Electricitat
Què és el corrent elèctric
Electricitat: moviment dirigit de partícules carregades elèctricament sota l'impacte camp elèctric... Aquestes partícules poden ser: en conductors - electrons, en electròlits - ions (cations i anions), en semiconductors - electrons i els anomenats "forats" ("conductivitat dels forats d'electrons"). També hi ha un "corrent de polarització", el flux del qual es deu al procés de càrrega de la capacitat, és a dir, a un canvi en la diferència de potencial entre les plaques. No es produeix cap moviment de partícules entre les plaques, però el corrent flueix a través del condensador.
En la teoria dels circuits elèctrics, el corrent es considera el moviment dirigit dels portadors de càrrega en un medi conductor sota l'acció d'un camp elèctric.
El corrent de conducció (només corrent) en la teoria dels circuits elèctrics és la quantitat d'electricitat que flueix per unitat de temps a través de la secció transversal d'un cable: i = q /T, on i - corrent. A; q = 1,6·109 — càrrega d'electrons, С; t — temps, s.
Aquesta expressió és vàlida per a circuits de corrent continu. Per als circuits de corrent altern, els anomenats Valor de corrent instantani igual a la taxa de canvi de càrrega al llarg del temps: i (t) = dq /dt.
La primera condició per a l'existència a llarg termini d'un corrent elèctric del tipus considerat és la presència d'una font o generador que mantingui la diferència de potencial entre els portadors de càrrega. La segona condició és el tancament de la carretera. En particular, perquè existeixi un corrent continu, és necessari tenir un camí tancat pel qual les càrregues es puguin moure en el circuit sense canviar el seu valor.
Com sabeu, d'acord amb la llei de conservació de les càrregues elèctriques, no es poden crear ni destruir. Per tant, si qualsevol volum d'espai on circulen corrents elèctrics està envoltat per una superfície tancada, el corrent que flueix en aquest volum ha de ser igual al corrent que en surt.
Més sobre això: Condicions per a l'existència de corrent elèctric
El camí tancat pel qual circula un corrent elèctric s'anomena circuit elèctric o circuit elèctric. Circuit elèctric: dividit en dues parts: la part interior, en la qual les partícules carregades elèctricament es mouen en contra de la direcció de les forces electrostàtiques, i la part exterior, en la qual aquestes partícules es mouen en la direcció de les forces electrostàtiques. Els extrems dels elèctrodes als quals està connectat el circuit extern s'anomenen pinces.
Per tant, un corrent elèctric es produeix quan apareix un camp elèctric en una secció d'un circuit elèctric, o una diferència de potencial entre dos punts d'un cable. Diferència de potencial entre dos punts circuit elèctric s'anomenen voltatge o caiguda de tensió en aquesta secció del circuit.
En lloc del terme "actual" ("quantitat actual"), sovint s'utilitza el terme "intensitat actual".Tanmateix, aquest últim no es pot anomenar reeixit, ja que la força actual no és cap força en el sentit literal de la paraula, sinó només la intensitat del moviment de les càrregues elèctriques en el conductor, la quantitat d'electricitat que passa per unitat de temps a través de la creu. àrea de la secció del conductor.
El corrent es caracteritza amperatge, que en el sistema SI es mesura en amperes (A), i la densitat de corrent, que en el sistema SI es mesura en amperes per metre quadrat.
Un ampere correspon al moviment a través de la secció transversal del cable en un segon (s) d'una càrrega d'electricitat en la quantitat d'un coulomb (C):
1A = 1C/s.
En el cas general, denotant el corrent amb la lletra i i la càrrega q, obtenim:
i = dq / dt.
La unitat de corrent s'anomena ampere (A).
Ampere (A): intensitat d'un corrent continu que, en passar per dos conductors rectes paral·lels de longitud infinita i secció transversal insignificant, situats en el buit a una distància d'1 m l'un de l'altre, crea entre aquests conductors 2·10 -7 H per cada metre de longitud.
El corrent al cable és 1 A si una càrrega elèctrica igual a 1 coulomb travessa la secció transversal del cable en 1 s.
Arròs. 1. Moviment direccional dels electrons en un conductor
Si una tensió actua sobre el cable, aleshores sorgeix un camp elèctric dins del cable. Amb una intensitat de camp E, una força f = Ee actua sobre electrons de càrrega e. Les magnituds e i E són magnituds vectorials. Durant el camí lliure, els electrons adquireixen un moviment dirigit juntament amb un de caòtic. Cada electró té una càrrega negativa i rep la component de velocitat oposada al vector E (Fig. 1). El moviment ordenat, caracteritzat per una certa velocitat mitjana dels electrons vcp, determina el flux de corrent elèctric.
Els electrons poden tenir moviment dirigit en gasos rarificats. En electròlits i gasos ionitzats, el corrent es deu principalment al moviment dels ions. D'acord amb el fet que els ions carregats positivament es mouen del pol positiu al pol negatiu en els electròlits, històricament s'ha suposat que la direcció del corrent és oposada a la direcció del flux d'electrons.
La direcció del corrent es pren com la direcció en què es mouen les partícules carregades positivament, és a dir. direcció oposada al moviment dels electrons.
En la teoria dels circuits elèctrics, la direcció del corrent en un circuit passiu (fora de les fonts d'energia) es pren com la direcció del moviment de les partícules carregades positivament d'un potencial més alt a un de menor. Aquesta direcció es va prendre al principi del desenvolupament de l'enginyeria elèctrica i contradiu la veritable direcció del moviment dels portadors de càrrega: els electrons que es mouen en medis conductors de menys a més.
La direcció del corrent elèctric a l'electròlit i els electrons lliures al conductor
La quantitat igual a la relació entre el corrent i l'àrea de la secció transversal S s'anomena densitat de corrent: I / S
En aquest cas, s'assumeix que el corrent es distribueix uniformement per la secció transversal del cable. La densitat de corrent als cables es mesura normalment en A/mm2.
Segons el tipus de portadors de càrregues elèctriques i el mitjà del seu moviment, es divideixen en corrents conductores i corrents de desplaçament... La conductivitat es divideix en electrònica i iònica. Per als modes estacionaris, es distingeixen dos tipus de corrents: directes i alterns.
La transferència de descàrrega elèctrica s'anomena el fenomen de transferència de càrregues elèctriques de partícules carregades o cossos que es mouen a l'espai lliure.El tipus principal de transferència de corrent elèctric és el moviment a la cavitat de partícules carregades elementals (el moviment d'electrons lliures en tubs electrònics), el moviment d'ions lliures en dispositius de descàrrega de gas.
El corrent de desplaçament (corrent de polarització) anomenat moviment ordenat dels portadors associats de càrregues elèctriques. Aquest tipus de corrent es pot observar en els dielèctrics.
Corrent elèctric total: un valor escalar igual a la suma del corrent de conducció elèctrica, el corrent de transferència elèctrica i el corrent de desplaçament elèctric a través de la superfície en qüestió.
La constant s'anomena corrent que pot canviar de magnitud, però no canvia el seu signe durant un temps arbitràriament llarg. Llegeix més sobre això aquí: DC
Corrent magnetitzant — un corrent microscòpic (amperes) constant, que és la raó de l'existència d'un camp magnètic intrínsec de substàncies magnetitzades.
Variables anomenades corrent que canvien periòdicament tant de magnitud com de signe. La magnitud que caracteritza el corrent altern és la freqüència (en el sistema SI es mesura en hertz), en cas que la seva intensitat canviï periòdicament.
Un corrent altern d'alta freqüència es desplaça sobre la superfície del cable. Els corrents d'alta freqüència s'utilitzen en enginyeria mecànica per al tractament tèrmic de superfícies de peces i soldadura, en metal·lúrgia per a la fusió de metalls. Els corrents alterns es divideixen en sinusoïdals i no sinusoïdals... Un corrent sinusoïdal és un corrent que canvia segons una llei harmònica:
i = pecat pecat,
on sóc, - valor actual màxim (més alt)., Ah,
La velocitat de canvi del corrent altern es caracteritza per la seva freqüència, definit com el nombre d'oscil·lacions repetitives completes per unitat de temps.La freqüència es denota amb la lletra f i es mesura en hertzs (Hz). Així, una freqüència de corrent de xarxa de 50 Hz correspon a 50 oscil·lacions completes per segon. La freqüència angular w és la velocitat de canvi del corrent en radians per segon i està relacionada amb la freqüència mitjançant una relació simple:
w = 2pi f
Els valors estacionaris (fixos) dels corrents continus i alterns signifiquen amb la lletra majúscula I valors no estacionaris (instantània) - amb la lletra i. Normalment, la direcció positiva del corrent és la direcció del moviment de les càrregues positives.
Corrent altern És un corrent que canvia segons la llei sinusoïdal al llarg del temps.
El corrent altern també significa corrent en xarxes convencionals monofàsiques i trifàsiques. En aquest cas, els paràmetres del corrent altern canvien segons la llei harmònica.
Com que el corrent de CA canvia amb el temps, les solucions senzilles adequades per a circuits de CC no són directament aplicables aquí. A freqüències molt altes, les càrregues poden oscil·lar, fluir d'un lloc a un altre del circuit i tornar de nou. En aquest cas, a diferència dels circuits de corrent continu, els corrents dels cables connectats en sèrie poden ser desiguals.
Les capacitats presents als circuits de CA milloren aquest efecte. A més, quan el corrent canvia, es noten efectes d'autoinducció, que esdevenen significatius fins i tot a freqüències baixes si s'utilitzen bobines d'alta inductància.
A freqüències relativament baixes, el circuit de CA encara es pot calcular utilitzant Les regles de Kirchhoffque, però, s'han de modificar en conseqüència.
Un circuit que conté diverses resistències, inductors i condensadors es pot pensar com una resistència generalitzada, un condensador i un inductor connectats en sèrie.
Considereu les propietats d'aquest circuit connectat a un generador de corrent altern sinusoïdal. Per formular les regles per calcular circuits alterns, cal trobar la relació entre la caiguda de tensió i el corrent de cadascun dels components d'aquest circuit.
Condensador té funcions completament diferents en els circuits de CA i CC. Si, per exemple, una pila electroquímica està connectada al circuit, aleshores el condensador començarà a carregar-sefins que la tensió en ella sigui igual a la fem de l'element. Aleshores, la càrrega s'aturarà i el corrent baixarà a zero.
Si el circuit està connectat a un alternador, en un mig cicle, els electrons fluiran de la placa esquerra del condensador i s'acumularan a la dreta, i a l'altre, a l'inrevés.
Aquests electrons en moviment constitueixen un corrent altern la força del qual és igual a ambdós costats del condensador. Sempre que la freqüència de CA no sigui molt alta, el corrent a través de la resistència i l'inductor també és el mateix.
En els dispositius que consumeixen corrent altern, el corrent altern sovint es rectifica rectificadors per obtenir corrent continu.
Conductors per al corrent elèctric
El corrent elèctric en totes les seves formes és un fenomen cinètic, anàleg al flux de fluids en sistemes hidràulics tancats. Per analogia, el procés de moviment de corrent s'anomena «flux» (fluxos de corrent).
S'anomena el material per on circula el corrent conductor… Alguns materials entren en superconductivitat a baixes temperatures. En aquest estat, gairebé no mostren resistència al corrent, la seva resistència tendeix a zero.
En tots els altres casos, el conductor resisteix el flux de corrent i, com a resultat, part de l'energia de les partícules elèctriques es converteix en calor.L'amperatge es pot calcular per Llei d'Ohm per a la secció transversal del circuit i la llei d'Ohm per a tot el circuit.
La velocitat de moviment de les partícules als cables depèn del material del cable, la massa i la càrrega de la partícula, la temperatura de l'entorn, la diferència de potencial aplicada i és molt més petita que la velocitat de la llum. Tanmateix, la velocitat de propagació del propi corrent elèctric és igual a la velocitat de la llum en un medi determinat, és a dir, la velocitat de propagació del front d'una ona electromagnètica.
Com afecta l'electricitat al cos humà
El corrent que passa pel cos humà o animal pot causar cremades elèctriques, fibril·lació o la mort. D'altra banda, el corrent elèctric s'utilitza en cures intensives, per tractar malalties mentals, especialment la depressió, l'estimulació elèctrica de determinades zones del cervell s'utilitza per tractar malalties com la malaltia de Parkinson i l'epilèpsia, un marcapassos que estimula un múscul cardíac amb El corrent s'utilitza per a la bradicàrdia. En humans i animals, el corrent s'utilitza per transmetre els impulsos nerviosos.
Per raons de seguretat, el corrent receptiu mínim per a una persona és d'1 mA. El corrent esdevé perillós per a la vida d'una persona a partir d'una intensitat d'uns 0,01 A. El corrent esdevé letal per a una persona a partir d'una intensitat d'uns 0,1 A. Una tensió inferior a 42 V es considera segura.