Töltés mozgás közben. A statikus elektromosság hirtelen kisülése, például villámlás formájában jelentkezhet. Vagy lehet irányított folyamat generátorokban, akkumulátorokban, napelemekben vagy üzemanyagcellákban. Ma az „elektromos áram” fogalmát és a létezés feltételeit vizsgáljuk meg elektromos áram.

Elektromos energia

Az általunk használt villamos energia nagy része váltakozó áram formájában érkezik az elektromos hálózatból. Faraday indukciós törvénye szerint működő generátorok hozzák létre, amelyek hatására a változó mágneses tér elektromos áramot indukálhat a vezetőben.

A generátorok forgó huzaltekercsei vannak, amelyek forgás közben áthaladnak a mágneses mezőkön. Ahogy a tekercsek forognak, kinyílnak és közeli rokonok mágneses mezőés olyan elektromos áramot hozzon létre, amely minden fordulatnál irányt változtat. Az áram másodpercenként 60-szor halad át egy teljes cikluson oda-vissza.

A generátorokat szénnel, földgázzal, olajjal vagy atomreaktorral fűtött gőzturbinák üzemeltethetik. A generátorból az áram egy sor transzformátoron halad át, ahol a feszültsége megnő. A vezetékek átmérője határozza meg az áram nagyságát és intenzitását, amelyet túlmelegedés és energiaveszteség nélkül tudnak továbbítani, a feszültséget pedig csak az korlátozza, hogy a vezetékek mennyire vannak földelve.

Érdekes megjegyezni, hogy az áramot csak egy vezeték viszi, és nem kettő. Két oldala pozitív és negatív. Mivel azonban a váltakozó áram polaritása másodpercenként 60-szor változik, más nevük is van - forró (fővezeték) és föld (föld alatt fut az áramkör befejezéséhez).

Miért van szükség elektromos áramra?

Az elektromos áramnak számos felhasználási területe van: megvilágíthatja otthonát, kimoshatja és száríthatja a ruháit, felemeli a garázsajtót, vizet forralhat a vízforralóban, és más háztartási eszközöket is lehetővé tesz, amelyek jelentősen megkönnyítik az életünket. Az áram információtovábbítási képessége azonban egyre fontosabbá válik.

Amikor számítógépe csatlakozik az internethez, csak kis mennyiségű elektromos áramot használ fel, de ez nélkülözhetetlen modern ember nem tudja elképzelni az életét.

Az elektromos áram fogalma

A folyóhoz hasonlóan a vízmolekulák áramlása, az elektromos áram is töltött részecskék áramlása. Mi okozza, és miért nem megy mindig ugyanabba az irányba? Amikor meghallod a "folyó" szót, mi jut eszedbe? Talán folyó lesz. Ez egy jó asszociáció, mert ezért kapta az elektromos áram nevét. Nagyon hasonlít a víz áramlásához, de a vízmolekulák helyett egy csatorna mentén, töltött részecskék egy vezető mentén mozognak.

Az elektromos áram létezéséhez szükséges feltételek között van egy pont, amely megköveteli az elektronok jelenlétét. A vezető anyagban lévő atomok sok ilyen szabad töltésű részecskét lebegnek az atomok körül és között. Mozgásuk véletlenszerű, így nincs áramlás egyik irányban sem. Mi kell az elektromos áram létezéséhez?

Az elektromos áram létezésének feltételei közé tartozik a feszültség jelenléte. Amikor egy vezetőre alkalmazzák, az összes szabad elektron ugyanabba az irányba mozog, és áramot hoz létre.

Érdekelne az elektromos áram

Az érdekes az, hogy amikor az elektromos energiát fénysebességgel adják át egy vezetőn, maguk az elektronok sokkal lassabban mozognak. Valójában, ha lassan sétálnál egy vezető vezeték mellett, a sebességed 100-szor gyorsabb lenne, mint az elektronoké. Ez annak köszönhető, hogy nem kell hatalmas távolságokat megtenniük ahhoz, hogy energiát adjanak át egymásnak.

Egyenáram és váltakozó áram

Ma két széles körben használt különböző típusokáram - egyen és váltakozó. Az elsőben az elektronok egy irányba mozognak, a „negatív” oldalról a „pozitív” oldalra. A váltakozó áram ide-oda löki az elektronokat, másodpercenként többször változtatva az áramlás irányát.

Az erőművekben elektromos áram előállítására használt generátorokat váltakozó áram előállítására tervezték. Valószínűleg soha nem vetted észre, hogy otthonodban a lámpák valóban villognak, mert megváltozik az aktuális irány, de ez túl gyorsan történik ahhoz, hogy a szeme észrevehesse.

Milyen feltételei vannak az egyenáram létezésének? Miért van szükségünk mindkét típusra, és melyik a jobb? Ez jó kérdéseket. Az a tény, hogy továbbra is mindkét típusú áramot használjuk, arra utal, hogy mindkettő meghatározott célokat szolgál. Még a 19. században egyértelmű volt, hogy a hatékony erőátvitel a hosszútáv az erőmű és a ház között csak nagyon magas feszültségen volt lehetséges. De a probléma az volt, hogy az igazán nagy feszültség küldése rendkívül veszélyes az emberekre.

A probléma megoldása az volt, hogy csökkentik a feszültséget az otthonon kívül, mielőtt beküldték volna. A mai napig az egyenáramot nagy távolságú átvitelre használják, elsősorban annak köszönhetően, hogy könnyen más feszültséggé alakítható.

Hogyan működik az elektromos áram?

Az elektromos áram létezésének feltételei közé tartozik a töltött részecskék, a vezető és a feszültség jelenléte. Sok tudós tanulmányozta az elektromosságot, és felfedezte, hogy kétféle elektromosság létezik: statikus és áram.

Ez a második, amely óriási szerepet játszik Mindennapi élet bármely személy, mivel ez egy áramkörön áthaladó elektromos áramot jelent. Naponta használjuk otthonunk áramellátására és még sok másra.

Mi az elektromos áram?

Amikor elektromos töltések keringenek az áramkörben egyik helyről a másikra, elektromos áram keletkezik. Az elektromos áram létezésének feltételei közé tartozik a töltött részecskék mellett a vezető jelenléte. Leggyakrabban ez egy vezeték. Áramköre zárt áramkör, amelyben áram folyik az áramforrásból. Ha az áramkör nyitva van, nem tudja befejezni az utat. Például, ha a világítás ki van kapcsolva a szobában, az áramkör nyitva van, de ha az áramkör zárva van, a lámpa világít.

Jelenlegi teljesítmény

Az elektromos áram vezetőben való létezésének feltételeiről nagy befolyást olyan feszültségjellemzővel rendelkezik, mint a teljesítmény. Ez annak mértéke, hogy egy bizonyos időtartam alatt mennyi energiát használnak fel.

Számos különböző egység használható ennek a tulajdonságnak a kifejezésére. Az elektromos teljesítményt azonban szinte wattban mérik. Egy watt másodpercenként egy joule-nak felel meg.

Elektromos töltés mozgásban

Milyen feltételei vannak az elektromos áram létezésének? A statikus elektromosság hirtelen kisülése, például villámlás vagy a gyapjúszövet súrlódásából származó szikra formájában jelentkezhet. Gyakrabban azonban, amikor elektromos áramról beszélünk, az elektromosság egy szabályozottabb formájáról beszélünk, amely a lámpákat égeti, és a készülékek működnek. Az elektromos töltés nagy részét negatív elektronok és pozitív protonok hordozzák az atomon belül. Ez utóbbiak azonban többnyire immobilizálva vannak belül atommagok, tehát a töltés egyik helyről a másikra történő átvitelének munkáját elektronok végzik.

Egy vezető anyagban, például fémben lévő elektronok nagyrészt szabadon mozoghatnak egyik atomról a másikra a vezetési sávjuk mentén, amelyek a legmagasabb elektronpályák. Elegendő elektromotoros erő vagy feszültség töltéskiegyensúlyozatlanságot hoz létre, ami miatt az elektronok elektromos áram formájában áramolhatnak át egy vezetőn.

Ha analógiát vonunk le a vízzel, akkor vegyünk például egy csövet. Amikor kinyitjuk a szelepet az egyik végén, hogy a víz befolyhasson a csőbe, nem kell megvárnunk, hogy a víz egészen a végéig elérje az utat. A másik végén szinte azonnal vizet kapunk, mert a beáramló víz kinyomja a már a csőben lévő vizet. Ez történik, ha elektromos áram van egy vezetékben.

Elektromos áram: az elektromos áram létezésének feltételei

Az elektromos áramot általában elektronok áramlásának tekintik. Ha az akkumulátor két végét fémhuzallal csatlakoztatják egymáshoz, ez a feltöltött tömeg áthalad a vezetéken az akkumulátor egyik végétől (elektródától vagy pólusától) a másik felé. Tehát nevezzük meg az elektromos áram létezésének feltételeit:

1. Töltött részecskék.
2. Karmester.
3. Feszültségforrás.

Azonban nem minden olyan egyszerű. Milyen feltételek szükségesek az elektromos áram létezéséhez? Erre a kérdésre a következő jellemzők figyelembevételével lehet részletesebben válaszolni:

• Potenciálkülönbség (feszültség). Ez az egyik kötelező feltételek. A 2 pont között potenciálkülönbségnek kell lennie, ami azt jelenti, hogy a töltött részecskék által egy helyen keltett taszító erőnek nagyobbnak kell lennie, mint egy másik pontban. Feszültségforrások általában nem találhatók a természetben, és az elektronok eloszlanak benne környezet meglehetősen egyenletesen. Ennek ellenére a tudósoknak sikerült feltalálniuk bizonyos típusú eszközöket, amelyekben ezek a töltött részecskék felhalmozódhatnak, ezáltal létrehozva a nagyon szükséges feszültséget (például akkumulátorokban).
• Elektromos ellenállás (vezető). Ez a második fontos feltétel, amely szükséges az elektromos áram létezéséhez. Ez az az út, amelyen a töltött részecskék haladnak. Csak azok az anyagok működnek vezetőként, amelyek lehetővé teszik az elektronok szabad mozgását. Azokat, akik nem rendelkeznek ezzel a képességgel, szigetelőknek nevezik. Például egy fémhuzal kiváló vezető, míg a gumi hüvelye kiváló szigetelő.

Az elektromos áram kialakulásának és létezésének körülményeit gondosan tanulmányozva az emberek képesek voltak megszelídíteni ezt az erős és veszélyes elemet, és az emberiség javára irányítani.

Az elektromos áram hatásai azok a jelenségek, amelyeket az elektromos áram okoz. Használhatók az áram jelenlétének megítélésére.

Egyes fémek bevonása vékony réteggel (nikkelezés, krómozás, rézbevonat, ezüstözés, aranyozás stb.) - galvanizálás

Áramerősség Áram hatása az emberi testre 0 - 0,5 m A hiányzik 0,5 - 2 m A Érzékenységvesztés 2 -10 m A Fájdalom, izomösszehúzódások 10 -20 m A Növekvő hatás az izmokra, némi károsodás 16 m 20-100 m A légzésbénulás 100 m A - 3 A Halálos kamrafibrilláció (azonnali újraélesztés szükséges) Több mint 3 A szívmegállás. (Ha a sokk rövid volt, a szív újraéleszthető.) Súlyos égési sérülések.

Az elektromos áram a töltött részecskék rendezett mozgása. Az elektromos áram létezéséhez szükséges következő feltételekkel: 1. Elérhetőség elektromos töltések a karmesterben; 2. Külső elérhetősége elektromos mező a karmester számára.

A folyadékok vezetik az elektromosságot? Az elektrolitok sók, lúgok vagy savak oldatai, amelyek képesek elektromos áramot vezetni. Az elektrolitban (folyadékban) lévő elektromos áram az ionok irányú mozgása egy elektromos térben. (m=készlet)

Hasonlítsa össze az elvégzett kísérleteket az ábrákon! Mi a közös a tapasztalatokban, és miben különböznek egymástól? E-mail létrehozásához. mezők használata Az áramforrás olyan eszköz, amelyben bármilyen típusú energiát elektromos energiává alakítanak át. Azokat az eszközöket, amelyek elválasztják a töltéseket, azaz elektromos teret hoznak létre, áramforrásoknak nevezzük.

Az első elektromos akkumulátor 1799-ben jelent meg. Alessandro Volta (1745-1827) olasz fizikus találta fel - olasz fizikus, kémikus és fiziológus, az egyenáramforrás feltalálója. Első áramforrását, a „voltaikus oszlopot” szigorúan a „fémes” elektromosság elméletének megfelelően építették. Volta felváltva több tucat kis cink és ezüst kört helyezett egymásra, és közéjük sós vízzel megnedvesített papírt tett.

Az akkumulátor (akkumulátor) a hordozható eszközök autonóm táplálására szolgáló áramforrás általános neve. Ez lehet egyetlen galvánelem, akkumulátor, vagy ezek kombinációja akkumulátorrá a feszültség növelése érdekében.

Az akkumulátor újrafelhasználható kémiai áramforrás. Ha két szénelektródát helyezünk egy sóoldatba, a galvanométer nem jelzi az áram jelenlétét. Ha az akkumulátor előre fel van töltve, akkor független áramforrásként használható. Különféle típusú elemek léteznek: savas és lúgos. Ezekben a díjak is elkülönülnek ennek következtében kémiai reakciók. Az elektromos akkumulátorok energia tárolására és különféle fogyasztók önálló táplálására szolgálnak.

Zárt kis akkumulátorok (SSB). A GMA-kat kis méretű villamosenergia-fogyasztók (telefon-rádiókészülékek, hordozható rádiók, elektronikus órák, mérőműszerek, mobiltelefonok stb.).

Az elem (a latin akkumulátor - kollektor szóból) olyan eszköz, amely energiát tárol a későbbi felhasználás céljából.

Elektrofor gép Előtte késő XVIII században minden műszaki áramforrás a súrlódásos villamosításon alapult. Ezek közül a források közül a leghatékonyabb az elektroforos gép lett (a gép tárcsáit ellentétes irányba forgatják. A kefék súrlódása következtében a tárcsákon ellentétes előjelű töltések halmozódnak fel a gép vezetőin) Mechanikai áramforrás - mechanikus energia elektromos energiává alakítják át.

Elektromechanikus generátor. A díjak készítés szerint vannak elválasztva gépészeti munka. Ipari villamos energia előállítására használják. A generátor (latin generator - gyártó) olyan eszköz, készülék vagy gép, amely bármilyen terméket gyárt.

Hőelem hőelem Hőelem (hőelem) - két különböző fémből készült vezetéket kell forrasztani az egyik végén, majd a csatlakozási pontot felmelegítjük, majd áram keletkezik bennük. A töltetek szétválnak, amikor a csomópont felmelegszik. A hőelemeket hőmérséklet-érzékelőkben és geotermikus erőművekben hőmérséklet-érzékelőként használják. Hőáramforrás - a belső energia elektromos energiává alakul

Fotocella Napelem Fotocella. Amikor egyes anyagokat fénnyel megvilágítanak, áram keletkezik bennük, a fényenergia elektromos energiává alakul. Ebben az eszközben a töltések fény hatására válnak szét. A napelemek fotocellákból készülnek. Napelemekben, fényérzékelőkben, számológépekben és videokamerákban használják. A fényenergiát napelemek segítségével alakítják át elektromos energiává.

Áramforrások osztályozása Áramforrás Fotocella Töltésleválasztás módszere Alkalmazás Fény hatása Napelemek Fűtés Termoelem Csomóponti hőmérséklet mérés Elektromechanika befejezése. Ipari villamos energia mechanikus generátor gyártása. energia munka Galvanic Chemical Zseblámpák, elemreakciós rádiók Akkumulátor Kémiai Autók reakciója

Jelenlegi erősség - fizikai mennyiség, az áram hatását jellemzi I n Kijelölve - n Amperben mérve - A n A mérőeszköz egy ampermérő, sorba kötve. n A szabályozás eszköze egy reosztát.

Miért csökken az ellenállás? n Az ábrán látható távolság a nyíl hegyétől a reosztát pólusáig az a távolság, amelyet a töltés egy nagy ellenállású vezetéken megtesz. A reosztát csúszka balra mozgatásával csökkentjük ezt a távolságot, és ennek következtében az áramkör ellenállását.

Az áramerősség meghatározása: Az áramerősség egy fizikai mennyiség, amely azt jelzi, hogy egységnyi idő alatt mennyi töltés haladt át a vezető keresztmetszetén.

A jelenlegi mértékegysége ANDRE-Marie AMPERE (1775 - 1836) - francia fizikus és matematikus. A fémvezetőben lévő áramerősség a

A feszültség egy olyan fizikai mennyiség, amely az elektromos mező töltésmozgásra irányuló munkáját jellemzi. n Megjelölve - U Voltban mérve - V n Voltmérő mérésére szolgáló eszköz, párhuzamosan csatlakoztatva. n

Az állandó elektromos áram létéhez szabad töltésű részecskék és áramforrás jelenléte szükséges. amelyben bármilyen típusú energia átalakul elektromos tér energiájává.

Aktuális forrás - olyan eszköz, amelyben bármilyen típusú energiát elektromos mező energiájává alakítanak át. Áramforrásban zárt áramkörben külső erők hatnak a töltött részecskékre. A különböző áramforrásokban a külső erők előfordulásának okai eltérőek. Például akkumulátorokban és galvánelemekben külső erők keletkeznek kémiai reakciók fellépése miatt, erőművi generátorokban akkor keletkeznek, amikor egy vezető mágneses térben mozog, fotocellákban - amikor a fény a fémekben és a félvezetőkben lévő elektronokra hat.

Az áramforrás elektromotoros ereje a külső erők munkájának aránya az áramforrás negatív pólusáról a pozitív pólusra átvitt pozitív töltés mennyiségéhez.

Alapfogalmak.

Áramerősség - skaláris fizikai mennyiség, amely megegyezik a vezetőn áthaladó töltés és a töltés áthaladásának arányával.

Ahol én - áramerősség, q - díj összege (villamos energia mennyisége), t - töltési szállítási idő.

Pillanatnyi sűrűség - vektor fizikai mennyiség, amely megegyezik az áramerősség és a vezető keresztmetszete arányával.

Ahol j -pillanatnyi sűrűség, S - a vezető keresztmetszete.

Az áramsűrűségvektor iránya egybeesik a pozitív töltésű részecskék mozgási irányával.

Feszültség - skaláris fizikai mennyiség, amely egyenlő a Coulomb összmunkájának és a külső erőknek a pozitív töltés egy területen történő mozgatásakor e töltés értékéhez viszonyított arányával.

Ahol A - a külső és Coulomb-erők teljes munkája, q - elektromos töltés.

Elektromos ellenállás - az elektromos tulajdonságokat jellemző fizikai mennyiség láncszakasz.

Ahol ρ - a vezető fajlagos ellenállása, l - a vezetőszakasz hossza, S - a vezető keresztmetszete.

Vezetőképesség az ellenállás reciprokának nevezik

Ahol G - vezetőképesség.

Ohm törvényei.

Ohm törvénye a lánc homogén szakaszára.

Az áramerősség az áramkör homogén szakaszában egyenesen arányos a szakasz feszültségével állandó ellenállás mellett, és fordítottan arányos a szakasz ellenállásával állandó feszültség mellett.

Ahol U - feszültség a területen, R - a terület ellenállása.

Ohm törvénye egy egyenáramforrást tartalmazó áramkör tetszőleges szakaszára.

Ahol φ 1 - φ 2 + ε = U feszültség az áramkör egy adott szakaszán,R - az áramkör adott szakaszának elektromos ellenállása.

Ohm törvénye a teljes áramkörre.

Az áramerősség egy komplett áramkörben megegyezik a forrás elektromotoros erejének az áramkör külső és belső szakaszainak ellenállásainak összegéhez viszonyított arányával.

Ahol R - az áramkör külső szakaszának elektromos ellenállása, r - az áramkör belső szakaszának elektromos ellenállása.

Rövidzárlat.

A teljes áramkörre vonatkozó Ohm-törvényből az következik, hogy egy adott áramforrású áramkörben az áramerősség csak a külső áramkör ellenállásától függ. R.

Ha egy áramforrás pólusaira ellenállású vezetőt csatlakoztatunk R<< r, akkor csak az áramforrás EMF-je és ellenállása határozza meg az áramerősség értékét az áramkörben. Ez az áramérték lesz az adott áramforrás határértéke, és rövidzárlati áramnak nevezik.

Elektromos erő. Bármely áramforrást elektromotoros erő vagy röviden EMF jellemez. Tehát egy kerek elemlámpa elemén ez áll: 1,5 V. Mit jelent ez? Csatlakoztasson két, ellentétes előjelű töltést hordozó fémgolyót egy vezetővel. Ezen töltések elektromos mezejének hatására a vezetőben elektromos áram keletkezik ( 15.7. ábra). De ez az áramlat nagyon rövid életű lesz. A töltések gyorsan semlegesítik egymást, a golyók potenciálja azonos lesz, és az elektromos mező eltűnik.

Külső erők. Ahhoz, hogy az áram állandó legyen, állandó feszültséget kell fenntartani a golyók között. Ehhez szüksége van egy készülékre ( aktuális forrás), amely töltéseket mozgatna egyik golyóról a másikra a golyók elektromos teréből az ezekre a töltésekre ható erők irányával ellentétes irányban. Egy ilyen berendezésben az elektromos erők mellett a töltésekre nem elektrosztatikus eredetű erőknek is kell hatniuk ( 15.8. ábra). A töltött részecskék elektromos tere önmagában ( Coulomb terület) nem képes állandó áramot fenntartani az áramkörben.

Az elektromosan töltött részecskékre ható erőket, az elektrosztatikus eredetű erők (azaz a Coulomb-erők) kivételével, ún. külső erők által. Az a következtetés, hogy külső erőkre van szükség az áramkör állandó áramának fenntartásához, még nyilvánvalóbbá válik, ha az energiamegmaradás törvényéhez fordulunk. Az elektrosztatikus tér potenciális. A mező által végzett munka, amikor a töltött részecskék zárt elektromos áramkör mentén mozognak benne, nulla. Az áram áthaladását a vezetőkön energiafelszabadulás kíséri - a vezető felmelegszik. Ezért kell lennie valamilyen energiaforrásnak az áramkört ellátó áramkörben. A Coulomb-erőkön kívül harmadik felek, nem potenciális erőknek is fel kell lépniük benne. Ezeknek az erőknek a zárt hurok mentén végzett munkájának nullától eltérőnek kell lennie. Ezen erők által végzett munka során a töltött részecskék energiát vesznek fel az áramforrásban, majd adják azt az elektromos áramkör vezetőinek. A harmadik féltől származó erők feltöltött részecskéket mozgatnak minden áramforrásban: erőművek generátoraiban, galvánelemekben, akkumulátorokban stb. Amikor egy áramkör zárva van, az áramkör minden vezetőjében elektromos mező keletkezik. Az áramforráson belül a töltések hatása alatt mozognak külső erők a Coulomb-erők ellen(elektronok pozitív töltésű elektródából negatívba), külső áramkörben pedig elektromos tér hajtja őket (lásd. 15.8. ábra). A külső erők természete. A külső erők természete változatos lehet. Az erőművi generátorokban a külső erők olyan erők, amelyek mágneses térből hatnak a mozgó vezetőben lévő elektronokra. A galvánelemben, például a Volta cellában kémiai erők működnek. A Volta cella kénsavoldatba helyezett cink és réz elektródákból áll. A kémiai erők hatására a cink feloldódik a savban. A pozitív töltésű cinkionok bejutnak az oldatba, és maga a cinkelektróda is negatív töltésű lesz. (A réz nagyon kevéssé oldódik a kénsavban.) A cink és a réz elektródák között potenciálkülönbség jelenik meg, amely meghatározza az áramerősséget egy zárt elektromos áramkörben. Elektromos erő. A külső erők hatását egy fontos fizikai mennyiség jellemzi, az ún elektromos erő(rövidítve EMF). Az áramforrás elektromotoros ereje megegyezik a külső erők által a töltés zárt körben történő mozgatásakor végzett munka és ennek nagyságával. díj:

Az elektromotoros erőt a feszültséghez hasonlóan voltban fejezzük ki. Elektromotoros erőről is beszélhetünk az áramkör bármely részén. Ez a külső erők specifikus munkája (egy töltés mozgatására irányuló munka) nem az egész áramkörben, hanem csak egy adott területen. A galvánelem elektromotoros ereje egy mennyiség, számszerűen egyenlő a munkával külső erők, amikor egyetlen pozitív töltést mozgatnak egy elemen belül egyik pólusról a másikra. A külső erők munkája nem fejezhető ki potenciálkülönbséggel, mivel a külső erők nem potenciálisak, és munkájuk a töltések pályájának alakjától függ. Tehát például a külső erők munkája, amikor egy töltést a forráson kívüli áramforrás kivezetései között mozgatnak, nulla. Most már tudod, mi az EMF. Ha az akkumulátor 1,5 V-ot jelez, ez azt jelenti, hogy a külső (jelen esetben vegyi) erők 1,5 J munkát végeznek, amikor az 1 C-os töltést az akkumulátor egyik pólusáról a másikra mozgatják. Egyenáram nem létezhet zárt áramkörben, ha nem hat benne külső erő, azaz nincs EMF.

VEZETŐK PÁRHUZAMOS ÉS SOROS CSATLAKOZTATÁSA

Terhelésként (áramfogyasztóként) vegyünk be az elektromos áramkörbe két izzólámpát, amelyek mindegyike bizonyos ellenállással rendelkezik, és mindegyik helyettesíthető azonos ellenállású vezetővel.

SOROS CSATLAKOZTATÁS

Elektromos áramköri paraméterek számítása az ellenállások soros kapcsolásával:

1. az áramerősség az áramkör minden sorosan kapcsolt szakaszán azonos 2. a több sorba kapcsolt szakaszból álló áramkör feszültsége megegyezik az egyes szakaszok feszültségeinek összegével 3. több sorba kapcsolt szakaszból álló áramkör ellenállása egyenlő az egyes szakaszok ellenállásainak összegével

4. az elektromos áram munkája egy sorba kapcsolt szakaszokból álló áramkörben egyenlő az egyes szakaszokban végzett munka összegével

A = A1 + A2 5. Az elektromos áram teljesítménye egy sorba kapcsolt szakaszokból álló áramkörben egyenlő az egyes szakaszok teljesítményeinek összegével

PÁRHUZAMOS CSATLAKOZÁS

Elektromos áramköri paraméterek számítása az ellenállások párhuzamos kapcsolásával:

1. az áramerősség az áramkör el nem ágazó szakaszában egyenlő az összes párhuzamosan kapcsolt szakasz áramerősségeinek összegével

3. Ellenállások párhuzamos csatlakoztatásakor az ellenállás reciprok értékeit hozzáadjuk:

(R - vezető ellenállása, 1/R - a vezető elektromos vezetőképessége)

Ha csak két ellenállás van párhuzamosan kapcsolva egy áramkörben, akkor O:

(Párhuzamos csatlakozással az áramkör teljes ellenállása kisebb, mint a kisebbik ellenállás)

4. Az elektromos áram munkája egy párhuzamosan kapcsolt szakaszokból álló áramkörben megegyezik az egyes szakaszokban végzett munka összegével: A=A1+A2 5. Az elektromos áram teljesítménye egy párhuzamosan kapcsolt szakaszokból álló áramkörben egyenlő az egyes szakaszok teljesítményeinek összegével: P=P1+P2

Két ellenállás esetén: pl. Minél nagyobb az ellenállás, annál kisebb az áramerősség.

A Joule-Lenz törvény egy fizikai törvény, amely lehetővé teszi, hogy meghatározzuk az áram hőhatását egy áramkörben, ennek a törvénynek megfelelően: , ahol I az áramkör árama, R az ellenállás, t az idő. Ezt a képletet egy áramkör létrehozásával számították ki: egy galvánelem (akkumulátor), egy ellenállás és egy ampermérő. Az ellenállást folyadékba mártották, amelybe hőmérőt helyeztek, és megmérték a hőmérsékletet. Így származtatták törvényüket, és örökre bevésték magukat a történelembe, de kísérleteik nélkül is sikerült levezetni ugyanazt a törvényt:

U=A/q ​​A=U*q=U*I*t=I^2*R*t de ennek ellenére tisztelet és dicséret ezeknek az embereknek.

A Joule Lenz-törvény határozza meg a hőmennyiséget, amely egy elektromos áramkör azon szakaszában szabadul fel, amelynek véges ellenállása van, amikor áram halad át rajta. Előfeltétel az a tény, hogy a lánc ezen szakaszában ne történjenek kémiai átalakulások.

AZ ELEKTROMOS ÁRAM MUNKÁJA

Az elektromos áram által végzett munka azt mutatja meg, hogy mekkora munkát végzett az elektromos tér, amikor a töltéseket egy vezető mentén mozgatja.

Két képlet ismeretében: I = q/t ..... és..... U = A/q, levezethetünk egy képletet az elektromos áram munkájának kiszámításához: Az elektromos áram munkája megegyezik az áramerősség és a feszültség, valamint az áramkörben folyó áramlási idő szorzatával.

Az elektromos áram munkájának mérésére szolgáló SI mértékegysége [A] = 1 J = 1A. B. c

TANULJ MEG, HASZNOS LESZ! Az elektromos áram munkájának kiszámításakor gyakran az elektromos áram rendszeren kívüli munkaegységét használják: 1 kWh (kilowattóra).

1 kWh = ........W.s = 3 600 000 J

Minden lakásban az elfogyasztott villamos energia figyelembevétele érdekében speciális villamosenergia-mérőket szerelnek fel, amelyek megmutatják az elektromos áram egy bizonyos időtartam alatt végzett munkáját, amikor különféle háztartási elektromos készülékeket kapcsolnak be. Ezek a mérőórák az elektromos áram (villamos fogyasztás) működését „kWh”-ban mutatják.

Meg kell tanulnod az elfogyasztott áram költségének kiszámítását! Gondosan megértjük a probléma megoldását a tankönyv 122. oldalán (52. bekezdés)!

ELEKTROMOS ENERGIA

Az elektromos áram teljesítménye megmutatja az áram által egységnyi idő alatt végzett munkát, és egyenlő az elvégzett munka és a munkavégzés időtartamának arányával.

(A mechanikában a teljesítményt általában betűvel jelölik N, az elektrotechnikában - a levél R) mert A = IUt, akkor az elektromos áram teljesítménye egyenlő:

vagy

Az elektromos áram teljesítményének mértékegysége az SI rendszerben:

[P] = 1 W (watt) = 1 A. B

Kirchhoff törvényei – szabályok, amelyek megmutatják, hogyan viszonyulnak az áramok és a feszültségek az elektromos áramkörökben. Ezeket a szabályokat Gustav Kirchhoff fogalmazta meg 1845-ben. A szakirodalomban gyakran nevezik Kirchhoff törvényeinek, de ez nem igaz, mivel ezek nem természeti törvények, hanem Maxwell harmadik, állandó mágneses térrel rendelkező egyenletéből származtatták őket. De mégis, a keresztnév ismerősebb számukra, ezért a szakirodalomban megszokott módon Kirchhoff törvényeinek fogjuk őket nevezni.

Kirchhoff első törvénye – a csomóponton konvergáló áramok összege nulla.

Találjuk ki. A csomópont egy ágakat összekötő pont. Az elágazás a láncnak a csomópontok közötti szakasza. Az ábrán látható, hogy az i áram belép a csomópontba, és az i 1 és i 2 áramok lépnek ki a csomópontból. Az első Kirchhoff-törvényhez egy kifejezést készítünk, figyelembe véve, hogy a csomópontba belépő áramok plusz előjelűek, a csomópontból kiáramló áramok mínusz előjelűek i-i 1 -i 2 =0. Úgy tűnik, hogy az i áram két kisebb áramra oszlik, és egyenlő az i 1 és i 2 i=i 1 +i 2 áramok összegével. De ha például az i 2 áram belépne a csomópontba, akkor az I áramot i=i 1 -i 2-ként határozzuk meg. Az egyenlet összeállításánál fontos figyelembe venni a jeleket.

Kirchhoff első törvénye az elektromosság megmaradásának törvényének következménye: a csomópontba egy bizonyos idő alatt érkező töltés megegyezik a csomópontból ugyanabban az időintervallumban távozó töltéssel, azaz. az elektromos töltés a csomópontban nem halmozódik fel és nem tűnik el.

Kirchhoff második törvénye – a zárt áramkörben ható emf algebrai összege egyenlő az ebben az áramkörben előforduló feszültségesések algebrai összegével.

A feszültséget az áram és az ellenállás szorzataként fejezzük ki (Ohm törvénye szerint).

Ennek a törvénynek is megvannak a maga alkalmazási szabályai. Először is be kell állítania a kontúr bejárásának irányát egy nyíllal. Ezután összegezze az EMF-et és a feszültséget ennek megfelelően, pluszjellel, ha az érték egybeesik a bypass irányával, és mínuszával, ha nem esik egybe. Hozzuk létre a Kirchhoff második törvénye szerinti egyenletet a sémánkhoz. Megnézzük a nyilainkat, E 2 és E 3 irányában egybeesik vele, ami pluszjelet jelent, E 1 pedig az ellenkező irányba mutat, ami mínusz jelet jelent. Most nézzük a feszültségeket, az I 1 áram egybeesik a nyíl irányába, az I 2 és I 3 áramok pedig az ellenkező irányba. Ennélfogva:

-E 1 +E 2 +E 3 =I 1 R 1 -ÉN 2 R 2 -ÉN 3 R 3

Kirchhoff törvényei alapján a váltakozó szinuszos áramkörök elemzésére módszereket állítottak össze. A hurokáram módszer egy olyan módszer, amely Kirchhoff második törvényének és a csomóponti potenciál módszernek az első Kirchhoff törvényének alkalmazásán alapul.

A szabad töltésű részecskék irányított (rendezett) mozgását elektromos tér hatására elektromos áramnak nevezzük.

Az áram létezésének feltételei:

1. Ingyenes díjak jelenléte.

2. Elektromos tér jelenléte, i.e. potenciális különbségek. A vezetékekben ingyenes díjak vannak. Az elektromos mezőt áramforrások hozzák létre.

Ha az áram áthalad egy vezetőn, az a következő hatásokkal jár:

· Termikus (a vezető fűtése árammal). Például: elektromos vízforraló, vasaló, stb. működtetése).

· Mágneses (mágneses mező megjelenése az áramot szállító vezető körül). Például: villanymotor működtetése, elektromos mérőműszerek).

· Kémiai (kémiai reakciók, amikor az áram áthalad bizonyos anyagokon). Például: elektrolízis.

Beszélhetünk arról is

· Fény (a hőhatást kíséri). Például: egy villanykörte izzószálának izzása.

· Mechanikus (mágneses vagy termikus kíséretében). Például: a vezető deformációja melegítéskor, a keret elfordulása árammal mágneses térben).

· Biológiai (fiziológiai). Például: áramütés egy személyt, elektromos áram használata az orvostudományban.

A vezetőn áthaladó áram folyamatát leíró alapmennyiségek.

1. Áramerősség I- skaláris mennyiség, amely megegyezik a vezető keresztmetszetén áthaladó töltés és az áram áramlási időtartamának arányával. Az áramerősség megmutatja, hogy egységnyi idő alatt mennyi töltés halad át a vezető keresztmetszetén. Az áramot ún állandó, ha az áramerősség idővel nem változik. Ahhoz, hogy a vezetőn áthaladó áram állandó legyen, szükséges, hogy a vezető végein a potenciálkülönbség állandó legyen.

2. U feszültség. A feszültség számszerűen megegyezik az elektromos tér munkájával, amikor egy egységnyi pozitív töltést a vezető belsejében lévő térvonalak mentén mozgat.

3. R ​​elektromos ellenállás- a vezető végein lévő feszültség (potenciálkülönbség) és a vezetőn áthaladó áram erősségének arányával számszerűen megegyező fizikai mennyiség.

60. Ohm törvénye egy áramkör szakaszára.

Az áramerősség az áramkör egy szakaszában egyenesen arányos a vezető végein lévő feszültséggel, és fordítottan arányos az ellenállásával:

I = U/R;

Ohm megállapította, hogy az ellenállás egyenesen arányos a vezető hosszával és fordítottan arányos a keresztmetszeti területével, és függ a vezető anyagától.

ahol ρ az ellenállás, l a vezető hossza, S a vezető keresztmetszete.

61. Az ellenállás mint az ellenállás elektromos jellemzője. A fémvezetők ellenállásának függése az anyag típusától és a geometriai méretektől.

Elektromos ellenállás- olyan fizikai mennyiség, amely a vezető tulajdonságait jellemzi, hogy megakadályozza az elektromos áram áthaladását, és megegyezik a vezető végein lévő feszültség és a rajta átfolyó áram erősségének arányával. A váltakozó áramú áramkörök és a váltakozó elektromágneses terek ellenállását az impedancia és a karakterisztikus impedancia fogalma írja le.

Az ellenállást (amelyet gyakran R vagy r betűvel jelölnek) bizonyos határokon belül egy adott vezető állandó értékének tekintjük; úgy lehet kiszámolni

ahol R jelentése ellenállás; U az elektromos potenciálkülönbség a vezető végein; I a potenciálkülönbség hatására a vezető végei között folyó áramerősség.

A vezető ellenállása megegyezik a vezető jellemzőivel, mint a tömegével. A vezető ellenállása nem függ sem a vezetőben lévő áramtól, sem a végein lévő feszültségtől, hanem csak az anyag típusától, amelyből a vezető készül, és annak geometriai méreteitől: , ahol: l a vezető hossza, S a vezető keresztmetszete, ρ a vezető fajlagos ellenállása, amely megmutatja, hogy mekkora ellenállást jelent egy 1 m hosszú és 2 keresztmetszeti területű vezető ​1 m2, adott anyagból készült, lesz.

Azokat a vezetőket, amelyek engedelmeskednek Ohm törvényének, lineárisnak nevezzük. Sok olyan anyag és eszköz létezik, amely nem engedelmeskedik Ohm törvényének, például egy félvezető dióda vagy egy gázkisüléses lámpa. Még a fémvezetők esetében is kellően nagy áramerősség mellett megfigyelhető az Ohm lineáris törvényétől való eltérés, mivel a fémvezetők elektromos ellenállása a hőmérséklet emelkedésével növekszik.

A vezető ellenállásának hőmérséklettől való függését a következő képlet fejezi ki: , ahol: R a vezető ellenállása T hőmérsékleten, R 0 a vezető ellenállása 0ºC-on, α az ellenállás hőmérsékleti együtthatója.

Az elektromos áram az elektromos töltések irányított mozgása. Az áram irányát a pozitív töltések mozgási irányának tekintjük.

Az áram áthaladását a vezetőn a következő műveletek kísérik:

* mágneses (minden vezetőnél megfigyelhető)
* termikus (minden vezetőnél megfigyelhető, kivéve a szupravezetőket)
* kémiai (elektrolitokban megfigyelhető).

Az áram keletkezéséhez és fenntartásához bármilyen környezetben két feltételnek kell teljesülnie:

* szabad elektromos töltések jelenléte a környezetben
* elektromos mező létrehozása a környezetben.

A szabad töltések irányított mozgásához a közegben elektromos térre van szükség. Mint ismeretes, az E intenzitású elektromos térben lévő q töltésre F = q* E erő hat, ami a szabad töltések elektromos tér irányába való mozgását idézi elő. A vezetőben lévő elektromos tér meglétének jele a nullától eltérő potenciálkülönbség jelenléte a vezető bármely két pontja között,
Az elektromos erők azonban nem képesek hosszú ideig fenntartani az elektromos áramot. Az elektromos töltések irányított mozgása bizonyos idő elteltével a potenciálok kiegyenlítődéséhez vezet a vezető végén, és ennek következtében az elektromos mező eltűnéséhez vezet.

Az elektromos áramkörben az áram fenntartása érdekében a töltéseknek a Coulomb-erők mellett nem elektromos jellegű erőknek (külső erőknek) is ki kell lenniük.
Áramforrásnak nevezzük azt az eszközt, amely külső erőket hoz létre, potenciálkülönbséget tart fenn az áramkörben, és különböző típusú energiákat alakít át elektromos energiává.
Az elektromos áram zárt áramkörben való létezéséhez áramforrást kell tartalmazni.
Főbb jellemzők

1. Áramerősség - I, mértékegység - 1 A (Amper).
Az áramerősség az egységnyi idő alatt a vezető keresztmetszetén átáramló töltéssel egyenlő mennyiség.
I = Dq/Dt.

A képlet egyenáramra érvényes, amelyben az áram erőssége és iránya nem változik az idő múlásával. Ha az áram erőssége és iránya idővel változik, akkor az ilyen áramot váltakozó áramnak nevezzük.
AC esetén:
I = lim Dq/Dt ,
Dt - 0

azok. I = q", ahol q" a töltés időbeli deriváltja.
2. Áramsűrűség - j, mértékegység - 1 A/m2.
Az áramsűrűség az az érték, amely megegyezik a vezető egységnyi keresztmetszetén átfolyó áram erősségével:
j = I/S.

3. Az áramforrás elektromotoros ereje - emf. (e), a mértékegység 1 V (Volt). Az Emf egy fizikai mennyiség, amely megegyezik a külső erők által végzett munkával, amikor egyetlen pozitív töltést mozgatnak az elektromos áramkör mentén:
e = Ast./q .

4. Vezető ellenállása - R, mértékegysége - 1 Ohm.
Vákuumban elektromos tér hatására a szabad töltések felgyorsulnának. Az anyagban átlagosan egyenletesen mozognak, mert az energia egy része az anyag részecskéihez jut az ütközések során.

Az elmélet azt állítja, hogy a töltések rendezett mozgásának energiáját a kristályrács torzulásai disszipálják. Az elektromos ellenállás jellege alapján az következik, hogy
R = r*l/S ,

Ahol
l - vezeték hossza,
S - keresztmetszeti terület,
r az anyag ellenállásának nevezett arányossági együttható.
Ezt a formulát a tapasztalat jól megerősíti.
A vezető részecskék kölcsönhatása az áramban mozgó töltésekkel a részecskék kaotikus mozgásától függ, pl. a vezető hőmérsékletén. Ismeretes, hogy
r = r0(1 + a t) ,
R = R0(1 + a t) .

Az a tényezőt az ellenállás hőmérsékleti együtthatójának nevezzük:
a = (R-RO)/R0*t.

Kémiailag tiszta fémek esetén a > 0 és 1/273 K-1. Az ötvözetek esetében a hőmérsékleti együtthatók kevésbé fontosak. A fémek r(t)-függése lineáris:

1911-ben fedezték fel a szupravezetés jelenségét, amely abban áll, hogy az abszolút nullához közeli hőmérsékleten egyes fémek ellenállása hirtelen nullára csökken.

Egyes anyagok (például elektrolitok és félvezetők) esetében az ellenállás a hőmérséklet emelkedésével csökken, ami a szabad töltések koncentrációjának növekedésével magyarázható.
Kölcsönös érték ellenállás, specifikusnak nevezzük elektromos vezetőképesség s
s = 1/r.

5. Feszültség - U, mértékegység - 1 V.
A feszültség egy fizikai mennyiség, amely megegyezik a harmadik felek által végzett munkával és elektromos erők egyetlen pozitív töltés mozgatásakor.

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

Mivel Ast./q = e, és Ael./q = f1-f2, akkor
U = e + (f1 - f2) .