Elektrība

Kas ir elektriskā strāva

Elektrība — trieciena elektriski lādētu daļiņu virzīta kustība elektriskais lauks... Šādas daļiņas var būt: vadītājos - elektroni, elektrolītos - joni (katjoni un anjoni), pusvadītājos - elektroni un tā saucamie "caurumi" ("elektronu caurumu vadītspēja"). Ir arī "novirzes strāva", kuras plūsma ir saistīta ar kapacitātes uzlādes procesu, tas ir, no potenciālu starpības izmaiņām starp plāksnēm. Daļiņu kustība starp plāksnēm nenotiek, bet strāva plūst caur kondensatoru.

Elektrisko ķēžu teorijā strāva tiek uzskatīta par lādiņnesēju virzītu kustību vadošā vidē elektriskā lauka iedarbībā.

Vadības strāva (tikai strāva) elektrisko ķēžu teorijā ir elektroenerģijas daudzums, kas plūst laika vienībā caur stieples šķērsgriezumu: i = q /T, kur i — strāva. A; q = 1,6·109 — elektronu lādiņš, С; t — laiks, s.

Šī izteiksme ir derīga līdzstrāvas ķēdēm. Maiņstrāvas ķēdēm tā sauktās Momentānā strāvas vērtība, kas vienāda ar uzlādes izmaiņu ātrumu laika gaitā: i (t) = dq /dt.

Pirmais nosacījums attiecīgā veida elektriskās strāvas ilgstošai pastāvēšanai ir tāda avota vai ģeneratora klātbūtne, kas uztur potenciālu starpību starp lādiņnesējiem. Otrs nosacījums ir ceļa slēgšana. Jo īpaši, lai pastāvētu līdzstrāva, ir nepieciešams slēgts ceļš, pa kuru lādiņi var pārvietoties ķēdē, nemainot to vērtību.

Kā zināms, saskaņā ar elektrisko lādiņu nezūdamības likumu tos nevar izveidot vai iznīcināt. Tāpēc, ja jebkuru telpas tilpumu, kurā plūst elektriskās strāvas, ieskauj slēgta virsma, šajā tilpumā plūstošajai strāvai jābūt vienādai ar no tās izplūstošo strāvu.

Vairāk par šo: Elektriskās strāvas pastāvēšanas nosacījumi

Slēgto ceļu, pa kuru plūst elektriskā strāva, sauc par elektrisko ķēdi vai elektrisko ķēdi. Elektriskā ķēde — sadalīta divās daļās: iekšējā, kurā elektriski lādētas daļiņas pārvietojas pretēji elektrostatisko spēku virzienam, un ārējā daļa, kurā šīs daļiņas pārvietojas elektrostatisko spēku virzienā. Elektrodu galus, kuriem ir pievienota ārējā ķēde, sauc par skavām.

Tātad, elektriskā strāva rodas, kad elektriskās ķēdes daļā parādās elektriskais lauks vai potenciāla atšķirība starp diviem stieples punktiem. Iespējamā atšķirība starp diviem punktiem elektriskā ķēde sauc par spriegumu vai sprieguma kritumu šajā ķēdes sadaļā.

Termina "strāva" ("pašreizējais daudzums") vietā bieži tiek lietots termins "strāvas stiprums".Tomēr pēdējo nevar saukt par veiksmīgu, jo strāvas stiprums nav nekāds spēks vārda tiešajā nozīmē, bet tikai elektrisko lādiņu kustības intensitāte vadītājā, elektroenerģijas daudzums, kas laika vienībā iziet cauri šķērsgriezumam. vadītāja šķērsgriezuma laukums.
Strāva ir raksturota strāvas stiprums, ko SI sistēmā mēra ampēros (A), un strāvas blīvumu, ko SI sistēmā mēra ampēros uz kvadrātmetru.

Viens ampērs atbilst elektrības lādiņa kustībai pa stieples šķērsgriezumu vienā sekundē (s) viena kulona (C) apjomā:

1A = 1C/s.

Vispārīgā gadījumā, apzīmējot strāvu ar burtu i un lādiņu q, mēs iegūstam:

i = dq / dt.

Strāvas mērvienību sauc par ampēru (A).

Ampere (A) — līdzstrāvas stiprums, kas, ejot cauri diviem paralēliem bezgala garuma un nenozīmīga šķērsgriezuma taisniem vadītājiem, kas atrodas vakuumā 1 m attālumā viens no otra, rada starp šiem vadītājiem 2,10 -7 H uz katru garuma metru.

Strāva vadā ir 1 A, ja elektriskais lādiņš, kas vienāds ar 1 kulonu, iziet cauri stieples šķērsgriezumam 1 sekundē.

Rīsi. 1. Elektronu virziena kustība vadītājā

Ja uz vadu iedarbojas spriegums, tad vada iekšpusē rodas elektriskais lauks. Ar lauka intensitāti E spēks f = Ee iedarbojas uz lādiņa elektroniem e. Lielumi e un E ir vektora lielumi. Brīvā ceļa laikā elektroni iegūst virzītu kustību kopā ar haotisku. Katrs elektrons ir ar negatīvu lādiņu un saņem ātruma komponenti, kas ir pretēja vektoram E (1. att.). Sakārtotā kustība, ko raksturo noteikts vidējais elektronu ātrums vcp, nosaka elektriskās strāvas plūsmu.

Elektroniem var būt virzīta kustība retinātās gāzēs. Elektrolītos un jonizētās gāzēs strāva galvenokārt rodas jonu kustības dēļ. Saskaņā ar faktu, ka pozitīvi lādētie joni elektrolītos pārvietojas no pozitīvā pola uz negatīvo polu, vēsturiski tika pieņemts, ka strāvas virziens ir pretējs elektronu plūsmas virzienam.

Par virzienu, kurā pārvietojas pozitīvi lādētās daļiņas, tiek pieņemts strāvas virziens, t.i. virziens pretējs elektronu kustībai.
Elektrisko ķēžu teorijā strāvas virziens pasīvā ķēdē (ārpus enerģijas avotiem) tiek pieņemts kā pozitīvi lādētu daļiņu kustības virziens no lielāka potenciāla uz zemāku. Šis virziens tika pieņemts pašā elektrotehnikas attīstības sākumā un ir pretrunā ar patieso lādiņnesēju kustības virzienu - elektronu, kas virzās vadošās vidēs no mīnusa uz plusu.

Elektriskās strāvas virziens elektrolītā un brīvie elektroni vadītājā

Lielumu, kas vienāds ar strāvas attiecību pret šķērsgriezuma laukumu S, sauc par strāvas blīvumu: I / S

Šajā gadījumā tiek pieņemts, ka strāva ir vienmērīgi sadalīta visā stieples šķērsgriezumā. Strāvas blīvumu vados parasti mēra A / mm2.

Pēc elektrisko lādiņu nesēju veida un to kustības vides tos iedala vadošās strāvās un nobīdes strāvās... Vadītspēju iedala elektroniskajā un jonu. Stacionāriem režīmiem izšķir divu veidu strāvas: tiešās un mainīgās.

Elektrības trieciena pārnešanu sauc par elektrisko lādiņu pārnešanu no uzlādētām daļiņām vai ķermeņiem, kas pārvietojas brīvā telpā.Galvenais elektriskās strāvas pārvades veids ir elementāri lādētu daļiņu kustība dobumā (brīvo elektronu kustība elektronu caurulēs), brīvo jonu kustība gāzizlādes ierīcēs.

Nobīdes strāva (polarizācijas strāva) tiek saukta par saistīto elektrisko lādiņu nesēju sakārtotu kustību. Šāda veida strāvu var novērot dielektriķos.

Kopējā elektriskā strāva — skalāra vērtība, kas vienāda ar elektriskās vadīšanas strāvas, elektriskās pārvades strāvas un elektriskās nobīdes strāvas summu caur apskatāmo virsmu.

Konstantu sauc par strāvu, kas var mainīties pēc lieluma, bet nemaina savu zīmi patvaļīgi ilgu laiku. Vairāk par to lasiet šeit: DC

Magnetizējošā strāva — pastāvīgu mikroskopisku (ampēru) strāvu, kas ir iemesls magnetizēto vielu iekšējā magnētiskā lauka pastāvēšanai.

Mainīgie lielumi, ko sauc par strāvu, kas periodiski mainās gan lielumā, gan zīmē. Maiņstrāvu raksturojošais lielums ir frekvence (SI sistēmā to mēra hercos), ja tās stiprums periodiski mainās.

Virs stieples virsmas tiek novirzīta augstfrekvences maiņstrāva. Augstfrekvences strāvas izmanto mašīnbūvē detaļu virsmu termiskai apstrādei un metināšanai, metalurģijā metālu kausēšanai. Maiņstrāvas tiek iedalītas sinusoidālās un nesinusoidālās… Sinusoidālā strāva ir strāva, kas mainās saskaņā ar harmonikas likumu:

i = sin wt,

kur es esmu, - maksimālā (augstākā) pašreizējā vērtība, Ak,

Maiņstrāvas maiņas ātrumu raksturo tā biežums, kas definēts kā pilnīgu atkārtotu svārstību skaits laika vienībā.Frekvenci apzīmē ar burtu f, un to mēra hercos (Hz). Tātad tīkla strāvas frekvence 50 Hz atbilst 50 pilnām svārstībām sekundē. Leņķiskā frekvence w ir strāvas izmaiņu ātrums radiānos sekundē un ir saistīta ar frekvenci ar vienkāršu sakarību:

w = 2pi f

Stacionārās (fiksētās) līdzstrāvas un maiņstrāvas vērtības ar lielo burtu I nozīmē nestacionāras (momentānas) vērtības - ar burtu i. Parasti pozitīvais strāvas virziens ir pozitīvo lādiņu kustības virziens.

Maiņstrāva Tā ir strāva, kas laika gaitā mainās atbilstoši sinusoidālajam likumam.

Maiņstrāva nozīmē arī strāvu parastajos vienfāzes un trīsfāžu tīklos. Šajā gadījumā maiņstrāvas parametri mainās saskaņā ar harmonikas likumu.

Tā kā maiņstrāva laika gaitā mainās, vienkārši risinājumi, kas piemēroti līdzstrāvas ķēdēm, šeit nav tieši piemērojami. Ļoti augstās frekvencēs lādiņi var svārstīties — plūst no vienas ķēdes vietas uz citu un atpakaļ. Šajā gadījumā, atšķirībā no līdzstrāvas ķēdēm, virknē savienoto vadu strāvas var būt nevienlīdzīgas.

Maiņstrāvas ķēdēs esošās kapacitātes pastiprina šo efektu. Turklāt, mainoties strāvai, ir jūtami pašindukcijas efekti, kas kļūst nozīmīgi pat zemās frekvencēs, ja tiek izmantotas augstas induktivitātes spoles.

Salīdzinoši zemās frekvencēs maiņstrāvas ķēdi joprojām var aprēķināt, izmantojot Kirhhofa noteikumikas tomēr ir attiecīgi jāgroza.

Ķēdi, kas satur dažādus rezistorus, induktorus un kondensatorus, var uzskatīt par vispārinātu rezistoru, kondensatoru un induktors, kas savienots virknē.

Apsveriet tādas ķēdes īpašības, kas savienota ar sinusoidālo maiņstrāvas ģeneratoru. Lai formulētu noteikumus maiņstrāvas ķēžu aprēķināšanai, jums jāatrod attiecība starp sprieguma kritumu un strāvu katrai šādas ķēdes sastāvdaļai.

Kondensators spēlē pilnīgi atšķirīgas lomas maiņstrāvas un līdzstrāvas ķēdēs. Ja, piemēram, ķēdei ir pievienota elektroķīmiskā šūna, tad kondensators sāks uzlādētieslīdz spriegums tajā kļūst vienāds ar elementa emf. Pēc tam uzlāde tiks pārtraukta un strāva samazināsies līdz nullei.

Ja ķēde ir savienota ar ģeneratoru, tad vienā pusciklā elektroni plūdīs no kondensatora kreisās plāksnes un uzkrājas labajā pusē, bet otrā - otrādi.

Šie kustīgie elektroni veido maiņstrāvu, kuras stiprums ir vienāds abās kondensatora pusēs. Kamēr maiņstrāvas frekvence nav ļoti augsta, arī strāva caur rezistoru un induktors ir vienāda.

Ierīcēs, kas patērē maiņstrāvu, maiņstrāva bieži tiek iztaisnota taisngrieži lai iegūtu līdzstrāvu.

Elektriskās strāvas vadītāji

Elektriskā strāva visās tās formās ir kinētiska parādība, kas ir līdzīga šķidrumu plūsmai slēgtās hidrauliskajās sistēmās. Pēc analoģijas strāvas kustības procesu sauc par "plūsmu" (strāvas plūsmām).

Tiek saukts materiāls, kurā plūst strāva diriģents… Dažiem materiāliem zemās temperatūrās rodas supravadītspēja. Šajā stāvoklī tie gandrīz neuzrāda pretestību strāvai, to pretestība mēdz būt nulle.

Visos citos gadījumos vadītājs pretojas strāvas plūsmai, un rezultātā daļa elektrisko daļiņu enerģijas tiek pārvērsta siltumā.Strāvas stiprumu var aprēķināt pēc Oma likums ķēdes šķērsgriezumam un Oma likumu visai ķēdei.

Daļiņu kustības ātrums vados ir atkarīgs no stieples materiāla, daļiņas masas un lādiņa, vides temperatūras, pielietotās potenciālu starpības un ir daudz mazāks par gaismas ātrumu. Tomēr pašas elektriskās strāvas izplatīšanās ātrums ir vienāds ar gaismas ātrumu noteiktā vidē, tas ir, elektromagnētiskā viļņa priekšpuses izplatīšanās ātrumu.

Kā elektrība ietekmē cilvēka ķermeni

Strāva, kas iziet cauri cilvēka vai dzīvnieka ķermenim, var izraisīt elektriskus apdegumus, fibrilāciju vai nāvi. No otras puses, elektrisko strāvu izmanto intensīvajā terapijā, psihisku slimību, īpaši depresijas, ārstēšanai, atsevišķu smadzeņu zonu elektrisko stimulāciju izmanto tādu slimību ārstēšanai kā Parkinsona slimība un epilepsija, elektrokardiostimulators, kas stimulē sirds muskuli ar impulsu. strāva tiek izmantota bradikardijai. Cilvēkiem un dzīvniekiem strāvu izmanto nervu impulsu pārraidīšanai.

Drošības apsvērumu dēļ cilvēka minimālā uztverošā strāva ir 1 mA. Strāva kļūst bīstama cilvēka dzīvībai, sākot no aptuveni 0,01 A. Strāva kļūst nāvējoša cilvēkam, sākot no aptuveni 0,1 A. Spriegums, kas mazāks par 42 V, tiek uzskatīts par drošu.