Inducția electromagnetică a fost descoperită de Michael Faraday în 1831. El a descoperit că forța electromotoare care apare într-un circuit conductor închis este proporțională cu rata de schimbare a fluxului magnetic prin suprafața delimitată de acest circuit. Mărimea EMF nu depinde de ceea ce cauzează modificarea fluxului, modificarea câmpului magnetic în sine sau mișcarea circuitului (sau a unei părți a acestuia) în câmpul magnetic. Curentul electric cauzat de acest EMF se numește curent de inducție.

Legea lui Faraday Conform legii lui Faraday a inducției electromagnetice, forța electromotoare care acționează de-a lungul unui circuit ales în mod arbitrar Semnul minus din formulă reflectă regula Lenz, numită după fizicianul rus E. Kh. Lenz: Curentul de inducție care apare într-un conducător închis. circuitul are o astfel de direcție, încât câmpul magnetic pe care îl creează se opune modificării fluxului magnetic care a cauzat curentul.

Flux magnetic Într-un câmp magnetic uniform, al cărui modul al vectorului de inducție este egal cu B, se plasează un contur plat închis al ariei S. Normala n la planul conturului formează un unghi a cu direcția magneticului. vector de inducție B (vezi Fig. 1). Fluxul magnetic prin suprafaţă se numeşte valoarea Ф, determinată de relaţia: Ф = В·S·cos a. Unitatea de măsură a fluxului magnetic în sistemele SI este 1 Weber (1 Wb).

EMF de inducție într-un conductor în mișcare Fie ca un conductor de lungime L să se miște cu o viteză V într-un câmp magnetic uniform, traversând liniile de forță. Sarcinile din conductor se mișcă împreună cu conductorul. O sarcină care se mișcă într-un câmp magnetic este afectată de forța Lorentz. Electronii liberi sunt deplasați la un capăt al conductorului, iar sarcinile pozitive necompensate rămân la celălalt capăt. Apare o diferență de potențial, care este emf de inducție ei. Valoarea acestuia poate fi determinată prin calculul muncii efectuate de forța Lorentz atunci când sarcina se deplasează de-a lungul conductorului: ei = A/q = F L/q. Aceasta implică faptul că ei = B·V·L·sin a.

Auto-inducție Auto-inducția este un caz special al diferitelor manifestări ale inducției electromagnetice. Luați în considerare un circuit conectat la o sursă de curent (Fig. 6). Prin circuit trece un curent electric I. Acest curent creează un câmp magnetic în spațiul înconjurător. Ca urmare, circuitul este pătruns cu propriul flux magnetic Ф. Este evident că propriul flux magnetic este proporțional cu curentul din circuitul care a creat câmpul magnetic: Ф = L·I. Factorul de proporționalitate L se numește inductanță de buclă. Inductanța depinde de dimensiunea, forma conductorului, proprietățile magnetice ale mediului. Unitatea SI pentru inductanță este 1 Henry (H). Dacă curentul din circuit se modifică, atunci se modifică și fluxul magnetic intrinsec Fc. O modificare a valorii lui Fs duce la apariția unei inducție EMF în circuit. Acest fenomen se numește auto-inducție, iar valoarea corespunzătoare este EMF de auto-inducție eiс. Din legea inducției electromagnetice rezultă că eiс = dФс/dt. Dacă L = const, atunci eiс= - L·dI/dt.

Transformator Un transformator este un dispozitiv electromagnetic static cu două (sau mai multe) înfășurări, cel mai adesea conceput pentru a converti curentul alternativ al unei tensiuni în curent alternativ al unei alte tensiuni. Transformarea energiei în transformator se realizează printr-un câmp magnetic alternativ. Transformatoarele sunt utilizate pe scară largă în transmiterea energiei electrice pe distanțe lungi, distribuția acesteia între receptoare, precum și în diverse dispozitive de redresare, amplificare, semnalizare și alte dispozitive.

Transformatoare de putere Transformatoarele de putere convertesc curentul alternativ al unei tensiuni în curent alternativ al unei alte tensiuni pentru a furniza energie electrică consumatorilor. În funcție de scop, acestea pot fi de ridicare sau coborâre. În rețelele de distribuție, de regulă, se folosesc transformatoare descendente trifazate cu două înfășurări, care convertesc tensiunea de 6 și 10 kV la o tensiune de 0,4 kV.

Transformator de curent Transformatorul de curent este un dispozitiv auxiliar în care curentul secundar este practic proporțional cu curentul primar și este conceput pentru a conecta instrumente de măsură și relee la circuitele de curent alternativ. Transformatoarele de curent sunt utilizate pentru a converti curentul de orice valoare și tensiune într-un curent care este convenabil pentru măsurarea cu instrumente standard (5 A), alimentarea înfășurărilor releului de curent, deconectarea dispozitivelor, precum și pentru izolarea dispozitivelor și a personalului acestora de la tensiune înaltă.

Transformatoare de tensiune de măsurare Transformatoarele de tensiune de măsurare sunt transformatoare intermediare prin care instrumentele de măsură sunt pornite la tensiuni înalte.Din acest motiv, instrumentele de măsură sunt izolate de rețea, ceea ce face posibilă utilizarea instrumentelor standard (cu recalibrarea scalei lor) și astfel se extinde limitele tensiunilor măsurate. Transformatoarele de tensiune sunt utilizate atât pentru măsurarea tensiunii, puterii, energiei, cât și pentru alimentarea circuitelor de automatizare, alarme și releu de protecție a liniilor de alimentare împotriva defecțiunilor la pământ. În unele cazuri, transformatoarele de tensiune pot fi utilizate ca transformatoare de putere reduse de putere redusă sau ca transformatoare de testare crescătoare (pentru testarea izolației dispozitivelor electrice)

Clasificarea transformatoarelor de tensiune Transformatoarele de tensiune diferă: a) prin numărul de faze, monofazate și trifazate; b) după numărul de înfăşurări, în două şi trei înfăşurări; c) în funcție de clasa de precizie, adică în funcție de valorile de eroare admise; d) după metoda de răcire, transformatoare cu răcire cu ulei (ulei), cu răcire naturală cu aer (rășină uscată și turnată); e) după tipul de instalație pentru instalație interioară, pentru instalație exterioară și pentru tablouri complete (KRU)

Clasificarea transformatoarelor de curent Transformatoarele de curent sunt clasificate după diverse criterii: 1. După scop, transformatoarele de curent pot fi împărțite în de măsurare, de protecție, intermediare (pentru includerea instrumentelor de măsură în circuitele de curent de protecție cu relee, pentru egalizarea curenților în circuitele de protecție diferențială etc. .) și de laborator (precizie mare, precum și cu multe rapoarte de transformare). 2. După tipul de instalaţie, transformatoarele de curent se disting: a) pentru instalaţii în exterior (în tablouri deschise); b) pentru instalare în interior; c) încorporate în aparate și mașini electrice: întrerupătoare, transformatoare, generatoare etc.; d) scrisoarea de trăsură purtată deasupra izolatorului bucșei (de exemplu, pe bucșa de înaltă tensiune a unui transformator de putere); e) portabil (pentru măsurători de control și teste de laborator). 3. După proiectarea înfășurării primare, transformatoarele de curent se împart în: a) multi-spire (bobină, cu o înfășurare de buclă și cu o înfășurare cu opt); b) cu o singură tură (tijă); c) anvelope.

4. După modul de instalare, transformatoarele de curent pentru instalaţii interioare şi exterioare se împart în: a) prin; b) sprijin. 5. În funcție de performanța de izolare, transformatoarele de curent pot fi împărțite în grupe: a) cu izolație uscată (porțelan, bachelit, izolație epoxidica turnată etc.); b) cu izolație hârtie-ulei și cu izolație hârtie-ulei de condensator; c) cu umplutură compusă. 6. După numărul de trepte de transformare există transformatoare de curent: a) monoetajată; b) în două etape (în cascadă). 7. După tensiunea de lucru, transformatoarele se disting: a) pentru o tensiune nominală peste 1000 V; b) pentru tensiune nominală de până la 1000 V.

Generatoare de energie electrică Curentul electric este generat în generatoare - dispozitive care transformă energia de o formă sau alta în energie electrică. Generatoarele includ celule galvanice, mașini electrostatice, termobaterii, panouri solare etc. Domeniul de aplicare al fiecăruia dintre tipurile enumerate de generatoare de energie electrică este determinat de caracteristicile acestora. Deci, mașinile electrostatice creează o diferență mare de potențial, dar nu pot crea niciun curent semnificativ în circuit. Celulele galvanice pot da un curent mare, dar durata acțiunii lor este scurtă. Rolul predominant în timpul nostru îl au alternatoarele electromecanice cu inducție. Aceste generatoare transformă energia mecanică în energie electrică. Acțiunea lor se bazează pe fenomenul de inducție electromagnetică. Astfel de generatoare au un dispozitiv relativ simplu și fac posibilă obținerea de curenți mari la o tensiune suficient de mare.

Alternator Alternatorul (alternatorul) este un dispozitiv electromecanic care convertește energia mecanică în energie electrică AC. Generatoarele includ celule galvanice, mașini electrostatice, termobaterii, panouri solare etc. Domeniul de aplicare al fiecăruia dintre tipurile enumerate de generatoare de energie electrică este determinat de caracteristicile acestora. Deci, mașinile electrostatice creează o diferență mare de potențial, dar nu pot crea niciun curent semnificativ în circuit.

Testul 11-1 (inducție electromagnetică)

Opțiunea 1

1. Cine a descoperit fenomenul inducției electromagnetice?

A. X. Oersted. B. Sh. Coulomb. V. A. Volta. G. A. Ampere. D. M. Faraday. E . D. Maxwell.

2. Cablurile bobinei de sârmă de cupru sunt conectate la un galvanometru sensibil. În care dintre următoarele experimente va detecta galvanometrul apariția FEM de inducție electromagnetică în bobină?

Magnetul permanent este scos din bobină.

Magnetul permanent se rotește în jurul axei sale longitudinale în interiorul bobinei.

A. Numai în cazul 1. B. Numai în cazul 2. C. Numai în cazul 3. D. În cazurile 1 și 2. E. În cazurile 1, 2 și 3.

3. Cum se numește mărimea fizică egală cu produsul dintre modulul B al inducției câmpului magnetic și aria S a suprafeței pătrunse de câmpul magnetic și cosinusul
unghiul a dintre vectorul de inducție B și normala n la această suprafață?

A. Inductanţă. B. Fluxul magnetic. B. Inducția magnetică. D. Auto-inducere. D. Energia câmpului magnetic.

4. Care dintre următoarele expresii determină EMF de inducție într-un circuit închis?

A. B. ÎN. G. D.

5. Când un magnet de bară este împins într-un inel metalic și în afara acestuia, în inel apare un curent de inducție. Acest curent creează un câmp magnetic. Care pol se află în fața câmpului magnetic al curentului din inel către: 1) polul nord retractabil al magnetului și 2) polul nord retractabil al magnetului.

6. Cum se numește unitatea de măsură a fluxului magnetic?

7. Unitatea a cărei mărime fizică este 1 Henry?

A. Inducerea câmpului magnetic. B. Electricitate. B. Auto-inducere. G. Fluxul magnetic. D. Inductanţă.

8. Ce expresie determină relația fluxului magnetic prin circuit cu inductanța L circuitul și puterea curentului euîntr-o buclă?

A. LI . B. . ÎN. LI ‘ . G. LI 2 . D. .

9. Ce expresie determină relația dintre EMF de auto-inducție și curentul din bobină?

A. B . ÎN . LI . G . . D. LI ‘ .

10. Proprietățile diferitelor câmpuri sunt enumerate mai jos. Care dintre ele are un câmp electrostatic?

Liniile de câmp nu sunt conectate cu sarcini electrice.

Câmpul are energie.

Câmpul nu are energie.

A. 1, 4, 6. B. 1, 3, 5. ÎN. 1, 3, 6. G. 2, 3, 5. D. 2, 3, 6. E. 2, 4, 6.

11. Un circuit cu o suprafață de 1000 cm 2 se află într-un câmp magnetic uniform cu o inducție de 0,5 T, unghiul dintre vector ÎN

A. 250 Wb. B. 1000 Wb. ÎN. 0,1 Wb. G. 2,5 · 10 -2 Wb. D. 2,5 Wb.

12. Care este puterea curentului într-un circuit cu o inductanță de 5 mH care creează un flux magnetic 2· 10 -2 Wb?

A. 4 mA. B. 4 A. C. 250 A. G. 250 mA. D. 0,1 A. E. 0,1 mA.

13. Fluxul magnetic prin circuit timp de 5 · 10 -2 s a scăzut uniform de la 10 mWb la 0 mWb. Care este valoarea EMF în circuit în acest moment?

A. 5 · 10 -4 V. B. 0,1 V. V. 0,2 V. G. 0,4 V. D. 1 V. E. 2 V.

14. Care este valoarea energiei câmpului magnetic al unei bobine cu o inductanță de 5 Gn la o putere de curent de 400 mA în ea?

A. 2 J. B. 1 J. W. 0,8 J. D. 0,4 J. D. 1000 J. E. 4 10 5 J.

15. O bobină care conține n spire de fir este conectată la o sursă de curent continuu cu tensiune U la iesire. Care este valoarea maximă a EMF de auto-inducție în bobină atunci când tensiunea la capete crește de la 0 V la UÎN?

A , U V, B. nU V.V. U /P U ,

16. Două lămpi identice sunt conectate la un circuit sursă de curent continuu, prima în serie cu un rezistor, a doua în serie cu o bobină. În care dintre lămpi (Fig. 1), când cheia K este închisă, curentul va atinge valoarea maximă mai târziu decât cealaltă?

A. În primul. B. În al doilea. B. În primul și al doilea în același timp. D. În primul, dacă rezistența rezistorului este mai mare decât rezistența bobinei. D. În al doilea, dacă rezistența bobinei este mai mare decât rezistența rezistenței.

17. O bobină cu o inductanță de 2 H este conectată în paralel cu un rezistor cu o rezistență electrică de 900 ohmi, curentul în bobină este de 0,5 A, rezistența electrică a bobinei este de 100 ohmi. Ce sarcină electrică va curge în circuitele bobinei și rezistoare atunci când acestea sunt deconectate de la sursa de curent (Fig. 2)?

A. 4000 C. B. 1000 C. V. 250 C. G. 1 10 -2 Cl. D. 1,1 10 -3 Cl. E. 1 10 -3 Cl.

18. Un avion zboară cu o viteză de 900 km/h, modulul componentei verticale a vectorului de inducție a câmpului magnetic al Pământului este 4 10 5 T. Care este diferența de potențial dintre capetele aripilor unui avion dacă anvergura aripilor este de 50 m?

A. 1,8 V. B. 0,9 V. C. 0,5 V. D. 0,25 V.

19. Care ar trebui să fie puterea curentului în înfășurarea armăturii unui motor electric, astfel încât o forță de 120 N să acționeze asupra unei secțiuni de înfășurare de 20 de spire lungi de 10 cm, situată perpendicular pe vectorul de inducție într-un câmp magnetic cu o inducție de 1,5 T ?

A. 90 A. B. 40 A. C. 0,9 A. D. 0,4 A.

20. Ce forță trebuie aplicată unui jumper metalic pentru deplasarea sa uniformă cu o viteză de 8 m/s de-a lungul a doi conductori paraleli aflați la o distanță de 25 cm unul de celălalt într-un câmp magnetic uniform cu o inducție de 2 T? Vectorul de inducție este perpendicular pe planul în care sunt situate șinele. Conductoarele sunt închise de un rezistor cu o rezistență electrică de 2 ohmi.

A. 10000 N. B. 400 N. C. 200 N. D. 4 N. D. 2 N. E. 1 N.

Testul 11-1 (inducție electromagnetică)

Opțiunea 2

1. Cum se numește fenomenul de apariție a unui curent electric într-un circuit închis când se modifică fluxul magnetic prin circuit?

A. Inducția electrostatică. B. Fenomenul de magnetizare. B. Puterea lui Ampere. D. forţa Lorentz. D. Electroliza. E. Inducția electromagnetică.

2. Cablurile bobinei de sârmă de cupru sunt conectate la un galvanometru sensibil. În care dintre următoarele experimente va detecta galvanometrul apariția FEM de inducție electromagnetică în bobină?

Un magnet permanent este introdus în bobină.

Bobina este pusă pe un magnet.

3) Bobina se rotește în jurul unui magnet situat
înăuntrul ei.

A. În cazurile 1, 2 și 3. B. În cazurile 1 și 2. C. Numai în cazul 1. D. Numai în cazul 2. E. Numai în cazul 3.

3. Care dintre următoarele expresii determină fluxul magnetic?

A. BScos A. B. . ÎN. qvBsin A. G. qvBI. D. IBlsina .

4. Ce exprimă următoarea afirmație: EMF de inducție într-o buclă închisă este proporțională cu viteza de modificare a fluxului magnetic prin suprafața delimitată de buclă?

A. Legea inducției electromagnetice. B. regula lui Lenz. B. Legea lui Ohm pentru un circuit complet. D. Fenomenul de autoinducere. D. Legea electrolizei.

5. Când un magnet de bară este împins într-un inel metalic și în afara acestuia, în inel apare un curent de inducție. Acest curent creează un câmp magnetic. Care pol se află în fața câmpului magnetic al curentului din inel către: 1) polul sudic retractabil al magnetului și 2) polul sud retractabil al magnetului.

A. 1 - nordic, 2 - nordic. B. 1 - sudic, 2 - sudic.

B. 1 - sud, 2 - nord. G. 1 - nordic, 2 - sudic.

6. Unitatea a cărei mărime fizică este 1 Weber?

A. Inducerea câmpului magnetic. B. Electricitate. B. Auto-inducere. G. Fluxul magnetic. D. Inductanţă.

7. Care este numele unității de măsură pentru inductanță?

A. Tesla. B. Weber. W. Gauss. G. Farad. D. Henry.

8. Ce expresie determină relația dintre energia fluxului magnetic din circuit și inductanță L circuitul și puterea curentului euîntr-o buclă?

A . . B . . ÎN . LI 2 , G . LI ‘ . D . L.I.

9. Care este mărimea fizică X este definit de expresia x= pentru bobină P se întoarce .

A. Inducerea CEM. B. Fluxul magnetic. B. Inductanţă. G. EMF de autoinducere. D. Energia câmpului magnetic. E. Inducția magnetică.

10. Proprietățile diferitelor câmpuri sunt enumerate mai jos. Pe care dintre ele are un câmp electric de inducție vortex?

Liniile de tensiune sunt în mod necesar conectate cu sarcini electrice.

Liniile de tensiune nu sunt conectate cu sarcini electrice.

Câmpul are energie.

Câmpul nu are energie.

Lucrarea forțelor pentru a deplasa o sarcină electrică de-a lungul unei căi închise poate să nu fie egală cu zero.

Lucrul forțelor în deplasarea unei sarcini electrice de-a lungul oricărei căi închise este zero.

A. 1, 4, 6. B. 1, 3, 5. C. 1, 3, c. D. 2, 3, 5. D. 2, 3, 6. E. 2, 4, 6.

11. Un circuit cu o suprafață de 200 cm 2 se află într-un câmp magnetic uniform cu o inducție de 0,5 T, unghiul dintre vector ÎN inducție și normala la suprafața conturului este de 60°. Care este fluxul magnetic prin buclă?

A. 50 Wb. B. 2 10 -2 Wb. B. 5 10 -3 Wb. G. 200 Wb. D. 5 Wb.

12. Un curent de 4 A creează un flux magnetic de 20 mW în circuit.Care este inductanța circuitului?

A. 5 Dl. B. 5 mH. B. 80 Gn. D. 80 mH. D. 0,2 Gn. E. 200 Gn.

13. Fluxul magnetic prin circuit a scăzut uniform de la 10 mWb la 0 mWb în 0,5 s. Care este valoarea EMF în circuit în acest moment?

A. 5 10 -3 V. B. 5 V. V. 10 V. D. 20 V. D. 0,02 V. E. 0,01 V.

14. Care este valoarea energiei câmpului magnetic al unei bobine cu o inductanță de 500 mH la o putere de curent de 4 A în ea?

A. 2 J. B. 1 J. W. 8 J. D. 4 J. D. 1000 J. E. 4000 J.

15. Bobina ce contine P spire de fir, conectate la o sursă de curent continuu cu tensiune U la iesire. Care este valoarea maximă a EMF de autoinducție în bobină atunci când tensiunea la capete scade de la U V la 0 V?

A. U V. B. nU V.V. U / n V. G. Poate fi de multe ori mai mult U , depinde de viteza de schimbare a curentului și de inductanța bobinei.

16. În circuitul electric prezentat în Figura 1, patru chei 1, 2, 3 Și 4 închis. Deschiderea căruia dintre cele patru va oferi cea mai bună oportunitate de a detecta fenomenul de auto-inducție?

A. 1. B. 2. V. 3. G. 4. D. Oricare dintre cele patru.

17. O bobină cu o inductanță de 2 H este conectată în paralel cu un rezistor cu o rezistență electrică de 100 ohmi, curentul în bobină este de 0,5 A, rezistența electrică a bobinei este de 900 ohmi. Ce sarcină electrică va curge în circuitele bobinei și rezistoare atunci când acestea sunt deconectate de la sursa de curent (Fig. 2)?

A. 4000 C. B. 1000 C. V. 250 C. G. 1 10 -2 Cl. D. 1,1 10 -3 Cl. E. 1 10 -3 Cl.

18. Un avion zboară cu o viteză de 1800 km/h, modulul componentei verticale a vectorului de inducție a câmpului magnetic al Pământului este de 4 10 -5 T. Care este diferența de potențial dintre capetele aripilor unui avion dacă anvergura aripilor este de 25 m?

A. 1,8 V. B. 0,5 V. V. 0,9 V. D. 0,25 V.

19. Cadru pătratS Cu actualeu asezat in magnetic câmp cu inducțieÎN . Care este momentul forței care acționează asupra cadrului dacă unghiul dintre vectorÎN iar normalul cadrului este a?

A. IBS păcat a. B. IBS.ÎN. IBS ca a. G. eu 2 BS păcat a. D. eu 2 BS ca a. .

Opțiunea 2

Sunt cunoscute mai multe tipuri de fenomenul curentului electric, care diferă în funcție de tipul de substanță în care se produce în condiții adecvate.

Conductivitatea electrică este capacitatea unei substanțe de a conduce un curent electric.

Toate substanțele sunt împărțite în trei clase: conductori, semiconductori și dielectrici. Conductorii sunt de primul și al doilea fel: la conductoarele de primul fel (metale), curentul este creat de electroni și conductivitatea se numește electronică, în conductoarele de al doilea fel (soluții de săruri, acizi, alcalii), curentul este creat de ioni.

Fenomenul de mișcare direcționată a purtătorilor liberi de sarcină electrică în materie sau în vid se numește curent de conducere.

Intensitatea curentului electric este estimată printr-o mărime fizică numită puterea curentului electric. Mărimea curentului de conducere este determinată de sarcina electrică a tuturor particulelor care trec prin secțiunea transversală a conductorului pe unitate de timp:

În calculele practice, se utilizează conceptul de densitate a curentului electric (determinat numeric de raportul dintre puterea curentului și aria secțiunii transversale a conductorului):

;

Experimentele au stabilit că intensitatea curentului electric este proporțională cu puterea câmpului electric și depinde de proprietățile substanței conductoare. Dependența curentului de proprietățile unei substanțe se numește conductivitate, iar reciproca acestuia se numește rezistență.

;

G – conductivitate;

R= 1\ G - rezistenta;

Rezistenta depinde de temperatura: ;

α este coeficientul de temperatură al rezistenței.

Semiconductorii ocupă o poziție intermediară între conductori și dielectrici, moleculele lor sunt legate prin legături covalente. Aceste legături pot fi distruse în anumite condiții: adăugăm fie o impuritate de electroni, fie o impuritate de ioni pozitivi, iar apoi devine posibil să obținem conductivitate electronică sau orificiu. Pentru a furniza curent într-un semiconductor, este necesar să se aplice o diferență de potențial.

Conductivitatea electrică a dielectricilor este practic nulă datorită legăturilor foarte puternice dintre electroni și nucleu. Dacă un dielectric este plasat într-un câmp electric extern, polarizarea atomilor are loc datorită deplasării sarcinilor pozitive într-o direcție, a sarcinilor negative în cealaltă. Cu un câmp electric extern foarte puternic, atomii pot fi sparți și are loc un curent de defalcare.

Pe lângă curentul de conducție, există și un curent de deplasare. Curentul de deplasare se datorează modificării vectorului intensității câmpului electric în timp.

Curentul electric poate circula doar într-un sistem închis.

Tema 1.2 Circuite electrice simple și complexe

Un circuit electric este un ansamblu de dispozitive și obiecte care asigură fluxul de curent electric de la o sursă la un consumator..

Un element al unui circuit electric este un obiect sau un dispozitiv separat. Elementele principale ale circuitului electric sunt: ​​o sursă de energie electrică, consumatori, dispozitive pentru transmiterea energiei electrice. ÎN surse de energie electrică are loc o transformare a diferitelor tipuri de energie neelectrică în energie electrică. ÎN consumatori energia electrică este transformată în căldură, lumină și alte forme neelectrice de energie. Liniile electrice sunt dispozitive pentru transferul energiei electrice de la surse la consumatori. Toate elementele principale ale circuitelor electrice au rezistență electrică și afectează cantitatea de curent din circuitul electric.

Pe lângă elementele principale, circuitele electrice conțin elemente auxiliare: sigurante, întrerupătoare cu cuțit, întrerupătoare, dispozitive de măsurare și multe altele.

Se numeste circuitul electric simplu dacă constă dintr-o buclă închisă. Se numeste circuitul electric dificil(ramificată) dacă este format din mai multe contururi închise.

Încărcare în mișcare. Poate lua forma unei descărcări bruște de electricitate statică, cum ar fi fulgerul. Sau ar putea fi un proces controlat în generatoare, baterii, solare sau celule de combustibil. Astăzi vom lua în considerare însuși conceptul de „curent electric” și condițiile pentru existența unui curent electric.

Energie electrica

Cea mai mare parte a energiei electrice pe care o folosim vine sub formă de curent alternativ din rețeaua electrică. Este creat de generatoare care funcționează conform legii lui Faraday a inducției, datorită căreia un câmp magnetic în schimbare poate induce un curent electric într-un conductor.

Generatoarele au bobine de sârmă care trec prin câmpuri magnetice în timp ce se învârt. Pe măsură ce bobinele se rotesc, ele se deschid și se închid în raport cu câmpul magnetic și creează un curent electric care își schimbă direcția cu fiecare rotire. Curentul trece printr-un ciclu complet înainte și înapoi de 60 de ori pe secundă.

Generatoarele pot fi alimentate de turbine cu abur încălzite cu cărbune, gaz natural, petrol sau un reactor nuclear. De la generator, curentul trece printr-o serie de transformatoare, unde tensiunea acestuia crește. Diametrul firelor determină cantitatea și puterea curentului pe care îl pot transporta fără supraîncălzire și risipă de energie, iar tensiunea este limitată doar de cât de bine sunt izolate liniile de pământ.

Este interesant de observat că curentul este transportat de un singur fir, nu de două. Cele două părți ale sale sunt desemnate ca pozitive și negative. Cu toate acestea, deoarece polaritatea curentului alternativ se schimbă de 60 de ori pe secundă, ele au alte denumiri - fierbinți (linii electrice principale) și împământate (trece în subteran pentru a finaliza circuitul).

De ce este nevoie de electricitate?

Există multe utilizări pentru electricitate: vă poate lumina casa, vă poate spăla și usca hainele, vă poate ridica ușa garajului, poate fierbe apa într-un ceainic și poate alimenta alte articole de uz casnic care ne ușurează viața. Cu toate acestea, capacitatea curentului de a transmite informații devine din ce în ce mai importantă.

Când este conectat la Internet, un computer folosește doar o mică parte din curentul electric, dar acesta este ceva fără de care o persoană modernă nu își poate imagina viața.

Conceptul de curent electric

Ca un curent de râu, un curent de molecule de apă, un curent electric este un curent de particule încărcate. Ce o provoacă și de ce nu merge întotdeauna în aceeași direcție? Când auzi cuvântul curgând, la ce te gândești? Poate că va fi un râu. Este o asociere bună, pentru că acesta este motivul pentru care curentul electric și-a luat numele. Este foarte asemănător cu fluxul de apă, doar în loc de moleculele de apă care se mișcă de-a lungul canalului, particulele încărcate se deplasează de-a lungul conductorului.

Printre condițiile necesare pentru existența unui curent electric, există un articol care prevede prezența electronilor. Atomii dintr-un material conductiv au multe dintre aceste particule încărcate libere care plutesc în jurul și între atomi. Mișcarea lor este aleatorie, deci nu există flux în nicio direcție dată. Ce este nevoie pentru ca un curent electric să existe?

Condițiile pentru existența curentului electric includ prezența tensiunii. Când este aplicat pe un conductor, toți electronii liberi se vor mișca în aceeași direcție, creând un curent.

Curios despre curentul electric

Interesant este că atunci când energia electrică este transmisă printr-un conductor la viteza luminii, electronii înșiși se mișcă mult mai încet. De fapt, dacă ai merge pe îndelete lângă un fir conductor, viteza ta ar fi de 100 de ori mai mare decât se mișcă electronii. Acest lucru se datorează faptului că nu au nevoie să parcurgă distanțe uriașe pentru a-și transfera energie unul altuia.

Curent continuu și alternativ

Astăzi, două tipuri diferite de curent sunt utilizate pe scară largă - direct și alternativ. În prima, electronii se mișcă într-o direcție, din partea „negativă” în partea „pozitivă”. Curentul alternativ împinge electronii înainte și înapoi, schimbând direcția fluxului de câteva ori pe secundă.

Generatoarele utilizate în centralele electrice pentru a produce energie electrică sunt proiectate pentru a produce curent alternativ. Probabil că nu ai observat niciodată că lumina din casa ta pâlpâie pe măsură ce direcția curentă se schimbă, dar se întâmplă prea repede pentru ca ochii să o recunoască.

Care sunt condițiile de existență a curentului electric continuu? De ce avem nevoie de ambele tipuri și care dintre ele este mai bună? Acestea sunt întrebări bune. Faptul că încă folosim ambele tipuri de curent sugerează că ambele servesc unor scopuri specifice. Încă din secolul al XIX-lea, era clar că transmiterea eficientă a puterii pe distanțe lungi între o centrală electrică și o casă era posibilă doar la tensiuni foarte înalte. Dar problema era că trimiterea unei tensiuni foarte înalte era extrem de periculoasă pentru oameni.

Soluția la această problemă a fost reducerea stresului din afara casei înainte de a o trimite înăuntru. Până în prezent, curentul electric continuu este utilizat pentru transmiterea pe distanțe lungi, în principal datorită capacității sale de a se converti cu ușurință la alte tensiuni.

Cum funcționează curentul electric

Condițiile pentru existența unui curent electric includ prezența particulelor încărcate, un conductor și tensiune. Mulți oameni de știință au studiat electricitatea și au descoperit că există două tipuri de ea: statică și curentă.

Este al doilea care joacă un rol imens în viața de zi cu zi a oricărei persoane, deoarece este un curent electric care trece prin circuit. Îl folosim zilnic pentru a ne alimenta casele și nu numai.

Ce este curentul electric?

Când sarcinile electrice circulă într-un circuit dintr-un loc în altul, se generează un curent electric. Condițiile pentru existența unui curent electric includ, pe lângă particulele încărcate, prezența unui conductor. Cel mai adesea este un fir. Circuitul său este un circuit închis în care curentul curge de la o sursă de energie. Când circuitul este deschis, el nu poate finaliza călătoria. De exemplu, când lumina din camera ta este stinsă, circuitul este deschis, dar când circuitul este închis, lumina este aprinsă.

Puterea curentă

Condițiile de existență a unui curent electric într-un conductor sunt foarte influențate de o astfel de caracteristică de tensiune precum puterea. Aceasta este o măsură a câtă energie este utilizată într-o anumită perioadă de timp.

Există multe unități diferite care pot fi folosite pentru a exprima această caracteristică. Cu toate acestea, puterea electrică este aproape măsurată în wați. Un watt este egal cu un joule pe secundă.

Sarcina electrica in miscare

Care sunt condițiile pentru existența unui curent electric? Poate lua forma unei descărcări bruște de electricitate statică, cum ar fi un fulger sau o scânteie de la frecarea cu o cârpă de lână. Mai des, însă, când vorbim despre curent electric, ne referim la o formă mai controlată de electricitate care face ca luminile și aparatele să funcționeze. Cea mai mare parte a sarcinii electrice este transportată de electronii negativi și protonii pozitivi din atom. Cu toate acestea, acestea din urmă sunt în mare parte imobilizate în interiorul nucleelor ​​atomice, astfel încât munca de transfer a sarcinii dintr-un loc în altul este făcută de electroni.

Electronii dintr-un material conductiv, cum ar fi un metal, sunt în mare măsură liberi să se miște de la un atom la altul de-a lungul benzilor lor de conducție, care sunt orbitele superioare ale electronilor. O forță sau o tensiune electromotoare suficientă creează un dezechilibru de sarcină care poate determina deplasarea electronilor printr-un conductor sub forma unui curent electric.

Dacă facem o analogie cu apa, atunci luăm, de exemplu, o țeavă. Când deschidem o supapă la un capăt pentru a lăsa apa să intre în țeavă, nu trebuie să așteptăm ca acea apă să funcționeze până la capătul țevii. Primim apă la celălalt capăt aproape instantaneu, deoarece apa care intră împinge apa care este deja în conductă. Așa se întâmplă în cazul unui curent electric într-un fir.

Curentul electric: condițiile de existență a unui curent electric

Curentul electric este de obicei privit ca un flux de electroni. Atunci când cele două capete ale bateriei sunt conectate între ele cu un fir metalic, această masă încărcată trece prin fir de la un capăt (electrod sau pol) al bateriei în cel opus. Deci, să numim condițiile pentru existența unui curent electric:

1. particule încărcate.
2. Conductor.
3. Sursa de tensiune.

Cu toate acestea, nu toate sunt atât de simple. Ce condiții sunt necesare pentru existența unui curent electric? La această întrebare se poate răspunde mai detaliat luând în considerare următoarele caracteristici:

• Diferența de potențial (tensiune). Aceasta este una dintre condițiile prealabile. Între cele 2 puncte trebuie să existe o diferență de potențial, ceea ce înseamnă că forța de respingere care este creată de particulele încărcate într-un loc trebuie să fie mai mare decât forța lor în alt punct. Sursele de tensiune, de regulă, nu apar în natură, iar electronii sunt distribuiți destul de uniform în mediu. Cu toate acestea, oamenii de știință au reușit să inventeze anumite tipuri de dispozitive în care aceste particule încărcate se pot acumula, creând astfel tensiunea foarte necesară (de exemplu, în baterii).
• Rezistenta electrica (conductor). Aceasta este a doua condiție importantă care este necesară pentru existența unui curent electric. Aceasta este calea pe care parcurg particulele încărcate. Doar acele materiale care permit electronilor să se miște liber acționează ca conductori. Cei care nu au această capacitate se numesc izolatori. De exemplu, un fir metalic va fi un conductor excelent, în timp ce mantaua sa de cauciuc va fi un izolator excelent.

După ce au studiat cu atenție condițiile de apariție și existență a curentului electric, oamenii au putut să îmblânzească acest element puternic și periculos și să-l direcționeze în beneficiul omenirii.

Fenomenul de apariție a unui curent electric într-un circuit conductor închis cu o modificare a fluxului magnetic acoperit de acest circuit se numește inducție electromagnetică.

A fost descoperit de Joseph Henry (observații făcute în 1830, rezultate publicate în 1832) și Michael Faraday (observații făcute și rezultate publicate în 1831).

Experimentele lui Faraday au fost realizate cu două bobine introduse una în alta (bobina exterioară este conectată permanent la ampermetru, iar cea interioară, printr-o cheie, la baterie). Se observă curentul de inducție în bobina exterioară:

A

V

b

La închiderea și deschiderea circuitului bobinei interioare, care este staționară față de cea exterioară (Fig. a);

La deplasarea bobinei interioare cu curent continuu față de cea exterioară (Fig. b);

Când se deplasează în raport cu bobina exterioară a unui magnet permanent (Fig. c).

Faraday a arătat că în toate cazurile de apariție a unui curent de inducție într-o bobină externă, fluxul magnetic prin aceasta se modifică. Pe fig. bobina exterioară este reprezentată ca o singură tură. În primul caz (Fig. a), când circuitul este închis, un curent trece prin bobina interioară, apare un câmp magnetic (se modifică) și, în consecință, un flux magnetic prin bobina exterioară. În al doilea (Fig. b) și al treilea (Fig. c) caz, fluxul magnetic prin bobina externă se modifică din cauza unei modificări a procesului de mutare a distanței de la aceasta la bobina internă cu curent, sau la un magnet permanent .

A

V

b

eu

eu

eu

În 1834, Emily Khristianovici Lenz a stabilit experimental o regulă care permite determinarea direcției curentului de inducție: curentul de inducție este întotdeauna dirijat în așa fel încât să contracareze cauza care îl provoacă; curentul de inducție are întotdeauna o astfel de direcție încât creșterea fluxului magnetic creat de acesta și creșterea fluxului magnetic care a provocat acest curent inductiv sunt de semn opus. Această regulă se numește regula lui Lenz.

Legea inducției electromagnetice poate fi formulat astfel: fem-ul inducției electromagnetice în circuit este egală cu viteza de modificare în timp a fluxului magnetic prin suprafața delimitată de acest circuit, luată cu semnul minus

Aici dФ = este produsul scalar dintre vectorul de inducție magnetică și vectorul ariei suprafeței. Vector , unde este un vector unitar () al normalului la o zonă infinit de mică a suprafeței cu o zonă de.

Semnul minus din expresie este asociat cu regula de alegere a direcției normalei la conturul care delimitează suprafața și a direcției pozitive de traversare de-a lungul acesteia. În conformitate cu definiția fluxului magnetic Ф prin suprafață, aria S

depinde de timp dacă se modifică în timp: suprafața S;

modulul vectorului de inducție magnetică B; unghiul dintre vectori şi normal .

Dacă o buclă închisă (bobină) constă din spire, atunci debitul total prin suprafața delimitată de o astfel de buclă complexă se numește legătură de flux și este definit ca

unde Ф i este fluxul magnetic prin tura i. Dacă toate turele sunt la fel, atunci

unde F este fluxul magnetic prin orice bobină. În acest caz

eu

eu

eu

N viraje

1 tură

2 ture

Expresia vă permite să determinați nu numai mărimea, ci și direcția curentului de inducție. Dacă valorile FEM și, în consecință, curentul de inducție, sunt valori pozitive, atunci curentul este direcționat de-a lungul direcției pozitive a bypass-ului de-a lungul conturului, dacă este negativ, în direcția opusă (direcția bypass-ul pozitiv este determinat prin alegerea normalei la suprafața delimitată de contur)