija, cinka, magnija un citu vielu ražošana.
Elektrības apdraudējums
Tiešs kontakts ar elektrisko strāvu bez aizsardzības līdzekļiem ir nāvējošs cilvēkiem. Iespējami vairāki ietekmes veidi:
- termiskais apdegums;
- asins un limfas elektrolītiskā sadalīšanās ar izmaiņām tā sastāvā;
- konvulsīvs muskuļu kontrakcijas var izraisīt sirds fibrilāciju, līdz tā pilnībā apstājas, un traucēt elpošanas sistēmas darbību.
Svarīgi! Cilvēka jūtamā strāva sākas ar vērtību 1 mA, ja strāvas vērtība ir 25 mA, ir iespējamas nopietnas negatīvas izmaiņas organismā.
Visvairāk galvenā īpašība elektriskā strāva - tā var veikt noderīgs darbs cilvēkam: apgaismot māju, mazgāt un žāvēt drēbes, gatavot vakariņas, sildīt māju. Mūsdienās tā izmantošana informācijas pārraidē ieņem ievērojamu vietu, lai gan tas neprasa lielu enerģijas patēriņu.
Video
Tā ir noteiktu lādētu daļiņu sakārtota kustība. Lai kompetenti izmantotu visu elektroenerģijas potenciālu, ir skaidri jāsaprot visi elektriskās strāvas struktūras un darbības principi. Tātad, izdomāsim, kas ir darbs un pašreizējā jauda.
No kurienes vispār nāk elektriskā strāva?
Neskatoties uz šķietamo jautājuma vienkāršību, daži spēj sniegt saprotamu atbildi uz to. Protams, mūsdienās, kad tehnoloģijas attīstās neticamā ātrumā, cilvēki daudz nedomā par tādām elementārām lietām kā elektriskās strāvas darbības princips. No kurienes nāk elektrība? Noteikti daudzi atbildēs: “Nu, protams, no rozetes” vai vienkārši paraustīs plecus. Tikmēr ir ļoti svarīgi saprast, kā darbojas pašreizējais. Tas būtu jāzina ne tikai zinātniekiem, bet arī cilvēkiem, kas nekādā veidā nav saistīti ar zinātnes pasauli, viņu vispārējai daudzveidīgajai attīstībai. Bet ne visi var kompetenti izmantot strāvas darbības principu.
Tātad, vispirms jums vajadzētu saprast, ka elektrība nerodas no nekurienes: to ražo īpaši ģeneratori, kas atrodas dažādās spēkstacijās. Pateicoties turbīnu lāpstiņu rotācijai, tvaiks, kas rodas, sildot ūdeni ar akmeņoglēm vai eļļu, ražo enerģiju, kas pēc tam ar ģeneratora palīdzību tiek pārvērsta elektroenerģijā. Ģeneratora dizains ir ļoti vienkāršs: ierīces centrā atrodas milzīgs un ļoti spēcīgs magnēts, kas liek elektriskajiem lādiņiem pārvietoties pa vara vadiem.
Kā elektriskā strāva nonāk mūsu mājās?
Pēc tam, kad, izmantojot enerģiju (termisko vai kodolenerģiju), ir ģenerēts noteikts elektriskās strāvas daudzums, to var piegādāt cilvēkiem. Šāda elektroenerģijas padeve darbojas šādi: lai elektrība veiksmīgi nonāktu visos dzīvokļos un uzņēmumos, tā ir “jāspiež”. Un šim nolūkam jums būs jāpalielina spēks, kas to darīs. To sauc par elektriskās strāvas spriegumu. Darbības princips ir šāds: strāva iet caur transformatoru, kas palielina tā spriegumu. Tālāk elektriskā strāva plūst pa kabeļiem, kas uzstādīti dziļi pazemē vai augstumā (jo spriegums dažkārt sasniedz 10 000 voltu, kas ir nāvējošs cilvēkiem). Kad strāva sasniedz galamērķi, tai atkal jāiet cauri transformatoram, kas tagad samazinās tā spriegumu. Pēc tam tas caur vadiem nonāk uzstādītajos sadales paneļos daudzdzīvokļu ēkas vai citas ēkas.
Pa vadiem novadītā elektrība var tikt izmantota, pateicoties kontaktligzdu sistēmai, pieslēdzot tām sadzīves tehniku. Sienās ir papildus vadi, pa kuriem plūst elektriskā strāva, un tieši pateicoties tam mājā darbojas apgaismojums un visa tehnika.
Kas ir pašreizējais darbs?
Elektriskās strāvas pārnestā enerģija laika gaitā tiek pārvērsta gaismā vai siltumā. Piemēram, kad mēs ieslēdzam lampu, elektriskā enerģijas forma pārvēršas gaismā.
Vienkāršā valodā runājot, strāvas darbs ir darbība, ko pati elektrība rada. Turklāt to var ļoti viegli aprēķināt, izmantojot formulu. Pamatojoties uz enerģijas nezūdamības likumu, varam secināt, ka elektriskā enerģija nav zudusi, tā ir pilnībā vai daļēji pārgājusi citā formā, izdalot noteiktu siltuma daudzumu. Šis siltums ir darbs, ko veic strāva, kad tā iet caur vadītāju un silda to (notiek siltuma apmaiņa). Šādi izskatās Džoula-Lenca formula: A = Q = U*I*t (darbs ir vienāds ar siltuma daudzumu vai strāvas jaudas reizinājumu un laiku, kurā tas plūst caur vadītāju).
Ko nozīmē līdzstrāva?
Elektriskā strāva Ir divi veidi: mainīgs un nemainīgs. Tie atšķiras ar to, ka pēdējais nemaina virzienu, tam ir divas skavas (pozitīvs “+” un negatīvs “-”), un tas vienmēr sāk kustību no “+”. Un maiņstrāvai ir divi spailes - fāze un nulle. Tieši vienas fāzes klātbūtnes dēļ vadītāja galā to sauc arī par vienfāzes.
Vienfāzes maiņstrāvas un līdzstrāvas projektēšanas principi ir pilnīgi atšķirīgi: atšķirībā no nemainīgas, maiņstrāva maina gan virzienu (veidojot plūsmu gan no fāzes uz nulli, gan no nulles uz fāzi), gan tās lielumu. Piemēram, maiņstrāva periodiski maina tās uzlādes vērtību. Izrādās, ka ar frekvenci 50 Hz (50 vibrācijas sekundē) elektroni maina savas kustības virzienu tieši 100 reizes.
Kur izmanto DC?
Tiešai elektriskajai strāvai ir dažas īpašības. Sakarā ar to, ka tas plūst stingri vienā virzienā, to ir grūtāk pārveidot. Par līdzstrāvas avotiem var uzskatīt šādus elementus:
- baterijas (gan sārma, gan skābes);
- parastās baterijas, ko izmanto mazās ierīcēs;
- kā arī dažādas ierīces, piemēram, pārveidotājus.
Līdzstrāvas darbība
Kādas ir tās galvenās īpašības? Tas ir darbs un pašreizējā vara, un abi šie jēdzieni ir ļoti cieši saistīti viens ar otru. Jauda attiecas uz darba ātrumu laika vienībā (1 s). Saskaņā ar Džoula-Lenca likumu mēs atklājam, ka darbs, ko veic tiešā elektriskā strāva, ir vienāds ar pašas strāvas stipruma, sprieguma un laika reizinājumu, kurā tika veikts elektriskā lauka darbs, lai pārnestu lādiņus. gar diriģentu.
Šī ir formula strāvas darba noteikšanai, ņemot vērā Ohma likumu par vadītāju pretestību: A = I 2 *R*t (darbs ir vienāds ar strāvas kvadrātu, kas reizināts ar vadītāja pretestības vērtību un reizina ar laiku, kurā darbs tika veikts).