Ühtse riigieksami kodifitseerija teemad: alalisvool, vool, pinge.

Elektrivool pakub kaasaegse inimese elule mugavust. Tsivilisatsiooni tehnoloogilised saavutused – energeetika, transport, raadio, televisioon, arvutid, mobiilside – põhinevad elektrivoolu kasutamisel.

Elektrivool on laetud osakeste suunatud liikumine, mille käigus laeng kandub ühest ruumipiirkonnast teise.

Elektrivool võib esineda väga erinevates keskkondades: tahked ained, vedelikud, gaasid. Mõnikord pole keskkonda vaja – vool võib eksisteerida isegi vaakumis! Räägime sellest õigel ajal, kuid praegu toome vaid mõned näited.

Ühendame aku poolused metalltraadiga. Traadi vabad elektronid alustavad suunalist liikumist aku “miinuspunktist” “plussile”.
See on näide metallide voolust.

Viska klaasi vette näputäis lauasoola. Soola molekulid dissotsieeruvad ioonideks, nii et lahusesse tekivad vabad laengud: positiivsed ioonid ja negatiivsed ioonid. Nüüd paneme vette kaks elektroodi, mis on ühendatud aku poolustega. Ioonid hakkavad liikuma negatiivse elektroodi suunas ja ioonid liiguvad positiivse elektroodi suunas.
See on näide voolust, mis läbib elektrolüüdi lahust.

Äikesepilved tekitavad nii võimsaid elektrivälju, et mitme kilomeetri pikkusest õhuvahest on võimalik läbi murda. Selle tulemusena läbib õhku hiiglaslik heide – välk.
See on näide gaasi elektrivoolust.

Kõigis kolmes vaadeldavas näites on elektrivool põhjustatud laetud osakeste liikumisest keha sees ja seda nimetatakse juhtivusvool.

Siin on veidi teistsugune näide. Liigutame laetud keha ruumis. See olukord on kooskõlas voolu määratlusega! Laengute suunatud liikumine on olemas, laengu ülekanne ruumis on olemas. Makroskoopilise laetud keha liikumisel tekkivat voolu nimetatakse konvektsioon.

Pange tähele, et mitte iga laetud osakeste liikumine ei tekita voolu. Näiteks laengute kaootiline soojusliikumine juhil ei ole suunatud (see toimub igas suunas) ja seetõttu ei ole tegemist vooluga (voolu tekkimisel jätkavad vabad laengud soojusliikumist! Sel juhul lihtsalt, nende järjestatud triiv teatud suunas lisandub laetud osakeste kaootilisele liikumisele
suund).
Elektriliselt neutraalse keha translatsioonilises liikumises ei toimu ka voolu: kuigi selle aatomites olevad laetud osakesed sooritavad suunatud liikumist, ei toimu laengu ülekandumist ühest ruumipiirkonnast teise.

Elektrivoolu suund

Voolu moodustavate laetud osakeste liikumissuund sõltub nende laengu märgist. Positiivselt laetud osakesed liiguvad "plussist" "miinusesse" ja negatiivselt laetud osakesed liiguvad, vastupidi, "miinusest" "plussiks". Näiteks elektrolüütide ja gaaside puhul esinevad nii positiivsed kui ka negatiivsed vabad laengud ning nende mõlemasuunalisel vastassuunalisel liikumisel tekib vool. Millist neist suundadest tuleks võtta elektrivoolu suunana?

Lihtsamalt öeldes kokkuleppel vool liigub "plussist" "miinusesse"(Joonis 1; vooluallika positiivne klemm on kujutatud pika joonega, negatiivne klemm lühikese joonega).

See kokkulepe on vastuolus kõige tavalisema metalljuhtmete juhtumiga. Metallis on laengukandjad vabad elektronid ja nad liiguvad "miinusest" "plussile". Kuid kokkuleppe kohaselt oleme sunnitud eeldama, et voolu suund metalljuhis on vastupidine vabade elektronide liikumisele. See pole muidugi eriti mugav.

Siin ei saa aga midagi teha – seda olukorda tuleb enesestmõistetavana võtta. Nii see ajalooliselt juhtus. Voolu suuna valiku pakkus välja Amper (Ampere vajas kokkulepet voolu suuna osas, et anda selge reegel magnetväljas vooluga juhile mõjuva jõu suuna määramiseks. Täna me nimetage seda jõudu Ampere jõuks, mille suuna määrab vasaku käe reegel) 19. sajandi esimesel poolel, 70 aastat enne elektroni avastamist. Kõik harjusid selle valikuga ja kui 1916. aastal sai selgeks, et metallide voolu põhjustab vabade elektronide liikumine, ei muudetud midagi.

Elektrivoolu toimed

Kuidas teha kindlaks, kas elektrivool voolab või mitte? Elektrivoolu esinemist saab hinnata selle järgmiste ilmingute järgi.

1. Voolu termiline mõju. Elektrivool põhjustab aine kuumenemist, milles see voolab. Nii kuumenevad küttekehade ja hõõglampide poolid. Seetõttu näeme välku. Termoampermeetrite töö põhineb voolu juhtiva juhtme soojuspaisumisel, mis viib instrumendi nõela liikumisele.

2. Voolu magnetiline mõju. Elektrivool tekitab magnetvälja: juhtme kõrval asuv kompassinõel pöördub voolu sisselülitamisel juhtmega risti. Voolu magnetvälja saab mitu korda tugevdada, kerides traati ümber raudvarda, et tekitada elektromagnet. Magnetoelektrilise süsteemi ampermeetrite töö põhineb sellel põhimõttel: elektromagnet pöörleb püsimagneti väljas, mille tulemusena liigub instrumendinõel mööda skaalat.

3. Voolu keemiline mõju. Kui vool läbib elektrolüüte, võib täheldada aine keemilise koostise muutumist. Niisiis liiguvad positiivsed ioonid lahuses negatiivsele elektroodile ja see elektrood on kaetud vasega.

Elektrivoolu nimetatakse püsiv, kui sama laeng läbib juhi ristlõiget võrdsete ajavahemike järel.

Alalisvoolu on kõige lihtsam õppida. Siit me alustame.

Voolutugevus ja tihedus

Elektrivoolu kvantitatiivne omadus on voolutugevus. Alalisvoolu korral on voolu absoluutväärtus aja jooksul juhi ristlõiget läbiva laengu absoluutväärtuse ja selle aja jooksul:

(1)

Voolu mõõdetakse tollides amprites(A). Vooluga A läbib laeng C juhi ristlõike punktis c.

Rõhutame, et valem (1) määrab voolu absoluutväärtuse ehk mooduli.
Ka voolutugevusel võib olla märk! See märk ei ole seotud voolu moodustavate laengute märgiga ja on valitud muudel põhjustel. Nimelt on mitmes olukorras (näiteks kui ei ole ette selge, kuhu vool läheb) mugav fikseerida teatud vooluahela möödaviigu suund (näiteks vastupäeva) ja lugeda voolutugevus positiivseks, kui voolu suund langeb kokku möödaviigu suunaga ja negatiivne, kui vool liigub vastu liikumissuunda (võrdle trigonomeetrilise ringiga: nurki loetakse positiivseks, kui neid loetakse vastupäeva, ja negatiivseks, kui päripäeva).

Alalisvoolu korral on voolutugevus konstantne väärtus. See näitab, kui palju laengut läbib juhi ristlõiget sekundis.

Sageli on mugav ristlõikepindala vahele jätta ja väärtus sisestada voolutihedus:

(2)

kus on voolutugevus, on juhi ristlõikepindala (loomulikult on see ristlõige voolu suunaga risti). Võttes arvesse valemit (1), on meil ka:

Voolutihedus näitab, kui palju laengut ajaühikus läbib juhi ühikulise ristlõikepindala. Valemi (2) järgi mõõdetakse voolutihedust A/m2.

Laengute suunalise liikumise kiirus

Kui paneme toas valguse põlema, tundub meile, et lambipirn süttib koheselt. Voolu levimise kiirus läbi juhtmete on väga suur: see on lähedane km/s (valguse kiirus vaakumis). Kui pirn oleks Kuul, süttiks see veidi enam kui sekundiga.

Siiski ei tasu arvata, et voolu moodustavad tasuta tasud liiguvad nii tohutu kiirusega. Selgub, et nende kiirus on vaid murdosa millimeetrist sekundis.

Miks liigub vool läbi juhtmete nii kiiresti? Fakt on see, et vabad laengud interakteeruvad üksteisega ja vooluallika elektrivälja mõjul, kui vooluahel on suletud, hakkavad nad liikuma peaaegu samaaegselt mööda kogu juhti. Voolu levimise kiirus on vabade laengute vahelise elektrilise interaktsiooni ülekandekiirus ja see on lähedane valguse kiirusele vaakumis. Kiirus, millega laengud ise juhi sees liiguvad, võib olla mitu suurusjärku väiksem.

Niisiis, rõhutagem veel kord, et eristame kahte kiirust.

1. Voolu levimiskiirus. See on kiirus, millega elektrisignaal liigub läbi vooluahela. Lähedal km/s.

2. Tasuta laengute suunalise liikumise kiirus. See on voolu moodustavate laengute keskmine liikumiskiirus. Nimetatakse ka triivi kiirus.

Nüüd tuletame valemi, mis väljendab voolutugevust juhi laengute suunalise liikumise kiiruse kaudu.

Olgu juhil ristlõikepindala (joonis 2). Dirigendi tasuta tasud loeme positiivseks; Tähistagem vabalaengu suurust (metalljuhi kõige praktilisemal juhul on selleks elektroni laeng). Tasuta tasude kontsentratsioon (st nende arv mahuühiku kohta) on võrdne .

Riis. 2. Valemi tuletamiseks

Milline laeng läbib aja jooksul meie juhi ristlõike?

Ühest küljest muidugi

(3)

Teisest küljest läbivad ristlõiget kõik need tasuta laengud, mis mõne aja pärast satuvad silindrisse, mille kõrgus on . Nende arv on võrdne:

Seetõttu on nende kogutasu võrdne:

(4)

Võrdstades valemite (3) ja (4) paremad küljed ja taandades võrra, saame:

(5)

Vastavalt sellele osutub voolutihedus võrdseks:

Näitena arvutame vabade elektronide kiiruse vasktraadis voolul A.

Elektronlaeng on teada: Cl.

Mis on vabade elektronide kontsentratsioon? See langeb kokku vase aatomite kontsentratsiooniga, kuna igast aatomist eemaldatakse üks valentselektron. Noh, me teame, kuidas leida aatomite kontsentratsiooni:

Paneme mm. Valemist (5) saame:

M/s.

See on umbes kümnendik millimeetrist sekundis.

Statsionaarne elektriväli

Räägime kogu aeg laengute suunalisest liikumisest, kuid pole veel puudutanud seda küsimust Miks tasuta tasud sooritavad sellist liikumist. Miks elektrivool tegelikult tekib?

Laengute korrapäraseks liikumiseks juhi sees on vaja jõudu, mis mõjub laengutele teatud suunas. Kust see jõud tuleb? Elektrivälja poolelt!

Selleks, et juhis voolaks alalisvool, peab juhi sees olema statsionaarne vool.(st konstantne, ajast sõltumatu) elektriväli. Teisisõnu, juhi otste vahel tuleb säilitada konstantne potentsiaalide erinevus.

Statsionaarne elektriväli tuleb tekitada elektriahelasse kuuluvate juhtide laengutega. Laetud juhid ei suuda aga iseenesest tagada alalisvoolu voolu.

Mõelge näiteks kahele vastassuunas laetud juhtivale kuulile. Ühendame need juhtmega. Traadi otste vahel tekib potentsiaalide erinevus ja juhtme sisse ilmub elektriväli. Vool liigub läbi juhtme. Kuid voolu möödudes väheneb pallide potentsiaalide erinevus, millele järgneb juhtme väljatugevuse vähenemine. Lõpuks muutuvad kuulide potentsiaalid üksteisega võrdseks, juhtme väli läheb nulli ja vool kaob. Leidsime end elektrostaatikast: kuulid pluss traat moodustavad ühe juhi, mille igas punktis omandab potentsiaal sama väärtuse; pinget
Juhi sees olev väli on null, voolu pole.

See, et elektrostaatiline väli iseenesest ei sobi voolu tekitava statsionaarse välja rolli, selgub üldisematest kaalutlustest. Lõppude lõpuks on elektrostaatiline väli potentsiaalne, kui laengu liigub suletud teekonnal null. Järelikult ei saa see põhjustada laengute ringlemist läbi suletud elektriahela – selleks on vaja teha nullist erinevat tööd.

Kes seda nullist erinevat tööd teeb? Kes säilitab ahela potentsiaalide erinevuse ja tagab statsionaarse elektrivälja, mis tekitab juhtmetes voolu?

Vastus on vooluallikas, elektriahela kõige olulisem element.

Selleks, et juhis voolaks alalisvool, tuleb juhtme otsad ühendada vooluallika (patarei, aku jne) klemmidega.

Allikaklemmid on laetud juhid. Kui vooluahel on suletud, liiguvad klemmide laengud mööda vooluringi - nagu eespool käsitletud kuulide näites. Kuid nüüd klemmide potentsiaalide erinevus ei vähene: vooluallikas täiendab pidevalt klemmide laenguid, hoides vooluahela otste potentsiaali erinevuse konstantsel tasemel.

See on alalisvooluallika eesmärk. Selle sees toimuvad mitteelektrilist (kõige sagedamini keemilist) päritolu protsessid, mis tagavad pideva laengute eraldamise. Need tasud tarnitakse lähteterminalidesse vajalikus koguses.

Allikas - niinimetatud EMF-is - toimuvate mitteelektriliste laengueraldusprotsesside kvantitatiivseid omadusi uurime hiljem vastaval lehel.

Nüüd pöördume tagasi statsionaarse elektrivälja juurde. Kuidas see tekib vooluahela juhtides vooluallika juuresolekul?

Allika laetud klemmid tekitavad juhi otstes elektrivälja. Klemmide läheduses asuvad juhi vabad laengud hakkavad liikuma ja toimima oma elektriväljaga naaberlaengutele. Valguse kiirusele lähedasel kiirusel kandub see interaktsioon üle kogu vooluringi ja ahelas tekib konstantne elektrivool. Stabiliseerub ka liikuvate laengute tekitatud elektriväli.

Statsionaarne elektriväli on suunatud liikumist teostava juhi vabade laengute väli.

Statsionaarne elektriväli ajas ei muutu, sest konstantse voolu korral ei muutu juhi laengujaotuse muster: antud juhi lõigust lahkunud laengu asemele saabub järgmisel hetkel täpselt sama laeng. aega. Sel põhjusel sarnaneb statsionaarne väli paljuski (kuid mitte kõigis) elektrostaatilise väljaga.

Nimelt on tõesed järgmised kaks väidet, mida meil hiljem vaja läheb (nende tõestus on antud ülikooli füüsikakursusel).

1. Nagu elektrostaatiline väli, on ka statsionaarne elektriväli potentsiaalne. See võimaldab meil rääkida potentsiaali erinevusest (st pingest) ahela mis tahes osas (see on see potentsiaalide erinevus, mida me mõõdame voltmeetriga).
Potentsiaalsus, meenutamine, tähendab, et statsionaarse välja töö laengu liigutamiseks ei sõltu trajektoori kujust. Sellepärast on juhtide paralleelsel ühendamisel mõlema pinge sama: see on võrdne statsionaarse välja potentsiaalide erinevusega kahe punkti vahel, millega juhid on ühendatud.
2. Erinevalt elektrostaatilisest väljast tungib liikuvate laengute statsionaarne väli juhi sisse (tõsiasi on see, et vabalaengutel, mis osalevad suunatud liikumises, pole aega korralikult ümber korraldada ja “elektrostaatilisi” konfiguratsioone võtta).
Juhi sees oleva statsionaarse välja intensiivsusjooned on selle pinnaga paralleelsed, olenemata sellest, kuidas juht on painutatud. Seetõttu, nagu ühtlases elektrostaatilises väljas, kehtib valem: kus on pinge juhi otstes, on statsionaarse välja tugevus juhis ja on juhi pikkus.

Esimesed elektritööga seotud avastused said alguse 7. sajandil eKr. Vana-Kreeka filosoof Thales Mileetusest avastas, et kui merevaiku hõõruda vastu villa, suudab see kergeid esemeid ligi tõmmata. "Elekter" on kreeka keelest tõlgitud kui "merevaik". 1820. aastal kehtestas André-Marie Ampère alalisvoolu seaduse. Seejärel hakati voolutugevust või elektrivoolu mõõtmist tähistama amprites.

Mõiste tähendus

Elektrivoolu mõiste võib leida igast füüsikaõpikust. Elektrivool- see on elektriliselt laetud osakeste järjestatud liikumine suunas. Et tavainimene mõistaks, mis on elektrivool, peaksite kasutama elektriku sõnastikku. Selles tähistab termin elektronide liikumist läbi juhi või ioonide liikumist läbi elektrolüüdi.

Sõltuvalt elektronide või ioonide liikumisest juhi sees eristatakse järgmist: voolude tüübid:

• konstantne;
• muutuv;
• perioodiline või pulseeriv.

Põhilised mõõtmissuurused

Elektrivoolu tugevus- peamine näitaja, mida elektrikud oma töös kasutavad. Elektrivoolu tugevus sõltub laengu suurusest, mis teatud aja jooksul läbib elektriahelat. Mida suurem on elektronide arv, mis voolab ühest allika algusest lõpuni, seda suurem on elektronide poolt ülekantav laeng.

Suurus, mida mõõdetakse läbi juhtmes olevate osakeste ristlõike voolava elektrilaengu ja selle läbimise aja suhtega. Laengut mõõdetakse kulonides, aega mõõdetakse sekundites ja üks elektrivoolu ühik määratakse laengu ja aja suhtega (kulon sekundisse) või amprites. Elektrivoolu (selle tugevuse) määramine toimub elektriahela kahe klemmi järjestikuse ühendamise teel.

Kui elektrivool töötab, toimub laetud osakeste liikumine elektrivälja abil ja see sõltub elektronide liikumisjõust. Väärtust, millest sõltub elektrivoolu töö, nimetatakse pingeks ja see määratakse kindlaks vooluahela konkreetses osas voolu töö ja sama osa läbiva laengu suhtega. Voltide mõõtühikut mõõdetakse voltmeetriga, kui seadme kaks klemmi on paralleelselt ühendatud vooluringiga.

Elektritakistuse suurus sõltub otseselt kasutatava juhi tüübist, selle pikkusest ja ristlõikest. Seda mõõdetakse oomides.

Võimsus määratakse voolude liikumisega tehtud töö ja selle töö toimumise aja suhtega. Võimsust mõõdetakse vattides.

Füüsikaline suurus, näiteks mahtuvus, määratakse ühe juhi laengu suhtega sama juhi ja naaberjuhi potentsiaalide erinevusse. Mida madalam on pinge, kui juhid saavad elektrilaengu, seda suurem on nende võimsus. Seda mõõdetakse faraadides.

Elektriga teatud intervalliga ahelas tehtud töö hulk leitakse voolu, pinge ja töö teostamise aja korrutise abil. Viimast mõõdetakse džaulides. Elektrivoolu töö määramiseks kasutatakse arvestit, mis ühendab kõigi suuruste, nimelt pinge, jõu ja aja näidud.

Elektriohutustehnikad

Elektriohutusreeglite tundmine aitab vältida hädaolukorda ning kaitsta inimeste tervist ja elu. Kuna elekter kipub juhti soojendama, on alati võimalus tervisele ja elule ohtlikuks olukorraks. Koduse ohutuse tagamiseks tuleb kinni pidada järgmine lihtne, kuid olulised reeglid:

1. Võrgu isolatsioon peab alati olema heas korras, et vältida ülekoormusi või lühise tekkimise võimalust.
2. Niiskus ei tohiks sattuda elektriseadmetele, juhtmetele, paneelidele jne. Samuti põhjustab niiske keskkond lühiseid.
3. Maandage kindlasti kõik elektriseadmed.
4. Vältige elektrijuhtmestiku ülekoormamist, kuna on oht, et juhtmed võivad süttida.

Ettevaatusabinõud elektriga töötamisel hõlmavad kummikindade, labakindade, mattide, tühjendusseadmete, tööalade maandusseadmete, kaitselülitite või termo- ja voolukaitsega kaitsmete kasutamist.

Kogenud elektrikud töötavad elektrilöögi võimaluse korral ühe käega ja teine ​​on taskus. Sel viisil katkeb käest-kätte vooluahel tahtmatul kilbi või muu maandatud seadme puudutamisel. Kui võrku ühendatud seadmed süttivad, kustutage tulekahju ainult pulber- või süsihappegaaskustutitega.

Elektrivoolu rakendamine

Elektrivoolul on palju omadusi, mis võimaldavad seda kasutada peaaegu kõigis inimtegevuse valdkondades. Elektrivoolu kasutamise viisid:

Elekter on tänapäeval kõige keskkonnasõbralikum energiaallikas. Kaasaegses majanduses on elektrienergia tööstuse areng planeedi tähtsusega. Tulevikus, kui toorainest napib, võtab elekter liidripositsiooni ammendamatu energiaallikana.

Ilma elektrialaste põhiteadmisteta on raske ette kujutada, kuidas elektriseadmed töötavad, miks nad üldse töötavad, miks on vaja teleri vooluvõrku ühendada ja miks taskulamp vajab pimedas säramiseks vaid väikest patareid .

Ja nii mõistame kõike järjekorras.

Elekter

Elekter on loodusnähtus, mis kinnitab elektrilaengute olemasolu, vastasmõju ja liikumist. Elekter avastati esmakordselt 7. sajandil eKr. Kreeka filosoof Thales. Thales märkas, et kui merevaigutükk villale hõõruda, hakkab see kergeid esemeid ligi tõmbama. Vana-Kreeka keeles on merevaik elektron.

Nii kujutan ma ette, kuidas Thales istub, hõõrub oma himatsioonile merevaigutükki (see on vanade kreeklaste villane ülerõivas) ja vaatab siis hämmeldunult, kuidas juuksed, niidijäägid, suled ja paberitükid ligi tõmbavad. merevaigu juurde.

Seda nähtust nimetatakse staatiline elekter. Saate seda kogemust korrata. Selleks hõõruge tavalist plastikust joonlauda põhjalikult villase lapiga ja viige see väikeste paberitükkide juurde.

Tuleb märkida, et seda nähtust pole pikka aega uuritud. Ja alles aastal 1600 tutvustas inglise loodusteadlane William Gilbert oma essees “Magnetist, magnetkehadest ja suurest magnetist – Maast” terminit elekter. Oma töös kirjeldas ta oma katseid elektrifitseeritud objektidega ja tegi kindlaks, et ka teised ained võivad elektrifitseerida.

Seejärel uurisid maailma kõige arenenumad teadlased kolm sajandit elektrit, kirjutasid traktaate, formuleerisid seadusi, leiutasid elektrimasinaid ja alles 1897. aastal avastas Joseph Thomson esimese materiaalse elektrikandja – elektroni, osakese, mis tekitab elektrilisi protsesse. võimalikud ained.

elektron– see on elementaarosake, mille negatiivne laeng on ligikaudu võrdne -1.602·10 -19 Cl (ripats). Määratud e või e –.

Pinge

Et laetud osakesed liiguksid ühelt pooluselt teisele, on vaja luua pooluste vahele potentsiaalne erinevus või - Pinge. Pingeühik - Volt (IN või V). Valemites ja arvutustes tähistatakse pinget tähega V . 1 V pinge saamiseks peate pooluste vahel üle kandma 1 C laengu, tehes samal ajal 1 J (džauli) tööd.

Selguse huvides kujutage ette veepaaki, mis asub teatud kõrgusel. Paagist tuleb toru välja. Loodusliku rõhu all olev vesi väljub paagist toru kaudu. Lepime kokku, et vesi on elektrilaeng, veesamba kõrgus (rõhk) on pinge, ja vee voolu kiirus on elektrivool.

Seega, mida rohkem vett paagis on, seda suurem on rõhk. Samamoodi elektrilisest vaatenurgast, mida suurem on laeng, seda kõrgem on pinge.

Hakkame vett tühjendama, rõhk väheneb. Need. Laadimistase langeb - pinge väheneb. Seda nähtust võib jälgida taskulambis, kui akud tühjenevad, muutub lambipirn tuhmimaks. Pange tähele, et mida madalam on vee rõhk (pinge), seda väiksem on vee vool (vool).

Elektrivool

Elektrivool on füüsiline protsess laetud osakeste suunatud liikumiseks elektromagnetvälja mõjul suletud elektriahela ühelt pooluselt teisele. Laengut kandvad osakesed võivad sisaldada elektrone, prootoneid, ioone ja auke. Ilma suletud vooluahelata pole voolu võimalik. Osakesed, mis on võimelised kandma elektrilaenguid, ei eksisteeri kõigis ainetes, milles nad on dirigendid Ja pooljuhid. Ja ained, milles selliseid osakesi pole - dielektrikud.

Praegune ühik – Amper (A). Valemites ja arvutustes tähistatakse voolutugevust tähega I . 1 Amperine vool tekib siis, kui laeng 1 Coulomb (6,241·10 18 elektroni) läbib elektriahela punkti 1 sekundi jooksul.

Vaatame uuesti oma vee-elektri analoogiat. Alles nüüd võtame kaks paaki ja täidame need võrdse koguse veega. Mahutite erinevus on väljalasketoru läbimõõt.

Avame kraanid ja vaatame, et vee vool vasakpoolsest paagist oleks suurem (toru läbimõõt suurem) kui paremalt. See kogemus on selge tõend voolukiiruse sõltuvusest toru läbimõõdust. Nüüd proovime neid kahte voolu võrdsustada. Selleks lisage parempoolsesse paaki vett (laadige). See annab suurema rõhu (pinge) ja suurendab voolukiirust (voolu). Elektriahelas mängitakse toru läbimõõtu vastupanu.

Läbiviidud katsed näitavad selgelt seost pinge, elektrilöök Ja vastupanu. Takistuse kohta räägime veidi hiljem, aga nüüd veel paar sõna elektrivoolu omadustest.

Kui pinge ei muuda oma polaarsust pluss miinus ja vool liigub ühes suunas, siis on see D.C. ja vastavalt pidev pinge. Kui pingeallikas muudab polaarsust ja vool liigub kõigepealt ühes suunas, siis teises suunas, on see juba AC Ja vahelduvpinge. Maksimaalsed ja minimaalsed väärtused (graafikul näidatud kui Io ) – see amplituud või voolu tippväärtused. Kodustes pistikupesades muudab pinge polaarsust 50 korda sekundis, s.o. vool kõigub siia-sinna, selgub, et nende võnkumiste sagedus on 50 hertsi ehk lühemalt 50 Hz. Mõnes riigis, näiteks USA-s, on sagedus 60 Hz.

Vastupidavus

Elektritakistus– füüsikaline suurus, mis määrab juhi omaduse takistada (takistada) voolu läbimist. Vastupidavuse ühik - Ohm(tähistatud Ohm või kreeka täht omega Ω ). Valemites ja arvutustes tähistatakse takistust tähega R . Juhi takistus on 1 oomi, mille poolustele rakendatakse pinget 1 V ja voolab vool 1 A.

Juhid juhivad voolu erinevalt. Nende juhtivus oleneb ennekõike juhi materjalist, aga ka ristlõikest ja pikkusest. Mida suurem on ristlõige, seda suurem on juhtivus, kuid mida pikem on pikkus, seda madalam on juhtivus. Resistentsus on juhtivuse pöördmõiste.

Kasutades torustiku mudelit näitena, saab takistust esitada toru läbimõõduna. Mida väiksem see on, seda halvem on juhtivus ja suurem takistus.

Juhi takistus avaldub näiteks juhi kuumenemises, kui seda läbib vool. Veelgi enam, mida suurem on vool ja mida väiksem on juhi ristlõige, seda tugevam on küte.

Võimsus

Elektrienergia on füüsikaline suurus, mis määrab elektrienergia muundamise kiiruse. Näiteks olete rohkem kui üks kord kuulnud: "lambipirn on nii palju vatti." See on elektripirni tarbitav võimsus ajaühikus töötamise ajal, s.o. ühe energialiigi muundamine teiseks teatud kiirusel.

Elektrienergia allikaid, näiteks generaatoreid, iseloomustab ka võimsus, kuid need on juba toodetud ajaühikus.

Toiteplokk - Watt(tähistatud W või W). Valemites ja arvutustes tähistatakse võimsust tähega P . Vahelduvvooluahelate jaoks kasutatakse terminit Täisvõimsus, mõõtühik – Volt-amprid (VA või V·A), tähistatud tähega S .

Ja lõpuks umbes Elektriahel. See ahel on teatud komplekt elektrilisi komponente, mis on võimelised juhtima elektrivoolu ja on vastavalt ühendatud.

See, mida me sellel pildil näeme, on põhiline elektriseade (taskulamp). Pinge all U(B) elektrienergia allikas (patareid) läbi juhtmete ja muude erineva takistusega komponentide 4,59 (237 häält)

Mis on elektrivool

Elektriliselt laetud osakeste suunatud liikumine mõju all . Sellised osakesed võivad olla: juhtides – elektronid , elektrolüütides – ioonid (katioonid ja anioonid), pooljuhtides – elektronid ja nn"augud" ("elektron-augu juhtivus"). Samuti on olemas"nihkevool ", mille tekkimine on tingitud kondensaatori laadimisprotsessist, st plaatide vahelise potentsiaalide erinevuse muutumisest. Plaatide vahel ei toimu osakeste liikumist, kuid vool voolab läbi kondensaatori.

Elektriahelate teoorias loetakse vooluks laengukandjate suunalist liikumist juhtivas keskkonnas elektrivälja mõjul.

Juhtivusvool (lihtsalt vool) on elektriahelate teoorias ajaühikus läbi juhi ristlõike voolav elektrienergia hulk: i=q/t, kus i on vool. A; q = 1,6·10 9 - elektronide laeng, C; t - aeg, s.

See väljend kehtib alalisvooluahelate puhul. Vahelduvvooluahelate puhul kasutatakse nn hetkevoolu väärtust, mis on võrdne laengu muutumise kiirusega ajas: i(t)= dq/dt.

Vaadeldava tüüpi elektrivoolu pikaajalise eksisteerimise esimene tingimus on allika või generaatori olemasolu, mis säilitab laengukandjate potentsiaalide erinevuse. Teine tingimus on tee suletus. Eelkõige peab alalisvoolu olemasoluks olema suletud tee, mida mööda laengud saaksid vooluringis liikuda ilma nende väärtust muutmata.

Nagu teada, ei saa elektrilaengute jäävuse seaduse kohaselt neid tekkida ega kaduda. Seega, kui suvalist ruumi, kus voolavad elektrivoolud, ümbritseb suletud pind, siis peab sellesse ruumalasse voolav vool olema võrdne sealt välja voolava vooluga.

Suletud teed, mida mööda voolab elektrivool, nimetatakse elektrivooluahelaks või elektriahelaks. Elektriahel jaguneb kaheks osaks: sisemine osa, milles elektriliselt laetud osakesed liiguvad vastu elektrostaatiliste jõudude suunda, ja välisosa, milles need osakesed liiguvad elektrostaatiliste jõudude suunas. Elektroodide otsad, millega välisahel on ühendatud, nimetatakse klambriteks.

Niisiis, elektrivool tekib siis, kui elektriahela osasse ilmub elektriväli või potentsiaalide erinevus juhi kahe punkti vahel. Kahe punkti potentsiaali erinevust nimetatakse pingeks või pingelangus selles vooluringi osas.

Termini "vool" ("voolutugevus") asemel kasutatakse sageli mõistet "voolutugevus". Viimast ei saa aga edukaks nimetada, kuna voolutugevus ei ole suvaline jõud selle sõna otseses tähenduses, vaid ainult elektrilaengute liikumise intensiivsus juhis, ajaühikus risti läbiv elektrienergia hulk. -juhi ristlõikepindala.
Voolutugevust iseloomustab , mida SI-süsteemis mõõdetakse amprites (A), ja voolutihedust, mida SI-süsteemis mõõdetakse amprites ruutmeetri kohta.

1A = 1C/s.

Üldjuhul, tähistades voolu tähega i ja laengut q-ga, saame:

i = dq / dt.

Voolu ühikut nimetatakse ampriks (A). Voolutugevus juhis on 1 A, kui elektrilaeng, mis võrdub 1 kuloniga, läbib juhi ristlõike 1 sekundi jooksul.

Kui piki juhti rakendatakse pinget, tekib juhi sees elektriväli. Väljatugevusel E mõjub laenguga e elektronidele jõud f = Ee. Suurused f ja E on vektorid. Vaba tee aja jooksul omandavad elektronid koos kaootilise liikumisega suunalise liikumise. Igal elektronil on negatiivne laeng ja ta võtab vastu vektorile E vastupidise kiiruskomponendi (joonis 1). Korrastatud liikumine, mida iseloomustab teatud keskmine elektronide kiirus vcp, määrab elektrivoolu voolu.

Elektronidel võib haruldaste gaasides olla suunatud liikumine. Elektrolüütide ja ioniseeritud gaaside puhul on voolu vool tingitud peamiselt ioonide liikumisest. Vastavalt sellele, et elektrolüütides liiguvad positiivselt laetud ioonid positiivselt pooluselt negatiivsesse, on ajalooliselt peetud voolu suunda elektronide liikumise suunale vastupidiseks.

Voolu suunaks loetakse positiivselt laetud osakeste liikumissuunda, s.t. elektronide liikumisele vastupidine suund.
Elektriahelate teoorias võetakse voolu suunaks passiivses ahelas (väljaspool energiaallikaid) positiivselt laetud osakeste liikumissuunda kõrgemalt potentsiaalilt madalamale. See suund võeti vastu elektrotehnika arengu alguses ja on vastuolus laengukandjate tõelise liikumissuunaga - elektronid, mis liiguvad juhtivas keskkonnas miinusest plussi.

Väärtust, mis on võrdne voolu ja ristlõikepindala S suhtega, nimetatakse voolutiheduseks: I/S

Eeldatakse, et vool jaotub ühtlaselt üle juhtme ristlõike. Juhtmete voolutihedust mõõdetakse tavaliselt A/mm2.

Elektrilaengukandjate tüübi ja nende liikumiskeskkonna järgi eristatakse neid juhtivusvoolud ja nihkevoolud. Juhtivus jaguneb elektrooniliseks ja ioonseks. Püsiseisundi korral eristatakse kahte tüüpi voolu: alalis- ja vahelduvvoolud.

Elektrivoolu ülekanne nimetame nähtust elektrilaengute ülekandmisest vabas ruumis liikuvate laetud osakeste või kehade poolt. Elektrivoolu põhiliik on laenguga elementaarosakeste liikumine tühimikus (vabade elektronide liikumine elektrontorudes), vabade ioonide liikumine gaaslahendusseadmetes.

Elektriline nihkevool (polarisatsioonivool) nimetatakse elektrilaengute seotud kandjate järjestatud liikumiseks. Seda tüüpi voolu võib täheldada dielektrikutes.

Kogu elektrivool– skalaarsuurus, mis on võrdne vaadeldavat pinda läbiva elektrijuhtivusvoolu, elektrilise ülekandevoolu ja elektrilise nihkevoolu summaga.

Konstant on vool, mille suurus võib varieeruda, kuid ei muuda oma märki meelevaldselt pikka aega. Loe selle kohta lähemalt siit:

Magnetiseerimisvool - pidev mikroskoopiline (ampriline) vool, mis on magnetiseeritud ainete oma magnetvälja olemasolu põhjuseks.

Vahelduvvool on vool, mis perioodiliselt muutub nii suurusjärgus kui ka märgis.Vahelduvvoolu iseloomustav suurus on sagedus (mõõdetuna hertsides SI-süsteemis) juhul, kui selle tugevus perioodiliselt muutub.

Kõrgsageduslik vahelduvvool surutakse juhi pinnale. Kõrgsagedusvoolu kasutatakse masinaehituses detailide pindade kuumtöötluseks ja keevitamiseks ning metallurgias metallide sulatamiseks.Vahelduvvoolud jagunevad siinus- ja mittesinusoidne. Voolu, mis varieerub vastavalt harmoonilisele seadusele, nimetatakse sinusoidseks:

i = ma sin wt,

kus ma olen, - , A,

Vahelduvvoolu muutumise kiirust iseloomustab see, mis on määratletud täielike korduvate võnkumiste arvuna ajaühikus. Sagedus on tähistatud tähega f ja seda mõõdetakse hertsides (Hz). Seega vastab voolusagedus 50 Hz võrgus 50 täielikule võnkele sekundis. Nurksagedus w on voolu muutumise kiirus radiaanides sekundis ja on sagedusega seotud lihtsa seosega:

w = 2pif

Alalis- ja vahelduvvoolu püsioleku (fikseeritud) väärtused tähistage suure I tähega ebastabiilseid (hetk) väärtusi - tähte i. Tinglikult loetakse voolu positiivseks suunaks positiivsete laengute liikumissuunda.

See on vool, mis aja jooksul muutub vastavalt siinuse seadusele.

Vahelduvvool viitab ka voolule tavalistes ühe- ja kolmefaasilistes võrkudes. Sel juhul muutuvad vahelduvvoolu parameetrid harmoonilise seaduse järgi.

Kuna vahelduvvool on ajas erinev, siis lihtsad alalisvooluahelatele sobivad probleemide lahendamise meetodid siin otseselt rakendatavad. Väga kõrgetel sagedustel võivad laengud läbida võnkuva liikumise – voolata ahela ühest kohast teise ja tagasi. Sel juhul, erinevalt alalisvooluahelatest, ei pruugi järjestikku ühendatud juhtide voolud olla samad.

Vahelduvvooluahelates esinevad mahtuvused suurendavad seda efekti. Lisaks tekivad voolu muutumisel iseinduktsiooniefektid, mis muutuvad oluliseks isegi madalatel sagedustel, kui kasutatakse suure induktiivsusega pooli.

Suhteliselt madalatel sagedustel saab vahelduvvooluahelaid siiski arvutada kasutades , mida aga tuleb vastavalt muuta.

Erinevaid takisteid, induktiivpooli ja kondensaatoreid sisaldavat vooluringi saab käsitleda nii, nagu see koosneks järjestikku ühendatud üldistatud takistist, kondensaatorist ja induktiivpoolist.

Vaatleme sellise sinusoidse vahelduvvoolu generaatoriga ühendatud ahela omadusi. Vahelduvvooluahelate arvutamise reeglite sõnastamiseks peate leidma sellise vooluahela iga komponendi pingelanguse ja voolu vahelise suhte.

Mängib vahelduv- ja alalisvooluahelates täiesti erinevaid rolle. Kui vooluringiga on ühendatud näiteks elektrokeemiline element, siis seni, kuni sellel olev pinge muutub võrdseks elemendi EMF-iga. Seejärel laadimine peatub ja vool langeb nullini.

Kui vooluahel on ühendatud vahelduvvoolugeneraatoriga, siis ühes poolperioodis voolavad elektronid kondensaatori vasakpoolsest plaadist välja ja kogunevad paremale ning teises - vastupidi.

Need liikuvad elektronid kujutavad endast vahelduvvoolu, mille tugevus on mõlemal pool kondensaatorit sama. Kuni vahelduvvoolu sagedus ei ole väga kõrge, on ka takistit ja induktiivpooli läbiv vool sama.

Vahelduvvoolu tarbivates seadmetes alaldatakse vahelduvvoolu sageli alalisvoolu tekitamiseks.

Elektrivool kõigis selle ilmingutes on kineetiline nähtus, mis sarnaneb vedeliku vooluga suletud hüdrosüsteemides. Analoogia põhjal nimetatakse voolu liikumise protsessi "vooluks" (vooluvood).

Materjali, milles vool voolab, nimetatakse. Mõned materjalid muutuvad madalatel temperatuuridel ülijuhtivaks. Selles olekus ei paku nad peaaegu mingit takistust voolule.

Kõigil muudel juhtudel peab juht vooluvoolule vastu ja selle tulemusena muundatakse osa elektriosakeste energiast soojuseks. Voolutugevust saab arvutada vooluringi lõigu ja kogu vooluringi Ohmi seaduse abil.

Osakeste liikumise kiirus juhtides sõltub juhi materjalist, osakese massist ja laengust, ümbritsevast temperatuurist, rakendatud potentsiaalide erinevusest ning on palju väiksem kui valguse kiirus. Sellest hoolimata on elektrivoolu enda levimiskiirus võrdne valguse kiirusega antud keskkonnas ehk elektromagnetlainefrondi levimiskiirusega.

Kuidas mõjutab vool inimkeha?

Inimese või looma keha läbiv vool võib põhjustada elektrilisi põletusi, virvendust või surma. Teisest küljest kasutatakse elektrivoolu intensiivravis vaimuhaiguste, eriti depressiooni, raviks, teatud ajupiirkondade elektrilist stimulatsiooni kasutatakse selliste haiguste raviks nagu Parkinsoni tõbi ja epilepsia, südamestimulaator, mis stimuleerib südamelihast pulssiga. voolu kasutatakse bradükardia korral. Inimestel ja loomadel kasutatakse närviimpulsside edastamiseks voolu.

Ohutuseeskirjade kohaselt on minimaalne inimesele tajutav vool 1 mA. Vool muutub inimelule ohtlikuks alates jõust umbes 0,01 A. Inimesele muutub vool surmavaks alates jõust umbes 0,1 A. Ohutuks peetakse pinget alla 42 V.

Laetud osakeste suunatud liikumine elektriväljas.

Laetud osakesed võivad olla elektronid või ioonid (laetud aatomid).

Aatom, mis on kaotanud ühe või mitu elektroni, omandab positiivse laengu. - Anioon (positiivne ioon).
Aatom, mis on saanud ühe või mitu elektroni, omandab negatiivse laengu. - katioon (negatiivne ioon).
Ioone peetakse liikuvateks laetud osakesteks vedelikes ja gaasides.

Metallides on laengukandjad vabad elektronid, nagu negatiivselt laetud osakesed.

Pooljuhtides käsitleme negatiivselt laetud elektronide liikumist (liikumist) ühelt aatomilt teisele ja sellest tulenevalt liikumist tekkivate positiivselt laetud vabade kohtade - aukude - aatomite vahel.

Sest elektrivoolu suund positiivsete laengute liikumissuund on tinglikult aktsepteeritud. See reegel kehtestati ammu enne elektronide uurimist ja kehtib tänapäevani. Elektrivälja tugevus määratakse ka positiivse katselaengu korral.

Iga ühe laadimise eest q intensiivsusega elektriväljas E jõud toimib F = qE, mis liigutab laengut selle jõu vektori suunas.

Joonisel on näha, et jõuvektor F - = -qE, mis toimib negatiivse laenguga -q, on suunatud väljatugevuse vektorile vastupidises suunas, kui vektori korrutis E negatiivsele väärtusele. Järelikult on negatiivselt laetud elektronidel, mis on metalljuhtide laengukandjad, tegelikult väljatugevuse vektorile ja üldtunnustatud elektrivoolu suunale vastupidine liikumissuund.

Tasu summa K= 1 Coulomb liikus ajas läbi juhi ristlõike t= 1 sekund, määratakse praeguse väärtuse järgi I= 1 amper suhtest:

I = Q/t.

Praegune suhe I= 1 Amper juhis selle ristlõikepinna suhtes S= 1 m 2 määrab voolutiheduse j= 1 A/m2:

Töö A= 1 džaul kulutati laengu transportimiseks K= 1 Coulomb punktist 1 punkti 2 määrab elektripinge väärtuse U= 1 volti potentsiaalse erinevusena φ 1 ja φ 2 nende arvutuste punktide vahel:

U = A/Q = φ 1 - φ 2

Elektrivool võib olla alaline või vahelduv.

Alalisvool on elektrivool, mille suund ja suurus ajas ei muutu.

Vahelduvvool on elektrivool, mille tugevus ja suund ajas muutuvad.

Veel 1826. aastal avastas Saksa füüsik Georg Ohm olulise elektriseaduse, mis määrab kvantitatiivse seose elektrivoolu ja juhi omaduste vahel, iseloomustades nende võimet taluda elektrivoolu.
Neid omadusi hakati hiljem nimetama elektritakistuseks, mida tähistatakse tähega R ja mõõdetuna avastaja auks oomides.
Ohmi seadus oma kaasaegses tõlgenduses, kasutades klassikalist U/R suhet, määrab elektrivoolu suuruse juhis pinge põhjal U selle juhi otstes ja selle takistuses R:

Elektrivool juhtides

Juhtides on vabad laengukandjad, mis elektrivälja mõjul liiguvad ja tekitavad elektrivoolu.

Metalljuhtides on laengukandjad vabad elektronid.
Temperatuuri tõustes segab aatomite kaootiline soojusliikumine elektronide suunalist liikumist ja juhi takistus suureneb.
Jahtumisel ja temperatuuri lähenemisel absoluutsele nullile, kui soojusliikumine peatub, kipub metalli takistus nulli.

Elektrivool vedelikes (elektrolüütides) eksisteerib laetud aatomite (ioonide) suunatud liikumisena, mis tekivad elektrolüütilise dissotsiatsiooni protsessis.
Ioonid liiguvad vastasmärgiga elektroodide suunas ja neutraliseeritakse, settides neile. - Elektrolüüs.
Anioonid on positiivsed ioonid. Nad liiguvad negatiivsele elektroodile - katoodile.
Katioonid on negatiivsed ioonid. Nad liiguvad positiivsele elektroodile - anoodile.
Faraday elektrolüüsiseadused määravad elektroodidele vabaneva aine massi.
Kuumutamisel väheneb elektrolüüdi takistus ioonideks lagunenud molekulide arvu suurenemise tõttu.

Elektrivool gaasides - plasma. Elektrilaengut kannavad positiivsed või negatiivsed ioonid ja vabad elektronid, mis tekivad kiirguse mõjul.

Vaakumis on elektrivool elektronide vooluna katoodilt anoodile. Kasutatakse elektronkiireseadmetes - lampides.

Elektrivool pooljuhtides

Pooljuhid on oma takistuse poolest juhtide ja dielektrikute vahel vahepealsel positsioonil.
Oluliseks erinevuseks pooljuhtide ja metallide vahel võib pidada nende takistuse sõltuvust temperatuurist.
Temperatuuri langedes metallide takistus väheneb, pooljuhtidel aga vastupidi, suureneb.
Kui temperatuur läheneb absoluutsele nullile, muutuvad metallid ülijuhtideks ja pooljuhid isolaatoriteks.
Fakt on see, et absoluutse nulli juures on pooljuhtide elektronid hõivatud kovalentsete sidemete loomisega kristallvõre aatomite vahel ja ideaalis pole vabu elektrone.
Temperatuuri tõustes võivad osa valentselektronid saada piisavalt energiat kovalentsete sidemete katkestamiseks ja kristalli ilmuvad vabad elektronid ning purunemiskohtades tekivad vabad kohad, mida nimetatakse aukudeks.
Vaba koha võib hõivata naaberpaari valentselektron ja auk liigub kristallis uude kohta.
Kui vaba elektron kohtub auguga, taastub elektrooniline side pooljuhi aatomite vahel ja toimub vastupidine protsess – rekombinatsioon.
Kui pooljuht on valgustatud elektromagnetkiirguse energia tõttu, võivad elektron-augu paarid tekkida ja uuesti kombineerida.
Elektrivälja puudumisel osalevad elektronid ja augud kaootilises soojusliikumises.
Elektriväljas ei osale korrastatud liikumisel mitte ainult moodustunud vabad elektronid, vaid ka augud, mida peetakse positiivselt laetud osakesteks. Praegune I pooljuhis koosneb see elektronist I n ja auk Ip hoovused

Pooljuhtide hulka kuuluvad keemilised elemendid nagu germaanium, räni, seleen, telluur, arseen jne. Looduses on kõige levinum pooljuht räni.

Kommentaarid ja ettepanekud on oodatud ja teretulnud!