شارژ در حرکت این می تواند به شکل تخلیه ناگهانی الکتریسیته ساکن مانند رعد و برق باشد. یا می تواند یک فرآیند کنترل شده در ژنراتورها، باتری ها، خورشیدی یا سلول های سوختی باشد. امروز ما مفهوم "جریان الکتریکی" و شرایط وجود را در نظر خواهیم گرفت جریان الکتریسیته.

انرژی الکتریکی

بیشتر برقی که ما استفاده می کنیم به شکل جریان متناوب از شبکه برق می آید. این توسط ژنراتورهایی ایجاد می شود که طبق قانون القایی فارادی کار می کنند، به همین دلیل یک میدان مغناطیسی متغیر می تواند جریان الکتریکی را در یک هادی القا کند.

ژنراتورها دارای سیم پیچ های دوار هستند که در حین چرخش از میدان های مغناطیسی عبور می کنند. همانطور که سیم پیچ ها می چرخند، نسبتاً باز و بسته می شوند میدان مغناطیسیو جریان الکتریکی ایجاد می کند که در هر پیچ تغییر جهت می دهد. جریان 60 بار در ثانیه از یک چرخه کامل به جلو و عقب عبور می کند.

ژنراتورها می توانند توسط توربین های بخار گرم شده توسط زغال سنگ، گاز طبیعی، نفت یا یک راکتور هسته ای تغذیه شوند. از ژنراتور، جریان از یک سری ترانسفورماتور عبور می کند، جایی که ولتاژ آن افزایش می یابد. قطر سیم ها میزان و شدت جریانی را که می توانند بدون گرم شدن بیش از حد و از دست دادن انرژی حمل کنند را تعیین می کند و ولتاژ فقط به میزان عایق بندی خطوط از زمین محدود می شود.

جالب است بدانید که جریان فقط توسط یک سیم و نه دو سیم منتقل می شود. دو ضلع آن مثبت و منفی تعیین می شود. با این حال، از آنجایی که قطبیت جریان متناوب 60 بار در ثانیه تغییر می کند، آنها نام های دیگری دارند - گرم (خطوط اصلی برق) و زمین (در حال اجرا در زیر زمین برای تکمیل مدار).

چرا جریان الکتریکی لازم است؟

کاربردهای زیادی برای جریان الکتریکی وجود دارد: می تواند خانه شما را روشن کند، لباس های شما را بشوید و خشک کند، درب گاراژ شما را بلند کند، آب را در یک کتری بجوشاند و سایر وسایل خانه را فعال کند که زندگی ما را بسیار آسان می کند. با این حال، توانایی جریان برای انتقال اطلاعات اهمیت فزاینده ای پیدا می کند.

هنگامی که رایانه شما به اینترنت متصل می شود، تنها مقدار کمی از جریان الکتریکی استفاده می شود، اما این چیزی نیست انسان مدرننمی توانم زندگی اش را تصور کنم

مفهوم جریان الکتریکی

مانند جریان رودخانه، جریانی از مولکول های آب، جریان الکتریکی نیز جریانی از ذرات باردار است. چه چیزی باعث آن می شود و چرا همیشه در یک جهت پیش نمی رود؟ وقتی کلمه "جریان" را می شنوید، به چه چیزی فکر می کنید؟ شاید یک رودخانه باشد. این یک ارتباط خوب است زیرا به همین دلیل است که جریان الکتریکی نام خود را گرفته است. این بسیار شبیه جریان آب است، اما به جای حرکت مولکول های آب در امتداد یک کانال، ذرات باردار در امتداد یک رسانا حرکت می کنند.

در میان شرایط لازم برای وجود جریان الکتریکی، نکته ای وجود دارد که مستلزم وجود الکترون است. اتم های یک ماده رسانا دارای بسیاری از این ذرات باردار آزاد در اطراف و بین اتم ها هستند. حرکت آنها تصادفی است، بنابراین هیچ جریانی در هیچ جهت مشخصی وجود ندارد. برای وجود جریان الکتریکی چه چیزی لازم است؟

شرایط وجود جریان الکتریکی شامل وجود ولتاژ است. وقتی روی یک رسانا اعمال می شود، تمام الکترون های آزاد در یک جهت حرکت می کنند و جریان ایجاد می کنند.

کنجکاو در مورد جریان الکتریکی

جالب اینجاست که وقتی انرژی الکتریکی از طریق یک هادی با سرعت نور منتقل می شود، خود الکترون ها بسیار کندتر حرکت می کنند. در واقع، اگر به آرامی در کنار یک سیم رسانا راه بروید، سرعت شما 100 برابر بیشتر از الکترون ها خواهد بود. این به این دلیل است که آنها برای انتقال انرژی به یکدیگر نیازی به پیمودن مسافت های بزرگ ندارند.

جریان مستقیم و متناوب

امروزه دو مورد به طور گسترده استفاده می شود انواع متفاوتجریان - مستقیم و متناوب. در اول، الکترون ها در یک جهت حرکت می کنند، از سمت "منفی" به سمت "مثبت". جریان متناوب الکترون ها را به جلو و عقب می راند و جهت جریان را چندین بار در ثانیه تغییر می دهد.

ژنراتورهای مورد استفاده در نیروگاه ها برای تولید برق برای تولید جریان متناوب طراحی شده اند. احتمالاً هرگز متوجه نشده اید که چراغ های خانه شما واقعاً سوسو می زنند زیرا جهت فعلی تغییر می کند، اما خیلی سریع اتفاق می افتد که چشمان شما نمی توانند آن را تشخیص دهند.

شرایط وجود جریان الکتریکی مستقیم چیست؟ چرا به هر دو نوع نیاز داریم و کدام یک بهتر است؟ این سوالات خوب. این واقعیت که ما هنوز از هر دو نوع جریان استفاده می کنیم نشان می دهد که هر دوی آنها اهداف خاصی را دنبال می کنند. در قرن نوزدهم، روشن بود که انتقال نیرو کارآمد به مسافت های طولانیبین نیروگاه و خانه فقط در ولتاژهای بسیار بالا امکان پذیر بود. اما مشکل این بود که ارسال ولتاژ واقعا بالا برای مردم بسیار خطرناک بود.

راه حل این مشکل کاهش تنش بیرون از خانه قبل از فرستادن آن به داخل بود. تا به امروز، جریان الکتریکی مستقیم برای انتقال از راه دور استفاده می شود، عمدتا به دلیل توانایی آن در تبدیل آسان به ولتاژهای دیگر.

جریان الکتریکی چگونه کار می کند؟

شرایط وجود جریان الکتریکی شامل وجود ذرات باردار، هادی و ولتاژ است. بسیاری از دانشمندان الکتریسیته را مطالعه کرده اند و دریافته اند که دو نوع الکتریسیته وجود دارد: الکتریسیته ساکن و جریان.

این دومی است که نقش بزرگی در آن ایفا می کند زندگی روزمرههر شخص، زیرا نشان دهنده جریان الکتریکی است که از مدار عبور می کند. ما روزانه از آن برای تامین برق خانه هایمان و خیلی چیزهای دیگر استفاده می کنیم.

جریان الکتریکی چیست؟

هنگامی که بارهای الکتریکی در یک مدار از مکانی به مکان دیگر در گردش هستند، جریان الکتریکی ایجاد می شود. شرایط وجود جریان الکتریکی، علاوه بر ذرات باردار، وجود رسانا نیز می باشد. اغلب این یک سیم است. مدار آن یک مدار بسته است که در آن جریان از منبع تغذیه عبور می کند. وقتی مدار باز است، او نمی تواند سفر را کامل کند. به عنوان مثال، هنگامی که چراغ اتاق شما خاموش است، مدار باز است، اما زمانی که مدار بسته است، چراغ روشن است.

قدرت فعلی

در مورد شرایط وجود جریان الکتریکی در یک هادی نفوذ بزرگدارای مشخصه ولتاژی مانند قدرت است. این معیار میزان مصرف انرژی در یک دوره زمانی معین است.

واحدهای مختلفی برای بیان این ویژگی وجود دارد. با این حال، توان الکتریکی تقریباً بر حسب وات اندازه گیری می شود. یک وات برابر با یک ژول در ثانیه است.

بار الکتریکی در حرکت

شرایط وجود جریان الکتریکی چیست؟ این می تواند به شکل تخلیه ناگهانی الکتریسیته ساکن، مانند رعد و برق یا جرقه ناشی از اصطکاک با پارچه پشمی باشد. با این حال، بیشتر اوقات، وقتی در مورد جریان الکتریکی صحبت می‌کنیم، در مورد نوع کنترل‌شده‌تری از الکتریسیته صحبت می‌کنیم که باعث می‌شود چراغ‌ها بسوزند و وسایل برقی کار کنند. بیشتر بار الکتریکی توسط الکترون های منفی و پروتون های مثبت درون اتم حمل می شود. با این حال، دومی ها عمدتا در داخل بی حرکت هستند هسته های اتمیبنابراین کار انتقال بار از مکانی به مکان دیگر توسط الکترون ها انجام می شود.

الکترون‌های موجود در یک ماده رسانا مانند فلز تا حد زیادی آزاد هستند که از یک اتم به اتم دیگر در امتداد نوارهای رسانایی خود که بالاترین مدارهای الکترونی هستند حرکت کنند. نیروی محرکه یا ولتاژ کافی باعث ایجاد عدم تعادل بار می شود که می تواند باعث شود الکترون ها در یک هادی به شکل جریان الکتریکی جریان پیدا کنند.

اگر قیاسی با آب بکشیم، مثلاً یک لوله را در نظر بگیریم. هنگامی که شیر را در یک انتها باز می کنیم تا آب وارد لوله شود، لازم نیست منتظر بمانیم تا آن آب راه خود را تا انتها طی کند. ما تقریباً فوراً در انتهای دیگر آب دریافت می کنیم زیرا آب ورودی به آبی که از قبل در لوله است فشار می دهد. این چیزی است که وقتی جریان الکتریکی در سیم وجود دارد اتفاق می افتد.

جریان الکتریکی: شرایط وجود جریان الکتریکی

جریان الکتریکی معمولاً به عنوان جریانی از الکترون ها در نظر گرفته می شود. هنگامی که دو سر باتری با استفاده از یک سیم فلزی به یکدیگر متصل می شوند، این جرم شارژ شده از یک سر (الکترود یا قطب) باتری به طرف مقابل از سیم عبور می کند. بنابراین، اجازه دهید شرایط وجود جریان الکتریکی را نام ببریم:

1. ذرات باردار.
2. رهبر ارکستر.
3. منبع ولتاژ.

با این حال، همه چیز به این سادگی نیست. چه شرایطی برای وجود جریان الکتریکی لازم است؟ این سوال را می توان با در نظر گرفتن ویژگی های زیر با جزئیات بیشتری پاسخ داد:

• اختلاف پتانسیل (ولتاژ).این یکی از شرایط اجباری. باید بین 2 نقطه اختلاف پتانسیل وجود داشته باشد، به این معنی که نیروی دافعه ای که توسط ذرات باردار در یک مکان ایجاد می شود باید از نیروی آنها در نقطه دیگر بیشتر باشد. منابع ولتاژ معمولاً در طبیعت یافت نمی شوند و الکترون ها در آن توزیع می شوند محیطنسبتاً یکنواخت با این وجود، دانشمندان موفق شدند انواع خاصی از دستگاه‌ها را اختراع کنند که در آن ذرات باردار می‌توانند انباشته شوند و در نتیجه ولتاژ بسیار لازم را ایجاد کنند (مثلاً در باتری‌ها).
• مقاومت الکتریکی (رسانا).این دومین شرط مهمی است که برای وجود جریان الکتریکی لازم است. این مسیری است که ذرات باردار در آن حرکت می کنند. فقط آن دسته از موادی که به الکترون ها اجازه می دهند آزادانه حرکت کنند به عنوان رسانا عمل می کنند. به کسانی که این توانایی را ندارند عایق می گویند. به عنوان مثال، یک سیم فلزی یک رسانای عالی خواهد بود، در حالی که غلاف لاستیکی آن یک عایق عالی خواهد بود.

مردم با مطالعه دقیق شرایط پیدایش و وجود جریان الکتریکی توانستند این عنصر قدرتمند و خطرناک را رام کرده و به نفع بشریت هدایت کنند.

اثرات جریان الکتریکی پدیده هایی هستند که جریان الکتریکی ایجاد می کند. می توان از آنها برای قضاوت در مورد وجود جریان استفاده کرد.

پوشش برخی از فلزات با لایه نازکی از سایر فلزات (آبکاری نیکل، آبکاری کروم، آبکاری مس، آبکاری نقره، آبکاری طلا و غیره) - آبکاری الکتریکی

قدرت فعلی اثر جریان بر روی بدن انسان 0 - 0.5 متر A وجود ندارد 0.5 - 2 متر A از دست دادن حساسیت 2 -10 متر A درد، انقباضات عضلانی 10 -20 متر اثر فزاینده روی عضلات، مقداری آسیب 16 متر جریانی که بیش از آن فرد دیگر نمی تواند خود را از الکترودها رها کند 100-20 متر فلج تنفسی 100 متر A - 3 فیبریلاسیون بطنی کشنده (نیاز به احیای فوری) بیش از 3 ایست قلبی. (اگر شوک کوتاه بود، قلب را می توان احیا کرد.) سوختگی شدید.

جریان الکتریکی حرکت منظم ذرات باردار است. برای وجود جریان الکتریکی لازم است شرایط زیر: 1. در دسترس بودن بارهای الکتریکیدر هادی؛ 2. در دسترس بودن خارجی میدان الکتریکیبرای هادی

آیا مایعات رسانای الکتریسیته هستند؟ الکترولیت ها محلول هایی از نمک ها، قلیایی ها یا اسیدهایی هستند که قادر به هدایت جریان الکتریکی هستند. جریان الکتریکی در یک الکترولیت (مایع) حرکت جهتی یون ها در یک میدان الکتریکی است. (m=kit)

آزمایش های انجام شده در شکل ها را مقایسه کنید. تجارب مشترک چه هستند و چه تفاوتی با هم دارند؟ برای ایجاد ایمیل استفاده از میدان ها منبع جریان وسیله ای است که در آن هر نوع انرژی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. دستگاه هایی که بارها را از هم جدا می کنند، یعنی میدان الکتریکی ایجاد می کنند، منابع جریان نامیده می شوند.

اولین باتری الکتریکی در سال 1799 ظاهر شد. توسط فیزیکدان ایتالیایی الساندرو ولتا (1745 - 1827) - فیزیکدان، شیمیدان و فیزیولوژیست ایتالیایی، مخترع منبع جریان الکتریکی مستقیم، اختراع شد. اولین منبع جریان او، "ستون ولتایی"، مطابق با نظریه برق "فلزی" او ساخته شد. ولتا به طور متناوب چندین دایره کوچک روی و نقره را روی هم قرار داد و کاغذ مرطوب شده با آب نمک را بین آنها قرار داد.

باتری (باتری) نام رایج منبع برق برای تغذیه خودکار یک دستگاه قابل حمل است. این می تواند یک سلول گالوانیکی، یک باتری یا ترکیبی از آنها به یک باتری برای افزایش ولتاژ باشد.

باتری یک منبع جریان شیمیایی قابل استفاده مجدد است. اگر دو الکترود کربن در محلول نمک قرار داده شود، گالوانومتر وجود جریان را نشان نمی دهد. اگر باتری از قبل شارژ شده باشد، می توان از آن به عنوان منبع تغذیه مستقل استفاده کرد. باتری ها انواع مختلفی دارند: اسیدی و قلیایی. در آنها اتهامات نیز در نتیجه تفکیک شده است واکنش های شیمیایی. باتری های الکتریکی برای ذخیره انرژی و به طور مستقل تامین انرژی مصرف کنندگان مختلف استفاده می شود.

باتری های کوچک مهر و موم شده (SSB). GMA ها برای مصرف کنندگان کوچک انرژی الکتریکی (دستگاه های رادیویی تلفن، رادیوهای قابل حمل، ساعت های الکترونیکی، ابزار اندازه گیری، تلفن های همراه و غیره).

باتری (از لاتین accumulator - collector) وسیله ای برای ذخیره انرژی به منظور استفاده بعدی است.

دستگاه الکتروفور قبل از اواخر هجدهمقرن ها، تمام منابع فنی جریان بر پایه برق رسانی به وسیله اصطکاک بود. مؤثرترین این منابع به دستگاه الکتروفور تبدیل شده است (دیسک های دستگاه در جهت مخالف می چرخند. در نتیجه اصطکاک برس ها روی دیسک ها بارهای علامت مخالف روی هادی های دستگاه جمع می شود) منبع جریان مکانیکی - انرژی مکانیکیبه انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

ژنراتور الکترومکانیکی هزینه ها با ساخت جدا می شوند کارهای مکانیکی. برای تولید برق صنعتی استفاده می شود. ژنراتور (از لاتین generator - سازنده) دستگاه، دستگاه یا ماشینی است که هر محصولی را تولید می کند.

ترموکوپل Thermoelement یک ترموکوپل (ترموکوپل) - دو سیم از فلزات مختلف باید در یک انتها لحیم شوند، سپس نقطه اتصال گرم می شود، سپس جریانی در آنها ایجاد می شود. هنگامی که محل اتصال گرم می شود، شارژها از هم جدا می شوند. عناصر حرارتی در سنسورهای دما و در نیروگاه های زمین گرمایی به عنوان سنسور دما مورد استفاده قرار می گیرند. منبع جریان حرارتی - انرژی داخلی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود

فوتوسل باتری خورشیدی فوتوسل. هنگامی که برخی از مواد با نور روشن می شوند، جریانی در آنها ظاهر می شود؛ انرژی نور به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. در این دستگاه بارها تحت تاثیر نور از هم جدا می شوند. باتری های خورشیدی از فتوسل ساخته می شوند. آنها در باتری های خورشیدی، حسگرهای نور، ماشین حساب ها و دوربین های فیلمبرداری استفاده می شوند. انرژی نور با استفاده از پنل های خورشیدی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

طبقه بندی منابع جریان منبع جریان فتوسل روش جداسازی بار کاربرد اثر نور پنل های خورشیدی Thermoelement گرمایش اندازه گیری دمای محل اتصال تکمیل الکترومکانیک. تولید ژنراتور مکانیکی برق صنعتی. انرژی کار چراغ قوه گالوانیکی شیمیایی، رادیوهای واکنش عنصر باتری واکنش خودروهای شیمیایی

قدرت فعلی - کمیت فیزیکی، مشخص کننده اثر جریان I n تعیین شده - n اندازه گیری شده در آمپر - A n دستگاه اندازه گیری آمپرمتر است که به صورت سری به هم متصل شده است. n دستگاه تنظیم یک رئوستات است.

چرا مقاومت کاهش می یابد؟ n فاصله در نمودار از نوک پیکان تا قطب رئوستات فاصله ای است که بار در طول سیمی که مقاومت بالایی دارد طی می کند. با حرکت دادن نوار لغزنده رئوستات به سمت چپ، این فاصله و در نتیجه مقاومت مدار را کاهش می دهیم.

تعیین قدرت جریان: قدرت جریان یک کمیت فیزیکی است که نشان می دهد چه مقدار بار در واحد زمان از سطح مقطع هادی عبور کرده است.

واحد ANDRE-Marie AMPERE فعلی (1775 - 1836) - فیزیکدان و ریاضیدان فرانسوی. قدرت جریان در یک هادی فلزی است

ولتاژ یک کمیت فیزیکی است که کار میدان الکتریکی را برای حرکت بار مشخص می کند. n مشخص شده - U اندازه گیری بر حسب ولت - V n دستگاه اندازه گیری ولت متر، متصل به صورت موازی. n

برای وجود جریان الکتریکی ثابت، وجود ذرات باردار آزاد و وجود منبع جریان ضروری است. که در آن هر نوع انرژی به انرژی میدان الکتریکی تبدیل می شود.

منبع فعلی - وسیله ای که در آن هر نوع انرژی به انرژی میدان الکتریکی تبدیل می شود. در یک منبع جریان، نیروهای خارجی بر روی ذرات باردار در یک مدار بسته عمل می کنند. دلایل وقوع نیروهای خارجی در منابع مختلف جریان متفاوت است. به عنوان مثال، در باتری ها و سلول های گالوانیکی، نیروهای خارجی به دلیل وقوع واکنش های شیمیایی ایجاد می شوند، در ژنراتورهای نیروگاهی زمانی که هادی در یک میدان مغناطیسی حرکت می کند، در فتوسل ها - زمانی که نور بر روی الکترون ها در فلزات و نیمه هادی ها تأثیر می گذارد، ایجاد می شود.

نیروی محرکه الکتریکی منبع جریان نسبت کار نیروهای خارجی به مقدار بار مثبت منتقل شده از قطب منفی منبع جریان به قطب مثبت است.

مفاهیم اساسی.

قدرت فعلی - یک کمیت فیزیکی اسکالر برابر با نسبت بار عبوری از هادی به زمانی که در طی آن این بار عبور کرده است.

جایی که من - قدرت فعلی، q - مقدار شارژ (مقدار برق)، تی - زمان حمل و نقل شارژ

چگالی جریان - مقدار فیزیکی برداری برابر با نسبت قدرت جریان به سطح مقطع هادی.

جایی که j -چگالی جریان, اس - سطح مقطع هادی.

جهت بردار چگالی جریان با جهت حرکت ذرات دارای بار مثبت منطبق است.

ولتاژ - یک کمیت فیزیکی اسکالر برابر با نسبت کل کار کولن و نیروهای خارجی هنگام حرکت یک بار مثبت در یک منطقه به مقدار این بار.

جایی که آ - کار کامل نیروهای خارجی و کولن، q - شارژ الکتریکی.

مقاومت الکتریکی - کمیت فیزیکی مشخص کننده خواص الکتریکی بخش زنجیره ای.

جایی که ρ - مقاومت ویژه هادی، ل - طول بخش هادی، اس - سطح مقطع هادی.

رسانایی مقاومت متقابل نامیده می شود

جایی که جی - رسانایی

قوانین اهم

قانون اهم برای بخش همگن یک زنجیره.

شدت جریان در یک بخش همگن مدار با ولتاژ در مقاومت ثابت مقطع نسبت مستقیم و با مقاومت مقطع در یک ولتاژ ثابت نسبت معکوس دارد.

جایی که U - تنش در منطقه، آر - مقاومت منطقه

قانون اهم برای بخش دلخواه مدار حاوی منبع جریان مستقیم.

جایی که φ 1 - φ 2 + ε = U ولتاژ در یک بخش معین از مدار،آر - مقاومت الکتریکی یک بخش معین از مدار.

قانون اهم برای یک مدار کامل

قدرت جریان در یک مدار کامل برابر است با نسبت نیروی الکتروموتور منبع به مجموع مقاومت های بخش خارجی و داخلی مدار.

جایی که آر - مقاومت الکتریکی بخش خارجی مدار، r - مقاومت الکتریکی بخش داخلی مدار.

مدار کوتاه.

از قانون اهم برای یک مدار کامل چنین استنباط می شود که قدرت جریان در مداری با منبع جریان معین فقط به مقاومت مدار خارجی بستگی دارد. آر.

اگر هادی با مقاومت به قطب های منبع جریان متصل شود آر<< r, سپس فقط EMF منبع جریان و مقاومت آن مقدار جریان را در مدار تعیین می کند. این مقدار جریان حدی برای یک منبع جریان معین خواهد بود و جریان اتصال کوتاه نامیده می شود.

نیروی محرکه برقی.هر منبع جریان با نیروی الکتروموتور یا به طور خلاصه EMF مشخص می شود. بنابراین، روی یک باتری چراغ قوه گرد می گوید: 1.5 V. این به چه معناست؟ دو توپ فلزی حامل بارهایی با علائم مخالف را با یک هادی وصل کنید. تحت تأثیر میدان الکتریکی این بارها، جریان الکتریکی در هادی ایجاد می شود ( شکل 15.7). اما این جریان بسیار کوتاه مدت خواهد بود. بارها به سرعت یکدیگر را خنثی می کنند، پتانسیل توپ ها یکسان می شود و میدان الکتریکی ناپدید می شود.

نیروهای خارجیبرای اینکه جریان ثابت باشد، لازم است ولتاژ ثابتی بین توپ ها حفظ شود. برای این کار به یک دستگاه ( منبع فعلی) که بارها را از یک توپ به توپ دیگر در جهت مخالف جهت نیروهای وارد بر این بارها از میدان الکتریکی توپ ها حرکت می دهد. در چنین وسیله ای علاوه بر نیروهای الکتریکی، بارها باید توسط نیروهایی با منشاء غیرالکترواستاتیکی نیز وارد عمل شوند. شکل 15.8). میدان الکتریکی ذرات باردار به تنهایی ( کولمب رشته) قادر به حفظ جریان ثابت در مدار نیست.

هر نیرویی که بر ذرات باردار الکتریکی وارد می شود، به استثنای نیروهای منشا الکترواستاتیکی (یعنی نیروهای کولن)، نامیده می شود. توسط نیروهای خارجیاگر به قانون بقای انرژی روی آوریم، نتیجه گیری در مورد نیاز به نیروهای خارجی برای حفظ جریان ثابت در مدار آشکارتر خواهد شد. میدان الکترواستاتیک پتانسیل است. کار انجام شده توسط این میدان زمانی که ذرات باردار در آن در طول یک مدار الکتریکی بسته حرکت می کنند صفر است. عبور جریان از طریق هادی ها با آزاد شدن انرژی همراه است - هادی گرم می شود. بنابراین، باید مقداری منبع انرژی در مدار وجود داشته باشد که آن را به مدار می رساند. علاوه بر نیروهای کولن، نیروهای شخص ثالث و غیر بالقوه نیز باید در آن وارد عمل شوند. کار این نیروها در امتداد یک حلقه بسته باید با صفر متفاوت باشد. در فرآیند انجام کار توسط این نیروها است که ذرات باردار در داخل منبع جریان انرژی می گیرند و سپس آن را به هادی های مدار الکتریکی می دهند. نیروهای شخص ثالث ذرات باردار را در داخل همه منابع جریان به حرکت در می آورند: در ژنراتورها در نیروگاه ها، در سلول های گالوانیکی، باتری ها و غیره. هنگامی که مدار بسته می شود، یک میدان الکتریکی در همه هادی های مدار ایجاد می شود. در داخل منبع فعلی، بارها تحت تأثیر نیروهای خارجی در برابر نیروهای کولن(الکترون‌ها از یک الکترود با بار مثبت به یک الکترود منفی) و در یک مدار خارجی توسط یک میدان الکتریکی هدایت می‌شوند (نگاه کنید به. شکل 15.8). ماهیت نیروهای خارجیماهیت نیروهای خارجی می تواند متفاوت باشد. در ژنراتورهای نیروگاهی، نیروهای خارجی نیروهایی هستند که از یک میدان مغناطیسی بر روی الکترون های یک هادی متحرک وارد می شوند. در یک سلول گالوانیکی، مانند سلول ولتا، نیروهای شیمیایی عمل می کنند. سلول ولتا از الکترودهای روی و مس تشکیل شده است که در محلول اسید سولفوریک قرار گرفته اند. نیروهای شیمیایی باعث حل شدن روی در اسید می شوند. یون‌های روی با بار مثبت به محلول می‌رسند و خود الکترود روی دارای بار منفی می‌شود. (مس در اسید سولفوریک خیلی کم حل می شود.) اختلاف پتانسیل بین الکترودهای روی و مس ظاهر می شود که جریان را در مدار الکتریکی بسته تعیین می کند. نیروی محرکه برقی.عمل نیروهای خارجی با کمیت فیزیکی مهمی به نام مشخص می شود نیروی محرکه برقی(به اختصار EMF). نیروی الکتروموتور یک منبع جریان برابر است با نسبت کار انجام شده توسط نیروهای خارجی هنگام حرکت یک بار در امتداد مدار بسته به بزرگی این شارژ:

نیروی محرکه الکتریکی مانند ولتاژ بر حسب ولت بیان می شود. همچنین می توانیم در مورد نیروی الکتروموتور در هر قسمت از مدار صحبت کنیم. این کار ویژه نیروهای خارجی (کار برای جابجایی یک بار واحد) نه در کل مدار، بلکه فقط در یک منطقه معین است. نیروی محرکه الکتریکی یک سلول گالوانیکییک مقدار است، عددی برابر با کارنیروهای خارجی هنگام حرکت یک بار مثبت منفرد در داخل یک عنصر از یک قطب به قطب دیگر. کار نیروهای خارجی را نمی توان از طریق اختلاف پتانسیل بیان کرد، زیرا نیروهای خارجی غیر بالقوه هستند و کار آنها به شکل مسیر بارها بستگی دارد. بنابراین، برای مثال، کار نیروهای خارجی هنگام جابجایی شارژ بین پایانه های یک منبع جریان خارج از خود منبع صفر است. اکنون می دانید EMF چیست. اگر باتری می گوید 1.5 ولت، به این معنی است که نیروهای خارجی (شیمیایی در این مورد) هنگام انتقال شارژ 1 C از یک قطب باتری به قطب دیگر، 1.5 ژول کار می کنند. جریان مستقیم نمی تواند در مدار بسته وجود داشته باشد اگر هیچ نیروی خارجی در آن وارد نشود، یعنی EMF وجود نداشته باشد.

اتصال موازی و سری هادی ها

اجازه دهید دو لامپ رشته ای را به عنوان بار (مصرف کننده های فعلی) در مدار الکتریکی قرار دهیم که هر کدام دارای مقاومت خاصی هستند و هر کدام را می توان با هادی با همان مقاومت جایگزین کرد.

اتصال سریال

محاسبه پارامترهای مدار الکتریکی با اتصال سری مقاومت ها:

1. قدرت جریان در تمام بخش های مدار متصل به سری یکسان است 2. ولتاژ در مدار متشکل از چندین بخش متصل به صورت سری برابر است با مجموع ولتاژهای هر بخش. 3-مقاومت مدار متشکل از چندین بخش متصل به صورت سری برابر است با مجموع مقاومت های هر بخش.

4. کار جریان الکتریکی در یک مدار متشکل از بخش های متصل به صورت سری برابر است با مجموع کار در بخش های جداگانه.

A = A1 + A2 5. توان جریان الکتریکی در یک مدار متشکل از بخشهای متصل به صورت سری برابر است با مجموع توانهای هر بخش.

اتصال موازی

محاسبه پارامترهای مدار الکتریکی با اتصال موازی مقاومت ها:

1. قدرت جریان در یک بخش بدون انشعاب از مدار برابر است با مجموع نقاط قوت جریان در تمام بخش های موازی متصل

3. هنگام اتصال مقاومت ها به صورت موازی، مقادیر متقابل مقاومت اضافه می شود:

(R - مقاومت هادی، 1/R - هدایت الکتریکی هادی)

اگر فقط دو مقاومت به صورت موازی در یک مدار وصل شده باشند، پس O:

(با اتصال موازی، مقاومت کل مدار کمتر از کوچکتر مقاومت های موجود است)

4. کار جریان الکتریکی در مداری متشکل از مقاطع موازی متصل برابر است با مجموع کار در بخش های جداگانه: A=A1+A2 5. توان جریان الکتریکی در مداری که از مقاطع موازی به هم وصل شده است برابر است با مجموع توانهای هر بخش: P=P1+P2

برای دو مقاومت: i.e. هرچه مقاومت بیشتر باشد، جریان کمتری در آن وجود دارد.

قانون ژول-لنز یک قانون فیزیکی است که به ما اجازه می دهد تا اثر حرارتی جریان در مدار را طبق این قانون تعیین کنیم: ، جایی که I جریان مدار است، R مقاومت، t زمان است. این فرمول با ایجاد یک مدار محاسبه شد: یک سلول گالوانیکی (باتری)، یک مقاومت و یک آمپرمتر. مقاومت در مایعی فرو می‌رود که در آن دماسنج قرار داده شده و دما اندازه‌گیری می‌شود. اینگونه بود که آنها قانون خود را استخراج کردند و خود را برای همیشه در تاریخ ثبت کردند، اما حتی بدون آزمایشات آنها می شد همان قانون را استخراج کرد:

U=A/q‎A=U*q=U*I*t=I^2*R*t اما با وجود این، تجلیل و ستایش برای این افراد.

قانون ژول لنز میزان گرمای آزاد شده در قسمتی از مدار الکتریکی را که در هنگام عبور جریان از آن مقاومت محدودی دارد، تعیین می کند. یک پیش نیاز این واقعیت است که هیچ تغییر شیمیایی در این بخش از زنجیره وجود نداشته باشد.

کار با جریان الکتریکی

کار انجام شده توسط جریان الکتریکی نشان می دهد که میدان الکتریکی در هنگام حرکت بارها در امتداد یک هادی چقدر کار انجام داده است.

با دانستن دو فرمول I = q/t ..... و ..... U = A/q می توان فرمولی برای محاسبه کار جریان الکتریکی استخراج کرد: کار یک جریان الکتریکی برابر است با حاصل ضرب قدرت جریان و ولتاژ و زمان عبور جریان در مدار.

واحد SI برای اندازه گیری کار جریان الکتریکی [A] = 1 J = 1A است. ب. ج

آن را بیاموزید، مفید خواهد بود!هنگام محاسبه کار جریان الکتریکی، اغلب از یک واحد چندگانه جریان الکتریکی خارج از سیستم استفاده می شود: 1 کیلووات ساعت (کیلووات ساعت).

1 کیلووات ساعت = ..........W.s = 3,600,000 J

در هر آپارتمان، برای محاسبه برق مصرفی، کنتورهای برق مخصوصی تعبیه شده است که کار جریان الکتریکی انجام شده در مدت زمان معینی را هنگام روشن شدن انواع لوازم برقی خانگی نشان می دهد. این کنتورها کار جریان الکتریکی (مصرف برق) را بر حسب «کیلووات ساعت» نشان می‌دهند.

شما باید نحوه محاسبه هزینه برق مصرفی را یاد بگیرید! راه حل مسئله صفحه 122 کتاب درسی (بند 52) را با دقت درک می کنیم!

برق

توان جریان الکتریکی کار انجام شده توسط جریان در واحد زمان را نشان می دهد و برابر است با نسبت کار انجام شده به زمانی که در طی آن این کار انجام شده است.

(قدرت در مکانیک معمولا با حرف نشان داده می شود ن، در مهندسی برق - نامه آر) زیرا A = IUt، سپس توان جریان الکتریکی برابر است با:

یا

واحد توان جریان الکتریکی در سیستم SI:

[P] = 1 W (وات) = 1 A. B

قوانین کیرشهوف – قوانینی که نشان می دهد که چگونه جریان ها و ولتاژها در مدارهای الکتریکی با هم ارتباط دارند.این قوانین توسط گوستاو کیرشهوف در سال 1845 تدوین شد. در ادبیات اغلب آنها را قوانین کیرشهوف می نامند، اما این درست نیست، زیرا آنها قوانین طبیعت نیستند، بلکه از معادله سوم ماکسول با یک میدان مغناطیسی ثابت مشتق شده اند. اما با این حال، نام اول برای آنها آشناتر است، بنابراین ما آنها را همانطور که در ادبیات مرسوم است، قوانین کیرشوف می نامیم.

قانون اول کیرشهوف - مجموع جریانهای همگرا در یک گره برابر با صفر است.

بیایید آن را بفهمیم. گره نقطه ای است که شاخه ها را به هم متصل می کند. شاخه بخشی از یک زنجیره بین گره ها است. شکل نشان می دهد که جریان i وارد گره می شود و جریان های i 1 و i 2 از گره خارج می شوند. ما یک عبارت برای اولین قانون Kirchhoff می نویسیم، با در نظر گرفتن این که جریان های وارد شده به گره دارای علامت مثبت هستند و جریان های خروجی از گره دارای علامت منهای i-i 1 -i 2 = 0 هستند. جریان i به نظر می رسد به دو جریان کوچکتر پخش می شود و برابر است با مجموع جریان های i 1 و i 2 i=i 1 +i 2 . اما اگر به عنوان مثال، جریان i 2 وارد گره شود، جریان I به صورت i=i 1 -i 2 تعریف می شود. در نظر گرفتن علائم هنگام تنظیم یک معادله مهم است.

قانون اول کیرشهوف نتیجه قانون بقای الکتریسیته است: باری که در یک بازه زمانی معین به یک گره می رسد برابر است با باری که از گره در همان بازه زمانی خارج می شود، یعنی. بار الکتریکی در گره جمع نمی شود و ناپدید نمی شود.

قانون دوم کیرشهوف – مجموع جبری emf که در مدار بسته عمل می کند برابر است با مجموع جبری افت ولتاژ در این مدار.

ولتاژ را حاصل ضرب جریان و مقاومت (طبق قانون اهم) بیان می کنند.

این قانون نیز قوانین خاص خود را برای اعمال دارد. ابتدا باید جهت پیمایش کانتور را با فلش تنظیم کنید. سپس EMF و ولتاژ را بر این اساس جمع کنید، اگر مقدار با جهت بای پس مطابقت داشت، آن را با علامت مثبت و اگر مطابقت نداشت آن را با علامت مثبت بگیرید. بیایید یک معادله بر اساس قانون دوم کیرشهوف برای طرح خود ایجاد کنیم. به فلش خود نگاه می کنیم، E 2 و E 3 در جهت با آن منطبق هستند که به معنی علامت مثبت است و E 1 در جهت مخالف است که به معنای علامت منفی است. اکنون به ولتاژها نگاه می کنیم، جریان I 1 در جهت فلش منطبق است و جریان های I 2 و I 3 در جهت مخالف هدایت می شوند. از این رو:

-ای 1 +E 2 +E 3 =من 1 آر 1 -من 2 آر 2 -من 3 آر 3

بر اساس قوانین Kirchhoff، روش هایی برای تجزیه و تحلیل مدارهای جریان سینوسی متناوب گردآوری شده است. روش جریان حلقه روشی مبتنی بر اعمال قانون دوم کیرشهوف و روش پتانسیل گرهی مبتنی بر استفاده از قانون اول کیرشهوف است.

به حرکت جهت دار (مرتب شده) ذرات باردار آزاد تحت تأثیر میدان الکتریکی، جریان الکتریکی می گویند.

شرایط وجود جریان:

1. وجود هزینه های رایگان.

2. وجود میدان الکتریکی، i.e. تفاوت های بالقوه در هادی ها هزینه های رایگان وجود دارد. میدان الکتریکی توسط منابع جریان ایجاد می شود.

هنگامی که جریان از یک هادی عبور می کند، اثرات زیر را دارد:

· حرارتی (گرمایش هادی توسط جریان). به عنوان مثال: بهره برداری از کتری برقی، اتو و غیره).

· مغناطیسی (ظاهر میدان مغناطیسی در اطراف هادی حامل جریان). به عنوان مثال: عملکرد یک موتور الکتریکی، ابزار اندازه گیری الکتریکی).

· شیمیایی (واکنش های شیمیایی هنگام عبور جریان از مواد خاصی). به عنوان مثال: الکترولیز.

ما همچنین می توانیم در مورد

· نور (همراه عمل حرارتی). به عنوان مثال: درخشش رشته یک لامپ برق.

· مکانیکی (همراه با مغناطیسی یا حرارتی). به عنوان مثال: تغییر شکل یک هادی هنگام گرم شدن، چرخش یک قاب با جریان در یک میدان مغناطیسی).

· بیولوژیکی (فیزیولوژیکی). به عنوان مثال: برق گرفتگی به شخص، استفاده از جریان الکتریکی در پزشکی.

کمیت های اساسی که فرآیند عبور جریان از یک هادی را توصیف می کند.

1. قدرت جریان I- یک مقدار اسکالر برابر با نسبت بار عبوری از مقطع رسانا به دوره زمانی که در طی آن جریان جریان داشته است. قدرت جریان نشان می دهد که چه مقدار بار در واحد زمان از سطح مقطع هادی عبور می کند. جریان نامیده می شود دائمی، اگر جریان با گذشت زمان تغییر نکند. برای اینکه جریان عبوری از یک هادی ثابت باشد، لازم است که اختلاف پتانسیل در انتهای هادی ثابت باشد.

2. ولتاژ U. ولتاژ از نظر عددی برابر با کار میدان الکتریکی در حرکت یک واحد بار مثبت در امتداد خطوط میدان داخل هادی است.

3. مقاومت الکتریکی R- یک کمیت فیزیکی از نظر عددی برابر با نسبت ولتاژ (اختلاف پتانسیل) در انتهای هادی به قدرت جریان عبوری از هادی.

60. قانون اهم برای مقطعی از مدار.

شدت جریان در قسمتی از مدار با ولتاژ انتهای این هادی نسبت مستقیم و با مقاومت آن نسبت معکوس دارد:

I = U/R;

اهم ثابت کرد که مقاومت با طول هادی نسبت مستقیم و با سطح مقطع آن نسبت معکوس دارد و به ماده هادی بستگی دارد.

جایی که ρ مقاومت، l طول هادی، S سطح مقطع هادی است.

61. مقاومت به عنوان یک مشخصه الکتریکی یک مقاومت. وابستگی مقاومت هادی های فلزی به نوع مواد و ابعاد هندسی.

مقاومت الکتریکی- یک کمیت فیزیکی که ویژگی های یک هادی را برای جلوگیری از عبور جریان الکتریکی مشخص می کند و برابر است با نسبت ولتاژ انتهای هادی به قدرت جریانی که از آن می گذرد. مقاومت برای مدارهای جریان متناوب و میدان های الکترومغناطیسی متناوب با مفاهیم امپدانس و امپدانس مشخصه توصیف می شود.

مقاومت (اغلب با حرف R یا r نشان داده می شود) در محدوده های معینی یک مقدار ثابت برای یک هادی معین در نظر گرفته می شود. می توان آن را به عنوان محاسبه کرد

جایی که R مقاومت است. U اختلاف پتانسیل الکتریکی در انتهای هادی است. I قدرت جریانی است که بین انتهای هادی تحت تأثیر اختلاف پتانسیل جریان دارد.

مقاومت یک رسانا همان ویژگی هادی است که جرم آن است. مقاومت یک هادی نه به جریان در هادی و نه به ولتاژ انتهای آن بستگی ندارد، بلکه فقط به نوع ماده ای که هادی از آن ساخته شده و ابعاد هندسی آن بستگی دارد: , که در آن: l طول رسانا، S سطح مقطع هادی، ρ مقاومت هادی است که نشان می دهد هادی با طول 1 متر و سطح مقطع چه مقاومتی دارد. 1 متر مربع، ساخته شده از یک ماده معین، خواهد داشت.

رساناهایی که از قانون اهم پیروی می کنند خطی نامیده می شوند. مواد و وسایل زیادی وجود دارند که از قانون اهم پیروی نمی کنند، به عنوان مثال، یک دیود نیمه هادی یا یک لامپ تخلیه گاز. حتی برای هادی های فلزی، در جریان های به اندازه کافی بالا، انحراف از قانون خطی اهم مشاهده می شود، زیرا مقاومت الکتریکی هادی های فلزی با افزایش دما افزایش می یابد.

وابستگی مقاومت رسانا به دما با فرمول بیان می شود: , که در آن: R مقاومت رسانا در دمای T، R 0 مقاومت هادی در 0ºC، α ضریب دمایی مقاومت است.

جریان الکتریکی حرکتی است که بارهای الکتریکی مرتب شده است. جهت جریان به عنوان جهت حرکت بارهای مثبت در نظر گرفته می شود.

عبور جریان از یک هادی با اقدامات زیر همراه است:

* مغناطیسی (در همه رساناها مشاهده می شود)
* حرارتی (در همه رساناها به جز ابررساناها مشاهده می شود)
* شیمیایی (در الکترولیت ها مشاهده می شود).

برای وقوع و حفظ جریان در هر محیطی دو شرط باید رعایت شود:

* وجود بارهای الکتریکی رایگان در محیط
* ایجاد میدان الکتریکی در محیط.

یک میدان الکتریکی در یک محیط برای ایجاد حرکت جهت دار بارهای آزاد ضروری است. همانطور که مشخص است، بار q در یک میدان الکتریکی با شدت E توسط نیروی F = q * E وارد می شود که باعث می شود بارهای آزاد در جهت میدان الکتریکی حرکت کنند. نشانه وجود میدان الکتریکی در یک هادی وجود اختلاف پتانسیل غیر صفر بین هر دو نقطه از هادی است.
با این حال، نیروهای الکتریکی نمی توانند جریان الکتریکی را برای مدت طولانی حفظ کنند. حرکت جهت دار بارهای الکتریکی پس از مدتی منجر به یکسان شدن پتانسیل ها در انتهای هادی و در نتیجه ناپدید شدن میدان الکتریکی در آن می شود.

برای حفظ جریان در مدار الکتریکی، بارها باید علاوه بر نیروهای کولن، تحت تأثیر نیروهای غیر الکتریکی (نیروهای خارجی) نیز قرار گیرند.
دستگاهی که نیروهای خارجی ایجاد می کند، اختلاف پتانسیل را در مدار حفظ می کند و انواع مختلف انرژی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند منبع جریان نامیده می شود.
برای وجود جریان الکتریکی در مدار بسته لازم است منبع جریان در آن گنجانده شود.
ویژگی های اصلی

1. قدرت جریان - I، واحد اندازه گیری - 1 A (Ampere).
قدرت جریان مقداری برابر با باری است که در مقطع یک هادی در واحد زمان جریان می یابد.
I = Dq/Dt.

این فرمول برای جریان مستقیم معتبر است که در آن قدرت جریان و جهت آن در طول زمان تغییر نمی کند. اگر قدرت جریان و جهت آن در طول زمان تغییر کند، چنین جریانی متناوب نامیده می شود.
برای AC:
I = lim Dq/Dt،
Dt - 0

آن ها I = q، که در آن q" مشتق زمانی بار است.
2. چگالی جریان - j، واحد اندازه گیری - 1 A/m2.
چگالی جریان مقداری برابر با قدرت جریانی است که از سطح مقطع یک هادی عبور می کند:
j = I/S.

3. نیروی الکتروموتور منبع جریان - emf. (e)، واحد اندازه گیری 1 ولت (ولت) است. Emf یک کمیت فیزیکی است که برابر با کار نیروهای خارجی هنگام حرکت یک بار مثبت منفرد در طول یک مدار الکتریکی است:
e = Ast./q .

4. مقاومت هادی - R، واحد اندازه گیری - 1 اهم.
تحت تأثیر میدان الکتریکی در خلاء، بارهای آزاد با شتاب حرکت می کنند. در ماده به طور متوسط ​​به طور یکنواخت حرکت می کنند، زیرا بخشی از انرژی در هنگام برخورد به ذرات ماده داده می شود.

این تئوری بیان می کند که انرژی حرکت منظم بارها توسط اعوجاج شبکه کریستالی تلف می شود. بر اساس ماهیت مقاومت الکتریکی، نتیجه می شود که
R = r*l/S،

جایی که
l - طول هادی،
S - سطح مقطع،
r یک ضریب تناسب به نام مقاومت ماده است.
این فرمول به خوبی توسط تجربه تایید شده است.
برهمکنش ذرات رسانا با بارهایی که در یک جریان حرکت می کنند به حرکت آشفته ذرات بستگی دارد، یعنی. بر روی دمای هادی مشخص است که
r = r0 (1 + a t) ،
R = R0(1 + a t) .

ضریب a را ضریب مقاومت دمایی می گویند:
a = (R - R0)/R0*t.

برای فلزات شیمیایی خالص a > 0 و برابر 1/273 K-1 است. برای آلیاژها، ضرایب دما اهمیت کمتری دارند. وابستگی r(t) برای فلزات خطی است:

در سال 1911، پدیده ابررسانایی کشف شد، که شامل این واقعیت است که در دمای نزدیک به صفر مطلق، مقاومت برخی از فلزات به طور ناگهانی به صفر می رسد.

برای برخی از مواد (به عنوان مثال، الکترولیت ها و نیمه هادی ها)، مقاومت با افزایش دما کاهش می یابد، که با افزایش غلظت بارهای آزاد توضیح داده می شود.
ارزش متقابل مقاومت، خاص نامیده می شود رسانایی الکتریکیس
s = 1/r.

5. ولتاژ - U، واحد اندازه گیری - 1 ولت.
ولتاژ یک کمیت فیزیکی است برابر با کار انجام شده توسط اشخاص ثالث و نیروهای الکتریکیهنگام حرکت یک بار مثبت

U = (Ast.+ Ael.)/q.

از آنجایی که Ast./q = e، و Ael./q = f1-f2، پس
U = e + (f1 - f2) .