Vadītājos noteiktos apstākļos var notikt nepārtraukta sakārtota brīvo elektrisko lādiņu nesēju kustība. Šo kustību sauc elektrošoks. Par elektriskās strāvas virzienu tiek pieņemts pozitīvo brīvo lādiņu kustības virziens, lai gan vairumā gadījumu pārvietojas elektroni – negatīvi lādētas daļiņas.
Elektriskās strāvas kvantitatīvais mērs ir strāvas stiprums es– skalārais fiziskais lielums, kas vienāds ar uzlādes koeficientu q, kas tiek pārnesta caur vadītāja šķērsgriezumu laika intervālā t, līdz šim laika intervālam:
Ja strāva nav nemainīga, tad, lai atrastu lādiņa daudzumu, kas iziet caur vadītāju, aprēķiniet attēla laukumu zem strāvas un laika grafika.
Ja strāvas stiprums un tās virziens laika gaitā nemainās, tad šādu strāvu sauc pastāvīgs. Strāvas stiprumu mēra ar ampērmetru, kas ir virknē savienots ar ķēdi. Starptautiskajā vienību sistēmā (SI) strāvu mēra ampēros [A]. 1 A = 1 C/s.
To nosaka kā kopējā lādiņa attiecību pret visu laiku (t.i., pēc tāda paša principa kā vidējais ātrums vai jebkura cita vidējā vērtība fizikā):
Ja strāva laika gaitā vienmērīgi mainās no vērtības es 1 uz vērtību es 2, tad vidējo strāvas vērtību var atrast kā galējo vērtību vidējo aritmētisko:
Strāvas blīvums– strāvu uz vadītāja šķērsgriezuma vienību aprēķina pēc formulas:
Kad strāva iet caur vadītāju, strāvai rodas vadītāja pretestība. Pretestības iemesls ir lādiņu mijiedarbība ar vadītāja vielas atomiem un savā starpā. Pretestības mērvienība ir 1 omi. Vadītāja pretestība R nosaka pēc formulas:
Kur: l- diriģenta garums, S- tā šķērsgriezuma laukums, ρ – vadītāja materiāla īpatnējā pretestība (uzmanieties, lai nesajauktu pēdējo vērtību ar vielas blīvumu), kas raksturo vadītāja materiāla spēju pretoties strāvas pārejai. Tas ir, tas ir tāds pats vielas raksturlielums kā daudzām citām: īpatnējais siltums, blīvums, kušanas temperatūra utt. Pretestības mērvienība ir 1 omi m. Vielas īpatnējā pretestība ir tabulas vērtība.
Vadītāja pretestība ir atkarīga arī no tā temperatūras:
Kur: R 0 – vadītāja pretestība pie 0°C, t- temperatūra, kas izteikta Celsija grādos, α – temperatūras pretestības koeficients. Tas ir vienāds ar relatīvajām pretestības izmaiņām, temperatūrai paaugstinoties par 1°C. Metāliem tas vienmēr ir lielāks par nulli, elektrolītiem, gluži pretēji, vienmēr ir mazāks par nulli.
Diode līdzstrāvas ķēdē
Diode ir nelineārs ķēdes elements, kura pretestība ir atkarīga no strāvas plūsmas virziena. Diode ir apzīmēta šādi:
Bultiņa diodes shematiskajā simbolā parāda, kādā virzienā tā šķērso strāvu. Šajā gadījumā tā pretestība ir nulle, un diodi var vienkārši aizstāt ar vadītāju ar nulles pretestību. Ja strāva plūst caur diodi pretējā virzienā, tad diodei ir bezgala liela pretestība, tas ir, tā vispār nelaiž cauri strāvu un ir atvērta ķēde. Tad ķēdes posmu ar diodi var vienkārši izsvītrot, jo caur to neplūst strāva.
Oma likums. Vadu virknes un paralēlais savienojums
Vācu fiziķis G. Oma 1826. gadā eksperimentāli konstatēja, ka strāvas stiprums es, kas plūst pa viendabīgu metāla vadītāju (tas ir, vadītāju, kurā nedarbojas ārēji spēki) ar pretestību R, proporcionāls spriegumam U diriģenta galos:
Izmērs R parasti sauc elektriskā pretestība. Tiek saukts vadītājs ar elektrisko pretestību rezistors. Šī attiecība izsaka Oma likums viendabīgam ķēdes posmam: Strāva vadītājā ir tieši proporcionāla pielietotajam spriegumam un apgriezti proporcionāla vadītāja pretestībai.
Tiek saukti vadītāji, kas ievēro Ohma likumu lineārs. Strāvas stipruma grafiskā atkarība es no sprieguma U(šādus grafikus sauc par strāvas-sprieguma raksturlielumiem, saīsināti kā VAC) ir attēlota ar taisnu līniju, kas iet caur koordinātu sākumpunktu. Jāņem vērā, ka ir daudz materiālu un ierīču, kas nepakļaujas Oma likumam, piemēram, pusvadītāju diode vai gāzizlādes spuldze. Pat metāla vadītājiem pie pietiekami lielām strāvām tiek novērota novirze no Ohma lineārā likuma, jo metāla vadītāju elektriskā pretestība palielinās, palielinoties temperatūrai.
Elektriskās ķēdes vadītājus var savienot divos veidos: sērija un paralēla. Katrai metodei ir savi noteikumi.
1. Seriālā savienojuma likumsakarības:
Virknē savienoto rezistoru kopējās pretestības formula ir derīga jebkuram vadītāju skaitam. Ja ķēde ir savienota virknē n identiskas pretestības R, tad kopējā pretestība R 0 tiek atrasts pēc formulas:
2. Paralēlā savienojuma modeļi:
Paralēli savienoto rezistoru kopējās pretestības formula ir derīga jebkuram vadītāju skaitam. Ja ķēde ir savienota paralēli n identiskas pretestības R, tad kopējā pretestība R 0 tiek atrasts pēc formulas:
Elektriskie mērinstrumenti
Lai izmērītu spriegumu un strāvu līdzstrāvas elektriskajās ķēdēs, tiek izmantoti īpaši instrumenti - voltmetri Un ampērmetri.
Voltmetrs paredzēts, lai izmērītu potenciālo starpību, kas tiek piemērota tā spailēm. Tas ir savienots paralēli ķēdes posmam, kurā mēra potenciālu starpību. Jebkuram voltmetram ir kāda iekšējā pretestība R B. Lai voltmetrs neradītu ievērojamu strāvu pārdali, kad tas ir pievienots mērītajai ķēdei, tā iekšējai pretestībai jābūt lielai, salīdzinot ar tās ķēdes sekcijas pretestību, kurai tas ir pievienots.
Ampermetrs paredzēts strāvas mērīšanai ķēdē. Ampermetrs ir virknē savienots ar atvērtu ķēdi, lai visa izmērītā strāva iet caur to. Ampermetram ir arī zināma iekšējā pretestība R A. Atšķirībā no voltmetra, ampērmetra iekšējai pretestībai jābūt diezgan mazai, salīdzinot ar visas ķēdes kopējo pretestību.
EMF. Oma likums pilnīgai ķēdei
Līdzstrāvas pastāvēšanai ir nepieciešama ierīce slēgtā elektriskajā ķēdē, kas spēj radīt un uzturēt potenciālās atšķirības ķēdes posmos neelektrostatiskas izcelsmes spēku darba dēļ. Šādas ierīces sauc Līdzstrāvas avoti. Tiek izsaukti neelektrostatiskas izcelsmes spēki, kas iedarbojas uz brīvajiem lādiņu nesējiem no strāvas avotiem ārējie spēki.
Ārējo spēku raksturs var atšķirties. Galvaniskajās šūnās vai baterijās tie rodas elektroķīmisko procesu rezultātā, līdzstrāvas ģeneratoros ārējie spēki rodas, vadotnēm pārvietojoties magnētiskajā laukā. Ārējo spēku ietekmē elektriskie lādiņi virzās strāvas avota iekšpusē pret elektrostatiskā lauka spēkiem, kā dēļ slēgtā ķēdē var uzturēt pastāvīgu elektrisko strāvu.
Kad elektriskie lādiņi pārvietojas pa līdzstrāvas ķēdi, darbu veic ārējie spēki, kas darbojas strāvas avotos. Fizikālais daudzums, kas vienāds ar darba attiecību A st ārējie spēki, pārvietojot lādiņu q no strāvas avota negatīvā pola uz pozitīvo polu sauc par šī lādiņa lielumu avota elektromotora spēks (EMF):
Tādējādi EML nosaka darbs, ko veic ārējie spēki, pārvietojot vienu pozitīvu lādiņu. Elektromotora spēku, tāpat kā potenciālu starpību, mēra voltos (V).
Oma likums pilnīgai (slēgtai) ķēdei: Strāvas stiprums slēgtā ķēdē ir vienāds ar avota elektromotora spēku, kas dalīts ar ķēdes kopējo (iekšējo + ārējo) pretestību:
Pretestība r– strāvas avota iekšējā (paša) pretestība (atkarīga no avota iekšējās struktūras). Pretestība R– slodzes pretestība (ārējās ķēdes pretestība).
Sprieguma kritums ārējā ķēdēšajā gadījumā tas ir vienāds (to sauc arī spriegums avota spailēs):
Ir svarīgi saprast un atcerēties: strāvas avota EMF un iekšējā pretestība nemainās, pieslēdzot dažādas slodzes.
Ja slodzes pretestība ir nulle (avots aizveras pats no sevis) vai ir daudz mazāka par avota pretestību, ķēde plūst īssavienojuma strāva:
Īsslēguma strāva - maksimālā strāva, ko var iegūt no noteikta elektromotora spēka avota ε un iekšējā pretestība r. Avotiem ar zemu iekšējo pretestību īssavienojuma strāva var būt ļoti liela un izraisīt elektriskās ķēdes vai avota iznīcināšanu. Piemēram, svina-skābes akumulatoriem, ko izmanto automašīnās, īssavienojuma strāvas var būt vairāki simti ampēru. Īpaši bīstami ir īssavienojumi apgaismes tīklos, kas tiek darbināti no apakšstacijām (tūkstošiem ampēru). Lai izvairītos no tik lielu strāvu postošās ietekmes, ķēdē ir iekļauti drošinātāji vai īpaši automātiskie slēdži.
Vairāki EML avoti ķēdē
Ja ir a vairākas virknē savienotas emfs, Tas:
1. Ar pareizu savienojumu (viena avota pozitīvais pols ir savienots ar cita avota negatīvo) avoti ir savienoti, visu avotu kopējo EMF un to iekšējo pretestību var atrast, izmantojot formulas:
Piemēram, šāds avotu savienojums tiek veikts tālvadības pultī, kamerās un citās sadzīves ierīcēs, kas darbojas ar vairākām baterijām.
2. Ja avoti ir savienoti nepareizi (avoti ir savienoti ar vieniem un tiem pašiem stabiem), to kopējo EMF un pretestību aprēķina pēc formulas:
Abos gadījumos avotu kopējā pretestība palielinās.
Plkst paralēlais savienojums Ir jēga savienot avotus tikai ar vienu un to pašu EML, pretējā gadījumā avoti izlādēsies viens pret otru. Tādējādi kopējais EML būs tāds pats kā katra avota EML, tas ir, ar paralēlu savienojumu mēs neiegūsim akumulatoru ar lielu EML. Tajā pašā laikā avota akumulatora iekšējā pretestība samazinās, kas ļauj iegūt lielāku strāvu un jaudu ķēdē:
Tā ir avotu paralēlas savienošanas nozīme. Jebkurā gadījumā, risinot problēmas, vispirms ir jāatrod kopējā EMF un iegūtā avota kopējā iekšējā pretestība un pēc tam jāraksta Oma likums visai ķēdei.
Darbs un strāvas jauda. Džoula-Lenca likums
Darbs A elektriskā strāva es plūst caur stacionāru vadītāju ar pretestību R, pārvēršas siltumā J, izceļoties uz diriģenta. Šo darbu var aprēķināt, izmantojot vienu no formulām (ņemot vērā Oma likumu, tie visi izriet viens no otra):
Likumu par strāvas pārvēršanu siltumā eksperimentāli neatkarīgi viens no otra izveidoja J. Džouls un E. Lencs, un to sauc Džoula-Lenca likums. Elektriskās strāvas jauda vienāds ar pašreizējā darba attiecību A uz laika intervālu Δ t, kuram šis darbs tika veikts, tāpēc to var aprēķināt, izmantojot šādas formulas:
Elektriskās strāvas darbs SI, kā parasti, tiek izteikts džoulos (J), jauda - vatos (W).
Slēgtas ķēdes enerģijas bilance
Tagad aplūkosim pilnīgu līdzstrāvas ķēdi, kas sastāv no avota ar elektromotora spēku ε un iekšējā pretestība r un ārēja viendabīga zona ar pretestību R. Šajā gadījumā lietderīgā jauda vai jauda, kas atbrīvota ārējā ķēdē:
Avota maksimālā iespējamā lietderīgā jauda tiek sasniegta, ja R = r un ir vienāds ar:
Ja, pievienojot tam pašam strāvas avotam ar dažādām pretestībām R 1 un R Viņiem tiek piešķirtas 2 vienādas jaudas, tad šī strāvas avota iekšējo pretestību var atrast pēc formulas:
Strāvas zudums vai jauda strāvas avotā:
Kopējā strāvas avota izstrādātā jauda:
Pašreizējā avota efektivitāte:
Elektrolīze
Elektrolīti Ir ierasts saukt par vadošām vidēm, kurās elektriskās strāvas plūsmu pavada vielas pārnešana. Brīvo lādiņu nesēji elektrolītos ir pozitīvi un negatīvi lādēti joni. Elektrolītos ietilpst daudzi metālu savienojumi ar metaloīdiem kausētā stāvoklī, kā arī dažas cietas vielas. Taču galvenie tehnoloģijā plaši izmantoto elektrolītu pārstāvji ir neorganisko skābju, sāļu un bāzu ūdens šķīdumi.
Elektriskās strāvas pāreju caur elektrolītu pavada vielas izdalīšanās uz elektrodiem. Šo fenomenu sauc elektrolīze.
Elektriskā strāva elektrolītos attēlo abu zīmju jonu kustību pretējos virzienos. Pozitīvie joni virzās uz negatīvo elektrodu ( katods), negatīvie joni – uz pozitīvo elektrodu ( anods). Abu zīmju joni parādās sāļu, skābju un sārmu ūdens šķīdumos dažu neitrālu molekulu šķelšanās rezultātā. Šo fenomenu sauc elektrolītiskā disociācija.
Elektrolīzes likums eksperimentāli izveidoja angļu fiziķis M. Faradejs 1833. gadā. Faradeja likums nosaka primāro produktu daudzumu, kas izdalās uz elektrodiem elektrolīzes laikā. Tātad, masa m viela, kas izdalās uz elektroda, ir tieši proporcionāla lādiņam J iziet cauri elektrolītam:
Izmērs k sauca elektroķīmiskais ekvivalents. To var aprēķināt, izmantojot formulu:
Kur: n– vielas valence, N A – Avogadro konstante, M– vielas molārā masa, e– elementārais lādiņš. Dažreiz tiek ieviests arī šāds Faradeja konstantes apzīmējums:
Elektriskā strāva gāzēs un vakuumā
Elektriskā strāva gāzēs
Normālos apstākļos gāzes nevada elektrību. Tas izskaidrojams ar gāzes molekulu elektrisko neitralitāti un līdz ar to elektrisko lādiņu nesēju neesamību. Lai gāze kļūtu par vadītāju, no molekulām ir jānoņem viens vai vairāki elektroni. Tad parādīsies brīvie lādiņnesēji – elektroni un pozitīvie joni. Šo procesu sauc gāzu jonizācija.
Gāzes molekulas var jonizēt ar ārēju ietekmi - jonizators. Jonizatori var būt: gaismas plūsma, rentgena stari, elektronu plūsma vai α - daļiņas Gāzes molekulas arī jonizējas augstā temperatūrā. Jonizācija noved pie brīvu lādiņu nesēju parādīšanās gāzēs - elektroni, pozitīvie joni, negatīvie joni (elektrons, kas apvienots ar neitrālu molekulu).
Ja jūs izveidojat elektrisko lauku telpā, ko aizņem jonizēta gāze, tad elektriskie lādiņnesēji nonāks sakārtotā kustībā - tā rodas elektriskā strāva gāzēs. Ja jonizators pārstāj darboties, gāze atkal kļūst neitrāla rekombinācija– neitrālu atomu veidošanās ar joniem un elektroniem.
Elektriskā strāva vakuumā
Vakuums ir gāzes retināšanas pakāpe, kurā mēs varam neņemt vērā sadursmi starp tās molekulām un pieņemt, ka vidējais brīvais ceļš pārsniedz trauka, kurā atrodas gāze, lineāros izmērus.
Elektriskā strāva vakuumā ir starpelektrodu spraugas vadītspēja vakuuma stāvoklī. Gāzes molekulu ir tik maz, ka to jonizācijas procesi nespēj nodrošināt jonizācijai nepieciešamo elektronu un jonu skaitu. Starpelektrodu spraugas vadītspēju vakuumā var nodrošināt tikai ar lādētu daļiņu palīdzību, kas rodas emisijas parādību dēļ uz elektrodiem.
- Atpakaļ
- Uz priekšu
Kā veiksmīgi sagatavoties CT fizikā un matemātikā?
Lai veiksmīgi sagatavotos CT fizikā un matemātikā, cita starpā ir jāizpilda trīs svarīgākie nosacījumi:
- Izpētiet visas tēmas un izpildiet visus pārbaudes darbus un uzdevumus, kas sniegti šīs vietnes mācību materiālos. Lai to izdarītu, jums nav nepieciešams pilnīgi nekas, proti: katru dienu veltiet trīs līdz četras stundas, lai sagatavotos CT fizikā un matemātikā, apgūtu teoriju un risinātu problēmas. Fakts ir tāds, ka CT ir eksāmens, kurā nepietiek tikai ar fizikas vai matemātikas zināšanām, jums ir arī jāspēj ātri un bez neveiksmēm atrisināt lielu skaitu dažādu tēmu un dažādas sarežģītības uzdevumu. Pēdējo var apgūt, tikai risinot tūkstošiem problēmu.
- Apgūstiet visas formulas un likumus fizikā un formulas un metodes matemātikā. Faktiski tas ir arī ļoti vienkārši izdarāms; fizikā ir tikai aptuveni 200 nepieciešamo formulu, bet matemātikā - pat nedaudz mazāk. Katrā no šiem priekšmetiem ir ap desmitiem standarta metožu pamata sarežģītības līmeņa problēmu risināšanai, kuras var arī apgūt, tādējādi pilnīgi automātiski un bez grūtībām atrisināt lielāko daļu CT īstajā laikā. Pēc tam jums būs jādomā tikai par vissarežģītākajiem uzdevumiem.
- Apmeklējiet visus trīs mēģinājumu pārbaudes posmus fizikā un matemātikā. Katru RT var apmeklēt divas reizes, lai izlemtu par abām iespējām. Atkal, CT, papildus spējai ātri un efektīvi atrisināt problēmas un zināšanām par formulām un metodēm, jums ir arī jāspēj pareizi plānot laiku, sadalīt spēkus un, pats galvenais, pareizi aizpildīt atbildes veidlapu, bez sajaucot atbilžu un problēmu numurus vai savu uzvārdu. Tāpat RT laikā ir svarīgi pierast pie jautājumu uzdošanas stila problēmās, kas DT nesagatavotam cilvēkam var šķist ļoti neparasti.
Veiksmīga, uzcītīga un atbildīga šo trīs punktu īstenošana ļaus uzrādīt izcilu DT rezultātu, maksimumu, uz ko esi spējīgs.
Atradāt kļūdu?
Ja uzskatāt, ka mācību materiālos esat atradis kļūdu, lūdzu, rakstiet par to e-pastā. Varat arī ziņot par kļūdu sociālajā tīklā (). Vēstulē norādiet priekšmetu (fizika vai matemātika), tēmas vai kontroldarba nosaukumu vai numuru, uzdevuma numuru vai vietu tekstā (lappusē), kur, jūsuprāt, ir kļūda. Aprakstiet arī iespējamo kļūdu. Jūsu vēstule nepaliks nepamanīta, kļūda vai nu tiks izlabota, vai arī jums tiks paskaidrots, kāpēc tā nav kļūda.
Elektriskā strāva ir viens no galvenajiem procesiem, kas notiek absolūti jebkurā elektroniskajā shēmā (elektriskajā ķēdē). Izpētot šo procesu, nākotnē būs daudz vieglāk izprast citus procesus, kas raksturīgi elektriskajām ķēdēm.
Lai dziļāk izprastu elektriskās strāvas būtību, iesaku vispirms iepazīties ar tās rašanās būtību. Iepriekš uzzinājām, ka, beržot plastmasas stieni pret vilnu, berzes spēku ietekmē noteikts skaits elektronu atstāj stieņa virsmas slāni, kas kļūst pozitīvi uzlādēts. Kad stikla stienis tiek berzēts pret zīdu, tas kļūst negatīvi uzlādēts, jo elektroni atstāj atomus no zīda augšējiem slāņiem un nosēžas uz stikla.
Tādējādi mums ir viens stienis ar elektronu pārpalikumu, tāpēc tiek teikts, ka tas ir negatīvi lādēts, bet otrajā stienī ir elektronu trūkums, tāpēc tiek teikts, ka tam ir dominējošais pozitīvais lādiņš.
Tā kā viss irJa elektroniem dabā ir tendence līdzsvarot, tad, savienojot ar vadītāju abus pretēji lādētos stieņus, brīvie elektroni acumirklī pārvietosies no stikla stieņa uz plastmasas, no to pārpalikuma zonas uz deficīta zonu. Rezultātā abi stieņi kļūs neitrāli uzlādēti un tiem nebūs brīvu elektronu, kas varētu viegli pārvietoties. Elektronu pārvietošanas process pa vadītāju starp stieņiem ir elektrība .
Elektriskā strāva var veikt noderīgu darbu, piemēram, apgaismot LED,novietots viņa ceļā.
Lādiņu lietderīgo darbu var ilustrēt, izmantojot autobusa piemēru. Ja no pilsētas A uz pilsētu B brauca autobuss bez pasažieriem, tad autobuss nav veicis lietderīgu darbu un iztērējis degvielu. Autobuss, kas veda pasažierus, paveica noderīgu darbu. Līdzīgi darbojas elektriskā strāva, tāpēc tās ceļā tiek uzlikta slodze, uz kuras tiek veikts lietderīgs darbs.
Savienots ar vadiem ar noberztām nūjām, LED spīd ļoti īsu laiku, jo brīvie negatīvie lādiņi uzreiz pārvietosies no to pārpalikuma uz deficīta un līdzsvara zonu.
Ģenerators
Lai LED spīdētu ilgu laiku, ir nepieciešams uzturēt elektrisko strāvu, papildinot lādiņus uz kociņiem, tas ir, pastāvīgi berzējot tos attiecīgi uz vilnas un zīda. Bet šī metode ir grūti īstenojama praksē un neefektīva. Tāpēc, lai uzturētu nepieciešamo enerģijas nesēju daudzumu, tiek izmantota daudz praktiskāka metode.
Ierīci, kas pastāvīgi rada vai ģenerē dažādu zīmju lādiņus, sauc par ģeneratoru vai, vispārīgi runājot, enerģijas avotu. Vienkāršākais ģenerators ir akumulators, ko pareizāk sauc par galvanisko elementu. Atšķirībā no stieņiem, kuros lādiņi veidojas berzes spēku ietekmē, galvaniskajā šūnā atšķirībā no lādiņiem veidojas ķīmisku reakciju rezultātā.
Elektriskā strāva un tās plūsmas nosacījumi
Tagad mēs varam izdarīt pirmos svarīgos sākotnējos secinājumus un noteikt elektriskās strāvas plūsmas nosacījumus.
- Pirmkārt. Lai radītu elektrisko strāvu, lādiņu kustības ceļš ir jāaizver.
- Otrkārt. Lai uzturētu elektrisko strāvu, ceļa sākumā ir jāpapildina lādiņu krājumi, bet ceļa beigās tie tiek noņemti, atbrīvojot vietu tikko ienākušajiem lādiņiem.
- Trešais. Lai lādiņi veiktu lietderīgu darbu, ir nepieciešams to ceļā novietot, piemēram, kvēlspuldzes kvēldiega, LED vai motora tinumu, ko kopumā sauc par slodzi vai patērētāju.
Kopumā vienkāršākā elektriskā ķēde sastāv no ģeneratora, slodzes un vadiem, kas savieno ģeneratoru ar slodzi.
Elektromotora spēks EMF
Jebkura barošanas avota galvenais uzdevums ir izveidot un uzturēt nemainīgu pretējo lādiņu vērtību pie spailēm, ko sauc par elektrodiem. Jo lielāks ir lādiņu skaits, jo vairāk tie mēdz piesaistīt viens otru un tāpēc intensīvāk pārvietojas pa elektrisko ķēdi. Un tiek saukts spēks, kas liek elektroniem pārvietoties pa ķēdi elektromotora spēks vai īsumā EMF . Elektromotora spēku mēra collās volti [IN]. Jauna (neizlādēta) akumulatora EMF ir nedaudz vairāk par 1,5 V, un kronis ir nedaudz vairāk par 9 V.
Elektriskās strāvas vērtību var skaidri noteikt, izmantojot ūdens caurules piemēru. Garīgi iedomāsimies ūdeni kā mazu tāda paša izmēra pilienu kopumu. Tagad ņemsim un nogriezīsim cauruli kādā vietā un uzstādīsim ūdens pilienu skaitītāju. Pēc tam atveriet pieskārienu un ierakstiet laiku, piemēram, vienu minūti. Pēc laika atskaitīšanas mēs ņemsim skaitītāja rādījumus. Pieņemsim, ka skaitītājs vienā minūtē reģistrēja 1 miljonu kritumu. No tā mēs secinām, ka ūdens plūsma ir miljons pilienu minūtē. Ja paaugstināsim ūdens spiedienu - liekam sūknim to ātrāk sūknēt - tad ūdens spiediens palielināsies, savukārt pilieni sāks kustēties intensīvāk un attiecīgi palielināsies ūdens patēriņš.
Elektriskās strāvas stiprums
Elektriskās strāvas stiprumu nosaka līdzīgi. Ja mēs garīgi nogriezīsim vadu, kas savieno ģeneratoru ar slodzi, un uzstādīsim skaitītāju, tad mēs iegūsim elektronu patēriņu laika vienībā - tas ir strāvas stiprums.
Palielinoties ģeneratora elektromotora spēkam, elektroni intensīvāk iziet cauri ķēdei, un strāva palielinās.
Tā kā ir zināms elektrona lādiņš un to kopējais skaits, kas iet caur vadītāja šķērsgriezumu laika vienībā, strāvas stiprumu var noteikt kvantitatīvi.
Viena elektrona lādiņam ir ļoti maza vērtība, un milzīgs skaits no tiem piedalās elektriskā strāvā. Tāpēc 628∙10 16 tika pieņemts kā elektriskā lādiņa vienība, tas ir, 6280000000000000000 elektronu lādiņu. Šo elektriskā lādiņa daudzumu sauc kulons , saīsināti [Cl].
Strāvas mērīšanas vienību sauc ampērs [A]. Strāvas stiprums ir vienāds ar vienu ampēru, kad viena kulona kopējais elektriskais lādiņš vienā sekundē iziet cauri vadītāja šķērsgriezumam.
1 A = 1 C/1 sek
I = Q/t
Ja vienā sekundē caur vadītāju iziet divreiz vairāk elektronu, tad es vienāds ar 2 ampēriem.
Vadītājā, kas izgatavots no metāla, piemēram, vara vai alumīnija, veidojas daudz brīvo elektronu. Viņi viegli atstāj metāla kristāla režģa atomus un brīvi pārvietojas starpatomiskajā telpā. Tomēr viņi nestaigā ilgi, jo viņus uzreiz piesaista cits pozitīvi lādēts atoms, kurš ir zaudējis līdzīgu elementu. Tāpēc pēc noklusējuma caur vadītāju neplūst strāva. Turklāt brīvajiem elektroniem nav sakārtotas kustības, bet tie pārvietojas haotiski starpatomiskajā telpā. Šādu kustību, kurai nav skaidra virziena, sauc par Brauna kustību. Paaugstinoties temperatūrai, palielinās satiksmes intensitāte.
Lai noplūst es jums ir jāizveido elektrisko komponentu trūkums vienā vadītāja galā un to pārpalikums otrā, tas ir, savienojiet pretējos strāvas avota polius. Tad strāvas avota elektriskais lauks radīs elektromotora spēku, kas liks vadītājā esošajiem elektroniem kustēties stingri vienā virzienā. Tāpēc elektriskā strāva ir sakārtota lādiņu kustība ārējā elektriskā lauka ietekmē
Uzlāde kustībā. Tas var izpausties kā pēkšņa statiskās elektrības izlāde, piemēram, zibens. Vai arī tas varētu būt kontrolēts process ģeneratoros, baterijās, saules baterijās vai kurināmā elementos. Šodien mēs aplūkosim pašu "elektriskās strāvas" jēdzienu un elektriskās strāvas pastāvēšanas nosacījumus.
Elektroenerģija
Lielākā daļa elektroenerģijas, ko mēs izmantojam, tiek piegādāta maiņstrāvas veidā no elektrotīkla. To rada ģeneratori, kas darbojas saskaņā ar Faradeja indukcijas likumu, kura dēļ mainīgs magnētiskais lauks var inducēt elektrisko strāvu vadītājā.
Ģeneratoriem ir rotējošas stiepļu spoles, kas griežas cauri magnētiskajiem laukiem. Spolēm griežoties, tās atveras un aizveras attiecībā pret magnētisko lauku un rada elektrisko strāvu, kas maina virzienu ar katru pagriezienu. Strāva iet cauri pilnam ciklam uz priekšu un atpakaļ 60 reizes sekundē.
Ģeneratorus var darbināt ar tvaika turbīnām, ko silda ar oglēm, dabasgāzi, naftu vai kodolreaktoru. No ģeneratora strāva iet caur virkni transformatoru, kur palielinās tās spriegums. Vadu diametrs nosaka strāvas daudzumu un intensitāti, ko tie var pārvadāt, nepārkarstot un nezaudējot enerģiju, un spriegumu ierobežo tikai tas, cik labi līnijas ir izolētas no zemes.
Interesanti atzīmēt, ka strāvu nes tikai viens vads, nevis divi. Tās abas puses ir apzīmētas kā pozitīvas un negatīvas. Tomēr, tā kā maiņstrāvas polaritāte mainās 60 reizes sekundē, tiem ir citi nosaukumi - karsts (galvenās elektropārvades līnijas) un zemējums (skrien pazemē, lai pabeigtu ķēdi).
Kāpēc ir nepieciešama elektriskā strāva?
Elektrisko strāvu var izmantot daudzos veidos: tā var apgaismot jūsu māju, izmazgāt un izžāvēt drēbes, pacelt garāžas durvis, likt ūdenim vārīties tējkannā un nodrošināt citus sadzīves priekšmetus, kas ievērojami atvieglo mūsu dzīvi. Tomēr strāvas spēja pārraidīt informāciju kļūst arvien svarīgāka.
Pieslēdzoties internetam, dators izmanto tikai nelielu daļu no elektriskās strāvas, bet tas ir kaut kas, bez kā mūsdienu cilvēki nevar iedomāties savu dzīvi.
Elektriskās strāvas jēdziens
Tāpat kā upes plūsma, ūdens molekulu plūsma, elektriskā strāva ir lādētu daļiņu plūsma. Kas to izraisa, un kāpēc tas vienmēr nenotiek vienā virzienā? Par ko jūs domājat, dzirdot vārdu "plūstošs"? Varbūt tā būs upe. Šī ir laba asociācija, jo šī iemesla dēļ elektriskā strāva iegūst savu nosaukumu. Tas ir ļoti līdzīgs ūdens plūsmai, bet tā vietā, lai ūdens molekulas pārvietotos pa kanālu, lādētas daļiņas pārvietojas pa vadītāju.
Starp nosacījumiem, kas nepieciešami elektriskās strāvas pastāvēšanai, ir punkts, kas prasa elektronu klātbūtni. Vadošā materiāla atomos ir daudzas no šīm brīvi lādētajām daļiņām, kas peld ap un starp atomiem. Viņu kustība ir nejauša, tāpēc nav plūsmas nevienā virzienā. Kas nepieciešams, lai pastāvētu elektriskā strāva?
Elektriskās strāvas pastāvēšanas nosacījumi ietver sprieguma klātbūtni. Kad to pieliek vadītājam, visi brīvie elektroni pārvietosies vienā virzienā, radot strāvu.
Interesanti par elektrisko strāvu
Interesanti ir tas, ka, kad elektriskā enerģija tiek pārnesta caur vadītāju ar gaismas ātrumu, paši elektroni pārvietojas daudz lēnāk. Patiesībā, ja jūs lēnām staigātu blakus vadošam vadam, jūsu ātrums būtu 100 reizes lielāks nekā elektroniem. Tas ir saistīts ar faktu, ka viņiem nav jāmēro milzīgi attālumi, lai nodotu enerģiju viens otram.
Līdzstrāva un maiņstrāva
Mūsdienās plaši tiek izmantoti divi dažādi strāvas veidi - tiešā un maiņstrāva. Pirmajā elektroni pārvietojas vienā virzienā, no “negatīvās” puses uz “pozitīvo”. Maiņstrāva spiež elektronus uz priekšu un atpakaļ, mainot plūsmas virzienu vairākas reizes sekundē.
Ģeneratori, ko elektrostacijās izmanto elektroenerģijas ražošanai, ir paredzēti maiņstrāvas ražošanai. Jūs, iespējams, nekad neesat pamanījis, ka gaismas jūsu mājās patiešām mirgo, jo mainās pašreizējais virziens, taču tas notiek pārāk ātri, lai jūsu acis to nepamanītu.
Kādi ir tiešās elektriskās strāvas pastāvēšanas nosacījumi? Kāpēc mums ir vajadzīgi abi veidi un kurš ir labāks? Tie ir labi jautājumi. Fakts, ka mēs joprojām izmantojam abus strāvas veidus, liecina, ka tie abi kalpo noteiktiem mērķiem. Vēl 19. gadsimtā bija skaidrs, ka efektīva jaudas pārvade lielos attālumos starp elektrostaciju un māju ir iespējama tikai pie ļoti augsta sprieguma. Bet problēma bija tā, ka patiešām augsta sprieguma sūtīšana bija ārkārtīgi bīstama cilvēkiem.
Šīs problēmas risinājums bija samazināt spriedzi ārpus mājas, pirms to nosūtīja iekšā. Līdz šai dienai tiešā elektriskā strāva tiek izmantota pārraidei lielos attālumos, galvenokārt pateicoties tās spējai viegli pārveidot citos spriegumos.
Kā darbojas elektriskā strāva?
Elektriskās strāvas pastāvēšanas nosacījumi ietver lādētu daļiņu klātbūtni, vadītāju un spriegumu. Daudzi zinātnieki ir pētījuši elektrību un atklājuši, ka pastāv divu veidu elektrība: statiskā un strāvas.
Tas ir otrais, kam ir milzīga loma jebkuras personas ikdienas dzīvē, jo tā ir elektriskā strāva, kas iet caur ķēdi. Mēs to izmantojam katru dienu, lai barotu savas mājas un daudz ko citu.
Kas ir elektriskā strāva?
Kad elektriskie lādiņi cirkulē ķēdē no vienas vietas uz otru, rodas elektriskā strāva. Elektriskās strāvas pastāvēšanas nosacījumi papildus uzlādētajām daļiņām ietver arī vadītāja klātbūtni. Visbiežāk tas ir vads. Tās ķēde ir slēgta ķēde, kurā strāva iet no strāvas avota. Kad ķēde ir atvērta, viņš nevar pabeigt braucienu. Piemēram, kad jūsu istabā ir izslēgta gaisma, ķēde ir atvērta, bet, kad ķēde ir aizvērta, gaisma ir ieslēgta.
Pašreizējā jauda
Elektriskās strāvas pastāvēšanas nosacījumus vadītājā lielā mērā ietekmē sprieguma raksturlielumi, piemēram, jauda. Tas ir mērs, cik daudz enerģijas tiek patērēts noteiktā laika periodā.
Ir daudz dažādu vienību, ko var izmantot, lai izteiktu šo raksturlielumu. Tomēr elektrisko jaudu gandrīz mēra vatos. Viens vats ir vienāds ar vienu džoulu sekundē.
Elektriskais lādiņš kustībā
Kādi ir elektriskās strāvas pastāvēšanas nosacījumi? Tas var izpausties kā pēkšņa statiskās elektrības izlāde, piemēram, zibens vai dzirkstele no berzes ar vilnas audumu. Tomēr biežāk, kad mēs runājam par elektrisko strāvu, mēs runājam par kontrolētāku elektrības veidu, kas liek gaismām degt un ierīcēm darboties. Lielāko daļu elektriskā lādiņa atomā nes negatīvie elektroni un pozitīvie protoni. Tomēr pēdējie galvenokārt ir imobilizēti atomu kodolos, tāpēc lādiņa pārnešanas darbu no vienas vietas uz otru veic elektroni.
Elektroni vadošā materiālā, piemēram, metālā, lielākoties var brīvi pārvietoties no viena atoma uz otru pa to vadīšanas joslām, kas ir visaugstākās elektronu orbītas. Pietiekams elektromotora spēks vai spriegums rada lādiņa nelīdzsvarotību, kas var izraisīt elektronu plūsmu caur vadītāju elektriskās strāvas veidā.
Ja mēs zīmējam analoģiju ar ūdeni, tad ņemam, piemēram, cauruli. Atverot vārstu vienā galā, lai ļautu ūdenim ieplūst caurulē, mums nav jāgaida, līdz šis ūdens nokļūs līdz galam. Mēs iegūstam ūdeni otrā galā gandrīz uzreiz, jo ienākošais ūdens spiež ūdeni, kas jau ir caurulē. Tas notiek, ja vadā ir elektriskā strāva.
Elektriskā strāva: nosacījumi elektriskās strāvas pastāvēšanai
Elektrisko strāvu parasti uzskata par elektronu plūsmu. Kad abi akumulatora gali ir savienoti viens ar otru, izmantojot metāla stiepli, šī uzlādētā masa iet caur vadu no viena akumulatora gala (elektroda vai pola) uz pretējo. Tātad, nosauksim elektriskās strāvas pastāvēšanas nosacījumus:
- Uzlādētas daļiņas.
- Diriģents.
- Sprieguma avots.
Tomēr ne viss ir tik vienkārši. Kādi nosacījumi ir nepieciešami elektriskās strāvas pastāvēšanai? Uz šo jautājumu var atbildēt sīkāk, ņemot vērā šādas īpašības:
- Potenciālu starpība (spriegums). Tas ir viens no obligātajiem nosacījumiem. Starp diviem punktiem ir jābūt potenciālu starpībai, kas nozīmē, ka atgrūšanas spēkam, ko vienā vietā rada uzlādētās daļiņas, jābūt lielākam par to spēku citā punktā. Sprieguma avoti, kā likums, dabā nav sastopami, un elektroni vidē tiek sadalīti diezgan vienmērīgi. Neskatoties uz to, zinātniekiem izdevās izgudrot noteikta veida ierīces, kurās šīs uzlādētās daļiņas var uzkrāties, tādējādi radot ļoti nepieciešamo spriegumu (piemēram, akumulatoros).
- Elektriskā pretestība (vadītājs).Šis ir otrs svarīgais nosacījums, kas nepieciešams elektriskās strāvas pastāvēšanai. Tas ir ceļš, pa kuru pārvietojas uzlādētas daļiņas. Tikai tie materiāli, kas ļauj elektroniem brīvi pārvietoties, darbojas kā vadītāji. Tos, kuriem šīs spējas nav, sauc par izolatoriem. Piemēram, metāla stieple būs lielisks vadītājs, savukārt tā gumijas apvalks būs lielisks izolators.
Rūpīgi izpētījuši elektriskās strāvas rašanās un pastāvēšanas apstākļus, cilvēki spēja pieradināt šo spēcīgo un bīstamo elementu un virzīt to cilvēces labā.
Elektrisko strāvu var attēlot kā lādētu daļiņu virzītu kustību, kuras tradicionāli uzskata par negatīviem lādiņa nesējiem vai elektroniem. Šis apgalvojums attiecas uz cietajiem vadītājiem, kur pastāvīga brīvi uzlādētu daļiņu klātbūtne tiek uzskatīta par normu. Šķidrā un gāzveida vidē šādi nesēji ir pozitīvi lādēti joni, caur kuriem tiek pārnesta viela.
Fiziska vienība
Lai skaidri saprastu, kā plūst strāva, vispirms ir jāiepazīstas ar pamata fiziskajām parādībām, kas noved pie sakārtotas plūsmas veidošanās. Saskaņā ar molekulāri atomistisko teoriju visi dabiskie ķermeņi (neatkarīgi no to agregācijas stāvokļa) sastāv no molekulām un atomiem, kas ietver negatīvi lādētus elektronus.
Lai noskaidrotu lādētu daļiņu plūsmas veidošanās principus, visērtāk ir iedomāties fizisko ķermeņu sastāvu šādi:
- Atomi, kas veido molekulas, parasti tiek attēloti kā kodols, kas atrodas centrā, un elektroni, kas rotē ap to ar gaismas ātrumu;
- Šo divu komponentu atšķirīgās polaritātes dēļ to kombinācijai normālos apstākļos ir nulles uzlāde;
Papildus informācija. Jebkura ķīmiskā elementa atomos elektronu skaits, kas rotē orbītās, ir vienāds ar kopējo kodola lādiņu, kas nodrošina to elektrisko neitralitāti.
- Dažu vielu atomos ārējie apvalki satur lielu skaitu elektronu, kas arī atrodas tālu no kodola ievērojamos attālumos pēc atomu standartiem;
- Atsevišķos laika momentos daži no tiem atraujas no savām orbītām un sāk brīvi “klejot” starp atomiem, pievelkoties blakus esošajiem kodoliem vai atgrūstot to elektroniem.
Šo procesu rezultātā metāla priekšmetos parādās brīvi lādiņi, kuri, pieliekot pretējas zīmes elektriskos potenciālus (spriegumus), sāk sakārtoti kustēties.
Brīvo lādiņnesēju virzītu kustību cietās vielās (vadītājos) sauc par elektrisko strāvu.
Vielās ar zemu brīvo elektronu saturu šī kustība ir vai nu pilnīgi neiespējama (dielektriķi), vai arī ir ierobežota līdz nelielai vērtībai. Tādus materiālus, kas ir nepietiekami piesātināti ar elektriskajiem nesējiem, sauc par pusvadītājiem.
Strāvu veidi
Vadošos materiālos esošās elektronu plūsmas vienmēr var pārvietoties vienā virzienā vai pastāvīgi mainīt virzienu. Pirmajā gadījumā tie veido maiņstrāvas, bet otrajā - līdzstrāvas.
Maiņstrāvas veidojas dažāda lieluma un zīmes spriegumu ietekmē, ko pieliek vadītāja galiem, un, lai iegūtu nemainīgu strāvas signālu, tiek izmantota tādas pašas polaritātes potenciālu starpība.
Piezīme! Mainīgas strāvas plūst caur jebkura dzīvokļa elektroinstalāciju, un otrā veida piemērs ir elektronu vienvirziena kustība akumulatoros vai baterijās.
Vēsturiski pastāvīgas plūsmas ķēdē tās virziens parasti tiek uzskatīts par kustību no barošanas avota “plus” uz tā “mīnusu”. Lai gan patiesībā negatīvie lādiņu nesēji pārvietojas tieši pretējā virzienā (no “mīnusa” uz “plusu”). Taču iepriekš pieņemtais nosacītais virziens bija tik ļoti iesakņojies cilvēku prātos, ka tika atstāts nemainīgs, uzskatot šī parametra vērtību par absolūti nosacītu.
Lai saprastu, kur plūst maiņstrāvas, jāsāk tieši no to definīcijas. Šajā situācijā mainīga potenciāla (sprieguma) ietekmē tie ar noteiktu periodiskumu maina virzienu.
Svarīgs! Krievijas mājsaimniecības tīklos maiņstrāvas sprieguma frekvence ir 50 Hz. Arī strāva, kas plūst caur elektrisko vadu, maina virzienu ar atbilstošu frekvenci.
Ārvalstu elektrotīklos (jo īpaši ASV un Japānā) šī frekvence ir 60 Hz, kas nedaudz palielina efektivitāti, vienlaikus palielinot zudumus barošanas līnijās.
Divvirzienu lādiņu kustība
Lielākajā daļā metālu vienlaikus ar elektronu plūsmu tiek novērota pretējās zīmes daļiņu apgrieztā kustība, ko veido pozitīvi lādēti atomi. To kustība sakrīt ar vēsturiski iedibināto definīciju (no “plus” uz “mīnusu”), lai pēc vēlēšanās šo matērijas komponentu kustību varētu uzskatīt par patieso virzienu.
Papildināsim teiktajam, ka šķidrumos un gāzēs pretējos virzienos pārvietojas arī atomu daļiņas ar dažādu lādiņu (jau minētie joni un elektroni). Šo daļiņu plūsmas veidošanas metodi ķēdē sauc par elektrolīzi, ko plaši izmanto dažādās rūpnieciskās ražošanas nozarēs.
Noslēgumā atzīmējam, ka atšķirībā no teorētiskā skatījuma praksē fundamentāla nozīme ir konvencionāli izvēlētajam elektronu kustības virzienam konkrētā elektriskā ķēdē. Jebkura tajā iekļautā radioelementu ķēde sākotnēji tiek aprēķināta noteiktai pievadītā sprieguma polaritātei un līdz ar to noteiktam ģenerētā strāvas signāla virzienam.
Video
Mēs visi labi zinām, ka elektrība ir lādētu daļiņu virzīta plūsma, kas rodas elektriskā lauka darbības rezultātā. Jebkurš skolēns jums to pateiks. Taču jautājums par to, kāds ir straumes virziens un kur iet tieši šīs daļiņas, daudzus var mulsināt.
Jautājuma būtība
Kā zināms, vadītājā elektrību pārnēsā elektroni, elektrolītos - katjoni un anjoni (vai vienkārši joni), pusvadītājos elektroni strādā ar tā sauktajiem “caurumiem”, gāzēs - joni ar elektroniem. Tās elektrovadītspēja ir atkarīga no brīvo vielu klātbūtnes konkrētā materiālā. Ja nav elektriskā lauka, metāla vadītājā neplūst strāva. Bet, tiklīdz tas parādās divās tās sadaļās, t.i. parādīsies spriedze, apstāsies haoss elektronu kustībā un sāksies kārtība: tie sāks atgrūst no mīnusa un virzīsies uz plusu. Šķiet, ka tā ir atbilde uz jautājumu "Kāds ir strāvas virziens?" Bet tā tur nebija. Pietiek ieskatīties enciklopēdiskā vārdnīcā vai vienkārši jebkurā fizikas mācību grāmatā, un uzreiz būs pamanāma zināma pretruna. Tajā teikts, ka parastā frāze "strāvas virziens" apzīmē pozitīvo lādiņu virziena kustību, citiem vārdiem sakot: no plusa uz mīnusu. Ko darīt ar šo paziņojumu? Galu galā ir ar neapbruņotu aci redzama pretruna!
Ieraduma spēks
Kad cilvēki iemācījās izveidot ķēdi, viņi joprojām nezināja par elektrona esamību. Turklāt tajā laikā viņiem nebija aizdomas, ka tas virzās no mīnusa uz plusu. Kad Ampere 19. gadsimta pirmajā pusē ierosināja strāvas virzienu no plusa uz mīnusu, visi to uztvēra kā pašsaprotamu un neviens neapstrīdēja šo lēmumu. Pagāja 70 gadi, līdz cilvēki saprata, ka strāva metālos rodas elektronu kustības dēļ. Un, kad viņi to saprata (tas notika 1916. gadā), visi bija tik ļoti pieraduši pie Amperes izvēles, ka vairs neko nesāka mainīt.
"Zelta vidusceļš"
Elektrolītos negatīvi lādētas daļiņas virzās uz katodu, bet pozitīvās - pret anodu. Tas pats notiek gāzēs. Ja jūs domājat par to, kādā virzienā šajā gadījumā būs strāva, tad prātā nāk tikai viena iespēja: pretējās polaritātes kustība slēgtā ķēdē notiek viena pret otru. Ja apgalvojums ir pamats, tad tas noņems šobrīd pastāvošo pretrunu. Tas var būt pārsteigums, taču pirms vairāk nekā 70 gadiem zinātnieki saņēma dokumentālus pierādījumus tam, ka pretējas zīmes elektriskie lādiņi vadošā vidē faktiski virzās viens pret otru. Šis apgalvojums attieksies uz jebkuru vadītāju neatkarīgi no tā veida: metāls, gāze, elektrolīts, pusvadītājs. Lai kā arī būtu, mēs varam tikai cerēt, ka laika gaitā fiziķi novērsīs neskaidrības terminoloģijā un pieņems nepārprotamu pašreizējās kustības virziena definīciju. Ieradumu, protams, ir grūti mainīt, bet beidzot vajag visu nolikt savās vietās.
