Der elektrische Strom im Stromkreis manifestiert sich immer durch einen Teil seiner Wirkung. Dies kann sowohl Arbeit bei einer bestimmten Last als auch die begleitende Wirkung des Stroms sein. Somit kann man anhand der Wirkung des Stroms sein Vorhandensein oder Fehlen in einem bestimmten Stromkreis beurteilen: Wenn die Last arbeitet, ist Strom vorhanden. Wenn ein typisches strombezogenes Phänomen beobachtet wird, fließt Strom im Stromkreis usw.

Im Allgemeinen kann elektrischer Strom verschiedene Wirkungen hervorrufen: thermische, chemische, magnetische (elektromagnetische), Licht- oder mechanische Wirkungen, und verschiedene Arten von Stromwirkungen treten oft gleichzeitig auf. Diese Phänomene und Wirkungen der Strömung werden in diesem Artikel diskutiert.

Thermische Wirkung von elektrischem Strom

Wenn ein elektrischer Gleich- oder Wechselstrom durch einen Leiter fließt, erwärmt sich der Leiter. Solche Heizleiter unter verschiedenen Bedingungen und Anwendungen können sein: Metalle, Elektrolyte, Plasma, Metallschmelzen, Halbleiter, Halbmetalle.

Im einfachsten Fall, wenn beispielsweise ein elektrischer Strom durch einen Nichromdraht geleitet wird, erwärmt sich dieser. Dieses Phänomen wird in Heizgeräten verwendet: in Wasserkochern, Boilern, Heizgeräten, Elektroherden usw. Beim Lichtbogenschweißen erreicht die Temperatur des Lichtbogens im Allgemeinen 7000 ° C und das Metall schmilzt leicht - dies ist auch der thermische Effekt des Stroms.

Die im Schaltungsabschnitt freigesetzte Wärmemenge hängt von der an diesen Abschnitt angelegten Spannung, dem Wert des fließenden Stroms und der Zeit seines Flusses ab ().

Durch Transformation des Ohmschen Gesetzes für einen Abschnitt des Stromkreises ist es möglich, entweder Spannung oder Strom zur Berechnung der Wärmemenge zu verwenden, aber dann ist es zwingend erforderlich, den Widerstand des Stromkreises zu kennen, da er den Strom begrenzt und verursacht , in der Tat, Heizung. Oder wenn Sie Strom und Spannung im Stromkreis kennen, können Sie genauso einfach die freigesetzte Wärmemenge ermitteln.

Chemische Wirkung von elektrischem Strom

Elektrolyte, die Ionen enthalten, unter dem Einfluss eines elektrischen Gleichstroms - das ist die chemische Wirkung des Stroms. Während der Elektrolyse werden negative Ionen (Anionen) von der positiven Elektrode (Anode) und positive Ionen (Kationen) von der negativen Elektrode (Kathode) angezogen. Das heißt, die im Elektrolyten enthaltenen Substanzen werden bei der Elektrolyse an den Elektroden der Stromquelle freigesetzt.

Beispielsweise wird ein Elektrodenpaar in eine Lösung einer bestimmten Säure, Lauge oder Salz getaucht, und wenn ein elektrischer Strom durch den Stromkreis geleitet wird, wird an einer Elektrode eine positive Ladung und an der anderen eine negative Ladung erzeugt. Die in der Lösung enthaltenen Ionen beginnen sich mit der entgegengesetzten Ladung auf der Elektrode abzulagern.

Beispielsweise bewegen sich während der Elektrolyse von Kupfersulfat (CuSO4) positiv geladene Kupferkationen Cu2+ zu einer negativ geladenen Kathode, wo sie die fehlende Ladung erhalten und zu neutralen Kupferatomen werden, die sich auf der Elektrodenoberfläche absetzen. Die Hydroxylgruppe -OH gibt an der Anode Elektronen ab, wodurch Sauerstoff freigesetzt wird. Positiv geladene H+ Wasserstoffkationen und negativ geladene SO42- Anionen bleiben in Lösung.

Die chemische Wirkung von elektrischem Strom wird in der Industrie beispielsweise genutzt, um Wasser in seine Bestandteile (Wasserstoff und Sauerstoff) zu zerlegen. Durch die Elektrolyse können Sie auch einige Metalle in ihrer reinen Form erhalten. Mit Hilfe der Elektrolyse wird eine dünne Schicht eines bestimmten Metalls (Nickel, Chrom) auf die Oberfläche aufgetragen - dies usw.

1832 fand Michael Faraday heraus, dass die Masse m der an der Elektrode freigesetzten Substanz direkt proportional zur elektrischen Ladung q ist, die durch den Elektrolyten geflossen ist. Wird für eine Zeit t ein Gleichstrom I durch den Elektrolyten geleitet, so gilt das erste Faradaysche Gesetz der Elektrolyse:

Hier wird der Proportionalitätskoeffizient k als elektrochemisches Äquivalent des Stoffes bezeichnet. Sie ist numerisch gleich der Masse der Substanz, die beim Durchgang einer einzelnen elektrischen Ladung durch den Elektrolyten freigesetzt wird, und hängt von der chemischen Natur der Substanz ab.

Bei Vorhandensein eines elektrischen Stroms in einem beliebigen Leiter (fest, flüssig oder gasförmig) wird um den Leiter herum ein Magnetfeld beobachtet, dh ein stromdurchflossener Leiter erhält magnetische Eigenschaften.

Bringt man also einen Magneten an den stromdurchflossenen Leiter, beispielsweise in Form einer magnetischen Kompassnadel, so dreht sich der Pfeil senkrecht zum Leiter, und ist der Leiter auf einen Eisenkern gewickelt und direkt Strom fließt durch den Leiter, der Kern wird zu einem Elektromagneten.

1820 entdeckte Oersted die magnetische Wirkung von Strom auf eine Magnetnadel, und Ampere stellte die quantitativen Gesetze der magnetischen Wechselwirkung von Leitern mit Strom auf.

Ein Magnetfeld wird immer durch Strom erzeugt, also durch bewegte elektrische Ladungen, insbesondere durch geladene Teilchen (Elektronen, Ionen). Gegenläufige Ströme stoßen sich ab, gleichgerichtete Ströme ziehen sich an.

Eine solche mechanische Wechselwirkung tritt aufgrund der Wechselwirkung von Magnetfeldern von Strömen auf, dh es handelt sich zuallererst um eine magnetische Wechselwirkung und erst dann um eine mechanische. Somit ist die magnetische Wechselwirkung von Strömen primär.

1831 stellte Faraday fest, dass ein sich änderndes Magnetfeld von einem Stromkreis einen Strom in einem anderen Stromkreis erzeugt: Die erzeugte EMK ist proportional zur Änderungsrate des Magnetflusses. Es ist logisch, dass die magnetische Wirkung von Strömen bis heute in allen Transformatoren und nicht nur in Elektromagneten (z. B. in industriellen) verwendet wird.

In ihrer einfachsten Form lässt sich die Leuchtwirkung von elektrischem Strom an einer Glühlampe beobachten, deren Spirale durch den durch sie hindurchgehenden Strom zu Weißglut erhitzt wird und Licht aussendet.

Bei einer Glühlampe macht Lichtenergie etwa 5 % des zugeführten Stroms aus, die restlichen 95 % werden in Wärme umgewandelt.

Leuchtstofflampen wandeln Stromenergie effizienter in Licht um – bis zu 20 % der Elektrizität werden dank des Leuchtstoffs in sichtbares Licht umgewandelt, das durch eine elektrische Entladung in Quecksilberdampf oder in einem Edelgas wie Neon aufgenommen wird.

Die Leuchtwirkung von elektrischem Strom wird besser in Leuchtdioden realisiert. Wenn ein elektrischer Strom in Vorwärtsrichtung durch den pn-Übergang geleitet wird, rekombinieren Ladungsträger - Elektronen und Löcher - unter Emission von Photonen (aufgrund des Übergangs von Elektronen von einem Energieniveau zum anderen).

Die besten Lichtemitter sind Halbleiter mit direkter Lücke (d. h. solche, die direkte optische Band-zu-Band-Übergänge ermöglichen), wie etwa GaAs, InP, ZnSe oder CdTe. Durch Variation der Zusammensetzung von Halbleitern ist es möglich, LEDs für alle möglichen Wellenlängen von Ultraviolett (GaN) bis mittleres Infrarot (PbS) herzustellen. Die Effizienz einer LED als Lichtquelle erreicht durchschnittlich 50 %.

Wie oben erwähnt, bildet sich jeder Leiter, durch den ein elektrischer Strom fließt, um sich selbst herum. Magnetische Wirkungen werden z. B. in Elektromotoren, in magnetischen Hebevorrichtungen, in Magnetventilen, in Relais usw. in Bewegung umgesetzt.

Die mechanische Einwirkung eines Stroms auf einen anderen beschreibt das Ampèresche Gesetz. Dieses Gesetz wurde erstmals 1820 von André Marie Ampère für Gleichstrom aufgestellt. Daraus folgt, dass sich parallele Leiter mit in einer Richtung fließenden elektrischen Strömen anziehen und in entgegengesetzten Richtungen abstoßen.

Das Ampèresche Gesetz wird auch als Gesetz bezeichnet, das die Kraft bestimmt, mit der ein Magnetfeld auf ein kleines Segment eines stromdurchflossenen Leiters wirkt. Die Kraft, mit der das Magnetfeld auf ein Leiterelement mit Strom in einem Magnetfeld einwirkt, ist direkt proportional zu dem Strom im Leiter und dem Vektorprodukt aus Leiterlängenelement und magnetischer Induktion.

Es basiert auf diesem Prinzip, bei dem der Rotor die Rolle eines Rahmens mit einem Strom spielt, der sich im äußeren Magnetfeld des Stators mit einem Drehmoment M orientiert.