Jeder Strom tritt nur in Gegenwart einer Quelle mit freien geladenen Teilchen auf. Dies liegt daran, dass es im Vakuum keine Substanzen gibt, einschließlich elektrischer Ladungen. Daher wird das Vakuum als das Beste angesehen. Damit der Durchgang eines elektrischen Stroms a möglich wird, muss für das Vorhandensein einer ausreichenden Anzahl freier Ladungen gesorgt werden. In diesem Artikel werden wir uns ansehen, was einen elektrischen Strom in einem Vakuum ausmacht.

Wie elektrischer Strom im Vakuum erscheinen kann

Um einen vollwertigen elektrischen Strom im Vakuum zu erzeugen, muss ein solches physikalisches Phänomen wie die thermionische Emission verwendet werden. Sie beruht auf der Eigenschaft eines bestimmten Stoffes, bei Erwärmung freie Elektronen abzugeben. Solche Elektronen, die aus einem erhitzten Körper austreten, nennt man Thermoelektronen und den ganzen Körper nennt man Emitter.

Thermionische Emission liegt dem Betrieb von Vakuumgeräten zugrunde, besser bekannt als Vakuumröhren. Das einfachste Design enthält zwei Elektroden. Eine davon ist die Kathode, die eine Spirale ist, deren Material Molybdän oder Wolfram ist. Er ist es, der durch ein elektrisches Stromohm erhitzt wird. Die zweite Elektrode wird Anode genannt. Es befindet sich in einem kalten Zustand und erfüllt die Aufgabe, thermionische Elektronen zu sammeln. In der Regel wird die Anode in Form eines Zylinders hergestellt und darin eine beheizte Kathode platziert.

Anwendung von Strom im Vakuum

Im letzten Jahrhundert spielten Vakuumröhren eine führende Rolle in der Elektronik. Und obwohl sie längst durch Halbleiterbauelemente ersetzt wurden, wird das Funktionsprinzip dieser Bauelemente in Kathodenstrahlröhren verwendet. Anwendung findet dieses Prinzip bei Schweiß- und Schmelzarbeiten im Vakuum und anderen Bereichen.

Eine der Varianten des Stroms a ist also ein im Vakuum fließender Elektronenfluss. Wenn die Kathode erhitzt wird, entsteht zwischen ihr und der Anode ein elektrisches Feld. Dies gibt den Elektronen eine bestimmte Richtung und Geschwindigkeit. Nach diesem Prinzip arbeitet eine elektronische Lampe mit zwei Elektroden (Diode), die in der Funktechnik und Elektronik weit verbreitet ist.

Das moderne Gerät ist ein Zylinder aus Glas oder Metall, aus dem zuvor Luft abgepumpt wurde. In diesen Zylinder sind zwei Elektroden, eine Kathode und eine Anode, eingelötet. Um die technischen Eigenschaften zu verbessern, werden zusätzliche Gitter installiert, mit deren Hilfe der Elektronenfluss erhöht wird.

Als eine Person lernte, elektrischen Strom zu erzeugen und zu nutzen, stieg die Lebensqualität dramatisch an. Nun nimmt die Bedeutung des Stroms jedes Jahr weiter zu. Um komplexere Themen im Zusammenhang mit Elektrizität verstehen zu lernen, müssen Sie zunächst verstehen, was ein elektrischer Strom ist.

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elektrische Entladung

Was ist aktuell

Die Definition des elektrischen Stroms ist seine Darstellung in Form eines gerichteten Stroms sich bewegender Trägerteilchen, positiv oder negativ geladen. Ladungsträger können sein:

• negativ geladene Elektronen, die sich in Metallen bewegen;
• Ionen in Flüssigkeiten oder Gasen;
• positiv geladene Löcher von sich bewegenden Elektronen in Halbleitern.

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Elektrischer Strom in einem Leiter

Was Strom ist, wird durch das Vorhandensein eines elektrischen Feldes bestimmt. Ohne sie entsteht kein gerichteter Strom geladener Teilchen.

Das Konzept des elektrischen Stromswäre unvollständig, ohne seine Erscheinungsformen aufzulisten:

1. Jeder elektrische Strom wird von einem Magnetfeld begleitet;
2. Leiter erhitzen sich beim Passieren;
3. Elektrolyte verändern die chemische Zusammensetzung.

Leiter und Halbleiter

Elektrischer Strom kann nur in einem leitenden Medium existieren, aber die Art seines Flusses ist anders:

1. In metallischen Leitern gibt es freie Elektronen, die sich unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes zu bewegen beginnen. Wenn die Temperatur steigt, steigt auch der Widerstand der Leiter, da Wärme die Bewegung von Atomen auf chaotische Weise erhöht, was freie Elektronen stört;
2. In einem aus Elektrolyten gebildeten flüssigen Medium bewirkt das entstehende elektrische Feld den Vorgang der Dissoziation - die Bildung von Kationen und Anionen, die sich je nach Vorzeichen der Ladung zu den Plus- und Minuspolen (Elektroden) bewegen. Das Erhitzen des Elektrolyten führt zu einer Abnahme des Widerstands aufgrund einer aktiveren Zersetzung von Molekülen;

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Elektrischer Strom in Elektrolyten

Wichtig! Der Elektrolyt kann fest sein, aber die Art des Stromflusses darin ist identisch mit der Flüssigkeit.

1. Das gasförmige Medium ist auch durch das Vorhandensein von Ionen gekennzeichnet, die in Bewegung geraten. Plasma entsteht. Strahlung erzeugt auch freie Elektronen, die an einer gerichteten Bewegung teilnehmen;
2. Beim Erzeugen eines elektrischen Stroms im Vakuum bewegen sich die an der negativen Elektrode freigesetzten Elektronen in Richtung der positiven;
3. In Halbleitern gibt es freie Elektronen, die Bindungen durch Erhitzen aufbrechen. An ihrer Stelle befinden sich Löcher, die eine Ladung mit einem Pluszeichen haben. Löcher und Elektronen können eine gerichtete Bewegung erzeugen.

Nichtleitende Medien werden als Dielektrikum bezeichnet.

Wichtig! Die Stromrichtung entspricht der Bewegungsrichtung von Ladungsträgerteilchen mit Pluszeichen.

Art des Stroms

1. Konstante. Es zeichnet sich durch einen konstanten quantitativen Wert von Strom und Richtung aus;
2. Variable. Im Laufe der Zeit ändert sich regelmäßig seine Eigenschaften. Es ist in mehrere Varianten unterteilt, je nachdem, welcher Parameter geändert wird. Vorwiegend ändern sich der quantitative Wert des Stroms und seine Richtung entlang einer Sinuskurve;
3. Wirbelströme. Treten auf, wenn der magnetische Fluss Änderungen erfährt. Bilden Sie geschlossene Stromkreise, ohne sich zwischen den Polen zu bewegen. Wirbelströme verursachen eine starke Wärmeentwicklung, wodurch die Verluste zunehmen. In den Kernen elektromagnetischer Spulen sind sie durch die Verwendung einer Konstruktion aus getrennten isolierten Platten anstelle einer massiven begrenzt.

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Wirbelströme im Kern

Eigenschaften des Stromkreises

1. Stromstärke. Dies ist ein quantitatives Maß für die Ladung, die über den Querschnitt von Leitern in eine temporäre Einheit übergeht. Ladungen werden in Coulomb (C) gemessen, die Zeiteinheit ist die Sekunde. Die Stromstärke beträgt C / s. Das resultierende Verhältnis wurde Ampere (A) genannt, in dem der quantitative Wert des Stroms gemessen wird. Das Messgerät ist ein Amperemeter, das mit dem Stromkreis der elektrischen Verbindungen in Reihe geschaltet ist;
2. Leistung. Der elektrische Strom im Leiter muss den Widerstand des Mediums überwinden. Die Arbeit, die aufgewendet wird, um es während einer bestimmten Zeitspanne zu überwinden, wird Kraft sein. Dabei wird durch die Umwandlung von Strom in andere Energiearten Arbeit geleistet. Die Leistung hängt von der Stärke des Stroms und der Spannung ab. Ihr Produkt bestimmt die Wirkleistung. Multipliziert mit einer weiteren Zeit ergibt sich der Energieverbrauch – was der Zähler anzeigt. Die Leistung kann in Voltampere (VA, kVA, mVA) oder in Watt (W, kW, mW) gemessen werden;
3. Stromspannung. Eine der drei wichtigsten Eigenschaften. Damit Strom fließen kann, muss eine Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten eines geschlossenen Stromkreises elektrischer Verbindungen erzeugt werden. Die Spannung ist gekennzeichnet durch die Arbeit, die das elektrische Feld bei der Bewegung eines einzelnen Ladungsträgers leistet. Gemäß der Formel ist die Einheit der Spannung J/C, was einem Volt (V) entspricht. Das Messgerät ist ein parallel geschaltetes Voltmeter;
4. Widerstand. Sie charakterisiert die Fähigkeit von Leitern, elektrischen Strom zu leiten. Es wird durch das Leitermaterial, die Länge und die Fläche seines Querschnitts bestimmt. Die Messung erfolgt in Ohm (Ohm).

Gesetze für elektrischen Strom

Elektrische Schaltungen werden nach drei Hauptgesetzen berechnet:

1. Ohm'sches Gesetz. Sie wurde Anfang des 19. Jahrhunderts von einem deutschen Physiker für Gleichstrom erforscht und formuliert, dann auch auf Wechselstrom angewendet. Es stellt den Zusammenhang zwischen Strom, Spannung und Widerstand her. Auf Basis des Ohmschen Gesetzes wird nahezu jeder Stromkreis berechnet. Die Grundformel: I \u003d U / R oder die Stromstärke ist direkt proportional zur Spannung und umgekehrt zum Widerstand;

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Ohmsches Gesetz für einen Schaltungsabschnitt

1. Faradaysches Gesetz. Bezieht sich auf elektromagnetische Induktion. Das Auftreten von induktiven Strömen in Leitern wird durch den Einfluss eines magnetischen Flusses verursacht, der sich im Laufe der Zeit aufgrund der Induktion einer EMF (elektromotorische Kraft) in einem geschlossenen Stromkreis ändert. Der induzierte EMK-Modul, gemessen in Volt, ist proportional zu der Rate, mit der sich der magnetische Fluss ändert. Dank des Induktionsgesetzes funktionieren Generatoren, die Strom erzeugen;
2. Joule-Lenz-Gesetz. Dies ist wichtig bei der Berechnung der Erwärmung von Leitern, die für die Konstruktion und Herstellung von Heizungen, Beleuchtungskörpern und anderen elektrischen Geräten verwendet wird. Das Gesetz erlaubt es Ihnen, die Wärmemenge zu bestimmen, die beim Durchgang eines elektrischen Stroms freigesetzt wird:

wobei I die Stärke des fließenden Stroms ist, R der Widerstand ist, t die Zeit ist.

Elektrizität in der Atmosphäre

In der Atmosphäre kann ein elektrisches Feld bestehen, es treten Ionisationsprozesse auf. Obwohl die Art ihres Auftretens nicht vollständig klar ist, gibt es verschiedene erklärende Hypothesen. Am beliebtesten ist ein Kondensator als Analogon zur Darstellung von Elektrizität in der Atmosphäre. Seine Platten können die Erdoberfläche und die Ionosphäre markieren, zwischen denen ein Dielektrikum zirkuliert - Luft.

Arten atmosphärischer Elektrizität:

1. Gewitter. Blitz mit einem sichtbaren Schein und Donnerschlägen. Die Blitzspannung erreicht Hunderte von Millionen Volt bei einer Stromstärke von 500.000 A;

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Blitze

1. Feuer von Saint Elmo. Koronaentladung von Elektrizität, die um Drähte, Masten herum erzeugt wird;
2. Kugelblitz. Entladung in Form einer Kugel, die sich durch die Luft bewegt;
3. Polar Lichter. Mehrfarbiges Leuchten der Ionosphäre der Erde unter dem Einfluss geladener Teilchen, die aus dem Weltraum eindringen.

Anwendung von Strom

Der Mensch nutzt die wohltuenden Eigenschaften des elektrischen Stroms in allen Lebensbereichen:

• Beleuchtung;
• Signalübertragung: Telefon, Radio, Fernsehen, Telegraf;
• Elektromobilität: Züge, Elektroautos, Straßenbahnen, Oberleitungsbusse;
• Schaffung eines angenehmen Mikroklimas: Heizung und Klimaanlage;
• Medizinische Ausrüstung;
• Haushaltsgebrauch: Elektrogeräte;
• Computer und Mobilgeräte;
• Industrie: Werkzeugmaschinen und Ausrüstung;
• Elektrolyse: Gewinnung von Aluminium, Zink, Magnesium und anderen Stoffen.

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Anwendung von Strom

Elektrische Gefahr

Direkter Kontakt mit elektrischem Strom ohne Schutzausrüstung ist für Menschen tödlich. Es sind mehrere Arten von Einflüssen möglich:

• thermische Verbrennung;
• elektrolytische Spaltung von Blut und Lymphe mit Änderung ihrer Zusammensetzung;
• konvulsive Muskelkontraktionen können Herzflimmern bis zu seinem vollständigen Stopp hervorrufen und die Funktion des Atmungssystems stören.

Wichtig! Der von einer Person gefühlte Strom beginnt ab einem Wert von 1 mA, wenn der Stromwert 25 mA beträgt, sind schwerwiegende negative Veränderungen im Körper möglich.

Die wichtigste Eigenschaft des elektrischen Stroms ist, dass er nützliche Arbeit für eine Person leisten kann: ein Haus anzünden, Kleidung waschen und trocknen, Abendessen kochen, ein Haus heizen. Jetzt nimmt seine Verwendung bei der Informationsübertragung einen bedeutenden Platz ein, obwohl dies keinen großen Stromverbrauch erfordert.

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Ladung in Bewegung. Es kann sich um eine plötzliche Entladung statischer Elektrizität handeln, wie z. B. durch einen Blitz. Oder es könnte ein kontrollierter Prozess in Generatoren, Batterien, Solar- oder Brennstoffzellen sein. Heute werden wir das Konzept des „elektrischen Stroms“ und die Bedingungen für die Existenz eines elektrischen Stroms betrachten.

Elektrische Energie

Der meiste Strom, den wir verbrauchen, kommt in Form von Wechselstrom aus dem Stromnetz. Es wird von Generatoren erzeugt, die nach dem Faradayschen Induktionsgesetz arbeiten, aufgrund dessen ein sich änderndes Magnetfeld einen elektrischen Strom in einem Leiter induzieren kann.

Generatoren haben sich drehende Drahtspulen, die beim Drehen Magnetfelder passieren. Wenn sich die Spulen drehen, öffnen und schließen sie sich in Bezug auf das Magnetfeld und erzeugen einen elektrischen Strom, der bei jeder Umdrehung die Richtung ändert. Der Strom durchläuft 60 Mal pro Sekunde einen vollständigen Zyklus hin und her.

Generatoren können von Dampfturbinen angetrieben werden, die mit Kohle, Erdgas, Öl oder einem Kernreaktor beheizt werden. Vom Generator fließt der Strom durch eine Reihe von Transformatoren, wo seine Spannung ansteigt. Der Durchmesser der Drähte bestimmt die Menge und Stärke des Stroms, den sie führen können, ohne zu überhitzen und Energie zu verschwenden, und die Spannung wird nur dadurch begrenzt, wie gut die Leitungen von der Erde isoliert sind.

Es ist interessant festzustellen, dass der Strom nur von einem Draht getragen wird, nicht von zwei. Seine beiden Seiten werden als positiv und negativ bezeichnet. Da sich die Polarität des Wechselstroms jedoch 60 Mal pro Sekunde ändert, haben sie andere Namen - heiß (Hauptstromleitungen) und geerdet (unterirdisch verlaufend, um den Stromkreis zu schließen).

Warum wird Strom benötigt?

Es gibt viele Verwendungsmöglichkeiten für Strom: Er kann Ihr Haus beleuchten, Ihre Kleidung waschen und trocknen, Ihr Garagentor öffnen, Wasser in einem Wasserkocher kochen und andere Haushaltsgeräte mit Strom versorgen, die unser Leben so viel einfacher machen. Die Fähigkeit des Stroms, Informationen zu übertragen, wird jedoch immer wichtiger.

Wenn ein Computer mit dem Internet verbunden ist, verbraucht er nur einen kleinen Teil des elektrischen Stroms, aber das ist etwas, ohne das sich ein moderner Mensch sein Leben nicht vorstellen kann.

Das Konzept des elektrischen Stroms

Wie eine Flussströmung, ein Strom von Wassermolekülen, ist ein elektrischer Strom ein Strom geladener Teilchen. Was ist die Ursache dafür und warum geht es nicht immer in die gleiche Richtung? Woran denken Sie, wenn Sie das Wort Flow hören? Vielleicht wird es ein Fluss sein. Das ist eine gute Assoziation, denn deshalb hat der elektrische Strom seinen Namen bekommen. Es ist dem Fluss von Wasser sehr ähnlich, nur dass sich anstelle von Wassermolekülen, die sich entlang des Kanals bewegen, geladene Teilchen entlang des Leiters bewegen.

Unter den Bedingungen, die für das Vorhandensein eines elektrischen Stroms notwendig sind, gibt es einen Punkt, der das Vorhandensein von Elektronen vorsieht. Atome in einem leitfähigen Material haben viele dieser freien geladenen Teilchen, die um und zwischen den Atomen schweben. Ihre Bewegung ist zufällig, sodass es keinen Fluss in eine bestimmte Richtung gibt. Was braucht es, damit elektrischer Strom existiert?

Zu den Bedingungen für das Vorhandensein von elektrischem Strom gehört das Vorhandensein von Spannung. Wenn es an einen Leiter angelegt wird, bewegen sich alle freien Elektronen in die gleiche Richtung und erzeugen einen Strom.

Neugierig auf elektrischen Strom

Interessanterweise bewegen sich die Elektronen selbst viel langsamer, wenn elektrische Energie mit Lichtgeschwindigkeit durch einen Leiter übertragen wird. Wenn Sie gemächlich neben einem leitenden Draht gehen würden, wäre Ihre Geschwindigkeit 100-mal schneller als sich die Elektronen bewegen. Dies liegt daran, dass sie keine großen Entfernungen zurücklegen müssen, um Energie aneinander zu übertragen.

Gleich- und Wechselstrom

Heutzutage sind zwei verschiedene Stromarten weit verbreitet - Gleichstrom und Wechselstrom. Im ersten bewegen sich die Elektronen in eine Richtung, von der "negativen" Seite zur "positiven" Seite. Der Wechselstrom schiebt die Elektronen hin und her und ändert dabei mehrmals pro Sekunde die Richtung des Flusses.

Generatoren, die in Kraftwerken zur Stromerzeugung eingesetzt werden, sind auf die Erzeugung von Wechselstrom ausgelegt. Sie haben wahrscheinlich nie bemerkt, dass das Licht in Ihrem Haus tatsächlich flackert, wenn sich die Stromrichtung ändert, aber es geschieht zu schnell, als dass es mit den Augen erkannt werden könnte.

Was sind die Bedingungen für die Existenz von elektrischem Gleichstrom? Warum brauchen wir beide Arten und welche ist besser? Das sind gute Fragen. Die Tatsache, dass wir immer noch beide Stromarten verwenden, deutet darauf hin, dass beide bestimmten Zwecken dienen. Bereits im 19. Jahrhundert war klar, dass eine effiziente Energieübertragung über große Entfernungen zwischen einem Kraftwerk und einem Haus nur mit sehr hohen Spannungen möglich ist. Aber das Problem war, dass das Senden von wirklich hoher Spannung für Menschen extrem gefährlich war.

Die Lösung für dieses Problem bestand darin, den Stress außerhalb des Hauses zu reduzieren, bevor er nach innen geschickt wurde. Bis heute wird elektrischer Gleichstrom für die Übertragung über große Entfernungen verwendet, vor allem wegen seiner Fähigkeit, sich leicht in andere Spannungen umwandeln zu lassen.

Wie elektrischer Strom funktioniert

Die Bedingungen für das Vorhandensein eines elektrischen Stroms umfassen das Vorhandensein geladener Teilchen, eines Leiters und einer Spannung. Viele Wissenschaftler haben Elektrizität untersucht und festgestellt, dass es zwei Arten davon gibt: statische Elektrizität und Strom.

Es ist die zweite, die im täglichen Leben eines jeden Menschen eine große Rolle spielt, da es sich um einen elektrischen Strom handelt, der durch den Stromkreis fließt. Wir verwenden es täglich, um unsere Häuser und mehr mit Strom zu versorgen.

Was ist elektrischer Strom?

Wenn elektrische Ladungen in einem Stromkreis von einem Ort zum anderen zirkulieren, wird ein elektrischer Strom erzeugt. Zu den Bedingungen für das Vorhandensein eines elektrischen Stroms gehört neben geladenen Teilchen auch das Vorhandensein eines Leiters. Meistens ist es ein Draht. Sein Stromkreis ist ein geschlossener Stromkreis, in dem Strom von einer Stromquelle fließt. Wenn der Stromkreis offen ist, kann er die Fahrt nicht beenden. Wenn beispielsweise das Licht in Ihrem Zimmer ausgeschaltet ist, ist der Stromkreis offen, aber wenn der Stromkreis geschlossen ist, ist das Licht an.

Aktuelle Energie

Die Bedingungen für das Vorhandensein eines elektrischen Stroms in einem Leiter werden stark von einer solchen Spannungscharakteristik wie Leistung beeinflusst. Dies ist ein Maß dafür, wie viel Energie über einen bestimmten Zeitraum verbraucht wird.

Es gibt viele verschiedene Einheiten, die verwendet werden können, um diese Eigenschaft auszudrücken. Die elektrische Leistung wird jedoch fast in Watt gemessen. Ein Watt entspricht einem Joule pro Sekunde.

Elektrische Ladung in Bewegung

Was sind die Bedingungen für die Existenz eines elektrischen Stroms? Es kann sich um eine plötzliche Entladung statischer Elektrizität handeln, wie z. B. einen Blitz oder einen Funken durch Reibung mit einem Wolltuch. Wenn wir jedoch von elektrischem Strom sprechen, meinen wir häufiger eine kontrolliertere Form von Elektrizität, die Licht und Geräte zum Laufen bringt. Der größte Teil der elektrischen Ladung wird von den negativen Elektronen und positiven Protonen innerhalb des Atoms getragen. Letztere sind jedoch meist im Inneren von Atomkernen immobilisiert, sodass die Arbeit der Ladungsübertragung von einem Ort zum anderen von Elektronen erledigt wird.

Elektronen in einem leitfähigen Material wie einem Metall können sich weitgehend frei von einem Atom zum anderen entlang ihrer Leitungsbänder bewegen, die die höheren Elektronenbahnen sind. Eine ausreichende elektromotorische Kraft oder Spannung erzeugt ein Ladungsungleichgewicht, das dazu führen kann, dass sich Elektronen in Form eines elektrischen Stroms durch einen Leiter bewegen.

Wenn wir eine Analogie zu Wasser ziehen, dann nehmen wir zum Beispiel ein Rohr. Wenn wir an einem Ende ein Ventil öffnen, um Wasser in das Rohr eintreten zu lassen, müssen wir nicht warten, bis sich das Wasser bis zum Ende des Rohrs vorgearbeitet hat. Wir bekommen fast sofort Wasser am anderen Ende, weil das einströmende Wasser das bereits in der Leitung befindliche Wasser drückt. Das passiert bei einem elektrischen Strom in einem Draht.

Elektrischer Strom: Bedingungen für das Vorhandensein eines elektrischen Stroms

Elektrischer Strom wird üblicherweise als ein Fluss von Elektronen angesehen. Wenn die beiden Enden der Batterie mit einem Metalldraht miteinander verbunden werden, fließt diese geladene Masse durch den Draht von einem Ende (Elektrode oder Pol) der Batterie zum gegenüberliegenden. Nennen wir also die Bedingungen für die Existenz eines elektrischen Stroms:

1. geladene Partikel.
2. Dirigent.
3. Spannungsquelle.

Allerdings nicht alles so einfach. Welche Bedingungen sind für die Existenz eines elektrischen Stroms notwendig? Diese Frage lässt sich anhand der folgenden Merkmale genauer beantworten:

• Potentialdifferenz (Spannung). Dies ist eine der Voraussetzungen. Zwischen den beiden Punkten muss eine Potentialdifferenz bestehen, was bedeutet, dass die Abstoßungskraft, die von geladenen Teilchen an einem Ort erzeugt wird, größer sein muss als ihre Kraft an einem anderen Punkt. Spannungsquellen kommen in der Natur in der Regel nicht vor und Elektronen verteilen sich ziemlich gleichmäßig in der Umgebung. Trotzdem gelang es den Wissenschaftlern, bestimmte Arten von Geräten zu erfinden, in denen sich diese geladenen Teilchen ansammeln können, wodurch die sehr notwendige Spannung erzeugt wird (z. B. in Batterien).
• Elektrischer Widerstand (Leiter). Dies ist die zweite wichtige Bedingung, die für die Existenz eines elektrischen Stroms notwendig ist. Dies ist der Weg, auf dem sich geladene Teilchen bewegen. Als Leiter fungieren nur Materialien, die eine freie Elektronenbewegung zulassen. Diejenigen, die diese Fähigkeit nicht haben, werden Isolatoren genannt. Beispielsweise ist ein Metalldraht ein ausgezeichneter Leiter, während seine Gummiummantelung ein ausgezeichneter Isolator ist.

Nachdem die Bedingungen für die Entstehung und Existenz von elektrischem Strom sorgfältig untersucht worden waren, konnten die Menschen dieses mächtige und gefährliche Element zähmen und zum Wohle der Menschheit lenken.

Dies ist die geordnete Bewegung bestimmter geladener Teilchen. Um das volle Potenzial der Elektrizität kompetent nutzen zu können, müssen alle Prinzipien des Geräts und die Funktionsweise des elektrischen Stroms klar verstanden werden. Lassen Sie uns also herausfinden, was Arbeit und Stromstärke sind.

Woher kommt elektrischer Strom?

Trotz der scheinbaren Einfachheit der Frage sind nur wenige in der Lage, eine verständliche Antwort darauf zu geben. Heutzutage, wenn sich die Technologie mit unglaublicher Geschwindigkeit entwickelt, denkt eine Person natürlich nicht besonders über so elementare Dinge wie das Funktionsprinzip eines elektrischen Stroms nach. Woher kommt Strom? Sicherlich werden viele antworten „Na, natürlich aus der Steckdose“ oder einfach nur mit den Schultern zucken. In der Zwischenzeit ist es sehr wichtig zu verstehen, wie der Strom funktioniert. Dies sollte nicht nur Wissenschaftlern, sondern auch Menschen, die in keiner Weise mit der Welt der Wissenschaften verbunden sind, für ihre allgemeine vielseitige Entwicklung bekannt sein. Aber das Prinzip des Strombetriebs richtig anwenden zu können, ist nicht jedermanns Sache.

Zuerst müssen Sie also verstehen, dass Strom nicht aus dem Nichts entsteht: Er wird von speziellen Generatoren erzeugt, die sich in verschiedenen Kraftwerken befinden. Dank der Rotationsarbeit der Turbinenschaufeln erzeugt Dampf, der durch Erhitzen von Wasser mit Kohle oder Öl gewonnen wird, Energie, die anschließend mit Hilfe eines Generators in Strom umgewandelt wird. Der Generator ist sehr einfach: In der Mitte des Geräts befindet sich ein riesiger und sehr starker Magnet, der dazu führt, dass sich elektrische Ladungen entlang von Kupferdrähten bewegen.

Wie kommt der Strom zu uns nach Hause?

Nachdem mit Hilfe von Energie (thermisch oder nuklear) eine bestimmte Menge an elektrischem Strom gewonnen wurde, kann dieser den Menschen zugeführt werden. Eine solche Stromversorgung funktioniert wie folgt: Damit der Strom erfolgreich alle Wohnungen und Unternehmen erreicht, muss er „gepusht“ werden. Und dafür müssen Sie die Kraft erhöhen, die dies tun wird. Sie wird als Spannung des elektrischen Stroms bezeichnet. Das Funktionsprinzip ist wie folgt: Der Strom fließt durch den Transformator, wodurch seine Spannung erhöht wird. Außerdem fließt der elektrische Strom durch Kabel, die tief unter der Erde oder in großer Höhe verlegt sind (weil die Spannung manchmal 10.000 Volt erreicht, was für Menschen tödlich ist). Wenn der Strom sein Ziel erreicht, muss er erneut durch den Transformator fließen, der nun seine Spannung reduziert. Es wird dann durch Drähte zu installierten Abschirmungen in Mehrfamilienhäusern oder anderen Gebäuden geleitet.

Der Strom, der durch die Drähte transportiert wird, kann dank des Steckdosensystems verwendet werden, an das Haushaltsgeräte angeschlossen werden. In den Wänden werden zusätzliche Kabel geführt, durch die elektrischer Strom fließt, und dank dessen funktionieren die Beleuchtung und alle Geräte im Haus.

Was ist aktuelle Arbeit?

Die Energie, die ein elektrischer Strom in sich trägt, wird im Laufe der Zeit in Licht oder Wärme umgewandelt. Wenn wir beispielsweise eine Lampe einschalten, wird die elektrische Energieform in Licht umgewandelt.

In einer zugänglichen Sprache gesprochen, ist die Arbeit des Stroms die Aktion, die die Elektrizität selbst hervorgebracht hat. Außerdem lässt sie sich ganz einfach über die Formel berechnen. Basierend auf dem Energieerhaltungssatz können wir schlussfolgern, dass elektrische Energie nicht verschwunden ist, sondern sich ganz oder teilweise in eine andere Form umgewandelt hat, während sie eine bestimmte Menge an Wärme abgibt. Diese Wärme ist die Arbeit des Stroms, wenn er durch den Leiter fließt und ihn erwärmt (es findet ein Wärmeaustausch statt). So sieht die Joule-Lenz-Formel aus: A \u003d Q \u003d U * I * t (Arbeit ist gleich der Wärmemenge oder dem Produkt aus der aktuellen Leistung und der Zeit, in der sie durch den Leiter geflossen ist).

Was bedeutet Gleichstrom?

Es gibt zwei Arten von elektrischem Strom: Wechselstrom und Gleichstrom. Sie unterscheiden sich darin, dass letztere ihre Richtung nicht ändert, zwei Klemmen hat (positiv „+“ und negativ „-“) und ihre Bewegung immer bei „+“ beginnt. Und Wechselstrom hat zwei Anschlüsse - Phase und Null. Aufgrund des Vorhandenseins einer Phase am Ende des Leiters wird es auch als einphasig bezeichnet.

Die Prinzipien des Geräts für einphasigen Wechselstrom und Gleichstrom sind völlig unterschiedlich: Im Gegensatz zu Gleichstrom ändert der Wechselstrom sowohl seine Richtung (Bildung eines Flusses sowohl von der Phase nach Null als auch von Null zur Phase) und seine Größe . So ändert beispielsweise Wechselstrom periodisch den Wert seiner Ladung. Es stellt sich heraus, dass die Elektronen bei einer Frequenz von 50 Hz (50 Schwingungen pro Sekunde) genau 100 Mal ihre Bewegungsrichtung ändern.

Wo wird Gleichstrom verwendet?

Elektrischer Gleichstrom hat einige Eigenschaften. Aufgrund der Tatsache, dass es streng in eine Richtung fließt, ist es schwieriger, es zu transformieren. Als Gleichstromquellen kommen in Frage:

• Batterien (sowohl Alkali- als auch Säurebatterien);
• herkömmliche Batterien für Kleingeräte;
• sowie verschiedene Geräte wie Konverter.

Gleichstrombetrieb

Was sind seine Hauptmerkmale? Dies sind Arbeit und aktuelle Macht, und beide Konzepte sind sehr eng miteinander verbunden. Leistung bedeutet die Arbeitsgeschwindigkeit pro Zeiteinheit (pro 1 s). Nach dem Joule-Lenz-Gesetz erhalten wir, dass die Arbeit eines elektrischen Gleichstroms gleich dem Produkt aus der Stärke des Stroms selbst, der Spannung und der Zeit ist, während der die Arbeit des elektrischen Felds zur Übertragung von Ladungen verrichtet wurde der Schaffner.

So sieht die Formel zum Ermitteln der Stromarbeit unter Berücksichtigung des Ohmschen Widerstandsgesetzes in Leitern aus: A \u003d I 2 * R * t (Arbeit ist gleich dem Quadrat der Stromstärke multipliziert mit dem Wert des Widerstandes des Leiters und noch einmal multipliziert mit dem Wert der Zeit, für die die Arbeit geleistet wurde).

Strom und Spannung sind quantitative Größen, die in elektrischen Schaltungen verwendet werden. Meistens ändern sich diese Werte im Laufe der Zeit, sonst hätte der Betrieb des Stromkreises keinen Sinn.

Stromspannung

Herkömmlicherweise wird die Spannung durch den Buchstaben angegeben U. Die Arbeit, die verrichtet wird, um eine Ladungseinheit von einem Punkt mit niedrigem Potential zu einem Punkt mit hohem Potential zu bewegen, ist die Spannung zwischen diesen beiden Punkten. Mit anderen Worten, dies ist die Energie, die nach dem Übergang einer Ladungseinheit von einem hohen auf ein niedriges Potential freigesetzt wird.

Spannung kann auch als Potentialdifferenz sowie als elektromotorische Kraft bezeichnet werden. Dieser Parameter wird in Volt gemessen. Um 1 Coulomb Ladung zwischen zwei Punkten mit einer Spannung von 1 Volt zu bewegen, müssen Sie 1 Joule Arbeit verrichten. Coulomb misst elektrische Ladungen. 1 Anhänger entspricht der Ladung von 6x10 18 Elektronen.

Die Spannung wird in Abhängigkeit von den Stromarten in mehrere Typen unterteilt.

• Konstanter Druck . Es ist in elektrostatischen Schaltkreisen und Gleichstromkreisen vorhanden.
• Wechselstrom Spannung . Diese Spannungsart ist in Stromkreisen mit Sinus- und Wechselströmen vorhanden. Bei sinusförmigem Strom sind Spannungsverläufe wie:
  Spannungsschwankungsamplitude ist seine maximale Abweichung von der x-Achse;
  sofortige Spannung, die zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgedrückt wird;
  Betriebsspannung, wird durch die aktive Arbeit des 1. Halbzyklus bestimmt;
  mittlere gleichgerichtete Spannung, bestimmt durch den Modul der gleichgerichteten Spannung für eine harmonische Periode.

Bei der Übertragung von Strom durch Freileitungen hängen die Anordnung der Stützen und ihre Abmessungen von der Größe der angelegten Spannung ab. Die Spannung zwischen den Phasen wird aufgerufen Leitungsspannung , und die Spannung zwischen Masse und jeder der Phasen ist Phasenspannung . Diese Regel gilt für alle Arten von Freileitungen. In Russland ist in Haushaltsstromnetzen der Standard eine dreiphasige Spannung mit einer linearen Spannung von 380 Volt und einem Phasenspannungswert von 220 Volt.

Elektrischer Strom

Der Strom in einem Stromkreis ist die Geschwindigkeit der Elektronen an einem bestimmten Punkt, gemessen in Ampere, und wird in den Diagrammen durch den Buchstaben " ich". Abgeleitete Einheiten des Ampere werden auch mit den entsprechenden Präfixen Milli-, Mikro-, Nano usw. verwendet. Ein Strom von 1 Ampere wird erzeugt, indem eine Ladungseinheit von 1 Coulomb in 1 Sekunde bewegt wird.

Herkömmlicherweise wird davon ausgegangen, dass der Strom in der Richtung vom positiven zum negativen Potential fließt. Aus dem Physikunterricht ist jedoch bekannt, dass sich das Elektron in die entgegengesetzte Richtung bewegt.

Sie müssen wissen, dass die Spannung zwischen 2 Punkten des Stromkreises gemessen wird und der Strom durch einen bestimmten Punkt des Stromkreises oder durch sein Element fließt. Wenn also jemand den Ausdruck "Spannung im Widerstand" verwendet, ist dies falsch und Analphabet. Aber oft sprechen wir von Spannung an einem bestimmten Punkt in der Schaltung. Damit ist die Spannung zwischen Masse und diesem Punkt gemeint.

Spannung entsteht durch den Einfluss auf elektrische Ladungen in Generatoren und anderen Geräten. Strom wird durch Anlegen einer Spannung an zwei Punkte in einem Stromkreis erzeugt.

Um zu verstehen, was Strom und Spannung sind, wäre es richtiger, sie zu verwenden. Darauf sieht man den Strom und die Spannung, die ihre Werte im Laufe der Zeit ändern. In der Praxis werden die Elemente eines Stromkreises durch Leiter verbunden. An bestimmten Punkten haben die Schaltungselemente ihren eigenen Spannungswert.

Strom und Spannung gehorchen den Regeln:

• Die Summe der in den Punkt eintretenden Ströme ist gleich der Summe der aus dem Punkt austretenden Ströme (Ladungserhaltungssatz). Eine solche Regel ist das Kirchhoffsche Stromgesetz. Der Ein- und Austrittspunkt des Stroms wird in diesem Fall als Knoten bezeichnet. Eine Folge dieses Gesetzes ist die folgende Aussage: In einer elektrischen Reihenschaltung einer Gruppe von Elementen ist der Strom für alle Punkte gleich.
• In einer Parallelschaltung von Elementen ist die Spannung an allen Elementen gleich. Mit anderen Worten, die Summe der Spannungsabfälle in einem geschlossenen Stromkreis ist Null. Dieses Kirchhoffsche Gesetz gilt für Spannungen.
• Die vom Stromkreis pro Zeiteinheit geleistete Arbeit (Leistung) wird wie folgt ausgedrückt: P \u003d U * I. Leistung wird in Watt gemessen. 1 Joule Arbeit, die in 1 Sekunde verrichtet wird, entspricht 1 Watt. Energie wird in Form von Wärme verteilt, für mechanische Arbeit (in Elektromotoren) aufgewendet, in Strahlung verschiedener Art umgewandelt und in Tanks oder Batterien gespeichert. Eine der Herausforderungen bei der Auslegung komplexer elektrischer Systeme ist die thermische Belastung des Systems.

Charakteristik des elektrischen Stroms

Voraussetzung für das Vorhandensein von Strom in einem Stromkreis ist ein geschlossener Stromkreis. Wenn der Stromkreis unterbrochen wird, wird der Strom unterbrochen.

Alles in der Elektrotechnik funktioniert nach diesem Prinzip. Sie unterbrechen den Stromkreis mit beweglichen mechanischen Kontakten, wodurch der Stromfluss unterbrochen und das Gerät ausgeschaltet wird.

In der Energiewirtschaft tritt elektrischer Strom in Stromleitern auf, die in Form von Reifen und anderen stromführenden Teilen hergestellt sind.

Es gibt auch andere Möglichkeiten, einen internen Strom zu erzeugen in:

• Flüssigkeiten und Gase aufgrund der Bewegung geladener Ionen.
• Vakuum, Gas und Luft mit thermionischer Emission.
• aufgrund der Bewegung von Ladungsträgern.

Bedingungen für das Auftreten von elektrischem Strom

• Heizleiter (keine Supraleiter).
• Anwendung auf Ladungsträger der Potentialdifferenz.
• Chemische Reaktion mit Freisetzung neuer Stoffe.
• Die Wirkung eines Magnetfeldes auf einen Leiter.

Aktuelle Wellenformen

• Gerade Linie.
• Variable harmonische Sinuswelle.
• Ein Mäander, der wie eine Sinuswelle aussieht, aber scharfe Ecken hat (manchmal können die Ecken geglättet werden).
• Eine pulsierende Form einer Richtung mit einer Amplitude, die nach einem bestimmten Gesetz von Null bis zum größten Wert schwankt.

Arten der Arbeit des elektrischen Stroms

• Licht, das von Beleuchtungsgeräten ausgestrahlt wird.
• Wärmeerzeugung mit Heizelementen.
• Mechanische Arbeit (Rotation von Elektromotoren, Aktion anderer elektrischer Geräte).
• Entstehung elektromagnetischer Strahlung.

Negative Phänomene, die durch elektrischen Strom verursacht werden

• Überhitzung von Kontakten und stromführenden Teilen.
• Das Auftreten von Wirbelströmen in den Kernen elektrischer Geräte.
• Elektromagnetische Strahlung an die äußere Umgebung.

Die Entwickler von elektrischen Geräten und verschiedenen Schaltungen müssen beim Entwerfen die oben genannten Eigenschaften des elektrischen Stroms in ihren Entwürfen berücksichtigen. Beispielsweise wird die schädliche Wirkung von Wirbelströmen in Elektromotoren, Transformatoren und Generatoren reduziert, indem die Kerne zur Übertragung magnetischer Flüsse gemischt werden. Core Blending ist die Herstellung nicht aus einem einzigen Stück Metall, sondern aus einem Satz separater dünner Platten aus speziellem Elektrostahl.

Andererseits werden Wirbelströme zum Betreiben von Mikrowellenöfen und Öfen verwendet, die nach dem Prinzip der magnetischen Induktion arbeiten. Daher können wir sagen, dass Wirbelströme nicht nur schädlich, sondern auch förderlich sind.

Ein Wechselstrom mit einem Signal in Form einer Sinuskurve kann in der Schwingungsfrequenz pro Zeiteinheit variieren. In unserem Land ist die industrielle Stromfrequenz von Elektrogeräten Standard und beträgt 50 Hertz. In einigen Ländern beträgt die aktuelle Frequenz 60 Hertz.

Für verschiedene Zwecke in der Elektrotechnik und Funktechnik werden andere Frequenzwerte verwendet:

• Niederfrequente Signale mit niedrigerer Stromfrequenz.
• Hochfrequenzsignale, die viel höher sind als die derzeitige Frequenz der industriellen Nutzung.

Es wird angenommen, dass elektrischer Strom entsteht, wenn sich Elektronen in einem Leiter bewegen, daher wird er als Leitungsstrom bezeichnet. Aber es gibt noch eine andere Art von elektrischem Strom, die Konvektion genannt wird. Es tritt auf, wenn sich geladene Makrokörper bewegen, zum Beispiel Regentropfen.

Elektrischer Strom in Metallen

Die Bewegung von Elektronen unter dem Einfluss einer konstanten Kraft auf sie wird mit einem Fallschirmspringer verglichen, der zu Boden sinkt. In diesen beiden Fällen tritt eine gleichförmige Bewegung auf. Auf den Fallschirmspringer wirkt die Schwerkraft, der Luftwiderstand wirkt ihr entgegen. Die elektrische Feldkraft wirkt auf die Bewegung von Elektronen, und die Ionen der Kristallgitter widersetzen sich dieser Bewegung. Die Durchschnittsgeschwindigkeit der Elektronen erreicht einen konstanten Wert, ebenso wie die Geschwindigkeit des Fallschirmspringers.

In einem Metallleiter beträgt die Geschwindigkeit eines Elektrons 0,1 mm pro Sekunde und die Geschwindigkeit eines elektrischen Stroms etwa 300.000 km pro Sekunde. Denn elektrischer Strom fließt nur dort, wo Spannung an die geladenen Teilchen angelegt wird. Daher wird eine hohe Stromflussrate erreicht.

Bei der Bewegung von Elektronen in einem Kristallgitter gibt es folgende Regelmäßigkeit. Die Elektronen kollidieren nicht mit allen entgegenkommenden Ionen, sondern nur mit jedem zehnten von ihnen. Dies wird durch die Gesetze der Quantenmechanik erklärt, die wie folgt vereinfacht werden können.

Die Bewegung von Elektronen wird durch große Ionen behindert, die Widerstand leisten. Dies macht sich besonders bemerkbar, wenn Metalle erhitzt werden, wenn schwere Ionen „schwingen“, an Größe zunehmen und die elektrische Leitfähigkeit der Kristallgitter des Leiters verringern. Wenn Metalle erhitzt werden, erhöht sich daher immer ihr Widerstand. Mit sinkender Temperatur steigt die elektrische Leitfähigkeit. Indem die Temperatur des Metalls auf den absoluten Nullpunkt gesenkt wird, kann der Effekt der Supraleitung erzielt werden.