Kas yra įtampa, srovė ir varža: kaip jie naudojami praktikoje

Elektros inžinerijoje elektros grandinėse vykstantiems procesams apibūdinti vartojami terminai „srovė“, „įtampa“ ir „varža“. Kiekvienas iš jų turi savo paskirtį su specifinėmis savybėmis.

Elektra

Šis žodis naudojamas apibūdinti įkrautų dalelių (elektronų, skylių, katijonų ir anijonų) judėjimą per tam tikrą medžiagos terpę. Krūvininkų kryptis ir skaičius lemia srovės tipą ir stiprumą.

Pagrindinės srovės charakteristikos turi įtakos jos praktiniam pritaikymui

Krūvių srauto būtina sąlyga yra grandinės buvimas arba, kitaip tariant, uždara kilpa, kuri sukuria sąlygas jų judėjimui. Jei judančių dalelių viduje susidaro tuštuma, jų kryptingas judėjimas iš karto sustoja.

Šiuo principu veikia visi elektroje naudojami jungikliai ir apsaugos.Jie sukuria atskyrimą tarp judančių laidžių dalių kontaktų ir per šį veiksmą nutraukia elektros srovės tekėjimą, išjungia įrenginį.

Energetikos srityje labiausiai paplitęs metodas yra elektros srovės sukūrimas dėl elektronų judėjimo metaluose, pagamintuose laidų, padangų ar kitų laidžių dalių pavidalu.

Be šio metodo, taip pat naudojamas srovės kūrimas viduje:

1. dujos ir elektrolitiniai skysčiai dėl elektronų judėjimo arba katijonų ir anijonų — teigiamo ir neigiamo krūvio ženklų jonai;

2. vakuumo, oro ir dujų aplinka, veikiama elektronų judėjimo, kurį sukelia termioninės spinduliuotės reiškinys;

3. puslaidininkinės medžiagos dėl elektronų ir skylių judėjimo.

Elektros šokas gali įvykti, kai:

• išorinio elektrinio potencialo skirtumo taikymas įkrautoms dalelėms;

• šildymo laidai, kurie šiuo metu nėra superlaidininkai;

• cheminių reakcijų, susijusių su naujų medžiagų išsiskyrimu, eiga;

• laidui taikomo magnetinio lauko poveikis.

Elektros srovės bangos forma gali būti tokia:

1. konstanta tiesės formos laiko juostoje;

2. kintamoji sinusoidinė harmonika, gerai aprašyta pagrindiniais trigonometriniais ryšiais;

3. vingiuotas, maždaug panašus į sinusinę bangą, bet su aštriais, ryškiais kampais, kurie kai kuriais atvejais gali būti gerai išlyginti;

4. pulsuojantis, kai kryptis nesikeičiant išlieka ta pati, o amplitudė periodiškai svyruoja nuo nulio iki didžiausios reikšmės pagal aiškiai apibrėžtą dėsnį.

Elektros srovė gali būti naudinga žmogui, kai:

• paverčiamas šviesos spinduliuote;

• sukuria šiluminių elementų šildymą;

• atlieka mechaninius darbus dėl judamųjų armatūros pritraukimo ar atstūmimo arba rotorių su guoliuose įtaisytomis pavaromis sukimosi;

• kai kuriais kitais atvejais sukuria elektromagnetinę spinduliuotę.

Kai elektros srovė praeina per laidus, žalą gali sukelti:

• per didelis srovės laidų grandinių ir kontaktų įkaitimas;

• išsilavinimas sūkurinės srovės elektros mašinų magnetinėse grandinėse;

• elektros spinduliavimas elektromagnetines bangas aplinkoje ir kai kurie panašūs reiškiniai.

Elektros prietaisų projektuotojai ir įvairių grandinių kūrėjai atsižvelgia į išvardytas elektros srovės galimybes savo įrenginiuose. Pavyzdžiui, žalingas sūkurinių srovių poveikis transformatoriuose, varikliuose ir generatoriuose sušvelninamas maišant šerdis, naudojamas magnetiniams srautams perduoti. Tuo pačiu sūkurinė srovė sėkmingai naudojama terpei šildyti indukciniu principu veikiančiose elektrinėse orkaitėse ir mikrobangų krosnelėse.

Kintamoji elektros srovė su sinusoidine bangos forma gali turėti skirtingą virpesių dažnį per laiko vienetą - sekundę. Pramoninis elektros instaliacijos dažnis įvairiose šalyse yra standartizuotas 50 arba 60 hercų skaičiais. Kitiems elektrotechnikos ir radijo verslo tikslams naudojami signalai:

• žemo dažnio, su mažesnėmis vertėmis;

• aukštas dažnis, gerokai viršijantis pramoninių įrenginių asortimentą.

Visuotinai priimta, kad elektros srovė susidaro judant įkrautoms dalelėms tam tikroje makroskopinėje terpėje ir vadinama laidumo srove... Tačiau kitokio tipo srovė, vadinama konvekcija, gali atsirasti tada, kai juda makroskopiškai įkrauti kūnai, pavyzdžiui, lietaus lašai. .

Kaip metaluose susidaro elektros srovė

Elektronų judėjimą veikiant jiems nuolatinei jėgai galima palyginti su parašiutininko nusileidimu atviru stogeliu. Abiem atvejais gaunamas tolygiai pagreitintas judesys.

Skydulys dėl gravitacijos juda link žemės, o tai priešinasi oro pasipriešinimo jėga. Elektronus veikia juos veikianti jėga elektrinis laukas, o jo judėjimą apsunkina nuolatiniai susidūrimai su kitomis dalelėmis — kristalinių gardelių jonais, dėl kurių užgęsta dalis veikiančios jėgos poveikio.

Abiem atvejais vidutinis parašiutininko greitis ir elektronų judėjimas pasiekia pastovią reikšmę.

Tai sukuria gana unikalią situaciją, kai greitis:

• teisingas elektrono judėjimas nustatomas pagal 0,1 milimetro per sekundę eilės reikšmę;

• elektros srovės srautas atitinka daug didesnę reikšmę — šviesos bangų sklidimo greitį: apie 300 tūkstančių kilometrų per sekundę.

Taigi, elektros srovės srautas sukuriama ten, kur elektronams taikoma įtampa, ir dėl to jie pradeda judėti šviesos greičiu laidžios terpės viduje.

Kai metalo kristalinėje gardelėje juda elektronai, atsiranda dar vienas įdomus dėsningumas: jis susiduria su maždaug kas dešimtu priešionu.Tai yra, jis sėkmingai išvengia apie 90% jonų susidūrimų.

Šį reiškinį galima paaiškinti ne tik fundamentaliosios klasikinės fizikos dėsniais, kuriuos paprastai supranta dauguma žmonių, bet ir papildomais veikimo dėsniais, aprašytais kvantinės mechanikos teorijoje.

Jei trumpai išreikštume jų veikimą, galime įsivaizduoti, kad elektronų judėjimą metalų viduje trukdo sunkūs „siūbuojantys“ dideli jonai, kurie suteikia papildomą pasipriešinimą.

Šis efektas ypač pastebimas kaitinant metalus, kai sunkiųjų jonų „sūpynės“ didėja ir sumažėja laidų kristalinių gardelių elektrinis laidumas.

Todėl kaitinant metalus jų elektrinė varža visada didėja, o aušinant – laidumas. Kai metalo temperatūra nukrenta iki kritinių verčių, artimų absoliutaus nulio vertei, daugelyje jų atsiranda superlaidumo reiškinys.

Elektros srovė, priklausomai nuo jos vertės, gali atlikti skirtingus dalykus. Norint kiekybiškai įvertinti jo galimybes, imama vertė, vadinama amperais. Jo dydis tarptautinėje matavimo sistemoje yra 1 amperas Srovės stiprumui nurodyti techninėje literatūroje naudojamas indeksas «I».

Įtampa

Šis terminas vartojamas kaip fizikinio dydžio charakteristika, išreiškianti darbą, sunaudotą perkeliant bandomojo vieneto elektros krūvį iš vieno taško į kitą, nekeičiant likusių krūvių išdėstymo ant aktyvaus lauko šaltinių pobūdžio.

Kadangi pradžios ir pabaigos taškai turi skirtingą energijos potencialą, darbas, atliktas norint perkelti krūvį arba įtampą, yra lygus šių potencialų skirtumo santykiui.

Įtampai apskaičiuoti, priklausomai nuo tekančių srovių, naudojami skirtingi terminai ir metodai. Negali būti:

1. pastovus — elektrostatinės ir pastovios srovės grandinėse;

2. kintamoji — grandinėse su kintamąja ir sinusine srove.

Antruoju atveju naudojamos tokios papildomos charakteristikos ir įtempių tipai:

• amplitudė – didžiausias abscisių ašies nuokrypis nuo nulinės padėties;

• momentinė vertė, kuri išreiškiama tam tikru laiko momentu;

• efektyvioji, efektyvioji arba, kitaip vadinama, vidutinė kvadratinė vertė, nustatoma pagal vieną pusę laikotarpio atliktą aktyvų darbą;

• ištaisyta vidutinė vertė, apskaičiuota modulo vieno harmoninio periodo ištaisyta vertė.

Kiekybiniam įtampos įvertinimui buvo įvestas tarptautinis 1 volto vienetas, o jo žymėjimas tapo simboliu „U“.

Transportuojant elektros energiją oro linijomis, atramų konstrukcija ir jų matmenys priklauso nuo naudojamos įtampos vertės. Jo vertė tarp fazių laidininkų vadinama tiesine ir kiekvieno laidininko bei įžeminimo fazės atžvilgiu.

Ši taisyklė galioja visų tipų oro linijoms.

Mūsų šalies buitiniuose elektros tinkluose standartas yra trifazė 380/220 voltų įtampa.

Elektrinė varža

Šis terminas vartojamas apibūdinti medžiagos savybėms susilpninti elektros srovės pratekėjimą per ją.Tokiu atveju galima pasirinkti skirtingas aplinkas, keisti medžiagos temperatūrą ar jos matmenis.

Nuolatinės srovės grandinėse varža veikia aktyviai, todėl ji vadinama aktyvia. Kiekvienai sekcijai jis yra tiesiogiai proporcingas taikomai įtampai ir atvirkščiai proporcingas pratekančiai srovei.

Į kintamosios srovės schemas įvedamos šios sąvokos:

• varža;

• bangos pasipriešinimas.

Elektrinė varža taip pat vadinama kompleksine arba komponentine varža:

• aktyvus;

• reaktyvus.

Reaktyvumas savo ruožtu gali būti:

• talpinis;

• indukcinis.

Aprašytos varžos trikampio varžos komponentų jungtys.

Atliekant elektrodinamikos skaičiavimą, elektros linijos bangos varža nustatoma pagal krentančios bangos įtampos ir srovės, einančios išilgai bangos linija, santykį.

Atsparumo vertė imama kaip tarptautinis 1 omo matavimo vienetas.

Srovės, įtampos, varžos santykis

Klasikinis šių charakteristikų santykio išreiškimo pavyzdys yra palyginimas su hidrauline grandine, kur gyvybės srauto judėjimo jėga (analogas – srovės dydis) priklauso nuo stūmoklį veikiančios jėgos vertės (sukurta įtampa) ir srauto linijų, sudarytų iš susiaurėjimų (atsparumo), pobūdis.

Matematinius dėsnius, apibūdinančius elektros varžos, srovės ir įtampos ryšį, pirmą kartą paskelbė ir užpatentavo Georg Ohm. Jis išvedė dėsnius visai elektros grandinės grandinei ir jos atkarpai. Daugiau informacijos rasite čia: Omo dėsnio taikymas praktikoje

Pagrindiniams elektros energijos kiekiams matuoti naudojami ampermetrai, voltmetrai ir ommetrai.

Ampermetras matuoja srovę, tekančią per grandinę.Kadangi ji nesikeičia visoje uždaroje erdvėje, ampermetras yra bet kurioje vietoje tarp įtampos šaltinio ir vartotojo, sukuriant krūvių praėjimą per prietaiso matavimo galvutę.

Įtampai vartotojo gnybtuose, prijungtuose prie srovės šaltinio, matuojamas voltmetras.

Varžą matuoti omometru galima tik vartotojui išjungus. Taip yra todėl, kad omometras išveda kalibruotą įtampą ir matuoja srovę, tekančią per bandymo galvutę, kuri paverčiama į omas, padalijus įtampą iš srovės vertės.

Bet koks išorinės mažos galios įtampos prijungimas matavimo metu sukurs papildomas sroves ir iškraipys rezultatą. Atsižvelgiant į tai, kad omometro vidinės grandinės yra mažos galios, tai klaidingai matuojant varžą, kai įjungiama išorinė įtampa, įrenginys gana dažnai sugenda dėl to, kad perdega jo vidinė grandinė.

Žinodami pagrindines srovės, įtampos, varžos charakteristikas ir tarpusavio ryšius, elektrikai gali sėkmingai atlikti savo darbą ir patikimai eksploatuoti elektros sistemas, o padarytos klaidos labai dažnai baigiasi nelaimingais atsitikimais ir traumomis.