Kas ir spriegums, strāva un pretestība: kā tos izmanto praksē

Elektrotehnikā terminus "strāva", "spriegums" un "pretestība" izmanto, lai aprakstītu elektriskajās ķēdēs notiekošos procesus. Katram no tiem ir savs mērķis ar īpašām īpašībām.

Elektrība

Šo vārdu lieto, lai raksturotu lādētu daļiņu (elektronu, caurumu, katjonu un anjonu) kustību caur noteiktu vielas vidi. Lādiņu nesēju virziens un skaits nosaka strāvas veidu un stiprumu.

Strāvas galvenie raksturlielumi ietekmē tās praktisko pielietojumu

Priekšnoteikums lādiņu plūsmai ir ķēdes klātbūtne vai, citiem vārdiem sakot, slēgta cilpa, kas rada apstākļus to kustībai. Ja kustīgo daļiņu iekšpusē veidojas tukšums, to virziena kustība nekavējoties apstājas.

Visi elektrībā izmantotie slēdži un aizsardzības līdzekļi darbojas pēc šī principa.Tie rada atdalīšanu starp vadošo daļu kustīgajiem kontaktiem un ar šo darbību pārtrauc elektriskās strāvas plūsmu, izslēdzot ierīci.

Enerģētikā visizplatītākā metode ir elektriskās strāvas radīšana, pateicoties elektronu kustībai metālos, kas izgatavoti vadu, riepu vai citu vadošu daļu veidā.

Papildus šai metodei tiek izmantota arī strāvas radīšana iekšpusē:

1. gāzes un elektrolītiskie šķidrumi elektronu vai katjonu un anjonu kustības dēļ — joni ar pozitīva un negatīva lādiņa zīmēm;

2. vakuuma, gaisa un gāzu vide, kas pakļauta elektronu kustībai, ko izraisa termiskā starojuma parādība;

3. pusvadītāju materiāli elektronu un caurumu kustības dēļ.

Elektrības trieciens var rasties, ja:

• ārējā elektriskā potenciāla starpības pielietošana lādētām daļiņām;

• apkures vadi, kas pašlaik nav supravadītāji;

• ķīmisko reakciju norise, kas saistītas ar jaunu vielu izdalīšanos;

• vadam pieliktā magnētiskā lauka ietekme.

Elektriskās strāvas viļņu forma var būt:

1. konstante taisnas līnijas veidā uz laika skalas;

2. mainīga sinusoidāla harmonika, ko labi apraksta trigonometriskās pamatattiecības;

3. līkumots, aptuveni līdzinās sinusoidālajam vilnim, bet ar asiem, izteiktiem leņķiem, kurus dažos gadījumos var labi nogludināt;

4. pulsējošs, kad virziens paliek nemainīgs bez izmaiņām, un amplitūda periodiski svārstās no nulles līdz maksimālajai vērtībai saskaņā ar skaidri definētu likumu.

Elektriskā strāva var būt noderīga personai, ja:

• pārveidots gaismas starojumā;

• rada siltuma elementu sildīšanu;

• veic mehāniskus darbus, pateicoties kustīgo enkuru pievilkšanai vai atgrūšanai vai rotoru rotācijai ar gultņos nostiprinātām piedziņām;

• dažos citos gadījumos rada elektromagnētisko starojumu.

Kad elektriskā strāva iet caur vadiem, bojājumus var izraisīt:

• pārmērīga strāvu nesošo ķēžu un kontaktu uzkaršana;

• izglītība virpuļstrāvas elektrisko mašīnu magnētiskajās ķēdēs;

• elektrības starojums elektromagnētiskie viļņi vidē un dažas līdzīgas parādības.

Elektrisko ierīču dizaineri un dažādu ķēžu izstrādātāji ņem vērā uzskaitītās elektriskās strāvas iespējas savās ierīcēs. Piemēram, virpuļstrāvu kaitīgo ietekmi transformatoros, motoros un ģeneratoros mazina, sajaucot serdeņus, ko izmanto magnētisko plūsmu pārvadīšanai. Tajā pašā laikā virpuļstrāva tiek veiksmīgi izmantota barotnes sildīšanai elektriskās krāsnīs un mikroviļņu krāsnīs, kas darbojas pēc indukcijas principa.

Maiņstrāvai ar sinusoidālu viļņu formu var būt atšķirīga svārstību frekvence laika vienībā - sekundē. Elektrisko instalāciju rūpnieciskā frekvence dažādās valstīs ir standartizēta ar skaitļiem 50 vai 60 herci. Citiem elektrotehnikas un radiobiznesa mērķiem tiek izmantoti signāli:

• zemas frekvences, ar zemākām vērtībām;

• augsta frekvence, ievērojami pārsniedzot rūpniecisko ierīču klāstu.

Ir vispārpieņemts, ka elektriskā strāva rodas, lādētām daļiņām kustoties noteiktā makroskopiskā vidē, un to sauc par vadīšanas strāvu... Taču, pārvietojoties makroskopiski lādētiem ķermeņiem, var rasties cita veida strāva, ko sauc par konvekciju. .

Kā metālos veidojas elektriskā strāva

Elektronu kustību tiem pieliktā nemainīga spēka ietekmē var salīdzināt ar izpletņlēcēja nolaišanos ar atvērtu nojume. Abos gadījumos tiek iegūta vienmērīgi paātrināta kustība.

Izpletņlēcējs gravitācijas ietekmē virzās uz zemi, kam pretojas gaisa pretestības spēks. Elektronus ietekmē tiem pieliktais spēks elektriskais lauks, un tā kustību apgrūtina nepārtrauktas sadursmes ar citām daļiņām — kristāla režģu joniem, kuru dēļ daļa pieliktā spēka iedarbības izdziest.

Abos gadījumos izpletņlēcēja vidējais ātrums un elektronu kustība sasniedz nemainīgu vērtību.

Tas rada diezgan unikālu situāciju, kad ātrums:

• elektrona pareizu kustību nosaka ar lielumu 0,1 milimetrs sekundē;

• elektriskās strāvas plūsma atbilst daudz lielākai vērtībai - gaismas viļņu izplatīšanās ātrumam: apmēram 300 tūkstoši kilometru sekundē.

Tādējādi elektriskās strāvas plūsma tiek radīts, kur elektroniem tiek pielikts spriegums, un rezultātā tie sāk kustēties ar gaismas ātrumu vadošajā vidē.

Elektroniem kustoties metāla kristāliskajā režģī, rodas vēl viena interesanta likumsakarība: tas saduras ar aptuveni katru desmito pretjonu.Tas nozīmē, ka tas veiksmīgi izvairās no aptuveni 90% jonu sadursmju.

Šo parādību var izskaidrot ne tikai ar fundamentālās klasiskās fizikas likumiem, kā to parasti saprot lielākā daļa cilvēku, bet arī ar papildu darbības likumiem, ko apraksta kvantu mehānikas teorija.

Ja īsi izsakām viņu darbību, tad varam iedomāties, ka elektronu kustību metālu iekšienē kavē smagie «šūpojošie» lielie joni, kas nodrošina papildu pretestību.

Īpaši šis efekts ir pamanāms karsējot metālus, kad palielinās smago jonu "šūpošanās" un samazinās vadu kristālisko režģu elektrovadītspēja.

Tāpēc, karsējot metālus, to elektriskā pretestība vienmēr palielinās, un, atdzesējot, to vadītspēja palielinās. Kad metāla temperatūra nokrītas līdz kritiskajām vērtībām, kas ir tuvu absolūtās nulles vērtībai, daudzos no tiem rodas supravadītspējas parādība.

Elektriskā strāva atkarībā no tās vērtības spēj veikt dažādas darbības. Lai kvantitatīvi novērtētu tā spējas, tiek ņemta vērtība, ko sauc par strāvas stiprumu. Tā izmērs starptautiskajā mērīšanas sistēmā ir 1 ampērs Lai norādītu strāvas stiprumu tehniskajā literatūrā, tiek pieņemts indekss «I».

spriegums

Šis termins tiek lietots kā fizikālā lieluma raksturlielums, kas izsaka darbu, kas pavadīts, pārnesot testa vienības elektrisko lādiņu no viena punkta uz otru, nemainot atlikušo lādiņu izvietojuma raksturu uz aktīvā lauka avotiem.

Tā kā sākuma un beigu punktiem ir atšķirīgs enerģijas potenciāls, darbs, kas tiek veikts, lai pārvietotu lādiņu jeb spriegumu, ir vienāds ar šo potenciālu starpības attiecību.

Sprieguma aprēķināšanai atkarībā no plūstošajām strāvām tiek izmantoti dažādi termini un metodes. Nevar būt:

1. konstante — elektrostatiskās un pastāvīgās strāvas ķēdēs;

2. maiņstrāva — ķēdēs ar maiņstrāvu un sinusoidālo strāvu.

Otrajā gadījumā tiek izmantoti šādi papildu raksturlielumi un stresa veidi:

• amplitūda — lielākā abscisu ass novirze no nulles stāvokļa;

• momentānā vērtība, kas tiek izteikta noteiktā laika brīdī;

• efektīvā, efektīvā vai, citādi sauktā, vidējā kvadrātiskā vērtība, kas noteikta pēc aktīvā darba vienā pusperiodā;

• rektificēta vidējā vērtība, kas aprēķināta modulo viena harmonikas perioda iztaisnošanas vērtība.

Sprieguma kvantitatīvā novērtējumam tika ieviesta starptautiskā mērvienība 1 volts un par tās apzīmējumu kļuva simbols «U».

Pārvadājot elektroenerģiju pa gaisvadu līnijām, balstu konstrukcija un to izmēri ir atkarīgi no izmantotā sprieguma vērtības. Tās vērtību starp fāzu vadītājiem sauc par lineāru un attiecībā pret katru vadītāju un zemējuma fāzi.

Šis noteikums attiecas uz visu veidu aviosabiedrībām.

Mūsu valsts sadzīves elektrotīklos standarts ir trīsfāzu spriegums 380/220 volti.

Elektriskā pretestība

Šo terminu lieto, lai raksturotu vielas īpašības, lai vājinātu elektriskās strāvas pāreju caur to.Šajā gadījumā var izvēlēties dažādas vides, mainīt vielas temperatūru vai tās izmērus.

Līdzstrāvas ķēdēs pretestība aktīvi darbojas, tāpēc to sauc par aktīvu. Katrai sadaļai tas ir tieši proporcionāls pielietotajam spriegumam un apgriezti proporcionāls plūstošajai strāvai.

Maiņstrāvas shēmās tiek ieviesti šādi jēdzieni:

• pretestība;

• viļņu pretestība.

Elektrisko pretestību sauc arī par komplekso vai komponentu pretestību:

• aktīvs;

• reaģējošs.

Reaktivitāte savukārt var būt:

• kapacitatīvs;

• induktīvs.

Aprakstīti savienojumi starp pretestības trīsstūra pretestības komponentiem.

Elektrodinamikas aprēķinos elektrolīnijas viļņu pretestību nosaka krītošā viļņa sprieguma attiecība pret pa viļņu līniju plūstošās strāvas vērtību.

Pretestības vērtība tiek ņemta par starptautisko mērvienību 1 omi.

Strāvas, sprieguma, pretestības attiecības

Klasisks piemērs šo raksturlielumu attiecības izteikšanai ir salīdzinājums ar hidraulisko ķēdi, kur dzīvības plūsmas kustības spēks (analogs - strāvas stiprums) ir atkarīgs no virzulim pieliktā spēka vērtības (izveidots spriegums) un plūsmas līniju raksturs, kas veidots no sašaurinājumiem (pretestība).

Matemātiskos likumus, kas apraksta elektriskās pretestības, strāvas un sprieguma attiecības, pirmo reizi publicēja un patentēja Georgs Omas. Viņš atvasināja likumus visai elektriskās ķēdes ķēdei un tās sadaļai. Plašāku informāciju skatiet šeit: Oma likuma piemērošana praksē

Ampermetrus, voltmetrus un ommetrus izmanto elektroenerģijas pamata elektrisko daudzumu mērīšanai.

Ampermetrs mēra strāvu, kas plūst caur ķēdi.Tā kā tā nemainās visā slēgtajā zonā, ampērmetrs tiek novietots jebkur starp sprieguma avotu un lietotāju, radot lādiņu pāreju caur ierīces mērgalvu.

Voltmetrs tiek izmantots, lai izmērītu spriegumu lietotāja spailēs, kas savienotas ar strāvas avotu.

Pretestības mērījumus ar ommetru var veikt tikai tad, kad lietotājs ir izslēgts. Tas ir tāpēc, ka ommetrs izvada kalibrētu spriegumu un mēra strāvu, kas plūst caur testa galviņu, kas tiek pārvērsta omos, dalot spriegumu ar strāvas vērtību.

Jebkurš ārēja mazjaudas sprieguma pieslēgums mērījuma laikā radīs papildu strāvas un izkropļo rezultātu. Ņemot vērā, ka ommetra iekšējās ķēdes ir mazjaudas, tad kļūdainu pretestības mērījumu gadījumā, pieliekot ārējo spriegumu, ierīce diezgan bieži sabojājas tādēļ, ka izdeg tās iekšējā ķēde.

Strāvas, sprieguma, pretestības pamatīpašību un to savstarpējo attiecību pārzināšana ļauj elektriķiem sekmīgi veikt savu darbu un droši darbināt elektrosistēmas, turklāt pieļautās kļūdas ļoti bieži beidzas ar nelaimes gadījumiem un traumām.