Sạc trong chuyển động. Nó có thể ở dạng phóng tĩnh điện đột ngột, chẳng hạn như sét. Hoặc nó có thể là một quá trình được kiểm soát trong máy phát điện, pin, năng lượng mặt trời hoặc pin nhiên liệu. Hôm nay chúng ta sẽ xem xét khái niệm "dòng điện" và điều kiện tồn tại của dòng điện.

Năng lượng điện

Hầu hết điện năng chúng ta sử dụng đến dưới dạng dòng điện xoay chiều từ lưới điện. Nó được tạo ra bởi máy phát điện hoạt động theo định luật cảm ứng Faraday, do đó từ trường thay đổi có thể tạo ra dòng điện trong vật dẫn.

Máy phát điện có các cuộn dây quay tròn truyền qua từ trường khi chúng quay. Khi các cuộn dây quay, chúng mở và đóng theo từ trường và tạo ra dòng điện thay đổi hướng theo mỗi lượt. Dòng điện đi qua một chu kỳ tới lui 60 lần trong một giây.

Máy phát điện có thể chạy bằng tuabin hơi nước được đốt nóng bằng than, khí đốt tự nhiên, dầu hoặc lò phản ứng hạt nhân. Từ máy phát điện, dòng điện chạy qua một loạt máy biến áp, tại đó điện áp của nó tăng lên. Đường kính của dây dẫn xác định lượng và cường độ dòng điện mà chúng có thể mang theo mà không bị quá nóng và lãng phí năng lượng, đồng thời điện áp chỉ bị giới hạn bởi mức độ cách điện của đường dây với đất.

Điều thú vị cần lưu ý là dòng điện chỉ được mang bởi một dây, không phải hai. Hai mặt của nó được chỉ định là tích cực và tiêu cực. Tuy nhiên, vì phân cực của dòng điện xoay chiều thay đổi 60 lần mỗi giây nên chúng có những tên gọi khác - nóng (đường dây điện chính) và nối đất (đi qua lòng đất để hoàn thành mạch điện).

Tại sao cần có điện?

Điện có rất nhiều công dụng: nó có thể thắp sáng ngôi nhà của bạn, giặt và phơi quần áo của bạn, nâng cửa nhà để xe của bạn, đun sôi nước trong ấm đun nước và cung cấp năng lượng cho các đồ gia dụng khác giúp cuộc sống của chúng ta trở nên dễ dàng hơn rất nhiều. Tuy nhiên, khả năng truyền tải thông tin của dòng điện ngày càng trở nên quan trọng.

Khi được kết nối với Internet, một máy tính chỉ sử dụng một phần nhỏ dòng điện, nhưng đây là điều mà một người hiện đại không thể hình dung được cuộc sống của mình.

Khái niệm về dòng điện

Giống như dòng sông, dòng phân tử nước, dòng điện là dòng các hạt mang điện. Điều gì gây ra nó, và tại sao nó không luôn đi cùng một hướng? Khi bạn nghe thấy từ flow, bạn sẽ nghĩ đến điều gì? Có lẽ nó sẽ là một con sông. Đó là một liên tưởng tốt, bởi vì đó là lý do dòng điện có tên. Nó rất giống với dòng chảy của nước, chỉ thay vì các phân tử nước di chuyển dọc theo kênh, các hạt mang điện di chuyển dọc theo vật dẫn.

Trong số các điều kiện cần thiết cho sự tồn tại của dòng điện, có một mục cung cấp sự hiện diện của các electron. Nguyên tử trong vật liệu dẫn điện có nhiều hạt mang điện tự do trôi nổi xung quanh và giữa các nguyên tử. Chuyển động của chúng là ngẫu nhiên, vì vậy không có dòng chảy theo bất kỳ hướng nhất định nào. Cần gì để dòng điện tồn tại?

Các điều kiện cho sự tồn tại của dòng điện bao gồm sự hiện diện của hiệu điện thế. Khi nó được đặt vào một vật dẫn, tất cả các electron tự do sẽ chuyển động theo cùng một hướng, tạo ra một dòng điện.

Tò mò về dòng điện

Điều thú vị là khi năng lượng điện được truyền qua một vật dẫn với tốc độ ánh sáng, bản thân các electron chuyển động chậm hơn nhiều. Trên thực tế, nếu bạn đi thong thả bên cạnh một sợi dây dẫn điện, tốc độ của bạn sẽ nhanh hơn 100 lần so với các electron đang chuyển động. Điều này là do thực tế là chúng không cần phải di chuyển một khoảng cách quá lớn để truyền năng lượng cho nhau.

Dòng điện một chiều và xoay chiều

Ngày nay, hai loại dòng điện khác nhau được sử dụng rộng rãi - trực tiếp và xoay chiều. Trong trường hợp đầu tiên, các electron chuyển động theo một hướng, từ phía "âm" sang phía "dương". Dòng điện xoay chiều đẩy các electron qua lại, làm đổi hướng dòng chảy vài lần trong một giây.

Máy phát điện được sử dụng trong các nhà máy điện để sản xuất điện được thiết kế để tạo ra dòng điện xoay chiều. Bạn có thể không bao giờ nhận thấy rằng ánh sáng trong nhà thực sự nhấp nháy khi hướng hiện tại thay đổi, nhưng nó xảy ra quá nhanh để mắt thường không thể nhận ra.

Điều kiện tồn tại của dòng điện một chiều là gì? Tại sao chúng ta cần cả hai loại và loại nào tốt hơn? Đây là những câu hỏi hay. Thực tế là chúng ta vẫn sử dụng cả hai loại dòng điện cho thấy rằng cả hai đều phục vụ các mục đích cụ thể. Từ thế kỷ 19 trở lại đây, rõ ràng là chỉ có thể truyền tải điện năng hiệu quả trên một khoảng cách xa giữa nhà máy điện và một ngôi nhà ở điện áp rất cao. Nhưng vấn đề là việc gửi điện áp cao thực sự cực kỳ nguy hiểm cho con người.

Giải pháp cho vấn đề này là giảm bớt căng thẳng bên ngoài nhà trước khi gửi vào trong nhà. Cho đến ngày nay, dòng điện một chiều được sử dụng để truyền tải trên một khoảng cách xa, chủ yếu là do nó có khả năng dễ dàng chuyển đổi sang các điện áp khác.

Cách thức hoạt động của dòng điện

Các điều kiện cho sự tồn tại của dòng điện bao gồm sự hiện diện của các hạt mang điện, vật dẫn và hiệu điện thế. Nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu về điện và nhận thấy rằng có hai dạng của nó: tĩnh và dòng điện.

Nó là thứ đóng một vai trò rất lớn trong cuộc sống hàng ngày của bất kỳ người nào, vì nó là một dòng điện đi qua mạch. Chúng tôi sử dụng nó hàng ngày để cung cấp năng lượng cho ngôi nhà của mình và hơn thế nữa.

Dòng điện là gì?

Khi các điện tích lưu thông trong mạch từ nơi này đến nơi khác sẽ sinh ra dòng điện. Các điều kiện cho sự tồn tại của dòng điện bao gồm, ngoài các hạt mang điện, sự hiện diện của vật dẫn điện. Thông thường nó là một dây. Mạch của nó là một mạch kín, trong đó dòng điện chạy từ nguồn điện. Khi mạch điện bị hở, anh ta không thể hoàn thành cuộc hành trình. Ví dụ, khi đèn trong phòng bạn tắt, mạch điện sẽ mở, nhưng khi đóng mạch điện, đèn sáng.

Công suất hiện tại

Các điều kiện tồn tại của dòng điện trong vật dẫn chịu ảnh hưởng rất lớn của đặc tính điện áp như công suất. Đây là thước đo lượng năng lượng đang được sử dụng trong một khoảng thời gian nhất định.

Có nhiều đơn vị khác nhau có thể được sử dụng để thể hiện đặc điểm này. Tuy nhiên, công suất điện hầu như được đo bằng watt. Một watt bằng một jun trên giây.

Điện tích trong chuyển động

Điều kiện để tồn tại dòng điện là gì? Nó có thể ở dạng phóng điện đột ngột, chẳng hạn như tia sét hoặc tia lửa do ma sát với vải len. Tuy nhiên, thường xuyên hơn, khi chúng ta nói về dòng điện, chúng ta muốn nói đến một dạng điện được kiểm soát nhiều hơn để làm cho đèn và các thiết bị hoạt động. Phần lớn điện tích được mang bởi các electron âm và proton dương trong nguyên tử. Tuy nhiên, phần sau chủ yếu là bất động bên trong hạt nhân nguyên tử, vì vậy công việc chuyển điện tích từ nơi này sang nơi khác được thực hiện bởi các electron.

Các electron trong vật liệu dẫn điện như kim loại phần lớn tự do di chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác dọc theo các vùng dẫn của chúng, đó là các quỹ đạo electron cao hơn. Một suất điện động hoặc hiệu điện thế đủ tạo ra sự mất cân bằng điện tích có thể làm cho các electron chuyển động qua vật dẫn dưới dạng dòng điện.

Nếu chúng ta vẽ một phép tương tự với nước, thì hãy lấy ví dụ, một cái ống. Khi chúng ta mở một van ở một đầu để cho nước vào đường ống, chúng ta không cần phải đợi nước đó hoạt động đến hết đường ống. Chúng tôi nhận được nước ở đầu bên kia gần như ngay lập tức vì nước vào đẩy nước đã có trong đường ống. Đây là những gì xảy ra trong trường hợp có dòng điện trong dây dẫn.

Dòng điện: điều kiện tồn tại của dòng điện

Dòng điện thường được xem như một dòng electron. Khi hai đầu của pin được nối với nhau bằng một sợi dây kim loại thì khối lượng tích điện này đi qua dây dẫn từ đầu này (điện cực hoặc cực) của pin sang chiều ngược lại. Vì vậy, chúng ta hãy gọi các điều kiện để tồn tại dòng điện:

1. hạt mang điện.
2. Nhạc trưởng.
3. Nguồn điện áp.

Tuy nhiên, tất cả không đơn giản như vậy. Những điều kiện nào cần thiết cho sự tồn tại của dòng điện? Câu hỏi này có thể được trả lời chi tiết hơn bằng cách xem xét các đặc điểm sau:

• Hiệu điện thế (hiệu điện thế).Đây là một trong những điều kiện tiên quyết. Giữa 2 điểm phải có hiệu điện thế, nghĩa là lực đẩy do các hạt mang điện tạo ra ở một điểm phải lớn hơn lực của chúng ở điểm khác. Các nguồn điện áp, như một quy luật, không xảy ra trong tự nhiên, và các electron được phân bố khá đồng đều trong môi trường. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã cố gắng phát minh ra một số loại thiết bị mà các hạt tích điện này có thể tích tụ, do đó tạo ra điện áp rất cần thiết (ví dụ, trong pin).
• Điện trở (dây dẫn).Đây là điều kiện quan trọng thứ hai cần thiết cho sự tồn tại của dòng điện. Đây là con đường mà các hạt mang điện di chuyển. Chỉ những vật liệu cho phép các electron chuyển động tự do mới đóng vai trò là chất dẫn điện. Những người không có khả năng này được gọi là người cách điện. Ví dụ, một dây kim loại sẽ là một chất dẫn điện tuyệt vời, trong khi vỏ bọc cao su của nó sẽ là một chất cách điện tuyệt vời.

Sau khi nghiên cứu kỹ lưỡng các điều kiện xuất hiện và tồn tại của dòng điện, con người đã có thể chế ngự yếu tố mạnh mẽ và nguy hiểm này và hướng nó vì lợi ích của nhân loại.

Nếu một vật dẫn cách điện được đặt trong một điện trường \ (\ overrightarrow (E) \), thì lực \ (\ overrightarrow (F) = q \ overrightarrow (E) \) sẽ tác dụng lên các điện tích tự do \ (q \) Kết quả là, vật dẫn, có một chuyển động ngắn hạn của các điện tích tự do. Quá trình này sẽ kết thúc khi điện trường riêng của các điện tích phát sinh trên bề mặt vật dẫn bù hoàn toàn cho điện trường bên ngoài. Trường tĩnh điện bên trong dây dẫn sẽ bằng không.

Tuy nhiên, trong vật dẫn, trong những điều kiện nhất định, có thể xảy ra chuyển động liên tục có trật tự của các hạt mang điện tự do.

Chuyển động có hướng của các hạt mang điện được gọi là dòng điện.

Chiều chuyển động của các điện tích dương tự do được lấy làm chiều của dòng điện. Đối với sự tồn tại của dòng điện trong vật dẫn, cần phải tạo ra một điện trường trong đó.

Đại lượng đo cường độ dòng điện là sức mạnh hiện tại\ (I \) là một đại lượng vật lý vô hướng bằng tỷ số của điện tích \ (\ Delta q \) chuyển qua tiết diện của vật dẫn (Hình 1.8.1) trong khoảng thời gian \ (\ Delta t \) , đến khoảng thời gian này:

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

Nếu cường độ của dòng điện và chiều của nó không thay đổi theo thời gian thì dòng điện như vậy được gọi là dài hạn .

Trong Hệ đơn vị quốc tế SI, dòng điện được đo bằng Ampe (A). Đơn vị dòng điện 1 A được thiết lập bởi tương tác từ của hai dây dẫn song song với dòng điện.

Dòng điện không đổi chỉ có thể được tạo ra trong mạch kín , trong đó các hãng vận tải miễn phí lưu thông dọc theo các con đường khép kín. Điện trường tại các điểm khác nhau trong đoạn mạch như vậy không đổi theo thời gian. Do đó, điện trường trong mạch điện một chiều có tính chất của trường tĩnh điện đông đặc. Nhưng khi di chuyển một điện tích trong một điện trường dọc theo một đường dẫn kín thì công của lực điện bằng không. Vì vậy, đối với sự tồn tại của dòng điện một chiều, cần phải có một thiết bị trong mạch điện có thể tạo ra và duy trì sự khác biệt tiềm tàng trong các đoạn mạch do tác dụng của lực nguồn gốc không tĩnh điện. Những thiết bị như vậy được gọi là nguồn hiện tại trực tiếp . Lực có nguồn gốc không tĩnh điện tác dụng lên hạt tải điện tự do từ nguồn dòng điện được gọi là lực lượng bên ngoài .

Bản chất của các lực lượng bên ngoài có thể khác nhau. Trong tế bào điện hoặc pin, chúng phát sinh do kết quả của quá trình điện hóa, trong máy phát điện một chiều, ngoại lực phát sinh khi vật dẫn chuyển động trong từ trường. Nguồn dòng điện trong mạch điện đóng vai trò giống như máy bơm, cần thiết cho việc bơm chất lỏng trong hệ thống thủy lực kín. Dưới tác dụng của ngoại lực, các điện tích chuyển động bên trong nguồn điện chống lại lực của một trường tĩnh điện, do đó dòng điện không đổi có thể được duy trì trong một mạch kín.

Khi các điện tích chuyển động dọc theo mạch điện một chiều thì ngoại lực tác dụng vào bên trong nguồn điện sẽ phát huy tác dụng.

Đại lượng vật lý bằng tỉ số giữa công \ (A_ (st) \) của ngoại lực khi dịch chuyển điện tích \ (q \) từ cực âm của nguồn dòng sang cực dương đến giá trị của điện tích này được gọi là nguồn điện động (EMF):

$$ EMF = \ varepsilon = \ frac (A_ (st)) (q). $$

Do đó, EMF được xác định bởi công do ngoại lực thực hiện khi di chuyển một điện tích dương duy nhất. Sức điện động, giống như hiệu điện thế, được đo bằng Vôn (V).

Khi một điện tích dương duy nhất chuyển động dọc theo mạch điện một chiều kín, công của ngoại lực bằng tổng EMF tác dụng trong mạch này và công của trường tĩnh điện bằng không.

Mạch DC có thể được chia thành các phần riêng biệt. Các phần mà các lực bên ngoài không tác động (tức là các phần không chứa nguồn hiện tại) được gọi là đồng nhất . Các khu vực bao gồm các nguồn hiện tại được gọi là không đồng nhất .

Khi một điện tích dương đơn vị di chuyển dọc theo một đoạn mạch nhất định, thì cả tĩnh điện (Coulomb) và ngoại lực đều hoạt động. Công của lực tĩnh điện bằng hiệu điện thế \ (\ Delta \ phi_ (12) = \ phi_ (1) - \ phi_ (2) \) giữa điểm ban đầu (1) và điểm cuối cùng (2) của phần không đồng nhất . Công của ngoại lực theo định nghĩa là sức điện động \ (\ mathcal (E) \) tác dụng lên phần này. Vậy tổng công việc là

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

giá trị U 12 được gọi là Vôn trên đoạn dây chuyền 1-2. Trong trường hợp tiết diện đồng chất, hiệu điện thế bằng hiệu điện thế:

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

Nhà vật lý người Đức G. Ohm vào năm 1826 đã xác định bằng thực nghiệm rằng cường độ của dòng điện \ (I \) chạy qua một dây dẫn kim loại đồng nhất (tức là một dây dẫn không có lực bên ngoài tác động) tỷ lệ với hiệu điện thế \ (U \) tại các đầu của dây dẫn:

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

trong đó \ (R \) = const.

giá trị R gọi là điện trở . Vật dẫn có điện trở gọi là điện trở . Tỷ lệ này thể hiện Định luật Ohm cho phần đồng nhất của chuỗi: Cường độ dòng điện trong vật dẫn tỉ lệ thuận với hiệu điện thế đặt vào và tỉ lệ nghịch với điện trở của vật dẫn.

Trong SI, đơn vị đo điện trở của vật dẫn là Om (Om). Một điện trở 1 ôm có tiết diện của đoạn mạch trong đó ở hiệu điện thế 1 V, dòng điện có cường độ 1 A xuất hiện.

Chất dẫn điện tuân theo định luật Ohm được gọi là tuyến tính . Sự phụ thuộc đồ thị của cường độ dòng điện \ (I \) vào điện áp \ (U \) (đồ thị như vậy được gọi là đặc điểm vôn-ampe , viết tắt là VAC) được biểu diễn bằng một đường thẳng đi qua gốc tọa độ. Cần lưu ý rằng có nhiều vật liệu và thiết bị không tuân theo định luật Ohm, chẳng hạn như điốt bán dẫn hoặc đèn phóng điện khí. Ngay cả đối với dây dẫn kim loại ở dòng điện có cường độ đủ lớn, vẫn quan sát thấy sự sai lệch so với định luật tuyến tính Ohm, vì điện trở của dây dẫn kim loại tăng khi nhiệt độ tăng.

Đối với đoạn mạch chứa EMF, định luật Ôm được viết dưới dạng sau:

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

Tỷ lệ này được gọi là định luật Ohm tổng quát hoặc Định luật Ohm cho một đoạn chuỗi không đồng nhất.

Trên hình. 1.8.2 cho thấy một mạch điện một chiều kín. Phần dây chuyền ( đĩa CD) là đồng nhất.

Hình 1.8.2. Mạch DC

Định luật Ohm

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

Kịch bản ( ab) chứa một nguồn hiện tại có EMF bằng \ (\ mathcal (E) \).

Theo định luật Ohm cho một khu vực không đồng nhất,

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

Thêm cả hai giá trị bằng nhau, chúng ta nhận được:

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

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

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

Công thức này thể hiện Định luật Ôm cho một đoạn mạch hoàn chỉnh : cường độ dòng điện trong một đoạn mạch hoàn chỉnh bằng suất điện động của nguồn, chia cho tổng các điện trở của hai đoạn mạch thuần nhất và không đồng nhất (điện trở trong của nguồn).

Chống lại r khu vực không đồng nhất trong Hình. 1.8.2 có thể được coi là nguồn hiện tại kháng nội bộ . Trong trường hợp này, cốt truyện ( ab) trong bộ lễ phục. 1.8.2 là phần bên trong của nguồn. Nếu điểm một và bđóng với một dây dẫn có điện trở nhỏ so với điện trở trong của nguồn (\ (R \ \ ll r \)) thì mạch có dòng Dòng điện ngắn mạch

$$ I_ (kz) = \ frac (\ mathcal (E)) (r) $$

Dòng điện ngắn mạch là dòng điện cực đại có thể đạt được từ một nguồn nhất định có suất điện động \ (\ mathcal (E) \) và điện trở trong \ (r \). Đối với nguồn có điện trở trong thấp, dòng điện ngắn mạch có thể rất lớn và gây phá hủy mạch điện hoặc nguồn. Ví dụ, ắc quy axit-chì dùng trong ô tô có thể có dòng ngắn mạch vài trăm ampe. Đặc biệt nguy hiểm là đoản mạch trong mạng chiếu sáng cấp nguồn từ trạm biến áp (hàng nghìn ampe). Để tránh tác động phá hủy của dòng điện cao như vậy, cầu chì hoặc bộ ngắt mạch đặc biệt được đưa vào mạch điện.

Trong một số trường hợp, để ngăn ngừa các giá trị nguy hiểm của dòng ngắn mạch, một số điện trở bên ngoài được mắc nối tiếp với nguồn. Sau đó kháng r bằng tổng điện trở trong của nguồn và điện trở ngoài, và trong trường hợp ngắn mạch, cường độ dòng điện sẽ không lớn quá mức.

Nếu mạch ngoài bị hở, thì \ (\ Delta \ phi_ (ba) = - \ Delta \ phi_ (ab) = \ mathcal (E) \), tức là hiệu điện thế ở các cực của pin hở bằng EMF của nó.

Nếu kháng tải bên ngoài Rđược bật và dòng điện chạy qua pin Tôi, hiệu điện thế ở các cực của nó trở nên bằng

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

Trên hình. 1.8.3 là biểu diễn giản đồ của nguồn một chiều có EMF bằng \ (\ mathcal (E) \) và điện trở nội rở ba chế độ: "nhàn rỗi", làm việc khi có tải và chế độ ngắn mạch (ngắn mạch). Cường độ \ (\ overrightarrow (E) \) của điện trường bên trong pin và lực tác dụng lên các điện tích dương được biểu thị: \ (\ overrightarrow (F) _ (e) \) - lực điện và \ (\ overrightarrow ( F) _ (st) \) là ngoại lực. Ở chế độ ngắn mạch, điện trường bên trong pin biến mất.

Để đo điện áp và dòng điện trong mạch điện một chiều, người ta sử dụng các thiết bị đặc biệt: vôn kế và ampe kế.

Vôn kế được thiết kế để đo lường sự khác biệt tiềm năng áp dụng cho các thiết bị đầu cuối của nó. Anh ấy kết nối song song phần của mạch mà phép đo hiệu điện thế được thực hiện. Bất kỳ vôn kế nào cũng có điện trở trong \ (R_ (V) \). Để vôn kế không tạo ra sự phân bố lại dòng điện khi mắc vào mạch đo được, thì điện trở trong của nó phải lớn so với điện trở của đoạn mạch mà nó được nối. Cho mạch điện trong Hình. 1.8.4, điều kiện này được viết là:

$$ R_ (B) \ gg R_ (1) $$

Điều kiện này có nghĩa là dòng điện \ (I_ (V) = \ Delta \ phi_ (cd) / R_ (V) \) chạy qua vôn kế nhỏ hơn nhiều so với dòng điện \ (I = \ Delta \ phi_ (cd) / R_ (1) \), chảy qua phần được thử nghiệm của mạch.

Vì không có lực bên ngoài nào tác động vào bên trong vôn kế, theo định nghĩa, hiệu điện thế tại các đầu cực của nó trùng với hiệu điện thế. Do đó, chúng ta có thể nói rằng vôn kế đo hiệu điện thế.

Ampe kế được thiết kế để đo dòng điện trong mạch. Ampe kế mắc nối tiếp vào chỗ đứt trong mạch điện để toàn bộ dòng điện đo được chạy qua nó. Ampe kế cũng có một số điện trở bên trong \ (R_ (A) \). Khác với vôn kế, điện trở trong của ampe kế phải đủ nhỏ so với tổng trở của toàn mạch. Đối với mạch trong hình. 1.8.4 điện trở của ampe kế phải thỏa mãn điều kiện

$$ R_ (A) \ ll (r + R_ (1) + R (2)) $$

để khi bật ampe kế thì cường độ dòng điện trong mạch không thay đổi.

Dụng cụ đo lường - vôn kế và ampe kế - có hai loại: con trỏ (tương tự) và kỹ thuật số. Đồng hồ đo điện kỹ thuật số là thiết bị điện tử phức tạp. Thông thường các dụng cụ kỹ thuật số cung cấp độ chính xác đo lường cao hơn.

Nếu không có kiến ​​thức ban đầu nhất định về điện, thật khó để hình dung các thiết bị điện hoạt động như thế nào, tại sao chúng hoạt động hoàn toàn, tại sao bạn cần cắm điện cho TV để TV hoạt động và một cục pin nhỏ đủ để đèn pin chiếu sáng trong bóng tối. .

Và vì vậy chúng tôi sẽ hiểu mọi thứ theo thứ tự.

Điện lực

Điện lực là hiện tượng tự nhiên khẳng định sự tồn tại, tương tác và chuyển động của các điện tích. Điện lần đầu tiên được phát hiện vào đầu thế kỷ thứ 7 trước Công nguyên. Nhà triết học Hy Lạp Thales. Thales đã thu hút sự chú ý của thực tế là nếu một miếng hổ phách được cọ xát với len, nó sẽ bắt đầu hút các vật nhẹ về phía mình. Hổ phách trong tiếng Hy Lạp cổ đại là electron.

Đây là cách tôi tưởng tượng Thales đang ngồi, xoa một miếng hổ phách lên thân mình (đây là chiếc áo khoác len bên ngoài của người Hy Lạp cổ đại), và sau đó, với ánh mắt bối rối, nhìn xem tóc, những sợi chỉ, lông vũ và những mảnh giấy vụn như thế nào. bị hổ phách thu hút.

Hiện tượng này được gọi là tĩnh điện. Bạn có thể lặp lại trải nghiệm này. Để làm điều này, hãy chà kỹ thước nhựa thông thường với một miếng vải len và đưa nó vào các mảnh giấy nhỏ.

Cần lưu ý rằng hiện tượng này đã không được nghiên cứu trong một thời gian dài. Và chỉ vào năm 1600, trong bài luận "Trên nam châm, các vật thể có từ tính, và nam châm lớn - Trái đất", nhà tự nhiên học người Anh William Gilbert đã giới thiệu thuật ngữ điện. Trong tác phẩm của mình, ông đã mô tả các thí nghiệm của mình với các vật nhiễm điện, và cũng xác định rằng các chất khác có thể nhiễm điện.

Sau đó, trong ba thế kỷ, các nhà khoa học tiên tiến nhất trên thế giới đã khám phá về điện, viết luận, xây dựng định luật, phát minh ra máy điện, và chỉ vào năm 1897, Joseph Thomson phát hiện ra vật mang điện đầu tiên - một electron, một hạt, do mà các quá trình điện trong chất có thể xảy ra.

Điện tử là một hạt cơ bản, có điện tích âm xấp xỉ bằng -1,602 10-19 Cl (Mặt dây chuyền). Ký hiệu e hoặc e -.

Vôn

Để làm cho các hạt mang điện chuyển động từ cực này sang cực khác thì giữa các cực cần tạo ra sự khác biệt tiềm ẩn hoặc - Vôn. Đơn vị điện áp - Vôn (TẠI hoặc V). Trong các công thức và phép tính, ứng suất được biểu thị bằng chữ cái V . Để có hiệu điện thế 1 V, bạn cần chuyển một điện tích 1 C giữa các cực, đồng thời thực hiện công là 1 J (Joule).

Để rõ ràng, hãy tưởng tượng một bể nước nằm ở độ cao nhất định. Một đường ống thoát ra khỏi bể. Nước dưới áp suất tự nhiên rời khỏi bể qua một đường ống. Hãy đồng ý rằng nước là sạc điện, chiều cao của cột nước (áp suất) là Vôn, và tốc độ dòng nước là điện lực.

Như vậy, càng nhiều nước trong bồn thì áp suất càng cao. Tương tự, theo quan điểm điện học, điện tích càng lớn thì hiệu điện thế càng cao.

Chúng tôi bắt đầu xả nước, đồng thời áp suất sẽ giảm. Những thứ kia. mức sạc giảm - giá trị điện áp giảm. Hiện tượng này có thể quan sát được ở đèn pin, bóng đèn sáng mờ hơn khi hết pin. Lưu ý rằng áp suất nước (điện áp) càng thấp thì lưu lượng nước (dòng điện) càng giảm.

Điện lực

Điện lực- Đây là một quá trình vật lý chuyển động có hướng của các hạt mang điện dưới tác dụng của điện từ trường từ cực này của mạch điện kín sang cực khác. Các hạt vận chuyển điện tích có thể là electron, proton, ion và lỗ trống. Trong trường hợp không có một mạch điện kín, dòng điện không thể thực hiện được. Các hạt có khả năng mang điện không tồn tại trong tất cả các chất, những chất mà chúng tồn tại được gọi là dây dẫn và chất bán dẫn. Và những chất không có những hạt như vậy - dielectrics.

Đơn vị đo cường độ dòng điện - Ampe (NHƯNG). Trong công thức và tính toán, cường độ dòng điện được biểu thị bằng ký tự Tôi . Dòng điện 1 Ampe được tạo thành khi một điện tích 1 Coulomb (6,241 10 18 electron) đi qua một điểm trong mạch điện trong thời gian 1 giây.

Hãy quay trở lại sự tương tự về điện nước của chúng ta. Bây giờ chúng ta hãy lấy hai cái bể và đổ vào chúng một lượng nước bằng nhau. Sự khác biệt giữa các bể là ở đường kính của ống thoát.

Hãy mở vòi và đảm bảo rằng dòng nước chảy từ bể bên trái lớn hơn (đường kính ống lớn hơn) so với dòng chảy từ bể bên phải. Kinh nghiệm này là một bằng chứng rõ ràng về sự phụ thuộc của tốc độ dòng chảy vào đường kính của ống. Bây giờ chúng ta hãy cố gắng cân bằng hai luồng. Để làm điều này, hãy thêm nước vào đúng bể chứa (sạc). Điều này sẽ cung cấp thêm áp suất (điện áp) và tăng tốc độ dòng chảy (dòng điện). Trong một mạch điện, đường kính ống là Sức cản.

Các thí nghiệm được tiến hành đã chứng minh rõ ràng mối quan hệ giữa Vôn, hiện hành và Sức cản. Chúng ta sẽ nói nhiều hơn về điện trở một chút sau, và bây giờ là một vài từ khác về các thuộc tính của dòng điện.

Nếu điện áp không thay đổi cực tính của nó, cộng thành trừ và dòng điện chạy theo một hướng, thì đây là D.C. và tương ứng áp suất không đổi. Nếu nguồn điện áp thay đổi cực tính của nó và dòng điện chạy theo một hướng, thì theo hướng khác - điều này đã Dòng điện xoay chiều và điện xoay chiều. Giá trị lớn nhất và nhỏ nhất (được đánh dấu trên biểu đồ là io ) - đây là biên độ hoặc dòng điện đỉnh. Trong các ổ cắm gia dụng, điện áp thay đổi cực tính của nó 50 lần mỗi giây, tức là dòng điện dao động qua lại, biến tần số của các dao động này là 50 Hertz, gọi tắt là 50 Hz. Ở một số quốc gia, chẳng hạn như Hoa Kỳ, tần số là 60 Hz.

Chống lại

Điện trở- một đại lượng vật lý xác định tính chất của vật dẫn để ngăn cản (chống lại) dòng điện chạy qua. Đơn vị kháng - Om(biểu thị Om hoặc chữ cái Hy Lạp omega Ω ). Trong công thức và tính toán, điện trở được biểu thị bằng chữ cái R . Một dây dẫn có điện trở 1 ôm vào hai cực của nó có hiệu điện thế 1 V và dòng điện 1 A chạy qua.

Dây dẫn dẫn dòng điện khác nhau. Họ độ dẫn nhiệt trước hết phụ thuộc vào vật liệu của dây dẫn, cũng như tiết diện và chiều dài. Tiết diện càng lớn thì độ dẫn điện càng cao, nhưng chiều dài càng dài thì độ dẫn điện càng giảm. Lực cản là nghịch đảo của sự dẫn truyền.

Trong ví dụ về mô hình hệ thống ống nước, điện trở có thể được biểu thị bằng đường kính của ống. Nó càng nhỏ thì độ dẫn điện càng kém và điện trở càng cao.

Điện trở của dây dẫn được biểu hiện, ví dụ, khi dây dẫn nóng lên khi dòng điện chạy trong nó. Hơn nữa, dòng điện càng lớn và tiết diện của dây dẫn càng nhỏ thì sự đốt nóng càng mạnh.

Quyền lực

Điện là đại lượng vật lý quyết định tốc độ chuyển hóa điện năng. Ví dụ, bạn đã nghe nhiều hơn một lần: "một bóng đèn cho rất nhiều watt." Đây là công suất mà bóng đèn tiêu thụ trên một đơn vị thời gian trong quá trình hoạt động, tức là chuyển hóa một dạng năng lượng này thành một dạng năng lượng khác theo một tốc độ nhất định.

Các nguồn điện, chẳng hạn như máy phát điện, cũng được đặc trưng bởi công suất, nhưng đã được tạo ra trên một đơn vị thời gian.

Bộ nguồn - Watt(biểu thị Thứ ba hoặc W). Trong các công thức và phép tính, công suất được biểu thị bằng chữ cái P . Đối với mạch điện xoay chiều, thuật ngữ được sử dụng Toàn quyền, đơn vị - Vôn-ampe (V A hoặc VA), được ký hiệu bằng chữ cái S .

Và cuối cùng về mạch điện. Mạch điện này là một tập hợp các thành phần điện có khả năng dẫn dòng điện và được kết nối với nhau theo một cách thích hợp.

Những gì chúng ta thấy trong hình ảnh này là một thiết bị điện cơ bản (đèn pin). dưới sự căng thẳng U(B) nguồn điện (pin) qua dây dẫn và các thành phần khác có điện trở khác nhau 4,59 (220 Phiếu)

Tại cuộc họp hôm nay, chúng ta sẽ nói về điện, thứ đã trở thành một phần không thể thiếu của nền văn minh hiện đại. Ngành công nghiệp điện đã xâm chiếm mọi lĩnh vực trong cuộc sống của chúng ta. Và sự hiện diện trong mọi ngôi nhà của các thiết bị gia dụng sử dụng dòng điện là một phần tự nhiên và không thể thiếu của cuộc sống đến nỗi chúng ta coi đó là điều hiển nhiên.

Vì vậy, sự chú ý của độc giả của chúng tôi là cung cấp thông tin cơ bản về dòng điện.

Dòng điện là gì

Bởi dòng điện có nghĩa là chuyển động có hướng của các hạt mang điện. Những chất có chứa một lượng điện tích tự do vừa đủ được gọi là chất dẫn điện. Và tổng thể của tất cả các thiết bị được kết nối với nhau bằng dây được gọi là mạch điện.

Trong cuộc sống hàng ngày chúng tôi sử dụng điện đi qua các dây dẫn kim loại. Hạt tải điện trong chúng là các êlectron tự do.

Thông thường chúng lao vào nhau một cách ngẫu nhiên giữa các nguyên tử, nhưng điện trường buộc chúng chuyển động theo một hướng nhất định.

Làm thế nào điều này xảy ra

Dòng electron trong mạch có thể được so sánh với dòng nước rơi từ tầng cao xuống tầng thấp. Vai trò của mức trong mạch điện được đóng bởi điện thế.

Để dòng điện chạy trong mạch, phải duy trì một hiệu điện thế không đổi ở các đầu của nó, tức là Vôn.

Nó thường được ký hiệu bằng chữ U và được đo bằng vôn (B).

Do điện áp đặt vào, một điện trường được thiết lập trong mạch, làm cho các electron chuyển động có hướng. Điện áp càng cao, điện trường càng mạnh và do đó cường độ của dòng các electron chuyển động có hướng.

Tốc độ lan truyền của dòng điện bằng tốc độ thiết lập điện trường trong mạch, tức là 300.000 km / s, nhưng tốc độ của êlectron chỉ đạt vài mm trên giây.

Người ta thường chấp nhận rằng dòng điện chạy từ điểm có điện thế lớn, tức là từ (+) đến điểm có điện thế thấp hơn, tức là đến (-). Điện áp trong mạch được duy trì bởi một nguồn hiện tại, chẳng hạn như pin. Dấu (+) ở cuối của nó có nghĩa là thiếu electron, dấu (-) thừa của chúng, vì electron là hạt mang điện chính xác là điện tích âm. Ngay sau khi đoạn mạch có nguồn dòng điện trở nên đóng lại, các êlectron lao từ nơi thừa sang cực dương của nguồn dòng điện. Đường dẫn của chúng chạy qua dây dẫn, người tiêu dùng, dụng cụ đo lường và các phần tử mạch khác.

Lưu ý rằng hướng của dòng điện ngược với hướng của các electron.

Chỉ hướng của dòng điện, theo thỏa thuận của các nhà khoa học, đã được xác định trước khi bản chất của dòng điện trong kim loại được thiết lập.

Một số đại lượng đặc trưng cho cường độ dòng điện

Sức mạnh hiện tại.Điện tích đi qua tiết diện của dây dẫn trong 1 giây được gọi là cường độ dòng điện. Đối với ký hiệu của nó, chữ I được sử dụng, được đo bằng ampe (A).

Chống lại. Giá trị tiếp theo cần lưu ý là sức đề kháng. Nó phát sinh do sự va chạm của các electron chuyển động có hướng với các ion của mạng tinh thể. Kết quả của những va chạm như vậy, các electron chuyển một phần động năng của chúng cho các ion. Kết quả là, dây dẫn nóng lên, và dòng điện giảm. Điện trở được ký hiệu bằng chữ R và được đo bằng đơn vị ohm (Ohm).

Điện trở của một dây dẫn kim loại càng lớn, dây dẫn càng dài và tiết diện của nó càng nhỏ. Với cùng chiều dài và đường kính của dây dẫn, dây dẫn bằng bạc, đồng, vàng và nhôm có điện trở kém nhất. Vì những lý do rõ ràng, dây nhôm và dây đồng được sử dụng trong thực tế.

Quyền lực. Khi thực hiện tính toán cho mạch điện, đôi khi cần xác định công suất tiêu thụ (P).

Để làm điều này, dòng điện chạy qua mạch phải được nhân với điện áp.

Đơn vị đo công suất là oát (W).

Dòng điện một chiều và xoay chiều

Dòng điện được cung cấp bởi nhiều loại pin và bộ tích điện là không đổi. Điều này có nghĩa là cường độ của dòng điện trong một đoạn mạch như vậy chỉ có thể được thay đổi về độ lớn bằng cách thay đổi điện trở của nó theo nhiều cách khác nhau, trong khi hướng của nó không thay đổi.

Nhưng mà hầu hết các thiết bị gia dụng sử dụng dòng điện xoay chiều, tức là dòng điện, cường độ và hướng của nó liên tục thay đổi theo một quy luật nhất định.

Nó được sản xuất trong các nhà máy điện và sau đó được vận chuyển qua các đường dây tải điện cao thế đến nhà và cơ sở kinh doanh của chúng ta.

Ở hầu hết các quốc gia, tần số đảo chiều dòng điện là 50 Hz, tức là xảy ra 50 lần mỗi giây. Trong trường hợp này, mỗi lần cường độ dòng điện tăng dần, đạt cực đại, sau đó giảm xuống 0. Sau đó, quá trình này được lặp lại, nhưng với chiều ngược lại của dòng điện.

Ở Mỹ, tất cả các thiết bị đều hoạt động ở tần số 60 Hz. Một tình huống thú vị đã phát triển ở Nhật Bản. Ở đó, một phần ba đất nước sử dụng dòng điện xoay chiều có tần số 60 Hz và phần còn lại - 50 Hz.

Thận trọng - điện

Điện giật có thể do sử dụng các thiết bị điện và do sét đánh vì Cơ thể con người là một chất dẫn điện tốt. Thông thường, chấn thương do điện được nhận bằng cách dẫm lên dây điện nằm trên mặt đất hoặc dùng tay đẩy các dây điện lủng lẳng.

Điện áp trên 36 V được coi là nguy hiểm cho con người. Nếu một dòng điện chỉ 0,05 A đi qua cơ thể người, nó có thể gây ra sự co cơ không tự chủ, khiến người đó không thể độc lập tách khỏi nguồn gây sát thương. Dòng điện 0,1 A gây chết người.

Dòng điện xoay chiều thậm chí còn nguy hiểm hơn, vì nó có tác dụng mạnh hơn đối với con người. Người bạn và người trợ giúp này của chúng ta trong một số trường hợp trở thành kẻ thù không đội trời chung, gây ra tình trạng vi phạm chức năng hô hấp và tim, cho đến khi ngừng hoạt động. Nó để lại những dấu vết khủng khiếp trên cơ thể dưới dạng bỏng nặng.

Làm thế nào để giúp đỡ nạn nhân? Trước hết, hãy tắt nguồn hư hỏng. Và sau đó chăm sóc sơ cứu.

Thời gian làm quen với điện của chúng ta sắp kết thúc. Hãy chỉ thêm một vài từ về sinh vật biển với "vũ khí điện". Đó là một số loại cá, cá chình biển và cá đuối. Nguy hiểm nhất trong số đó là cá chình biển.

Không bơi đến anh ta ở khoảng cách dưới 3 mét. Cú đánh của anh ta không gây tử vong, nhưng ý thức có thể bị mất.

Nếu tin nhắn này hữu ích với bạn, tôi rất vui được gặp bạn

Ngày nay, thật khó để tưởng tượng cuộc sống mà không có hiện tượng như điện, và sau tất cả, loài người đã học cách sử dụng nó cho những mục đích riêng của mình cách đây không lâu. Việc nghiên cứu bản chất và đặc điểm của loại vật chất đặc biệt này đã mất vài thế kỷ, nhưng ngay cả bây giờ cũng không thể nói chắc rằng chúng ta hoàn toàn biết mọi thứ về nó.

Khái niệm và thực chất của dòng điện

Dòng điện, như được biết đến từ khóa học vật lý ở trường, không gì khác hơn là chuyển động có trật tự của bất kỳ hạt mang điện nào. Cả electron và ion mang điện tích âm đều có thể hoạt động như sau. Người ta tin rằng loại vật chất này chỉ có thể phát sinh trong cái gọi là chất dẫn điện, nhưng điều này còn lâu mới xảy ra. Vấn đề là khi bất kỳ vật thể nào tiếp xúc với nhau, một số lượng nhất định các hạt mang điện trái dấu luôn phát sinh và có thể bắt đầu chuyển động. Trong chất điện môi, chuyển động tự do của các electron giống nhau là rất khó và đòi hỏi những nỗ lực bên ngoài rất lớn, đó là lý do tại sao họ nói rằng chúng không dẫn dòng điện.

Điều kiện để có dòng điện trong mạch

Từ lâu, các nhà khoa học đã nhận thấy rằng hiện tượng vật lý này không thể tự phát sinh và tồn tại trong một thời gian dài. Các điều kiện cho sự tồn tại của dòng điện bao gồm một số điều khoản quan trọng. Đầu tiên, hiện tượng này là không thể xảy ra nếu không có sự hiện diện của các electron và ion tự do, chúng đóng vai trò truyền điện tích. Thứ hai, để các hạt cơ bản này bắt đầu chuyển động có trật tự, cần phải tạo ra một trường, đặc điểm chính của nó là hiệu điện thế giữa các điểm bất kỳ của một thợ điện. Cuối cùng, thứ ba, một dòng điện không thể tồn tại trong một thời gian dài nếu chỉ chịu tác động của lực Coulomb, vì các điện thế sẽ dần bằng nhau. Đó là lý do tại sao cần có một số thành phần nhất định, đó là các bộ chuyển đổi các dạng năng lượng cơ và nhiệt khác nhau. Chúng được gọi là nguồn điện.

Câu hỏi về các nguồn hiện tại

Nguồn của dòng điện là những thiết bị đặc biệt tạo ra điện trường. Quan trọng nhất trong số đó bao gồm tế bào điện, tấm pin mặt trời, máy phát điện, pin. được đặc trưng bởi sức mạnh, hiệu suất và thời gian làm việc của họ.

Dòng điện, điện áp, điện trở

Giống như bất kỳ hiện tượng vật lý nào khác, dòng điện có một số đặc điểm. Điều quan trọng nhất trong số này bao gồm sức mạnh, điện áp mạch và điện trở của nó. Đặc điểm đầu tiên trong số chúng là đặc tính định lượng của điện tích truyền qua tiết diện của một vật dẫn cụ thể trong một đơn vị thời gian. Hiệu điện thế (còn gọi là sức điện động) không là gì khác ngoài độ lớn của hiệu điện thế, do đó điện tích đi qua thực hiện một công việc nhất định. Cuối cùng, điện trở là một đặc tính bên trong của một vật dẫn, cho biết lực mà một điện tích phải tiêu thụ để đi qua nó.