Akýkoľvek prúd sa objaví iba v prítomnosti zdroja s voľnými nabitými časticami. Je to spôsobené tým, že vo vákuu nie sú žiadne látky vrátane elektrických nábojov. Preto je vákuum považované za najlepšie. Aby bol možný prechod elektrického prúdu a, je potrebné zabezpečiť prítomnosť dostatočného počtu voľných nábojov. V tomto článku sa pozrieme na to, čo predstavuje elektrický prúd vo vákuu.

Ako sa môže objaviť elektrický prúd vo vákuu

Na vytvorenie plnohodnotného elektrického prúdu vo vákuu je potrebné použiť taký fyzikálny jav, akým je termionická emisia. Je založená na vlastnosti určitej látky pri zahrievaní emitovať voľné elektróny. Takéto elektróny vychádzajúce zo zahriateho telesa sa nazývajú termoelektróny a celé teleso sa nazýva žiarič.

Termionická emisia je základom činnosti vákuových zariadení, lepšie známych ako vákuové trubice. Najjednoduchší dizajn obsahuje dve elektródy. Jednou z nich je katóda, čo je špirála, ktorej materiálom je molybdén alebo volfrám. Je to on, kto je ohrievaný elektrickým prúdom ohm. Druhá elektróda sa nazýva anóda. Je v studenom stave a plní úlohu zhromažďovania termionických elektrónov. Anóda je spravidla vyrobená vo forme valca a vo vnútri je umiestnená vyhrievaná katóda.

Aplikácia prúdu vo vákuu

V minulom storočí hrali vákuové trubice vedúcu úlohu v elektronike. A hoci boli dlho nahradené polovodičovými zariadeniami, princíp činnosti týchto zariadení sa používa v katódových trubiciach. Tento princíp sa používa pri zváracích a taviacich prácach vo vákuu a iných oblastiach.

Jednou z odrôd prúdu a je teda prúd elektrónov prúdiaci vo vákuu. Keď sa katóda zahrieva, medzi ňou a anódou sa objaví elektrické pole. Práve to dáva elektrónom určitý smer a rýchlosť. Podľa tohto princípu funguje elektronická lampa s dvoma elektródami (dióda), ktorá je široko používaná v rádiotechnike a elektronike.

Moderným zariadením je valec vyrobený zo skla alebo kovu, z ktorého bol predtým odčerpaný vzduch. Vo vnútri tohto valca sú prispájkované dve elektródy, katóda a anóda. Na zlepšenie technických vlastností sú inštalované ďalšie mriežky, pomocou ktorých sa zvyšuje tok elektrónov.

Keď sa človek naučil vytvárať a používať elektrický prúd, kvalita jeho života sa dramaticky zvýšila. Teraz význam elektriny každým rokom narastá. Aby ste sa naučili porozumieť zložitejším problémom súvisiacim s elektrickou energiou, musíte najprv pochopiť, čo je elektrický prúd.

Jpg?.jpg 600w

elektrický výboj

Čo je aktuálne

Definícia elektrického prúdu je jeho reprezentácia vo forme usmerneného prúdu pohybujúcich sa nosných častíc, kladne alebo záporne nabitých. Dopravcovia poplatkov môžu byť:

• záporne nabité elektróny pohybujúce sa v kovoch;
• ióny v kvapalinách alebo plynoch;
• kladne nabité diery z pohybujúcich sa elektrónov v polovodičoch.

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

Elektrický prúd vo vodiči

Čo je prúd, je určené prítomnosťou elektrického poľa. Bez nej nevznikne usmernený tok nabitých častíc.

Pojem elektrického prúdubol by neúplný bez uvedenia jeho prejavov:

1. Akýkoľvek elektrický prúd je sprevádzaný magnetickým poľom;
2. Vodiče sa pri prechode zahrievajú;
3. Elektrolyty menia chemické zloženie.

Vodiče a polovodiče

Elektrický prúd môže existovať iba vo vodivom médiu, ale povaha jeho toku je odlišná:

1. V kovových vodičoch sú voľné elektróny, ktoré sa pod vplyvom elektrického poľa začínajú pohybovať. Keď teplota stúpa, zvyšuje sa aj odpor vodičov, pretože teplo chaoticky zvyšuje pohyb atómov, čo interferuje s voľnými elektrónmi;
2. V kvapalnom prostredí tvorenom elektrolytmi vyvoláva vznikajúce elektrické pole proces disociácie - vznik katiónov a aniónov, ktoré sa v závislosti od znamienka náboja pohybujú smerom ku kladným a záporným pólom (elektródam). Zahrievanie elektrolytu vedie k zníženiu odporu v dôsledku aktívnejšieho rozkladu molekúl;

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" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Elektrický prúd v elektrolytoch

Dôležité! Elektrolyt môže byť pevný, ale povaha prúdu v ňom je identická s kvapalinou.

1. Plynné médium je tiež charakterizované prítomnosťou iónov, ktoré sa dostanú do pohybu. Vytvára sa plazma. Žiarenie tiež vedie k vzniku voľných elektrónov zúčastňujúcich sa na riadenom pohybe;
2. Pri vytváraní elektrického prúdu vo vákuu sa elektróny uvoľnené na zápornej elektróde pohybujú smerom ku kladnej;
3. V polovodičoch sú voľné elektróny, ktoré rozbíjajú väzby zohrievaním. Na ich miestach sú otvory, ktoré majú náboj so znamienkom plus. Diery a elektróny sú schopné vytvárať riadený pohyb.

Nevodivé médiá sa nazývajú dielektrikum.

Dôležité! Smer prúdu zodpovedá smeru pohybu častíc nosiča náboja so znamienkom plus.

Typ prúdu

1. Neustále. Je charakterizovaná konštantnou kvantitatívnou hodnotou prúdu a smeru;
2. Variabilné. V priebehu času pravidelne mení svoje vlastnosti. Je rozdelená do niekoľkých odrôd v závislosti od parametra, ktorý sa mení. Prevažne sa kvantitatívna hodnota prúdu a jeho smer mení pozdĺž sínusoidy;
3. Vírivé prúdy. Vyskytujú sa, keď magnetický tok prechádza zmenami. Vytvorte uzavreté obvody bez pohybu medzi pólmi. Vírivé prúdy spôsobujú intenzívnu tvorbu tepla, v dôsledku čoho sa straty zvyšujú. V jadrách elektromagnetických cievok sú obmedzené použitím konštrukcie samostatných izolovaných dosiek namiesto pevných.

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

Vírivé prúdy v jadre

Charakteristika elektrického obvodu

1. Súčasná sila. Ide o kvantitatívne meranie náboja prechádzajúceho do dočasnej jednotky cez prierez vodičov. Poplatky sa merajú v coulombách (C), časová jednotka je sekunda. Aktuálna sila je C / s. Výsledný pomer sa nazýval ampér (A), v ktorom sa meria kvantitatívna hodnota prúdu. Meracím zariadením je ampérmeter zapojený sériovo do obvodu elektrických spojov;
2. Moc. Elektrický prúd vo vodiči musí prekonať odpor média. Práca vynaložená na jeho prekonanie počas určitého časového obdobia bude silou. V tomto prípade sa vykonáva transformácia elektriny na iné druhy energie - práca. Výkon závisí od sily prúdu, napätia. Ich produkt určí aktívny výkon. Po vynásobení iným časom sa získa spotreba energie - to, čo ukazuje elektromer. Výkon možno merať vo voltampéroch (VA, kVA, mVA) alebo vo wattoch (W, kW, mW);
3. Napätie. Jedna z troch najdôležitejších vlastností. Aby prúd pretekal, je potrebné vytvoriť potenciálny rozdiel medzi dvoma bodmi uzavretého okruhu elektrických spojov. Napätie je charakterizované prácou produkovanou elektrickým poľom počas pohybu jedného nosiča náboja. Podľa vzorca je jednotka napätia J/C, čo zodpovedá voltu (V). Meracím zariadením je voltmeter, zapojený paralelne;
4. Odpor. Charakterizuje schopnosť vodičov prechádzať elektrickým prúdom. Je určená materiálom vodiča, dĺžkou a plochou jeho prierezu. Meranie je v ohmoch (Ohm).

Zákony pre elektrický prúd

Elektrické obvody sa počítajú pomocou troch hlavných zákonov:

1. Ohmov zákon. Skúmal a sformuloval ho nemecký fyzik začiatkom 19. storočia pre jednosmerný prúd, potom sa aplikoval aj na striedavý prúd. Stanovuje vzťah medzi prúdom, napätím a odporom. Na základe Ohmovho zákona sa vypočíta takmer každý elektrický obvod. Základný vzorec: I \u003d U / R alebo sila prúdu je priamo úmerná napätiu a nepriamo úmerná odporu;

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" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Ohmov zákon pre časť obvodu

1. Faradayov zákon. Vzťahuje sa na elektromagnetickú indukciu. Výskyt indukčných prúdov vo vodičoch je spôsobený vplyvom magnetického toku, ktorý sa časom mení v dôsledku indukcie EMF (elektromotorickej sily) v uzavretom okruhu. Indukovaný modul emf, meraný vo voltoch, je úmerný rýchlosti, ktorou sa mení magnetický tok. Vďaka zákonu indukcie fungujú generátory, ktoré vyrábajú elektrinu;
2. Joule-Lenzov zákon. Je to dôležité pri výpočte ohrevu vodičov, ktorý sa používa na návrh a výrobu vykurovania, svietidiel a iných elektrických zariadení. Zákon vám umožňuje určiť množstvo tepla uvoľneného pri prechode elektrického prúdu:

kde I je sila pretekajúceho prúdu, R je odpor, t je čas.

Elektrina v atmosfére

V atmosfére môže existovať elektrické pole, dochádza k ionizačným procesom. Hoci povaha ich výskytu nie je úplne jasná, existujú rôzne vysvetľujúce hypotézy. Najpopulárnejší je kondenzátor ako analóg na reprezentáciu elektriny v atmosfére. Jeho platne môžu označovať zemský povrch a ionosféru, medzi ktorými cirkuluje dielektrikum – vzduch.

Druhy atmosférickej elektriny:

1. Búrky. Blesky s viditeľnou žiarou a hromovým zvukom. Bleskové napätie dosahuje stovky miliónov voltov pri sile prúdu 500 000 A;

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" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

blesky

1. Požiare Saint Elmo. Korónový výboj elektriny generovanej okolo drôtov, stožiarov;
2. Ohnivá guľa. Výtok vo forme gule, pohybujúci sa vzduchom;
3. Polárne svetlá. Viacfarebná žiara zemskej ionosféry pod vplyvom nabitých častíc prenikajúcich z vesmíru.

Aplikácia elektriny

Človek využíva prospešné vlastnosti elektrického prúdu vo všetkých oblastiach života:

• osvetlenie;
• prenos signálu: telefón, rádio, televízia, telegraf;
• elektrická doprava: vlaky, elektrické autá, električky, trolejbusy;
• vytvorenie príjemnej mikroklímy: kúrenie a klimatizácia;
• Medicínske vybavenie;
• domáce použitie: elektrické spotrebiče;
• počítače a mobilné zariadenia;
• priemysel: obrábacie stroje a zariadenia;
• elektrolýza: získavanie hliníka, zinku, horčíka a iných látok.

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" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Aplikácia elektriny

Elektrické nebezpečenstvo

Priamy kontakt s elektrickým prúdom bez ochranných prostriedkov je pre človeka smrteľný. Existuje niekoľko typov vplyvov:

• tepelné popálenie;
• elektrolytické štiepenie krvi a lymfy so zmenou jej zloženia;
• konvulzívne svalové kontrakcie môžu vyvolať fibriláciu srdca až do úplného zastavenia, narušiť fungovanie dýchacieho systému.

Dôležité! Prúd pociťovaný osobou začína od hodnoty 1 mA, ak je aktuálna hodnota 25 mA, sú možné vážne negatívne zmeny v tele.

Najdôležitejšou charakteristikou elektrického prúdu je to, že môže vykonávať užitočnú prácu pre človeka: osvetľovať dom, prať a sušiť bielizeň, variť večeru, vykurovať domov. Významné miesto má teraz jeho využitie pri prenose informácií, aj keď to nevyžaduje veľkú spotrebu elektrickej energie.

Video

Nabíjanie v pohybe. Môže mať podobu náhleho výboja statickej elektriny, napríklad blesku. Alebo to môže byť riadený proces v generátoroch, batériách, solárnych alebo palivových článkoch. Dnes zvážime samotný pojem "elektrický prúd" a podmienky existencie elektrického prúdu.

Elektrická energia

Väčšina elektriny, ktorú používame, prichádza vo forme striedavého prúdu z elektrickej siete. Vytvárajú ho generátory, ktoré pracujú podľa Faradayovho zákona indukcie, vďaka čomu môže meniace sa magnetické pole indukovať vo vodiči elektrický prúd.

Generátory majú rotujúce cievky drôtu, ktoré pri rotácii prechádzajú cez magnetické polia. Keď sa cievky otáčajú, otvárajú a zatvárajú sa vzhľadom na magnetické pole a vytvárajú elektrický prúd, ktorý pri každom otočení mení smer. Prúd prechádza celým cyklom tam a späť 60-krát za sekundu.

Generátory môžu byť poháňané parnými turbínami vykurovanými uhlím, zemným plynom, ropou alebo jadrovým reaktorom. Z generátora prúd prechádza cez sériu transformátorov, kde sa zvyšuje jeho napätie. Priemer drôtov určuje množstvo a silu prúdu, ktoré môžu prenášať bez prehriatia a plytvania energiou a napätie je obmedzené iba tým, ako dobre sú vedenia izolované od zeme.

Je zaujímavé poznamenať, že prúd je prenášaný iba jedným drôtom, nie dvoma. Jeho dve strany sú označené ako pozitívne a negatívne. Keďže sa však polarita striedavého prúdu mení 60-krát za sekundu, majú iné názvy - horúce (hlavné elektrické vedenia) a uzemnené (prechádzajúce pod zemou, aby sa okruh dokončil).

Prečo je potrebná elektrina?

Elektrina má mnoho spôsobov využitia: dokáže osvetliť váš dom, vyprať a vysušiť oblečenie, zdvihnúť garážové dvere, uvariť vodu v rýchlovarnej kanvici a napájať ďalšie domáce potreby, ktoré nám uľahčujú život. Čoraz dôležitejšia je však schopnosť prúdu prenášať informácie.

Počítač po pripojení na internet využíva len malú časť elektrického prúdu, no to je niečo, bez čoho si moderný človek nevie predstaviť svoj život.

Pojem elektrického prúdu

Podobne ako riečny prúd, prúd molekúl vody, aj elektrický prúd je prúd nabitých častíc. Čo to spôsobuje a prečo to nejde vždy tým istým smerom? Keď počujete slovo flow, čo sa vám vybaví? Možno to bude rieka. To je dobrá asociácia, pretože to je dôvod, prečo elektrický prúd dostal svoje meno. Je to veľmi podobné prúdeniu vody, len namiesto toho, aby sa molekuly vody pohybovali pozdĺž kanála, nabité častice sa pohybujú pozdĺž vodiča.

Medzi podmienky potrebné na existenciu elektrického prúdu patrí položka, ktorá zabezpečuje prítomnosť elektrónov. Atómy vo vodivom materiáli majú veľa týchto voľných nabitých častíc, ktoré plávajú okolo a medzi atómami. Ich pohyb je náhodný, takže nedochádza k žiadnemu toku v žiadnom danom smere. Čo je potrebné na existenciu elektrického prúdu?

Medzi podmienky existencie elektrického prúdu patrí prítomnosť napätia. Keď sa aplikuje na vodič, všetky voľné elektróny sa budú pohybovať rovnakým smerom, čím sa vytvorí prúd.

Zaujíma vás elektrický prúd

Je zaujímavé, že keď sa elektrická energia prenáša cez vodič rýchlosťou svetla, samotné elektróny sa pohybujú oveľa pomalšie. V skutočnosti, ak by ste pokojne kráčali vedľa vodivého drôtu, vaša rýchlosť by bola 100-krát vyššia ako rýchlosť elektrónov. Je to spôsobené tým, že nepotrebujú cestovať na veľké vzdialenosti, aby si navzájom odovzdávali energiu.

Jednosmerný a striedavý prúd

Dnes sú široko používané dva rôzne typy prúdu - jednosmerný a striedavý. V prvom sa elektróny pohybujú jedným smerom, z „negatívnej“ strany na „pozitívnu“. Striedavý prúd tlačí elektróny tam a späť a mení smer toku niekoľkokrát za sekundu.

Generátory používané v elektrárňach na výrobu elektriny sú určené na výrobu striedavého prúdu. Pravdepodobne ste si nikdy nevšimli, že svetlo vo vašom dome skutočne bliká, keď sa mení aktuálny smer, ale deje sa to príliš rýchlo, aby to oči rozpoznali.

Aké sú podmienky pre existenciu jednosmerného elektrického prúdu? Prečo potrebujeme oba typy a ktorý z nich je lepší? Toto sú dobré otázky. Skutočnosť, že stále používame oba typy prúdu, naznačuje, že oba slúžia na špecifické účely. Už v 19. storočí bolo jasné, že efektívny prenos energie na veľké vzdialenosti medzi elektrárňou a domom je možný len pri veľmi vysokom napätí. Problémom však bolo, že posielanie skutočne vysokého napätia bolo pre ľudí mimoriadne nebezpečné.

Riešením tohto problému bolo znížiť stres mimo domova predtým, ako ho pošlete dovnútra. Dodnes sa jednosmerný elektrický prúd používa na prenos na veľké vzdialenosti, hlavne kvôli jeho schopnosti ľahko sa premieňať na iné napätia.

Ako funguje elektrický prúd

Medzi podmienky existencie elektrického prúdu patrí prítomnosť nabitých častíc, vodiča a napätia. Mnohí vedci študovali elektrinu a zistili, že existujú dva jej typy: statická a prúdová.

Je to druhý, ktorý hrá obrovskú úlohu v každodennom živote každého človeka, pretože ide o elektrický prúd, ktorý prechádza obvodom. Používame ho denne na napájanie našich domovov a ďalšie.

Čo je elektrický prúd?

Keď elektrické náboje cirkulujú v obvode z jedného miesta na druhé, vzniká elektrický prúd. Medzi podmienky existencie elektrického prúdu patrí okrem nabitých častíc aj prítomnosť vodiča. Najčastejšie ide o drôt. Jeho obvod je uzavretý obvod, v ktorom prúdi prúd zo zdroja energie. Keď je okruh otvorený, nemôže dokončiť cestu. Napríklad, keď je svetlo vo vašej izbe vypnuté, okruh je otvorený, ale keď je okruh zatvorený, svetlo svieti.

Aktuálny výkon

Podmienky existencie elektrického prúdu vo vodiči do značnej miery ovplyvňuje taká charakteristika napätia, ako je výkon. Toto je miera toho, koľko energie sa spotrebuje za dané časové obdobie.

Existuje mnoho rôznych jednotiek, ktoré možno použiť na vyjadrenie tejto charakteristiky. Elektrický výkon sa však meria takmer vo wattoch. Jeden watt sa rovná jednému joulu za sekundu.

Elektrický náboj v pohybe

Aké sú podmienky existencie elektrického prúdu? Môže mať podobu náhleho výboja statickej elektriny, ako je blesk alebo iskra z trenia o vlnenú handričku. Častejšie však, keď hovoríme o elektrickom prúde, máme na mysli viac kontrolovanú formu elektriny, vďaka ktorej fungujú svetlá a spotrebiče. Väčšinu elektrického náboja nesú negatívne elektróny a kladné protóny v atóme. Tie sú však väčšinou imobilizované vo vnútri atómových jadier, takže prácu na prenose náboja z jedného miesta na druhé vykonávajú elektróny.

Elektróny vo vodivom materiáli, akým je kov, sa môžu do značnej miery voľne pohybovať z jedného atómu na druhý pozdĺž svojich vodivých pásov, čo sú vyššie dráhy elektrónov. Dostatočná elektromotorická sila alebo napätie vytvára nerovnováhu náboja, ktorá môže spôsobiť pohyb elektrónov cez vodič vo forme elektrického prúdu.

Ak nakreslíme analógiu s vodou, vezmite si napríklad potrubie. Keď otvoríme ventil na jednom konci, aby sa voda dostala do potrubia, nemusíme čakať, kým sa voda dostane až na koniec potrubia. Na druhom konci dostaneme vodu takmer okamžite, pretože prichádzajúca voda tlačí vodu, ktorá je už v potrubí. To sa deje v prípade elektrického prúdu v drôte.

Elektrický prúd: podmienky existencie elektrického prúdu

Elektrický prúd sa zvyčajne považuje za tok elektrónov. Keď sú dva konce batérie navzájom spojené kovovým drôtom, táto nabitá hmota prechádza drôtom z jedného konca (elektródy alebo pólu) batérie na opačný. Nazvime teda podmienky existencie elektrického prúdu:

1. nabité častice.
2. Dirigent.
3. Zdroj napätia.

Nie všetko je však také jednoduché. Aké podmienky sú potrebné na existenciu elektrického prúdu? Na túto otázku možno podrobnejšie odpovedať zvážením nasledujúcich charakteristík:

• Potenciálny rozdiel (napätie). Toto je jeden z predpokladov. Medzi týmito 2 bodmi musí byť potenciálny rozdiel, čo znamená, že odpudivá sila, ktorú vytvárajú nabité častice na jednom mieste, musí byť väčšia ako ich sila v inom bode. Zdroje napätia sa v prírode spravidla nevyskytujú a elektróny sú v prostredí rozmiestnené pomerne rovnomerne. Napriek tomu sa vedcom podarilo vynájsť určité typy zariadení, kde sa tieto nabité častice môžu hromadiť, čím sa vytvorí veľmi potrebné napätie (napríklad v batériách).
• Elektrický odpor (vodič). Toto je druhá dôležitá podmienka, ktorá je nevyhnutná pre existenciu elektrického prúdu. Toto je dráha, po ktorej sa pohybujú nabité častice. Len tie materiály, ktoré umožňujú voľný pohyb elektrónov, pôsobia ako vodiče. Tí, ktorí túto schopnosť nemajú, sa nazývajú izolanty. Napríklad kovový drôt bude vynikajúcim vodičom, zatiaľ čo jeho gumený plášť bude vynikajúcim izolantom.

Po starostlivom preštudovaní podmienok pre vznik a existenciu elektrického prúdu dokázali ľudia skrotiť tento silný a nebezpečný prvok a nasmerovať ho v prospech ľudstva.

Toto je usporiadaný pohyb určitých nabitých častíc. Aby bolo možné kompetentne využiť plný potenciál elektrickej energie, je potrebné jasne pochopiť všetky princípy zariadenia a fungovanie elektrického prúdu. Poďme teda zistiť, aká je práca a aktuálna sila.

Odkiaľ pochádza elektrický prúd?

Napriek zjavnej jednoduchosti otázky na ňu málokto dokáže dať zrozumiteľnú odpoveď. Samozrejme, v dnešnej dobe, keď sa technológia vyvíja neuveriteľnou rýchlosťou, človek nepremýšľa o takých elementárnych veciach, ako je princíp fungovania elektrického prúdu. Odkiaľ pochádza elektrina? Určite mnohí odpovedia „No, zo zásuvky, samozrejme“ alebo jednoducho pokrčia plecami. Medzitým je veľmi dôležité pochopiť, ako prúd funguje. To by mali vedieť nielen vedci, ale aj ľudia, ktorí nie sú nijako spojení so svetom vied, pre ich všeobecný všestranný rozvoj. Ale vedieť správne používať princíp súčasného fungovania nie je pre každého.

Takže najprv musíte pochopiť, že elektrina nevzniká odnikiaľ: je vyrábaná špeciálnymi generátormi, ktoré sú umiestnené v rôznych elektrárňach. Para získaná ohrievaním vody uhlím alebo olejom vďaka práci otáčania lopatiek turbín generuje energiu, ktorá sa následne pomocou generátora premieňa na elektrickú energiu. Generátor je veľmi jednoduchý: v strede zariadenia je obrovský a veľmi silný magnet, ktorý spôsobuje, že elektrické náboje sa pohybujú po medených drôtoch.

Ako sa elektrina dostane do našich domovov?

Po získaní určitého množstva elektrického prúdu pomocou energie (tepelnej alebo jadrovej) je možné ho dodávať ľuďom. Takáto dodávka elektriny funguje nasledovne: aby sa elektrina úspešne dostala do všetkých bytov a podnikov, musí byť „tlačená“. A na to musíte zvýšiť silu, ktorá to urobí. Nazýva sa to napätie elektrického prúdu. Princíp činnosti je nasledujúci: prúd prechádza transformátorom, čo zvyšuje jeho napätie. Ďalej elektrický prúd tečie cez káble inštalované hlboko pod zemou alebo vo výške (pretože napätie niekedy dosahuje 10 000 voltov, čo je pre človeka smrteľné). Keď prúd dosiahne svoj cieľ, musí opäť prejsť cez transformátor, ktorý teraz zníži jeho napätie. Potom prechádza drôtmi do inštalovaných štítov v bytových domoch alebo iných budovách.

Elektrinu vedenú cez drôty je možné využiť vďaka systému zásuviek, ktoré k nim pripájajú domáce spotrebiče. V stenách sa vedú ďalšie drôty, ktorými preteká elektrický prúd a vďaka nemu funguje osvetlenie a všetky spotrebiče v dome.

Čo je súčasná práca?

Energia, ktorú v sebe nesie elektrický prúd, sa časom premení na svetlo alebo teplo. Napríklad, keď zapneme lampu, elektrická forma energie sa premení na svetlo.

V prístupnom jazyku je dielom prúdu činnosť, ktorú samotná elektrina vyrába. Navyše sa dá veľmi jednoducho vypočítať podľa vzorca. Na základe zákona zachovania energie môžeme konštatovať, že elektrická energia nezmizla, úplne alebo čiastočne sa zmenila na inú formu, pričom vydáva určité množstvo tepla. Toto teplo je prácou prúdu, keď prechádza vodičom a ohrieva ho (dochádza k výmene tepla). Takto vyzerá vzorec Joule-Lenz: A \u003d Q \u003d U * I * t (práca sa rovná množstvu tepla alebo súčinu aktuálneho výkonu a času, počas ktorého pretekala vodičom).

Čo znamená jednosmerný prúd?

Elektrický prúd je dvoch typov: striedavý a jednosmerný. Líšia sa tým, že nemení smer, má dve svorky (kladné „+“ a záporné „-“) a vždy začína svoj pohyb od „+“. A striedavý prúd má dve svorky - fázu a nulu. Je to kvôli prítomnosti jednej fázy na konci vodiča, ktorý sa nazýva aj jednofázový.

Princípy zariadenia jednofázového striedavého a jednosmerného elektrického prúdu sú úplne odlišné: na rozdiel od jednosmerného prúdu striedavý prúd mení svoj smer (tvorí tok z fázy smerom k nule a od nuly smerom k fáze), ako aj svoju veľkosť. . Takže napríklad striedavý prúd pravidelne mení hodnotu svojho náboja. Ukazuje sa, že pri frekvencii 50 Hz (50 kmitov za sekundu) elektróny zmenia smer svojho pohybu presne 100-krát.

Kde sa používa jednosmerný prúd?

Jednosmerný elektrický prúd má niektoré vlastnosti. Vzhľadom na to, že tečie striktne jedným smerom, je ťažšie ho transformovať. Nasledujúce prvky možno považovať za zdroje jednosmerného prúdu:

• batérie (alkalické aj kyslé);
• konvenčné batérie používané v malých spotrebičoch;
• ako aj rôzne zariadenia, ako sú prevodníky.

DC prevádzka

Aké sú jeho hlavné charakteristiky? Ide o prácu a momentálnu silu a oba tieto pojmy spolu veľmi úzko súvisia. Výkon znamená rýchlosť práce za jednotku času (za 1 s). Podľa Joule-Lenzovho zákona získame, že práca jednosmerného elektrického prúdu sa rovná súčinu sily samotného prúdu, napätia a času, počas ktorého bola práca elektrického poľa dokončená na prenos náboja pozdĺž dirigent.

Takto vyzerá vzorec na nájdenie práce prúdu, berúc do úvahy Ohmov zákon odporu vo vodičoch: A \u003d I 2 * R * t (práca sa rovná druhej mocnine sily prúdu vynásobenej hodnotou odporu vodiča a ešte raz vynásobený hodnotou času, za ktorý bola práca vykonaná).

Prúd a napätie sú kvantitatívne parametre používané v elektrických obvodoch. Najčastejšie sa tieto hodnoty časom menia, inak by prevádzka elektrického obvodu nemala zmysel.

Napätie

Zvyčajne je napätie označené písmenom U. Práca vykonaná na presun jednotky náboja z bodu s nízkym potenciálom do bodu s vysokým potenciálom je napätie medzi týmito dvoma bodmi. Inými slovami, ide o energiu uvoľnenú po prechode jednotky náboja z vysokého potenciálu na malý.

Napätie možno nazvať aj rozdielom potenciálov, ako aj elektromotorickou silou. Tento parameter sa meria vo voltoch. Ak chcete presunúť 1 coulomb náboja medzi dvoma bodmi, ktoré majú napätie 1 volt, musíte vykonať prácu 1 joule. Coulomby merajú elektrické náboje. 1 prívesok sa rovná náboju 6x10 18 elektrónov.

Napätie je rozdelené do niekoľkých typov v závislosti od typov prúdu.

• Konštantný tlak . Je prítomný v elektrostatických obvodoch a obvodoch jednosmerného prúdu.
• striedavé napätie . Tento typ napätia je dostupný v obvodoch so sínusovým a striedavým prúdom. V prípade sínusového prúdu charakteristiky napätia, ako napríklad:
  amplitúda kolísania napätia je jeho maximálna odchýlka od osi x;
  okamžité napätie, ktorý je vyjadrený v určitom časovom bode;
  prevádzkové napätie, je určená aktívnou prácou 1. polcyklu;
  stredné usmernené napätie, určený modulom usmerneného napätia pre jednu harmonickú periódu.

Pri prenose elektriny nadzemným vedením závisí usporiadanie podpier a ich rozmery od veľkosti použitého napätia. Napätie medzi fázami je tzv sieťové napätie a napätie medzi zemou a každou z fáz je fázové napätie . Toto pravidlo platí pre všetky typy nadzemných vedení. V Rusku je v domácich elektrických sieťach štandardom trojfázové napätie s lineárnym napätím 380 voltov a hodnotou fázového napätia 220 voltov.

Elektrina

Prúd v elektrickom obvode je rýchlosť elektrónov v určitom bode, meraná v ampéroch a na diagramoch je označená písmenom „ ja". Používajú sa aj odvodené jednotky ampéra s príslušnými predponami mili-, micro-, nano atď. Prúd 1 ampér sa generuje pohybom jednotky náboja 1 coulomb za 1 sekundu.

Bežne sa predpokladá, že prúd tečie v smere od kladného potenciálu k zápornému. Z priebehu fyziky je však známe, že elektrón sa pohybuje opačným smerom.

Musíte vedieť, že napätie sa meria medzi 2 bodmi na obvode a prúd preteká cez jeden konkrétny bod obvodu alebo cez jeho prvok. Ak teda niekto používa výraz „napätie v odpore“, tak je to nesprávne a negramotné. Ale často hovoríme o napätí v určitom bode obvodu. Toto sa týka napätia medzi zemou a týmto bodom.

Napätie vzniká vplyvom elektrického náboja v generátoroch a iných zariadeniach. Prúd sa generuje privedením napätia do dvoch bodov v obvode.

Aby sme pochopili, čo je prúd a napätie, bolo by správnejšie použiť. Na ňom vidíte prúd a napätie, ktoré časom menia svoje hodnoty. V praxi sú prvky elektrického obvodu spojené vodičmi. V určitých bodoch majú prvky obvodu svoju vlastnú hodnotu napätia.

Prúd a napätie sa riadia pravidlami:

• Súčet prúdov vstupujúcich do bodu sa rovná súčtu prúdov opúšťajúcich bod (pravidlo zachovania náboja). Takýmto pravidlom je Kirchhoffov zákon pre prúd. Miesto vstupu a výstupu prúdu sa v tomto prípade nazýva uzol. Dôsledkom tohto zákona je nasledujúce tvrdenie: v sériovom elektrickom obvode skupiny prvkov je prúd pre všetky body rovnaký.
• V paralelnom obvode prvkov je napätie na všetkých prvkoch rovnaké. Inými slovami, súčet poklesov napätia v uzavretom okruhu je nulový. Tento Kirchhoffov zákon platí pre stresy.
• Práca vykonaná obvodom za jednotku času (výkon) je vyjadrená takto: P \u003d U * I. Výkon sa meria vo wattoch. 1 joul vykonanej práce za 1 sekundu sa rovná 1 wattu. Energia sa distribuuje vo forme tepla, vynakladá sa na mechanickú prácu (v elektromotoroch), premieňa sa na žiarenie rôzneho typu a hromadí sa v nádržiach alebo batériách. Pri navrhovaní zložitých elektrických systémov je jednou z výziev tepelné zaťaženie systému.

Charakteristika elektrického prúdu

Predpokladom existencie prúdu v elektrickom obvode je uzavretý obvod. Ak sa obvod preruší, prúd sa zastaví.

Na tomto princípe funguje všetko v elektrotechnike. Pohyblivými mechanickými kontaktmi prerušia elektrický obvod, čím sa zastaví tok prúdu a zariadenie sa vypne.

V energetickom priemysle sa elektrický prúd vyskytuje vo vnútri vodičov prúdu, ktoré sú vyrobené vo forme pneumatík, a iných častí, ktoré vedú prúd.

Existujú aj iné spôsoby, ako vytvoriť vnútorný prúd v:

• Kvapaliny a plyny v dôsledku pohybu nabitých iónov.
• Vákuum, plyn a vzduch pomocou termionickej emisie.
• v dôsledku pohybu nosičov náboja.

Podmienky pre výskyt elektrického prúdu

• Vyhrievacie vodiče (nie supravodiče).
• Aplikácia na nabíjanie nosičov potenciálneho rozdielu.
• Chemická reakcia s uvoľňovaním nových látok.
• Vplyv magnetického poľa na vodič.

Aktuálne priebehy

• Priamka.
• Variabilná harmonická sínusová vlna.
• Meander, ktorý vyzerá ako sínusoida, ale má ostré rohy (niekedy sa dajú rohy vyhladiť).
• Pulzujúca forma jedného smeru s amplitúdou, ktorá podľa určitého zákona kolíše od nuly po najväčšiu hodnotu.

Druhy práce elektrického prúdu

• Svetlo vyžarované osvetľovacími zariadeniami.
• Generovanie tepla pomocou vykurovacích telies.
• Mechanická práca (rotácia elektromotorov, pôsobenie iných elektrických zariadení).
• Tvorba elektromagnetického žiarenia.

Negatívne javy spôsobené elektrickým prúdom

• Prehrievanie kontaktov a častí pod prúdom.
• Výskyt vírivých prúdov v jadrách elektrických zariadení.
• Elektromagnetické žiarenie do vonkajšieho prostredia.

Tvorcovia elektrických zariadení a rôznych obvodov pri navrhovaní musia pri svojich návrhoch brať do úvahy vyššie uvedené vlastnosti elektrického prúdu. Napríklad škodlivý účinok vírivých prúdov v elektromotoroch, transformátoroch a generátoroch sa znižuje zmiešaním jadier používaných na prenos magnetických tokov. Miešanie jadier je jeho výroba nie z jedného kusu kovu, ale zo sady jednotlivých tenkých plátov špeciálnej elektroocele.

Ale na druhej strane vírivé prúdy sa používajú na prevádzku mikrovlnných rúr, rúr, pracujúcich na princípe magnetickej indukcie. Preto môžeme povedať, že vírivé prúdy sú nielen škodlivé, ale aj prospešné.

Striedavý prúd so signálom vo forme sínusoidy sa môže meniť vo frekvencii oscilácií za jednotku času. V našej krajine je priemyselná prúdová frekvencia elektrických zariadení štandardná a rovná sa 50 hertzom. V niektorých krajinách je aktuálna frekvencia 60 hertzov.

Na rôzne účely v elektrotechnike a rádiotechnike sa používajú iné frekvenčné hodnoty:

• Nízkofrekvenčné signály s nižšou aktuálnou frekvenciou.
• Vysokofrekvenčné signály, ktoré sú oveľa vyššie ako súčasná frekvencia priemyselného využitia.

Predpokladá sa, že elektrický prúd vzniká, keď sa elektróny pohybujú vo vnútri vodiča, preto sa nazýva vodivý prúd. Existuje však aj iný typ elektrického prúdu, ktorý sa nazýva konvekcia. Vyskytuje sa, keď sa nabité makrotelieska pohybujú, napríklad dažďové kvapky.

Elektrický prúd v kovoch

Pohyb elektrónov pod vplyvom konštantnej sily na ne sa porovnáva s parašutistom, ktorý klesá na zem. V týchto dvoch prípadoch dochádza k rovnomernému pohybu. Na parašutistu pôsobí gravitačná sila a proti nej pôsobí sila odporu vzduchu. Sila elektrického poľa pôsobí na pohyb elektrónov a ióny kryštálových mriežok tomuto pohybu odolávajú. Priemerná rýchlosť elektrónov dosahuje konštantnú hodnotu, rovnako ako rýchlosť parašutistu.

V kovovom vodiči je rýchlosť jedného elektrónu 0,1 mm za sekundu a rýchlosť elektrického prúdu je asi 300 000 km za sekundu. Elektrický prúd totiž tečie len tam, kde je na nabité častice privedené napätie. Preto sa dosiahne vysoký prietok prúdu.

Pri pohybe elektrónov v kryštálovej mriežke existuje nasledujúca pravidelnosť. Elektróny sa nezrážajú so všetkými prilietajúcimi iónmi, ale len s každým desiatym z nich. Vysvetľujú to zákony kvantovej mechaniky, ktoré možno zjednodušiť nasledovne.

Pohybu elektrónov bránia veľké ióny, ktoré odolávajú. Je to viditeľné najmä pri zahrievaní kovov, keď sa ťažké ióny „hojdajú“, zväčšujú sa a znižujú elektrickú vodivosť kryštálových mriežok vodiča. Preto pri zahrievaní kovov sa ich odpor vždy zvyšuje. S klesajúcou teplotou sa zvyšuje elektrická vodivosť. Znížením teploty kovu na absolútnu nulu možno dosiahnuť efekt supravodivosti.