U elektrotehnici, električna struja je kretanje nabijenih čestica duž vodiča. Ovu veličinu ne karakteriše samo količina električne energije koja prolazi kroz provodnik, jer kroz isti provodnik mogu proći i različite i različite struje. jednake snage za različite vremenske periode. Zato nije sve tako jednostavno kao što se čini. Preporučuje se da se upoznate s detaljnijim definicijama električne struje, čemu je jednaka i kako se izračunava. Ovaj članak će objasniti kako pronaći struju u vodiču i dati formulu za ovu jednačinu.
S obzirom na količinu električne energije koja teče kroz određeni provodnik u različitim vremenskim intervalima, postaće jasno da će u kratkom vremenskom periodu struja teći intenzivnije, pa je potrebno uvesti još jednu definiciju. To znači struju koja teče u provodniku u sekundi vremena.
Osnovne veličine koje karakterišu protok elektrona
Ako formuliramo definiciju na osnovu svega navedenog, tada je jačina električne struje količina električne energije koja prolazi kroz presjek provodnik u sekundi. Vrijednost je označena latiničnim slovom “I”.
Galvanometar za mjerenje malih struja
Bitan! Stručnjaci definiraju snagu električne struje kao jedan amper kada jedan kulon električne energije prođe kroz poprečni presjek provodnika u jednoj sekundi.
Često u elektrotehnici možete vidjeti druge jedinice za mjerenje električne struje: miliampere, mikroampere i tako dalje. To je zbog činjenice da će takve količine biti sasvim dovoljne za napajanje modernih kola. 1 amp je veoma veliki značaj, jer čovjeka može ubiti struja od 100 miliampera, pa stoga električna utičnica nije ništa manje opasna za čovjeka od, na primjer, automobila koji juri.
Šema koja definiše koncept koji se razmatra
Ako znate količinu električne energije koja je prošla kroz provodnik u određenom vremenskom periodu, tada se sila (ne snaga) može izračunati pomoću formule prikazane na slici.
Kada je električna mreža zatvorena i nema grana, ista količina električne energije protiče kroz svaki poprečni presjek u sekundi. Teoretski, to je opravdano na sljedeći način: naboj se ne može akumulirati na određenom mjestu, a jačina električne struje je svuda ista.
Vrste struja
Trenutni izvori
Izvor električne struje je električni uređaj koji pretvara određenu vrstu energije u električnu energiju. Takvi uređaji se dijele na fizičke i kemijske.
Princip rada hemijskih izvora zasniva se na pretvaranju hemijske energije u električnu energiju. Ova transformacija se dešava nezavisno i ne zahteva spoljno učešće. Ovisno o obnovljivosti elemenata i vrsti reakcija, dijele se na:
- Primarni (baterije) Primarni izvori se ne mogu koristiti drugi put ako su ispražnjeni, jer su hemijske reakcije koje se dešavaju u njima nepovratne. Dijele se na gorivne i polugorivne ćelije. Gorive su slične baterijama, ali hemijske supstance punjene su posebno, kao hrana hemijska reakcija oni izlaze napolje. To im pomaže da rade dugo vremena. Polugoriva uključuju jedan od hemijski elementi, a drugi postepeno dolazi tokom upotrebe. Njihov radni vek je određen snabdevanjem neobnovljivih supstanci. Ako je za takav element moguća regeneracija kroz punjenje, onda on nastavlja svoje mogućnosti kao baterija.
Baterije - kao primarni hemijski izvori struje
- Sekundarni (baterije) prolaze kroz ciklus punjenja prije upotrebe. Naboj koji dobiju tokom procesa može se transportovati zajedno sa uređajima. Nakon što se naboj potroši, može se regenerirati zbog punjenja i reverzibilnosti kemijske reakcije. Kao sekundarni se takođe klasifikuju obnovljivi elementi koji su mehanički ili hemijski napunjeni i vraćaju svoju sposobnost napajanja uređaja. Dizajnirani su tako da nakon određenog vremena zahtijevaju zamjenu određenih dijelova kako bi se reakcija nastavila.
Vrste izvora električne energije
Bitan! Treba shvatiti da je podjela na baterije i akumulatore uslovna. Svojstva baterije mogu se očitovati, na primjer, u alkalnim baterijama, koje se mogu oživjeti pri određenom stanju napunjenosti.
Također, prema vrsti reagensa, hemijski izvori se dijele na:
- Kisela.
- Saline.
- Alkalna.
Fizički izvori električne struje zasnivaju se na pretvaranju mehaničke, kao i nuklearne, toplinske ili svjetlosne energije u električnu energiju.
Industrijski generator trofazne struje
Snaga struje - čemu je jednaka, u kojim jedinicama se mjeri, kako pronaći jačinu struje koristeći formulu
Kao što je već postalo jasno, jačina električne struje je fizička veličina koja pokazuje naboj koji prolazi kroz provodnik u jedinici vremena. Osnovna formula za izračunavanje izgleda ovako: I = q/t, gdje je q naboj koji teče duž provodnika u kulonima, a t vremenski interval u sekundama.
Također možete izračunati jačinu električne struje koristeći Ohmov zakon. Navodi da je ova vrijednost jednaka naponu mreže u voltima podijeljenom sa otporom u omima. S tim u vezi, postoji formula ove vrste - I = U/R. Ovaj zakon je primjenjiv za izračunavanje vrijednosti jednosmerna struja.
Da izračunam varijabilni parametri električne energije, potrebno je podijeliti pronađene vrijednosti sa Kvadratni korijen od dva.
Za tvoju informaciju! Ovo je praktičnija metoda mjerenja i mora se često koristiti jer se svi uređaji u kući ili uredu napajaju iz utičnica koje napajaju naizmjeničnu struju. To je učinjeno jer je s njim lakše raditi i lakše se transformirati.
Ohmov zakon u tabeli
Bitan! Jasan primjer rada naizmjenične električne struje može se uočiti kada su fluorescentne svjetiljke uključene. Dok potpuno ne zasvetle, treptaće jer se struja u njima kreće napred-nazad.
Jedinica struje je amper. Definira se kao jačina stalne struje koja prolazi kroz beskonačne paralelne provodnike s najmanjim kružnim poprečnim presjekom (minimalna površina kružni presjek), na udaljenosti od 1 metar i smještenoj u bezzračnom vakuumskom prostoru. Ova interakcija preko jednog metra dužine ovih provodnika jednaka je 2 × 10 na minus 7. stepen Njutna. Ako jedan kulon naboja prođe kroz provodnik u jednoj sekundi vremena, tada je struja u njemu jednaka jednom amperu.
Punjive baterije su sekundarni izvori, ali su neraskidivo povezane s baterijama
Zašto trebate mjeriti struju?
Jačina struje u vodiču ili dijelu električnog kola se mjeri kako bi se stekla predstava o karakteristikama datog vodiča ili kola. Budući da je jačina struje jedan od glavnih parametara električne energije, ona je neraskidivo povezana s drugim vrijednostima kao što su napon i otpor. Štaviše, kao što je već postalo jasno, ove tri veličine mogu proporcionalno odrediti jedna drugu.
Solarni panel je također izvor koji pretvara svjetlosnu energiju
Proračuni jačine električne struje vrše se u različitim slučajevima:
- Prilikom polaganja električnih mreža.
- Prilikom kreiranja uređaja.
- U obrazovne svrhe.
- Prilikom odabira odgovarajućih dijelova za obavljanje određenih radnji.
Dijagram uređaja generatora struje
Električni uređaj za mjerenje struje
Za mjerenje jačine električne struje koristi se poseban uređaj koji se zove ampermetar. Ako je potrebno izmjeriti struje različite jačine, onda se pribjegavaju upotrebi miliampermetara i makroampermetara. Da bi se njime izmerila potrebna vrednost, serijski se povezuje u kolo. On će mijenjati struju koja prolazi kroz uređaj, a podaci će biti prikazani na digitalnom displeju ili analognoj vagi.
Bitan! Vrijedno je zapamtiti da ampermetar možete uključiti na bilo kojem dijelu mreže, jer je jačina struje u jednostavnom zatvorenom krugu bez grana jednaka u svim točkama.
Moderni testeri i multimetri sadrže funkciju mjerenja električne struje, tako da nema potrebe pribjegavati velikim uređajima namijenjenim za industrijsku upotrebu
Snaga struje kod kuće može se izmjeriti pomoću multimetra
Dakle, jačina električne struje je osnovna karakteristika pokretnih čestica. On ne samo da jasno pokazuje koji su napon i otpor u mreži, već određuje i druge važne veličine kao što su EMF, itd.
Mislim da ste više puta čuli izraz „trenutna snaga“. Za šta je potrebna snaga? Pa, zbog čega, da bi radili koristan ili beskorisan posao. Glavna stvar je učiniti nešto. Naše tijelo takođe ima moć. Neki ljudi imaju takvu snagu da jednim udarcem mogu razbiti ciglu u paramparčad, dok drugi ne mogu ni da podignu kašiku. Dakle, dragi moji čitaoci, električna struja takođe ima snagu.
Zamislite crijevo kojim zalijevate svoju baštu.
Neka crijevo bude žica, a voda u njemu električna struja. Malo smo otvorili slavinu i voda je tekla kroz crijevo. Polako, ali ipak je trčala. Snaga mlaza je veoma slaba. Sada otvorimo slavinu do kraja. Kao rezultat toga, potok će šiknuti takvom snagom da čak možete zalijevati susjedovu baštu.
Sada zamislite da punite kantu. Hoće li ga pritisak vode iz slavine ili crijeva brže napuniti? Prečnik creva i slavine su isti
Naravno, uz pritisak iz žutog crijeva! Ali zašto se to dešava? Stvar je u tome što je količina vode koja izlazi iz slavine i žutog crijeva u istom vremenskom periodu također različita. Ili drugim riječima, mnogo veći broj molekula vode će isteći iz crijeva nego iz slavine u isto vrijeme.
Šta je trenutna snaga
Potpuno je ista priča sa žicama). To jest, u istom vremenskom periodu, broj elektrona koji trče duž žice može biti potpuno različit. Iz ovoga možemo izvesti definiciju jačine struje.
Dakle, struja je broj elektrona koji prolaze kroz površinu poprečnog presjeka vodiča u jedinici vremena, recimo, u sekundi. Ispod na slici, ista površina poprečnog presjeka žice kroz koju teče električna struja zasjenjena je zelenim linijama.
I što je veći broj elektrona koji "prođu" duž žice kroz poprečni presjek vodiča tijekom nekog vremena, to će biti veća jačina struje u vodiču.
Ili drugim riječima, formula za čajnik:
Gdje
I – stvarna jačina struje
N – broj elektrona
t je vremenski period tokom kojeg ovi elektroni putuju kroz poprečni presjek provodnika.
Jačina struje se mjeri u tzv Amper, u čast francuskog naučnika André-Marie Amperea.
Također imajte na umu da svako pojedinačno crijevo može izdržati samo određeni maksimalni protok vode, inače će od takvog pritiska negdje napraviti rupu ili će se jednostavno raznijeti. Isto je i sa žicama. Moramo znati koju maksimalnu struju možemo provući kroz ovu žicu. Na primjer, za bakrenu žicu s poprečnim presjekom od 1 mm 2 normalna vrijednost je 10 Ampera. Ako isporučimo više, žica će se ili početi zagrijavati ili topiti. Oni su zasnovani na ovom principu. Stoga se energetski kablovi, kroz koje "prolaze" stotine i hiljade ampera, uzimaju velikog promjera i pokušavaju biti izrađeni od bakra, jer je njegova specifična snaga vrlo mala.
Definicija
Električni udar nazvano uređeno kretanje nosilaca naboja. U metalima su to elektroni, negativno nabijene čestice s nabojem jednakim elementarnom naboju. Smjer struje se smatra smjerom kretanja pozitivno nabijenih čestica.
Jačina struje (struja) kroz određenu površinu S je skalarna fizička veličina, koja je označena sa I, jednaka:
gdje je q naboj koji prolazi kroz površinu S, t je vrijeme putovanja naboja. Izraz (1) određuje veličinu struje u trenutku t (trenutna vrijednost struje).
Neke vrste struje
Struja se naziva konstantnom ako se njena snaga i smjer ne mijenjaju tokom vremena, tada:
Formula (2) pokazuje da je jednosmjerna struja jednaka naboju koji prolazi kroz površinu S u jedinici vremena.
Ako je struja naizmjenična, tada je trenutna jačina struje (1), jačina amplitude struje i efektivna sila struja Efektivna vrijednost naizmjenične struje (I eff) je jačina jednosmjerne struje koja će obaviti rad jednak radu naizmjenične struje tokom jednog perioda (T):
Ako se naizmjenična struja može predstaviti kao sinusoidna:
tada je I m amplituda struje ( je frekvencija naizmjenične struje).
Gustoća struje
Raspodjela električne struje po poprečnom presjeku vodiča karakterizira se pomoću vektora gustine struje (). pri čemu:
gdje je ugao između vektora i ( je normala na element površine dS), j n je projekcija vektora gustoće struje na smjer normale ().
Jačina struje u vodiču se određuje pomoću formule:
pri čemu se integracija u izrazu (6) vrši preko cijelog poprečnog presjeka provodnika S
Za jednosmernu struju imamo:
Ako uzmemo u obzir dva vodiča s poprečnim presjekom S 1 i S 2 i jednosmjernom strujom, onda vrijedi relacija:
Jačina struje u spojevima provodnika
Kada su provodnici spojeni serijski, struja u svakom od njih je ista:
Prilikom paralelnog povezivanja vodiča, jačina struje (I) se izračunava kao zbir struja u svakom provodniku (I i):
Ohmov zakon
Jačina struje uključena je u jedan od osnovnih zakona jednosmjerne struje - Ohmov zakon (za dio kola):
gdje je - razlika potencijala na krajevima dijela koji se razmatra, emf izvora koji je uključen u dio kruga, R je otpor dijela strujnog kola.
Trenutne jedinice
Osnovna jedinica struje u SI sistemu je: [I]=A(amper)=C/s
Primjeri rješavanja problema
Primjer
Vježbajte. Koliki naboj (q) prolazi poprečnim presjekom provodnika u vremenskom periodu od t 1 = 2c do t 2 = 6c, ako se jačina struje promijeni u skladu sa jednačinom: I = 2 + t, gdje je jačina struje je u amperima, vrijeme u sekundama?
Rješenje. Kao osnovu za rješavanje problema uzet ćemo definiciju trenutne jačine struje:
U ovom slučaju, naboj koji prolazi kroz poprečni presjek provodnika jednak je:
Zamenimo u izraz (1.2) jednadžbu za jačinu struje iz uslova problema, uzimajući u obzir granice promene vremenskog segmenta:
Odgovori. q=24 Cl
Primjer
Vježbajte. Ravni kondenzator se sastoji od dvije kvadratne ploče sa stranom A, koje se nalaze na udaljenosti d jedna od druge. Ovaj kondenzator je povezan sa izvorom konstantnog napona U. Kondenzator je uronjen u posudu sa kerozinom (ploče kondenzatora su vertikalne) brzinom v=const. Kolika je količina struje koja će teći kroz vodne žice u gore opisanom procesu. Pretpostavimo da je dielektrična konstanta kerozina .
Rješenje. Osnova za rješavanje problema bit će formule za izračunavanje trenutne jačine forme.
Sjećamo se sa časova fizike srednja škola osnovni postulat. izgleda ovako:
Snaga struje je veličina koja kvantitativno karakterizira uređeno kretanje nabijenih čestica
Da biste razumjeli ovu definiciju, prvo morate saznati šta je "uređeno kretanje nabijenih čestica". To je upravo ono što je električna struja. Dakle, jačina struje omogućava numeričko mjerenje električne struje.
Na primjer, određena količina električnog naboja može proći kroz provodnik za 1 sat ili 1 sekundu. Jasno je da će u drugom slučaju intenzitet prolaska naelektrisanja biti mnogo veći. Shodno tome, struja će biti veća. Od u međunarodni sistem SI jedinicom vremena smatra se 1 sekunda, tada dolazimo do definicije jačine struje.
Snaga struje je količina električne energije koja prođe kroz poprečni presjek provodnika u jednoj sekundi.
Jedinica struje
Jedinica struje je Amper. Amper je jačina električne struje pri kojoj svake sekunde kroz presjek provodnika prođe količina električne energije jednaka jednom kulonu: 1 amper = 1 kulon/1 sekundi.
Dodatne mjerne jedinice koje se najčešće nalaze u energetskom sektoru:
- 1 mA (miliamper) = 0,001 A;
- 1 µA (mikroamp) = 0,000001 A;
- 1 kA (kiloamper) = 1000 A.
Sada znamo kako se mjeri struja.
Mjerenje struje
Uređaj se koristi za mjerenje jačine struje Ampermetar. Miliampermetri i mikroampermetri se koriste za mjerenje vrlo malih struja.
Simboli ampermetra i miliampermetra
Da biste izmjerili struju, potrebno je spojiti ampermetar na otvoreni krug, odnosno u seriju. Izmjerena struja prolazi od izvora kroz ampermetar i prijemnik. Igla ampermetra pokazuje struju u kolu. Gdje točno uključiti ampermetar u krugu nije važno, jer će jačina struje u jednostavnom zatvorenom krugu (bez grana) biti ista u svim točkama kruga.
Ampermetarski uređaj
U tehnologiji postoje vrlo velike struje (hiljade ampera) i vrlo male (milioniti dijelovi ampera).
Na primjer, jačina struje električne peći je približno 4 - 5 ampera, žarulje sa žarnom niti - od 0,3 do 4 ampera (i više). Struja koja prolazi kroz fotoćelije je samo nekoliko mikroampera. U glavnim žicama trafostanica koje opskrbljuju električnom energijom tramvajsku mrežu struja doseže hiljade ampera.
Struja je kretanje nabijenih čestica u jednom smjeru. Trenutnu snagu možete pronaći u praksi pomoću posebnih mjernih instrumenata, ili je možete izračunati pomoću već izvedenih gotovih formula, ako imate početne podatke.
Fizička veličina koja pokazuje naboj koji prolazi kroz provodnik u određenoj jedinici vremena naziva se jačina struje. Osnovna formula prema kojoj se ova sila može izračunati je: I = q/t. Odnosno, omjer naboja koji prolazi kroz poprečni presjek i vremenskog intervala tokom kojeg je struja tekla jednak je željenoj vrijednosti I.Objašnjenje simbola:
- I – oznaka jačine električne energije, mjerene u amperima (A) ili 1 kulonu/sekundi;
- q – naelektrisanje koje se kreće duž provodnika, merna jedinica kulona (C);
- t – interval prolaska punjenja, mjeren u sekundama (s).
- E – elektromotorna sila, EMF, Volt;
- R – vanjski otpor, Ohm;
- r – unutrašnji otpor, Ohm.
Za izračunavanje istosmjerne struje primjenjivi su Ohmovi zakoni, ali ako želite znati veličinu snage naizmjenične struje, tada dobivene vrijednosti trebalo bi podijeliti s korijenom iz dva.
Glavni načini za određivanje jačine struje pomoću instrumentalnih sistema u praksi:- Magnetoelektrična metoda mjerenja, čija je prednost osjetljivost i tačnost očitavanja, kao i niska potrošnja energije. Ova metoda se može koristiti samo za određivanje veličine jednosmjerne struje.
- Elektromagnetno je određivanje jačine naizmjenične i jednosmjerne struje metodom transformacije iz elektromagnetno polje u signal magnetnog modularnog senzora.
- Indirektno, pomoću voltmetra, napon se nalazi na određenom otporu.
Određivanje potrošene struje nije toliko često potrebno kao mjerenje otpora ili napona, ali bez pronalaženja fizička količina struja, potrošnja energije se ne može izračunati.
