Elektra

Kas yra elektros srovė

Elektra – nukreiptas elektriškai įkrautų dalelių judėjimas smūgio metu elektrinis laukas... Tokios dalelės gali būti: laidininkuose - elektronai, elektrolituose - jonai (katijonai ir anijonai), puslaidininkiuose - elektronai ir vadinamosios "skylės" ("elektronų skylių laidumas"). Taip pat yra „polinkio srovė“, kurios srautas atsiranda dėl talpos įkrovimo proceso, tai yra, pasikeitus potencialų skirtumui tarp plokščių. Dalelių judėjimas tarp plokščių nevyksta, tačiau srovė teka per kondensatorių.

Elektros grandinių teorijoje srove laikomas kryptingas krūvininkų judėjimas laidžioje terpėje, veikiant elektriniam laukui.

Laidumo srovė (tiesiog srovė) elektros grandinių teorijoje yra elektros kiekis, pratekantis per laiko vienetą laido skerspjūviu: i = q /T, kur i — srovė. A; q = 1,6·109 — elektronų krūvis, С; t — laikas, s.

Ši išraiška galioja nuolatinės srovės grandinėms. Kintamosios srovės grandinėms, vadinamosios Momentinė srovės vertė, lygi įkrovos kitimo laikui greičiui: i (t) = dq /dt.

Pirmoji ilgalaikio nagrinėjamo tipo elektros srovės egzistavimo sąlyga yra šaltinio ar generatoriaus, kuris palaiko potencialų skirtumą tarp krūvininkų, buvimas. Antroji sąlyga – kelio uždarymas. Visų pirma, kad egzistuotų nuolatinė srovė, būtinas uždaras kelias, kuriuo grandinėje galėtų judėti krūviai, nekeičiant jų vertės.

Kaip žinote, pagal elektros krūvių tvermės dėsnį jie negali būti sukurti ar sunaikinti. Todėl jei bet koks erdvės tūris, kuriame teka elektros srovės, yra apsuptas uždaru paviršiumi, tame tūryje tekanti srovė turi būti lygi iš jo ištekančiai srovei.

Daugiau apie tai: Elektros srovės egzistavimo sąlygos

Uždaras kelias, kuriuo teka elektros srovė, vadinamas elektros grandine arba elektros grandine. Elektros grandinė – padalinta į dvi dalis: vidinę, kurioje elektriškai įkrautos dalelės juda priešingai elektrostatinių jėgų krypčiai, ir išorinę, kurioje šios dalelės juda elektrostatinių jėgų kryptimi. Elektrodų galai, prie kurių prijungta išorinė grandinė, vadinami spaustukais.

Taigi, elektros srovė atsiranda, kai elektros grandinės atkarpoje atsiranda elektrinis laukas arba potencialų skirtumas tarp dviejų laido taškų. Galimas skirtumas tarp dviejų taškų elektros grandinė vadinami įtampa arba įtampos kritimu toje grandinės dalyje.

Vietoj termino „srovė“ („dabartinis kiekis“), dažnai vartojamas terminas „srovės stiprumas“.Tačiau pastarojo negalima vadinti sėkmingu, nes srovės stiprumas nėra jokia jėga tiesiogine to žodžio prasme, o tik elektros krūvių judėjimo laidininke intensyvumas, elektros kiekis, praeinantis per laiko vienetą per skersinį. laidininko pjūvio plotas.
Srovė charakterizuojama srovės stipris, kuris SI sistemoje matuojamas amperais (A), ir srovės tankis, kuris SI sistemoje matuojamas amperais kvadratiniam metrui.

Vienas amperas atitinka vieno kulono (C) elektros krūvio judėjimą laido skerspjūviu per vieną sekundę (s):

1A = 1C/s.

Bendru atveju, žymėdami srovę raide i ir krūvį q, gauname:

i = dq / dt.

Srovės vienetas vadinamas amperu (A).

Amperas (A) – nuolatinės srovės stipris, kuri, eidama per du lygiagrečius begalinio ilgio ir nereikšmingo skerspjūvio laidus, esančius vakuume 1 m atstumu vienas nuo kito, sukuria tarp šių laidininkų 2,10 -7 H kiekvienam ilgio metrui .

Srovė laide yra 1 A, jei per 1 s per laido skerspjūvį praeina elektros krūvis, lygus 1 kulonui.

Ryžiai. 1. Kryptinis elektronų judėjimas laidininke

Jei laidą veikia įtampa, tada laido viduje atsiranda elektrinis laukas. Esant lauko stipriui E jėga f = Ee veikia krūvio elektronus e. Dydžiai e ir E yra vektoriniai dydžiai. Laisvo kelio metu elektronai įgyja kryptingą judesį kartu su chaotišku. Kiekvienas elektronas turi neigiamą krūvį ir gauna priešingą vektoriui E greičio dedamąją (1 pav.). Tvarkingas judėjimas, kuriam būdingas tam tikras vidutinis elektronų greitis vcp, lemia elektros srovės tėkmę.

Elektronai gali turėti kryptingą judėjimą retintose dujose. Elektrolituose ir jonizuotose dujose srovę daugiausia lemia jonų judėjimas. Atsižvelgiant į tai, kad teigiamai įkrauti jonai elektrolituose juda iš teigiamo poliaus į neigiamą polių, istoriškai buvo manoma, kad srovės kryptis yra priešinga elektronų srauto krypčiai.

Srovės kryptis imama kryptimi, kuria juda teigiamai įkrautos dalelės, t.y. priešinga elektronų judėjimui kryptis.
Elektros grandinių teorijoje srovės kryptis pasyvioje grandinėje (už energijos šaltinių ribų) laikoma teigiamai įkrautų dalelių judėjimo kryptimi iš didesnio potencialo į žemesnį. Ši kryptis buvo pasirinkta pačioje elektrotechnikos raidos pradžioje ir prieštarauja tikrajai krūvininkų judėjimo krypčiai - elektronų, judančių laidžioje terpėje nuo minuso iki pliuso.

Elektros srovės kryptis elektrolite ir laisvieji elektronai laidininke

Dydis, lygus srovės ir skerspjūvio ploto S santykiui, vadinamas srovės tankiu: I / S

Šiuo atveju daroma prielaida, kad srovė yra tolygiai paskirstyta visame laido skerspjūvyje. Srovės tankis laiduose paprastai matuojamas A / mm2.

Pagal elektros krūvių nešėjų tipą ir jų judėjimo terpę jie skirstomi į laidžiąsias ir poslinkio sroves... Laidumas skirstomas į elektroninį ir joninį. Stacionariems režimams išskiriamos dviejų tipų srovės: tiesioginė ir kintamoji.

Elektros smūgio perdavimas vadinamas elektros krūvių perdavimo iš įkrautų dalelių ar kūnų, judančių laisvoje erdvėje, reiškinys.Pagrindinis elektros srovės perdavimo būdas – elementarių įkrautų dalelių judėjimas ertmėje (laisvųjų elektronų judėjimas elektronų vamzdeliuose), laisvųjų jonų judėjimas dujų išlydžio įrenginiuose.

Poslinkio srovė (poliarizacijos srovė) vadinama tvarkingu susijusių elektros krūvių nešėjų judėjimu. Tokio tipo srovė gali būti stebima dielektrikuose.

Bendra elektros srovė – skaliarinė vertė, lygi elektros laidumo srovės, elektros perdavimo srovės ir elektros poslinkio srovės per nagrinėjamą paviršių sumai.

Konstanta vadinama srove, kurios dydis gali keistis, bet savavališkai ilgą laiką nekeičia savo ženklo. Daugiau apie tai skaitykite čia: DC

Įmagnetinimo srovė — nuolatinė mikroskopinė (amperinė) srovė, dėl kurios atsiranda įmagnetintų medžiagų vidinis magnetinis laukas.

Kintamieji, vadinami srove, kurie periodiškai keičiasi tiek dydžiu, tiek ženklu. Kintamąją srovę apibūdinantis dydis yra dažnis (SI sistemoje jis matuojamas hercais), jei jos stiprumas periodiškai keičiasi.

Virš laido paviršiaus perkeliama aukšto dažnio kintamoji srovė. Aukšto dažnio srovės naudojamos mechaninėje inžinerijoje detalių paviršių terminiam apdorojimui ir suvirinimui, metalurgijoje metalams lydyti. Kintamos srovės skirstomos į sinusines ir nesinusines… Sinusoidinė srovė – tai srovė, kuri kinta pagal harmoninį dėsnį:

i = sin wt,

kur aš esu, - didžiausia (didžiausia) srovės vertė, Ak,

Kintamosios srovės kitimo greitis apibūdinamas jo dažnis, apibrėžiamas kaip pilnų pasikartojančių virpesių skaičius per laiko vienetą.Dažnis žymimas raide f ir matuojamas hercais (Hz). Taigi 50 Hz tinklo srovės dažnis atitinka 50 pilnų virpesių per sekundę. Kampinis dažnis w yra srovės pokyčio greitis radianais per sekundę ir yra susietas su dažniu paprastu ryšiu:

w = 2 pi f

Stacionarios (fiksuotos) nuolatinės ir kintamosios srovės vertės reiškia su didžiąja I raide nestacionarias (momentines) vertes - su raide i. Paprastai teigiama srovės kryptis yra teigiamų krūvių judėjimo kryptis.

Kintamoji srovė Tai srovė, kuri laikui bėgant kinta pagal sinusoidinį dėsnį.

Kintamoji srovė taip pat reiškia srovę įprastuose vienfaziuose ir trifaziuose tinkluose. Šiuo atveju kintamosios srovės parametrai keičiasi pagal harmonikų dėsnį.

Kadangi kintamosios srovės srovė kinta laikui bėgant, paprasti sprendimai, tinkami nuolatinės srovės grandinėms, čia nėra tiesiogiai taikomi. Esant labai aukštiems dažniams, krūviai gali svyruoti – tekėti iš vienos grandinės vietos į kitą ir vėl atgal. Šiuo atveju, skirtingai nei nuolatinės srovės grandinėse, nuosekliai sujungtų laidų srovės gali būti nevienodos.

AC grandinėse esančios talpos sustiprina šį efektą. Be to, kintant srovei, jaučiami saviindukcijos efektai, kurie tampa reikšmingi net esant žemiems dažniams, jei naudojamos didelės induktyvumo ritės.

Esant santykinai žemiems dažniams, kintamosios srovės grandinę vis tiek galima apskaičiuoti naudojant Kirchhoffo taisyklėskuris vis dėlto turi būti atitinkamai pakeistas.

Grandinę, kurioje yra įvairių rezistorių, induktorių ir kondensatorių, galima įsivaizduoti kaip apibendrintą rezistorių, kondensatorių ir induktorių, sujungtą nuosekliai.

Apsvarstykite tokios grandinės, prijungtos prie sinusinės kintamosios srovės generatoriaus, savybes. Norėdami suformuluoti kintamųjų grandinių skaičiavimo taisykles, turite rasti ryšį tarp įtampos kritimo ir srovės kiekvienam tokios grandinės komponentui.

Kondensatorius kintamosios srovės ir nuolatinės srovės grandinėse atlieka visiškai skirtingus vaidmenis. Jei, pavyzdžiui, elektrocheminis elementas yra prijungtas prie grandinės, tada kondensatorius pradės krautikol įtampa jame taps lygi elemento emf. Tada įkrovimas sustos ir srovė nukris iki nulio.

Jei grandinė prijungta prie kintamosios srovės generatoriaus, tai per vieną pusę ciklo elektronai tekės iš kairiosios kondensatoriaus plokštės ir kaupsis dešinėje, o kitame - atvirkščiai.

Šie judantys elektronai sudaro kintamąją srovę, kurios stipris yra vienodas abiejose kondensatoriaus pusėse. Kol kintamosios srovės dažnis nėra labai didelis, srovė per rezistorių ir induktorių taip pat yra vienoda.

Įrenginiuose, naudojančiuose kintamąją srovę, kintamoji srovė dažnai ištaisoma lygintuvai gauti nuolatinę srovę.

Elektros srovės laidininkai

Visų formų elektros srovė yra kinetinis reiškinys, analogiškas skysčių srautui uždarose hidraulinėse sistemose. Pagal analogiją srovės judėjimo procesas vadinamas „tekėjimu“ (srovių srautais).

Medžiaga, kuria teka srovė, vadinama dirigentas… Kai kurios medžiagos tampa superlaidžios žemoje temperatūroje. Šioje būsenoje jie beveik nerodo atsparumo srovei, jų varža linkusi į nulį.

Visais kitais atvejais laidininkas priešinasi srovės tekėjimui ir dėl to dalis elektros dalelių energijos virsta šiluma.Amperą galima apskaičiuoti pagal Omo dėsnis grandinės skerspjūviui ir Omo dėsniui visai grandinei.

Dalelių judėjimo laiduose greitis priklauso nuo vielos medžiagos, dalelės masės ir krūvio, aplinkos temperatūros, taikomo potencialų skirtumo ir yra daug mažesnis už šviesos greitį. Tačiau pačios elektros srovės sklidimo greitis yra lygus šviesos greičiui tam tikroje terpėje, tai yra, elektromagnetinės bangos priekio sklidimo greičiui.

Kaip elektra veikia žmogaus organizmą

Srovė, praeinanti per žmogaus ar gyvūno kūną, gali sukelti elektros nudegimus, virpėjimą arba mirtį. Kita vertus, elektros srovė naudojama reanimacijoje, psichikos ligoms, ypač depresijai, gydyti, tam tikrų smegenų sričių elektrinis stimuliavimas naudojamas tokioms ligoms kaip Parkinsono liga ir epilepsija, širdies stimuliatorius, stimuliuojantis širdies raumenį pulsiniu būdu. srovė naudojama bradikardijai. Žmonėms ir gyvūnams srovė naudojama nerviniams impulsams perduoti.

Saugumo sumetimais minimali žmogaus priimamoji srovė yra 1 mA. Srovė tampa pavojinga žmogaus gyvybei nuo maždaug 0,01 A stiprumo. Žmogui mirtina srovė tampa nuo maždaug 0,1 A. Mažesnė nei 42 V įtampa laikoma saugia.