Apakah voltan, arus dan rintangan: bagaimana ia digunakan dalam amalan

Dalam kejuruteraan elektrik, istilah "semasa", "voltan" dan "rintangan" digunakan untuk menerangkan proses yang berlaku dalam litar elektrik. Setiap daripada mereka mempunyai tujuan sendiri dengan ciri-ciri tertentu.

Elektrik

Perkataan ini digunakan untuk mencirikan pergerakan zarah bercas (elektron, lubang, kation dan anion) melalui medium tertentu sesuatu bahan. Arah dan bilangan pembawa cas menentukan jenis dan kekuatan arus.

Ciri-ciri utama arus mempengaruhi aplikasi praktikalnya

Prasyarat untuk aliran cas ialah kehadiran litar atau, dengan kata lain, gelung tertutup yang mewujudkan keadaan untuk pergerakannya. Jika lompang terbentuk di dalam zarah yang bergerak, pergerakan arahnya serta-merta berhenti.

Semua suis dan perlindungan yang digunakan dalam elektrik berfungsi berdasarkan prinsip ini.Mereka mencipta pemisahan antara kenalan bergerak bahagian konduktif dan melalui tindakan ini mengganggu aliran arus elektrik, mematikan peranti.

Dalam tenaga, kaedah yang paling biasa ialah penciptaan arus elektrik disebabkan oleh pergerakan elektron di dalam logam yang dibuat dalam bentuk wayar, tayar atau bahagian konduktif lain.

Sebagai tambahan kepada kaedah ini, penciptaan arus di dalam juga digunakan:

1. gas dan cecair elektrolitik disebabkan oleh pergerakan elektron atau kation dan anion — ion dengan tanda cas positif dan negatif;

2. persekitaran vakum, udara dan gas yang tertakluk kepada pergerakan elektron yang disebabkan oleh fenomena sinaran termionik;

3. bahan semikonduktor akibat pergerakan elektron dan lubang.

Kejutan elektrik boleh berlaku apabila:

• menggunakan beza keupayaan elektrik luaran pada zarah bercas;

• wayar pemanasan yang bukan superkonduktor pada masa ini;

• perjalanan tindak balas kimia yang berkaitan dengan pembebasan bahan baru;

• kesan medan magnet yang dikenakan pada wayar.

Bentuk gelombang arus elektrik boleh:

1. pemalar dalam bentuk garis lurus pada garis masa;

2. harmonik sinusoidal boleh ubah yang diterangkan dengan baik oleh hubungan trigonometri asas;

3. berliku-liku, kira-kira menyerupai gelombang sinus, tetapi dengan sudut yang tajam dan jelas, yang dalam beberapa kes boleh dilicinkan dengan baik;

4. berdenyut, apabila arah tetap sama tanpa perubahan, dan amplitud secara berkala turun naik dari sifar ke nilai maksimum mengikut undang-undang yang jelas.

Arus elektrik boleh berguna kepada seseorang apabila:

• ditukar kepada sinaran cahaya;

• mencipta pemanasan unsur terma;

• melakukan kerja mekanikal disebabkan oleh tarikan atau tolakan angker alih atau putaran rotor dengan pemacu tetap dalam galas;

• menghasilkan sinaran elektromagnet dalam beberapa kes lain.

Apabila arus elektrik melalui wayar, kerosakan boleh disebabkan oleh:

• pemanasan berlebihan litar dan sesentuh yang membawa arus;

• pendidikan arus pusar dalam litar magnet mesin elektrik;

• sinaran elektrik gelombang elektromagnet dalam persekitaran dan beberapa fenomena yang serupa.

Pereka peranti elektrik dan pemaju pelbagai litar mengambil kira kemungkinan tersenarai arus elektrik dalam peranti mereka. Sebagai contoh, kesan berbahaya daripada arus pusar dalam transformer, motor dan penjana dikurangkan dengan mencampurkan teras yang digunakan untuk menghantar fluks magnet. Pada masa yang sama, arus pusar berjaya digunakan untuk memanaskan medium dalam ketuhar elektrik dan ketuhar gelombang mikro yang beroperasi pada prinsip aruhan.

Arus elektrik berselang-seli dengan bentuk gelombang sinusoidal boleh mempunyai frekuensi ayunan yang berbeza bagi setiap unit masa — satu saat. Kekerapan industri pemasangan elektrik di negara yang berbeza diseragamkan dengan nombor 50 atau 60 hertz. Untuk tujuan lain kejuruteraan elektrik dan perniagaan radio, isyarat digunakan:

• frekuensi rendah, dengan nilai yang lebih rendah;

• frekuensi tinggi, dengan ketara melebihi julat peranti industri.

Secara amnya diterima bahawa arus elektrik dicipta oleh pergerakan zarah bercas dalam medium makroskopik tertentu dan dipanggil arus pengaliran... Walau bagaimanapun, satu lagi jenis arus yang dipanggil perolakan boleh berlaku apabila jasad bercas makroskopik bergerak, contohnya, titisan hujan. .

Bagaimana arus elektrik terbentuk dalam logam

Pergerakan elektron di bawah pengaruh daya malar yang dikenakan pada mereka boleh dibandingkan dengan penurunan seorang penerjun payung dengan kanopi terbuka. Dalam kedua-dua kes, gerakan dipercepatkan secara seragam diperolehi.

Skydiver bergerak kerana graviti ke arah tanah, yang ditentang oleh daya rintangan udara. Elektron dipengaruhi oleh daya yang dikenakan padanya medan elektrik, dan pergerakannya dihalang oleh perlanggaran berterusan dengan zarah lain - ion kekisi kristal, disebabkan bahagian kesan daya yang dikenakan dipadamkan.

Dalam kedua-dua kes, kelajuan purata penerjun payung dan pergerakan elektron mencapai nilai malar.

Ini mewujudkan situasi yang agak unik di mana kelajuan:

• pergerakan elektron yang betul ditentukan oleh nilai tertib 0.1 milimeter sesaat;

• aliran arus elektrik sepadan dengan nilai yang lebih tinggi - kelajuan perambatan gelombang cahaya: kira-kira 300 ribu kilometer sesaat.

Oleh itu, aliran arus elektrik dicipta di mana voltan dikenakan pada elektron, dan sebagai hasilnya mereka mula bergerak pada kelajuan cahaya di dalam medium pengalir.

Apabila elektron bergerak dalam kekisi kristal logam, satu lagi keteraturan menarik timbul: ia berlanggar dengan kira-kira setiap pembilang kesepuluh.Iaitu, ia berjaya mengelakkan kira-kira 90% perlanggaran ion.

Fenomena ini boleh dijelaskan bukan sahaja oleh undang-undang fizik klasik asas, seperti yang biasa difahami oleh kebanyakan orang, tetapi juga oleh undang-undang operasi tambahan yang diterangkan oleh teori mekanik kuantum.

Jika kita nyatakan secara ringkas tindakan mereka, maka kita boleh bayangkan bahawa pergerakan elektron di dalam logam dihalang oleh ion besar «berayun» berat yang memberikan rintangan tambahan.

Kesan ini amat ketara apabila memanaskan logam, apabila "ayunan" ion berat meningkat dan mengurangkan kekonduksian elektrik kekisi kristal wayar.

Oleh itu, apabila logam dipanaskan, rintangan elektriknya sentiasa meningkat, dan apabila disejukkan, kekonduksian mereka meningkat. Apabila suhu logam jatuh ke nilai kritikal hampir kepada nilai sifar mutlak, fenomena superkonduktiviti berlaku pada kebanyakannya.

Arus elektrik, bergantung kepada nilainya, mampu melakukan perkara yang berbeza. Untuk penilaian kuantitatif keupayaannya, nilai yang dipanggil amperage diambil. Saiznya dalam sistem pengukuran antarabangsa ialah 1 ampere. Untuk menunjukkan kekuatan semasa dalam kesusasteraan teknikal, indeks «I» diguna pakai.

voltan

Istilah ini digunakan sebagai ciri kuantiti fizik yang menyatakan kerja yang dibelanjakan dalam memindahkan cas elektrik unit ujian dari satu titik ke titik lain tanpa mengubah sifat penempatan cas yang tinggal pada sumber medan aktif.

Oleh kerana titik permulaan dan penamat mempunyai potensi tenaga yang berbeza, kerja yang dilakukan untuk menggerakkan cas, atau voltan, adalah sama dengan nisbah perbezaan antara potensi ini.

Istilah dan kaedah yang berbeza digunakan untuk mengira voltan bergantung kepada arus yang mengalir. Tidak boleh:

1. malar — dalam litar arus elektrostatik dan malar;

2. berselang-seli — dalam litar dengan arus ulang alik dan sinusoidal.

Untuk kes kedua, ciri tambahan dan jenis tekanan digunakan sebagai:

• amplitud - sisihan terbesar dari kedudukan sifar paksi abscissa;

• nilai serta-merta, yang dinyatakan pada masa tertentu;

• berkesan, berkesan atau, sebaliknya dipanggil, nilai purata kuasa dua akar, ditentukan oleh kerja aktif yang dilakukan untuk satu setengah tempoh;

• nilai purata diperbetulkan dikira modulo nilai diperbetulkan satu tempoh harmonik.

Untuk penilaian kuantitatif voltan, unit antarabangsa 1 volt telah diperkenalkan dan simbol «U» menjadi sebutannya.

Apabila mengangkut tenaga elektrik melalui talian atas, reka bentuk sokongan dan dimensinya bergantung pada nilai voltan yang digunakan. Nilainya antara konduktor fasa dipanggil linear dan relatif kepada setiap konduktor dan fasa bumi.

Peraturan ini terpakai kepada semua jenis syarikat penerbangan.

Dalam rangkaian elektrik domestik negara kita, piawaian adalah voltan tiga fasa 380/220 volt.

Rintangan elektrik

Istilah ini digunakan untuk mencirikan sifat bahan untuk melemahkan laluan arus elektrik melaluinya.Dalam kes ini, persekitaran yang berbeza boleh dipilih, suhu bahan atau dimensinya boleh diubah.

Dalam litar DC, rintangan melakukan kerja aktif, itulah sebabnya ia dipanggil aktif. Bagi setiap bahagian, ia adalah berkadar terus dengan voltan yang digunakan dan berkadar songsang dengan arus yang berlalu.

Konsep berikut diperkenalkan dalam skema arus ulang alik:

• impedans;

• rintangan gelombang.

Impedans elektrik juga dipanggil impedans kompleks atau komponen:

• aktif;

• reaktif.

Kereaktifan, seterusnya, boleh:

• kapasitif;

• induktif.

Sambungan antara komponen impedans bagi segi tiga rintangan diterangkan.

Dalam pengiraan elektrodinamik, impedans gelombang bagi talian kuasa ditentukan oleh nisbah voltan daripada gelombang kejadian kepada nilai arus yang melalui sepanjang garisan gelombang.

Nilai rintangan diambil sebagai unit pengukuran antarabangsa 1 Ohm.

Hubungan arus, voltan, rintangan

Contoh klasik untuk menyatakan hubungan antara ciri-ciri ini ialah perbandingan dengan litar hidraulik, di mana daya pergerakan aliran kehidupan (analog - magnitud arus) bergantung kepada nilai daya yang dikenakan pada omboh (dicipta ketegangan) dan watak garis aliran, diperbuat daripada penyempitan (rintangan).

Undang-undang matematik yang menerangkan hubungan rintangan elektrik, arus dan voltan pertama kali diterbitkan dan dipatenkan oleh Georg Ohm. Dia memperoleh undang-undang untuk keseluruhan litar litar elektrik dan bahagiannya. Lihat di sini untuk butiran lanjut: Penggunaan hukum Ohm dalam amalan

Ammeter, voltmeter dan ohmmeter digunakan untuk mengukur kuantiti elektrik asas elektrik.

Ammeter mengukur arus yang mengalir melalui litar. Memandangkan ia tidak berubah di seluruh kawasan tertutup, ammeter diletakkan di mana-mana antara sumber voltan dan pengguna, mewujudkan laluan cas melalui kepala pengukur peranti.

Voltmeter digunakan untuk mengukur voltan pada terminal pengguna yang disambungkan ke sumber arus.

Pengukuran rintangan dengan ohmmeter hanya boleh dibuat dengan pengguna dimatikan. Ini kerana ohmmeter mengeluarkan voltan yang ditentukur dan mengukur arus yang mengalir melalui kepala ujian, yang ditukar kepada ohm dengan membahagikan voltan dengan nilai semasa.

Sebarang sambungan voltan kuasa rendah luaran semasa pengukuran akan menghasilkan arus tambahan dan memesongkan hasilnya. Memandangkan litar dalaman ohmmeter mempunyai kuasa rendah, maka dalam kes pengukuran rintangan yang salah apabila menggunakan voltan luaran, peranti itu sering gagal disebabkan oleh fakta bahawa litar dalamannya terbakar.

Mengetahui ciri-ciri asas arus, voltan, rintangan dan hubungan antara mereka membolehkan juruelektrik berjaya melaksanakan kerja mereka dan mengendalikan sistem elektrik dengan pasti, dan kesilapan yang dilakukan selalunya berakhir dengan kemalangan dan kecederaan.