Ce este fizica curentului electric. Ce este curentul electric? Natura energiei electrice

Dacă un conductor izolat este plasat într-un câmp electric \(\overrightarrow(E)\), atunci forța \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) va acționa asupra sarcinilor libere \(q\) în conductor.Ca urmare, conductor, are loc o mișcare pe termen scurt a sarcinilor gratuite. Acest proces se va încheia atunci când câmpul electric propriu al sarcinilor care au apărut pe suprafața conductorului compensează complet câmpul exterior. Câmpul electrostatic rezultat în interiorul conductorului va fi zero.

Totuși, în conductoare, în anumite condiții, poate apărea o mișcare ordonată continuă a purtătorilor liberi de sarcină electrică.

Mișcarea direcționată a particulelor încărcate se numește curent electric.

Direcția de mișcare a sarcinilor libere pozitive este luată ca direcție a curentului electric. Pentru existența unui curent electric într-un conductor, este necesar să se creeze un câmp electric în acesta.

Măsura cantitativă a curentului electric este puterea curentului\(I\) este o mărime fizică scalară egală cu raportul sarcinii \(\Delta q\) transferată prin secțiunea transversală a conductorului (Fig. 1.8.1) pe intervalul de timp \(\Delta t\) , la acest interval de timp:

$$I = \frac(\Delta q)(\Delta t) $$

Dacă puterea curentului și direcția acestuia nu se schimbă în timp, atunci se numește un astfel de curent permanent .

În Sistemul Internațional de Unități SI, curentul este măsurat în Amperi (A). Unitatea de curent 1 A este stabilită prin interacțiunea magnetică a doi conductori paraleli cu curentul.

Un curent electric constant poate fi generat doar în circuit inchis , în care purtători de taxe gratuite circulă pe căi închise. Câmpul electric în diferite puncte ale unui astfel de circuit este constant în timp. În consecință, câmpul electric din circuitul de curent continuu are caracterul unui câmp electrostatic înghețat. Dar când se deplasează o sarcină electrică într-un câmp electrostatic de-a lungul unei căi închise, munca forțelor electrice este zero. Prin urmare, pentru existența curentului continuu, este necesar să existe în circuitul electric un dispozitiv care să poată crea și menține diferențe de potențial în secțiuni ale circuitului datorită muncii forțelor. origine neelectrostatică. Se numesc astfel de dispozitive surse de curent continuu . Sunt numite forțe de origine neelectrostatică care acționează asupra purtătorilor de sarcină liberi din surse de curent forțe exterioare .

Natura forțelor exterioare poate fi diferită. În celulele galvanice sau baterii, acestea apar ca rezultat al proceselor electrochimice; în generatoarele de curent continuu, forțele externe apar atunci când conductorii se mișcă într-un câmp magnetic. Sursa de curent din circuitul electric joacă același rol ca și pompa, care este necesară pentru pomparea fluidului într-un sistem hidraulic închis. Sub influența forțelor externe, sarcinile electrice se deplasează în interiorul sursei de curent împotriva forțele unui câmp electrostatic, datorită cărora un curent electric constant poate fi menținut într-un circuit închis.

Când sarcinile electrice se deplasează de-a lungul unui circuit de curent continuu, forțele externe care acționează în interiorul surselor de curent funcționează.

Se numește o mărime fizică egală cu raportul dintre munca \ (A_ (st) \) forțelor externe la mutarea sarcinii \ (q \) de la polul negativ al sursei de curent la cel pozitiv la valoarea acestei sarcini. sursă forță electromotoare (EMF):

$$EMF=\varepsilon=\frac(A_(st))(q). $$

Astfel, EMF este determinată de munca efectuată de forțele externe atunci când se deplasează o singură sarcină pozitivă. Forța electromotoare, ca și diferența de potențial, se măsoară în Volți (V).

Când o singură sarcină pozitivă se deplasează de-a lungul unui circuit de curent continuu închis, munca forțelor externe este egală cu suma EMF care acționează în acest circuit, iar munca câmpului electrostatic este zero.

Circuitul DC poate fi împărțit în secțiuni separate. Acele secțiuni asupra cărora forțele externe nu acționează (adică, secțiunile care nu conțin surse de curent) sunt numite omogen . Zonele care includ surse curente sunt numite eterogen .

Când o sarcină pozitivă unitară se mișcă de-a lungul unei anumite secțiuni a circuitului, atât forțele electrostatice (Coulomb) cât și cele externe funcționează. Lucrarea forțelor electrostatice este egală cu diferența de potențial \(\Delta \phi_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)\) dintre punctele inițiale (1) și finale (2) ale secțiunii neomogene. . Lucrul forțelor externe este, prin definiție, forța electromotoare \(\mathcal(E)\) care acționează asupra acestei secțiuni. Deci munca totală este

$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E)$$

valoarea U 12 este numit tensiune pe secțiunea de lanț 1-2. În cazul unei secțiuni omogene, tensiunea este egală cu diferența de potențial:

$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)$$

Fizicianul german G. Ohm în 1826 a stabilit experimental că puterea curentului \ (I \) care curge printr-un conductor metalic omogen (adică un conductor în care nu acționează forțe externe) este proporțională cu tensiunea \ (U \) la capetele conductorului:

$$I = \frac(1)(R)U; \: U = IR$$

unde \(R\) = const.

valoarea R numit rezistență electrică . Un conductor cu rezistență electrică se numește rezistor . Acest raport exprimă legea lui Ohm pentru secțiune omogenă a lanțului: Curentul dintr-un conductor este direct proporțional cu tensiunea aplicată și invers proporțional cu rezistența conductorului.

În SI, unitatea de măsură a rezistenței electrice a conductorilor este Ohm (Ohm). O rezistență de 1 ohm are o secțiune a circuitului în care, la o tensiune de 1 V, apare un curent de 1 A.

Conductorii care respectă legea lui Ohm se numesc liniar . Dependența grafică a intensității curentului \ (I \) de tensiunea \ (U \) (astfel de grafice se numesc caracteristici volt-amper , prescurtat VAC) este reprezentat de o linie dreaptă care trece prin origine. Trebuie remarcat faptul că există multe materiale și dispozitive care nu respectă legea lui Ohm, cum ar fi o diodă semiconductoare sau o lampă cu descărcare în gaz. Chiar și pentru conductorii metalici la curenți de rezistență suficient de mare, se observă o abatere de la legea liniară a lui Ohm, deoarece rezistența electrică a conductorilor metalici crește odată cu creșterea temperaturii.

Pentru o secțiune de circuit care conține EMF, legea lui Ohm este scrisă în următoarea formă:

$$IR = U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E) = \Delta \phi_(12) + \mathcal(E)$$
$$\culoare(albastru)(I = \frac(U)(R))$$

Acest raport se numește legea lui Ohm generalizată sau Legea lui Ohm pentru o secțiune de lanț neomogenă.

Pe fig. 1.8.2 prezintă un circuit DC închis. Secțiune de lanț ( CD) este omogen.

Legea lui Ohm

$$IR = \Delta\phi_(cd)$$

Complot ( ab) conține o sursă de curent cu EMF egal cu \(\mathcal(E)\).

Conform legii lui Ohm pentru o zonă eterogenă,

$$Ir = \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$

Adăugând ambele egalități, obținem:

$$I(R+r) = \Delta\phi_(cd) + \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$

Dar \(\Delta\phi_(cd) = \Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab)\).

$$\culoare(albastru)(I=\frac(\mathcal(E))(R + r))$$

Această formulă exprimă Legea lui Ohm pentru un circuit complet : puterea curentului într-un circuit complet este egală cu forța electromotoare a sursei, împărțită la suma rezistențelor secțiunilor omogene și neomogene ale circuitului (rezistența internă a sursei).

Rezistenţă r zonă eterogenă din fig. 1.8.2 poate fi văzut ca rezistența internă a sursei de curent . În acest caz, complotul ( ab) în fig. 1.8.2 este secțiunea internă a sursei. Dacă punctele Ași bînchideți cu un conductor a cărui rezistență este mică în comparație cu rezistența internă a sursei (\ (R\ \ll r\)), atunci circuitul va curge scurt circuit

$$I_(kz)=\frac(\mathcal(E))(r)$$

Curentul de scurtcircuit este curentul maxim care poate fi obținut de la o sursă dată cu forță electromotoare \(\mathcal(E)\) și rezistență internă \(r\). Pentru sursele cu rezistență internă scăzută, curentul de scurtcircuit poate fi foarte mare și poate provoca distrugerea circuitului sau sursei electrice. De exemplu, bateriile plumb-acid utilizate în automobile pot avea un curent de scurtcircuit de câteva sute de amperi. Deosebit de periculoase sunt scurtcircuitele din rețelele de iluminat alimentate de substații (mii de amperi). Pentru a evita efectul distructiv al unor astfel de curenți mari, în circuit sunt incluse siguranțe sau întreruptoare speciale.

În unele cazuri, pentru a preveni valorile periculoase ale curentului de scurtcircuit, o anumită rezistență externă este conectată în serie la sursă. Apoi rezistență r este egală cu suma rezistenței interne a sursei și a rezistenței externe, iar în cazul unui scurtcircuit, puterea curentului nu va fi excesiv de mare.

Dacă circuitul extern este deschis, atunci \(\Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab) = \mathcal(E)\), adică diferența de potențial la polii unei baterii deschise este egală cu EMF-ul său.

Dacă rezistenţa la sarcină externă R pornit și curentul trece prin baterie eu, diferența de potențial la polii săi devine egală cu

$$\Delta \phi_(ba) = \mathcal(E) - Ir$$

Pe fig. 1.8.3 este o reprezentare schematică a unei surse de curent continuu cu un EMF egal cu \(\mathcal(E)\) și rezistență internă rîn trei moduri: „reactiv”, lucru la sarcină și modul de scurtcircuit (scurtcircuit). Intensitatea \(\overrightarrow(E)\) a câmpului electric din interiorul bateriei și forțele care acționează asupra sarcinilor pozitive sunt indicate: \(\overrightarrow(F)_(e)\) - forța electrică și \(\overrightarrow( F)_(st )\) este o forță externă. În modul de scurtcircuit, câmpul electric din interiorul bateriei dispare.

Pentru a măsura tensiunile și curenții în circuitele electrice de curent continuu, se folosesc dispozitive speciale - voltmetreși ampermetre.

Voltmetru conceput pentru a măsura diferența de potențial aplicată la bornele sale. El se conectează paralel secţiunea circuitului pe care se face măsurarea diferenţei de potenţial. Orice voltmetru are o rezistență internă \(R_(V)\). Pentru ca voltmetrul să nu introducă o redistribuire vizibilă a curenților atunci când este conectat la circuitul măsurat, rezistența sa internă trebuie să fie mare în comparație cu rezistența secțiunii circuitului la care este conectat. Pentru circuitul prezentat în fig. 1.8.4, această condiție este scrisă astfel:

$$R_(B) \gg R_(1)$$

Această condiție înseamnă că curentul \(I_(V) = \Delta \phi_(cd) / R_(V)\) care curge prin voltmetru este mult mai mic decât curentul \(I = \Delta \phi_(cd) / R_ (1 )\), care curge prin secțiunea testată a circuitului.

Deoarece nu există forțe exterioare care acționează în interiorul voltmetrului, diferența de potențial la bornele acestuia coincide, prin definiție, cu tensiunea. Prin urmare, putem spune că voltmetrul măsoară tensiunea.

Ampermetru concepute pentru a măsura curentul din circuit. Ampermetrul este conectat în serie la întreruperea circuitului electric, astfel încât întregul curent măsurat să treacă prin acesta. Ampermetrul are și o anumită rezistență internă \(R_(A)\). Spre deosebire de voltmetru, rezistența internă a unui ampermetru trebuie să fie suficient de mică în comparație cu rezistența totală a întregului circuit. Pentru circuitul din fig. 1.8.4 rezistența ampermetrului trebuie să satisfacă condiția

$$R_(A) \ll (r + R_(1) + R(2))$$

astfel încât atunci când ampermetrul este pornit, curentul din circuit să nu se schimbe.

Instrumentele de măsurare - voltmetre și ampermetre - sunt de două tipuri: pointer (analogice) și digitale. Contoarele electrice digitale sunt dispozitive electronice complexe. De obicei, instrumentele digitale oferă o precizie mai mare de măsurare.

". Astăzi vreau să abordez un astfel de subiect precum curentul electric. Ce este? Să încercăm să ne amintim programa școlară.

Curentul electric este mișcarea ordonată a particulelor încărcate într-un conductor.

Dacă vă amintiți, pentru ca particulele încărcate să se miște (apare un curent electric), trebuie să creați un câmp electric. Pentru a crea un câmp electric, puteți efectua experimente atât de elementare, cum ar fi frecarea unui mâner de plastic pe lână și pentru o perioadă de timp va atrage obiecte ușoare. Corpurile capabile să atragă obiecte după frecare se numesc electrificate. Putem spune că corpul în această stare are sarcini electrice, iar corpurile în sine sunt numite încărcate. Din programa școlară, știm că toate corpurile sunt formate din particule (molecule) minuscule. O moleculă este o particulă dintr-o substanță care poate fi separată de un corp și va avea toate proprietățile inerente acestui corp. Moleculele corpurilor complexe sunt formate din diferite combinații de atomi de corpuri simple. De exemplu, o moleculă de apă este formată din două simple: un atom de oxigen și un atom de hidrogen.

Atomi, neutroni, protoni și electroni - ce sunt aceștia?

La rândul său, un atom este format dintr-un nucleu care se rotește în jurul lui electroni. Fiecare electron dintr-un atom are o mică sarcină electrică. De exemplu, un atom de hidrogen este format dintr-un nucleu al unui electron care se rotește în jurul lui. Nucleul unui atom este format, la rândul său, din protoni și neutroni. Nucleul unui atom, la rândul său, are o sarcină electrică. Protonii care alcătuiesc nucleul au aceleași sarcini electrice și electroni. Dar protonii, spre deosebire de electroni, sunt inactivi, dar masa lor este de multe ori mai mare decât masa unui electron. Particula neutronă, care face parte din atom, nu are sarcină electrică, este neutră. Electronii care se învârt în jurul nucleului unui atom și protonii care alcătuiesc nucleul sunt purtători de sarcini electrice egale. Între electron și proton există întotdeauna o forță de atracție reciprocă, iar între electroni înșiși și între protoni, forța de repulsie reciprocă. Din această cauză, electronul are o sarcină electrică negativă, iar protonul pozitiv. Din aceasta putem concluziona că există 2 tipuri de electricitate: pozitivă și negativă. Prezența particulelor încărcate egal într-un atom duce la faptul că între nucleul încărcat pozitiv al atomului și electronii care se rotesc în jurul lui, există forțe de atracție reciprocă care țin atomul împreună. Atomii diferă unul de celălalt prin numărul de neutroni și protoni din nuclee, motiv pentru care sarcina pozitivă a nucleelor ​​atomilor diferitelor substanțe nu este aceeași. La atomii de substanțe diferite, numărul de electroni rotativi nu este același și este determinat de sarcina pozitivă a nucleului. Atomii unor substanțe sunt legați ferm de nucleu, în timp ce în altele această legătură poate fi mult mai slabă. Aceasta explică diferitele forțe ale corpului. Sârma de oțel este mult mai rezistentă decât firul de cupru, ceea ce înseamnă că particulele de oțel sunt mai puternic atrase unele de altele decât particulele de cupru. Atractia dintre molecule este vizibila mai ales atunci cand sunt aproape una de alta. Cel mai izbitor exemplu este că două picături de apă se îmbină într-una singură la contact.

Incarcare electrica

În atom a oricărei substanțe, numărul de electroni care se rotesc în jurul nucleului este egal cu numărul de protoni conținuti în nucleu. Sarcina electrică a unui electron și a unui proton sunt egale ca mărime, ceea ce înseamnă că sarcina negativă a electronilor este egală cu sarcina pozitivă a nucleului. Aceste sarcini se echilibrează reciproc, iar atomul rămâne neutru. Într-un atom, electronii creează un înveliș de electroni în jurul nucleului. Învelișul de electroni și nucleul unui atom sunt în mișcare oscilatorie continuă. Când atomii se mișcă, se ciocnesc unul de altul și unul sau mai mulți electroni zboară din ei. Atomul încetează să mai fie neutru și devine încărcat pozitiv. Deoarece sarcina sa pozitivă a devenit mai negativă (conexiune slabă între electron și nucleu - metal și cărbune). În alte corpuri (lemn și sticlă), carcasele electronice nu sunt sparte. După desprinderea de atomi, electronii liberi se mișcă aleatoriu și pot fi capturați de alți atomi. Procesul aparițiilor și disparițiilor în organism este continuu. Pe măsură ce temperatura crește, viteza mișcării vibraționale a atomilor crește, ciocnirile devin mai dese, devin mai puternice, numărul de electroni liberi crește. Cu toate acestea, corpul rămâne neutru din punct de vedere electric, deoarece numărul de electroni și protoni din corp nu se modifică. Dacă o anumită cantitate de electroni liberi este îndepărtată din corp, atunci sarcina pozitivă devine mai mare decât sarcina totală. Corpul va fi încărcat pozitiv și invers. Dacă în organism se creează o lipsă de electroni, atunci acesta este încărcat suplimentar. Dacă excesul este negativ. Cu cât această deficiență sau exces este mai mare, cu atât sarcina electrică este mai mare. În primul caz (particule încărcate mai pozitiv), corpurile sunt numite conductoare (metale, soluții apoase de săruri și acizi), iar în al doilea (lipsa de electroni, particule încărcate negativ) dielectrici sau izolatori (chihlimbar, cuarț, ebonită). Pentru existența continuă a unui curent electric, este necesar să se mențină constant o diferență de potențial în conductor.

Ei bine, ăsta s-a terminat un mic curs de fizică. Cred că, cu ajutorul meu, v-ați amintit de programa școlară pentru clasa a VII-a și vom analiza care este diferența de potențial în următorul meu articol. Până ne întâlnim din nou pe paginile site-ului.

Aceasta este mișcarea ordonată a anumitor particule încărcate. Pentru a utiliza în mod competent întregul potențial al electricității, este necesar să înțelegeți clar toate principiile dispozitivului și funcționarea curentului electric. Deci, să ne dăm seama ce sunt munca și puterea curentă.

De unde vine electricitatea?

În ciuda aparentei simplități a întrebării, puțini sunt capabili să dea un răspuns inteligibil. Desigur, în zilele noastre, când tehnologia se dezvoltă cu o viteză incredibilă, o persoană nu se gândește în mod deosebit la lucruri atât de elementare precum principiul de funcționare a curentului electric. De unde vine electricitatea? Cu siguranță mulți vor răspunde „Ei bine, de la priză, desigur” sau pur și simplu vor ridica din umeri. Între timp, este foarte important să înțelegem cum funcționează curentul. Acest lucru ar trebui să fie cunoscut nu numai oamenilor de știință, ci și oamenilor care nu au nicio legătură cu lumea științelor, pentru dezvoltarea lor generală versatilă. Dar a putea folosi corect principiul funcționării curente nu este pentru toată lumea.

Deci, mai întâi trebuie să înțelegeți că electricitatea nu vine de nicăieri: este produsă de generatoare speciale care sunt amplasate la diferite centrale electrice. Datorită muncii de rotire a palelor turbinelor, aburul obținut în urma încălzirii apei cu cărbuni sau ulei generează energie, care este ulterior transformată în energie electrică cu ajutorul unui generator. Generatorul este foarte simplu: în centrul dispozitivului se află un magnet imens și foarte puternic, care face ca sarcinile electrice să se deplaseze de-a lungul firelor de cupru.

Cum ajunge electricitatea în casele noastre?

După ce s-a obținut o anumită cantitate de curent electric cu ajutorul energiei (termică sau nucleară), acesta poate fi furnizat oamenilor. O astfel de furnizare de energie electrică funcționează după cum urmează: pentru ca electricitatea să ajungă cu succes în toate apartamentele și întreprinderile, trebuie „împinsă”. Și pentru aceasta trebuie să creșteți forța care o va face. Se numește tensiunea curentului electric. Principiul de funcționare este următorul: curentul trece prin transformator, ceea ce îi crește tensiunea. În plus, curentul electric circulă prin cabluri instalate adânc în subteran sau la înălțime (deoarece tensiunea ajunge uneori la 10.000 de volți, ceea ce este mortal pentru oameni). Când curentul ajunge la destinație, trebuie să treacă din nou prin transformator, care acum își va reduce tensiunea. Apoi trece prin fire la scuturile instalate în blocuri de apartamente sau alte clădiri.

Electricitatea transportată prin fire poate fi utilizată datorită sistemului de prize, conectând la acestea aparatele de uz casnic. Firele suplimentare sunt purtate în pereți, prin care curge curentul electric, iar datorită acestuia, iluminatul și toate aparatele din casă funcționează.

Ce este munca curentă?

Energia pe care o transportă curentul electric în sine este transformată în timp în lumină sau căldură. De exemplu, atunci când aprindem o lampă, forma electrică a energiei este transformată în lumină.

Vorbind într-un limbaj accesibil, munca curentului este acțiunea pe care electricitatea în sine a produs-o. Mai mult, poate fi foarte ușor calculat prin formulă. Pe baza legii conservării energiei, putem concluziona că energia electrică nu a dispărut, s-a schimbat complet sau parțial într-o altă formă, degajând în același timp o anumită cantitate de căldură. Această căldură este lucrarea curentului când trece prin conductor și îl încălzește (se produce schimbul de căldură). Așa arată formula Joule-Lenz: A \u003d Q \u003d U * I * t (munca este egală cu cantitatea de căldură sau produsul puterii curente și timpul în care a trecut prin conductor).

Ce înseamnă curent continuu?

Curentul electric este de două tipuri: alternativ și continuu. Ele diferă prin faptul că acesta din urmă nu își schimbă direcția, are două cleme (pozitiv „+” și negativ „-”) și își începe întotdeauna mișcarea de la „+”. Și curentul alternativ are două terminale - fază și zero. Din cauza prezenței unei faze la capătul conductorului se mai numește și monofazat.

Principiile dispozitivului de curent electric alternativ și continuu monofazat sunt complet diferite: spre deosebire de curentul continuu, curentul alternativ își schimbă atât direcția (formând un flux atât de la fază spre zero, cât și de la zero spre fază), cât și amploarea sa. . Deci, de exemplu, curentul alternativ schimbă periodic valoarea încărcăturii sale. Se dovedește că la o frecvență de 50 Hz (50 de oscilații pe secundă), electronii își schimbă direcția mișcării de exact 100 de ori.

Unde se folosește curentul continuu?

Curentul electric direct are unele caracteristici. Datorită faptului că curge strict într-o singură direcție, este mai dificil să-l transformi. Următoarele elemente pot fi considerate surse de curent continuu:

• baterii (atât alcaline, cât și acide);
• baterii convenționale utilizate în aparatele mici;
• precum și diverse dispozitive precum convertoare.

Funcționare DC

Care sunt principalele sale caracteristici? Acestea sunt munca și puterea curentă, iar ambele concepte sunt foarte strâns legate între ele. Puterea înseamnă viteza de lucru pe unitatea de timp (pe 1 s). Conform legii Joule-Lenz, obținem că munca unui curent electric continuu este egal cu produsul dintre puterea curentului însuși, tensiunea și timpul în care munca câmpului electric a fost finalizată pentru a transfera sarcini de-a lungul conductorul.

Așa arată formula pentru găsirea lucrului curentului, ținând cont de legea rezistenței lui Ohm în conductori: A \u003d I 2 * R * t (lucrarea este egală cu pătratul puterii curentului înmulțit cu valoarea a rezistenţei conductorului şi încă o dată înmulţită cu valoarea timpului pentru care s-a lucrat).

Ce este curentul electric

Mișcarea direcțională a particulelor încărcate electric sub influența . Astfel de particule pot fi: în conductori - electroni, în electroliți - ioni (cationi și anioni), în semiconductori - electroni și așa-numitele „găuri” („conductivitate electron-hole”). Există, de asemenea, un „curent de polarizare”, al cărui flux se datorează procesului de încărcare a capacității, adică modificarea diferenței de potențial dintre plăci. Între plăci, nu are loc nicio mișcare a particulelor, dar curentul trece prin condensator.

În teoria circuitelor electrice, curentul este considerat a fi mișcarea direcționată a purtătorilor de sarcină într-un mediu conductor sub acțiunea unui câmp electric.

Curentul de conducere (pur și simplu curent) în teoria circuitelor electrice este cantitatea de electricitate care curge pe unitatea de timp prin secțiunea transversală a conductorului: i \u003d q / t, unde i este curentul. DAR; q \u003d 1,6 10 9 - sarcina electronilor, C; t - timp, s.

Această expresie este valabilă pentru circuitele DC. Pentru circuitele de curent alternativ, se folosește așa-numita valoare a curentului instantaneu, egală cu rata de modificare a sarcinii în timp: i (t) \u003d dq / dt.

Un curent electric apare atunci când apare un câmp electric într-o secțiune a unui circuit electric sau o diferență de potențial între două puncte ale unui conductor. Diferența de potențial dintre două puncte se numește tensiune sau căderea de tensiune în această secțiune a circuitului.

În loc de termenul „curent” („valoarea curentă”), este adesea folosit termenul „puterența curentului”. Cu toate acestea, acesta din urmă nu poate fi numit succes, deoarece puterea curentului nu este orice forță în sensul literal al cuvântului, ci doar intensitatea mișcării sarcinilor electrice în conductor, cantitatea de electricitate care trece pe unitatea de timp prin cruce. -zona de secțiune a conductorului.
Este caracterizat curentul, care în sistemul SI se măsoară în amperi (A), și densitatea de curent, care în sistemul SI se măsoară în amperi pe metru pătrat.
Un amper corespunde mișcării prin secțiunea transversală a conductorului timp de o secundă (s) a unei sarcini de electricitate a unui pandantiv (C):

1A = 1C/s.

În cazul general, notând curentul cu litera i și sarcina cu q, obținem:

i = dq / dt.

Unitatea de măsură a curentului se numește amper (A). Curentul din conductor este de 1 A dacă o sarcină electrică egală cu 1 pandantiv trece prin secțiunea transversală a conductorului în 1 secundă.

Dacă o tensiune acționează de-a lungul conductorului, atunci în interiorul conductorului apare un câmp electric. Când intensitatea câmpului E, electronii cu sarcină e sunt afectați de forța f = Ee. Valorile f și E sunt vectoriale. În timpul drumului liber, electronii capătă o mișcare direcționată împreună cu una haotică. Fiecare electron are o sarcină negativă și primește o componentă de viteză direcționată opus vectorului E (Fig. 1). Mișcarea ordonată, caracterizată printr-o anumită viteză medie a electronilor vcp, determină fluxul de curent electric.

Electronii pot avea, de asemenea, mișcare direcționată în gazele rarefiate. În electroliți și gaze ionizate, fluxul de curent se datorează în principal mișcării ionilor. În conformitate cu faptul că în electroliți ionii încărcați pozitiv se deplasează de la polul pozitiv la cel negativ, din punct de vedere istoric, direcția curentului a fost considerată opusă direcției mișcării electronilor.

Direcția curentului este considerată direcția în care se mișcă particulele încărcate pozitiv, adică. direcția opusă mișcării electronilor.
În teoria circuitelor electrice, direcția de mișcare a particulelor încărcate pozitiv de la un potențial mai mare la unul mai mic este luată ca direcție a curentului într-un circuit pasiv (surse de energie din afara). Această direcție a fost luată chiar de la începutul dezvoltării ingineriei electrice și contrazice adevărata direcție de mișcare a purtătorilor de sarcină - electronii care se deplasează în medii conductoare de la minus la plus.

Valoarea egală cu raportul dintre curent și aria secțiunii transversale S se numește densitate de curent (notat δ): δ= ESTE

Se presupune că curentul este distribuit uniform pe secțiunea transversală a conductorului. Densitatea curentului în fire este de obicei măsurată în A/mm2.

După tipul de purtători ai sarcinilor electrice și mijlocul mișcării acestora, aceștia se disting curenti de conducereşi curenţii de deplasare. Conductibilitatea este împărțită în electronică și ionică. Pentru modurile constante, se disting două tipuri de curenți: continui și alternativi.

Transfer de curent electric numit fenomen de transfer al sarcinilor electrice de către particule încărcate sau corpuri care se deplasează în spațiul liber. Principalul tip de transfer de curent electric este mișcarea în golul particulelor elementare cu sarcină (mișcarea electronilor liberi în tuburile electronice), mișcarea ionilor liberi în dispozitivele cu descărcare în gaz.

Curent electric de deplasare (curent de polarizare) numită mișcare ordonată a purtătorilor legați de sarcini electrice. Acest tip de curent poate fi observat în dielectrici.
Curent electric complet este o valoare scalară egală cu suma curentului de conducere electrică, a curentului electric de transfer și a curentului electric de deplasare prin suprafața considerată.

Un curent constant este un curent care poate varia în mărime, dar nu își schimbă semnul pentru o perioadă de timp arbitrar de lungă. Citiți mai multe despre asta aici:

Un curent alternativ este un curent care se schimbă periodic atât ca mărime, cât și ca semn.Mărimea care caracterizează curentul alternativ este frecvența (în sistemul SI se măsoară în herți), în cazul în care puterea acestuia se modifică periodic. Curent alternativ de înaltă frecvențăîmpins la suprafața conductorului. Curenții de înaltă frecvență sunt utilizați în inginerie mecanică pentru tratarea termică a suprafețelor pieselor și sudare, în metalurgie pentru topirea metalelor.Curenții alternativi se împart în sinusoidale și nesinusoidal. Un curent sinusoidal este un curent care se modifică conform unei legi armonice:

i = Im sin ωt,

Rata de schimbare a curentului alternativ este caracterizată de aceasta, definită ca numărul de oscilații complete repetitive pe unitatea de timp. Frecvența este notă cu litera f și se măsoară în herți (Hz). Deci, frecvența curentului în rețea 50 Hz corespunde la 50 de oscilații complete pe secundă. Frecvența unghiulară ω este viteza de schimbare a curentului în radiani pe secundă și este legată de frecvență printr-o relație simplă:

ω = 2πf

Valori constante (fixe) ale curenților continui și alternativi desemnați cu litera I valori instabile (instantanee) - cu litera i. Direcția condiționată pozitivă a curentului este considerată direcția de mișcare a sarcinilor pozitive.

Acesta este un curent care se modifică conform legii sinusului în timp.

Curentul alternativ înseamnă și curent în rețelele convenționale monofazate și trifazate. În acest caz, parametrii curentului alternativ se modifică conform legii armonice.

Deoarece curentul alternativ variază în timp, metodele simple de rezolvare a problemelor potrivite pentru circuitele de curent continuu nu sunt aplicabile direct aici. La frecvențe foarte înalte, sarcinile pot oscila - curge dintr-un loc în circuit în altul și înapoi. În acest caz, spre deosebire de circuitele DC, curenții din conductorii conectați în serie pot să nu fie aceiași. Capacitatele prezente în circuitele de curent alternativ amplifică acest efect. În plus, atunci când curentul se modifică, intră în joc efecte de auto-inducție, care devin semnificative chiar și la frecvențe joase, dacă se folosesc bobine cu inductanțe mari. La frecvențe relativ scăzute, circuitele de curent alternativ pot fi încă calculate folosind , care, totuși, trebuie modificată în consecință.

Un circuit care include diverse rezistențe, inductori și condensatori poate fi considerat ca și cum ar consta dintr-un rezistor generalizat, un condensator și un inductor conectat în serie.

Luați în considerare proprietățile unui astfel de circuit conectat la un alternator sinusoidal. Pentru a formula reguli pentru proiectarea circuitelor de curent alternativ, este necesar să se găsească relația dintre căderea de tensiune și curent pentru fiecare dintre componentele unui astfel de circuit.

Joacă roluri complet diferite în circuitele AC și DC. Dacă, de exemplu, un element electrochimic este conectat la circuit, atunci condensatorul va începe să se încarce până când tensiunea pe el devine egală cu EMF-ul elementului. Apoi încărcarea se va opri și curentul va scădea la zero. Dacă circuitul este conectat la un alternator, atunci într-o jumătate de ciclu electronii vor curge din partea stângă a condensatorului și se vor acumula pe dreapta și invers în celălalt. Acești electroni în mișcare sunt un curent alternativ, a cărui putere este aceeași pe ambele părți ale condensatorului. Atâta timp cât frecvența curentului alternativ nu este foarte mare, curentul prin rezistor și inductor este, de asemenea, același.

În dispozitivele care consumă AC, AC este adesea rectificat de redresoare pentru a produce DC.

Conductori electrici

Materialul în care curge curentul se numește. Unele materiale devin supraconductoare la temperaturi scăzute. În această stare, nu oferă aproape nicio rezistență la curent, rezistența lor tinde spre zero. În toate celelalte cazuri, conductorul rezistă la fluxul de curent și, ca urmare, o parte din energia particulelor electrice este convertită în căldură. Puterea curentului poate fi calculată folosind pentru o secțiune a circuitului și legea lui Ohm pentru un circuit complet.

Viteza particulelor în conductori depinde de materialul conductorului, de masa și sarcina particulei, de temperatura ambiantă, de diferența de potențial aplicată și este mult mai mică decât viteza luminii. În ciuda acestui fapt, viteza de propagare a curentului electric real este egală cu viteza luminii într-un mediu dat, adică viteza de propagare a frontului unei unde electromagnetice.

Cum afectează curentul corpul uman

Curentul trecut prin corpul uman sau animal poate provoca arsuri electrice, fibrilație sau moarte. Pe de altă parte, curentul electric este folosit în terapie intensivă, pentru tratamentul bolilor psihice, în special a depresiei, stimularea electrică a anumitor zone ale creierului este folosită pentru tratarea unor boli precum boala Parkinson și epilepsia, un stimulator cardiac care stimulează mușchiul inimii. cu un curent pulsat este folosit pentru bradicardie. La oameni și animale, curentul este folosit pentru a transmite impulsurile nervoase.

Conform măsurilor de siguranță, curentul minim perceptibil este de 1 mA. Curentul devine periculos pentru viața umană începând de la o putere de aproximativ 0,01 A. Curentul devine fatal pentru o persoană pornind de la o putere de aproximativ 0,1 A. O tensiune mai mică de 42 V este considerată sigură.

Condiții pentru apariția curentului

Știința modernă a creat teorii care explică procesele naturale. Multe procese se bazează pe unul dintre modelele structurii atomului, așa-numitul model planetar. Conform acestui model, un atom este format dintr-un nucleu încărcat pozitiv și un nor de electroni încărcat negativ care înconjoară nucleul. Diferitele substanțe constând din atomi, în cea mai mare parte, sunt stabile și neschimbate în proprietățile lor în condiții de mediu neschimbate. Dar în natură există procese care pot modifica starea stabilă a substanțelor și pot provoca în aceste substanțe un fenomen numit curent electric.

Un astfel de proces de bază pentru natură este frecarea. Mulți oameni știu că dacă vă pieptăni cu un pieptene din anumite tipuri de plastic, sau porți haine din anumite tipuri de țesături, există un efect de lipire. Părul este atras și se lipește de pieptene și același lucru se întâmplă și cu hainele. Acest efect se explică prin frecare, care încalcă stabilitatea materialului pieptenului sau țesăturii. Norul de electroni se poate mișca în raport cu nucleul sau se poate prăbuși parțial. Și, ca urmare, substanța capătă o sarcină electrică, al cărei semn este determinat de structura acestei substanțe. Sarcina electrică rezultată din frecare se numește electrostatică.

Se dovedește o pereche de substanțe încărcate. Fiecare substanță are un anumit potențial electric. Un câmp electric, în acest caz un câmp electrostatic, acționează asupra spațiului dintre două substanțe încărcate. Eficacitatea unui câmp electrostatic depinde de mărimea potențialelor și este definită ca diferență de potențial sau tensiune.

• Când apare o tensiune, în spațiul dintre potențiale, apare o mișcare direcționată a particulelor încărcate de substanțe - un curent electric.

Unde curge curentul electric?

În acest caz, potențialele vor scădea dacă frecarea se oprește. Și, în final, potențialele vor dispărea, iar substanțele își vor recăpăta stabilitatea.

Dar dacă procesul de formare a potențialelor și tensiunii continuă în direcția creșterii lor, curentul va crește și el în funcție de proprietățile substanțelor care umplu spațiul dintre potențiale. Cea mai evidentă demonstrație a unui astfel de proces este fulgerul. Frecarea curenților de aer ascendenți și descendenți unul împotriva celuilalt duce la apariția unei tensiuni uriașe. Ca urmare, un potențial este format de curenți ascendenți de pe cer, iar celălalt de curenți descendenți de pe pământ. Și, în cele din urmă, datorită proprietăților aerului, ia naștere un curent electric sub formă de fulger.

• Prima cauză a curentului electric este tensiunea.
• Al doilea motiv pentru apariția unui curent electric este spațiul în care acționează tensiunea - dimensiunile sale și cu ce este umplut.

Tensiunea vine din mai mult decât din frecare. Alte procese fizice și chimice care perturbă echilibrul atomilor materiei duc și ele la apariția tensiunii. Tensiunea apare doar ca rezultat al interacțiunii

• o substanță cu o altă substanță;
• una sau mai multe substanțe cu un câmp sau radiație.

Stresul poate proveni din:

• o reacție chimică care are loc în materie, cum ar fi în toate bateriile și acumulatorii, precum și în toate ființele vii;
• radiații electromagnetice, cum ar fi panourile solare și generatoarele de energie termică;
• câmp electromagnetic, ca, de exemplu, în toate dinamurile.

Curentul electric are o natură corespunzătoare substanței în care circulă. Prin urmare, diferă:

• în metale;

• în lichide și gaze;

• în semiconductori

În metale, curentul electric este format doar din electroni, în lichide și gaze - din ioni, în semiconductori - din electroni și „găuri”.

Curent continuu și alternativ

Tensiunea relativă la potențialele sale, ale cărei semne rămân neschimbate, se poate schimba doar în mărime.

• În acest caz, apare un curent electric constant sau pulsat.

Curentul electric depinde de durata acestei modificări și de proprietățile spațiului umplut cu materie dintre potențiale.

• Dar dacă semnele potențialelor se modifică și aceasta duce la o schimbare a direcției curentului, se numește variabilă, ca și tensiunea care o determină.

Viața și curentul electric

Pentru evaluările cantitative și calitative ale curentului electric în știința și tehnologia modernă se folosesc anumite legi și cantități. Principalele legi sunt:

• legea lui Coulomb;
• Legea lui Ohm.

Charles Coulomb în anii 80 ai secolului al XVIII-lea a determinat apariția tensiunii, iar Georg Ohm în anii 20 ai secolului al XIX-lea a determinat apariția curentului electric.

În natură și în civilizația umană, este folosit în principal ca purtător de energie și informații, iar subiectul studiului și utilizării sale este la fel de vast ca viața însăși. De exemplu, studiile au arătat că toate organismele vii trăiesc deoarece mușchii inimii se contractă din cauza impactului impulsurilor de curent electric generate în organism. Toți ceilalți mușchi lucrează în același mod. La divizare, o celulă folosește informații bazate pe un curent electric la frecvențe extrem de înalte. Lista faptelor similare cu precizări poate fi continuată în volumul cărții.

Au fost deja făcute o mulțime de descoperiri legate de curentul electric și mai sunt multe de făcut. Prin urmare, odată cu apariția noilor instrumente de cercetare, apar noi legi, materiale și alte rezultate pentru utilizarea practică a acestui fenomen.