Elektros srovės veikimas: terminis, cheminis, magnetinis, šviesos ir mechaninis

Elektros srovė grandinėje visada pasireiškia tam tikru jos veikimu. Tai gali būti ir veikimas esant tam tikrai apkrovai, ir kartu esantis srovės poveikis. Taigi, veikiant srovei, galima spręsti apie jos buvimą ar nebuvimą tam tikroje grandinėje: jei apkrova veikia, yra srovė. Jei pastebimas tipiškas srovę lydintis reiškinys, grandinėje yra srovė ir pan.

Iš esmės elektros srovė gali sukelti skirtingus veiksmus: terminį, cheminį, magnetinį (elektromagnetinį), šviesos ar mechaninį, o skirtingų tipų srovės veiksmai dažnai vyksta vienu metu. Šie dabartiniai reiškiniai ir veiksmai bus aptarti šiame straipsnyje.

Šiluminis elektros srovės poveikis

Kai laidu teka nuolatinė arba kintamoji srovė, laidas įkaista. Tokie šildymo laidai skirtingomis sąlygomis ir panaudojimo tikslais gali būti: metalai, elektrolitai, plazma, išlydyti metalai, puslaidininkiai, pusmetaliai.

Paprasčiausiu atveju, jei, tarkime, per nichromo laidą praeis elektros srovė, ji įkais. Šis reiškinys naudojamas šildymo įrenginiuose: elektriniuose virduliuose, katiluose, šildytuvuose, elektrinėse viryklėse ir kt. Suvirinant elektros lanku, elektros lanko temperatūra paprastai siekia 7000 ° C, o metalas lengvai tirpsta, tai taip pat yra šilumos srovės poveikis.

Šilumos kiekis, išsiskiriantis grandinės atkarpoje, priklauso nuo šiai sekcijai taikomos įtampos, tekančios srovės vertės ir jos tekėjimo laiko (Džaulio-Lenco dėsnis).

Pavertę Omo dėsnį grandinės atkarpai, šilumos kiekiui apskaičiuoti galite naudoti įtampą arba srovę, tačiau tuomet turite žinoti grandinės varžą, nes ji riboja srovę ir iš tikrųjų sukelia šildymą. Arba, žinodami grandinės srovę ir įtampą, taip pat lengvai galite rasti pagamintos šilumos kiekį.

Cheminis elektros srovės poveikis

Elektrolitai, kuriuose yra jonų, veikiant nuolatine elektros srove elektrolizuotas — tai cheminis srovės veikimas. Neigiami jonai (anijonai) elektrolizės metu pritraukiami prie teigiamo elektrodo (anodo), o teigiami jonai (katijonai) – prie neigiamo elektrodo (katodo). Tai yra, elektrolite esančios medžiagos išsiskiria elektrolizės metu srovės šaltinio elektroduose.

Pavyzdžiui, elektrodų pora panardinama į tam tikros rūgšties, šarmo ar druskos tirpalą, o elektros srovei einant per grandinę viename elektrode susidaro teigiamas krūvis, o kitame – neigiamas. Tirpale esantys jonai pradeda nusodinti ant elektrodo atvirkštiniu įkrovimu.

Pavyzdžiui, vario sulfato (CuSO4) elektrolizės metu teigiamą krūvį turintys vario katijonai Cu2 + pereina į neigiamai įkrautą katodą, kur gauna trūkstamą krūvį, ir virsta neutraliais vario atomais, nusėda ant elektrodo paviršiaus. Hidroksilo grupė -OH atiduos elektronus anodui ir dėl to išsiskirs deguonis. Teigiamo krūvio vandenilio katijonai H + ir neigiamo krūvio SO42- anijonai liks tirpale.

Cheminis elektros srovės veikimas naudojamas pramonėje, pavyzdžiui, vandeniui suskaidyti į sudedamąsias dalis (vandenilį ir deguonį). Be to, elektrolizė leidžia gauti kai kuriuos metalus gryna forma. Elektrolizės pagalba ant paviršiaus padengiamas plonas tam tikro metalo (nikelio, chromo) sluoksnis – viskas galvaninė danga ir tt

1832 m. Michaelas Faradėjus nustatė, kad ant elektrodo išsiskiriančios medžiagos masė m yra tiesiogiai proporcinga elektros krūviui q, pratekėjusiam per elektrolitą. Jei nuolatinė srovė I teka per elektrolitą laiką t, tada galioja pirmasis Faradėjaus elektrolizės dėsnis:

Čia proporcingumo koeficientas k vadinamas elektrocheminiu medžiagos ekvivalentu. Jis skaitine prasme yra lygus medžiagos masei, išsiskiriančiai, kai elektros krūvis praeina per elektrolitą, ir priklauso nuo cheminės medžiagos prigimties.

Magnetinis elektros srovės veikimas

Esant elektros srovei bet kuriame laidininke (kietoje, skystoje ar dujinėje būsenoje), aplink laidininką stebimas magnetinis laukas, tai yra, srovės laidininkas įgyja magnetines savybes.

Taigi, jei prie laido, kuriuo teka srovė, yra atvestas magnetas, pavyzdžiui, magnetinio kompaso adatos pavidalu, tada adata pasisuks statmenai vielai, o jei apvyniosite laidą ant geležinės šerdies ir praeisite tiesioginį srovė per laidą, šerdis taps elektromagnetu.

1820 metais Oerstedas atrado magnetinį srovės poveikį magnetinei adatai, o Amperas nustatė kiekybinius srovės laidų magnetinės sąveikos dėsnius.

Magnetinį lauką visada sukuria srovė, tai yra, judantys elektros krūviai, ypač įkrautos dalelės (elektronai, jonai). Priešingos srovės viena kitą atstumia, viena kitą traukia vienakryptės srovės.

Tokia mechaninė sąveika atsiranda dėl srovių magnetinių laukų sąveikos, tai yra, tai pirmiausia yra magnetinė sąveika, o tik tada - mechaninė. Taigi srovių magnetinė sąveika yra pirminė.

1831 m. Faradėjus nustatė, kad kintantis vienos grandinės magnetinis laukas generuoja srovę kitoje grandinėje: sukurtas EML yra proporcingas magnetinio srauto kitimo greičiui. Logiška, kad būtent magnetinis srovių veikimas iki šiol naudojamas visuose transformatoriuose, ne tik elektromagnetuose (pavyzdžiui, pramoniniuose).

Šviesos elektros srovės poveikis

Paprasčiausia elektros srovės šviesos efektas gali būti stebimas kaitrinėje lempoje, kurios ritė per ją einančios srovės įkaista iki baltos šilumos ir skleidžia šviesą.

Kaitinamosios lempos šviesos energija sudaro apie 5% tiekiamos elektros energijos, likusieji 95% paverčiama šiluma.

Liuminescencinės lempos efektyviau paverčia srovės energiją į šviesą – iki 20 % elektros energijos paverčiama matoma šviesa dėl gaunamų fosforo Ultravioletinė radiacija iš elektros iškrovos gyvsidabrio garuose arba inertinėse dujose, pavyzdžiui, neone.

Šviesos elektros srovės poveikis efektyviau realizuojamas šviesos dioduose. Kai elektros srovė praeina per pn sandūrą į priekį, krūvininkai – elektronai ir skylės – rekombinuojasi su fotonų emisija (dėl elektronų perėjimo iš vieno energijos lygio į kitą).

Geriausi šviesos skleidėjai yra tiesioginio tarpo puslaidininkiai (ty tie, kuriuose leidžiami tiesioginiai optiniai perėjimai), tokie kaip GaAs, InP, ZnSe arba CdTe. Pakeitus puslaidininkių sudėtį, šviesos diodai gali būti pagaminti visų tipų bangoms nuo ultravioletinių (GaN) iki vidutinio infraraudonųjų spindulių (PbS). LED, kaip šviesos šaltinio, efektyvumas siekia vidutiniškai 50%.

Mechaninis elektros srovės veikimas

Kaip minėta aukščiau, bet koks laidininkas, kuriuo teka elektros srovė, susidaro aplink save magnetinis laukas… Magnetiniai veiksmai paverčiami judesiu, pavyzdžiui, elektros varikliuose, magnetiniuose kėlimo įrenginiuose, magnetiniuose vožtuvuose, relėse ir kt.

Vienos srovės mechaninį poveikį kitai apibūdina Ampero dėsnis. Pirmą kartą šį dėsnį nuolatinei srovei nustatė Andre Marie Ampere 1820 m. Nuo Ampero dėsnis iš to seka, kad lygiagrečiai laidai, kurių elektros srovės teka viena kryptimi, traukia, o priešingomis kryptimis – atstumia.

Ampero dėsnis taip pat vadinamas dėsniu, kuris nustato jėgą, kuria magnetinis laukas veikia nedidelį srovės laidininko segmentą. Jėga, kuria magnetinis laukas veikia srovę nešančio laido elementą magnetiniame lauke, yra tiesiogiai proporcinga srovei laide ir elemento vektoriaus laido ilgio ir magnetinės indukcijos sandaugai.

Šis principas grindžiamas elektros variklių veikimas, kur rotorius atlieka rėmo vaidmenį, kurio srovė nukreipta į išorinį statoriaus magnetinį lauką sukimo momentu M.