Χαρακτηριστικά

Ιστορικά, είναι αποδεκτό ότι η κατεύθυνση του ρεύματος συμπίπτει με την κατεύθυνση κίνησης των θετικών φορτίων στον αγωγό. Σε αυτή την περίπτωση, εάν οι μόνοι φορείς ρεύματος είναι αρνητικά φορτισμένα σωματίδια (για παράδειγμα, ηλεκτρόνια σε ένα μέταλλο), τότε η κατεύθυνση του ρεύματος είναι αντίθετη από την κατεύθυνση κίνησης των φορτισμένων σωματιδίων. .

Η ταχύτητα της κατευθυνόμενης κίνησης των σωματιδίων στους αγωγούς εξαρτάται από το υλικό του αγωγού, τη μάζα και το φορτίο των σωματιδίων, τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, τη διαφορά δυναμικού που εφαρμόζεται και είναι πολύ μικρότερη από την ταχύτητα του φωτός. Σε 1 δευτερόλεπτο, τα ηλεκτρόνια στον αγωγό κινούνται με ομαλή κίνηση λιγότερο από 0,1 mm. Παρόλα αυτά, ο ρυθμός διάδοσης του πραγματικού ηλεκτρικό ρεύμαίση με την ταχύτητα του φωτός (την ταχύτητα διάδοσης του μετώπου ηλεκτρομαγνητικό κύμα). Δηλαδή, το μέρος όπου τα ηλεκτρόνια αλλάζουν την ταχύτητα κίνησής τους μετά από αλλαγή τάσης κινείται με την ταχύτητα διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών ταλαντώσεων.

Οι κύριες ποσότητες ηλεκτρικού ρεύματος

Η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας και η ισχύς του ρεύματος. Οι επιπτώσεις του ηλεκτρικού ρεύματος μπορεί να είναι ισχυρές ή αδύναμες. Η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος εξαρτάται από την ποσότητα φορτίου που ρέει μέσω του κυκλώματος σε μια συγκεκριμένη μονάδα χρόνου. Όσο περισσότερα ηλεκτρόνια μετακινούνταν από τον έναν πόλο της πηγής στον άλλο, τόσο μεγαλύτερο είναι το συνολικό φορτίο που μεταφέρουν τα ηλεκτρόνια. Αυτό το συνολικό φορτίο ονομάζεται η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που διέρχεται από τον αγωγό.

Η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας εξαρτάται, ειδικότερα, από τη χημική επίδραση του ηλεκτρικού ρεύματος, δηλαδή, όσο μεγαλύτερο είναι το φορτίο που διέρχεται από το διάλυμα ηλεκτρολύτη, τόσο περισσότερο η ουσία θα καθιζάνει στην κάθοδο και την άνοδο. Από αυτή την άποψη, η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να υπολογιστεί ζυγίζοντας τη μάζα της ουσίας που εναποτίθεται στο ηλεκτρόδιο και γνωρίζοντας τη μάζα και το φορτίο ενός ιόντος αυτής της ουσίας.

Η ένταση ρεύματος είναι ένα μέγεθος που ισούται με τον λόγο του ηλεκτρικού φορτίου που έχει περάσει από τη διατομή του αγωγού προς το χρόνο ροής του. Η μονάδα φόρτισης είναι το κουλόμπ (C), ο χρόνος μετράται σε δευτερόλεπτα (s). Στην περίπτωση αυτή, η μονάδα ισχύος του ρεύματος εκφράζεται σε C/s. Αυτή η μονάδα ονομάζεται αμπέρ (Α). Για να μετρηθεί η ένταση ρεύματος σε ένα κύκλωμα, χρησιμοποιείται μια ηλεκτρική συσκευή μέτρησης που ονομάζεται αμπερόμετρο. Για συμπερίληψη στο κύκλωμα, το αμπερόμετρο είναι εξοπλισμένο με δύο ακροδέκτες. Περιλαμβάνεται στο κύκλωμα σε σειρά.

ηλεκτρική τάση . Γνωρίζουμε ήδη ότι το ηλεκτρικό ρεύμα είναι μια διατεταγμένη κίνηση φορτισμένων σωματιδίων – ηλεκτρονίων. Αυτή η κίνηση δημιουργείται με τη βοήθεια ενός ηλεκτρικού πεδίου, το οποίο κάνει μια συγκεκριμένη ποσότητα εργασίας. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται έργο ηλεκτρικού ρεύματος. Για να μετακινήσετε περισσότερη φόρτιση ηλεκτρικό κύκλωμαγια 1 s, ηλεκτρικό πεδίοπρέπει να κάνει εξαιρετική δουλειά. Με βάση αυτό, αποδεικνύεται ότι το έργο ενός ηλεκτρικού ρεύματος πρέπει να εξαρτάται από την ισχύ του ρεύματος. Αλλά υπάρχει μια άλλη τιμή από την οποία εξαρτάται το έργο του ρεύματος. Αυτή η τιμή ονομάζεται τάση.

Η τάση είναι ο λόγος του έργου του ρεύματος σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του ηλεκτρικού κυκλώματος προς το φορτίο που ρέει μέσω του ίδιου τμήματος του κυκλώματος. Η τρέχουσα εργασία μετριέται σε joules (J), η φόρτιση μετριέται σε μενταγιόν (C). Από αυτή την άποψη, η μονάδα μέτρησης της τάσης θα είναι 1 J/C. Αυτή η μονάδα ονομάζεται βολτ (V).

Για να εμφανιστεί μια τάση σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, χρειάζεται μια πηγή ρεύματος. Σε ένα ανοιχτό κύκλωμα, η τάση υπάρχει μόνο στους ακροδέκτες της πηγής ρεύματος. Εάν αυτή η πηγή ρεύματος περιλαμβάνεται στο κύκλωμα, η τάση θα εμφανιστεί επίσης σε ορισμένα τμήματα του κυκλώματος. Από αυτή την άποψη, θα υπάρχει επίσης ρεύμα στο κύκλωμα. Δηλαδή, εν συντομία μπορούμε να πούμε το εξής: αν δεν υπάρχει τάση στο κύκλωμα, δεν υπάρχει ρεύμα. Για τη μέτρηση της τάσης, χρησιμοποιείται μια ηλεκτρική συσκευή μέτρησης που ονομάζεται βολτόμετρο. Στην εμφάνισή του μοιάζει με το αμπερόμετρο που αναφέραμε προηγουμένως, με τη μόνη διαφορά ότι το γράμμα V βρίσκεται στην κλίμακα του βολτόμετρου (αντί για το Α στο αμπερόμετρο). Το βολτόμετρο έχει δύο ακροδέκτες, με τη βοήθεια των οποίων συνδέεται παράλληλα με το ηλεκτρικό κύκλωμα.

Ηλεκτρική αντίσταση. Αφού συνδέσετε όλα τα είδη αγωγών και ένα αμπερόμετρο σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, μπορείτε να παρατηρήσετε ότι όταν χρησιμοποιείτε διαφορετικούς αγωγούς, το αμπερόμετρο δίνει διαφορετικές ενδείξεις, δηλαδή, σε αυτήν την περίπτωση, η ισχύς ρεύματος που είναι διαθέσιμη στο ηλεκτρικό κύκλωμα είναι διαφορετική. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι διαφορετικοί αγωγοί έχουν διαφορετικούς ηλεκτρική αντίσταση, που είναι μια φυσική ποσότητα. Προς τιμήν του Γερμανού φυσικού, ονομάστηκε Ohm. Κατά κανόνα, στη φυσική χρησιμοποιούνται μεγαλύτερες μονάδες: kilohm, megaohm, κ.λπ. Η αντίσταση του αγωγού συνήθως υποδηλώνεται με το γράμμα R, μήκος αγωγού - L, εμβαδόν διατομή- S. Σε αυτήν την περίπτωση, η αντίσταση μπορεί να γραφτεί ως τύπος:

όπου λέγεται ο συντελεστής p αντίσταση. Ο συντελεστής αυτός εκφράζει την αντίσταση ενός αγωγού μήκους 1 m με επιφάνεια διατομής ίση με 1 m2. Η ειδική αντίσταση εκφράζεται σε Ohm x m. Δεδομένου ότι τα σύρματα, κατά κανόνα, έχουν μια μάλλον μικρή διατομή, οι περιοχές τους συνήθως εκφράζονται σε τετραγωνικά χιλιοστά. Σε αυτή την περίπτωση, η μονάδα αντίστασης θα είναι Ohm x mm2/m. Στον παρακάτω πίνακα. Το 1 δείχνει την ειδική αντίσταση ορισμένων υλικών.

Στη σημερινή συνάντηση θα μιλήσουμε για τον ηλεκτρισμό, που έχει γίνει αναπόσπαστο κομμάτι του σύγχρονου πολιτισμού. Η βιομηχανία ηλεκτρικής ενέργειας έχει εισβάλει σε κάθε τομέα της ζωής μας. Παρουσία σε κάθε σπίτι οικιακές συσκευέςΗ χρήση ηλεκτρικού ρεύματος είναι τόσο φυσικό και αναπόσπαστο μέρος της ζωής που το θεωρούμε δεδομένο.

Έτσι, στην προσοχή των αναγνωστών μας προσφέρονται βασικές πληροφορίες για το ηλεκτρικό ρεύμα.

Τι είναι το ηλεκτρικό ρεύμα

Με το ηλεκτρικό ρεύμα εννοείται κατευθυνόμενη κίνηση φορτισμένων σωματιδίων.Οι ουσίες που περιέχουν επαρκή ποσότητα δωρεάν φορτίων ονομάζονται αγωγοί. Και το σύνολο όλων των συσκευών που διασυνδέονται μέσω καλωδίων ονομάζεται ηλεκτρικό κύκλωμα.

Στην καθημερινή ζωή χρησιμοποιούμε ηλεκτρισμό που διέρχεται από μεταλλικούς αγωγούς.Οι φορείς φορτίου σε αυτά είναι ελεύθερα ηλεκτρόνια.

Συνήθως ορμούν τυχαία μεταξύ των ατόμων, αλλά το ηλεκτρικό πεδίο τα αναγκάζει να κινηθούν προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση.

Πώς συμβαίνει αυτό

Η ροή των ηλεκτρονίων σε ένα κύκλωμα μπορεί να συγκριθεί με τη ροή του νερού που πέφτει από υψηλό επίπεδοπολύ χαμηλά. Ο ρόλος της στάθμης στα ηλεκτρικά κυκλώματα παίζει το δυναμικό.

Για να ρέει το ρεύμα στο κύκλωμα, πρέπει να διατηρείται σταθερή διαφορά δυναμικού στα άκρα του, δηλ. Τάση.

Συνήθως συμβολίζεται με το γράμμα U και μετριέται σε βολτ (Β).

Λόγω της εφαρμοζόμενης τάσης, δημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο στο κύκλωμα, το οποίο δίνει στα ηλεκτρόνια μια κατευθυνόμενη κίνηση. Όσο υψηλότερη είναι η τάση, τόσο ισχυρότερο είναι το ηλεκτρικό πεδίο, και επομένως η ένταση της ροής των κατευθυντικά κινούμενων ηλεκτρονίων.

Η ταχύτητα διάδοσης του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ίση με την ταχύτητα με την οποία δημιουργείται το ηλεκτρικό πεδίο στο κύκλωμα, δηλαδή 300.000 km/s, αλλά η ταχύτητα των ηλεκτρονίων μόλις φτάνει μόνο μερικά mm ανά δευτερόλεπτο.

Είναι γενικά αποδεκτό ότι το ρεύμα ρέει από ένα σημείο με μεγάλο δυναμικό, δηλαδή από το (+) σε ένα σημείο με χαμηλότερο δυναμικό, δηλαδή στο (-). Η τάση στο κύκλωμα διατηρείται από μια πηγή ρεύματος, όπως μια μπαταρία. Το πρόσημο (+) στο τέλος του σημαίνει έλλειψη ηλεκτρονίων, το πρόσημο (-) την περίσσευσή τους, αφού τα ηλεκτρόνια είναι φορείς ακριβώς αρνητικού φορτίου. Μόλις το κύκλωμα με την πηγή ρεύματος κλείσει, τα ηλεκτρόνια ορμούν από το μέρος όπου βρίσκονται σε περίσσεια προς τον θετικό πόλο της πηγής ρεύματος. Η πορεία τους περνάει από καλώδια, καταναλωτές, όργανα μέτρησηςκαι άλλα στοιχεία του κυκλώματος.

Σημειώστε ότι η κατεύθυνση του ρεύματος είναι αντίθετη από την κατεύθυνση των ηλεκτρονίων.

Απλώς η κατεύθυνση του ρεύματος, κατόπιν συμφωνίας των επιστημόνων, καθορίστηκε πριν διαπιστωθεί η φύση του ρεύματος στα μέταλλα.

Ορισμένες ποσότητες που χαρακτηρίζουν το ηλεκτρικό ρεύμα

Τρέχουσα δύναμη.Το ηλεκτρικό φορτίο που διέρχεται από τη διατομή του αγωγού σε 1 δευτερόλεπτο ονομάζεται ισχύς ρεύματος. Για τον χαρακτηρισμό του, χρησιμοποιείται το γράμμα I, μετρημένο σε αμπέρ (Α).

Αντίσταση.Η επόμενη τιμή που πρέπει να γνωρίζετε είναι η αντίσταση. Προκύπτει λόγω συγκρούσεων κατευθυντικά κινούμενων ηλεκτρονίων με ιόντα του κρυσταλλικού πλέγματος. Ως αποτέλεσμα τέτοιων συγκρούσεων, τα ηλεκτρόνια μεταφέρουν μέρος της κινητικής τους ενέργειας σε ιόντα. Ως αποτέλεσμα, ο αγωγός θερμαίνεται και το ρεύμα μειώνεται. Η αντίσταση συμβολίζεται με το γράμμα R και μετριέται σε ohms (Ohm).

Αντίσταση μεταλλικός αγωγόςόσο περισσότερο τόσο μακρύτερος ο αγωγός και λιγότερη περιοχήδιατομή του. Με το ίδιο μήκος και διάμετρο του σύρματος, οι αγωγοί από ασήμι, χαλκό, χρυσό και αλουμίνιο έχουν τη μικρότερη αντίσταση. Για προφανείς λόγους, στην πράξη χρησιμοποιούνται σύρματα αλουμινίου και χαλκού.

Εξουσία.Κατά την εκτέλεση υπολογισμών για ηλεκτρικά κυκλώματα, μερικές φορές είναι απαραίτητο να προσδιοριστεί η κατανάλωση ισχύος (P).

Για να γίνει αυτό, το ρεύμα που διαρρέει το κύκλωμα πρέπει να πολλαπλασιαστεί με την τάση.

Η μονάδα μέτρησης για την ισχύ είναι τα watt (W).

Συνεχές και εναλλασσόμενο ρεύμα

Το ρεύμα που δίνεται από μια ποικιλία μπαταριών και συσσωρευτών είναι σταθερό. Αυτό σημαίνει ότι η ισχύς του ρεύματος σε ένα τέτοιο κύκλωμα μπορεί να αλλάξει σε μέγεθος μόνο αλλάζοντας την αντίστασή του με διάφορους τρόπους, ενώ η κατεύθυνσή του παραμένει αμετάβλητη.

Αλλά καταναλώνουν οι περισσότερες οικιακές συσκευές εναλλασσόμενο ρεύμα, δηλαδή το ρεύμα, του οποίου το μέγεθος και η κατεύθυνση αλλάζει συνεχώς σύμφωνα με έναν ορισμένο νόμο.

Παράγεται σε σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και στη συνέχεια μεταφέρεται μέσω γραμμών μεταφοράς υψηλής τάσης στα σπίτια και τις επιχειρήσεις μας.

Στις περισσότερες χώρες, η συχνότητα της αντιστροφής ρεύματος είναι 50 Hz, δηλαδή συμβαίνει 50 φορές ανά δευτερόλεπτο. Σε αυτή την περίπτωση, κάθε φορά που η ένταση του ρεύματος αυξάνεται σταδιακά, φτάνει στο μέγιστο, μετά μειώνεται στο 0. Στη συνέχεια, αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται, αλλά με την αντίθετη φορά του ρεύματος.

Στις ΗΠΑ, όλες οι συσκευές λειτουργούν στα 60 Hz. Μια ενδιαφέρουσα κατάσταση έχει διαμορφωθεί στην Ιαπωνία. Εκεί, το ένα τρίτο της χώρας χρησιμοποιεί εναλλασσόμενο ρεύμα με συχνότητα 60 Hz και το υπόλοιπο - 50 Hz.

Προσοχή - ρεύμα

Ηλεκτροπληξία μπορεί να προκληθεί από τη χρήση ηλεκτρικών συσκευών και από κεραυνό επειδή ανθρώπινο σώμακαλός αγωγός ρεύματος.Συχνά, οι ηλεκτρικοί τραυματισμοί γίνονται πατώντας σε ένα σύρμα που βρίσκεται στο έδαφος ή σπρώχνοντας μακριά τα κρεμαστά ηλεκτρικά καλώδια με τα χέρια σας.

Η τάση άνω των 36 V θεωρείται επικίνδυνη για τον άνθρωπο. Εάν ένα ρεύμα μόνο 0,05 A διέρχεται από το ανθρώπινο σώμα, μπορεί να προκαλέσει ακούσια μυϊκή συστολή, η οποία δεν θα επιτρέψει στο άτομο να απομακρυνθεί ανεξάρτητα από την πηγή της βλάβης. Ένα ρεύμα 0,1 A είναι θανατηφόρο.

Το εναλλασσόμενο ρεύμα είναι ακόμη πιο επικίνδυνο, γιατί έχει ισχυρότερη επίδραση στον άνθρωπο. Αυτός ο φίλος και βοηθός μας σε πολλές περιπτώσεις μετατρέπεται σε ανελέητο εχθρό, προκαλώντας παραβίαση της αναπνοής και της καρδιακής λειτουργίας, μέχρι την πλήρη διακοπή της. Αφήνει τρομερά σημάδια στο σώμα με τη μορφή σοβαρών εγκαυμάτων.

Πώς να βοηθήσετε το θύμα; Πρώτα απ 'όλα, απενεργοποιήστε την πηγή ζημιάς. Και μετά φροντίστε τις πρώτες βοήθειες.

Η γνωριμία μας με τον ηλεκτρισμό φτάνει στο τέλος της. Ας προσθέσουμε μόνο λίγα λόγια για τη θαλάσσια ζωή με τα «ηλεκτρικά όπλα». Αυτά είναι μερικά είδη ψαριών, θαλάσσιων χελιών και τσιμπούρι. Το πιο επικίνδυνο από αυτά είναι το θαλάσσιο χέλι.

Μην κολυμπήσετε κοντά του σε απόσταση μικρότερη των 3 μέτρων. Το χτύπημα του δεν είναι θανατηφόρο, αλλά η συνείδηση μπορεί να χαθεί.

Εάν αυτό το μήνυμα σας ήταν χρήσιμο, θα χαρώ να σας δω

Η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας και η ισχύς του ρεύματος. Η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος εξαρτάται από την ποσότητα φορτίου που ρέει μέσω του κυκλώματος σε μια συγκεκριμένη μονάδα χρόνου. Όσο περισσότερα ηλεκτρόνια μετακινούνταν από τον έναν πόλο της πηγής στον άλλο, τόσο μεγαλύτερο είναι το συνολικό φορτίο που μεταφέρουν τα ηλεκτρόνια. Αυτό το συνολικό φορτίο ονομάζεται η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που διέρχεται από τον αγωγό.

ηλεκτρική τάση. Η τάση είναι ο λόγος του έργου του ρεύματος σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του ηλεκτρικού κυκλώματος προς το φορτίο που ρέει μέσω του ίδιου τμήματος του κυκλώματος. Η τρέχουσα εργασία μετριέται σε joules (J), η φόρτιση μετριέται σε μενταγιόν (C). Από αυτή την άποψη, η μονάδα μέτρησης της τάσης θα είναι 1 J/C. Αυτή η μονάδα ονομάζεται βολτ (V).

Ηλεκτρική αντίσταση. Όταν χρησιμοποιείτε διαφορετικούς αγωγούς, η ισχύς του ρεύματος που είναι διαθέσιμη στο ηλεκτρικό κύκλωμα είναι διαφορετική. Διαφορετικοί αγωγοί έχουν διαφορετική ηλεκτρική αντίσταση, η οποία είναι μια φυσική ποσότητα. Η αντίσταση του αγωγού συνήθως συμβολίζεται με το γράμμα R, το μήκος του αγωγού είναι L, το εμβαδόν διατομής είναι S. Στην περίπτωση αυτή, η αντίσταση μπορεί να γραφτεί ως τύπος:

όπου ο συντελεστής p ονομάζεται ειδική αντίσταση. Ο συντελεστής αυτός εκφράζει την αντίσταση ενός αγωγού μήκους 1 m με επιφάνεια διατομής ίση με 1 m2. Η ειδική αντίσταση εκφράζεται σε Ohm x m. Δεδομένου ότι τα σύρματα, κατά κανόνα, έχουν μια μάλλον μικρή διατομή, οι περιοχές τους συνήθως εκφράζονται σε τετραγωνικά χιλιοστά. Σε αυτή την περίπτωση, η μονάδα αντίστασης θα είναι Ohm x mm2/m.

Ηλεκτρική χωρητικότητα. Η ηλεκτρική χωρητικότητα δύο αγωγών δεν είναι τίποτα άλλο από τον λόγο του φορτίου ενός από αυτούς προς τη διαφορά δυναμικού μεταξύ αυτού του αγωγού και του γειτονικού. Όσο χαμηλότερη είναι η τάση όταν οι αγωγοί δέχονται φορτίο, τόσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητά τους. Ως μονάδα ηλεκτρικής χωρητικότητας λαμβάνεται το φαράντ (F). Στην πράξη, χρησιμοποιούνται κλάσματα αυτής της μονάδας: microfarad (μF) και picofarad (pF).

Εργασία και ισχύς ηλεκτρικού ρεύματος.Η εργασία μετριέται σε τζάουλ, η τάση σε βολτ, το ρεύμα σε αμπέρ και ο χρόνος σε δευτερόλεπτα. Από αυτή την άποψη, 1 J = 1V x 1A x 1s. Από αυτό αποδεικνύεται ότι για να μετρηθεί η εργασία ενός ηλεκτρικού ρεύματος, πρέπει να χρησιμοποιηθούν τρεις συσκευές ταυτόχρονα: ένα αμπερόμετρο, ένα βολτόμετρο και ένα ρολόι.

Η ισχύς ενός ηλεκτρικού ρεύματος είναι ίση με την αναλογία του έργου του ρεύματος προς το χρόνο κατά τον οποίο εκτελέστηκε. Η ισχύς συμβολίζεται με το γράμμα "P" και εκφράζεται σε watt (W). Στην πράξη χρησιμοποιούνται κιλοβάτ, μεγαβάτ, εκτοβάτ κλπ. Για να μετρήσετε την ισχύ του κυκλώματος πρέπει να πάρετε ένα βατόμετρο. Το ηλεκτρικό έργο εκφράζεται σε κιλοβατώρες (kWh).

Ένα μαγνητικό πεδίο- ένα πεδίο δύναμης που ενεργεί σε κινούμενα ηλεκτρικά φορτία και σε σώματα με μαγνητική ροπή, ανεξάρτητα από την κατάσταση της κίνησής τους, το μαγνητικό στοιχείο του ηλεκτρικού μαγνητικό πεδίο

Το μαγνητικό πεδίο μπορεί να δημιουργηθεί από το ρεύμα των φορτισμένων σωματιδίων ή/και από τις μαγνητικές ροπές των ηλεκτρονίων στα άτομα (και από τις μαγνητικές ροπές άλλων σωματιδίων, αν και σε μικρότερου βαθμού) (μόνιμοι μαγνήτες).

Επιπλέον, εμφανίζεται παρουσία ενός χρονικά μεταβαλλόμενου ηλεκτρικού πεδίου.

Το κύριο χαρακτηριστικό ισχύος του μαγνητικού πεδίου είναι διάνυσμα μαγνητικής επαγωγής (διάνυσμα επαγωγής μαγνητικού πεδίου) . Από μαθηματική άποψη - διανυσματικό πεδίο που ορίζει και προσδιορίζει τη φυσική έννοια του μαγνητικού πεδίου. Συχνά το διάνυσμα της μαγνητικής επαγωγής ονομάζεται απλώς μαγνητικό πεδίο για συντομία (αν και αυτή δεν είναι πιθανώς η πιο αυστηρή χρήση του όρου).

Ένα άλλο θεμελιώδες χαρακτηριστικό του μαγνητικού πεδίου (εναλλακτική μαγνητική επαγωγή και στενά συνδεδεμένη με αυτό, πρακτικά ίσο με αυτό σε φυσική αξία) είναι διανυσματικό δυναμικό .

Μαγνητικό πεδίο μπορεί να ονομαστεί ένα ειδικό είδος ύλης, μέσω του οποίου πραγματοποιείται αλληλεπίδραση μεταξύ κινούμενων φορτισμένων σωματιδίων ή σωμάτων που έχουν μαγνητική ροπή.

Τα μαγνητικά πεδία είναι απαραίτητη (στο πλαίσιο της ειδικής σχετικότητας) συνέπεια της ύπαρξης ηλεκτρικών πεδίων.

Μαζί, το μαγνητικό και το ηλεκτρικό πεδίο σχηματίζουν ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, οι εκδηλώσεις του οποίου είναι, ειδικότερα, το φως και όλα τα άλλα ηλεκτρομαγνητικά κύματα.

Το ηλεκτρικό ρεύμα (Ι), που διέρχεται από τον αγωγό, δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο (Β) γύρω από τον αγωγό.

Από την άποψη της θεωρίας του κβαντικού πεδίου, η μαγνητική αλληλεπίδραση, ως ειδική περίπτωση ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης, φέρεται από ένα θεμελιώδες μποζόνιο χωρίς μάζα - ένα φωτόνιο (ένα σωματίδιο που μπορεί να αναπαρασταθεί ως κβαντική διέγερση ηλεκτρομαγνητικό πεδίο), συχνά (για παράδειγμα, σε όλες τις περιπτώσεις στατικών πεδίων) - εικονικό.

Ενέργεια μαγνητικού πεδίου

Η αύξηση της ενεργειακής πυκνότητας του μαγνητικού πεδίου είναι:

H- ισχύς μαγνητικού πεδίου,

σι- μαγνητική επαγωγή

Στη γραμμική προσέγγιση τανυστή, η μαγνητική διαπερατότητα είναι ένας τανυστής (τον συμβολίζουμε ως ) και ο πολλαπλασιασμός ενός διανύσματος με αυτόν είναι ένας πολλαπλασιασμός τανυστή (μήτρας):

Ή σε εξαρτήματα .

Η ενεργειακή πυκνότητα σε αυτή την προσέγγιση είναι ίση με:

Συστατικά του τανυστή μαγνητικής διαπερατότητας,

Ο τανυστής που αντιπροσωπεύεται από τη μήτρα αντίστροφη προς τη μήτρα του τανυστή μαγνητικής διαπερατότητας,

Εισαγωγή

ρεύμα κυκλώματος ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής

Οι πρώτες πληροφορίες για τον ηλεκτρισμό, που εμφανίστηκαν πριν από πολλούς αιώνες, αφορούσαν ηλεκτρικά «φορτίσματα» που προέρχονται από την τριβή. Ήδη στην αρχαιότητα, οι άνθρωποι γνώριζαν ότι το κεχριμπάρι, που φοριέται στο μαλλί, αποκτά την ικανότητα να προσελκύει ελαφριά αντικείμενα. Αλλά μόνο στα τέλη του 16ου αιώνα, ο Άγγλος γιατρός Gilbert μελέτησε αυτό το φαινόμενο λεπτομερώς και ανακάλυψε ότι πολλές άλλες ουσίες έχουν ακριβώς τις ίδιες ιδιότητες. Σώματα ικανά, όπως το κεχριμπάρι, αφού τρίβονταν για να προσελκύσουν ελαφριά αντικείμενα, τα ονόμασε ηλεκτρισμένα. Αυτή η λέξη προέρχεται από το ελληνικό ηλεκτρόνιο - "κεχριμπαρένιο". Προς το παρόν, λέμε ότι υπάρχουν ηλεκτρικά φορτία σε σώματα σε αυτή την κατάσταση, και τα ίδια τα σώματα ονομάζονται «φορτισμένα».

Τα ηλεκτρικά φορτία προκύπτουν πάντα όταν διαφορετικές ουσίες βρίσκονται σε στενή επαφή. Αν τα σώματα είναι συμπαγή, τότε η στενή επαφή τους εμποδίζεται από μικροσκοπικές προεξοχές και ανωμαλίες που υπάρχουν στην επιφάνειά τους. Πιέζοντας τέτοια σώματα και τρίβοντάς τα μεταξύ τους, ενώνουμε τις επιφάνειές τους, που χωρίς πίεση θα ακουμπούσαν μόνο σε λίγα σημεία. Σε ορισμένα σώματα, τα ηλεκτρικά φορτία μπορούν να κινούνται ελεύθερα μεταξύ τους διάφορα μέρηενώ σε άλλες δεν είναι δυνατόν. Στην πρώτη περίπτωση, τα σώματα ονομάζονται "αγωγοί", και στη δεύτερη - "διηλεκτρικά, ή μονωτές". Αγωγοί είναι όλα τα μέταλλα, τα υδατικά διαλύματα αλάτων και οξέων κ.λπ. Παραδείγματα μονωτών είναι το κεχριμπάρι, ο χαλαζίας, ο εβονίτης και όλα τα αέρια που βρίσκονται υπό κανονικές συνθήκες.

Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι η διαίρεση των σωμάτων σε αγωγούς και διηλεκτρικά είναι πολύ αυθαίρετη. Όλες οι ουσίες άγουν τον ηλεκτρισμό σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό. Τα ηλεκτρικά φορτία είναι είτε θετικά είτε αρνητικά. Αυτό το είδος ρεύματος δεν θα διαρκέσει πολύ, γιατί το ηλεκτρισμένο σώμα θα εξαντληθεί. Για τη συνεχή ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος σε έναν αγωγό είναι απαραίτητη η διατήρηση ηλεκτρικού πεδίου. Για τους σκοπούς αυτούς, χρησιμοποιούνται πηγές ηλεκτρικού ρεύματος. Η απλούστερη περίπτωση εμφάνισης ηλεκτρικού ρεύματος είναι όταν το ένα άκρο του σύρματος συνδέεται με ένα ηλεκτρισμένο σώμα και το άλλο με το έδαφος.

Τα ηλεκτρικά κυκλώματα που παρέχουν ρεύμα σε λαμπτήρες φωτισμού και ηλεκτρικούς κινητήρες δεν εμφανίστηκαν παρά μόνο μετά την εφεύρεση των μπαταριών, η οποία χρονολογείται περίπου στο 1800. Μετά από αυτό, η ανάπτυξη του δόγματος του ηλεκτρισμού προχώρησε τόσο γρήγορα που σε λιγότερο από έναν αιώνα έγινε όχι απλώς μέρος της φυσικής, αλλά αποτέλεσε τη βάση ενός νέου ηλεκτρικού πολιτισμού.

> Βασικά μεγέθη ηλεκτρικού ρεύματος

Η ποσότητα του ηλεκτρισμού και η ισχύς του ρεύματος. Οι επιπτώσεις του ηλεκτρικού ρεύματος μπορεί να είναι ισχυρές ή αδύναμες. Η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος εξαρτάται από την ποσότητα φορτίου που ρέει μέσω του κυκλώματος σε μια συγκεκριμένη μονάδα χρόνου. Όσο περισσότερα ηλεκτρόνια μετακινούνταν από τον έναν πόλο της πηγής στον άλλο, τόσο μεγαλύτερο είναι το συνολικό φορτίο που μεταφέρουν τα ηλεκτρόνια. Αυτό το συνολικό φορτίο ονομάζεται η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που διέρχεται από τον αγωγό.

Η ποσότητα του ηλεκτρισμού εξαρτάται, ειδικότερα, από τη χημική δράση του ηλεκτρικού ρεύματος, δηλ. Όσο μεγαλύτερο είναι το φορτίο που διέρχεται από το διάλυμα του ηλεκτρολύτη, τόσο περισσότερο η ουσία θα καθιζάνει στην κάθοδο και την άνοδο. Από αυτή την άποψη, η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να υπολογιστεί ζυγίζοντας τη μάζα της ουσίας που εναποτίθεται στο ηλεκτρόδιο και γνωρίζοντας τη μάζα και το φορτίο ενός ιόντος αυτής της ουσίας.

ηλεκτρική τάση. Γνωρίζουμε ήδη ότι το ηλεκτρικό ρεύμα είναι μια διατεταγμένη κίνηση φορτισμένων σωματιδίων – ηλεκτρονίων. Αυτή η κίνηση δημιουργείται με τη βοήθεια ενός ηλεκτρικού πεδίου, το οποίο κάνει μια συγκεκριμένη ποσότητα εργασίας. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται έργο ηλεκτρικού ρεύματος. Για να μετακινηθεί περισσότερο φορτίο μέσα από ένα ηλεκτρικό κύκλωμα σε 1 δευτερόλεπτο, το ηλεκτρικό πεδίο πρέπει να κάνει περισσότερη δουλειά. Με βάση αυτό, αποδεικνύεται ότι το έργο ενός ηλεκτρικού ρεύματος πρέπει να εξαρτάται από την ισχύ του ρεύματος. Αλλά υπάρχει μια άλλη τιμή από την οποία εξαρτάται το έργο του ρεύματος. Αυτή η τιμή ονομάζεται τάση.

Η τάση είναι ο λόγος του έργου του ρεύματος σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του ηλεκτρικού κυκλώματος προς το φορτίο που ρέει μέσω του ίδιου τμήματος του κυκλώματος. Η τρέχουσα εργασία μετριέται σε joules (J), η φόρτιση μετριέται σε μενταγιόν (C). Από αυτή την άποψη, η μονάδα μέτρησης τάσης θα είναι 1 J / C. Αυτή η μονάδα ονομάζεται βολτ (V).

Ηλεκτρική αντίσταση. Αφού συνδέσετε όλα τα είδη αγωγών και ένα αμπερόμετρο σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, μπορείτε να παρατηρήσετε ότι όταν χρησιμοποιείτε διαφορετικούς αγωγούς, το αμπερόμετρο δίνει διαφορετικές ενδείξεις, δηλ. Σε αυτή την περίπτωση, η ισχύς του ρεύματος που είναι διαθέσιμη στο ηλεκτρικό κύκλωμα είναι διαφορετική. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι διαφορετικοί αγωγοί έχουν διαφορετική ηλεκτρική αντίσταση, που είναι φυσικό μέγεθος. Προς τιμήν του Γερμανού φυσικού, ονομάστηκε Ohm. Κατά κανόνα, χρησιμοποιούνται μεγαλύτερες μονάδες στη φυσική: kilohm, megaohm, κ.λπ. Η αντίσταση του αγωγού συνήθως συμβολίζεται με το γράμμα R, το μήκος του αγωγού είναι L, το εμβαδόν διατομής είναι S. Στην περίπτωση αυτή, η αντίσταση μπορεί να είναι γραμμένο ως τύπος:

όπου ο συντελεστής p ονομάζεται ειδική αντίσταση. Αυτός ο συντελεστής εκφράζει την αντίσταση ενός αγωγού μήκους 1 m με επιφάνεια διατομής ίση με 1 m 2. Η ειδική αντίσταση εκφράζεται σε Ohm x m. Δεδομένου ότι τα σύρματα, κατά κανόνα, έχουν μια μάλλον μικρή διατομή, οι περιοχές τους συνήθως εκφράζονται σε τετραγωνικά χιλιοστά. Σε αυτή την περίπτωση, η μονάδα αντίστασης θα είναι Ohm x mm2/m.

Σύμφωνα με τον Πίνακα. 1, γίνεται σαφές ότι ο χαλκός έχει τη μικρότερη ηλεκτρική ειδική αντίσταση και ένα κράμα μετάλλων τη μεγαλύτερη. Επιπλέον, τα διηλεκτρικά (μονωτικά) έχουν υψηλή ειδική αντίσταση.

ηλεκτρική χωρητικότητα. Γνωρίζουμε ήδη ότι δύο αγωγοί που απομονώνονται μεταξύ τους μπορούν να συσσωρεύσουν ηλεκτρικά φορτία. Το φαινόμενο αυτό χαρακτηρίζεται φυσική ποσότητα, που ονομάζεται ηλεκτρική χωρητικότητα. Η ηλεκτρική χωρητικότητα δύο αγωγών δεν είναι τίποτα άλλο από τον λόγο του φορτίου ενός από αυτούς προς τη διαφορά δυναμικού μεταξύ αυτού του αγωγού και του γειτονικού. Όσο χαμηλότερη είναι η τάση όταν οι αγωγοί δέχονται φορτίο, τόσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητά τους. Ως μονάδα ηλεκτρικής χωρητικότητας λαμβάνεται το φαράντ (F). Στην πράξη, χρησιμοποιούνται κλάσματα αυτής της μονάδας: microfarad (μF) και picofarad (pF).

Εάν πάρετε δύο αγωγούς απομονωμένους ο ένας από τον άλλο, τους τοποθετήστε σε μικρή απόσταση ο ένας από τον άλλο, θα πάρετε έναν πυκνωτή. Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή εξαρτάται από το πάχος των πλακών του και το πάχος του διηλεκτρικού και τη διαπερατότητά του. Μειώνοντας το πάχος του διηλεκτρικού μεταξύ των πλακών του πυκνωτή, είναι δυνατό να αυξηθεί πολύ η χωρητικότητα του τελευταίου. Σε όλους τους πυκνωτές, εκτός από την χωρητικότητά τους, πρέπει να αναφέρεται και η τάση για την οποία έχουν σχεδιαστεί αυτές οι συσκευές.

Εργασία και ισχύς ηλεκτρικού ρεύματος. Από τα προηγούμενα, είναι σαφές ότι το ηλεκτρικό ρεύμα κάνει μια ορισμένη ποσότητα εργασίας. Όταν συνδέονται ηλεκτρικοί κινητήρες, το ηλεκτρικό ρεύμα κάνει όλα τα είδη εξοπλισμού να λειτουργούν, μετακινεί τα τρένα κατά μήκος των σιδηροτροχιών, φωτίζει τους δρόμους, θερμαίνει το σπίτι και επίσης παράγει ένα χημικό αποτέλεσμα, δηλ. επιτρέπει την ηλεκτρόλυση κ.λπ. Μπορούμε να πούμε ότι το έργο του ρεύματος σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του κυκλώματος είναι ίσο με το γινόμενο της ισχύος ρεύματος, της τάσης και του χρόνου κατά τον οποίο έγινε η εργασία. Η εργασία μετριέται σε τζάουλ, η τάση σε βολτ, το ρεύμα σε αμπέρ και ο χρόνος σε δευτερόλεπτα. Από αυτή την άποψη, 1 J = 1V x 1A x 1 s. Από αυτό αποδεικνύεται ότι για να μετρηθεί η εργασία ενός ηλεκτρικού ρεύματος, πρέπει να χρησιμοποιηθούν τρεις συσκευές ταυτόχρονα: ένα αμπερόμετρο, ένα βολτόμετρο και ένα ρολόι. Αλλά αυτό είναι δυσκίνητο και αναποτελεσματικό. Επομένως, συνήθως, μετριέται το έργο ενός ηλεκτρικού ρεύματος ηλεκτρικοί μετρητές. Στη συσκευή αυτή τη συσκευήΌλες οι παραπάνω συσκευές είναι διαθέσιμες.

Υπάρχει μια διατεταγμένη κίνηση ηλεκτρικών φορτίων ( Q).

Εάν μια ορισμένη ποσότητα ηλεκτρικών φορτίων διέρχεται από τη διατομή του αγωγού (η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας) Qστη διάρκεια tδευτερόλεπτα, τότε ο αριθμός των ηλεκτρικών φορτίων που έχουν περάσει από τη διατομή του αγωγού σε ένα δευτερόλεπτο καλείται και συμβολίζεται με το γράμμα Εγώ.

Η μονάδα ρεύματος είναι 1 αμπέρ, που ορίζεται ως ο αριθμός των φορτίων 1 κουλόμπ που διέρχεται από τη διατομή του αγωγού σε 1 δευτερόλεπτο, δηλαδή

Εικόνα 1. Εμφάνιση του αμπερόμετρου

Μετράται το ρεύμα στο κύκλωμα ηλεκτρική συσκευή- αμπερόμετρο, εμφάνισηπου φαίνεται στο σχήμα 1.

Τα χιλιοστά του αμπέρ - μιλιαμπέρ μετρώνται με ένα χιλιοστόμετρο. Εάν αλλάξει ο αριθμός των φορτίων που διέρχονται (ρέουν) μέσω του αγωγού, τότε θα αλλάξει και το μέγεθος του ρεύματος.
Σε αυτή την περίπτωση, για μια δεδομένη χρονική περίοδο προσδιορίζεται από τον τύπο:

όπου Δ Q- αλλαγή στον αριθμό των χρεώσεων. Δ t- αλλαγή χρόνου.

Όσο μικρότερο είναι το χρονικό διάστημα Δ t, τόσο λιγότερο θα διαφέρει η μέση τιμή ρεύματος από την πραγματική στιγμιαία τιμή ρεύματος σε μια δεδομένη στιγμή.

Ένα ρεύμα που δεν αλλάζει σε μέγεθος και κατεύθυνση ονομάζεται.
Συνεχές ρεύμα μας δίνουν γαλβανικές κυψέλες, μπαταρίες, γεννήτριες συνεχές ρεύμα, εάν οι συνθήκες λειτουργίας του ηλεκτρικού κυκλώματος δεν αλλάξουν.

Βίντεο 1. Η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος

τωρινή πυκνότητα

Τρέχουσα αναλογία Εγώστην περιοχή διατομής του αγωγού μικρόονομάζεται και συμβολίζεται με το γράμμα ι, προηγουμένως η τρέχουσα πυκνότητα υποδηλωνόταν με το ελληνικό γράμμα δ (δέλτα).

δεδομένου ότι το εμβαδόν διατομής ενός αγωγού συνήθως δίνεται σε τετραγωνικά χιλιοστά, η πυκνότητα ρεύματος μετριέται σε αλλά/mm².

Βίντεο 2. Πυκνότητα ρεύματος