Заряд у русі. Він може набувати форми раптового розряду статичної електрики, такого як, наприклад, блискавка. Або це може бути контрольований процес у генераторах, батареях, сонячних або паливних елементах. Сьогодні ми розглянемо саме поняття "електричний струм" та умови існування електричного струму.

Електрична енергія

Більшість електроенергії, яку ми використовуємо, надходить у вигляді змінного струму з електричної мережі. Він створюється генераторами, що працюють за законом індукції Фарадея, завдяки якому магнітне поле, що змінюється, може індукувати електричний струм у провіднику.

Генератори мають котушки проводи, що обертаються, які проходять через магнітні поля в міру їх обертання. Коли обертаються котушки, вони відкриваються і закриваються щодо магнітного поля і створюють електричний струм, що змінює напрямок на кожному повороті. Струм проходить через повний цикл вперед і назад 60 разів на секунду.

Генератори можуть харчуватися від парових турбін, нагрітих вугіллям, природним газом, нафтою чи ядерним реактором. З генератора струм проходить через ряд трансформаторів, де зростає його напруга. Діаметр проводів визначає величину та силу струму, яку вони можуть переносити без перегріву та втрати енергії, а напруга обмежена лише тим, наскільки добре лінії ізольовані від землі.

Цікаво відзначити, що струм переноситься лише одним дротом, а не двома. Дві його сторони позначаються як позитивна та негативна. Однак, оскільки полярність змінного струму змінюється 60 разів на секунду, вони мають інші назви - гарячі (магістральні лінії електропередач) і заземлені (що проходять під землею для замикання ланцюга).

Навіщо потрібний електричний струм?

Існує маса можливостей застосування електроструму: він може висвітлити ваш будинок, вимити та висушити одяг, підняти двері вашого гаража, змусити закипіти воду в чайнику та дати можливість працювати іншим побутовим предметам, які значно полегшують нам життя. Проте дедалі важливішим стає здатність струму передавати інформацію.

При підключенні до Інтернету комп'ютером використовується лише невелика частина електричного струму, але це те, без чого сучасна людина не уявляє свого життя.

Поняття про електричний струм

Подібно до річкової течії, потоку молекул води, електричний струм - це потік заряджених частинок. Що це таке, що його викликає і чому він не завжди йде в одному напрямку? Коли ви чуєте слово тече, про що ви думаєте? Можливо це буде річка. Це хороша асоціація, тому що саме через це електричний струм отримав свою назву. Він дуже схожий на потік води, тільки замість молекул води, що рухаються руслом, заряджені частинки рухаються провідником.

Серед умов, необхідних існування електричного струму, є пункт, що передбачає наявність електронів. Атоми у провідному матеріалі мають багато цих вільних заряджених частинок, які плавають навколо та між атомами. Їх рух є випадковим, тому потік у якомусь заданому напрямку відсутня. Що потрібно, щоб існував електричний струм?

Умови існування електричного струму включають наявність напруги. Коли воно застосовується до провідника, всі вільні електрони рухатимуться в одному напрямку, створюючи струм.

Цікаво про електричний струм

Цікаво, що коли електрична енергія передається через провідник зі швидкістю світла, самі електрони рухаються набагато повільніше. Насправді, якби ви не поспішаючи пройшли поряд із струмопровідним дротом, ваша швидкість була б у 100 разів швидше, ніж рухаються електрони. Це зумовлено тим, що їм не потрібно долати величезних відстаней, щоб передавати енергію один одному.

Прямий та змінний струм

Сьогодні широко використовуються два різні типи струму - постійний і змінний. У першому електрони рухаються в одному напрямку, з «негативної» сторони на «позитивну». Змінний струм штовхає електрони назад і вперед, змінюючи напрямок потоку кілька разів на секунду.

Генератори, що використовуються на електростанціях для електроенергії, призначені для виробництва змінного струму. Ви, напевно, ніколи не звертали уваги на те, що світло у вашому будинку насправді мерехтить, оскільки поточний напрямок змінюється, але це відбувається занадто швидко, щоб очі змогли це розпізнати.

Якими є умови існування постійного електричного струму? Навіщо нам потрібні обидва типи і який із них кращий? Це добрі питання. Той факт, що ми все ще використовуємо обидва типи струму, говорить про те, що вони служать певним цілям. Ще в XIX столітті було зрозуміло, що ефективна передача потужності на великі відстані між електростанцією та будинком була можлива лише за дуже високої напруги. Але проблема полягала в тому, що відправлення справді високої напруги було надзвичайно небезпечним для людей.

Вирішення цієї проблеми полягало в тому, щоб зменшити напругу поза домом, перш ніж відправляти її всередину. І до цього дня постійний електричний струм використовується для передачі на великі відстані, в основному через його здатність легко перетворюватися на інші напруги.

Як працює електричний струм

Умови існування електричного струму включають наявність заряджених частинок, провідника і напруги. Багато вчених вивчали електрику та виявили, що існує два його типи: статичне та поточне.

Саме друге відіграє величезну роль у повсякденному житті будь-якої людини, оскільки є електричним струмом, який проходить через ланцюг. Ми щодня використовуємо його для харчування наших будинків та багато іншого.

Що таке електричний струм?

Коли ланцюги циркулюють електричні заряди з місця в інше, виникає електричний струм. Умови існування електричного струму включають, крім заряджених частинок, наявність провідника. Найчастіше це провід. Схема його є замкнутий контур, у якому струм проходить від джерела живлення. Коли ж ланцюг розімкнуто, він не може закінчити шлях. Наприклад, коли світло у вашій кімнаті вимкнене, ланцюг розімкнений, але коли ланцюг замкнутий, світло горить.

Потужність струму

На умови існування електричного струму у провіднику великий вплив має така характеристика напруги, як потужність. Це показник того, скільки енергії використовується протягом певного періоду часу.

Існує багато різних одиниць, які можуть бути використані для вираження даної характеристики. Однак електрична потужність майже вимірюється у ватах. Один ват дорівнює одному джоулю в секунду.

Електричний заряд у русі

Якими є умови існування електричного струму? Він може набувати форми раптового розряду статичної електрики, такого як блискавка або іскра від тертя з вовняною тканиною. Однак частіше, коли ми говоримо про електричний струм, ми маємо на увазі більш контрольовану форму електрики, завдяки якій світиться світло і працюють прилади. Більшість електричного заряду переноситься негативними електронами та позитивними протонами всередині атома. Однак другі переважно іммобілізовані всередині атомних ядер, тому робота з перенесення заряду з одного місця в інше проходить електронами.

Електрони у провідному матеріалі, такому як метал, значною мірою вільні для переходу від одного атома до іншого вздовж їх зон провідності, які є вищими електронними орбітами. Достатня електрорушійна сила або напруга створює дисбаланс заряду, який може спричинити рух електронів через провідник у вигляді електричного струму.

Якщо провести аналогію з водою, візьмемо, наприклад, трубу. Коли ми відкриваємо клапан на одному кінці, щоб вода потрапила в трубу, то нам не потрібно чекати, поки ця вода прокладе весь шлях до кінця. Ми отримуємо воду на іншому кінці майже миттєво, тому що вода, що входить, штовхає воду, яка вже знаходиться в трубі. Це те, що відбувається у разі електричного струму у дроті.

Електричний струм: умови існування електричного струму

Електричний струм зазвичай сприймається як потік електронів. Коли два кінці батареї з'єднані один з одним за допомогою металевого дроту, ця заряджена маса через провід потрапляє з одного кінця (електрода або полюса) на протилежний батареї. Отже, назвемо умови існування електричного струму:

1. Заряджені частинки.
2. Провідник.
3. Джерело напруги.

Однак не все так просто. Які умови потрібні для існування електричного струму? На це питання можна відповісти докладніше, розглянувши такі характеристики:

• Різниця потенціалів (напруга).Це одна з обов'язкових умов. Між двома точками має бути різниця потенціалів, що означає, що відштовхувальна сила, яка створюється зарядженими частинками в одному місці, повинна бути більшою, ніж їхня сила в іншій точці. Джерела напруги, як правило, не зустрічаються в природі, і електрони розподіляються у навколишньому середовищі досить рівномірно. Все ж таки вченим вдалося винайти певні типи приладів, де ці заряджені частинки можуть накопичуватися, тим самим створюючи ту необхідну напругу (наприклад, в батарейках).
• Електричний опір (провідник).Це друга важлива умова, яка потрібна для існування електроструму. Це шлях, яким переміщаються заряджені частки. Як провідники виступають тільки ті матеріали, які дають можливість електронам вільно переміщатися. Ті ж, які не мають цієї здібності, називаються ізоляторами. Наприклад, дріт з металу буде чудовим провідником, тоді як його гумова оболонка буде чудовим ізолятором.

Ретельно вивчивши умови виникнення та існування електричного струму, люди змогли приручити цю потужну та небезпечну стихію та спрямувати її на благо людства.

Якщо ізольований провідник помістити в електричне поле \(\overrightarrow(E) \), то на вільні заряди \(q\) у провіднику діятиме сила \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) В результаті в Провідник виникає короткочасне переміщення вільних зарядів. Цей процес закінчиться тоді, коли власне електричне поле зарядів, що виникли на поверхні провідника, повністю компенсує зовнішнє поле. Результуюче електростатичне поле всередині провідника дорівнюватиме нулю.

Однак, у провідниках за певних умов може виникнути безперервний упорядкований рух вільних носіїв електричного заряду.

Спрямований рух заряджених частинок називається електричним струмом.

За напрямок електричного струму прийнято напрямок руху позитивних вільних зарядів. Для існування електричного струму у провіднику необхідно створити у ньому електричне поле.

Кількісним заходом електричного струму служить сила струму\(I\) - скалярна фізична величина, що дорівнює відношенню заряду \(\Delta q\), що переноситься через поперечний переріз провідника (рис. 1.8.1) за інтервал часу \(\Delta t\), до цього інтервалу часу:

$$I = \frac(\Delta q)(\Delta t) $$

Якщо сила струму та його напрямок не змінюються з часом, то такий струм називається постійним .

У Міжнародній системі одиниць СІ сила струму вимірюється Амперах (А). Одиниця виміру струму 1 А встановлюється за магнітною взаємодією двох паралельних провідників зі струмом.

Постійний електричний струм може бути створений тільки в замкнутого ланцюга , в якій вільні носії заряду циркулюють замкнутими траєкторіями. Електричне поле у ​​різних точках такого ланцюга незмінне у часі. Отже, електричне поле ланцюга постійного струму має характер замороженого електростатичного поля. Але при переміщенні електричного заряду в електростатичному полі по замкнутій траєкторії робота електричних сил дорівнює нулю. Тому для існування постійного струму необхідна наявність в електричному ланцюзі пристрою, здатного створювати та підтримувати різниці потенціалів на ділянках ланцюга за рахунок роботи сил неелектростатичного походження. Такі пристрої називаються джерелами постійного струму . Сили неелектростатичного походження, що діють на вільні носії заряду з боку джерел струму, називаються сторонніми силами .

Природа сторонніх сил може бути різною. У гальванічних елементах або акумуляторах вони виникають внаслідок електрохімічних процесів, в генераторах постійного струму сторонні сили виникають під час руху провідників у магнітному полі. Джерело струму в електричному ланцюзі відіграє ту ж роль, що і насос, який необхідний для перекачування рідини в замкнутій гідравлічній системі. Під дією сторонніх сил електричні заряди рухаються всередині джерела струму протисил електростатичного поля, завдяки чому в замкнутому ланцюзі може підтримуватися постійний електричний струм.

При переміщенні електричних зарядів ланцюгом постійного струму сторонні сили, що діють усередині джерел струму, виконують роботу.

Фізична величина, що дорівнює відношенню роботи \(A_(ст)\) сторонніх сил при переміщенні заряду \(q\) від негативного полюса джерела струму до позитивного до величини цього заряду, називається електрорушійною силою джерела (ЕРС):

$$ЭДС=\varepsilon=\frac(A_(ст))(q). $$

Таким чином, ЕРС визначається роботою, яка здійснюється сторонніми силами при переміщенні одиничного позитивного заряду. Електрорушійна сила, як і різниця потенціалів, вимірюється в Вольтах (В).

При переміщенні одиничного позитивного заряду по замкнутому ланцюзі постійного струму робота сторонніх сил дорівнює сумі ЕРС, що діють у цьому ланцюзі, а робота електростатичного поля дорівнює нулю.

Ланцюг постійного струму можна розбити на окремі ділянки. Ті ділянки, на яких не діють сторонні сили (тобто ділянки, які не містять джерел струму), називаються однорідними . Ділянки, що включають джерела струму, називаються неоднорідними .

При переміщенні одиничного позитивного заряду деякою ділянкою ланцюга роботу здійснюють як електростатичні (кулонівські), так і сторонні сили. Робота електростатичних сил дорівнює різниці потенціалів \(\Delta \phi_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)\) між початковою (1) та кінцевою (2) точками неоднорідної ділянки. Робота сторонніх сил дорівнює визначення електрорушійної силі \(\mathcal(E)\), що діє на даній ділянці. Тому повна робота дорівнює

$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E)$$

Величину U 12 прийнято називати напругою на ділянці ланцюга 1-2. У разі однорідної ділянки напруга дорівнює різниці потенціалів:

$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)$$

Німецький фізик Г. Ом у 1826 році експериментально встановив, що сила струму \(I\), що тече по однорідному металевому провіднику (тобто провіднику, в якому не діють сторонні сили), пропорційна напрузі \(U\) на кінцях провідника :

$$I = \frac(1)(R) U; \: U = IR$$

де (R) = const.

Величину Rприйнято називати електричним опором . Провідник, що має електричний опір, називається резистором . Це співвідношення висловлює закон Ома для однорідної ділянки ланцюга: сила струму в провіднику прямо пропорційна доданому напрузі і обернено пропорційна опору провідника.

У СІ одиницею електричного опору провідників служить Ом (Ом). Опіром в 1 Ом має таку ділянку ланцюга, в якому при напрузі 1 виникає струм силою 1 А.

Провідники, що підкоряються закону Ома, називаються лінійними . Графічна залежність сили струму \(I\) від напруги \(U\) (такі графіки називаються вольт-амперними характеристиками , скорочено (ВАХ) зображується прямою лінією, що проходить через початок координат. Слід зазначити, що існує багато матеріалів та пристроїв, які не підкоряються закону Ома, наприклад напівпровідниковий діод або газорозрядна лампа. Навіть у металевих провідників при струмах досить великої сили спостерігається відхилення від лінійного закону Ома, оскільки електричний опір металевих провідників зростає із зростанням температури.

Для ділянки ланцюга, що містить ЕРС, закон Ома записується у такій формі:

$$IR = U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E) = \Delta \phi_(12) + \mathcal(E)$$
$$\color(blue)(I = \frac(U)(R))$$

Це співвідношення прийнято називати узагальненим законом Омаабо законом Ома для неоднорідної ділянки ланцюга.

На рис. 1.8.2 зображено замкнутий ланцюг постійного струму. Ділянка ланцюга ( cd) є однорідним.

Малюнок 1.8.2. Ланцюг постійного струму

За законом Ома

$$IR = \Delta\phi_(cd)$$

Ділянка ( ab) містить джерело струму з ЕРС, що дорівнює \(\mathcal(E)\).

За законом Ома для неоднорідної ділянки,

$$Ir = \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$

Склавши обидві рівності, отримаємо:

$$I(R+r) = \Delta\phi_(cd) + \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$

Але \(\Delta\phi_(cd) = \Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab)\).

$$\color(blue)(I=\frac(\mathcal(E))(R + r))$$

Ця формула висловлює закон Ома для повного ланцюга : сила струму в повному ланцюзі дорівнює електрорушійній силі джерела, поділеної на суму опорів однорідної та неоднорідної ділянок ланцюга (внутрішнього опору джерела).

Опір rнеоднорідної ділянки на рис. 1.8.2 можна як внутрішній опір джерела струму . У цьому випадку ділянка ( ab) на рис. 1.8.2 є внутрішньою ділянкою джерела. Якщо точки aі bзамкнути провідником, опір якого мало порівняно з внутрішнім опором джерела (\(R\ \ll r\)), тоді в ланцюзі потече струм короткого замикання

$$I_(кз)=\frac(\mathcal(E))(r)$$

Сила струму короткого замикання - максимальна сила струму, яку можна отримати від даного джерела з електрорушійною силою \(\mathcal(E)\) і внутрішнім опором \(r\). У джерел з малим внутрішнім опором струм короткого замикання може бути дуже великий і викликати руйнування електричного ланцюга чи джерела. Наприклад, у свинцевих акумуляторів, що використовуються в автомобілях, сила струму короткого замикання може становити кілька сотень ампер. Особливо небезпечні короткі замикання в освітлювальних мережах, що живляться від підстанцій (тисячі амперів). Щоб уникнути руйнівної дії таких великих струмів, до ланцюга включаються запобіжники або спеціальні автомати захисту мереж.

У ряді випадків для запобігання небезпечним значенням сили струму короткого замикання до джерела послідовно приєднується деякий зовнішній опір. Тоді опір rодно сумі внутрішнього опору джерела і зовнішнього опору, і за короткому замиканні сила струму виявиться надмірно великий.

Якщо зовнішній ланцюг розімкнуто, то \(\Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab) = \mathcal(E)\), тобто різниця потенціалів на полюсах розімкнутої батареї дорівнює її ЕРС.

Якщо зовнішній навантажувальний опір Rувімкнено і через батарею протікає струм I, Різниця потенціалів на її полюсах стає рівною

$$\Delta \phi_(ba) = \mathcal(E) - Ir$$

На рис. 1.8.3 дано схематичне зображення джерела постійного струму з ЕРС рівною \(\mathcal(E)\) та внутрішнім опором rу трьох режимах: «холостий хід», робота на навантаження та режим короткого замикання (к. з.). Вказано напруженість \(\overrightarrow(E)\) електричного поля всередині батареї та сили, що діють на позитивні заряди:\(\overrightarrow(F)_(е)\) - електрична сила і \(\overrightarrow(F)_(ст) )) - стороння сила. У режимі короткого замикання електричне поле всередині батареї зникає.

Для вимірювання напруги та струмів в електричних ланцюгах постійного струму використовуються спеціальні прилади - вольтметриі амперметри.

Вольтметр призначений для вимірювання різниці потенціалів, прикладеної до його клем. Він підключається паралельноділянці ланцюга, у якому виробляється вимір різниці потенціалів. Будь-який вольтметр має деякий внутрішній опір \(R_(В)\). Для того, щоб вольтметр не вносив помітного перерозподілу струмів при підключенні до ланцюга, що вимірювається, його внутрішній опір має бути велике в порівнянні з опором тієї ділянки ланцюга, до якого він підключений. Для ланцюга, зображеного на рис. 1.8.4, ця умова записується у вигляді:

$$R_(В) \gg R_(1)$$

Ця умова означає, що струм \(I_(В) = \Delta \phi_(cd) / R_(В)\), що протікає через вольтметр, набагато менше струму \(I = \Delta \phi_(cd) / R_(1 )\), який протікає по ділянці ланцюга, що тестується.

Оскільки всередині вольтметра не діють сторонні сили, різниця потенціалів на його клемах збігається за визначенням з напругою. Тому можна говорити, що вольтметр вимірює напругу.

Амперметр призначений для вимірювання сили струму в ланцюзі. Амперметр включається послідовно в розрив електричного ланцюга, щоб через нього проходив весь струм, що вимірюється. Амперметр також має деякий внутрішній опір \(R_(А)\). На відміну від вольтметра, внутрішній опір амперметра має бути досить малим, порівняно з повним опором всього ланцюга. Для ланцюга на рис. 1.8.4 опір амперметра має задовольняти умову

$$R_(А) \ll (r + R_(1) + R(2))$$

щоб при включенні амперметра струм у ланцюзі не змінювався.

Вимірювальні прилади - вольтметри та амперметри - бувають двох видів: стрілочні (аналогові) та цифрові. Цифрові електровимірювальні прилади є складними електронними пристроями. Зазвичай цифрові прилади забезпечують більш високу точність вимірів.

Не маючи певних початкових знань про електрику, важко уявити, як працюють електричні прилади, чому взагалі вони працюють, чому треба включати телевізор у розетку, щоб він запрацював, а ліхтарику вистачає маленької батарейки, щоб він світив у темряві.

І так розбиратимемося у всьому по порядку.

Електрика

Електрика– це природне явище, що підтверджує існування, взаємодію та рух електричних зарядів. Електрика вперше було виявлено ще у VII столітті до н. грецьким філософом Фалесом. Фалес звернув увагу, що якщо шматочок бурштину потерти об шерсть, він починає притягувати до себе легкі предмети. Бурштин давньогрецькою – електрон.

Ось так і уявляю собі, сидить Фалес, третій шматок бурштину про свій гіматій (це вовняний верхній одяг у стародавніх греків), а потім із спантеличеним виглядом дивиться, як до бурштину притягується волосся, уривки ниток, пір'я та шматки паперу.

Дане явище називається статичною електрикою. Ви можете повторити цей досвід. Для цього добре потріть вовняною тканиною звичайну пластмасову лінійку і піднесіть її до дрібних паперових шматочків.

Слід зазначити, що тривалий час це не вивчалося. І лише в 1600 році у своєму творі «Про магніт, магнітні тіла і про великий магніт – Землю» англійський дослідник природи Вільям Гілберт ввів термін – електрику. У своїй роботі він описав свої досліди з наелектризованими предметами, а також встановив, що наелектризуватися можуть і інші речовини.

Далі протягом трьох століть найпередовіші вчені світу досліджують електрику, пишуть трактати, формулюють закони, винаходять електричні машини і лише 1897 року Джозеф Томсон відкриває перший матеріальний носій електрики – електрон, частинку, завдяки якій можливі електричні процеси в речовинах.

Електрон– це елементарна частка, що має негативний заряд приблизно рівний -1,602 · 10 -19Кл (Кулон). Позначається еабо е –.

Напруга

Щоб змусити переміщатися заряджені частинки від одного полюса до іншого, необхідно створити між полюсами різницю потенціалівабо – Напруга. Одиниця виміру напруги – Вольт (Уабо V). У формулах та розрахунках напруга позначається буквою V . Щоб отримати напругу величиною 1 потрібно передати між полюсами заряд в 1 Кл, здійснивши при цьому роботу в 1 Дж (Джоуль).

Для наочності представимо резервуар з водою, розташований на деякій висоті. З резервуару виходить труба. Вода під природним тиском залишає резервуар через трубу. Давайте домовимося, що вода – це електричний заряд, висота водяного стовпа (тиск) – це напруга, а швидкість потоку води – це електричний струм.

Таким чином, чим більше води в баку, тим вищий тиск. Аналогічно з електричної точки зору, чим більше заряд, тим вища напруга.

Почнемо зливати воду, тиск при цьому зменшуватиметься. Тобто. рівень заряду опускається – величина напруги зменшується. Таке явище можна спостерігати у ліхтарику, лампочка світить все тьмяніше в міру того, як батареї розряджаються. Зверніть увагу, що менше тиск води (напруга), тим менший потік води (струм).

Електричний струм

Електричний струм– це фізичний процес спрямованого руху заряджених частинок під дією електромагнітного поля від одного полюса замкнутого електричного кола до іншого. Як частинок, що переносять заряд, можуть виступати електрони, протони, іони та дірки. За відсутності замкненого ланцюга струм неможливий. Частки здатні переносити електричні заряди існують не у всіх речовинах, ті в яких вони є, називаються провідникамиі напівпровідниками. А речовини, в яких таких частинок немає діелектриками.

Одиниця виміру сили струму – Ампер (А). У формулах та розрахунках сила струму позначається буквою I . Струм в 1 Ампер утворюється при проходженні через точку електричного ланцюга заряду в 1 Кулон (6,241 10 18 електронів) за 1 секунду.

Знову звернемося до нашої аналогії вода – електрика. Тільки тепер візьмемо два резервуари і наповнимо їх рівною кількістю води. Відмінність між баками у діаметрі вихідної труби.

Відкриємо крани і переконаємося, що потік води з лівого бака більший (діаметр труби більший), ніж із правого. Такий досвід – очевидний доказ залежності швидкості потоку від діаметра труби. Тепер спробуємо зрівняти два потоки. Для цього додамо у правий бак води (заряд). Це дасть більший тиск (напруга) та збільшить швидкість потоку (струм). В електричному ланцюзі в ролі діаметра труби виступає опір.

Проведені експерименти наочно демонструють взаємозв'язок між напругою, струмомі опором. Докладніше про опір поговоримо трохи пізніше, а зараз ще кілька слів про властивості електричного струму.

Якщо напруга не змінює свою полярність плюс на мінус і струм тече в одному напрямку, то це постійний струмі відповідно постійна напруга. Якщо джерело напруги змінює свою полярність і струм тече то одному напрямі, то іншому – це вже змінний струмі змінна напруга. Максимальні та мінімальні значення (на графіку позначені як Io ) – це амплітуднічи пікові значення сили струму. У домашніх розетках напруга змінює свою полярність 50 на секунду, тобто. Струм коливається то туди, то сюди, виходить, що частота цих коливань становить 50 Герц або скорочено 50 Гц. У деяких країнах, наприклад, у США прийнято частоту 60 Гц .

Опір

Електричний опір- фізична величина, що визначає властивість провідника перешкоджати (опиратися) проходженню струму. Одиниця виміру опору – Ом(позначається Омабо грецькою літерою омега Ω ). У формулах та розрахунках опір позначається буквою R . Опіром в 1 Ом володіє провідник до полюсів якого прикладена напруга 1 і протікає струм 1 А.

Провідники по-різному проводять струм. Їх провідністьзалежить, в першу чергу, від матеріалу провідника, а також від перерізу та довжини. Чим більший переріз, тим вища провідність, але чим більше довжина, тим провідність нижча. Опір - це зворотне поняття провідності.

На прикладі водопровідної моделі опір можна як діаметр труби. Чим він менший, тим гірша провідність і вищий опір.

Опір провідника проявляється, наприклад, у нагріванні провідника при протіканні струму. Причому, чим більший струм і менше перетин провідника – тим сильніше нагрівання.

Потужність

Електрична потужність- Це фізична величина, що визначає швидкість перетворення електроенергії. Наприклад, ви не раз чули: «лампочка на стільки ват». Це потужність споживана лампочкою за одиницю часу під час роботи, тобто. перетворення одного виду енергії в інший з деякою швидкістю.

Джерела електроенергії, наприклад, генератори, також характеризується потужністю, але вже виробляється в одиницю часу.

Одиниця виміру потужності – Ватт(позначається Втабо W). У формулах та розрахунках потужність позначається буквою P . Для ланцюгів змінного струму застосовується термін Повна потужність, одиниця виміру - Вольт-ампер (В·Аабо V·A), позначається буквою S .

І на завершення про Електричний ланцюг. Даний ланцюг є деяким набором електричних компонентів, здатних проводити електричний струм і з'єднаних між собою відповідним чином.

Що ми бачимо на цьому зображенні – елементарний електроприлад (ліхтарик). Під дією напруги U(В) джерела електроенергії (батарейки) по провідникам та іншим компонентам, що володіють різними опорами 4.59 (220 Голосів)

На сьогоднішній зустрічі ми поведемо розмову про електрику, яка стала невід'ємною частиною сучасної цивілізації. Електроенергетика вторглася у всі сфери нашого життя. А присутність у кожному будинку побутових приладів, які використовують електричний струм, настільки природна і невід'ємна частина побуту, що ми приймаємо це як належне.

Отже, до уваги наших читачів пропонуються основні відомості про електричний струм.

Що таке електричний струм

Під електричним струмом розуміють спрямоване рух заряджених частинок.Речовини, що містять достатню кількість вільних набоїв, називають провідниками. А сукупність всіх пристроїв, з'єднаних між собою допомогою проводів, називають електричним ланцюгом.

В повсякденному житті ми використовуємо електрику, що проходить металевими провідниками.Носіями заряду у яких є вільні електрони.

Зазвичай вони хаотично кидаються між атомами, але електричне поле змушує їх рухатися у певному напрямку.

Як це відбувається

Потік електронів у ланцюгу можна порівняти з потоком води, що спадає з високого рівня на низький. Роль рівня у електричних ланцюгах грає потенціал.

Для перебігу струму в ланцюзі її кінцях має підтримуватися стала різниця потенціалів, тобто. напруга.

Його прийнято позначати буквою U та вимірювати у вольтах (B).

Завдяки доданій напрузі в ланцюзі встановлюється електричне поле, яке надає електронам спрямований рух. Чим більше напруга, тим сильніше електричне поле, а значить і інтенсивність потоку електронів, що спрямовано рухаються.

Швидкість поширення електричного струму дорівнює швидкості встановлення в ланцюзі електричного поля, тобто 300 000 км/с, проте швидкість електронів ледь сягає лише кількох мм на секунду.

Вважають, що струм тече від точки з більшим потенціалом, тобто від (+) до точки з меншим потенціалом, тобто до (−). Напруга в ланцюзі підтримується джерелом струму, наприклад батарейкою. Знак (+) на її кінці означає недолік електронів, знак (−) їх надлишок, оскільки електрони - носії саме негативного заряду. Як тільки ланцюг із джерелом струму ставати замкнутим, електрони спрямовуються від місця, де їх надлишок, до позитивного полюса джерела струму. Їхній шлях пролягає через дроти, споживачі, вимірювальні прилади та інші елементи ланцюга.

Зверніть увагу, напрям струму протилежний напрямку руху електронів.

Просто напрямок струму за домовленістю вчених визначили до того, як було встановлено природу струму в металах.

Деякі величини, що характеризують електричний струм

Сила струму.Електричний заряд, що проходить через поперечний переріз провідника за 1 с, називають силою струму. Для її позначення використовують букву I, що вимірюють в амперах (A).

Опір.Наступна величина, яку необхідно знати - це опір. Воно виникає через зіткнення електронів, що спрямовано рухаються, з іонами кристалічної решітки. Внаслідок таких зіткнень електрони передають іонам частину своєї кінетичної енергії. Внаслідок чого провідник нагрівається, а сила струму зменшується. Опір позначається буквою R та вимірюється в омах (Ом).

Опір металевого провідника тим більший, чим довший провідник і менше площа його поперечного перерізу. При однаковій довжині та діаметрі дроту найменший опір мають провідники зі срібла, міді, золота та алюмінію. З цілком зрозумілих причин на практиці використовують дроти з алюмінію та міді.

Потужність.Виконуючи розрахунки для електричних кіл, іноді потрібно визначити споживану потужність (P).

Для цього слід силу струму, що протікає по ланцюгу, помножити на напругу.

Одиницею вимірювання потужності є ват (Вт).

Постійний та змінний струм

Струм, що дається різноманітними батарейками та акумуляторами, є постійним. Це означає, що силу струму в такому ланцюзі можна змінювати лише за величиною, змінюючи у різний спосіб її опір, а його напрямок при цьому зберігається незмінним.

Але більшість електропобутових приладів споживають змінний струм,тобто струм величина та напрямок якого безперервно змінюються за певним законом.

Він виробляється на електростанціях, а потім через лінії високовольтних передач потрапляє до наших будинків та підприємств.

У більшості країн частота зміни напрямку струму дорівнює 50 Гц, тобто відбувається 50 разів на секунду. При цьому щоразу сила струму поступово наростає, досягає максимуму, потім зменшується до 0. Потім цей процес повторюється, але вже при протилежному напрямку струму.

У всі прилади працюють на частоті 60 Гц. Цікава ситуація склалася у Японії. Там на одній третині країни використовують змінний струм із частотою 60 Гц, а на решті - 50 Гц.

Обережно – електрика

Ураження електричним струмом можна отримати при використанні електропобутових приладів та від ударів блискавки, оскільки людського організму хороший провідник струму.Нерідко електротравми отримують, наступивши на провід, що лежить на землі, або відсунувши руками відвислі електричні проводи.

Напруга понад 36 В вважається небезпечною для людини. Якщо через тіло людини пройде струм лише 0,05 А, він може викликати мимовільне скорочення м'язів, яке дозволить людині самостійно відірватися від джерела поразки. Струм 0,1 А смертельний.

Ще небезпечніший змінний струм, оскільки має сильніший вплив на людину. Цей наш друг і помічник у ряді випадків перетворюється на нещадного ворога, викликаючи порушення дихання та роботу серця, аж до його повної зупинки. Він залишає страшні мітки на тілі у вигляді найсильніших опіків.

Як допомогти потерпілому? Насамперед відключити джерело поразки. А потім уже подбати про надання першої медичної допомоги.

Наше знайомство з електрикою добігає кінця. Додамо лише кілька слів про морських мешканців, які мають «електричну зброю». Це деякі види риб, морський вугор та скат. Найнебезпечнішим із них є морський вугор.

Не варто підпливати до нього на відстань менше ніж 3 метри. Удар його не смертельний, але свідомість можна втратити.

Якщо це повідомлення тобі стало в нагоді, буду рада бачити тебе

Сьогодні важко уявити життя без такого явища, як електрика, адже використовувати його у своїх цілях людство навчилося не так уже й давно. Вивчення сутності та характеристик цього особливого виду матерії зайняло кілька століть, проте й нині не можна впевнено сказати, що ми знаємо про нього абсолютно все.

Поняття та сутність електричного струму

Електричний струм, як відомо ще зі шкільного курсу фізики, є не що інше, як упорядкований рух будь-яких заряджених частинок. Як останні можуть виступати як негативно заряджені електрони, так і іони. Вважається, що цей вид матерії може виникнути тільки в так званих провідниках, проте це не так. Справа в тому, що при дотику будь-яких тіл завжди виникає певна кількість протилежно заряджених частинок, які можуть почати пересуватися. У діелектриках вільне пересування тих самих електронів дуже важко і вимагає величезних зовнішніх зусиль, тому й кажуть, що вони електричний струм не проводять.

Умови існування струму в ланцюзі

Вчені вже давно помітили, що це фізичне явище неспроможна виникнути і тривалий час утримуватися саме собою. Умови існування електричного струму включають кілька найважливіших положень. По-перше, це явище неможливе без наявності вільних електронів та іонів, які виконують роль передавачів зарядів. По-друге, щоб ці елементарні частинки почали впорядковано рухатися, необхідно створити поле, основною ознакою якого є різниця потенціалів між точками електрика. Нарешті, по-третє, електричний струм неспроможна існувати тривалий час лише під впливом кулонівських сил, оскільки поступово потенціали вирівнюватимуть. Саме тому необхідні певні компоненти, які є перетворювачами різних видів механічної та теплової енергії. Їх прийнято називати джерелами струму.

Питання про джерела струму

Джерела електричного струму є спеціальні пристрої, які генерують електричне поле. До найважливіших можна віднести гальванічні елементи, сонячні батареї, генератори, акумулятори. характеризуються своєю потужністю, продуктивністю та тривалістю роботи.

Сила струму, напруга, опір

Як і будь-яке інше фізичне явище, електричний струм має низку характеристик. До найважливіших їх належить його сила, напруга ланцюга і опір. Перша з них є кількісною характеристикою заряду, який проходить через переріз того чи іншого провідника в одиницю часу. Напруга (називається також електрорушійною силою) є не що інше, як величина різниці потенціалів, за рахунок якої заряд, що проходить, здійснює певну роботу. Нарешті, опір - це внутрішня характеристика провідника, що показує, яку силу має витратити заряд проходження ним.