Tindakan arus elektrik: haba, kimia, magnet, cahaya dan mekanikal

Arus elektrik dalam litar sentiasa menunjukkan dirinya melalui beberapa jenis tindakannya. Ini boleh menjadi kedua-dua operasi pada beban tertentu dan kesan serentak arus. Oleh itu, dengan tindakan arus, kehadiran atau ketiadaannya dalam litar tertentu boleh dinilai: jika beban berfungsi, terdapat arus. Jika fenomena tipikal yang mengiringi arus diperhatikan, terdapat arus dalam litar, dsb.

Pada dasarnya, arus elektrik mampu menyebabkan tindakan yang berbeza: haba, kimia, magnet (elektromagnet), ringan atau mekanikal, dan pelbagai jenis tindakan semasa sering berlaku serentak. Fenomena dan tindakan semasa ini akan dibincangkan dalam artikel ini.

Kesan haba arus elektrik

Apabila arus terus atau ulang alik mengalir melalui wayar, wayar menjadi panas. Wayar pemanasan sedemikian dalam keadaan dan aplikasi yang berbeza boleh menjadi: logam, elektrolit, plasma, logam cair, semikonduktor, semilogam.

Dalam kes paling mudah, jika, katakan, arus elektrik melalui wayar nichrome, ia akan menjadi panas. Fenomena ini digunakan dalam peranti pemanasan: dalam cerek elektrik, dalam dandang, dalam pemanas, dapur elektrik, dll. Dalam kimpalan arka elektrik, suhu arka elektrik biasanya mencapai 7000 ° C, dan logam mudah cair, ini juga merupakan kesan haba arus.

Jumlah haba yang dibebaskan dalam bahagian litar bergantung kepada voltan yang digunakan pada bahagian ini, nilai arus yang mengalir dan masa alirannya (Undang-undang Joule-Lenz).

Sebaik sahaja anda telah menukar hukum Ohm untuk bahagian litar, anda boleh menggunakan sama ada voltan atau arus untuk mengira jumlah haba, tetapi kemudian anda mesti mengetahui rintangan litar kerana ia mengehadkan arus dan sebenarnya menyebabkan pemanasan. Atau, mengetahui arus dan voltan dalam litar, anda boleh mencari jumlah haba yang dihasilkan dengan mudah.

Tindakan kimia arus elektrik

Elektrolit yang mengandungi ion oleh arus elektrik terus dielektrolisis — ini adalah tindakan kimia arus. Ion negatif (anion) tertarik kepada elektrod positif (anod) semasa elektrolisis, dan ion positif (kation) tertarik kepada elektrod negatif (katod). Iaitu, bahan-bahan yang terkandung dalam elektrolit dibebaskan semasa elektrolisis pada elektrod sumber semasa.

Sebagai contoh, sepasang elektrod direndam dalam larutan asid, alkali atau garam tertentu, dan apabila arus elektrik melalui litar, cas positif tercipta pada satu elektrod dan cas negatif pada yang lain. Ion yang terkandung dalam larutan mula memendap pada elektrod dengan cas terbalik.

Sebagai contoh, semasa elektrolisis kuprum sulfat (CuSO4), kation kuprum Cu2 + dengan cas positif bergerak ke katod bercas negatif, di mana mereka menerima cas yang hilang, dan bertukar menjadi atom tembaga neutral, menetap di permukaan elektrod. Kumpulan hidroksil -OH akan menderma elektron kepada anod dan oksigen akan dibebaskan sebagai hasilnya. Kation hidrogen bercas positif H + dan anion SO42- bercas negatif akan kekal dalam larutan.

Tindakan kimia arus elektrik digunakan dalam industri, sebagai contoh, untuk memecahkan air kepada bahagian komponennya (hidrogen dan oksigen). Juga, elektrolisis membolehkan anda mendapatkan beberapa logam dalam bentuk tulennya. Dengan bantuan elektrolisis, lapisan nipis logam tertentu (nikel, kromium) digunakan pada permukaan - itu sahaja salutan galvanik dan lain-lain.

Pada tahun 1832, Michael Faraday menetapkan bahawa jisim m bahan yang dibebaskan pada elektrod adalah berkadar terus dengan cas elektrik q yang melalui elektrolit. Jika arus terus I mengalir melalui elektrolit untuk masa t, maka hukum pertama elektrolisis Faraday terpakai:

Di sini faktor perkadaran k dipanggil setara elektrokimia bahan itu. Ia secara berangka sama dengan jisim bahan yang dibebaskan apabila cas elektrik melalui elektrolit, dan bergantung kepada sifat kimia bahan tersebut.

Tindakan magnet arus elektrik

Dengan kehadiran arus elektrik dalam mana-mana konduktor (dalam keadaan pepejal, cecair atau gas), medan magnet diperhatikan di sekeliling konduktor, iaitu, konduktor pembawa arus memperoleh sifat magnetik.

Oleh itu, jika magnet dibawa ke wayar yang mengalir arus, contohnya dalam bentuk jarum kompas magnetik, maka jarum akan berpusing serenjang dengan wayar, dan jika anda melilit wayar pada teras besi dan lulus terus arus melalui wayar, teras akan menjadi elektromagnet.

Pada tahun 1820, Oersted menemui kesan magnet arus pada jarum magnet, dan Ampere menubuhkan undang-undang kuantitatif interaksi magnet wayar pembawa arus.

Medan magnet sentiasa dijana oleh arus, iaitu, menggerakkan cas elektrik, khususnya - zarah bercas (elektron, ion). Arus bertentangan menolak antara satu sama lain, arus satu arah menarik antara satu sama lain.

Interaksi mekanikal sedemikian berlaku disebabkan oleh interaksi medan magnet arus, iaitu, pertama sekali interaksi magnetik, dan hanya kemudian - mekanikal. Oleh itu, interaksi magnetik arus adalah utama.

Pada tahun 1831, Faraday mendapati bahawa medan magnet yang berubah dari satu litar menghasilkan arus dalam litar lain: EMF yang dihasilkan adalah berkadar dengan kadar perubahan fluks magnet. Adalah logik bahawa ia adalah tindakan magnet arus yang digunakan sehingga hari ini dalam semua transformer, bukan sahaja dalam elektromagnet (contohnya, dalam industri).

Kesan cahaya arus elektrik

Dalam bentuk yang paling mudah, kesan cahaya arus elektrik boleh diperhatikan dalam lampu pijar, gegelung yang dipanaskan oleh arus yang melaluinya kepada haba putih dan memancarkan cahaya.

Untuk lampu pijar, tenaga cahaya mewakili kira-kira 5% daripada tenaga elektrik yang dihantar, baki 95% daripadanya ditukar kepada haba.

Lampu pendarfluor dengan lebih cekap menukar tenaga semasa kepada cahaya — sehingga 20% tenaga elektrik ditukar kepada cahaya boleh dilihat terima kasih kepada fosfor yang menerima radiasi ultra ungu daripada nyahcas elektrik dalam wap merkuri atau dalam gas lengai seperti neon.

Kesan cahaya arus elektrik direalisasikan dengan lebih berkesan dalam LED. Apabila arus elektrik melalui persimpangan pn ke arah hadapan, pembawa cas—elektron dan lubang—bergabung semula dengan pancaran foton (disebabkan oleh peralihan elektron dari satu aras tenaga ke aras tenaga yang lain).

Pemancar cahaya terbaik ialah semikonduktor celah terus (iaitu, peralihan optik langsung dibenarkan), seperti GaAs, InP, ZnSe atau CdTe. Dengan menukar komposisi semikonduktor, LED boleh dibuat untuk semua jenis panjang gelombang daripada ultraungu (GaN) kepada inframerah pertengahan (PbS). Kecekapan LED sebagai sumber cahaya mencapai purata 50%.

Tindakan mekanikal arus elektrik

Seperti yang dinyatakan di atas, sebarang konduktor yang melaluinya arus elektrik terbentuk di sekelilingnya medan magnet… Tindakan magnet ditukar kepada gerakan, contohnya dalam motor elektrik, dalam peranti pengangkat magnet, dalam injap magnet, dalam geganti, dsb.

Tindakan mekanikal satu arus pada yang lain diterangkan oleh undang-undang Ampere. Undang-undang ini pertama kali ditubuhkan oleh Andre Marie Ampere pada tahun 1820 untuk arus terus. daripada Hukum Ampere ia berikutan bahawa wayar selari dengan arus elektrik yang mengalir dalam satu arah menarik dan yang dalam arah bertentangan menolak.

Undang-undang Ampere juga dipanggil undang-undang yang menentukan daya yang medan magnet bertindak pada segmen kecil konduktor pembawa arus. Daya yang medan magnet bertindak ke atas unsur wayar pembawa arus dalam medan magnet adalah berkadar terus dengan arus dalam wayar dan hasil vektor unsur bagi panjang wayar dan aruhan magnet.

Prinsip ini berdasarkan operasi motor elektrik, di mana pemutar memainkan peranan bingkai dengan arus yang berorientasikan dalam medan magnet luar stator dengan tork M.