Virta ilmaantuu vain vapaasti varautuneiden hiukkasten lähteessä. Tämä johtuu siitä, että tyhjiössä ei ole aineita, mukaan lukien sähkövaraukset. Siksi tyhjiötä pidetään parhaana. Jotta sähkövirran a kulkeminen olisi mahdollista, on varmistettava riittävä määrä ilmaisia ​​​​latauksia. Tässä artikkelissa tarkastellaan, mikä muodostaa sähkövirran tyhjiössä.

Kuinka sähkövirta voi ilmaantua tyhjiössä

Täysimääräisen sähkövirran luomiseksi tyhjiössä on tarpeen käyttää sellaista fyysistä ilmiötä kuin lämpöemissio. Se perustuu tietyn aineen ominaisuuteen lähettää vapaita elektroneja kuumennettaessa. Tällaisia ​​kuumennetusta kappaleesta tulevia elektroneja kutsutaan termoelektroneiksi ja koko kehoa emitteriksi.

Termioninen emissio on tyhjiölaitteiden, paremmin tunnettu tyhjiöputkina, toiminnan taustalla. Yksinkertaisin malli sisältää kaksi elektrodia. Yksi niistä on katodi, joka on spiraali, jonka materiaali on molybdeeni tai volframi. Häntä lämmittää sähkövirran ohmi. Toista elektrodia kutsutaan anodiksi. Se on kylmässä tilassa ja suorittaa termionisten elektronien keräämisen. Pääsääntöisesti anodi on valmistettu sylinterin muodossa, ja sen sisään asetetaan lämmitetty katodi.

Virran käyttö tyhjiössä

Viime vuosisadalla tyhjiöputket olivat johtavassa asemassa elektroniikassa. Ja vaikka ne on jo pitkään korvattu puolijohdelaitteilla, näiden laitteiden toimintaperiaatetta käytetään katodisädeputkissa. Tätä periaatetta käytetään hitsaus- ja sulatustöissä tyhjiössä ja muilla alueilla.

Siten yksi virran a muodoista on tyhjiössä virtaava elektronivirta. Kun katodia kuumennetaan, sen ja anodin väliin muodostuu sähkökenttä. Juuri tämä antaa elektroneille tietyn suunnan ja nopeuden. Tämän periaatteen mukaan toimii elektroninen lamppu kahdella elektrodilla (diodi), jota käytetään laajasti radiotekniikassa ja elektroniikassa.

Nykyaikainen laite on lasista tai metallista valmistettu sylinteri, josta ilma on aiemmin pumpattu ulos. Kaksi elektrodia, katodi ja anodi, on juotettu tämän sylinterin sisään. Teknisten ominaisuuksien parantamiseksi asennetaan lisäverkkoja, joiden avulla elektronivirtaa lisätään.

Kun ihminen oppi luomaan ja käyttämään sähkövirtaa, hänen elämänsä laatu parani dramaattisesti. Nyt sähkön merkitys kasvaa edelleen joka vuosi. Jotta voit oppia ymmärtämään monimutkaisempia sähköön liittyviä kysymyksiä, sinun on ensin ymmärrettävä, mikä sähkövirta on.

Jpg?.jpg 600w

sähköpurkaus

Mikä on ajankohtaista

Sähkövirran määritelmä on sen esitys positiivisesti tai negatiivisesti varautuneiden liikkuvien kantoainehiukkasten suunnatun virran muodossa. Latauksen kantajia voivat olla:

• metallissa liikkuvat negatiivisesti varautuneet elektronit;
• ionit nesteissä tai kaasuissa;
• positiivisesti varautuneita reikiä puolijohteiden liikkuvista elektroneista.

Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/2-7-600x315.jpg?.jpg 600w, https://elquanta. fi/wp-content/uploads/2018/02/2-7.jpg 610w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Sähkövirta johtimessa

Mikä on virta, määräytyy sähkökentän läsnäolosta. Ilman sitä varautuneiden hiukkasten suunnattua virtausta ei synny.

Sähkövirran käsiteolisi epätäydellinen ilman sen ilmenemismuotojen luetteloa:

1. Kaikkiin sähkövirtaan liittyy magneettikenttä;
2. Johtimet lämpenevät kulkiessaan;
3. Elektrolyytit muuttavat kemiallista koostumusta.

Johtimet ja puolijohteet

Sähkövirta voi olla vain johtavassa väliaineessa, mutta sen virtauksen luonne on erilainen:

1. Metalliseissa johtimissa on vapaita elektroneja, jotka alkavat liikkua sähkökentän vaikutuksesta. Lämpötilan noustessa myös johtimien resistanssi nousee, koska lämpö lisää atomien liikettä kaoottisella tavalla, mikä häiritsee vapaita elektroneja;
2. Elektrolyyttien muodostamassa nestemäisessä väliaineessa ilmaantuva sähkökenttä aiheuttaa dissosiaatioprosessin - kationien ja anionien muodostumisen, jotka siirtyvät kohti positiivista ja negatiivista napaa (elektrodeja) varauksen merkistä riippuen. Elektrolyytin kuumentaminen johtaa vastuksen laskuun molekyylien aktiivisemman hajoamisen vuoksi;

Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/3-7-600x358.jpg?.jpg 600w, https://elquanta. ru/wp-content/uploads/2018/02/3-7-768x458..jpg 800w" sizes="(max-leveys: 600px) 100vw, 600px">

Sähkövirta elektrolyyteissä

Tärkeä! Elektrolyytti voi olla kiinteää, mutta siinä virtaavan virran luonne on identtinen nesteen kanssa.

1. Kaasumaiselle väliaineelle on ominaista myös liikkeelle tulevien ionien läsnäolo. Plasma muodostuu. Säteily saa myös aikaan vapaita elektroneja, jotka osallistuvat suunnattuun liikkeeseen;
2. Luotaessa sähkövirtaa tyhjiössä negatiivisella elektrodilla vapautuneet elektronit liikkuvat kohti positiivista;
3. Puolijohteissa on vapaita elektroneja, jotka katkaisevat sidoksia kuumennettaessa. Heidän paikoissaan on reikiä, joissa on plusmerkillä varustettu varaus. Reiät ja elektronit pystyvät luomaan suunnattua liikettä.

Ei-johtavia aineita kutsutaan dielektrisiksi.

Tärkeä! Virran suunta vastaa varauksenkantajahiukkasten liikesuuntaa plusmerkillä.

Virran tyyppi

1. Jatkuva. Sille on ominaista virran ja suunnan määrällinen vakioarvo;
2. Muuttuva. Ajan myötä se muuttaa ajoittain ominaisuuksiaan. Se on jaettu useisiin lajikkeisiin muutettavan parametrin mukaan. Pääasiassa virran määrällinen arvo ja sen suunta vaihtelevat siniaaltoa pitkin;
3. Pyörrevirrat. Tapahtuu, kun magneettivuo muuttuu. Muodosta suljettuja piirejä liikkumatta napojen välillä. Pyörrevirrat aiheuttavat voimakasta lämmöntuotantoa, minkä seurauksena häviöt kasvavat. Sähkömagneettisten kelojen ytimissä niitä rajoitetaan käyttämällä erillisiä eristettyjä levyjä kiinteän levyn sijaan.

Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/4-6-600x450.jpg?.jpg 600w, https://elquanta. fi/wp-content/uploads/2018/02/4-6.jpg 640w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Pyörrevirrat ytimessä

Sähköpiirin ominaisuudet

1. Nykyinen vahvuus. Tämä on määrällinen mittaus varauksesta, joka siirtyy väliaikaiseen yksikköön johtimien poikkileikkauksen yli. Varaukset mitataan kuloneina (C), aikayksikkö on sekunti. Virran voimakkuus on C / s. Tuloksena olevaa suhdetta kutsuttiin ampeeriksi (A), jolla mitataan virran määrällinen arvo. Mittauslaite on ampeerimittari, joka on kytketty sarjaan sähköliitäntöjen piiriin;
2. Tehoa. Johtimen sähkövirran on voitettava väliaineen vastus. Työ, joka kuluu sen voittamiseksi tietyn ajanjakson aikana, on voimaa. Tässä tapauksessa sähkön muuntaminen muun tyyppiseksi energiaksi - työ tehdään. Teho riippuu virran voimakkuudesta, jännitteestä. Niiden tuote määrittää aktiivisen tehon. Toisella kerralla kerrottuna saadaan energiankulutus - mitä mittari näyttää. Teho voidaan mitata voltampereinä (VA, kVA, mVA) tai watteina (W, kW, mW);
3. Jännite. Yksi kolmesta tärkeimmästä ominaisuudesta. Virran kulkemiseksi on tarpeen luoda potentiaaliero sähköliitäntöjen suljetun piirin kahden pisteen välille. Jännitteelle on ominaista sähkökentän tuottama työ yhden varauksenkuljettajan liikkeen aikana. Kaavan mukaan jännitteen yksikkö on J/C, joka vastaa volttia (V). Mittauslaite on volttimittari, kytketty rinnan;
4. Resistanssi. Se luonnehtii johtimien kykyä siirtää sähkövirtaa. Se määräytyy johtimen materiaalin, sen osan pituuden ja alueen mukaan. Mitta on ohmeissa (Ohm).

Sähkövirran lait

Sähköpiirit lasketaan käyttämällä kolmea päälakia:

1. Ohmin laki. Sen tutki ja muotoili saksalainen fyysikko 1800-luvun alussa tasavirtaa varten, sitten sitä sovellettiin myös vaihtovirtaan. Se määrittää virran, jännitteen ja vastuksen välisen suhteen. Ohmin lain perusteella lasketaan melkein mikä tahansa sähköpiiri. Peruskaava: I \u003d U / R tai virran voimakkuus on suoraan verrannollinen jännitteeseen ja käänteisesti vastukseen;

Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/5-7-600x450.jpg?.jpg 600w, https://elquanta. ru/wp-content/uploads/2018/02/5-7-768x576..jpg 800w" sizes="(max-leveys: 600px) 100vw, 600px">

Ohmin laki piiriosalle

1. Faradayn laki. Viittaa sähkömagneettiseen induktioon. Induktiivisten virtojen esiintyminen johtimissa johtuu magneettivuon vaikutuksesta, joka muuttuu ajan myötä EMF:n (elektromotorisen voiman) induktion seurauksena suljetussa piirissä. Indusoitu emf-moduuli, mitattuna voltteina, on verrannollinen nopeuteen, jolla magneettivuo muuttuu. Induktiolain ansiosta sähköä tuottavat generaattorit toimivat;
2. Joule-Lenzin laki. Se on tärkeää laskettaessa johtimien lämmitystä, jota käytetään lämmityksen, valaisimien ja muiden sähkölaitteiden suunnittelussa ja valmistuksessa. Lain avulla voit määrittää sähkövirran kulkiessa vapautuvan lämmön määrän:

missä I on virtaavan virran voimakkuus, R on vastus, t on aika.

Sähköä ilmakehässä

Ilmakehässä voi olla sähkökenttä, tapahtuu ionisaatioprosesseja. Vaikka niiden esiintymisen luonne ei ole täysin selvä, on olemassa erilaisia ​​selittäviä hypoteeseja. Suosituin on kondensaattori, joka on analoginen sähkön edustamiseksi ilmakehässä. Sen levyt voivat merkitä maan pinnan ja ionosfäärin, joiden välissä kiertää eriste - ilma.

Ilmakehän sähkön tyypit:

1. Ukkosmyrskyjä. Salama, jossa on näkyvä hehku ja ukkosen jylinää. Salamajännite saavuttaa satoja miljoonia voltteja 500 000 A:n virranvoimakkuudella;

Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/6-5-600x399.jpg?.jpg 600w, https://elquanta. ru/wp-content/uploads/2018/02/6-5-210x140..jpg 721w" sizes="(max-leveys: 600px) 100vw, 600px">

Salamat

1. Saint Elmon tulet. Johtojen, mastojen ympärillä syntyneen sähkön koronapurkaus;
2. Tulipallo. Purkaus pallon muodossa, liikkuu ilman läpi;
3. Revontulet. Maan ionosfäärin monivärinen hehku avaruudesta tunkeutuvien varautuneiden hiukkasten vaikutuksesta.

Sähkön soveltaminen

Henkilö käyttää sähkövirran hyödyllisiä ominaisuuksia kaikilla elämänalueilla:

• valaistus;
• signaalin siirto: puhelin, radio, televisio, lennätin;
• sähköliikenne: junat, sähköautot, raitiovaunut, johdinautot;
• mukavan mikroilmaston luominen: lämmitys ja ilmastointi;
• Lääketieteelliset laitteet;
• kotikäyttöön: sähkölaitteet;
• tietokoneet ja mobiililaitteet;
• teollisuus: työstökoneet ja -laitteet;
• elektrolyysi: alumiinin, sinkin, magnesiumin ja muiden aineiden saaminen.

Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/7-3-600x388.jpg?.jpg 600w, https://elquanta. ru/wp-content/uploads/2018/02/7-3-768x496..jpg 823w" sizes="(max-leveys: 600px) 100vw, 600px">

Sähkön soveltaminen

Sähkövaara

Suora kosketus sähkövirran kanssa ilman suojavarusteita on tappava ihmisille. Useita erityyppisiä vaikutteita ovat mahdollisia:

• lämpöpoltto;
• veren ja imusolmukkeen elektrolyyttinen halkeaminen sen koostumuksen muuttuessa;
• kouristavat lihassupistukset voivat aiheuttaa sydämen värinää sen täydelliseen pysähtymiseen asti, häiritä hengityselinten toimintaa.

Tärkeä! Ihmisen tuntema virta alkaa arvosta 1 mA, jos virran arvo on 25 mA, vakavat negatiiviset muutokset kehossa ovat mahdollisia.

Sähkövirran tärkein ominaisuus on, että se voi tehdä ihmiselle hyödyllistä työtä: sytyttää talon, pestä ja kuivata vaatteet, valmistaa illallisen, lämmittää kodin. Nyt sen käytöllä tiedonsiirrossa on merkittävä paikka, vaikka se ei vaadi suurta sähkönkulutusta.

Video

Lataus liikkeessä. Se voi ilmetä staattisen sähkön äkillisen purkauksen, kuten salaman, muodossa. Tai se voi olla kontrolloitu prosessi generaattoreissa, akuissa, aurinko- tai polttokennoissa. Tänään tarkastelemme "sähkövirran" käsitettä ja sähkövirran olemassaolon ehtoja.

Sähköenergia

Suurin osa käyttämästämme sähköstä tulee vaihtovirtana sähköverkosta. Sen luovat generaattorit, jotka toimivat Faradayn induktiolain mukaan, minkä ansiosta muuttuva magneettikenttä voi indusoida sähkövirran johtimeen.

Generaattorit ovat pyöriviä lankakeloja, jotka kulkevat magneettikenttien läpi pyöriessään. Käämien pyöriessä ne avautuvat ja sulkeutuvat magneettikentän suhteen ja muodostavat sähkövirran, joka muuttaa suuntaa jokaisella kierroksella. Virta kulkee täyden jakson läpi edestakaisin 60 kertaa sekunnissa.

Generaattorit voivat toimia höyryturbiineilla, jotka lämmitetään hiilellä, maakaasulla, öljyllä tai ydinreaktorilla. Generaattorista virta kulkee muuntajien sarjan läpi, jossa sen jännite kasvaa. Johtojen halkaisija määrittää virran määrän ja voimakkuuden, jonka ne voivat kuljettaa ilman ylikuumenemista ja tehon hukkaa, ja jännitettä rajoittaa vain se, kuinka hyvin johdot on eristetty maasta.

On mielenkiintoista huomata, että virta kulkee vain yhdellä johdolla, ei kahdella. Sen kaksi puolta on merkitty positiivisiksi ja negatiivisiksi. Kuitenkin, koska vaihtovirran napaisuus muuttuu 60 kertaa sekunnissa, niillä on muita nimiä - kuuma (pääjohdot) ja maadoitettu (kulkee maan alle piirin täydentämiseksi).

Miksi sähköä tarvitaan?

Sähköllä on monia käyttötarkoituksia: se voi valaista talosi, pestä ja kuivata vaatteesi, nostaa autotallin ovea, keittää vettä vedenkeittimessä ja antaa virtaa muihin kodin esineisiin, jotka helpottavat elämäämme paljon. Virran kyky välittää tietoa on kuitenkin yhä tärkeämpää.

Kun tietokone on yhteydessä Internetiin, se käyttää vain pienen osan sähkövirrasta, mutta tätä ilman nykyihminen ei voi kuvitella elämäänsä.

Sähkövirran käsite

Kuten jokivirta, vesimolekyylien virta, sähkövirta on varautuneiden hiukkasten virta. Mistä se johtuu, ja miksi se ei aina mene samaan suuntaan? Kun kuulet sanan virtaus, mitä ajattelet? Ehkä siitä tulee joki. Se on hyvä yhdistys, koska siitä syystä sähkövirta on saanut nimensä. Se on hyvin samanlainen kuin veden virtaus, vain kanavaa pitkin liikkuvien vesimolekyylien sijaan varautuneet hiukkaset liikkuvat johdinta pitkin.

Sähkövirran olemassaolon edellytysten joukossa on esine, joka edellyttää elektronien läsnäoloa. Johtavan materiaalin atomeissa on monia näitä vapaita varautuneita hiukkasia, jotka kelluvat atomien ympärillä ja välillä. Niiden liike on satunnaista, joten virtausta ei ole mihinkään tiettyyn suuntaan. Mitä sähkövirran olemassaolo vaatii?

Sähkövirran olemassaolon ehtoihin kuuluu jännitteen olemassaolo. Kun se kohdistetaan johtimeen, kaikki vapaat elektronit liikkuvat samaan suuntaan luoden virran.

Kiinnostaa sähkövirta

Mielenkiintoista on, että kun sähköenergiaa välitetään johtimen läpi valonnopeudella, elektronit itse liikkuvat paljon hitaammin. Itse asiassa, jos kävelisit verkkaisesti johtavan johdon vieressä, nopeudesi olisi 100 kertaa nopeampi kuin elektronit liikkuvat. Tämä johtuu siitä, että niiden ei tarvitse matkustaa valtavia matkoja siirtääkseen energiaa toisilleen.

Tasa- ja vaihtovirta

Nykyään käytetään laajasti kahta erilaista virtaa - suoraa ja vaihtovirtaa. Ensimmäisessä elektronit liikkuvat yhteen suuntaan, "negatiiviselta" puolelta "positiiviselle" puolelle. Vaihtovirta työntää elektroneja edestakaisin ja muuttaa virtauksen suuntaa useita kertoja sekunnissa.

Voimalaitoksissa sähköntuotantoon käytettävät generaattorit on suunniteltu tuottamaan vaihtovirtaa. Et luultavasti ole koskaan huomannut, että talosi valo todella välkkyy virran suunnan muuttuessa, mutta se tapahtuu liian nopeasti, jotta silmät tunnistaisi.

Mitkä ovat edellytykset tasavirran olemassaololle? Miksi tarvitsemme molempia tyyppejä ja kumpi on parempi? Nämä ovat hyviä kysymyksiä. Se, että käytämme edelleen molempia virtatyyppejä, viittaa siihen, että ne molemmat palvelevat tiettyjä tarkoituksia. Jo 1800-luvulla oli selvää, että tehokas voimansiirto pitkiä matkoja voimalaitoksen ja talon välillä oli mahdollista vain erittäin korkeilla jännitteillä. Mutta ongelma oli, että todella korkean jännitteen lähettäminen oli erittäin vaarallista ihmisille.

Ratkaisu tähän ongelmaan oli vähentää stressiä kodin ulkopuolella ennen sen lähettämistä sisälle. Tähän päivään asti tasavirtaa käytetään siirtoon pitkiä matkoja, pääasiassa sen kyvyn vuoksi muuntaa helposti muihin jännitteisiin.

Kuinka sähkövirta toimii

Sähkövirran olemassaolon ehtoja ovat varautuneiden hiukkasten, johtimen ja jännitteen läsnäolo. Monet tiedemiehet ovat tutkineet sähköä ja havainneet, että sitä on kahta tyyppiä: staattinen ja virta.

Se on toinen, jolla on valtava rooli jokaisen ihmisen jokapäiväisessä elämässä, koska se on sähkövirta, joka kulkee piirin läpi. Käytämme sitä päivittäin kodeissamme ja monessa muussa.

Mikä on sähkövirta?

Kun sähkövaraukset kiertävät piirissä paikasta toiseen, syntyy sähkövirtaa. Sähkövirran olemassaolon ehtoihin kuuluu varautuneiden hiukkasten lisäksi johtimen läsnäolo. Useimmiten se on lanka. Sen piiri on suljettu piiri, jossa virta kulkee virtalähteestä. Kun piiri on auki, hän ei voi suorittaa matkaa loppuun. Esimerkiksi kun huoneesi valo on sammunut, piiri on auki, mutta kun piiri on kiinni, valo palaa.

Nykyinen teho

Sellainen jänniteominaisuus kuin teho vaikuttaa suuresti sähkövirran olemassaolon olosuhteisiin johtimessa. Tämä on mitta siitä, kuinka paljon energiaa käytetään tietyn ajanjakson aikana.

On olemassa monia erilaisia ​​yksiköitä, joita voidaan käyttää ilmaisemaan tätä ominaisuutta. Sähköteho mitataan kuitenkin lähes watteina. Yksi watti on yhtä joulea sekunnissa.

Sähkövaraus liikkeessä

Mitkä ovat sähkövirran olemassaolon ehdot? Se voi ilmetä äkillisenä staattisen sähkön purkauksena, kuten salamana tai kipinänä villakankaan kitkasta. Kuitenkin useammin kun puhumme sähkövirrasta, tarkoitamme kontrolloidumpaa sähkön muotoa, joka saa valot ja laitteet toimimaan. Suurimman osan sähkövarauksesta kuljettavat atomin negatiiviset elektronit ja positiiviset protonit. Jälkimmäiset ovat kuitenkin enimmäkseen immobilisoituneita atomiytimien sisällä, joten elektronit tekevät varauksen siirtämisen paikasta toiseen.

Johtavan materiaalin, kuten metallin, elektronit voivat suurelta osin liikkua vapaasti atomista toiseen johtavuuskaistojaan pitkin, jotka ovat korkeampia elektronien kiertoradat. Riittävä sähkömotorinen voima tai jännite aiheuttaa varausepätasapainon, joka voi saada elektronit liikkumaan johtimen läpi sähkövirran muodossa.

Jos vedämme analogian veden kanssa, ota esimerkiksi putki. Kun avaamme venttiilin toisessa päässä päästämään vettä putkeen, meidän ei tarvitse odottaa, että vesi valuu putken päähän asti. Saamme vettä toisesta päästä melkein välittömästi, koska sisään tuleva vesi työntää jo putkessa olevaa vettä. Näin tapahtuu, kun johdossa on sähkövirta.

Sähkövirta: edellytykset sähkövirran olemassaololle

Sähkövirtaa pidetään yleensä elektronien virtana. Kun akun kaksi päätä on kytketty toisiinsa metallilangalla, tämä varautunut massa virtaa johtimen läpi akun toisesta päästä (elektrodi tai nava) vastakkaiseen. Kutsutaan siis sähkövirran olemassaolon ehtoja:

1. varautuneita hiukkasia.
2. Kapellimestari.
3. Jännitteen lähde.

Kaikki eivät kuitenkaan ole niin yksinkertaisia. Mitä ehtoja tarvitaan sähkövirran olemassaoloon? Tähän kysymykseen voidaan vastata yksityiskohtaisemmin ottamalla huomioon seuraavat ominaisuudet:

• Potentiaaliero (jännite). Tämä on yksi edellytyksistä. Kahden pisteen välillä on oltava potentiaaliero, mikä tarkoittaa, että varautuneiden hiukkasten yhdessä paikassa synnyttämän hylkimisvoiman on oltava suurempi kuin niiden voiman toisessa pisteessä. Jännitelähteitä ei pääsääntöisesti esiinny luonnossa, ja elektronit jakautuvat ympäristöön melko tasaisesti. Siitä huolimatta tutkijat onnistuivat keksimään tietyntyyppisiä laitteita, joissa nämä ladatut hiukkaset voivat kerääntyä ja luoda siten erittäin tarpeellisen jännitteen (esimerkiksi akuissa).
• Sähkövastus (johdin). Tämä on toinen tärkeä ehto, joka on välttämätön sähkövirran olemassaololle. Tämä on reitti, jota pitkin varautuneet hiukkaset kulkevat. Vain ne materiaalit, jotka mahdollistavat elektronien vapaan liikkumisen, toimivat johtimina. Niitä, joilla ei ole tätä kykyä, kutsutaan eristeiksi. Esimerkiksi metallilanka on erinomainen johdin, kun taas sen kumivaippa on erinomainen eriste.

Tutkittuaan huolellisesti sähkövirran syntymisen ja olemassaolon olosuhteet ihmiset pystyivät kesyttämään tämän voimakkaan ja vaarallisen elementin ja ohjaamaan sen ihmiskunnan hyödyksi.

Tämä on tiettyjen varautuneiden hiukkasten määrätty liike. Sähkön täyden potentiaalin käyttämiseksi asiantuntevasti on välttämätöntä ymmärtää selkeästi kaikki laitteen periaatteet ja sähkövirran toiminta. Joten selvitetään, mitä työ ja nykyinen teho ovat.

Mistä sähkövirta tulee?

Kysymyksen näennäisestä yksinkertaisuudesta huolimatta harvat pystyvät antamaan siihen ymmärrettävää vastausta. Tietenkin nykyään, kun tekniikka kehittyy uskomattomalla nopeudella, ihminen ei erityisemmin ajattele sellaisia ​​alkeellisia asioita kuin sähkövirran toimintaperiaate. Mistä sähkö tulee? Varmasti monet vastaavat "No, pistorasiasta tietysti" tai yksinkertaisesti kohauttavat olkapäitään. Samaan aikaan on erittäin tärkeää ymmärtää, miten virta toimii. Tämän pitäisi olla tiedossa paitsi tutkijoille, myös ihmisille, jotka eivät liity mitenkään tieteen maailmaan, heidän yleisen monipuolisen kehityksensä vuoksi. Mutta nykyisen toiminnan periaatteen oikea käyttö ei ole kaikille.

Joten ensin sinun on ymmärrettävä, että sähköä ei synny tyhjästä: sitä tuottavat erityiset generaattorit, jotka sijaitsevat eri voimalaitoksissa. Turbiinien siipien pyöritystyön ansiosta hiilellä tai öljyllä lämmitettäessä vettä tuottaa energiaa, joka muuntuu myöhemmin sähköksi generaattorin avulla. Generaattori on hyvin yksinkertainen: laitteen keskellä on valtava ja erittäin vahva magneetti, joka saa sähkövaraukset liikkumaan kuparijohtoja pitkin.

Miten sähkö saapuu kotiimme?

Kun tietty määrä sähkövirtaa on saatu energian (lämpö- tai ydinvoiman) avulla, se voidaan toimittaa ihmisille. Tällainen sähkön tarjonta toimii seuraavasti: jotta sähkö pääsisi onnistuneesti kaikkiin asuntoihin ja yrityksiin, se on "työnnettävä". Ja tätä varten sinun on lisättävä voimaa, joka tekee sen. Sitä kutsutaan sähkövirran jännitteeksi. Toimintaperiaate on seuraava: virta kulkee muuntajan läpi, mikä lisää sen jännitettä. Lisäksi sähkövirta kulkee syvälle maan alle tai korkealle asennettujen kaapeleiden läpi (koska jännite saavuttaa joskus 10 000 volttia, mikä on tappavaa ihmisille). Kun virta saavuttaa määränpäänsä, sen täytyy jälleen kulkea muuntajan läpi, mikä nyt vähentää sen jännitettä. Sitten se kulkee johtojen kautta kerrostaloihin tai muihin rakennuksiin asennettuihin kilpeihin.

Johtojen läpi kulkevaa sähköä voidaan käyttää pistorasiajärjestelmän ansiosta, joka yhdistää kodinkoneet niihin. Seinissä kuljetetaan lisäjohtoja, joiden läpi sähkövirta kulkee ja sen ansiosta valaistus ja kaikki kodin laitteet toimivat.

Mitä on nykyinen työ?

Sähkövirran itsessään kuljettama energia muuttuu ajan myötä valoksi tai lämmöksi. Esimerkiksi kun sytytämme lampun, sähköinen energiamuoto muunnetaan valoksi.

Saavutettavalla kielellä puhuen virran työ on sähkön itsensä tuottamaa toimintaa. Lisäksi se voidaan hyvin helposti laskea kaavalla. Energian säilymislain perusteella voidaan päätellä, että sähköenergia ei ole kadonnut, vaan se on muuttunut kokonaan tai osittain toiseen muotoon, samalla kun se luovuttaa tietyn määrän lämpöä. Tämä lämpö on virran työtä, kun se kulkee johtimen läpi ja lämmittää sitä (lämmönvaihto tapahtuu). Tältä Joule-Lenzin kaava näyttää: A \u003d Q \u003d U * I * t (työ on yhtä suuri kuin lämmön määrä tai virran tehon tulo ja aika, jonka aikana se virtasi johtimen läpi).

Mitä tasavirta tarkoittaa?

Sähkövirtaa on kahta tyyppiä: vaihto- ja suora. Ne eroavat toisistaan ​​siinä, että jälkimmäinen ei muuta suuntaaan, siinä on kaksi puristinta (positiivinen "+" ja negatiivinen "-") ja se alkaa aina liikenteestä "+". Ja vaihtovirralla on kaksi napaa - vaihe ja nolla. Koska johtimen päässä on yksi vaihe, sitä kutsutaan myös yksivaiheiseksi.

Yksivaiheisen vaihto- ja tasasähkövirran laitteen periaatteet ovat täysin erilaiset: toisin kuin tasa, vaihtovirta muuttaa sekä suuntaansa (muodostaen virtauksen sekä vaiheesta nollaan että nollasta vaiheeseen) että suuruuttaan. . Joten esimerkiksi vaihtovirta muuttaa ajoittain latauksensa arvoa. Osoittautuu, että taajuudella 50 Hz (50 värähtelyä sekunnissa) elektronit muuttavat liikesuuntansa täsmälleen 100 kertaa.

Missä tasavirtaa käytetään?

Tasasähkövirralla on joitain ominaisuuksia. Koska se virtaa tiukasti yhteen suuntaan, sitä on vaikeampi muuttaa. Seuraavia elementtejä voidaan pitää tasavirran lähteinä:

• paristot (sekä alkali- että happoparistot);
• tavanomaiset akut, joita käytetään pienissä kodinkoneissa;
• sekä erilaisia ​​laitteita, kuten muuntimia.

DC-toiminta

Mitkä ovat sen tärkeimmät ominaisuudet? Nämä ovat työ ja virta, ja molemmat nämä käsitteet liittyvät hyvin läheisesti toisiinsa. Teholla tarkoitetaan työn nopeutta aikayksikköä kohti (per 1 s). Joule-Lenzin lain mukaan saadaan, että tasavirran työ on yhtä suuri kuin itsensä virran voimakkuuden, jännitteen ja sen ajan tulo, jonka aikana sähkökentän työ suoritettiin siirtämään varauksia kapellimestari.

Tältä kaava virran työn löytämiseksi, kun otetaan huomioon Ohmin vastuslaki johtimissa, näyttää tältä: A \u003d I 2 * R * t (työ on yhtä suuri kuin virran voimakkuuden neliö kerrottuna arvolla johtimen resistanssista ja kerrottuna jälleen sen ajan arvolla, jonka aikana työ tehtiin).

Virta ja jännite ovat kvantitatiivisia parametreja, joita käytetään sähköpiireissä. Useimmiten nämä arvot muuttuvat ajan myötä, muuten sähköpiirin toiminnassa ei olisi järkeä.

Jännite

Perinteisesti jännite ilmaistaan ​​kirjaimella U. Työ, joka tehdään siirtääkseen varausyksikköä alhaisen potentiaalin pisteestä korkean potentiaalin pisteeseen, on näiden kahden pisteen välinen jännite. Toisin sanoen tämä on energia, joka vapautuu sen jälkeen, kun varausyksikkö on siirtynyt korkeasta potentiaalista pieneen.

Jännitettä voidaan kutsua myös potentiaalieroksi, samoin kuin sähkömoottorivoimaksi. Tämä parametri mitataan voltteina. Siirtääksesi 1 coulombin varausta kahden pisteen välillä, joiden jännite on 1 voltti, sinun on tehtävä 1 joule työtä. Coulombit mittaavat sähkövarauksia. 1 riipus vastaa 6x10 18 elektronin varausta.

Jännite on jaettu useisiin tyyppeihin virtatyypeistä riippuen.

• Jatkuva paine . Sitä esiintyy sähköstaattisissa piireissä ja tasavirtapiireissä.
• AC jännite . Tämän tyyppistä jännitettä on saatavana piireissä, joissa on sinimuotoinen ja vaihtovirta. Sinimuotoisen virran tapauksessa jänniteominaisuudet, kuten:
  jännitteen vaihtelun amplitudi on sen suurin poikkeama x-akselista;
  välitön jännite, joka ilmaistaan ​​tietyllä hetkellä;
  käyttöjännite, määräytyy ensimmäisen puolijakson aktiivisen työn perusteella;
  tasasuuntautunut keskijännite, joka määräytyy tasasuunnatun jännitteen moduulin mukaan yhdelle harmoniselle jaksolle.

Kun sähköä siirretään ilmajohtojen kautta, tukien sijoittelu ja niiden mitat riippuvat käytetyn jännitteen suuruudesta. Vaiheiden välistä jännitettä kutsutaan verkkojännite , ja maan ja kunkin vaiheen välinen jännite on vaihejännite . Tämä sääntö koskee kaikentyyppisiä ilmajohtoja. Venäjällä kotitalouksien sähköverkoissa standardi on kolmivaiheinen jännite, jonka lineaarinen jännite on 380 volttia ja vaihejännitteen arvo 220 volttia.

Sähkö

Virta sähköpiirissä on elektronien nopeus tietyssä pisteessä, mitattuna ampeereina, ja se on merkitty kaavioissa kirjaimella " minä". Ampeerin johdettuja yksiköitä käytetään myös sopivilla etuliitteillä milli-, mikro-, nano jne. 1 ampeerin virta syntyy siirtämällä 1 coulombin varausyksikkö 1 sekunnissa.

Perinteisesti katsotaan, että virta kulkee positiivisesta potentiaalista negatiiviseen suuntaan. Fysiikan kurssista tiedetään kuitenkin, että elektroni liikkuu vastakkaiseen suuntaan.

Sinun on tiedettävä, että jännite mitataan piirin 2 pisteen välillä ja virta kulkee yhden tietyn piirin pisteen tai sen elementin läpi. Siksi, jos joku käyttää ilmaisua "vastusjännite", tämä on virheellinen ja lukutaidoton. Mutta usein puhumme jännitteestä tietyssä piirin kohdassa. Tämä viittaa maan ja tämän pisteen väliseen jännitteeseen.

Jännite muodostuu generaattoreiden ja muiden laitteiden sähkövarauksiin kohdistuvasta vaikutuksesta. Virta syntyy kohdistamalla jännite piirin kahteen pisteeseen.

Virran ja jännitteen ymmärtämiseksi olisi oikeampaa käyttää. Siinä näet virran ja jännitteen, jotka muuttavat arvojaan ajan myötä. Käytännössä sähköpiirin elementit on yhdistetty johtimilla. Tietyissä kohdissa piirielementeillä on oma jännitearvonsa.

Virta ja jännite noudattavat sääntöjä:

• Pisteeseen tulevien virtojen summa on yhtä suuri kuin pisteestä lähtevien virtojen summa (varauksen säilymissääntö). Tällainen sääntö on Kirchhoffin virran laki. Virran tulo- ja poistumiskohtaa kutsutaan tässä tapauksessa solmuksi. Tämän lain seuraus on seuraava väite: elementtiryhmän sarjasähköpiirissä kaikkien pisteiden virta on sama.
• Elementtien rinnakkaisessa piirissä kaikkien elementtien jännite on sama. Toisin sanoen suljetun piirin jännitehäviöiden summa on nolla. Tämä Kirchhoffin laki koskee jännityksiä.
• Piirin (teho) aikayksikköä kohti tekemä työ ilmaistaan ​​seuraavasti: P \u003d U * I. Teho mitataan watteina. 1 joule sekunnissa tehtyä työtä vastaa 1 wattia. Teho jakautuu lämmön muodossa, kuluu mekaaniseen työhön (sähkömoottoreissa), muunnetaan erityyppiseksi säteilyksi ja kerääntyy säiliöihin tai akkuihin. Monimutkaisia ​​sähköjärjestelmiä suunniteltaessa yksi haasteista on järjestelmän lämpökuorma.

Sähkövirran ominaisuus

Edellytys virran olemassaololle sähköpiirissä on suljettu piiri. Jos virtapiiri katkeaa, virta pysähtyy.

Kaikki sähkötekniikassa toimii tällä periaatteella. Ne katkaisevat sähköpiirin liikkuvilla mekaanisilla koskettimilla, ja tämä pysäyttää virran kulun ja sammuttaa laitteen.

Energiateollisuudessa sähkövirtaa esiintyy virtajohtimien sisällä, jotka on valmistettu renkaiden ja muiden virtaa johtavien osien muodossa.

On myös muita tapoja luoda sisäinen virta:

• Varautuneiden ionien liikkeestä johtuvat nesteet ja kaasut.
• Tyhjiö, kaasu ja ilma termionisella emissiolla.
• johtuen varauksenkuljettajien liikkumisesta.

Edellytykset sähkövirran esiintymiselle

• Lämmitysjohtimet (ei suprajohteet).
• Sovellus potentiaalieron kantajien lataamiseen.
• Kemiallinen reaktio uusien aineiden vapautumisen kanssa.
• Magneettikentän vaikutus johtimeen.

Nykyiset aaltomuodot

• Suora viiva.
• Muuttuva harmoninen siniaalto.
• Siniaalolta näyttävä mutka, jossa on terävät kulmat (joskus kulmat voidaan tasoittaa).
• Yhden suunnan sykkivä muoto, jonka amplitudi vaihtelee nollasta suurimpaan arvoon tietyn lain mukaan.

Sähkövirran työtyypit

• Valaistuslaitteiden lähettämä valo.
• Lämmön tuottaminen lämmityselementeillä.
• Mekaaniset työt (sähkömoottorien pyöriminen, muiden sähkölaitteiden toiminta).
• Sähkömagneettisen säteilyn luominen.

Sähkövirran aiheuttamat negatiiviset ilmiöt

• Koskettimien ja virtaa kuljettavien osien ylikuumeneminen.
• Pyörrevirtojen esiintyminen sähkölaitteiden ytimissä.
• Ulkoiseen ympäristöön kohdistuva sähkömagneettinen säteily.

Sähkölaitteiden ja erilaisten piirien tekijöiden on suunnittelussaan otettava huomioon edellä mainitut sähkövirran ominaisuudet suunnittelussaan. Esimerkiksi sähkömoottoreiden, muuntajien ja generaattoreiden pyörrevirtojen haitallista vaikutusta vähennetään sekoittamalla magneettivuon välittämiseen käytettäviä sydämiä. Sydänsekoitus ei ole sen valmistusta yhdestä metallikappaleesta, vaan sarjasta yksittäisiä ohuita erikoisteräslevyjä.

Mutta toisaalta, pyörrevirtoja käytetään mikroaaltouunien, uunien toimintaan, jotka toimivat magneettisen induktion periaatteella. Siksi voimme sanoa, että pyörrevirrat eivät ole vain haitallisia, vaan myös hyödyllisiä.

Vaihtovirta, jonka signaali on sinimuotoinen, voi vaihdella värähtelytaajuudessa aikayksikköä kohden. Maassamme sähkölaitteiden teollisuusvirtataajuus on vakio ja on yhtä suuri kuin 50 hertsiä. Joissakin maissa nykyinen taajuus on 60 hertsiä.

Eri tarkoituksiin sähkötekniikassa ja radiotekniikassa käytetään muita taajuusarvoja:

• Matalataajuiset signaalit pienemmällä virtataajuudella.
• Korkeataajuiset signaalit, jotka ovat paljon korkeampia kuin nykyinen teollisen käytön taajuus.

Uskotaan, että sähkövirtaa syntyy, kun elektronit liikkuvat johtimen sisällä, joten sitä kutsutaan johtovirraksi. Mutta on olemassa toisenlainen sähkövirta, jota kutsutaan konvektioksi. Se tapahtuu, kun varautuneet makroeliöt liikkuvat, esimerkiksi sadepisarat.

Sähkövirta metalleissa

Elektronien liikettä niihin kohdistuvan jatkuvan voiman vaikutuksesta verrataan laskuvarjohyppääjään, joka laskeutuu maahan. Näissä kahdessa tapauksessa tapahtuu tasaista liikettä. Painovoima vaikuttaa laskuvarjohyppääjään, ja ilmanvastus vastustaa sitä. Sähkökenttävoima vaikuttaa elektronien liikkeeseen, ja kidehilojen ionit vastustavat tätä liikettä. Elektronien keskinopeus saavuttaa vakioarvon, kuten myös laskuvarjohyppääjän nopeus.

Metallijohtimessa yhden elektronin nopeus on 0,1 mm sekunnissa ja sähkövirran nopeus on noin 300 000 km sekunnissa. Tämä johtuu siitä, että sähkövirta kulkee vain siellä, missä jännite kohdistetaan varautuneisiin hiukkasiin. Siksi saavutetaan suuri virran virtausnopeus.

Kun elektroneja siirretään kidehilassa, on seuraava säännöllisyys. Elektronit eivät törmää kaikkien vastaan ​​tulevien ionien kanssa, vaan vain joka kymmenes niistä. Tämä selittyy kvanttimekaniikan laeilla, jotka voidaan yksinkertaistaa seuraavasti.

Elektronien liikkumista estävät suuret ionit, jotka vastustavat. Tämä on erityisen havaittavissa, kun metalleja kuumennetaan, kun raskaat ionit "keinuvat", kasvavat kokoa ja vähentävät johtimen kidehilojen sähkönjohtavuutta. Siksi kun metalleja kuumennetaan, niiden vastus kasvaa aina. Kun lämpötila laskee, sähkönjohtavuus kasvaa. Alentamalla metallin lämpötila absoluuttiseen nollaan voidaan saavuttaa suprajohtavuuden vaikutus.