Què són la tensió, el corrent i la resistència: com s'utilitzen a la pràctica

En enginyeria elèctrica, els termes "corrent", "tensió" i "resistència" s'utilitzen per descriure els processos que tenen lloc als circuits elèctrics. Cadascun d'ells té el seu propi propòsit amb característiques específiques.

Electricitat

La paraula s'utilitza per caracteritzar el moviment de partícules carregades (electrons, forats, cations i anions) a través d'un determinat medi d'una substància. La direcció i el nombre de portadors de càrrega determina el tipus i la força del corrent.

Les principals característiques del corrent afecten la seva aplicació pràctica

Un requisit previ per al flux de càrregues és la presència d'un circuit o, en altres paraules, d'un bucle tancat que creï les condicions per al seu moviment. Si es forma un buit dins de les partícules en moviment, el seu moviment direccional s'atura immediatament.

Tots els interruptors i proteccions utilitzats en electricitat funcionen amb aquest principi.Creen una separació entre els contactes mòbils de les parts conductores i mitjançant aquesta acció interrompen el flux de corrent elèctric, apagant el dispositiu.

En energia, el mètode més comú és la creació d'un corrent elèctric a causa del moviment d'electrons dins dels metalls fets en forma de cables, pneumàtics o altres peces conductores.

A més d'aquest mètode, també s'utilitza la creació de corrent a l'interior:

1. gasos i líquids electrolítics a causa del moviment d'electrons o cations i anions — ions amb signes de càrrega positiva i negativa;

2. un ambient de buit, aire i gasos sotmès al moviment d'electrons provocat pel fenomen de la radiació termoiònica;

3. materials semiconductors a causa del moviment d'electrons i forats.

Es pot produir una descàrrega elèctrica quan:

• aplicar una diferència de potencial elèctric externa a partícules carregades;

• cables d'escalfament que actualment no són superconductors;

• el curs de les reaccions químiques relacionades amb l'alliberament de noves substàncies;

• l'efecte d'un camp magnètic aplicat al cable.

La forma d'ona del corrent elèctric pot ser:

1. una constant en forma de línia recta sobre la línia del temps;

2. un harmònic sinusoïdal variable ben descrit per les relacions trigonomètriques bàsiques;

3. meandre, aproximadament semblant a una ona sinusoïdal, però amb angles aguts i pronunciats, que en alguns casos es poden suavitzar bé;

4. pulsant, quan la direcció es manté sense canvis, i l'amplitud fluctua periòdicament des de zero fins al valor màxim segons una llei ben definida.

El corrent elèctric pot ser útil per a una persona quan:

• convertit en radiació lumínica;

• crea escalfament d'elements tèrmics;

• realitza treballs mecànics a causa de l'atracció o repulsió d'induïts mòbils o la rotació de rotors amb accionaments fixats en coixinets;

• genera radiació electromagnètica en alguns altres casos.

Quan el corrent elèctric passa pels cables, els danys poden ser causats per:

• escalfament excessiu dels circuits i contactes que porten corrent;

• educació corrents de Foucault en els circuits magnètics de les màquines elèctriques;

• radiació de l'electricitat ones electromagnètiques en el medi ambient i alguns fenòmens similars.

Els dissenyadors de dispositius elèctrics i els desenvolupadors de diversos circuits tenen en compte les possibilitats enumerades de corrent elèctric als seus dispositius. Per exemple, els efectes nocius dels corrents de Foucault en transformadors, motors i generadors es mitiguen barrejant els nuclis utilitzats per transmetre fluxos magnètics. Al mateix temps, el corrent de Foucault s'utilitza amb èxit per escalfar el medi en forns elèctrics i forns de microones que funcionen segons el principi d'inducció.

Un corrent elèctric altern amb una forma d'ona sinusoïdal pot tenir una freqüència d'oscil·lació diferent per unitat de temps: un segon. La freqüència industrial de les instal·lacions elèctriques als diferents països està estandarditzada amb els números 50 o 60 hertz. Per a altres finalitats d'enginyeria elèctrica i negoci de ràdio, s'utilitzen senyals:

• baixa freqüència, amb valors més baixos;

• alta freqüència, superant significativament la gamma de dispositius industrials.

Generalment s'accepta que un corrent elèctric es crea pel moviment de partícules carregades en un medi macroscòpic determinat i s'anomena corrent de conducció... No obstant això, un altre tipus de corrent anomenat convecció es pot produir quan es mouen cossos carregats macroscòpicament, per exemple, les gotes de pluja. .

Com es forma el corrent elèctric als metalls

El moviment dels electrons sota la influència d'una força constant que se'ls aplica es pot comparar amb el descens d'un paracaigudista amb un dosser obert. En ambdós casos s'obté un moviment uniformement accelerat.

El paracaigudista es mou a causa de la gravetat cap a terra, a la qual s'oposa la força de la resistència de l'aire. Els electrons es veuen afectats per la força que se'ls aplica camp elèctric, i el seu moviment es veu impedit per col·lisions contínues amb altres partícules: ions de les xarxes cristal·lines, per la qual cosa s'extingeix part de l'efecte de la força aplicada.

En ambdós casos, la velocitat mitjana del paracaigudista i el moviment d'electrons assoleix un valor constant.

Això crea una situació força única on la velocitat:

• el moviment propi d'un electró ve determinat per un valor de l'ordre de 0,1 mil·límetres per segon;

• el flux de corrent elèctric correspon a un valor molt més alt: la velocitat de propagació de les ones de llum: uns 300 mil quilòmetres per segon.

Així, flux de corrent elèctric es crea on s'aplica una tensió als electrons, i com a resultat comencen a moure's a la velocitat de la llum dins del medi conductor.

Quan els electrons es mouen a la xarxa cristal·lina d'un metall, sorgeix una altra regularitat interessant: xoca amb aproximadament cada desè contraió.És a dir, evita amb èxit al voltant del 90% de les col·lisions d'ions.

Aquest fenomen es pot explicar no només per les lleis de la física clàssica fonamental, tal com l'entenen habitualment la majoria de la gent, sinó també per les lleis de funcionament addicionals descrites per la teoria de la mecànica quàntica.

Si expressem breument la seva acció, podem imaginar que el moviment dels electrons dins dels metalls es veu obstaculitzat per ions grans "oscil·lants" pesats que proporcionen resistència addicional.

Aquest efecte es nota especialment en escalfar metalls, quan el "oscil·lació" dels ions pesats augmenta i redueix la conductivitat elèctrica de les xarxes cristal·lines dels cables.

Per tant, quan els metalls s'escalfen, la seva resistència elèctrica sempre augmenta, i quan es refreden, augmenta la seva conductivitat. Quan la temperatura del metall baixa a valors crítics propers al valor del zero absolut, en molts d'ells es produeix el fenomen de la superconductivitat.

El corrent elèctric, segons el seu valor, és capaç de fer diferents coses. Per a una avaluació quantitativa de les seves capacitats, es pren un valor anomenat amperatge. La seva mida en el sistema de mesura internacional és d'1 ampere.Per indicar la força actual a la literatura tècnica, s'adopta l'índex «I».

Voltatge

Aquest terme s'utilitza com a característica d'una magnitud física que expressa el treball invertit en transferir una càrrega elèctrica d'una unitat de prova d'un punt a un altre sense canviar la naturalesa de la col·locació de les càrregues restants a les fonts de camp actiu.

Com que els punts inicial i final tenen potencials energètics diferents, el treball realitzat per moure la càrrega, o voltatge, és igual a la relació de la diferència entre aquests potencials.

S'utilitzen diferents termes i mètodes per calcular la tensió en funció dels corrents que circulen. No pot ser:

1. constant — en circuits electrostàtics i de corrent constant;

2. altern — en circuits amb corrent altern i sinusoïdal.

Per al segon cas, s'utilitzen aquestes característiques i tipus d'estrès addicionals com:

• amplitud: la desviació més gran de la posició zero de l'eix de les abscisses;

• valor instantani, que s'expressa en un moment determinat del temps;

• valor efectiu, efectiu o, d'una altra manera anomenat, valor quadrat mitjà, determinat pel treball actiu realitzat durant un mig període;

• valor mitjà rectificat calculat mòdul el valor rectificat d'un període harmònic.

Per a l'avaluació quantitativa de la tensió, es va introduir la unitat internacional d'1 volt i el símbol «U» es va convertir en la seva designació.

Quan es transporta energia elèctrica a través de línies aèries, el disseny dels suports i les seves dimensions depenen del valor de la tensió utilitzada. El seu valor entre els conductors de les fases s'anomena lineal i relatiu a cada conductor i fase de terra.

Aquesta norma s'aplica a tot tipus de companyies aèries.

A les xarxes elèctriques domèstiques del nostre país, l'estàndard és una tensió trifàsica de 380/220 volts.

Resistència elèctrica

El terme s'utilitza per caracteritzar les propietats d'una substància per debilitar el pas d'un corrent elèctric a través d'ella.En aquest cas, es poden escollir diferents ambients, es pot canviar la temperatura de la substància o les seves dimensions.

En circuits de corrent continu, la resistència fa un treball actiu, per això s'anomena activa. Per a cada secció, és directament proporcional a la tensió aplicada i inversament proporcional al corrent que passa.

En els esquemes de corrent altern s'introdueixen els conceptes següents:

• impedància;

• resistència a les ones.

La impedància elèctrica també s'anomena impedància complexa o de components:

• actiu;

• reactiu.

La reactivitat, al seu torn, pot ser:

• capacitiu;

• inductiu.

Es descriuen les connexions entre els components d'impedància del triangle de resistència.

En un càlcul d'electrodinàmica, la impedància d'ona d'una línia elèctrica ve determinada per la relació entre la tensió de l'ona incident i el valor del corrent que passa per la línia d'ona.

El valor de la resistència es pren com a unitat de mesura internacional d'1 ohm.

Relació de corrent, tensió i resistència

Un exemple clàssic d'expressar la relació entre aquestes característiques és una comparació amb un circuit hidràulic, on la força de moviment del flux de vida (analògic - la magnitud del corrent) depèn del valor de la força aplicada al pistó (creat). tensió) i el caràcter de les línies de flux, fetes de constriccions (resistència).

Les lleis matemàtiques que descriuen la relació de la resistència elèctrica, el corrent i la tensió van ser publicades i patentades per primera vegada per Georg Ohm. Va derivar les lleis per a tot el circuit del circuit elèctric i la seva secció. Vegeu aquí per a més detalls: Aplicació de la llei d'Ohm a la pràctica

Amperímetres, voltímetres i ohmímetres s'utilitzen per mesurar les magnituds elèctriques bàsiques de l'electricitat.

Un amperímetre mesura el corrent que circula pel circuit, ja que no canvia en tota la zona tancada, l'amperímetre es col·loca entre la font de tensió i l'usuari, creant un pas de càrregues a través del capçal de mesura de l'aparell.

Un voltímetre s'utilitza per mesurar la tensió als terminals de l'usuari connectats a la font de corrent.

Les mesures de resistència amb un ohmímetre només es poden fer amb l'usuari apagat. Això es deu al fet que l'ohmímetre emet una tensió calibrada i mesura el corrent que flueix pel capçal de prova, que es converteix en ohms dividint la tensió pel valor actual.

Qualsevol connexió d'una tensió externa de baixa potència durant la mesura crearà corrents addicionals i distorsionarà el resultat. Tenint en compte que els circuits interns de l'ohmetre són de baixa potència, en el cas de mesures de resistència errònies quan s'aplica una tensió externa, el dispositiu sovint falla a causa del fet que el seu circuit intern es crema.

Conèixer les característiques bàsiques de corrent, voltatge, resistència i les relacions entre ells permet als electricistes realitzar amb èxit la seva feina i fer funcionar de manera fiable els sistemes elèctrics, i els errors que es cometen molt sovint acaben en accidents i lesions.