Elektrik

Apakah itu arus elektrik

Elektrik — pergerakan terarah zarah bercas elektrik di bawah hentakan medan elektrik... Zarah sedemikian boleh: dalam konduktor - elektron, dalam elektrolit - ion (kation dan anion), dalam semikonduktor - elektron dan apa yang dipanggil "lubang" ("konduktiviti lubang elektron"). Terdapat juga «arus bias», aliran yang disebabkan oleh proses mengecas kapasitansi, iaitu, daripada perubahan dalam perbezaan potensi antara plat. Tiada pergerakan zarah berlaku di antara plat, tetapi arus mengalir melalui kapasitor.

Dalam teori litar elektrik, arus dianggap sebagai pergerakan terarah pembawa cas dalam medium konduktif di bawah tindakan medan elektrik.

Arus pengaliran (hanya arus) dalam teori litar elektrik ialah jumlah elektrik yang mengalir setiap unit masa melalui keratan rentas wayar: i = q / T, di mana i — arus. A; q = 1.6·109 — cas elektron, С; t - masa, s.

Ungkapan ini sah untuk litar DC. Untuk litar arus ulang alik, yang dipanggil Nilai arus segera bersamaan dengan kadar perubahan cas sepanjang masa: i (t) = dq /dt.

Syarat pertama untuk kewujudan jangka panjang arus elektrik jenis yang dipertimbangkan ialah kehadiran sumber atau penjana yang mengekalkan perbezaan potensi antara pembawa cas. Syarat kedua ialah penutupan jalan. Khususnya, untuk arus terus wujud, adalah perlu untuk mempunyai laluan tertutup di mana cas boleh bergerak dalam litar tanpa mengubah nilainya.

Seperti yang anda ketahui, mengikut undang-undang pemuliharaan cas elektrik, ia tidak boleh dicipta atau dimusnahkan. Oleh itu, jika sebarang isipadu ruang di mana arus elektrik mengalir dikelilingi oleh permukaan tertutup, arus yang mengalir dalam isipadu itu mestilah sama dengan arus yang mengalir keluar daripadanya.

Lebih lanjut mengenai ini: Syarat kewujudan arus elektrik

Laluan tertutup di mana arus elektrik mengalir dipanggil litar elektrik atau litar elektrik. Litar elektrik — dibahagikan kepada dua bahagian: bahagian dalam, di mana zarah bercas elektrik bergerak melawan arah daya elektrostatik, dan bahagian luar, di mana zarah ini bergerak ke arah daya elektrostatik. Hujung elektrod yang mana litar luaran disambungkan dipanggil pengapit.

Jadi, arus elektrik berlaku apabila medan elektrik muncul pada bahagian litar elektrik, atau beza keupayaan antara dua titik pada wayar. Perbezaan potensi antara dua titik litar elektrik dipanggil voltan atau penurunan voltan dalam bahagian litar itu.

Daripada istilah "semasa" ("kuantiti semasa"), istilah "kekuatan semasa" sering digunakan.Walau bagaimanapun, yang terakhir tidak boleh dipanggil berjaya, kerana kekuatan semasa bukanlah sebarang daya dalam erti kata literal, tetapi hanya keamatan pergerakan cas elektrik dalam konduktor, jumlah elektrik yang melalui per unit masa melalui silang- luas keratan konduktor.
Arus dicirikan amperage, yang dalam sistem SI diukur dalam ampere (A), dan ketumpatan arus, yang dalam sistem SI diukur dalam ampere per meter persegi.

Satu ampere sepadan dengan pergerakan melalui keratan rentas wayar dalam satu saat (s) cas elektrik dalam jumlah satu coulomb (C):

1A = 1C / s.

Dalam kes umum, menandakan arus dengan huruf i dan caj q, kita dapat:

i = dq / dt.

Unit arus dipanggil ampere (A).

Ampere (A) — kekuatan arus terus yang, apabila melalui dua konduktor lurus selari dengan panjang tak terhingga dan keratan rentas yang boleh diabaikan, terletak dalam vakum pada jarak 1 m antara satu sama lain, mewujudkan antara konduktor ini 2·10 -7 H untuk setiap meter panjang .

Arus dalam wayar ialah 1 A jika cas elektrik bersamaan dengan 1 coulomb melalui keratan rentas wayar dalam 1 s.

nasi. 1. Pergerakan berarah elektron dalam konduktor

Jika voltan bertindak pada wayar, maka medan elektrik timbul di dalam wayar. Dengan kekuatan medan E, daya f = Ee bertindak ke atas elektron bercas e. Kuantiti e dan E ialah kuantiti vektor. Semasa laluan bebas, elektron memperoleh gerakan terarah bersama-sama dengan yang huru-hara. Setiap elektron mempunyai cas negatif dan menerima komponen halaju yang bertentangan dengan vektor E (Rajah 1). Pergerakan tertib, dicirikan oleh kelajuan purata tertentu elektron vcp, menentukan aliran arus elektrik.

Elektron boleh mempunyai pergerakan terarah dalam gas jarang. Dalam elektrolit dan gas terion, arus terutamanya disebabkan oleh pergerakan ion. Selaras dengan fakta bahawa ion bercas positif bergerak dari kutub positif ke kutub negatif dalam elektrolit, dari segi sejarah arah arus telah diandaikan bertentangan dengan arah aliran elektron.

Arah arus diambil sebagai arah di mana zarah bercas positif bergerak, i.e. arah yang bertentangan dengan pergerakan elektron.
Dalam teori litar elektrik, arah arus dalam litar pasif (di luar sumber tenaga) diambil sebagai arah pergerakan zarah bercas positif dari potensi yang lebih tinggi kepada yang lebih rendah. Arah ini diambil pada awal perkembangan kejuruteraan elektrik dan bercanggah dengan arah sebenar pergerakan pembawa cas — elektron bergerak dalam media konduktif dari tolak ke tambah.

Arah arus elektrik dalam elektrolit dan elektron bebas dalam konduktor

Kuantiti yang sama dengan nisbah arus kepada luas keratan rentas S dipanggil ketumpatan arus: I / S

Dalam kes ini, diandaikan bahawa arus diagihkan secara seragam ke atas keratan rentas wayar. Ketumpatan arus dalam wayar biasanya diukur dalam A / mm2.

Mengikut jenis pembawa cas elektrik dan medium pergerakannya, ia dibahagikan kepada arus konduktif dan arus sesaran... Kekonduksian dibahagikan kepada elektronik dan ionik. Untuk mod pegun, dua jenis arus dibezakan: terus dan berselang-seli.

Pemindahan kejutan elektrik dipanggil fenomena pemindahan cas elektrik daripada zarah bercas atau jasad yang bergerak di ruang bebas.Jenis utama pemindahan arus elektrik ialah pergerakan dalam rongga zarah bercas asas (pergerakan elektron bebas dalam tiub elektron), pergerakan ion bebas dalam peranti pelepasan gas.

Arus sesaran (arus polarisasi) dipanggil pergerakan tertib pembawa cas elektrik yang berkaitan. Arus jenis ini boleh diperhatikan dalam dielektrik.

Jumlah arus elektrik — nilai skalar yang sama dengan jumlah arus pengaliran elektrik, arus pemindahan elektrik, dan arus sesaran elektrik melalui permukaan yang sedang dipertimbangkan.

Pemalar dipanggil arus yang boleh berubah dalam magnitud, tetapi tidak mengubah tandanya untuk masa yang lama sewenang-wenangnya. Baca lebih lanjut mengenainya di sini: DC

Arus magnet — arus mikroskopik (ampere) malar, yang merupakan sebab kewujudan medan magnet intrinsik bahan bermagnet.

Pembolehubah dipanggil arus yang berubah secara berkala baik dalam magnitud dan tanda. Kuantiti yang mencirikan arus ulang alik ialah kekerapan (dalam sistem SI ia diukur dalam hertz), sekiranya kekuatannya berubah secara berkala.

Arus ulang alik frekuensi tinggi dialihkan ke atas permukaan wayar. Arus frekuensi tinggi digunakan dalam kejuruteraan mekanikal untuk rawatan haba permukaan bahagian dan kimpalan, dalam metalurgi untuk logam lebur. Arus ulang alik dibahagikan kepada sinusoidal dan bukan sinusoidal... Arus sinusoidal ialah arus yang berubah mengikut hukum harmonik:

i = dosa wt,

di mana saya, - nilai semasa puncak (tertinggi)., Ah,

Kadar perubahan arus ulang alik dicirikan olehnya kekerapan, ditakrifkan sebagai bilangan ayunan berulang yang lengkap bagi setiap unit masa.Kekerapan dilambangkan dengan huruf f dan diukur dalam hertz (Hz). Jadi frekuensi arus utama 50 Hz sepadan dengan 50 ayunan lengkap sesaat. Kekerapan sudut w ialah kadar perubahan arus dalam radian sesaat dan dikaitkan dengan kekerapan melalui hubungan mudah:

w = 2pi f

Nilai pegun (tetap) arus terus dan ulang alik bermakna dengan huruf besar I nilai tidak pegun (semerta) - dengan huruf i. Biasanya arah positif arus ialah arah pergerakan cas positif.

Arus ulang alik Ia adalah arus yang berubah mengikut hukum sinusoidal dari semasa ke semasa.

Arus ulang alik juga bermaksud arus dalam rangkaian fasa tunggal dan tiga fasa konvensional. Dalam kes ini, parameter arus ulang alik berubah mengikut undang-undang harmonik.

Memandangkan arus AC berubah dari semasa ke semasa, penyelesaian mudah yang sesuai untuk litar DC tidak boleh digunakan secara langsung di sini. Pada frekuensi yang sangat tinggi, cas boleh berayun—mengalir dari satu tempat dalam litar ke tempat lain dan kembali semula. Dalam kes ini, tidak seperti litar DC, arus dalam wayar bersiri boleh menjadi tidak sama.

Kapasitan yang terdapat dalam litar AC meningkatkan kesan ini. Di samping itu, apabila arus berubah, kesan aruhan diri dirasai, yang menjadi ketara walaupun pada frekuensi rendah jika gegelung induktans tinggi digunakan.

Pada frekuensi yang agak rendah, litar AC masih boleh dikira menggunakan peraturan Kirchhoffyang, walau bagaimanapun, mesti dipinda sewajarnya.

Litar yang mengandungi pelbagai perintang, induktor dan kapasitor boleh dianggap sebagai perintang umum, kapasitor dan induktor yang disambung secara bersiri.

Pertimbangkan sifat litar sedemikian yang disambungkan kepada penjana arus ulang alik sinusoidal. Untuk merumuskan peraturan untuk mengira litar berselang-seli, anda perlu mencari hubungan antara penurunan voltan dan arus untuk setiap komponen litar tersebut.

Pemeluwap memainkan peranan yang sama sekali berbeza dalam litar AC dan DC. Jika, sebagai contoh, sel elektrokimia disambungkan ke litar, maka kapasitor akan mula mengecassehingga voltan di dalamnya menjadi sama dengan emf unsur. Kemudian pengecasan akan berhenti dan arus akan turun kepada sifar.

Jika litar disambungkan ke alternator, maka dalam satu separuh kitaran, elektron akan mengalir dari plat kiri kapasitor dan terkumpul di sebelah kanan, dan di sebelah yang lain - sebaliknya.

Elektron yang bergerak ini membentuk arus ulang alik yang kekuatannya sama pada kedua-dua belah kapasitor. Selagi frekuensi AC tidak terlalu tinggi, arus melalui perintang dan induktor juga adalah sama.

Dalam peranti yang menggunakan arus ulang-alik, arus ulang-alik selalunya dibetulkan penerus untuk mendapatkan arus terus.

Konduktor untuk arus elektrik

Arus elektrik dalam semua bentuknya adalah fenomena kinetik, sama dengan aliran bendalir dalam sistem hidraulik tertutup. Secara analogi, proses pergerakan semasa dipanggil «aliran» (aliran semasa).

Bahan di mana arus mengalir dipanggil konduktor… Sesetengah bahan masuk ke superkonduktiviti pada suhu rendah. Dalam keadaan ini, mereka hampir tidak menunjukkan rintangan kepada arus, rintangan mereka cenderung kepada sifar.

Dalam semua kes lain, konduktor menahan aliran arus, dan akibatnya, sebahagian daripada tenaga zarah elektrik ditukar menjadi haba.Amperage boleh dikira dengan Hukum Ohm bagi keratan rentas litar dan hukum Ohm bagi keseluruhan litar.

Kelajuan pergerakan zarah dalam wayar bergantung kepada bahan wayar, jisim dan cas zarah, suhu persekitaran, beza keupayaan yang digunakan dan jauh lebih kecil daripada kelajuan cahaya. Walau bagaimanapun, kelajuan perambatan arus elektrik itu sendiri adalah sama dengan kelajuan cahaya dalam medium tertentu, iaitu kelajuan perambatan hadapan gelombang elektromagnet.

Bagaimana tenaga elektrik mempengaruhi tubuh manusia

Arus yang mengalir melalui badan manusia atau haiwan boleh menyebabkan lecur elektrik, fibrilasi atau kematian. Sebaliknya, arus elektrik digunakan dalam rawatan rapi, untuk merawat penyakit mental, terutamanya kemurungan, rangsangan elektrik kawasan tertentu otak digunakan untuk merawat penyakit seperti penyakit Parkinson dan epilepsi, perentak jantung yang merangsang otot jantung dengan denyutan. arus digunakan untuk bradikardia. Pada manusia dan haiwan, arus digunakan untuk menghantar impuls saraf.

Atas sebab keselamatan, arus penerimaan minimum untuk seseorang ialah 1 mA. Arus menjadi berbahaya kepada kehidupan seseorang bermula daripada kekuatan kira-kira 0.01 A. Arus menjadi maut kepada seseorang bermula daripada kekuatan kira-kira 0.1 A. Voltan kurang daripada 42 V dianggap selamat.