Piirissä oleva sähkövirta ilmenee aina jonkin sen vaikutuksesta. Tämä voi olla sekä työtä tietyssä kuormassa että siihen liittyvää virran toimintaa. Siten virran vaikutuksesta voidaan arvioida sen olemassaolo tai puuttuminen tietyssä piirissä: jos kuorma toimii, virtaa on. Jos havaitaan tyypillinen virtaan liittyvä ilmiö, piirissä on virtaa jne.

Yleisesti ottaen sähkövirta pystyy aiheuttamaan erilaisia ​​vaikutuksia: lämpöä, kemiallista, magneettista (sähkömagneettista), valoa tai mekaanista, ja monenlaisia ​​virtavaikutuksia esiintyy usein samanaikaisesti. Näitä virran ilmiöitä ja toimia käsitellään tässä artikkelissa.

Sähkövirran lämpövaikutus

Kun tasa- tai vaihtovirta kulkee johtimen läpi, johdin lämpenee. Tällaisia ​​lämmitysjohtimia erilaisissa olosuhteissa ja sovelluksissa voivat olla: metallit, elektrolyytit, plasma, metallisulat, puolijohteet, puolimetallit.

Yksinkertaisimmassa tapauksessa, jos esimerkiksi sähkövirta johdetaan nikromilangan läpi, se lämpenee. Tätä ilmiötä käytetään lämmityslaitteissa: vedenkeittimessä, kattiloissa, lämmittimissä, sähköliesissä jne. Valokaarihitsauksessa sähkökaaren lämpötila saavuttaa yleensä 7000 °C ja metalli sulaa helposti - tämä on myös lämpövaikutus nykyisestä.

Piiriosassa vapautuvan lämmön määrä riippuu tähän osaan syötetystä jännitteestä, virtaavan virran arvosta ja sen virtausajasta ().

Muuttamalla Ohmin lakia piirin osuudelle voidaan käyttää joko jännitettä tai virtaa lämmön määrän laskemiseen, mutta silloin on välttämätöntä tietää piirin vastus, koska se rajoittaa virtaa ja aiheuttaa itse asiassa lämmitys. Tai tietäen piirin virran ja jännitteen, voit yhtä helposti selvittää vapautuvan lämmön määrän.

Sähkövirran kemiallinen vaikutus

Ioneja sisältävät elektrolyytit tasaisen sähkövirran vaikutuksesta - tämä on virran kemiallinen vaikutus. Negatiiviset ionit (anionit) vetäytyvät positiiviseen elektrodiin (anodiin) elektrolyysin aikana ja positiiviset ionit (kationit) vetoavat negatiiviseen elektrodiin (katodi). Eli elektrolyytin sisältämät aineet vapautuvat elektrolyysiprosessissa virtalähteen elektrodeille.

Esimerkiksi elektrodipari upotetaan tietyn hapon, alkalin tai suolan liuokseen, ja kun sähkövirta johdetaan piirin läpi, syntyy positiivinen varaus toiseen elektrodiin ja negatiivinen varaus toiseen. Liuoksen sisältämät ionit alkavat kerrostua elektrodille vastakkaisella varauksella.

Esimerkiksi kuparisulfaatin (CuSO4) elektrolyysin aikana positiivisesti varautuneet kuparikationit Cu2+ siirtyvät negatiivisesti varautuneelle katodille, jossa ne vastaanottavat puuttuvan varauksen ja muuttuvat neutraaleiksi kupariatomeiksi laskeutuen elektrodin pinnalle. Hydroksyyliryhmä -OH luovuttaa elektroneja anodilla, minkä seurauksena happea vapautuu. Positiivisesti varautuneet H+ vetykationit ja negatiivisesti varautuneet SO42- anionit jäävät liuokseen.

Sähkövirran kemiallista vaikutusta käytetään teollisuudessa esimerkiksi veden hajottamiseen sen ainesosiksi (vety ja happi). Lisäksi elektrolyysin avulla voit saada joitain metalleja puhtaassa muodossaan. Elektrolyysin avulla pinnalle päällystetään ohut kerros tiettyä metallia (nikkeli, kromi) - tämä jne.

Vuonna 1832 Michael Faraday havaitsi, että elektrodille vapautuneen aineen massa m on suoraan verrannollinen elektrolyytin läpi kulkeneeseen sähkövaraukseen q. Jos tasavirtaa I johdetaan elektrolyytin läpi ajan t, niin Faradayn ensimmäinen elektrolyysin laki pätee:

Tässä suhteellisuuskerrointa k kutsutaan aineen sähkökemialliseksi ekvivalentiksi. Se on numeerisesti yhtä suuri kuin aineen massa, joka vapautuu yhden sähkövarauksen kulkiessa elektrolyytin läpi, ja riippuu aineen kemiallisesta luonteesta.

Sähkövirran läsnä ollessa missä tahansa johtimessa (kiinteässä, nestemäisessä tai kaasumaisessa) johtimen ympärillä havaitaan magneettikenttä, eli virtaa kuljettava johdin saa magneettisia ominaisuuksia.

Joten jos johtimeen tuodaan magneetti, jonka läpi virta kulkee, esimerkiksi magneettisen kompassin neulan muodossa, niin nuoli kääntyy kohtisuoraan johtimeen nähden, ja jos johdin on kierretty rautasydämelle ja tasavirta johdetaan johtimen läpi, ytimestä tulee sähkömagneetti.

Vuonna 1820 Oersted löysi virran magneettisen vaikutuksen magneettineulaan, ja Ampere vahvisti kvantitatiiviset lait johtimien magneettisesta vuorovaikutuksesta virran kanssa.

Magneettikenttä syntyy aina virran vaikutuksesta eli sähkövarauksen liikuttamisesta, erityisesti varautuneista hiukkasista (elektroneista, ioneista). Vastakkaiset virrat hylkivät toisiaan, yksisuuntaiset virrat vetävät toisiaan puoleensa.

Tällainen mekaaninen vuorovaikutus johtuu virtojen magneettikenttien vuorovaikutuksesta, eli se on ensinnäkin magneettinen vuorovaikutus ja vasta sitten mekaaninen. Siten virtojen magneettinen vuorovaikutus on ensisijainen.

Vuonna 1831 Faraday totesi, että yhden piirin muuttuva magneettikenttä synnyttää virran toiseen piiriin: generoitu emf on verrannollinen magneettivuon muutosnopeuteen. On loogista, että virtojen magneettista toimintaa käytetään tähän päivään kaikissa muuntajissa, eikä vain sähkömagneeteissa (esimerkiksi teollisissa).

Yksinkertaisimmassa muodossaan sähkövirran valovaikutus voidaan havaita hehkulampussa, jonka spiraali lämpenee sen läpi kulkevan virran vaikutuksesta valkolämpöön ja säteilee valoa.

Hehkulampussa valoenergian osuus toimitetusta sähköstä on noin 5 %, josta loput 95 % muunnetaan lämmöksi.

Loistelamput muuttavat virran energiaa tehokkaammin valoksi - jopa 20 % sähköstä muuttuu näkyväksi valoksi fosforin ansiosta, joka saa sähköpurkauksen elohopeahöyryssä tai inertissä kaasussa, kuten neonissa.

Sähkövirran valovaikutus toteutuu tehokkaammin LEDeissä. Kun sähkövirta johdetaan p-n-liitoksen läpi eteenpäin, varauksenkantajat - elektronit ja reiät - yhdistyvät uudelleen fotonien emission kanssa (johtuen elektronien siirtymisestä energiatasolta toiselle).

Parhaat valonlähteet ovat suoraväliset puolijohteet (eli ne, jotka mahdollistavat suoran optisen kaistan välisen siirtymän), kuten GaAs, InP, ZnSe tai CdTe. Vaihtelemalla puolijohteiden koostumusta on mahdollista luoda LEDejä kaikille mahdollisille aallonpituuksille ultravioletti (GaN) keski-infrapuna (PbS). LEDin tehokkuus valonlähteenä on keskimäärin 50 %.

Kuten edellä mainittiin, jokainen johdin, jonka läpi sähkövirta kulkee, muodostuu itsensä ympärille. Magneettiset vaikutukset muunnetaan liikkeeksi esimerkiksi sähkömoottoreissa, magneettisissa nostolaitteissa, magneettiventtiileissä, releissä jne.

Virran mekaaninen vaikutus toiseen kuvaa Ampèren lakia. Tämän lain vahvisti ensimmäisen kerran André Marie Ampère vuonna 1820 tasavirralle. Tästä seuraa, että yhdensuuntaiset johtimet, joissa sähkövirrat virtaavat yhteen suuntaan, vetävät puoleensa ja hylkivät vastakkaisiin suuntiin.

Ampèren lakia kutsutaan myös laiksi, joka määrittää voiman, jolla magneettikenttä vaikuttaa pieneen osaan virtaa kuljettavasta johtimesta. Voima, jolla magneettikenttä vaikuttaa johdinelementtiin, jonka virta on magneettikentässä, on suoraan verrannollinen johtimessa olevaan virtaan ja johtimen pituuselementin ja magneettisen induktion vektorituloon.

Se perustuu tähän periaatteeseen, jossa roottori toimii kehyksenä virralla, joka on suunnattu staattorin ulkoiseen magneettikenttään vääntömomentilla M.