Curentul electric din circuit se manifestă întotdeauna prin o parte din acțiunea sa. Aceasta poate fi atât munca într-o anumită sarcină, cât și acțiunea însoțitoare a curentului. Astfel, prin acțiunea curentului, se poate aprecia prezența sau absența acestuia într-un circuit dat: dacă sarcina funcționează, există un curent. Dacă se observă un fenomen tipic legat de curent, există curent în circuit etc.

În general, curentul electric este capabil să provoace diverse acțiuni: termice, chimice, magnetice (electromagnetice), ușoare sau mecanice, și de multe ori apar simultan diferite tipuri de acțiuni ale curentului. Aceste fenomene și acțiuni ale curentului vor fi discutate în acest articol.

Efectul termic al curentului electric

Când un curent electric continuu sau alternativ trece printr-un conductor, conductorul se încălzește. Astfel de conductori de încălzire în diferite condiții și aplicații pot fi: metale, electroliți, plasmă, topituri de metal, semiconductori, semimetale.

În cel mai simplu caz, dacă, să zicem, un curent electric este trecut printr-un fir de nicrom, atunci se va încălzi. Acest fenomen este utilizat în dispozitivele de încălzire: în ceainice electrice, cazane, încălzitoare, sobe electrice etc. În sudarea cu arc electric, temperatura arcului electric ajunge în general la 7000 ° C, iar metalul se topește ușor - acesta este și efectul termic a curentului.

Cantitatea de căldură degajată în secțiunea circuitului depinde de tensiunea aplicată acestei secțiuni, de valoarea curentului care curge și de timpul curgerii acestuia ().

Prin transformarea legii lui Ohm pentru o secțiune a circuitului, este posibil să se utilizeze fie tensiune, fie curent pentru a calcula cantitatea de căldură, dar atunci este imperativ să se cunoască rezistența circuitului, deoarece aceasta limitează curentul și provoacă , de fapt, încălzire. Sau, cunoscând curentul și tensiunea din circuit, puteți găsi la fel de ușor cantitatea de căldură eliberată.

Acțiunea chimică a curentului electric

Electroliți care conțin ioni, sub acțiunea unui curent electric continuu - acesta este efectul chimic al curentului. Ionii negativi (anionii) sunt atrași de electrodul pozitiv (anod) în timpul electrolizei, iar ionii pozitivi (cationii) sunt atrași de electrodul negativ (catod). Adică, substanțele conținute în electrolit, în procesul de electroliză, sunt eliberate pe electrozii sursei de curent.

De exemplu, o pereche de electrozi este scufundată într-o soluție dintr-un anumit acid, alcali sau sare, iar atunci când un curent electric este trecut prin circuit, se creează o sarcină pozitivă pe un electrod și o sarcină negativă pe celălalt. Ionii continuti in solutie incep sa se depuna pe electrod cu sarcina opusa.

De exemplu, în timpul electrolizei sulfatului de cupru (CuSO4), cationii de cupru Cu2+ cu sarcină pozitivă se deplasează la un catod încărcat negativ, unde primesc sarcina lipsă și devin atomi de cupru neutri, depunându-se pe suprafața electrodului. Gruparea hidroxil -OH va ceda electroni la anod, iar oxigenul va fi eliberat ca rezultat. Cationii de hidrogen H+ încărcați pozitiv și anionii SO42- încărcați negativ vor rămâne în soluție.

Acțiunea chimică a curentului electric este utilizată în industrie, de exemplu, pentru a descompune apa în părțile ei constitutive (hidrogen și oxigen). De asemenea, electroliza vă permite să obțineți unele metale în forma lor pură. Cu ajutorul electrolizei, un strat subțire dintr-un anumit metal (nichel, crom) este acoperit la suprafață - acesta etc.

În 1832, Michael Faraday a descoperit că masa m a substanței eliberate pe electrod este direct proporțională cu sarcina electrică q care a trecut prin electrolit. Dacă un curent continuu I trece prin electrolit pentru un timp t, atunci prima lege a electrolizei a lui Faraday este valabilă:

Aici coeficientul de proporționalitate k se numește echivalentul electrochimic al substanței. Este numeric egal cu masa substanței eliberată în timpul trecerii unei singure sarcini electrice prin electrolit și depinde de natura chimică a substanței.

În prezența unui curent electric în orice conductor (solid, lichid sau gazos), în jurul conductorului se observă un câmp magnetic, adică un conductor purtător de curent capătă proprietăți magnetice.

Deci, dacă un magnet este adus la conductorul prin care curge curentul, de exemplu, sub forma unui ac de busolă magnetică, atunci săgeata se va întoarce perpendicular pe conductor, iar dacă conductorul este înfășurat pe un miez de fier și un curentul continuu trece prin conductor, miezul va deveni un electromagnet.

În 1820, Oersted a descoperit efectul magnetic al curentului asupra unui ac magnetic, iar Ampere a stabilit legile cantitative ale interacțiunii magnetice a conductorilor cu curentul.

Un câmp magnetic este întotdeauna generat de curent, adică de sarcini electrice în mișcare, în special de particule încărcate (electroni, ioni). Curenții direcționați opus se resping reciproc, curenții unidirecționali se atrag reciproc.

O astfel de interacțiune mecanică are loc datorită interacțiunii câmpurilor magnetice ale curenților, adică este, în primul rând, o interacțiune magnetică și abia apoi una mecanică. Astfel, interacțiunea magnetică a curenților este primară.

În 1831, Faraday a stabilit că un câmp magnetic în schimbare dintr-un circuit generează un curent într-un alt circuit: fem-ul generat este proporțional cu rata de schimbare a fluxului magnetic. Este logic că acțiunea magnetică a curenților este folosită până în prezent în toate transformatoarele și nu numai în electromagneți (de exemplu, în cei industriali).

În cea mai simplă formă, efectul luminos al curentului electric poate fi observat într-o lampă cu incandescență, a cărei spirală este încălzită de curentul care trece prin ea la căldură albă și emite lumină.

Pentru o lampă cu incandescență, energia luminoasă reprezintă aproximativ 5% din energia electrică furnizată, restul de 95% din care este transformată în căldură.

Lămpile fluorescente transformă mai eficient energia curentă în lumină - până la 20% din electricitate este transformată în lumină vizibilă datorită fosforului, care se primește dintr-o descărcare electrică în vapori de mercur sau într-un gaz inert precum neonul.

Efectul luminos al curentului electric este realizat mai eficient în diodele emițătoare de lumină. Când un curent electric trece prin joncțiunea p-n în direcția înainte, purtătorii de sarcină - electroni și găuri - se recombină cu emisia de fotoni (datorită trecerii electronilor de la un nivel de energie la altul).

Cei mai buni emițători de lumină sunt semiconductori cu decalaj direct (adică cei care permit tranziții optice directe de bandă la bandă), cum ar fi GaAs, InP, ZnSe sau CdTe. Variind compoziția semiconductorilor, este posibil să se creeze LED-uri pentru toate lungimile de undă posibile de la ultraviolet (GaN) până la infraroșu mediu (PbS). Eficiența unui LED ca sursă de lumină atinge în medie 50%.

După cum sa menționat mai sus, fiecare conductor prin care curge un curent electric se formează în jurul său. Acțiunile magnetice sunt transformate în mișcare, de exemplu, în motoare electrice, în dispozitive magnetice de ridicare, în supape magnetice, în relee etc.

Acțiunea mecanică a unui curent asupra altuia descrie legea lui Ampère. Această lege a fost stabilită pentru prima dată de André Marie Ampère în 1820 pentru curent continuu. Din aceasta rezultă că conductoarele paralele cu curenți electrici care circulă într-o direcție se atrag, iar în direcții opuse se resping.

Legea lui Ampère se mai numește și legea care determină forța cu care acționează un câmp magnetic asupra unui segment mic al unui conductor purtător de curent. Forța cu care acționează câmpul magnetic asupra unui element conductor cu curent într-un câmp magnetic este direct proporțională cu curentul din conductor și produsul vectorial dintre elementul de lungime a conductorului și inducția magnetică.

Se bazează pe acest principiu, în care rotorul joacă rolul unui cadru cu curent, orientat în câmpul magnetic extern al statorului cu un cuplu M.