Accions del corrent elèctric: tèrmica, química, magnètica, lluminosa i mecànica
El corrent elèctric en un circuit sempre es manifesta mitjançant algun tipus de la seva acció. Això pot ser tant el funcionament a una determinada càrrega com l'efecte concomitant del corrent. Així, per l'acció del corrent, es pot jutjar la seva presència o absència en un circuit determinat: si la càrrega funciona, hi ha corrent. Si s'observa un fenomen típic que acompanya el corrent, hi ha corrent al circuit, etc.
En principi, el corrent elèctric és capaç de provocar diferents accions: tèrmiques, químiques, magnètiques (electromagnètiques), lluminoses o mecàniques, i sovint es produeixen diferents tipus d'accions de corrent simultàniament. Aquests fenòmens i accions actuals es tractaran en aquest article.
Efecte tèrmic del corrent elèctric
Quan el corrent continu o altern flueix per un cable, el cable s'escalfa. Aquests cables de calefacció en diferents condicions i aplicacions poden ser: metalls, electròlits, plasma, metalls fosos, semiconductors, semimetalls.
En el cas més senzill, si, per exemple, un corrent elèctric passa per un cable de nicrom, s'escalfarà. Aquest fenomen s'utilitza en aparells de calefacció: en bullidors elèctrics, en calderes, en calefactors, estufes elèctriques, etc. En la soldadura d'arc elèctric, la temperatura de l'arc elèctric sol arribar als 7000 ° C i el metall es fon fàcilment, això també és un efecte de calor del corrent.
La quantitat de calor alliberada a la secció del circuit depèn de la tensió aplicada a aquesta secció, del valor del corrent que circula i del temps del seu flux (La llei de Joule-Lenz).
Un cop hàgiu convertit la llei d'Ohm per a una secció del circuit, podeu utilitzar el voltatge o el corrent per calcular la quantitat de calor, però llavors heu de conèixer la resistència del circuit perquè limita el corrent i en realitat provoca escalfament. O, coneixent el corrent i la tensió d'un circuit, podeu trobar amb la mateixa facilitat la quantitat de calor generada.
Acció química del corrent elèctric
Electròlits que contenen ions per corrent elèctric continu electrolitzat — aquesta és l'acció química del corrent. Els ions negatius (anions) són atrets per l'elèctrode positiu (ànode) durant l'electròlisi, i els ions positius (cations) són atrets per l'elèctrode negatiu (càtode). És a dir, les substàncies contingudes en l'electròlit s'alliberen durant l'electròlisi als elèctrodes de la font de corrent.
Per exemple, un parell d'elèctrodes es submergeix en una solució d'un determinat àcid, àlcali o sal, i quan un corrent elèctric passa pel circuit, es crea una càrrega positiva en un elèctrode i una càrrega negativa en l'altre. Els ions continguts a la solució comencen a dipositar-se a l'elèctrode amb càrrega inversa.
Per exemple, durant l'electròlisi del sulfat de coure (CuSO4), els cations de coure Cu2 + amb càrrega positiva es mouen al càtode carregat negativament, on reben la càrrega que falta, i es converteixen en àtoms de coure neutres, instal·lant-se a la superfície de l'elèctrode. El grup hidroxil -OH donarà electrons a l'ànode i com a resultat s'alliberarà oxigen. Els cations d'hidrogen H + carregats positivament i els anions SO42- carregats negativament romandran en solució.
L'acció química d'un corrent elèctric s'utilitza a la indústria, per exemple, per descompondre l'aigua en els seus components (hidrogen i oxigen). A més, l'electròlisi permet obtenir alguns metalls en la seva forma pura. Amb l'ajuda de l'electròlisi, s'aplica una fina capa d'un determinat metall (níquel, crom) a la superfície, això és tot. recobriment galvànic etc.
El 1832, Michael Faraday va establir que la massa m de la substància alliberada a l'elèctrode és directament proporcional a la càrrega elèctrica q que passava per l'electròlit. Si un corrent continu I flueix a través de l'electròlit durant el temps t, s'aplica la primera llei de l'electròlisi de Faraday:
Aquí el factor de proporcionalitat k s'anomena equivalent electroquímic de la substància. És numèricament igual a la massa d'una substància alliberada quan una càrrega elèctrica passa per l'electròlit, i depèn de la naturalesa química de la substància.
Acció magnètica del corrent elèctric
En presència d'un corrent elèctric en qualsevol conductor (en estat sòlid, líquid o gasós), s'observa un camp magnètic al voltant del conductor, és a dir, el conductor portador de corrent adquireix propietats magnètiques.
Així, si es porta un imant al cable pel qual passa el corrent, per exemple en forma d'agulla de brúixola magnètica, llavors l'agulla girarà perpendicularment al cable, i si enrotlleu el cable sobre un nucli de ferro i passeu un corrent a través del cable, el nucli es convertirà en electroimant.
El 1820, Oersted va descobrir l'efecte magnètic del corrent sobre una agulla magnètica, i Ampere va establir les lleis quantitatives de la interacció magnètica dels cables que transporten corrent.
El camp magnètic sempre es genera pel corrent, és a dir, les càrregues elèctriques en moviment, en particular les partícules carregades (electrons, ions). Els corrents oposats es repel·leixen, els corrents unidireccionals s'atrauen.
Aquesta interacció mecànica es produeix a causa de la interacció dels camps magnètics dels corrents, és a dir, és, en primer lloc, una interacció magnètica, i només després - mecànica. Així, la interacció magnètica dels corrents és primària.
El 1831, Faraday va trobar que un camp magnètic canviant d'un circuit genera un corrent en un altre circuit: l'EMF generat és proporcional a la velocitat de canvi del flux magnètic. És lògic que sigui l'acció magnètica dels corrents la que es fa servir fins avui en tots els transformadors, no només en els electroimants (per exemple, en els industrials).
Efecte de llum del corrent elèctric
En la seva forma més simple, l'efecte lluminós d'un corrent elèctric es pot observar en una làmpada incandescent, la bobina de la qual s'escalfa pel corrent que la travessa a calor blanca i emet llum.
Per a una làmpada incandescent, l'energia lluminosa representa aproximadament el 5% de l'electricitat subministrada, el 95% restant de la qual es converteix en calor.
Les làmpades fluorescents converteixen l'energia actual en llum de manera més eficient: fins a un 20% de l'electricitat es converteix en llum visible gràcies als fòsfors que reben radiació ultraviolada d'una descàrrega elèctrica en vapor de mercuri o en un gas inert com el neó.
L'efecte de llum del corrent elèctric es realitza de manera més eficaç als LED. Quan un corrent elèctric travessa la unió pn en direcció cap endavant, els portadors de càrrega —electrons i forats— es recombinen amb l'emissió de fotons (a causa de la transició d'electrons d'un nivell d'energia a un altre).
Els millors emissors de llum són els semiconductors de buit directe (és a dir, aquells en què es permeten transicions òptiques directes), com ara GaAs, InP, ZnSe o CdTe. En canviar la composició dels semiconductors, es poden fabricar LED per a tot tipus de longituds d'ona des de l'ultraviolat (GaN) fins a l'infraroig mitjà (PbS). L'eficiència del LED com a font de llum arriba a una mitjana del 50%.
Acció mecànica del corrent elèctric
Com s'ha indicat anteriorment, qualsevol conductor pel qual flueix un corrent elèctric es forma al seu voltant camp magnètic… Les accions magnètiques es converteixen en moviment, per exemple en motors elèctrics, en dispositius d'elevació magnètica, en vàlvules magnètiques, en relés, etc.
L'acció mecànica d'un corrent sobre un altre es descriu per la llei d'Ampere. Aquesta llei va ser establerta per primera vegada per Andre Marie Ampere el 1820 per al corrent continu. Des de Llei d'Ampere se'n dedueix que els cables paral·lels amb corrents elèctrics que flueixen en una direcció s'atrauen i els de direccions oposades es repel·len.
La llei d'Ampere també s'anomena llei que determina la força amb la qual actua un camp magnètic sobre un petit segment d'un conductor que porta corrent. La força amb la qual actua un camp magnètic sobre un element d'un cable portador de corrent en un camp magnètic és directament proporcional al corrent en el cable i el producte vectorial de l'element de la longitud del cable i la inducció magnètica.
Aquest principi es basa en funcionament dels motors elèctrics, on el rotor fa el paper d'un bastidor amb un corrent orientat en el camp magnètic extern de l'estator pel parell M.