Πώς το ρεύμα ρέει μέσα από τα καλώδια. Τι είναι το ηλεκτρικό ρεύμα; Υπολογισμός πτώσης τάσης

Περιεχόμενο:

Κάθε απλός άνθρωπος είναι εξοικειωμένος με τις ηλεκτρικές ποσότητες - ρεύμα, τάση - η λειτουργία των οικιακών συσκευών εξαρτάται από αυτές, αλλά λίγοι άνθρωποι έχουν πλήρη κατανόηση του ορισμού του ηλεκτρικού ρεύματος. Είναι σημαντικό να συγκρίνουμε το ηλεκτρικό ρεύμα με τη ροή του ποταμού, μόνο σε αυτό τα σωματίδια με κίνηση φορτίου και στον ποταμό - νερό. Πρέπει να γίνει κατανοητό ότι το ρεύμα κινείται μόνο προς μία κατεύθυνση, πρέπει να δημιουργηθούν προϋποθέσεις για την ύπαρξή του, θα εξετάσουμε αυτές τις διαδικασίες με περισσότερες λεπτομέρειες.

Βασικοί ορισμοί

Ο ηλεκτρισμός μας περιβάλλει καθημερινά, αλλά δεν καταλαβαίνει κάθε άνθρωπος τι είναι το ηλεκτρικό ρεύμα και οι ποσότητες που σχετίζονται με αυτό, αλλά είναι σημαντικά για την καθημερινή ζωή. Υπάρχουν διάφορες ερμηνείες της έννοιας του ηλεκτρικού ρεύματος:

1. Ο ορισμός που γίνεται δεκτός σε ένα σχολικό εγχειρίδιο ότι ηλεκτρικό ρεύμα είναι η κίνηση των σωματιδίων που έχουν φορτίο λόγω της δράσης ηλεκτρικού πεδίου πάνω τους. Τα σωματίδια είναι: πρωτόνια, τρύπες, ηλεκτρόνια, ιόντα.
2. Στην ηλεκτρική βιβλιογραφία των ανώτατων εκπαιδευτικών ιδρυμάτων, γράφεται ότι το ηλεκτρικό ρεύμα είναι ο ρυθμός με τον οποίο ένα φορτίο αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Το αρνητικό φορτίο των ηλεκτρονίων θεωρείται θετικό για τα πρωτόνια και ουδέτερο για τα νετρόνια.

Στην ηλεκτρική μηχανική, οι ειδικοί σημειώνουν τη σημασία μιας τέτοιας έννοιας όπως η ισχύς του ρεύματος - αυτός είναι ο αριθμός των σωματιδίων που έχουν φορτίο που διέρχονται από τη διατομή ενός αγωγού με την πάροδο του χρόνου. Η κίνηση του ρεύματος σε έναν αγωγό μπορεί να περιγραφεί ως εξής: «... Όλα τα αγώγιμα υλικά έχουν εσωτερική δομή (μόρια, άτομα, πυρήνες με περιστρεφόμενα ηλεκτρόνια), όταν μια χημική αντίδραση επηρεάζει το υλικό, τα ηλεκτρόνια από το ένα άτομο τρέχουν στο άλλο. Δημιουργείται μια κατάσταση κατά την οποία ορισμένα άτομα στερούνται ηλεκτρονίων, ενώ άλλα παρουσιάζουν περίσσεια, η οποία δείχνει το αντίθετο φορτίο. Τα ηλεκτρόνια τείνουν να μετακινούνται από τη μια ουσία στην άλλη, αυτή η κίνηση είναι το ηλεκτρικό ρεύμα.

Οι ειδικοί επικεντρώνονται στο γεγονός ότι σε αυτή την περίπτωση το ρεύμα ρέει μόνο μέχρι τη στιγμή που τα φορτία στις δύο ουσίες εξισωθούν.

Για να κατανοήσετε την κίνηση του ρεύματος, είναι σημαντικό να γνωρίζετε τον ορισμό της τάσης - αυτή είναι η διαφορά δυναμικού που λαμβάνεται σε δύο σημεία του ηλεκτρικού πεδίου, μετρούμενη σε βολτ.

Ηλεκτρική ενέργεια

Σε διάφορες περιοχές, ιδίως στην Ουκρανία, ένας απλός άνδρας στο δρόμο ενδιαφέρεται για: "Τι είναι ένα ηλεκτρικό στέλεχος;", για ποιο σκοπό χρησιμοποιείται, από τι προέρχεται. Καθημερινά χρησιμοποιούμε ηλεκτρική ενέργεια, η οποία αντιπροσωπεύεται από εναλλασσόμενο ρεύμα στα ηλεκτρικά δίκτυα.

Εναλλασσόμενο ρεύμα σε έναν αγωγό είναι όταν τα σωματίδια που έχουν φορτίο για μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο το αλλάζουν ως προς την κατεύθυνση, καθώς και ως προς το μέγεθος. Γραφικά, το εναλλασσόμενο ρεύμα αντιπροσωπεύεται από ένα ημιτονοειδές. Δημιουργείται από γεννήτριες στις οποίες περιστρέφονται πηνία με σύρματα και, κατά τη διαδικασία περιστροφής, διασχίζουν το μαγνητικό πεδίο. Κατά την περίοδο της περιστροφής, τα πηνία μπορούν να ανοίγουν και να κλείνουν σε σχέση με το μαγνητικό πεδίο, το οποίο δημιουργεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα που αλλάζει κατεύθυνση στους αγωγούς και πραγματοποιείται ένας πλήρης κύκλος σε ένα λεπτό.

Η περιστροφή των γεννητριών προέρχεται από ατμοστρόβιλους με διαφορετικές πηγές ενέργειας: άνθρακας, αέριο, πυρηνικός αντιδραστήρας, πετρέλαιο. Περαιτέρω, μέσω του συστήματος των μετασχηματιστών, η τάση ανεβαίνει, μέσω των αγωγών της επιθυμητής διαμέτρου, μεταφέρεται χωρίς απώλεια για μεγάλη απόσταση. Η διάμετρος του σύρματος μέσω του οποίου διέρχεται το ρεύμα καθορίζει την ισχύ και το μέγεθός του, οι ζεστές γραμμές στην ενεργειακή βιομηχανία ονομάζονται κύριες γραμμές μεταφοράς ενέργειας, υπάρχουν επίσης γειωμένες επιλογές όταν η ηλεκτρική ενέργεια μεταδίδεται υπόγεια.

Πού εφαρμόζεται η ηλεκτρική ενέργεια;

Είναι το ρεύμα που μας κάνει τη ζωή πολύ πιο εύκολη, δημιουργώντας άνεση στο σπίτι. Χρησιμοποιείται για φωτισμό δωματίων, δρόμων, για στέγνωμα αντικειμένων, σε θερμαντικά στοιχεία ηλεκτρικών σόμπων, σε άλλες οικιακές συσκευές και συσκευές, εκτελεί το έργο της ανύψωσης πορτών γκαράζ κ.λπ.

Συνθήκες απαραίτητες για τη λήψη ηλεκτρικής ενέργειας

Για την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος είναι απαραίτητες οι ακόλουθες προϋποθέσεις: παρουσία σωματιδίων με φορτίο, ηλεκτρικά αγώγιμο υλικό κατά μήκος του οποίου θα κινούνται τα σωματίδια και πηγή τάσης. Μια σημαντική προϋπόθεση για τη λήψη ηλεκτρικού ρεύματος είναι η παρουσία τάσης, η οποία καθορίζεται από τη διαφορά δυναμικού. Με άλλα λόγια, η δύναμη που δημιουργείται από τα φορτισμένα σωματίδια απώθησης είναι μεγαλύτερη σε ένα σημείο από ό,τι σε άλλο.

Δεν υπάρχουν φυσικές πηγές τάσης, για αυτό το λόγο τα ηλεκτρόνια είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα γύρω μας, αλλά εφευρέσεις όπως οι μπαταρίες κατέστησαν δυνατή τη συσσώρευση ηλεκτρικής ενέργειας σε αυτές.

Μια άλλη σημαντική προϋπόθεση είναι η ηλεκτρική αντίσταση, ή αγωγός, κατά μήκος του οποίου θα κινούνται τα φορτισμένα σωματίδια. Τα υλικά στα οποία είναι δυνατή αυτή η δράση ονομάζονται ηλεκτρικά αγώγιμα και εκείνα στα οποία δεν υπάρχει ελεύθερη κίνηση ηλεκτρονίων ονομάζονται μονωτές. Ένα συνηθισμένο σύρμα έχει έναν αγώγιμο μεταλλικό πυρήνα και ένα μονωτικό περίβλημα.

Ηλεκτρικό ρεύμα σε αγωγούς

Σε οποιονδήποτε αγωγό υπάρχουν φορείς ηλεκτρικού φορτίου, οι οποίοι τίθενται σε κίνηση υπό την επίδραση της δύναμης του πεδίου που δημιουργεί η ηλεκτρική μηχανή.

Οι μεταλλικοί αγωγοί μεταφέρουν φορτίο με τη βοήθεια ηλεκτρονίων. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του αγωγού και η θέρμανση του σύρματος, τόσο χειρότερο ρέει το ρεύμα, καθώς η χαοτική κίνηση των ατόμων ξεκινά σε αυτό από θερμική έκθεση και η αντίσταση του αγώγιμου υλικού αυξάνεται. Όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία του αγωγού (ιδανικά, τείνει προς το μηδέν), τόσο μικρότερη είναι η αντίστασή του.

Τα υγρά μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρισμό χρησιμοποιώντας ιόντα (ηλεκτρολύτες). Η κίνηση συμβαίνει στο ηλεκτρόδιο, το οποίο έχει το αντίθετο πρόσημο με το ιόν, και, καθιζάνοντας σε αυτό, τα ιόντα πραγματοποιούν τη διαδικασία ηλεκτρόλυσης. Τα ανιόντα είναι θετικά φορτισμένα ιόντα που κινούνται προς την κάθοδο. Κατιόντα - ιόντα με αρνητικό φορτίο κινούνται προς την άνοδο. Κατά τη διαδικασία θέρμανσης του ηλεκτρολύτη, η αντίστασή του μειώνεται.

Το αέριο έχει επίσης αγωγιμότητα, το ηλεκτρικό ρεύμα σε αυτό είναι πλάσμα. Η κίνηση γίνεται με τη βοήθεια φορτισμένων ιόντων ή ελεύθερων ηλεκτρονίων, τα οποία λαμβάνονται κατά τη διαδικασία της ακτινοβολίας.

Ένας καθοδικός σωλήνας είναι ένα παράδειγμα ηλεκτρικού ρεύματος σε κενό από μια ράβδο καθόδου σε μια ράβδο ανόδου.

Ηλεκτρικό ρεύμα σε ημιαγωγούς

Για να κατανοήσουμε τη διέλευση του ρεύματος σε αυτό το υλικό, ας δώσουμε έναν ορισμό. Ημιαγωγός - ένα ενδιάμεσο υλικό μεταξύ ενός αγωγού και ενός μονωτή, εξαρτάται από την ειδική αγωγιμότητα, την παρουσία ακαθαρσιών σε αυτό, την κατάσταση θερμοκρασίας και την ακτινοβολία που ενεργεί σε αυτό. Όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση του ημιαγωγού, οι ιδιότητές του επηρεάζουν τη μέτρηση των χαρακτηριστικών. Το ηλεκτρικό ρεύμα σε έναν ημιαγωγό είναι το άθροισμα των ρευμάτων ηλεκτρονίων και οπών.

Όταν η θερμοκρασία ενός ημιαγωγού αυξάνεται, οι ομοιοπολικοί δεσμοί σπάνε λόγω της δράσης της θερμικής ενέργειας στα ηλεκτρόνια σθένους, σχηματίζονται ελεύθερα ηλεκτρόνια και δημιουργείται μια οπή στο σημείο θραύσης. Εμπλέκεται στο ηλεκτρόνιο σθένους ενός άλλου ζεύγους και το ίδιο κινείται περαιτέρω στον κρύσταλλο. Όταν ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο συναντά μια οπή, συμβαίνει ανασυνδυασμός μεταξύ τους, η αποκατάσταση ηλεκτρονικών δεσμών. Όταν ένας ημιαγωγός εκτίθεται στην ενέργεια της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, εμφανίζονται σε αυτόν ζεύγη ηλεκτρονίων-οπών.

Νόμοι για το ηλεκτρικό ρεύμα

Στην ηλεκτρική μηχανική εφαρμόζονται οι βασικοί νόμοι που ορίζουν το ηλεκτρικό ρεύμα. Ένας από τους πιο σημαντικούς είναι ο νόμος του Ohm, χαρακτηριστικό του οποίου είναι η ταχύτητα μεταφοράς ενέργειας χωρίς να αλλάζει το σχήμα της από το ένα σημείο στο άλλο.

Αυτός ο νόμος δείχνει τη σχέση μεταξύ τάσης και ισχύος ρεύματος, καθώς και την αντίσταση ενός αγωγού ή τμήματος κυκλώματος. Η αντίσταση μετριέται σε ohms.

Το έργο ενός ηλεκτρικού ρεύματος καθορίζεται από τον νόμο Joule-Lenz, ο οποίος λέει ότι σε οποιοδήποτε σημείο του κυκλώματος, το ρεύμα λειτουργεί.

Ο Faraday ανακάλυψε τη μαγνητική επαγωγή και επίσης διαπίστωσε πειραματικά ότι όταν μια γραμμή μαγνητικής επαγωγής διασχίζει την επιφάνεια ενός κλειστού αγωγού, εμφανίζεται ένα ηλεκτρικό ρεύμα σε αυτόν. Εξήγαγε τον νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής:

Οι μη κλειστοί αγωγοί που διασχίζουν τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου λαμβάνουν τάση στα άκρα, γεγονός που υποδηλώνει την εμφάνιση ενός EMF επαγωγής. Εάν η μαγνητική ροή είναι αμετάβλητη και διασχίζει ένα κλειστό κύκλωμα, τότε δεν προκύπτει ηλεκτρικό ρεύμα σε αυτό. Το EMF επαγωγής ενός κλειστού κυκλώματος, όταν αλλάζει η μαγνητική ροή, είναι ίσο με το μέτρο του ρυθμού μεταβολής του.

συμπέρασμα

Όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσα από τον αγωγό, τον θερμαίνει, για το λόγο αυτό είναι απαραίτητο να τηρούνται μέτρα ασφαλείας κατά την εργασία με ηλεκτρικές συσκευές και συσκευές. Η γραμμή μεταφοράς ρεύματος δεν πρέπει να υπερφορτωθεί, μπορεί να ζεσταθεί και να προκαλέσει πυρκαγιά. Το ηλεκτρικό ρεύμα ακολουθεί πάντα το μονοπάτι της ελάχιστης αντίστασης.

Τη στιγμή της εμφάνισης βραχυκυκλώματος (βραχυκύκλωμα), το ρεύμα αυξάνεται αρκετές φορές, εμφανίζεται στιγμιαία απελευθέρωση τεράστιας θερμικής αξίας, η οποία λιώνει το μέταλλο. Το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να προκαλέσει εγκαύματα στο σώμα ενός ανθρώπου ή ζώου, αλλά χρησιμοποιείται σε μονάδες εντατικής θεραπείας, για καταθλιπτικά διαλύματα και για τη θεραπεία ασθενειών.

Σύμφωνα με τους κανόνες ηλεκτρικής ασφάλειας, ένα απτό ρεύμα από ένα άτομο προέρχεται από την τιμή ενός milliamp και ένα ρεύμα με 0,01 αμπέρ θεωρείται επικίνδυνο για την υγεία, ένα ρεύμα 0,1 αμπέρ ορίζεται ως θανατηφόρος τιμή. Η ασφαλής τάση για τον άνθρωπο είναι 12-24-32-42 βολτ.

Ηλεκτρική ενέργεια

Πρώτα απ 'όλα, αξίζει να μάθετε τι αποτελεί ηλεκτρικό ρεύμα. Ηλεκτρικό ρεύμα είναι η διατεταγμένη κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων σε έναν αγωγό. Για να προκύψει πρέπει πρώτα να δημιουργηθεί ένα ηλεκτρικό πεδίο, υπό την επίδραση του οποίου θα αρχίσουν να κινούνται τα προαναφερθέντα φορτισμένα σωματίδια.

Οι πρώτες πληροφορίες για τον ηλεκτρισμό, που εμφανίστηκαν πριν από πολλούς αιώνες, αφορούσαν ηλεκτρικά «φορτίσματα» που προέρχονται από την τριβή. Ήδη από την 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. Εάν 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 διαφορετικών μερών, ενώ σε άλλα αυτό δεν είναι δυνατό. Στην πρώτη περίπτωση, τα σώματα ονομάζονται "αγωγοί", και στη δεύτερη - "διηλεκτρικά ή μονωτές". Αγωγοί είναι όλα τα μέταλλα, τα υδατικά διαλύματα αλάτων και οξέων κλπ. 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 μόνο μέρος της φυσικής, αλλά αποτέλεσε τη βάση ενός νέου ηλεκτρικού πολιτισμού.

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 μέσα από το κύκλωμα σε μια συγκεκριμένη μονάδα χρόνου. Όσο περισσότερα ηλεκτρόνια μετακινούνται 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.

Συγκεκριμένα, η χημική επίδραση του ηλεκτρικού ρεύματος εξαρτάται από την ποσότητα του ηλεκτρισμού, δηλαδή όσο περισσότερο φορτίο διέρχεται από το διάλυμα ηλεκτρολύτη, τόσο περισσότερη 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 μετριέται 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 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. Υπάρχει όμως και 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 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, η περιοχή διατομής είναι S. Σε αυτήν την περίπτωση, η αντίσταση μπορεί να γραφτεί 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 m2. Η ειδική αντίσταση εκφράζεται σε Ohm x m. Δεδομένου ότι τα σύρματα, κατά κανόνα, έχουν 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.

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. Αυτό το φαινόμενο χαρακτηρίζεται από ένα φυσικό μέγεθος, το οποίο ονομάζεται ηλεκτρική χωρητικότητα. Η ηλεκτρική χωρητικότητα δύο αγωγών δεν είναι τίποτα άλλο παρά ο λόγος 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).

Yandex.DirectAll διαφημίσειςΔιαμερίσματα προς ενοικίαση Καζάν!Διαμερίσματα από 1000 ρούβλια. καθημερινά. Μίνι ξενοδοχεία. Έγγραφα αναφοράς16.forguest.ru Διαμερίσματα προς ενοικίαση στο ΚαζάνΆνετα διαμερίσματα σε όλες τις περιοχές του Καζάν. Γρήγορο διαμέρισμα rental.fatyr.ru Νέο Yandex.Browser!Βολικοί σελιδοδείκτες και αξιόπιστη προστασία. Πρόγραμμα περιήγησης για ευχάριστες βόλτες στο δίκτυο!browser.yandex.ru 0+

Εάν πάρετε δύο αγωγούς απομονωμένους ο ένας από τον άλλο, τους τοποθετήστε σε μικρή απόσταση ο ένας από τον άλλο, παίρνετε 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 ένα ορισμένο ποσό εργασίας. Όταν συνδέονται ηλεκτρικοί κινητήρες, το ηλεκτρικό ρεύμα κάνει κάθε είδους εξοπλισμό να λειτουργεί, κινεί τα τρένα κατά μήκος των σιδηροτροχιών, φωτίζει τους δρόμους, θερμαίνει το σπίτι και επίσης παράγει χημικό αποτέλεσμα, δηλαδή επιτρέπει την ηλεκτρόλυση κ.λπ. 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. Αλλά αυτό είναι επαχθές και αναποτελεσματικό. Επομένως, συνήθως, το έργο του ηλεκτρικού ρεύματος μετριέται με ηλεκτρικούς μετρητές. Η συσκευή αυτής της συσκευής περιέχει όλες τις παραπάνω συσκευές.

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).

Βασικοί νόμοι του ηλεκτρικού ρεύματος

Ο νόμος του Ohm. Η τάση και το ρεύμα θεωρούνται τα πιο βολικά χαρακτηριστικά των ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά της χρήσης της ηλεκτρικής ενέργειας είναι η ταχεία μεταφορά ενέργειας από το ένα μέρος στο άλλο και η μεταφορά της στον καταναλωτή με την επιθυμητή μορφή. Το γινόμενο της διαφοράς δυναμικού και της ισχύος του ρεύματος δίνει ισχύ, δηλ. την ποσότητα ενέργειας που εκπέμπεται στο κύκλωμα ανά μονάδα χρόνου. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, για να μετρηθεί η ισχύς σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, θα χρειαζόταν 3 συσκευές. Είναι δυνατόν να κάνουμε με ένα και να υπολογίσουμε την ισχύ από τις ενδείξεις του και κάποιο χαρακτηριστικό του κυκλώματος, όπως η αντίστασή του; Αυτή η ιδέα άρεσε σε πολλούς, τη θεώρησαν γόνιμη.

Λοιπόν, ποια είναι η αντίσταση ενός σύρματος ή ενός κυκλώματος στο σύνολό του; Έχει ένα καλώδιο, όπως οι σωλήνες νερού ή οι σωλήνες σε ένα σύστημα κενού, μια σταθερή ιδιότητα που θα μπορούσε να ονομαστεί αντίσταση; Για παράδειγμα, στους σωλήνες, ο λόγος της διαφοράς πίεσης που δημιουργεί ροή διαιρεμένος με τον ρυθμό ροής είναι συνήθως ένα σταθερό χαρακτηριστικό του σωλήνα. Με τον ίδιο τρόπο, η ροή θερμότητας σε ένα σύρμα υπόκειται σε μια απλή σχέση, η οποία περιλαμβάνει τη διαφορά θερμοκρασίας, την περιοχή διατομής του σύρματος και το μήκος του. Η ανακάλυψη μιας τέτοιας σχέσης για τα ηλεκτρικά κυκλώματα ήταν το αποτέλεσμα μιας επιτυχημένης αναζήτησης.

Στη δεκαετία του 1820, ο Γερμανός δάσκαλος Georg Ohm ήταν ο πρώτος που άρχισε να αναζητά την παραπάνω αναλογία. Πρώτα απ 'όλα, φιλοδοξούσε τη φήμη και τη φήμη, που θα του επέτρεπε να διδάξει στο πανεπιστήμιο. Αυτός ήταν και ο μόνος λόγος που επέλεξε έναν κλάδο σπουδών που πρόσφερε ιδιαίτερα πλεονεκτήματα.

Ο Ομ ήταν γιος κλειδαρά, οπότε ήξερε να σχεδιάζει μεταλλικό σύρμα διαφορετικού πάχους, το οποίο χρειαζόταν για πειράματα. Δεδομένου ότι εκείνες τις μέρες ήταν αδύνατο να αγοράσει ένα κατάλληλο σύρμα, ο Om το έφτιαξε με τα χέρια του. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, δοκίμασε διαφορετικά μήκη, διαφορετικά πάχη, διαφορετικά μέταλλα και ακόμη και διαφορετικές θερμοκρασίες. Όλοι αυτοί οι παράγοντες διέφεραν με τη σειρά τους. Την εποχή του Ohm, οι μπαταρίες ήταν ακόμα αδύναμες, δίνοντας ένα ρεύμα μεταβλητού μεγέθους. Από αυτή την άποψη, ο ερευνητής χρησιμοποίησε ένα θερμοστοιχείο ως γεννήτρια, η θερμή διασταύρωση του οποίου τοποθετήθηκε σε φλόγα. Επιπλέον, χρησιμοποίησε ένα ακατέργαστο μαγνητικό αμπερόμετρο και μέτρησε τις διαφορές δυναμικού (το Ohm τις ονόμασε «τάσεις») αλλάζοντας τη θερμοκρασία ή τον αριθμό των θερμικών ενώσεων.

Το δόγμα των ηλεκτρικών κυκλωμάτων μόλις έλαβε την ανάπτυξή του. Μετά την εφεύρεση των μπαταριών γύρω στο 1800, άρχισε να αναπτύσσεται πολύ πιο γρήγορα. Σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν διάφορες συσκευές (πολύ συχνά με το χέρι), ανακαλύφθηκαν νέοι νόμοι, εμφανίστηκαν έννοιες και όροι κ.λπ. Όλα αυτά οδήγησαν σε μια βαθύτερη κατανόηση των ηλεκτρικών φαινομένων και παραγόντων.

Η ανανέωση της γνώσης για τον ηλεκτρισμό, αφενός, προκάλεσε την εμφάνιση ενός νέου πεδίου της φυσικής, αφετέρου, ήταν η βάση για την ταχεία ανάπτυξη της ηλεκτρικής μηχανικής, δηλαδή εφευρέθηκαν μπαταρίες, γεννήτριες, συστήματα τροφοδοσίας για φωτισμό και ηλεκτρική κίνηση, ηλεκτρικοί φούρνοι, ηλεκτροκινητήρες κ.λπ.

Οι ανακαλύψεις του Ohm είχαν μεγάλη σημασία τόσο για την ανάπτυξη της θεωρίας του ηλεκτρισμού όσο και για την ανάπτυξη της εφαρμοσμένης ηλεκτρικής μηχανικής. Κατέστησαν εύκολη την πρόβλεψη των ιδιοτήτων των ηλεκτρικών κυκλωμάτων για συνεχές ρεύμα και αργότερα για εναλλασσόμενο ρεύμα. Το 1826, ο Ohm δημοσίευσε ένα βιβλίο στο οποίο περιέγραψε τα θεωρητικά συμπεράσματα και τα πειραματικά αποτελέσματα. Αλλά οι ελπίδες του δεν δικαιώθηκαν, το βιβλίο αντιμετωπίστηκε με γελοιοποίηση. Αυτό συνέβη επειδή η μέθοδος του πρόχειρου πειραματισμού φαινόταν ελάχιστα ελκυστική σε μια εποχή που πολλοί άνθρωποι λάτρευαν τη φιλοσοφία.

Ο Omu δεν είχε άλλη επιλογή από το να εγκαταλείψει τη θέση του ως δάσκαλος. Δεν πέτυχε ραντεβού στο πανεπιστήμιο για τον ίδιο λόγο. Για 6 χρόνια, ο επιστήμονας έζησε στη φτώχεια, χωρίς εμπιστοσύνη στο μέλλον, βιώνοντας ένα αίσθημα πικρής απογοήτευσης.

Σταδιακά όμως τα έργα του απέκτησαν φήμη πρώτα εκτός Γερμανίας. Ο Ομ ήταν σεβαστός στο εξωτερικό, χρησιμοποιήθηκε η έρευνά του. Από αυτή την άποψη, οι συμπατριώτες αναγκάστηκαν να τον αναγνωρίσουν στην πατρίδα τους. Το 1849 έλαβε θέση καθηγητή στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου.

Ο Ohm ανακάλυψε έναν απλό νόμο που καθιερώνει μια σχέση μεταξύ ρεύματος και τάσης για ένα κομμάτι σύρματος (για μέρος του κυκλώματος, για ολόκληρο το κύκλωμα). Επιπλέον, έφτιαξε κανόνες που σας επιτρέπουν να καθορίσετε τι θα αλλάξει αν πάρετε ένα καλώδιο διαφορετικού μεγέθους. Ο νόμος του Ohm διατυπώνεται ως εξής: η ισχύς του ρεύματος σε ένα τμήμα του κυκλώματος είναι ευθέως ανάλογη με την τάση σε αυτό το τμήμα και αντιστρόφως ανάλογη με την αντίσταση του τμήματος.

Νόμος Joule-Lenz. Το ηλεκτρικό ρεύμα σε οποιοδήποτε μέρος του κυκλώματος εκτελεί μια συγκεκριμένη εργασία. Για παράδειγμα, ας πάρουμε κάποιο τμήμα του κυκλώματος, μεταξύ των άκρων του οποίου υπάρχει τάση (U). Σύμφωνα με τον ορισμό της ηλεκτρικής τάσης, η εργασία που γίνεται όταν μετακινείται μια μονάδα φόρτισης μεταξύ δύο σημείων είναι ίση με U. Εάν η ισχύς ρεύματος σε ένα δεδομένο τμήμα του κυκλώματος είναι i, τότε το φορτίο που θα περάσει σε χρόνο t, και επομένως το έργο του ηλεκτρικού ρεύματος σε αυτό το τμήμα θα είναι:

Αυτή η έκφραση ισχύει για συνεχές ρεύμα σε κάθε περίπτωση, για οποιοδήποτε τμήμα του κυκλώματος, το οποίο μπορεί να περιέχει αγωγούς, ηλεκτρικούς κινητήρες κ.λπ. Η τρέχουσα ισχύς, δηλαδή η εργασία ανά μονάδα χρόνου, είναι ίση με:

Αυτός ο τύπος χρησιμοποιείται στο σύστημα SI για τον προσδιορισμό της μονάδας τάσης.

Ας υποθέσουμε ότι το τμήμα του κυκλώματος είναι σταθερός αγωγός. Σε αυτή την περίπτωση, όλη η εργασία θα μετατραπεί σε θερμότητα, η οποία θα απελευθερωθεί σε αυτόν τον αγωγό. Εάν ο αγωγός είναι ομοιογενής και υπακούει στο νόμο του Ohm (αυτό περιλαμβάνει όλα τα μέταλλα και τους ηλεκτρολύτες), τότε:

όπου r είναι η αντίσταση του αγωγού. Σε αυτήν την περίπτωση:

Αυτός ο νόμος προήλθε για πρώτη φορά εμπειρικά από τον E. Lenz και, ανεξάρτητα από αυτόν, από τον Joule.

Πρέπει να σημειωθεί ότι η θέρμανση των αγωγών βρίσκει πολυάριθμες εφαρμογές στη μηχανική. Οι πιο συνηθισμένοι και σημαντικότεροι μεταξύ τους είναι οι λαμπτήρες πυρακτώσεως.

Νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Στο πρώτο μισό του 19ου αιώνα, ο Άγγλος φυσικός M. Faraday ανακάλυψε το φαινόμενο της μαγνητικής επαγωγής. Το γεγονός αυτό, έχοντας γίνει ιδιοκτησία πολλών ερευνητών, έδωσε ισχυρή ώθηση στην ανάπτυξη της ηλεκτρολογικής και ραδιομηχανικής.

Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, ο Faraday ανακάλυψε ότι όταν αλλάζει ο αριθμός των γραμμών μαγνητικής επαγωγής που διαπερνούν μια επιφάνεια που οριοθετείται από έναν κλειστό βρόχο, δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα σε αυτήν. Αυτή είναι η βάση του ίσως πιο σημαντικού νόμου της φυσικής - του νόμου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Το ρεύμα που εμφανίζεται στο κύκλωμα ονομάζεται επαγωγικό. Λόγω του γεγονότος ότι το ηλεκτρικό ρεύμα εμφανίζεται στο κύκλωμα μόνο στην περίπτωση εξωτερικών δυνάμεων που δρουν σε ελεύθερα φορτία, τότε με μια μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή που περνά πάνω από την επιφάνεια ενός κλειστού κυκλώματος, εμφανίζονται αυτές οι ίδιες εξωτερικές δυνάμεις σε αυτό. Η δράση των εξωτερικών δυνάμεων στη φυσική ονομάζεται ηλεκτροκινητική δύναμη ή EMF επαγωγής.

Η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή εμφανίζεται και σε ανοιχτούς αγωγούς. Στην περίπτωση που ο αγωγός διασχίζει τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου, εμφανίζεται μια τάση στα άκρα του. Ο λόγος για την εμφάνιση μιας τέτοιας τάσης είναι το EMF επαγωγής. Εάν η μαγνητική ροή που διέρχεται από το κλειστό κύκλωμα δεν αλλάξει, το επαγωγικό ρεύμα δεν εμφανίζεται.

Χρησιμοποιώντας την έννοια του "EMF επαγωγής", μπορεί κανείς να μιλήσει για το νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, δηλαδή, το EMF επαγωγής σε έναν κλειστό βρόχο είναι ίσο σε απόλυτη τιμή με τον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής μέσω της επιφάνειας που οριοθετείται από τον βρόχο.

Ο κανόνας του Lenz. Όπως ήδη γνωρίζουμε, ένα επαγωγικό ρεύμα εμφανίζεται στον αγωγό. Ανάλογα με τις συνθήκες εμφάνισής του, έχει διαφορετική κατεύθυνση. Με την ευκαιρία αυτή, ο Ρώσος φυσικός Lenz διατύπωσε τον ακόλουθο κανόνα: το ρεύμα επαγωγής που εμφανίζεται σε ένα κλειστό κύκλωμα έχει πάντα τέτοια κατεύθυνση ώστε το μαγνητικό πεδίο που δημιουργεί να μην επιτρέπει την αλλαγή της μαγνητικής ροής. Όλα αυτά προκαλούν την εμφάνιση ενός ρεύματος επαγωγής.

Το ρεύμα επαγωγής, όπως κάθε άλλο, έχει ενέργεια. Αυτό σημαίνει ότι σε περίπτωση ρεύματος επαγωγής εμφανίζεται ηλεκτρική ενέργεια. Σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης και του μετασχηματισμού της ενέργειας, η προαναφερθείσα ενέργεια μπορεί να προκύψει μόνο λόγω της ποσότητας ενέργειας κάποιου άλλου τύπου ενέργειας. Έτσι, ο κανόνας του Lenz αντιστοιχεί πλήρως στον νόμο της διατήρησης και του μετασχηματισμού της ενέργειας.

Εκτός από την επαγωγή, στο πηνίο μπορεί να εμφανιστεί η λεγόμενη αυτοεπαγωγή. Η ουσία του είναι η εξής. Εάν εμφανιστεί ρεύμα στο πηνίο ή αλλάξει η ισχύς του, τότε εμφανίζεται ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Και αν αλλάξει η μαγνητική ροή που διέρχεται από το πηνίο, τότε δημιουργείται μια ηλεκτροκινητική δύναμη, η οποία ονομάζεται EMF αυτοεπαγωγής.

Σύμφωνα με τον κανόνα του Lenz, το EMF της αυτοεπαγωγής όταν το κύκλωμα είναι κλειστό παρεμβαίνει στην ισχύ του ρεύματος και δεν του επιτρέπει να αυξηθεί. Όταν το κύκλωμα EMF είναι απενεργοποιημένο, η αυτεπαγωγή μειώνει την ισχύ του ρεύματος. Στην περίπτωση που η ένταση ρεύματος στο πηνίο φτάσει σε μια ορισμένη τιμή, το μαγνητικό πεδίο σταματά να αλλάζει και το EMF αυτοεπαγωγής μηδενίζεται.

Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι μια διατεταγμένη κίνηση φορτισμένων σωματιδίων. Στα στερεά, αυτή είναι η κίνηση των ηλεκτρονίων (αρνητικά φορτισμένα σωματίδια) σε υγρά και αέρια σώματα, αυτή είναι η κίνηση των ιόντων (θετικά φορτισμένα σωματίδια). Επιπλέον, το ρεύμα μπορεί να είναι σταθερό και μεταβλητό και έχουν εντελώς διαφορετική κίνηση ηλεκτρικών φορτίων. Για να κατανοήσετε και να κυριαρχήσετε το θέμα της ροής ρεύματος στους αγωγούς, ίσως πρέπει πρώτα να κατανοήσετε τα βασικά της ηλεκτροφυσικής με περισσότερες λεπτομέρειες. Από εκεί θα ξεκινήσω.

Λοιπόν, πώς ρέει το ηλεκτρικό ρεύμα γενικά; Γνωρίζουμε ότι η ύλη αποτελείται από άτομα. Αυτά είναι στοιχειώδη σωματίδια της ύλης. Η δομή του ατόμου μοιάζει με το ηλιακό μας σύστημα, όπου ο πυρήνας του ατόμου βρίσκεται στο κέντρο. Αποτελείται από σφιχτά συμπιεσμένα πρωτόνια (θετικά ηλεκτρικά σωματίδια) και νετρόνια (ηλεκτρικά ουδέτερα σωματίδια). Τα ηλεκτρόνια (μικρότερα σωματίδια με αρνητικό φορτίο) περιστρέφονται γύρω από αυτόν τον πυρήνα με μεγάλη ταχύτητα στις τροχιές τους. Διαφορετικές ουσίες έχουν διαφορετικό αριθμό ηλεκτρονίων και τροχιές στις οποίες περιστρέφονται. Τα άτομα των στερεών έχουν το λεγόμενο κρυσταλλικό πλέγμα. Αυτή είναι η δομή της ύλης, στην οποία τα άτομα είναι διατεταγμένα σε μια συγκεκριμένη σειρά μεταξύ τους.

Από πού προέρχεται το ηλεκτρικό ρεύμα; Αποδεικνύεται ότι σε ορισμένες ουσίες (αγωγοί ρεύματος) τα ηλεκτρόνια που είναι πιο απομακρυσμένα από τον πυρήνα τους μπορούν να αποσπαστούν από το άτομο και να πάνε στο γειτονικό άτομο. Αυτή η κίνηση των ηλεκτρονίων ονομάζεται ελεύθερη. Απλώς τα ηλεκτρόνια κινούνται μέσα στην ύλη από το ένα άτομο στο άλλο. Αλλά εάν ένα εξωτερικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο συνδεθεί με αυτήν την ουσία (ηλεκτρικός αγωγός), δημιουργώντας έτσι ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, τότε όλα τα ελεύθερα ηλεκτρόνια θα αρχίσουν να κινούνται προς μία κατεύθυνση. Αυτή ακριβώς είναι η κίνηση του ηλεκτρικού ρεύματος μέσα στον αγωγό.

Τώρα ας δούμε τι αποτελεί συνεχές και εναλλασσόμενο ρεύμα. Έτσι, το συνεχές ρεύμα κινείται πάντα προς μία μόνο κατεύθυνση. Όπως αναφέρθηκε στην αρχή, τα ηλεκτρόνια κινούνται στα στερεά και τα ιόντα κινούνται σε υγρά και αέρια σώματα. Τα ηλεκτρόνια είναι αρνητικά φορτισμένα σωματίδια. Κατά συνέπεια, στα στερεά, το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει από το μείον στο συν της πηγής ισχύος (τα ηλεκτρόνια κινούνται κατά μήκος του ηλεκτρικού κυκλώματος). Στα υγρά και τα αέρια, το ρεύμα κινείται σε δύο κατευθύνσεις ταυτόχρονα, ή μάλλον, ταυτόχρονα, τα ηλεκτρόνια ρέουν στο συν και τα ιόντα (ξεχωριστά άτομα που δεν διασυνδέονται με ένα κρυσταλλικό πλέγμα, το καθένα από μόνο του) ρέουν στο μείον της πηγής ισχύος.

Οι επιστήμονες, από την άλλη πλευρά, θεώρησαν επίσημα ότι η κίνηση συμβαίνει από το συν στο πλην (αντίθετα, από ό,τι συμβαίνει στην πραγματικότητα). Έτσι, από επιστημονική άποψη, είναι σωστό να πούμε ότι το ηλεκτρικό ρεύμα κινείται από το συν στο πλην, αλλά από πραγματική άποψη (ηλεκτροφυσική φύση) είναι πιο σωστό να πιστεύουμε ότι το ρεύμα ρέει από το μείον στο συν (στα στερεά). Ίσως αυτό έγινε για κάποια ευκολία.

Τώρα, όσον αφορά το εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα. Εδώ όλα είναι λίγο πιο περίπλοκα. Εάν, στην περίπτωση του συνεχούς ρεύματος, η κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων έχει μόνο μία κατεύθυνση (φυσικά, ηλεκτρόνια με αρνητικό πρόσημο ρέουν προς το συν), τότε με εναλλασσόμενο ρεύμα, η κατεύθυνση της κίνησης αλλάζει περιοδικά προς το αντίθετο. Πιθανότατα έχετε ακούσει ότι σε ένα συνηθισμένο τροφοδοτικό πόλης, μια εναλλασσόμενη τάση 220 βολτ και μια τυπική συχνότητα 50 hertz. Αυτά τα 50 hertz λοιπόν δείχνουν ότι το ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα δευτερόλεπτο έχει χρόνο να διανύσει έναν πλήρη κύκλο 50 φορές, ο οποίος έχει ημιτονοειδές σχήμα. Στην πραγματικότητα, σε ένα δευτερόλεπτο, η κατεύθυνση του ρεύματος αλλάζει έως και 100 φορές (αλλάζει δύο φορές σε έναν κύκλο).

ΥΣΤΕΡΟΓΡΑΦΟ. Η κατεύθυνση του ρεύματος στα ηλεκτρικά κυκλώματα είναι σημαντική. Σε πολλές περιπτώσεις, εάν το κύκλωμα έχει σχεδιαστεί για μία κατεύθυνση ρεύματος και το αλλάξετε κατά λάθος στην αντίθετη κατεύθυνση ή συνδέσετε ένα εναλλασσόμενο ρεύμα αντί για συνεχές ρεύμα, τότε πιθανότατα η συσκευή απλώς θα αποτύχει. Πολλοί ημιαγωγοί που λειτουργούν σε κυκλώματα μπορεί να διαρρήξουν και να καούν όταν το ρεύμα αντιστρέφεται. Κατά τη σύνδεση λοιπόν του τροφοδοτικού, η κατεύθυνση του ρεύματος πρέπει να τηρείται αυστηρά από εσάς.

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. Και η παρουσία σε κάθε σπίτι οικιακών συσκευών που χρησιμοποιούν ηλεκτρικό ρεύμα 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 ένα υψηλό επίπεδο σε ένα χαμηλό επίπεδο. 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 εγκαθιδρύεται 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 μικρότερο 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 κλείσει το κύκλωμα με την πηγή ρεύματος, τα ηλεκτρόνια ορμούν από το μέρος όπου βρίσκονται σε περίσσεια προς τον θετικό πόλο της πηγής ρεύματος. Η διαδρομή τους διατρέχει καλώδια, καταναλωτές, όργανα μέτρησης και άλλα στοιχεία 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 ένταση 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).

Η αντίσταση ενός μεταλλικού αγωγού είναι όσο μεγαλύτερη, τόσο μακρύτερος είναι ο αγωγός και τόσο μικρότερη είναι η διατομή του. Με το ίδιο μήκος και διάμετρο του σύρματος, οι αγωγοί από ασήμι, χαλκό, χρυσό και αλουμίνιο έχουν τη μικρότερη αντίσταση. Για ευνόητους 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 μόνο σε μέγεθος αλλάζοντας την αντίστασή του με διάφορους τρόπους, ενώ η κατεύθυνσή του παραμένει αμετάβλητη.

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

Παράγεται σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής 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 κεραυνούς επειδή Το ανθρώπινο σώμα είναι καλός αγωγός του 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 βλάβης. 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 μοιραίο, αλλά η συνείδηση ​​μπορεί να χαθεί.

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

- Στην Ευρώπη, τώρα κανείς δεν παίζει πιάνο,
παίξτε με τον ηλεκτρισμό.
- Δεν μπορείτε να παίξετε με ρεύμα - θα σας σκοτώσει με ηλεκτροπληξία.
-Και παίζουν με λαστιχένια γάντια...
-ΜΙ! Μπορείτε να φοράτε λαστιχένια γάντια!
"Mimino"

Περίεργο... Παίζουν με ρεύμα, αλλά για κάποιο λόγο σκοτώνει με κάποιο είδος ρεύματος... Από πού προέρχεται το ρεύμα στον ηλεκτρισμό; Και τι είναι αυτό το ρεύμα; Γεια σου αγαπητέ! Ας το καταλάβουμε.

Λοιπόν, πρώτα, ας ξεκινήσουμε με το γιατί είναι ακόμα δυνατό να παίζετε με ηλεκτρική ενέργεια σε λαστιχένια γάντια, αλλά, για παράδειγμα, σε σίδηρο ή μόλυβδο - είναι αδύνατο, αν και τα μεταλλικά είναι ισχυρότερα; Το θέμα είναι ότι το καουτσούκ δεν μεταφέρει ηλεκτρισμό, αλλά ο σίδηρος και ο μόλυβδος, και επομένως θα σοκάρουν. Σταμάτα-σταμάτα... Πάμε σε λάθος κατεύθυνση, ας γυρίσουμε... Ναι... Πρέπει να ξεκινήσετε με το γεγονός ότι τα πάντα στο Σύμπαν μας αποτελούνται από τα μικρότερα σωματίδια - άτομα. Αυτά τα σωματίδια είναι τόσο μικρά που, για παράδειγμα, μια ανθρώπινη τρίχα είναι αρκετά εκατομμύρια φορές παχύτερη από το μικρότερο άτομο υδρογόνου. Ένα άτομο αποτελείται (βλ. Εικόνα 1.1) από δύο κύρια μέρη - έναν θετικά φορτισμένο πυρήνα, ο οποίος με τη σειρά του αποτελείται από νετρόνια και πρωτόνια και ηλεκτρόνια που περιστρέφονται σε ορισμένες τροχιές γύρω από τον πυρήνα.

Εικόνα 1.1 - Η δομή του ηλεκτρονίου

Το συνολικό ηλεκτρικό φορτίο ενός ατόμου είναι πάντα (!) ίσο με μηδέν, δηλαδή το άτομο είναι ηλεκτρικά ουδέτερο. Τα ηλεκτρόνια έχουν έναν αρκετά ισχυρό δεσμό με τον ατομικό πυρήνα, ωστόσο, εάν εφαρμόσετε κάποια δύναμη και «βγάλετε» ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια από το άτομο (με θέρμανση ή τριβή, για παράδειγμα), τότε το άτομο θα μετατραπεί σε θετικά φορτισμένο ιόν, καθώς η τιμή του θετικού φορτίου του πυρήνα του θα είναι μεγαλύτερη από την τιμή του αρνητικού συνολικού φορτίου των υπολοίπων ηλεκτρονίων. Και το αντίστροφο - εάν ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια προστεθούν στο άτομο με οποιονδήποτε τρόπο (αλλά όχι με ψύξη ...), τότε το άτομο θα μετατραπεί σε ένα αρνητικά φορτισμένο ιόν.

Τα ηλεκτρόνια που αποτελούν τα άτομα οποιουδήποτε στοιχείου είναι απολύτως πανομοιότυπα ως προς τα χαρακτηριστικά τους: φορτίο, μέγεθος, μάζα.

Τώρα, αν κοιτάξετε την εσωτερική σύνθεση οποιουδήποτε στοιχείου, μπορείτε να δείτε ότι δεν καταλαμβάνεται ολόκληρος ο όγκος του στοιχείου από άτομα. Πάντα, σε οποιοδήποτε υλικό, υπάρχουν επίσης τόσο αρνητικά φορτισμένα όσο και θετικά φορτισμένα ιόντα και η διαδικασία μετατροπής «αρνητικά φορτισμένου θετικά φορτισμένου ατόμου ιόντος ιόντος» συμβαίνει συνεχώς. Κατά τη διαδικασία αυτού του μετασχηματισμού, σχηματίζονται τα λεγόμενα ελεύθερα ηλεκτρόνια - ηλεκτρόνια που δεν σχετίζονται με κανένα από τα άτομα ή τα ιόντα. Αποδεικνύεται ότι διαφορετικές ουσίες έχουν διαφορετικούς αριθμούς αυτών των ελεύθερων ηλεκτρονίων.

Είναι επίσης γνωστό από το μάθημα της φυσικής ότι γύρω από οποιοδήποτε φορτισμένο σώμα (ακόμα και αμελητέα όσο ένα ηλεκτρόνιο) υπάρχει ένα λεγόμενο αόρατο ηλεκτρικό πεδίο, τα κύρια χαρακτηριστικά του οποίου είναι η δύναμη και η κατεύθυνση. Είναι υπό όρους αποδεκτό ότι το πεδίο κατευθύνεται πάντα από το σημείο θετικού φορτίου στο σημείο αρνητικού φορτίου. Ένα τέτοιο πεδίο προκύπτει, για παράδειγμα, όταν τρίβουμε έναν εβονίτη ή γυάλινη ράβδο σε μαλλί, ενώ στην πορεία μπορεί κανείς να ακούσει ένα χαρακτηριστικό ράγισμα, το φαινόμενο του οποίου θα εξετάσουμε αργότερα. Επιπλέον, ένα θετικό φορτίο θα σχηματιστεί σε μια γυάλινη ράβδο και ένα αρνητικό φορτίο σε μια εβονίτη. Αυτό θα σημαίνει απλώς τη μετάβαση των ελεύθερων ηλεκτρονίων μιας ουσίας σε μια άλλη (από μια γυάλινη ράβδο σε μαλλί και από μαλλί σε μια ράβδο εβονίτη). Η μεταφορά ηλεκτρονίων σημαίνει αλλαγή στο φορτίο. Για να εκτιμηθεί αυτό το φαινόμενο, υπάρχει μια ειδική φυσική ποσότητα - η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας, που ονομάζεται κρεμαστό κόσμημα, και 1Cl \u003d 6,24 10 18 ηλεκτρόνια. Με βάση αυτή την αναλογία, το φορτίο ενός ηλεκτρονίου (ή αλλιώς ονομάζεται στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο) είναι ίσο με:

Τι σχέση έχουν λοιπόν όλα αυτά τα ηλεκτρόνια και τα άτομα... Αλλά τι σχέση έχει με αυτό. Εάν πάρετε ένα υλικό με υψηλή περιεκτικότητα σε ελεύθερα ηλεκτρόνια και το τοποθετήσετε σε ηλεκτρικό πεδίο, τότε όλα τα ελεύθερα ηλεκτρόνια θα κινηθούν προς το θετικό σημείο του πεδίου και τα ιόντα - αφού έχουν ισχυρούς διατομικούς (εντεριονικούς) δεσμούς - παραμένουν μέσα στο υλικό, αν και θεωρητικά θα πρέπει να κινούνται προς το σημείο του πεδίου, το φορτίο του οποίου είναι αντίθετο με το φορτίο του ιόντος. Αυτό έχει αποδειχθεί με ένα απλό πείραμα.

Δύο διαφορετικά υλικά (ασήμι και χρυσός) συνδέθηκαν μεταξύ τους και τοποθετήθηκαν σε ηλεκτρικό πεδίο για αρκετούς μήνες. Αν παρατηρούνταν η κίνηση των ιόντων μεταξύ των υλικών, τότε θα έπρεπε να είχε συμβεί μια διαδικασία διάχυσης στο σημείο επαφής και θα σχηματιζόταν χρυσός στη στενή ζώνη του αργύρου και ασήμι στη στενή ζώνη του χρυσού, αλλά αυτό δεν συνέβη, κάτι που απέδειξε την ακινησία των «βαρέων» ιόντων. Το σχήμα 2.1 δείχνει την κίνηση θετικών και αρνητικών σωματιδίων σε ένα ηλεκτρικό πεδίο: αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια κινούνται αντίθετα προς την κατεύθυνση του πεδίου και θετικά φορτισμένα σωματίδια κινούνται προς την κατεύθυνση του πεδίου. Ωστόσο, αυτό ισχύει μόνο για σωματίδια που δεν περιλαμβάνονται στο κρυσταλλικό πλέγμα οποιουδήποτε υλικού και δεν διασυνδέονται με διατομικούς δεσμούς.

Εικόνα 1.2 - Κίνηση σημειακού φορτίου σε ηλεκτρικό πεδίο

Η κίνηση συμβαίνει με αυτόν τον τρόπο, επειδή όπως τα φορτία απωθούνται, και τα αντίθετα φορτία έλκονται: δύο δυνάμεις δρουν πάντα σε ένα σωματίδιο: μια ελκτική δύναμη και μια απωστική δύναμη.

Έτσι, είναι η διατεταγμένη κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων που ονομάζεται ηλεκτρικό ρεύμα. Υπάρχει ένα αστείο γεγονός: αρχικά πίστευαν (πριν την ανακάλυψη του ηλεκτρονίου) ότι το ηλεκτρικό ρεύμα παρήχθη ακριβώς από θετικά σωματίδια, οπότε η κατεύθυνση του ρεύματος αντιστοιχούσε στην κίνηση των θετικών σωματιδίων από το "συν" στο "πλην", αλλά αργότερα ανακαλύφθηκε το αντίθετο, αλλά αποφασίστηκε να αφήσει την κατεύθυνση του ρεύματος η ίδια και αυτή η παράδοση παρέμεινε στη σύγχρονη ηλεκτρική μηχανή. Οπότε στην πραγματικότητα είναι το αντίστροφο!

Εικόνα 1.3 - Η δομή του ατόμου

Ένα ηλεκτρικό πεδίο μπορεί, αν και χαρακτηρίζεται από το μέγεθος της έντασης, δημιουργείται γύρω από οποιοδήποτε φορτισμένο σώμα. Για παράδειγμα, εάν όλα τα ίδια μπαστούνια από γυαλί και εβονίτη τρίβονται με μαλλί, τότε θα δημιουργηθεί ηλεκτρικό πεδίο γύρω τους. Ένα ηλεκτρικό πεδίο υπάρχει κοντά σε οποιοδήποτε αντικείμενο και επηρεάζει άλλα αντικείμενα, ανεξάρτητα από το πόσο μακριά βρίσκονται. Ωστόσο, με την αύξηση της απόστασης μεταξύ τους, η ένταση του πεδίου μειώνεται και η τιμή του μπορεί να παραμεληθεί, έτσι ώστε δύο άτομα να στέκονται δίπλα-δίπλα και να έχουν κάποιο φορτίο, αν και δημιουργούν ηλεκτρικό πεδίο και ρέει ηλεκτρικό ρεύμα μεταξύ τους, αλλά είναι τόσο μικρό που η τιμή του είναι δύσκολο να διορθωθεί ακόμη και με ειδικές συσκευές.

Έτσι, ήρθε η ώρα να μιλήσουμε περισσότερο για το είδος του χαρακτηριστικού είναι - την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου. Όλα ξεκινούν από το γεγονός ότι το 1785 ο Γάλλος στρατιωτικός μηχανικός Charles Augustin de Coulomb, αποσπασμένος από τη χάραξη στρατιωτικών χαρτών, συνήγαγε έναν νόμο που περιγράφει την αλληλεπίδραση δύο σημειακών φορτίων:

Η μονάδα της δύναμης αλληλεπίδρασης δύο σημειακών φορτίων στο κενό είναι ευθέως ανάλογη με το γινόμενο των μονάδων αυτών των φορτίων και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους.

Δεν θα εμβαθύνουμε στο γιατί συμβαίνει αυτό, απλώς θα δεχθούμε τον λόγο του κ. Coulomb και θα εισαγάγουμε ορισμένες προϋποθέσεις συμμόρφωσης με αυτόν τον νόμο:

• σημειακά φορτία - δηλαδή η απόσταση μεταξύ φορτισμένων σωμάτων είναι πολύ μεγαλύτερη από το μέγεθός τους - ωστόσο, μπορεί να αποδειχθεί ότι η δύναμη αλληλεπίδρασης δύο ογκομετρικά κατανεμημένων φορτίων με σφαιρικά συμμετρικές μη τέμνουσες χωρικές κατανομές είναι ίση με τη δύναμη αλληλεπίδρασης δύο ισοδύναμων σημειακών φορτίων που βρίσκονται στα κέντρα σφαιρικής συμμετρίας.
• την ακινησία τους. Διαφορετικά, τίθενται σε ισχύ πρόσθετα φαινόμενα: το μαγνητικό πεδίο του κινούμενου φορτίου και η αντίστοιχη πρόσθετη δύναμη Lorentz που ενεργεί σε ένα άλλο κινούμενο φορτίο.
• αλληλεπίδραση στο κενό.

Μαθηματικά, ο νόμος γράφεται ως εξής:

όπου q 1, q 2 είναι οι τιμές των σημειακών φορτίων που αλληλεπιδρούν,
r είναι η απόσταση μεταξύ αυτών των χρεώσεων,
Το k είναι κάποιος συντελεστής που περιγράφει την επίδραση του περιβάλλοντος.
Το παρακάτω σχήμα δείχνει μια γραφική εξήγηση του νόμου του Coulomb.

Εικόνα 1.4 - Αλληλεπίδραση σημειακών χρεώσεων. Νόμος του Κουλόμπ

Έτσι, η δύναμη αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο σημειακών φορτίων αυξάνεται με την αύξηση αυτών των φορτίων και μειώνεται με την αύξηση της απόστασης μεταξύ των φορτίων και η αύξηση της απόστασης κατά δύο οδηγεί σε μείωση της δύναμης κατά τέσσερις. Ωστόσο, μια τέτοια δύναμη δεν προκύπτει μόνο μεταξύ δύο φορτίων, αλλά και μεταξύ ενός φορτίου και ενός πεδίου (και πάλι ενός ηλεκτρικού ρεύματος!). Θα ήταν λογικό να υποθέσουμε ότι το ίδιο πεδίο έχει διαφορετική επίδραση σε διαφορετικές χρεώσεις. Άρα ο λόγος της δύναμης αλληλεπίδρασης μεταξύ του πεδίου και του φορτίου προς το μέγεθος αυτού του φορτίου ονομάζεται ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου. Με την προϋπόθεση ότι το φορτίο και το πεδίο είναι ακίνητα και δεν αλλάζουν τα χαρακτηριστικά τους με την πάροδο του χρόνου.

όπου F είναι η δύναμη της αλληλεπίδρασης,
q είναι η χρέωση.
Επιπλέον, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το πεδίο έχει κατεύθυνση, και αυτό προκύπτει ακριβώς από το γεγονός ότι η δύναμη αλληλεπίδρασης έχει κατεύθυνση (είναι διανυσματική ποσότητα: τα φορτία με το ίδιο όνομα έλκονται, τα αντίθετα φορτία απωθούνται).
Αφού έγραψα αυτό το σεμινάριο, ζήτησα από τον φίλο μου να το διαβάσει, να το βαθμολογήσει, ούτως ή άλλως. Επιπλέον, του έκανα μια ενδιαφέρουσα κατά τη γνώμη μου ερώτηση μόνο για το θέμα αυτού του υλικού. Φανταστείτε την έκπληξή μου όταν απάντησε λάθος. Προσπαθήστε να απαντήσετε και σε αυτήν την ερώτηση (τοποθετείται στην ενότητα εργασιών στο τέλος του μαθήματος) και υποστηρίξτε την άποψή σας στα σχόλια.
Και τέλος, δεδομένου ότι το πεδίο μπορεί να μετακινήσει ένα φορτίο από ένα σημείο στο διάστημα στο άλλο, έχει ενέργεια και επομένως μπορεί να κάνει δουλειά. Αυτό το γεγονός θα μας φανεί χρήσιμο στο μέλλον όταν εξετάζουμε τη λειτουργία του ηλεκτρικού ρεύματος.
Αυτό ολοκληρώνει το πρώτο μάθημα, αλλά έχουμε ακόμα μια αναπάντητη ερώτηση, γιατί, στα λαστιχένια γάντια, το ρεύμα δεν θα σκοτώσει. Ας το αφήσουμε σαν ίντριγκα για το επόμενο μάθημα. Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας, τα λέμε σύντομα!

• Η παρουσία ελεύθερων ηλεκτρονίων σε μια ουσία είναι προϋπόθεση για την εμφάνιση ηλεκτρικού ρεύματος.
• Για την εμφάνιση ηλεκτρικού ρεύματος είναι απαραίτητο ένα ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο υπάρχει μόνο γύρω από σώματα που έχουν φορτίο.
• Η κατεύθυνση της ροής του ηλεκτρικού ρεύματος είναι αντίθετη από την κατεύθυνση της κίνησης των ελεύθερων ηλεκτρονίων - το ρεύμα ρέει από το "συν" στο "πλην", και τα ηλεκτρόνια αντίστροφα - από το "πλην" στο "συν".
• Το φορτίο ηλεκτρονίων είναι 1.602 10 -19 C
• Νόμος του Κουλόμπ: το μέτρο της δύναμης αλληλεπίδρασης δύο σημειακών φορτίων στο κενό είναι ευθέως ανάλογο με το γινόμενο των μονάδων αυτών των φορτίων και αντιστρόφως ανάλογο με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους.

• Ας υποθέσουμε ότι στην πόλη ήρωα της Μόσχας υπάρχει μια συγκεκριμένη έξοδος, η πιο κοινή πρίζα που έχετε στο σπίτι. Ας υποθέσουμε επίσης ότι τεντώσαμε τα καλώδια από τη Μόσχα στο Βλαδιβοστόκ και συνδέσαμε μια λάμπα στο Βλαδιβοστόκ (και πάλι, η λάμπα είναι εντελώς συνηθισμένη, η ίδια τώρα φωτίζει το δωμάτιο για μένα και για εσάς). Συνολικά, αυτό που έχουμε: μια λάμπα συνδεδεμένη με τις άκρες δύο καλωδίων στο Βλαδιβοστόκ και μια πρίζα στη Μόσχα. Τώρα ας εισαγάγουμε τα καλώδια "Μόσχα" στην πρίζα. Εάν δεν λάβουμε υπόψη πολλές διαφορετικές συνθήκες και απλώς υποθέσουμε ότι ο λαμπτήρας στο Βλαδιβοστόκ πήρε φωτιά, τότε προσπαθήστε να μαντέψετε εάν τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται αυτή τη στιγμή στην υποδοχή στη Μόσχα θα φτάσουν στο νήμα του λαμπτήρα στο Βλαδιβοστόκ; Τι θα συμβεί αν συνδέσουμε τη λάμπα όχι στην πρίζα, αλλά στην μπαταρία;