جریان الکتریکی در مدار همیشه با برخی از اعمال آن آشکار می شود. این می تواند هم کار در یک بار خاص و هم عمل همراه با جریان باشد. بنابراین، با عمل جریان، می توان وجود یا عدم وجود آن را در یک مدار معین قضاوت کرد: اگر بار کار می کند، جریان وجود دارد. اگر یک پدیده معمولی مربوط به جریان مشاهده شود، جریان در مدار وجود دارد و غیره.

به طور کلی، جریان الکتریکی قادر به ایجاد اعمال مختلفی است: حرارتی، شیمیایی، مغناطیسی (الکترومغناطیسی)، نوری یا مکانیکی، و انواع مختلفی از اعمال جریان اغلب به طور همزمان ظاهر می شوند. این پدیده ها و اقدامات جریان در این مقاله مورد بحث قرار خواهد گرفت.

اثر حرارتی جریان الکتریکی

هنگامی که جریان الکتریکی مستقیم یا متناوب از یک هادی عبور می کند، هادی گرم می شود. چنین رساناهای گرمایی در شرایط و کاربردهای مختلف می توانند عبارتند از: فلزات، الکترولیت ها، پلاسما، مذاب فلزات، نیمه هادی ها، نیمه فلزات.

در ساده ترین حالت، اگر مثلاً یک جریان الکتریکی از یک سیم نیکروم عبور داده شود، گرم می شود. از این پدیده در وسایل گرمایشی استفاده می شود: در کتری های برقی، دیگ های بخار، بخاری ها، اجاق های برقی و غیره. در جوشکاری قوس الکتریکی، دمای قوس الکتریکی به طور کلی به 7000 درجه سانتیگراد می رسد و فلز به راحتی ذوب می شود - این نیز اثر حرارتی است. از جریان

مقدار گرمای آزاد شده در بخش مدار بستگی به ولتاژ اعمال شده به این بخش، مقدار جریان جاری و زمان جریان آن () دارد.

با تبدیل قانون اهم برای بخشی از مدار، می توان از ولتاژ یا جریان برای محاسبه مقدار گرما استفاده کرد، اما پس از آن لازم است که مقاومت مدار را بدانیم، زیرا این است که جریان را محدود می کند و باعث می شود در واقع گرمایش یا با دانستن جریان و ولتاژ در مدار، می توانید به همین راحتی میزان گرمای آزاد شده را پیدا کنید.

عمل شیمیایی جریان الکتریکی

الکترولیت های حاوی یون، تحت عمل جریان الکتریکی مستقیم - این اثر شیمیایی جریان است. یون های منفی (آنیون ها) در جریان الکترولیز به الکترود مثبت (آند) و یون های مثبت (کاتیون ها) به الکترود منفی (کاتد) جذب می شوند. یعنی مواد موجود در الکترولیت در فرآیند الکترولیز بر روی الکترودهای منبع جریان آزاد می شوند.

به عنوان مثال، یک جفت الکترود در محلول اسید، قلیایی یا نمک خاصی غوطه ور می شود و زمانی که جریان الکتریکی از مدار عبور می کند، بر روی یک الکترود بار مثبت و در الکترود دیگر بار منفی ایجاد می شود. یون های موجود در محلول با بار مخالف شروع به رسوب روی الکترود می کنند.

به عنوان مثال، در طول الکترولیز سولفات مس (CuSO4)، کاتیون های مس Cu2+ با بار مثبت به یک کاتد با بار منفی حرکت می کنند، جایی که بار گم شده را دریافت می کنند و به اتم های مس خنثی تبدیل می شوند و روی سطح الکترود می نشینند. گروه هیدروکسیل -OH الکترون ها را در آند رها می کند و در نتیجه اکسیژن آزاد می شود. کاتیون های هیدروژن H+ با بار مثبت و آنیون های SO42- با بار منفی در محلول باقی می مانند.

عمل شیمیایی جریان الکتریکی در صنعت، به عنوان مثال، برای تجزیه آب به اجزای تشکیل دهنده آن (هیدروژن و اکسیژن) استفاده می شود. همچنین، الکترولیز به شما این امکان را می دهد که برخی از فلزات را به شکل خالص آنها بدست آورید. با کمک الکترولیز، یک لایه نازک از یک فلز خاص (نیکل، کروم) روی سطح پوشانده می شود - این و غیره.

در سال 1832، مایکل فارادی دریافت که جرم m ماده آزاد شده روی الکترود مستقیماً با بار الکتریکی q از الکترولیت عبور کرده است. اگر جریان مستقیم I برای مدت t از الکترولیت عبور کند، قانون اول الکترولیز فارادی معتبر است:

در اینجا ضریب تناسب k معادل الکتروشیمیایی ماده نامیده می شود. از نظر عددی برابر با جرم ماده آزاد شده در طی عبور یک بار الکتریکی از الکترولیت است و به ماهیت شیمیایی ماده بستگی دارد.

در صورت وجود جریان الکتریکی در هر رسانایی (جامد، مایع یا گاز)، میدان مغناطیسی در اطراف هادی مشاهده می شود، یعنی هادی حامل جریان خاصیت مغناطیسی پیدا می کند.

بنابراین، اگر یک آهنربا به هادی که جریان از طریق آن می گذرد، مثلاً به شکل یک سوزن قطب نما مغناطیسی آورده شود، فلش عمود بر هادی خواهد چرخید و اگر هادی روی یک هسته آهنی پیچیده شود. جریان مستقیم از هادی عبور می کند، هسته به یک آهنربای الکتریکی تبدیل می شود.

در سال 1820، ارستد اثر مغناطیسی جریان را بر روی یک سوزن مغناطیسی کشف کرد و آمپر قوانین کمی برهمکنش مغناطیسی هادی ها با جریان را ایجاد کرد.

یک میدان مغناطیسی همیشه توسط جریان، یعنی با حرکت بارهای الکتریکی، به ویژه توسط ذرات باردار (الکترون ها، یون ها) ایجاد می شود. جریان های مخالف یکدیگر را دفع می کنند، جریان های یک طرفه یکدیگر را جذب می کنند.

چنین برهمکنش مکانیکی به دلیل برهمکنش میدان های مغناطیسی جریان ها رخ می دهد، یعنی اول از همه، یک برهم کنش مغناطیسی و تنها پس از آن مکانیکی است. بنابراین، برهمکنش مغناطیسی جریان ها اولیه است.

در سال 1831، فارادی ثابت کرد که یک میدان مغناطیسی در حال تغییر از یک مدار، جریانی را در مدار دیگری تولید می کند: emf تولید شده متناسب با نرخ تغییر شار مغناطیسی است. منطقی است که این عمل مغناطیسی جریان است که تا به امروز در همه ترانسفورماتورها و نه تنها در آهنرباهای الکتریکی (مثلاً در صنعتی) استفاده می شود.

در ساده‌ترین شکل، اثر نورانی جریان الکتریکی را می‌توان در یک لامپ رشته‌ای مشاهده کرد که مارپیچ آن با جریان عبوری از آن گرم می‌شود و به گرمای سفید می‌رسد و نور ساطع می‌کند.

برای یک لامپ رشته ای، انرژی نور حدود 5 درصد از برق عرضه شده را تشکیل می دهد که 95 درصد باقیمانده آن به گرما تبدیل می شود.

لامپ های فلورسنت به طور موثرتری انرژی فعلی را به نور تبدیل می کنند - تا 20٪ الکتریسیته به لطف فسفر به نور مرئی تبدیل می شود که از تخلیه الکتریکی در بخار جیوه یا گاز بی اثر مانند نئون دریافت می شود.

اثر نورانی جریان الکتریکی در دیودهای ساطع کننده نور به طور مؤثرتری مشاهده می شود. هنگامی که جریان الکتریکی از اتصال p-n در جهت جلو عبور می کند، حامل های بار - الکترون ها و سوراخ ها - با انتشار فوتون ها (به دلیل انتقال الکترون ها از یک سطح انرژی به سطح دیگر) دوباره ترکیب می شوند.

بهترین ساطع کننده های نور، نیمه هادی های با شکاف مستقیم هستند (یعنی آنهایی که امکان انتقال مستقیم باند به باند نوری را فراهم می کنند)، مانند GaAs، InP، ZnSe، یا CdTe. با تغییر ترکیب نیمه هادی ها، امکان ایجاد LED برای تمام طول موج های ممکن از ماوراء بنفش (GaN) تا مادون قرمز متوسط ​​(PbS) وجود دارد. بازده یک LED به عنوان منبع نور به طور متوسط ​​به 50 درصد می رسد.

همانطور که در بالا ذکر شد، هر رسانایی که از طریق آن جریان الکتریکی جریان می یابد، در اطراف خود شکل می گیرد. اعمال مغناطیسی به حرکت تبدیل می شود، به عنوان مثال، در موتورهای الکتریکی، در دستگاه های بالابر مغناطیسی، در دریچه های مغناطیسی، در رله ها و غیره.

عمل مکانیکی یک جریان بر جریان دیگر قانون آمپر را توصیف می کند. این قانون برای اولین بار توسط آندره ماری آمپر در سال 1820 برای جریان مستقیم وضع شد. از آن نتیجه می شود که هادی های موازی با جریان های الکتریکی که در یک جهت جریان دارند جذب می شوند و در جهت مخالف دفع می کنند.

قانون آمپر همچنین قانونی نامیده می شود که تعیین کننده نیرویی است که با آن یک میدان مغناطیسی بر بخش کوچکی از یک هادی حامل جریان وارد می شود. نیرویی که میدان مغناطیسی بر روی یک عنصر رسانا با جریان در میدان مغناطیسی وارد می‌کند، با جریان موجود در رسانا و حاصلضرب بردار عنصر طول رسانا و القای مغناطیسی نسبت مستقیم دارد.

بر اساس این اصل است، جایی که روتور نقش یک قاب با جریان را ایفا می کند که در میدان مغناطیسی خارجی استاتور با گشتاور M قرار دارد.