Elektriskās strāvas iedarbība: termiskā, ķīmiskā, magnētiskā, vieglā un mehāniskā

Elektriskā strāva ķēdē vienmēr izpaužas ar kādu tās darbību. Tas var būt gan darbība pie noteiktas slodzes, gan vienlaicīga strāvas ietekme. Tādējādi pēc strāvas iedarbības var spriest par tās esamību vai neesamību noteiktā ķēdē: ja slodze darbojas, ir strāva. Ja tiek novērota tipiska parādība, kas pavada strāvu, ķēdē ir strāva utt.

Principā elektriskā strāva spēj izraisīt dažādas darbības: termiskas, ķīmiskas, magnētiskas (elektromagnētiskas), gaismas vai mehāniskas, un dažāda veida strāvas darbības bieži notiek vienlaicīgi. Šīs pašreizējās parādības un darbības tiks apspriestas šajā rakstā.

Elektriskās strāvas termiskais efekts

Kad caur vadu plūst tiešā vai maiņstrāva, vads uzsilst. Šādi sildīšanas vadi dažādos apstākļos un pielietojumos var būt: metāli, elektrolīti, plazma, kausēti metāli, pusvadītāji, pusmetāli.

Vienkāršākajā gadījumā, ja, teiksim, caur nihroma vadu iet elektriskā strāva, tā uzkarsīs. Šo parādību izmanto apkures ierīcēs: elektriskajās tējkannās, katlos, sildītājos, elektriskajās plītīs utt. Elektriskā loka metināšanā elektriskā loka temperatūra parasti sasniedz 7000 ° C, un metāls viegli kūst, tas ir arī strāvas siltuma efekts.

Siltuma daudzums, kas izdalās ķēdes sekcijā, ir atkarīgs no šai sekcijai pieliktā sprieguma, plūstošās strāvas vērtības un tās plūsmas laika (Džoula-Lenca likums).

Kad esat pārveidojis Oma likumu ķēdes sadaļai, varat izmantot spriegumu vai strāvu, lai aprēķinātu siltuma daudzumu, bet tad jums jāzina ķēdes pretestība, jo tā ierobežo strāvu un faktiski izraisa karsēšanu. Vai arī, zinot strāvu un spriegumu ķēdē, jūs varat tikpat viegli atrast saražotā siltuma daudzumu.

Elektriskās strāvas ķīmiskā darbība

Elektrolīti, kas satur jonus ar tiešo elektrisko strāvu elektrolizēts — tā ir strāvas ķīmiskā darbība. Negatīvie joni (anjoni) tiek piesaistīti pozitīvajam elektrodam (anodam) elektrolīzes laikā, un pozitīvie joni (katjoni) tiek piesaistīti negatīvajam elektrodam (katodam). Tas ir, vielas, kas atrodas elektrolītā, tiek atbrīvotas elektrolīzes laikā pie strāvas avota elektrodiem.

Piemēram, elektrodu pāris tiek iegremdēts noteiktas skābes, sārma vai sāls šķīdumā, un, kad elektriskā strāva iet caur ķēdi, uz viena elektroda tiek izveidots pozitīvs lādiņš, bet uz otra - negatīvs. Šķīdumā esošie joni sāk nogulsnēties uz elektroda ar apgrieztu uzlādi.

Piemēram, vara sulfāta (CuSO4) elektrolīzes laikā vara katjoni Cu2 + ar pozitīvu lādiņu pāriet uz negatīvi lādētu katodu, kur saņem trūkstošo lādiņu, un pārvēršas neitrālos vara atomos, nosēdinot uz elektroda virsmas. Hidroksilgrupa -OH nodos elektronus anodam, un rezultātā tiks atbrīvots skābeklis. Pozitīvi lādētie ūdeņraža katjoni H + un negatīvi lādētie SO42- anjoni paliks šķīdumā.

Elektriskās strāvas ķīmisko iedarbību izmanto rūpniecībā, piemēram, lai sadalītu ūdeni tā sastāvdaļās (ūdeņradi un skābekli). Arī elektrolīze ļauj iegūt dažus metālus tīrā veidā. Ar elektrolīzes palīdzību uz virsmas tiek uzklāts plāns noteikta metāla (niķeļa, hroma) slānis - tas arī viss galvaniskais pārklājums utt.

1832. gadā Maikls Faradejs konstatēja, ka pie elektroda izdalītās vielas masa m ir tieši proporcionāla elektriskajam lādiņam q, kas izgājis caur elektrolītu. Ja caur elektrolītu laiku t plūst līdzstrāva I, tad tiek piemērots pirmais Faradeja elektrolīzes likums:

Šeit proporcionalitātes koeficientu k sauc par vielas elektroķīmisko ekvivalentu. Tas ir skaitliski vienāds ar vielas masu, kas izdalās, elektriskajam lādiņam šķērsojot elektrolītu, un ir atkarīgs no vielas ķīmiskās īpašības.

Elektriskās strāvas magnētiskā darbība

Elektriskās strāvas klātbūtnē jebkurā vadītājā (cietā, šķidrā vai gāzveida stāvoklī) ap vadītāju tiek novērots magnētiskais lauks, tas ir, strāvu nesošais vadītājs iegūst magnētiskas īpašības.

Tātad, ja pie stieples, caur kuru plūst strāva, tiek pievadīts magnēts, piemēram, magnētiskā kompasa adatas veidā, tad adata pagriezīsies perpendikulāri vadam, un, ja jūs uztīsit vadu uz dzelzs serdes un izlaižat tiešu strāva caur vadu, kodols kļūs par elektromagnētu.

1820. gadā Oersted atklāja strāvas magnētisko ietekmi uz magnētisko adatu, un Ampere noteica strāvu nesošo vadu magnētiskās mijiedarbības kvantitatīvos likumus.

Magnētisko lauku vienmēr ģenerē strāva, tas ir, kustīgi elektriskie lādiņi, jo īpaši lādētas daļiņas (elektroni, joni). Pretējas straumes viena otru atgrūž, vienvirziena strāvas pievelk.

Šāda mehāniska mijiedarbība notiek strāvu magnētisko lauku mijiedarbības dēļ, tas ir, tā vispirms ir magnētiskā mijiedarbība un tikai pēc tam mehāniska. Tādējādi strāvu magnētiskā mijiedarbība ir primāra.

1831. gadā Faradejs atklāja, ka mainīgs magnētiskais lauks no vienas ķēdes ģenerē strāvu citā ķēdē: ģenerētais EML ir proporcionāls magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumam. Loģiski, ka tieši strāvu magnētiskā darbība tiek izmantota visos transformatoros, ne tikai elektromagnētos (piemēram, rūpnieciskajos).

Elektriskās strāvas gaismas efekts

Vienkāršākajā veidā elektriskās strāvas gaismas efektu var novērot kvēlspuldzē, kuras spoli caur to ejot strāvai uzkarsē līdz baltajam karstumam un izstaro gaismu.

Kvēlspuldzei gaismas enerģija veido aptuveni 5% no piegādātās elektroenerģijas, no kuras atlikušie 95% tiek pārvērsti siltumā.

Luminiscences spuldzes efektīvāk pārvērš strāvu gaismā — līdz 20% elektroenerģijas tiek pārvērsti redzamā gaismā, pateicoties fosforiem, kas uztver ultravioletais starojums no elektriskās izlādes dzīvsudraba tvaikos vai inertā gāzē, piemēram, neonā.

Elektriskās strāvas gaismas efekts efektīvāk tiek realizēts gaismas diodēs. Kad elektriskā strāva iet caur pn krustojumu virzienā uz priekšu, lādiņa nesēji — elektroni un caurumi — rekombinējas ar fotonu emisiju (sakarā ar elektronu pāreju no viena enerģijas līmeņa uz citu).

Labākie gaismas izstarotāji ir tiešās spraugas pusvadītāji (tas ir, tie, kuros ir atļautas tiešas optiskās pārejas), piemēram, GaAs, InP, ZnSe vai CdTe. Mainot pusvadītāju sastāvu, gaismas diodes var izgatavot visu veidu viļņu garumiem no ultravioletā (GaN) līdz vidējam infrasarkanajam (PbS). LED kā gaismas avota efektivitāte sasniedz vidēji 50%.

Elektriskās strāvas mehāniskā darbība

Kā minēts iepriekš, jebkurš vadītājs, caur kuru plūst elektriskā strāva, veidojas ap sevi magnētiskais lauks… Magnētiskās darbības tiek pārveidotas kustībā, piemēram, elektromotoros, magnētiskās pacelšanas ierīcēs, magnētiskajos vārstos, relejos utt.

Vienas strāvas mehānisko iedarbību uz otru apraksta Ampera likums. Pirmo reizi šo likumu 1820. gadā izveidoja Andre Marie Ampere attiecībā uz līdzstrāvu. No Ampera likums no tā izriet, ka paralēli vadi ar vienā virzienā plūstošām elektriskām strāvām pievelk, bet pretējās – atgrūž.

Ampera likumu sauc arī par likumu, kas nosaka spēku, ar kādu magnētiskais lauks iedarbojas uz nelielu strāvu nesoša vadītāja segmentu. Spēks, ar kādu magnētiskais lauks iedarbojas uz strāvu nesoša stieples elementu magnētiskajā laukā, ir tieši proporcionāls strāvai vadā un elementa vektora reizinājumam no stieples garuma un magnētiskās indukcijas.

Šis princips ir balstīts uz elektromotoru darbība, kur rotors spēlē rāmja lomu ar strāvu, kas orientēta statora ārējā magnētiskajā laukā ar griezes momentu M.