Millised voolud (elektrilised) eksisteerivad? Peamised elektrivoolu tüübid (alalis- ja vahelduvvoolud), nende omadused ja erinevused

Mis on elektrivool

Elektriliselt laetud osakeste suunatud liikumine mõju all . Sellised osakesed võivad olla: juhtides – elektronid , elektrolüütides – ioonid (katioonid ja anioonid), pooljuhtides – elektronid ja nn"augud" ("elektron-augu juhtivus"). On olemas ka"nihkevool ", mille tekkimine on tingitud kondensaatori laadimisprotsessist, st plaatide vahelise potentsiaalide erinevuse muutumisest. Plaatide vahel ei toimu osakeste liikumist, kuid vool voolab läbi kondensaatori.

Elektriahelate teoorias loetakse vooluks laengukandjate suunalist liikumist juhtivas keskkonnas elektrivälja mõjul.

Juhtivusvool (lihtsalt vool) on elektriahelate teoorias ajaühikus läbi juhi ristlõike voolav elektrienergia hulk: i=q/t, kus i on vool. A; q = 1,6·10 9 - elektronide laeng, C; t - aeg, s.

See väljend kehtib alalisvooluahelate puhul. Vahelduvvooluahelate puhul kasutatakse nn hetkevoolu väärtust, mis on võrdne laengu muutumise kiirusega ajas: i(t)= dq/dt.

Vaadeldava tüüpi elektrivoolu pikaajalise eksisteerimise esimene tingimus on allika või generaatori olemasolu, mis säilitab laengukandjate potentsiaalide erinevuse. Teine tingimus on tee suletus. Eelkõige peab alalisvoolu olemasoluks olema suletud tee, mida mööda laengud saaksid vooluringis liikuda ilma nende väärtust muutmata.

Nagu teada, ei saa elektrilaengute jäävuse seaduse kohaselt neid tekkida ega kaduda. Seega, kui suvalist ruumi, kus voolavad elektrivoolud, ümbritseb suletud pind, siis peab sellesse ruumalasse voolav vool olema võrdne sealt välja voolava vooluga.

Suletud teed, mida mööda voolab elektrivool, nimetatakse elektrivooluahelaks või elektriahelaks. Elektriahel jaguneb kaheks osaks: sisemine osa, milles elektriliselt laetud osakesed liiguvad vastu elektrostaatiliste jõudude suunda, ja välisosa, milles need osakesed liiguvad elektrostaatiliste jõudude suunas. Elektroodide otsad, millega välisahel on ühendatud, nimetatakse klambriteks.

Niisiis, elektrivool tekib siis, kui elektriahela osasse ilmub elektriväli või potentsiaalide erinevus juhi kahe punkti vahel. Kahe punkti potentsiaali erinevust nimetatakse pingeks või pingelangus selles vooluringi osas.

Termini "vool" ("voolutugevus") asemel kasutatakse sageli mõistet "voolutugevus". Viimast ei saa aga edukaks nimetada, kuna voolutugevus ei ole suvaline jõud selle sõna otseses tähenduses, vaid ainult elektrilaengute liikumise intensiivsus juhis, ajaühikus risti läbiv elektrienergia hulk. -juhi ristlõikepindala.
Voolutugevust iseloomustab , mida SI-süsteemis mõõdetakse amprites (A), ja voolutihedust, mida SI-süsteemis mõõdetakse amprites ruutmeetri kohta.

1A = 1C/s.

Üldjuhul, tähistades voolu tähega i ja laengut q-ga, saame:

i = dq / dt.

Voolu ühikut nimetatakse ampriks (A). Voolutugevus juhis on 1 A, kui elektrilaeng, mis võrdub 1 kuloniga, läbib juhi ristlõike 1 sekundi jooksul.

Kui piki juhti rakendatakse pinget, tekib juhi sees elektriväli. Väljatugevusel E mõjub laenguga e elektronidele jõud f = Ee. Suurused f ja E on vektorid. Vaba tee aja jooksul omandavad elektronid koos kaootilise liikumisega suunalise liikumise. Igal elektronil on negatiivne laeng ja ta võtab vastu vektorile E vastupidise kiiruskomponendi (joonis 1). Korrastatud liikumine, mida iseloomustab teatud keskmine elektronide kiirus vcp, määrab elektrivoolu voolu.

Elektronidel võib haruldaste gaasides olla suunatud liikumine. Elektrolüütide ja ioniseeritud gaaside puhul on voolu vool tingitud peamiselt ioonide liikumisest. Vastavalt sellele, et elektrolüütides liiguvad positiivselt laetud ioonid positiivselt pooluselt negatiivsesse, on ajalooliselt peetud voolu suunda elektronide liikumise suunale vastupidiseks.

Voolu suunaks loetakse positiivselt laetud osakeste liikumissuunda, s.t. elektronide liikumisele vastupidine suund.
Elektriahelate teoorias võetakse voolu suunaks passiivses ahelas (väljaspool energiaallikaid) positiivselt laetud osakeste liikumissuunda kõrgemalt potentsiaalilt madalamale. See suund võeti vastu elektrotehnika arengu alguses ja on vastuolus laengukandjate tõelise liikumissuunaga - elektronid, mis liiguvad juhtivas keskkonnas miinusest plussi.

Väärtust, mis on võrdne voolu ja ristlõikepindala S suhtega, nimetatakse voolutiheduseks: ON

Eeldatakse, et vool jaotub ühtlaselt üle juhi ristlõike. Juhtmete voolutihedust mõõdetakse tavaliselt A/mm2.

Elektrilaengukandjate tüübi ja nende liikumiskeskkonna järgi eristatakse neid juhtivusvoolud ja nihkevoolud. Juhtivus jaguneb elektrooniliseks ja ioonseks. Stabiilse oleku korral eristatakse kahte tüüpi voolu: alalis- ja vahelduvvoolud.

Elektrivoolu ülekanne nimetame nähtust elektrilaengute ülekandmisest vabas ruumis liikuvate laetud osakeste või kehade poolt. Elektrilise ülekandevoolu põhiliik on laenguga elementaarosakeste tühimikus liikumine (vabade elektronide liikumine elektrontorudes), vabade ioonide liikumine gaaslahendusseadmetes.

Elektriline nihkevool (polarisatsioonivool) nimetatakse elektrilaengute seotud kandjate järjestatud liikumiseks. Seda tüüpi voolu võib täheldada dielektrikutes.

Kogu elektrivool– skalaarsuurus, mis on võrdne vaadeldavat pinda läbiva elektrijuhtivusvoolu, elektrilise ülekandevoolu ja elektrilise nihkevoolu summaga.

Konstant on vool, mille suurus võib varieeruda, kuid ei muuda oma märki meelevaldselt pikka aega. Loe selle kohta lähemalt siit:

Magnetiseerimisvool - pidev mikroskoopiline (ampriline) vool, mis on magnetiseeritud ainete oma magnetvälja olemasolu põhjuseks.

Vahelduvvool on vool, mis perioodiliselt muutub nii suurusjärgus kui ka märgis.Vahelduvvoolu iseloomustav suurus on sagedus (mõõdetuna hertsides SI-süsteemis) juhul, kui selle tugevus perioodiliselt muutub.

Kõrgsageduslik vahelduvvool surutakse juhi pinnale. Kõrgsagedusvoolu kasutatakse masinaehituses detailide pindade kuumtöötluseks ja keevitamiseks ning metallurgias metallide sulatamiseks.Vahelduvvoolud jagunevad siinus- ja mittesinusoidne. Voolu, mis varieerub vastavalt harmoonilisele seadusele, nimetatakse sinusoidseks:

i = ma sin wt,

kus ma olen, - , A,

Vahelduvvoolu muutumise kiirust iseloomustab see, mis on määratletud täielike korduvate võnkumiste arvuna ajaühikus. Sagedus on tähistatud tähega f ja seda mõõdetakse hertsides (Hz). Seega vastab voolusagedus 50 Hz võrgus 50 täielikule võnkumisele sekundis. Nurksagedus w on voolu muutumise kiirus radiaanides sekundis ja on sagedusega seotud lihtsa seosega:

w = 2pif

Alalis- ja vahelduvvoolu püsivad (fikseeritud) väärtused tähistage suure I suure tähega ebastabiilseid (hetkelisi) väärtusi - tähte i. Tinglikult loetakse voolu positiivseks suunaks positiivsete laengute liikumissuunda.

See on vool, mis aja jooksul muutub vastavalt siinuse seadusele.

Vahelduvvool viitab ka voolule tavalistes ühe- ja kolmefaasilistes võrkudes. Sel juhul muutuvad vahelduvvoolu parameetrid harmoonilise seaduse järgi.

Kuna vahelduvvool on ajas erinev, siis lihtsad alalisvooluahelatele sobivad probleemide lahendamise meetodid siin otseselt rakendatavad. Väga kõrgetel sagedustel võivad laengud läbida võnkuva liikumise – voolata ahela ühest kohast teise ja tagasi. Sel juhul, erinevalt alalisvooluahelatest, ei pruugi järjestikku ühendatud juhtide voolud olla samad.

Vahelduvvooluahelates esinevad mahtuvused suurendavad seda efekti. Lisaks tekivad voolu muutumisel iseinduktsiooniefektid, mis muutuvad oluliseks isegi madalatel sagedustel, kui kasutatakse suure induktiivsusega pooli.

Suhteliselt madalatel sagedustel saab vahelduvvooluahelaid siiski arvutada kasutades , mida aga tuleb vastavalt muuta.

Erinevaid takisteid, induktiivpooli ja kondensaatoreid sisaldavat vooluringi saab käsitleda nii, nagu see koosneks järjestikku ühendatud üldistatud takistist, kondensaatorist ja induktiivpoolist.

Vaatleme sellise sinusoidse vahelduvvoolu generaatoriga ühendatud ahela omadusi. Vahelduvvooluahelate arvutamise reeglite sõnastamiseks peate leidma sellise vooluahela iga komponendi pingelanguse ja voolu vahelise suhte.

Mängib vahelduv- ja alalisvooluahelates täiesti erinevaid rolle. Kui vooluringiga on ühendatud näiteks elektrokeemiline element, siis seni, kuni sellel olev pinge muutub võrdseks elemendi EMF-iga. Seejärel laadimine peatub ja vool langeb nullini.

Kui vooluahel on ühendatud vahelduvvoolugeneraatoriga, siis ühes poolperioodis voolavad elektronid kondensaatori vasakpoolsest plaadist välja ja kogunevad paremale ning teises - vastupidi.

Need liikuvad elektronid kujutavad endast vahelduvvoolu, mille tugevus on mõlemal pool kondensaatorit sama. Kuni vahelduvvoolu sagedus ei ole väga kõrge, on ka takistit ja induktiivpooli läbiv vool sama.

Vahelduvvoolu tarbivates seadmetes alaldatakse vahelduvvoolu sageli alalisvoolu tekitamiseks.

Elektrivool kõigis selle ilmingutes on kineetiline nähtus, mis sarnaneb vedeliku vooluga suletud hüdrosüsteemides. Analoogia põhjal nimetatakse voolu liikumise protsessi "vooluks" (vooluvood).

Materjali, milles vool voolab, nimetatakse. Mõned materjalid muutuvad madalatel temperatuuridel ülijuhtivaks. Selles olekus ei paku nad voolule peaaegu mingit takistust, nende takistus kipub olema null.

Kõigil muudel juhtudel peab juht vooluvoolule vastu ja selle tulemusena muutub osa elektriosakeste energiast soojuseks. Voolutugevust saab arvutada kogu vooluahela osa ja Ohmi seaduse abil.

Osakeste liikumise kiirus juhtides sõltub juhi materjalist, osakese massist ja laengust, ümbritsevast temperatuurist, rakendatud potentsiaalide erinevusest ning on palju väiksem kui valguse kiirus. Sellest hoolimata on elektrivoolu enda levimiskiirus võrdne valguse kiirusega antud keskkonnas ehk elektromagnetlainefrondi levimiskiirusega.

Kuidas mõjutab vool inimkeha?

Inimese või looma keha läbiv vool võib põhjustada elektrilisi põletusi, virvendust või surma. Teisest küljest kasutatakse elektrivoolu intensiivravis vaimuhaiguste, eriti depressiooni, raviks, teatud ajupiirkondade elektrilist stimulatsiooni kasutatakse selliste haiguste raviks nagu Parkinsoni tõbi ja epilepsia, südamestimulaator, mis stimuleerib südamelihast pulssiga. voolu kasutatakse bradükardia korral. Inimestel ja loomadel kasutatakse närviimpulsside edastamiseks voolu.

Ohutuseeskirjade kohaselt on minimaalne inimesele tajutav vool 1 mA. Vool muutub inimelule ohtlikuks alates jõust umbes 0,01 A. Inimesele saab vool saatuslikuks alates jõust umbes 0,1 A. Ohutuks peetakse pinget alla 42 V.

Elektrivool on laetud osakeste suunaline liikumine, mis toimub elektrienergia mõjul.

Kuidas voolu genereeritakse?

Elektrivool ilmneb aines tingimusel, et seal on vabu (sidumata) laetud osakesi. Laengukandjad võivad olla keskkonnas algselt või moodustatud välistegurite (ionisaatorid, elektromagnetväli, temperatuur) kaasabil.

Elektrivälja puudumisel on nende liikumine kaootiline, kuid ühendatuna kahe punktiga muutuvad ained suunatuks – ühest potentsiaalist teise.

Selliste osakeste arv mõjutab – erista juhte, pooljuhte, dielektrikuid,...

Kus vool tekib?

Elektrivoolu moodustumise protsessidel erinevates keskkondades on oma omadused:

1. Metallides Laengut liigutavad vabad negatiivselt laetud osakesed – elektronid. Aine enda ülekandumist ei toimu – metalliioonid jäävad oma kristallvõre sõlmedesse. Kuumutamisel ioonide kaootilised vibratsioonid tasakaaluasendi lähedal tugevnevad, mis häirib elektronide korrastatud liikumist — metalli juhtivus väheneb.
2. Vedelikes(elektrolüüdid) laengukandjad on ioonid – laetud aatomid ja lagunenud molekulid, mille teket põhjustab elektrolüütiline dissotsiatsioon. Korraldatud liikumine tähistab sel juhul nende liikumist vastupidiselt laetud elektroodide suunas, millele need neutraliseeritakse ja ladestatakse.
   

   Katioonid (positiivsed ioonid) liiguvad katoodi (negatiivne elektrood), anioonid (negatiivsed ioonid) anoodi (positiivne elektrood) suunas. Temperatuuri tõustes suureneb elektrolüüdi juhtivus, kuna suureneb ioonideks lagunenud molekulide arv.

3. Gaasides plasma moodustub potentsiaalse erinevuse mõjul. Laetud osakesed on ioonid, positiivsed ja negatiivsed ning vabad elektronid, mis moodustuvad ionisaatori mõjul.
4. Vaakumis Elekter eksisteerib elektronide voo kujul, mis liiguvad katoodilt anoodile.
5. Pooljuhtides Suunatud liikumine hõlmab elektronide liikumist ühelt aatomilt teisele ja sellest tulenevaid vabasid ruume – auke, mida tinglikult peetakse positiivseks.
   

   Madalatel temperatuuridel on pooljuhtide omadused sarnased isolaatoritega, kuna elektronid on hõivatud kristallvõres olevate aatomite kovalentsete sidemetega.

   Temperatuuri tõustes saavad valentselektronid piisavalt energiat sidemete katkestamiseks ja vabanemiseks. Seega, mida kõrgem on temperatuur, seda parem on pooljuhi juhtivus.

Elektrivoolu üksikasjaliku selgituse saamiseks vaadake allolevat videot:

Https:="">magnetväli, ioniseeriv kiirgus.

Https:="">ammeeter.

Voolutugevust mõõdetakse amprites(A) ja näitab laengu hulka, mis läbib juhtiva materjali ristlõike ajaühikus. Voolu ühikut nimetatakse Ampereks (A). Üks amper võrdub ühe Coulombi (C) ja ühe sekundi suhtega.

Voolutihedus on voolutugevuse ja selle sektsiooni pindala suhe. Mõõtühikuks on amprit ruutmeetri kohta (A/m2).

Allpool on video elektrivoolu tugevuse kohta kooli õppekava osana:

Kaasaegse inimese elu on võimatu ette kujutada ilma elektrita. Voldid, amprid, vatid – neid sõnu kuuleb elektriga töötavatest seadmetest rääkides. Mis on aga elektrivool ja millised on selle olemasolu tingimused? Räägime sellest edasi, andes algajatele elektrikutele lühikese selgituse.

Definitsioon

Elektrivool on laengukandjate suunatud liikumine – see on füüsikaõpiku standardne sõnastus. Laengukandjaid omakorda nimetatakse aine teatud osakesteks. Need võivad olla:

• Elektronid on negatiivse laengu kandjad.
• Ioonid on positiivse laengu kandjad.

Aga kust laengukandjad tulevad? Sellele küsimusele vastamiseks peate meeles pidama põhiteadmisi aine struktuuri kohta. Kõik, mis meid ümbritseb, on mateeria; see koosneb molekulidest, selle väikseimatest osakestest. Molekulid koosnevad aatomitest. Aatom koosneb tuumast, mille ümber elektronid liiguvad etteantud orbiitidel. Molekulid liiguvad ka juhuslikult. Kõigi nende osakeste liikumine ja struktuur sõltub ainest endast ja keskkonna mõjust sellele, nagu temperatuur, stress ja muud.

Ioon on aatom, mille elektronide ja prootonite suhe on muutunud. Kui aatom on algselt neutraalne, jagunevad ioonid omakorda:

• Anioon on elektrone kaotanud aatomi positiivne ioon.
• Katioonid on aatom, mille aatomi külge on kinnitatud "lisa" elektronid.

Voolu mõõtühikuks on amper, mille järgi see arvutatakse järgmise valemi abil:

kus U on pinge [V] ja R on takistus [Oom].

Või otseselt võrdeline ajaühiku kohta ülekantava tasu summaga:

kus Q – laeng, [C], t – aeg, [s].

Elektrivoolu olemasolu tingimused

Saime aru, mis on elektrivool, nüüd räägime sellest, kuidas selle voolu tagada. Elektrivoolu voolamiseks peavad olema täidetud kaks tingimust:

1. Tasuta laengukandjate olemasolu.
2. Elektriväli.

Elektri olemasolu ja voolamise esimene tingimus sõltub ainest, milles vool voolab (või ei voola), samuti selle olekust. Samuti on teostatav teine ​​tingimus: elektrivälja olemasoluks on vajalik erinevate potentsiaalide olemasolu, mille vahel on keskkond, milles laengukandjad voolavad.

Tuletame teile meelde: Pinge, EMF on potentsiaalide erinevus. Sellest järeldub, et voolu olemasolu tingimuste – elektrivälja ja elektrivoolu olemasolu – täitmiseks on vaja pinget. Need võivad olla laetud kondensaatori plaadid, galvaaniline element või magnetvälja (generaatori) mõjul tekkinud EMF.

Oleme aru saanud, kuidas see tekib, räägime sellest, kuhu see suunatakse. Vool, peamiselt meie tavakasutuses, liigub juhtides (korteri elektrijuhtmestik, hõõglambid) või pooljuhtides (LED-id, sinu nutitelefoni protsessor ja muu elektroonika), harvem gaasides (luminofoorlambid).

Niisiis on peamised laengukandjad enamikul juhtudel elektronid; nad liiguvad miinusest (negatiivse potentsiaaliga punkt) plussile (positiivse potentsiaaliga punkt, selle kohta saate rohkem teada allpool).

Huvitav fakt on aga see, et voolu liikumise suunaks peeti positiivsete laengute liikumist – plussist miinusesse. Kuigi tegelikult juhtub kõik vastupidi. Fakt on see, et otsus voolu suuna kohta tehti enne selle olemuse uurimist ja ka enne seda, kui tehti kindlaks, kuidas vool voolab ja eksisteerib.

Elektrivool erinevates keskkondades

Oleme juba maininud, et erinevates keskkondades võib elektrivool erineda laengukandjate tüübi poolest. Kandjaid saab jagada nende juhtivuse olemuse järgi (juhtivuse kahanevas järjekorras):

1. Juht (metallid).
2. Pooljuht (räni, germaanium, galliumarseniid jne).
3. Dielektriline (vaakum, õhk, destilleeritud vesi).

Metallides

Metallid sisaldavad vabu laengukandjaid, neid nimetatakse mõnikord "elektrigaasiks". Kust tulevad tasuta laengukandjad? Fakt on see, et metall, nagu iga aine, koosneb aatomitest. Aatomid liiguvad või vibreerivad nii või teisiti. Mida kõrgem on metalli temperatuur, seda tugevam on see liikumine. Samal ajal jäävad aatomid ise üldiselt oma kohtadele, moodustades tegelikult metalli struktuuri.

Aatomi elektronkihtides on tavaliselt mitu elektroni, mille ühendus tuumaga on üsna nõrk. Temperatuuride, keemiliste reaktsioonide ja lisandite koosmõjul, mida metallis igal juhul on, rebitakse elektronid oma aatomitest lahti ja tekivad positiivselt laetud ioonid. Eraldunud elektrone nimetatakse vabadeks ja nad liiguvad kaootiliselt.

Kui neid mõjutab elektriväli, näiteks kui ühendada aku metallitükiga, muutub elektronide kaootiline liikumine korrapäraseks. Negatiivse potentsiaaliga ühendatud punktist (näiteks galvaanilise elemendi katood) pärit elektronid hakkavad liikuma positiivse potentsiaaliga punkti suunas.

Pooljuhtides

Pooljuhid on materjalid, milles normaalses olekus vabu laengukandjaid ei ole. Need on nn keelatud tsoonis. Aga kui rakendatakse väliseid jõude, nagu elektriväli, soojus, mitmesugused kiirgused (valgus, kiirgus jne), siis need ületavad ribavahe ja liiguvad vabasse tsooni ehk juhtivusriba. Elektronid eralduvad oma aatomitest ja muutuvad vabaks, moodustades ioone – positiivseid laengukandjaid.

Pooljuhtide positiivseid kandjaid nimetatakse aukudeks.

Kui pooljuhile energia lihtsalt üle kanda, näiteks soojendada, algab laengukandjate kaootiline liikumine. Aga kui me räägime pooljuhtelementidest, nagu diood või transistor, siis tekib kristalli vastasotstesse EMF (neile kantakse metalliseeritud kiht ja juhtmed joodetakse), kuid see ei puuduta tänase artikli teema.

Kui pooljuhile rakendada EMF-i allikat, siis liiguvad ka laengukandjad juhtivusribale ning algab ka nende suunaline liikumine - augud lähevad madalama elektripotentsiaaliga ja elektronid - suunaga kõrgem.

Vaakumis ja gaasis

Vaakum on keskkond, kus gaaside täielik (ideaaljuhul) puudub või (tegelikkuses) gaasikogus on minimaalne. Kuna vaakumis pole mateeriat, pole ka laengukandjatel kohta tulla. Voolu voolamine vaakumis tähistas aga elektroonika ja terve elektrooniliste elementide – vaakumtorude ajastu algust. Neid kasutati eelmise sajandi esimesel poolel ja 50ndatel hakkasid nad järk-järgult andma teed transistoridele (olenevalt konkreetsest elektroonikavaldkonnast).

Oletame, et meil on anum, millest on kogu gaas välja pumbatud, s.t. selles on täielik vaakum. Anumasse asetatakse kaks elektroodi, nimetagem neid anoodiks ja katoodiks. Kui ühendame EMF-i allika negatiivse potentsiaali katoodiga ja positiivse potentsiaali anoodiga, ei juhtu midagi ja voolu ei voola. Kuid kui hakkame katoodi soojendama, hakkab vool voolama. Seda protsessi nimetatakse termiooniliseks emissiooniks – elektronide emissioon kuumutatud elektronpinnalt.

Joonisel on kujutatud voolu kulgemise protsess vaakumtorus. Vaakumtorudes soojendab katoodi joonisel (H) lähedal asuv hõõgniit, näiteks valgustuslambis.

Samal ajal, kui muudate toiteallika polaarsust - kandke anoodile miinus ja katoodile pluss - voolu ei voola. See tõestab, et vaakumis olev vool voolab elektronide liikumise tõttu KATOODILT ANOOODI.

Gaas, nagu iga aine, koosneb molekulidest ja aatomitest, mis tähendab, et kui gaas on elektrivälja mõjul, siis teatud tugevuse (ionisatsioonipinge) juures murduvad elektronid aatomist lahti, siis on voolu mõlemad tingimused. elektrivoolust saab rahule - väli ja vaba meedia.

Nagu juba mainitud, nimetatakse seda protsessi ioniseerimiseks. See võib tekkida mitte ainult rakendatud pingest, vaid ka gaasi kuumutamisest, röntgenikiirgusest, ultraviolettkiirguse mõjul ja muudest asjadest.

Vool liigub läbi õhu isegi siis, kui elektroodide vahele on paigaldatud põleti.

Inertgaaside vooluga kaasneb gaasi luminestsents, seda nähtust kasutatakse aktiivselt luminofoorlampides. Elektrivoolu voolu gaasilises keskkonnas nimetatakse gaaslahenduseks.

Vedelikuna

Oletame, et meil on veega anum, millesse on asetatud kaks elektroodi, millele on ühendatud toiteallikas. Kui vesi on destilleeritud, see tähendab puhas ja ei sisalda lisandeid, siis on see dielektrik. Kui aga lisada veele veidi soola, väävelhapet või mõnda muud ainet, tekib elektrolüüt ja vool hakkab sellest läbi voolama.

Elektrolüüt on aine, mis juhib ioonideks dissotsieerumise tõttu elektrivoolu.

Kui lisate veele vasksulfaati, sadestub ühele elektroodile (katoodile) vasekiht - seda nimetatakse elektrolüüsiks, mis tõestab, et vedelikus olev elektrivool toimub ioonide - positiivsete ja negatiivsete - liikumise tõttu. laengukandjad.

Elektrolüüs on füüsikaline ja keemiline protsess, mis hõlmab elektroodide elektrolüüdi moodustavate komponentide eraldamist.

Nii toimub vasetamine, kullamine ja katmine teiste metallidega.

Järeldus

Kokkuvõtteks võib öelda, et elektrivoolu voolamiseks on vaja vabu laengukandjaid:

• elektronid juhtides (metallides) ja vaakum;
• elektronid ja augud pooljuhtides;
• ioonid (anioonid ja katioonid) vedelikes ja gaasides.

Selleks, et nende kandjate liikumine muutuks korrapäraseks, on vaja elektrivälja. Lihtsamalt öeldes rakendage keha otstele pinget või paigaldage kaks elektroodi keskkonda, kus eeldatakse elektrivoolu liikumist.

Samuti väärib märkimist, et vool mõjutab ainet teatud viisil, mõju on kolme tüüpi:

• soojus;
• keemiline;
• füüsiline.

Kasulik

Tänapäeval on raske ette kujutada elu ilma sellise nähtuseta nagu elekter, kuid inimkond õppis seda oma eesmärkidel kasutama mitte nii kaua aega tagasi. Selle erilise aineliigi olemuse ja omaduste uurimine kestis mitu sajandit, kuid isegi praegu ei saa me kindlalt väita, et teame sellest absoluutselt kõike.

Elektrivoolu mõiste ja olemus

Elektrivool, nagu kooli füüsikakursustest teada, pole midagi muud kui mis tahes laetud osakeste korrapärane liikumine. Viimased võivad olla kas negatiivselt laetud elektronid või ioonid. Arvatakse, et seda tüüpi aine võib tekkida ainult niinimetatud juhtides, kuid see pole kaugeltki tõsi. Asi on selles, et kui mis tahes kehad kokku puutuvad, tekib alati teatud arv vastupidiselt laetud osakesi, mis võivad hakata liikuma. Dielektrikutes on samade elektronide vaba liikumine väga raske ja nõuab tohutuid välisjõude, mistõttu nad ütlevad, et nad ei juhi elektrivoolu.

Tingimused voolu olemasoluks vooluringis

Teadlased on juba ammu märganud, et see füüsiline nähtus ei saa iseenesest tekkida ega püsida pikka aega. Elektrivoolu olemasolu tingimused sisaldavad mitmeid olulisi sätteid. Esiteks on see nähtus võimatu ilma vabade elektronide ja ioonideta, mis toimivad laengu edastajatena. Teiseks, et need elementaarosakesed hakkaksid korrapäraselt liikuma, on vaja luua väli, mille peamiseks tunnuseks on elektriku mis tahes punktide potentsiaalide erinevus. Lõpuks, kolmandaks, elektrivool ei saa pikka aega eksisteerida ainult Coulombi jõudude mõjul, kuna potentsiaalid võrdsustuvad järk-järgult. Seetõttu on vaja teatud komponente, mis on erinevat tüüpi mehaanilise ja soojusenergia muundurid. Neid nimetatakse tavaliselt vooluallikateks.

Küsimus praeguste allikate kohta

Elektrivooluallikad on spetsiaalsed seadmed, mis tekitavad elektrivälja. Neist olulisemad on galvaanilised elemendid, päikesepaneelid, generaatorid ja akud. mida iseloomustab nende võimsus, tootlikkus ja tööaeg.

Vool, pinge, takistus

Nagu igal teisel füüsikalisel nähtusel, on ka elektrivoolul mitmeid omadusi. Kõige olulisemad neist hõlmavad selle tugevust, vooluahela pinget ja takistust. Esimene neist on ajaühikus konkreetse juhi ristlõike läbiva laengu kvantitatiivne tunnus. Pinge (nimetatakse ka elektromotoorjõuks) pole midagi muud kui potentsiaalide erinevuse suurus, mille tõttu mööduv laeng teeb teatud hulga tööd. Lõpuks on takistus juhi sisemine omadus, mis näitab, kui palju jõudu peab laeng kulutama, et seda läbida.

Füüsikaõpikus on definitsioon:

ELEKTER- see on laetud osakeste järjestatud (suunatud) liikumine elektrivälja mõjul. Osakesed võivad olla: elektronid, prootonid, ioonid, augud.

Akadeemilistes õpikutes määratlust kirjeldatakse järgmiselt:

ELEKTER on elektrilaengu muutumise kiirus ajas.

• • Elektroni laeng on negatiivne.

• • prootonid- positiivse laenguga osakesed;

• neutronid- neutraalse laenguga.

PRAEGU TUGEVUS on juhi ristlõiget läbivate laetud osakeste (elektronid, prootonid, ioonid, augud) arv.

Kõik füüsikalised ained, sealhulgas metallid, koosnevad aatomitest koosnevatest molekulidest, mis omakorda koosnevad tuumadest ja nende ümber pöörlevatest elektronidest. Keemiliste reaktsioonide käigus liiguvad elektronid ühelt aatomilt teisele, mistõttu ühe aine aatomitel puuduvad elektronid ja teise aine aatomitel on neid liig. See tähendab, et ainetel on vastupidised laengud. Kui need puutuvad kokku, kipuvad elektronid liikuma ühest ainest teise. See on see elektronide liikumine ELEKTER. Vool, mis voolab seni, kuni kahe aine laengud on võrdsed. Lahkunud elektron asendatakse teisega. Kuhu? Naaberaatomist selleni - naabrilt, nii äärmuseni, äärmuseni - vooluallika negatiivsest poolusest (näiteks aku). Juhi teisest otsast lähevad elektronid vooluallika positiivsele poolusele. Kui kõik negatiivse pooluse elektronid on kadunud, siis vool peatub (aku on tühi).

on elektrivälja tunnus ja esindab potentsiaalide erinevust kahe elektrivälja sees oleva punkti vahel.

Tundub, et see pole selge. Dirigent- kõige lihtsamal juhul on see metallist traat (sagedamini kasutatakse vaske ja alumiiniumi). Elektroni mass on 9,10938215(45)×10 -31 kg. Kui elektronil on mass, tähendab see, et see on materjal. Kuid juht on valmistatud metallist ja metall on tahke, kuidas siis mõned elektronid sellest läbi voolavad?

Prootonite arvuga võrdne elektronide arv aines tagab ainult selle neutraalsuse ja keemilise elemendi enda määrab Mendelejevi perioodilise seaduse alusel prootonite ja neutronite arv. Kui puhtteoreetiliselt lahutada mis tahes keemilise elemendi massist kõik selle elektronid, ei lähene see praktiliselt lähima keemilise elemendi massile. Elektroni ja tuuma masside vahe on liiga suur (ainult 1. prootoni mass on ligikaudu 1836 korda suurem kui elektroni mass). Elektronide arvu vähenemine või suurenemine peaks kaasa tooma ainult aatomi kogulaengu muutumise. Elektronide arv üksikus aatomis on alati muutuv. Nad kas lahkuvad sellest termilise liikumise tõttu või naasevad energia kaotanuna tagasi.

Kui elektronid liiguvad ühes suunas, tähendab see, et nad "lahkuvad" oma aatomist ja aatommass ei kao ja selle tulemusena muutub juhi keemiline koostis? Ei. Keemilise elemendi määrab mitte aatommass, vaid aatomi tuumas olevate PROTOONIDE arv, ja ei midagi muud. Sel juhul ei oma elektronide või neutronite olemasolu või puudumine aatomis tähtsust. Liidame – lahutame elektronid – saame iooni; liidame – lahutame neutronid – saame isotoobi. Sel juhul jääb keemiline element samaks.

Prootonitega on lugu teine: üks prooton on vesinik, kaks prootonit on heelium, kolm prootonit on liitium jne (vt perioodilisustabel). Seega, olenemata sellest, kui palju voolu te juhi läbite, selle keemiline koostis ei muutu.

Elektrolüüdid on teine ​​asi. Siin MUUTUB KEEMILINE KOOSTIS. Voolu mõjul eralduvad lahusest elektrolüüdielemendid. Kui kõik vabastatakse, siis vool peatub. Seda seetõttu, et elektrolüütide laengukandjad on ioonid.

Seal on keemilised elemendid ilma elektronideta:

1. Aatomi kosmiline vesinik.

2. Maa ja teiste atmosfääriga planeetide atmosfääri ülemistes kihtides olevad gaasid.

2. Kõik ained on plasma olekus.

3. Kiirendites, põrkurites.

Elektrivooluga kokkupuutel võivad kemikaalid (juhid) "laiali valguda". Näiteks kaitse. Liikuvad elektronid lükkavad aatomeid mööda nende teed lahku; tugeva voolu korral juhi kristallvõre hävib ja juht sulab.

Vaatleme elektriliste vaakumseadmete tööd.

Tuletan meelde, et elektrivoolu mõjul tavalises juhis jätab elektron oma kohalt lahkudes sinna “augu”, mis seejärel täidetakse mõne teise aatomi elektroniga, kuhu omakorda tekib ka auk. , mis seejärel täidetakse teise elektroniga. Kogu elektronide liikumise protsess toimub ühes suunas ja "aukude" liikumine toimub vastupidises suunas. See tähendab, et auk on ajutine nähtus, see täitub niikuinii. Täitmine on vajalik aatomi laengutasakaalu säilitamiseks.

Nüüd vaatame elektrilise vaakumseadme tööd. Näiteks võtame kõige lihtsama dioodi - kenotroni. Dioodis olevad elektronid kiirgavad elektrivoolu toimel katood anoodi suunas. Katood on kaetud spetsiaalsete metalloksiididega, mis hõlbustavad elektronide pääsemist katoodist vaakumisse (madal tööfunktsioon). Selles õhukeses kiles pole elektronide reservi. Elektronide vabanemise tagamiseks kuumutatakse katood tugevalt hõõgniidiga. Aja jooksul kuum kile aurustub, settib kolvi seintele ja katoodi kiirgusvõime väheneb. Ja selline elektrooniline vaakumseade visatakse lihtsalt minema. Ja kui seade on kallis, siis see taastatakse. Selle taastamiseks on kolb lahti joodetud, katood asendatakse uuega, misjärel kolb suletakse tagasi.

Juhi elektronid liiguvad "kandes" elektrivoolu ja katood täieneb katoodiga ühendatud juhi elektronidega. Katoodilt lahkuvad elektronid asendatakse vooluallika elektronidega.

Mõistet "elektrivoolu liikumiskiirus" ei eksisteeri. Valguse kiirusele lähedasel kiirusel (300 000 km/s) levib läbi juhi elektriväli, mille mõjul hakkavad kõik elektronid liikuma väikese kiirusega, mis on ligikaudu võrdne 0,007 mm/s, mitte unustades ka termoliikumises kaootiliselt tormata.

Nüüd mõistame voolu põhiomadusi

Kujutame ette pilti: Teil on tavaline pappkarp, milles on 12 pudelit kanget jooki. Ja sa üritad sinna veel ühe pudeli panna. Oletame, et teil õnnestus, kuid kast pidas vaevu vastu. Paned sinna teise ja järsku läheb kast katki ja pudelid kukuvad välja.

Pudelikarpi võib võrrelda juhi ristlõikega:

Mida laiem on kast (jämedam traat), seda rohkem pudeleid (CURRENT POWER) see mahutab (pakkuma).

Karpi (juhtmesse) saab paigutada ühest kuni 12 pudelini - see ei lagune laiali (juht ei põle), kuid see ei mahuta suuremat hulka pudeleid (suurem voolutugevus) (esindab takistust).
Kui asetame karbi peale veel ühe kasti, siis ühele pindalaühikule (juhi ristlõige) asetame mitte 12, vaid 24 pudelit, peale veel ühe - 36 pudelit. Ühte kasti (üks korrus) võib võtta elektrivoolu PINGE sarnase ühikuna.

Mida laiem on kast (vähem takistust), seda rohkem pudeleid (CURRENT) suudab see varustada.

Kastide kõrgust (pinget) suurendades saame suurendada pudelite koguarvu (POWER) ilma karpe (juhti) hävitamata.

Kasutades meie analoogiat, saime:

Pudelite koguarv on POWER

Pudelite arv ühes kastis (kihis) on PRAEGU VÕIMSUS

Kastide arv kõrgusel (korrustel) on PINGE

Karbi laius (mahutavus) on elektriahela sektsiooni VASTUPIDAVUS

Ülaltoodud analoogiate kaudu jõudsime " OMA SEADUS“, mida nimetatakse ka Ohmi seaduseks vooluringi lõigu jaoks. Esitame selle valemina:

Kus I - voolutugevus, U R - vastupanu.

Lihtsamalt öeldes kõlab see järgmiselt: Vool on otseselt võrdeline pingega ja pöördvõrdeline takistusega.

Lisaks jõudsime " WATTI SEADUS". Kujutame seda ka valemi kujul:

Kus I - voolutugevus, U - pinge (potentsiaalide erinevus), R - võimsus.

Lihtsamalt öeldes kõlab see järgmiselt: Võimsus võrdub voolu ja pinge korrutisega.

Elektrivoolu tugevus mõõdetakse seadmega, mida nimetatakse ampermeetriks. Nagu arvasite, mõõdetakse elektrivoolu suurust (ülekantud laengu suurust) amprites. Muudatavate ühikute tähistuste ulatuse suurendamiseks on olemas mitmekordsed eesliited, näiteks mikro - mikroamper (µA), miil - milliamper (mA). Muid konsoole igapäevases kasutuses ei kasutata. Näiteks: nad ütlevad ja kirjutavad "kümme tuhat amprit", kuid nad ei ütle ega kirjuta kunagi 10 kiloamprit. Sellised tähendused pole igapäevaelus reaalsed. Sama võib öelda nanoamprite kohta. Tavaliselt öeldakse ja kirjutatakse 1×10 -9 amprit.

Elektripinge(elektripotentsiaali) mõõdetakse seadmega, mida nimetatakse voltmeetriks, nagu te arvasite, pinget, st potentsiaalide erinevust, mis põhjustab voolu voolamist, mõõdetakse voltides (V). Nii nagu voolu puhul, on tähistuste ulatuse suurendamiseks mitu eesliitet: (mikro- mikrovolt (μV), miilid - millivolt (mV), kilo - kilovolt (kV), mega - megavolt (MV). Pinge nimetatakse ka EMF - elektromotoorjõud.

Elektritakistus mõõdetuna ohmmeetri-nimelise seadmega, nagu te arvasite, on takistuse ühik ohm (Ohm). Nii nagu voolu ja pinge puhul, on ka mitmekordsed eesliited: kilo - kiloohm (kOhm), mega - megaohm (MOhm). Muud tähendused ei ole igapäevaelus reaalsed.

Varem õppisite, et juhi takistus sõltub otseselt juhi läbimõõdust. Sellele võib lisada, et kui õhukesele juhile suunata suur elektrivool, siis see ei suuda seda läbi lasta, mistõttu see kuumeneb väga palju ja võib kokkuvõttes sulada. Kaitsmete töö põhineb sellel põhimõttel.

Mis tahes aine aatomid asuvad üksteisest teatud kaugusel. Metallides on aatomite vahelised kaugused nii väikesed, et elektronkestad praktiliselt puutuvad kokku. See võimaldab elektronidel vabalt liikuda tuumast tuuma, tekitades elektrivoolu, mistõttu on metallid, nagu ka mõned teised ained, elektri JUHTID. Teistel ainetel on vastupidi laia vahega aatomid, tuumaga tihedalt seotud elektronid, mis ei saa vabalt liikuda. Sellised ained ei ole juhid ja neid nimetatakse tavaliselt DIELEKTRIKS, millest tuntuim on kumm. See on vastus küsimusele, miks elektrijuhtmed on metallist.

Elektrivoolu olemasolu näitavad järgmised sellega kaasnevad toimingud või nähtused:

;1. Juht, mille kaudu vool läbib, võib kuumeneda;

2. Elektrivool võib muuta juhi keemilist koostist;

3. Vool avaldab jõudu naabervooludele ja magnetiseeritud kehadele.

Elektronide eraldamisel tuumadest vabaneb teatud hulk energiat, mis soojendab juhti. Voolu "küttevõimsust" nimetatakse tavaliselt võimsuse hajumiseks ja seda mõõdetakse vattides. Sama ühikut kasutatakse elektrienergiast muundatud mehaanilise energia mõõtmiseks.

Elektriohud ja muud elektri ohtlikud omadused ning ettevaatusabinõud

Elektrivool soojendab juhti, mille kaudu see voolab. Sellepärast:

1. Majapidamise elektrivõrgu ülekoormamisel isolatsioon järk-järgult söestub ja mureneb. Võimalik on lühis, mis on väga ohtlik.

2. Juhtmete ja kodumasinate kaudu voolav elektrivool puutub kokku takistusega, nii et see “valib” kõige väiksema takistusega tee.

3. Kui tekib lühis, suureneb vool järsult. See tekitab suure hulga soojust, mis võib metalli sulatada.

4. Lühis võib tekkida ka niiskuse tõttu. Kui lühise korral tekib tulekahju, siis elektriseadmete niiskusega kokkupuute korral kannatab kõigepealt inimene.

5. Elektrilöök on väga ohtlik ja võib lõppeda surmaga. Kui elektrivool läbib inimkeha, väheneb kudede takistus järsult. Kehas toimuvad kudede kuumutamise, rakkude hävitamise ja närvilõpmete surma protsessid.

Kuidas kaitsta end elektrilöögi eest

Elektrivoolu eest kaitsmiseks kasutage elektrilöögi eest kaitsvaid vahendeid: töötage kummikinnastes, kasutage kummimatti, tühjendusvardaid, seadmete maandusseadmeid, töökohti. Termo- ja voolukaitsega automaatlülitid on ka hea kaitsevahend elektrilöögi eest, mis võib päästa inimelu. Kui ma pole kindel, et elektrilöögi ohtu pole, siis lihtsamaid toiminguid elektrikilpides või seadmesõlmedes tehes töötan tavaliselt ühe käega ja panen teise käe taskusse. See välistab elektrilöögi võimaluse juhusliku kokkupuute korral kilbi korpuse või muude massiivsete maandatud objektidega.

Elektriseadmetel tekkiva tulekahju kustutamiseks kasutatakse ainult pulber- või süsihappegaaskustuteid. Pulberkustutid on paremad, kuid pärast seadmete katmist tulekustuti tolmuga ei ole alati võimalik neid seadmeid taastada.