Στην ηλεκτρική μηχανική, το ηλεκτρικό ρεύμα είναι η κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων κατά μήκος ενός αγωγού. Αυτή η ποσότητα δεν χαρακτηρίζεται μόνο από την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που διέρχεται από τον αγωγό, αφού τόσο διαφορετικά όσο και διαφορετικά ρεύματα μπορούν να περάσουν από τον ίδιο αγωγό. ίση δύναμηγια διαφορετικές χρονικές περιόδους. Γι' αυτό δεν είναι όλα τόσο απλά όσο φαίνονται. Συνιστάται να εξοικειωθείτε με πιο λεπτομερείς ορισμούς του ηλεκτρικού ρεύματος, με τι ισούται και πώς υπολογίζεται. Αυτό το άρθρο θα εξηγήσει πώς να βρείτε το ρεύμα σε έναν αγωγό και θα δώσει τον τύπο για αυτήν την εξίσωση.
Λαμβάνοντας υπόψη την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που ρέει μέσω ενός συγκεκριμένου αγωγού σε διαφορετικά χρονικά διαστήματα, θα καταστεί σαφές ότι σε σύντομο χρονικό διάστημα το ρεύμα θα ρέει πιο έντονα, επομένως πρέπει να εισαχθεί ένας ακόμη ορισμός. Σημαίνει το ρεύμα που ρέει σε έναν αγωγό ανά δευτερόλεπτο του χρόνου.
Βασικά μεγέθη που χαρακτηρίζουν τη ροή των ηλεκτρονίων
Αν διατυπώσουμε έναν ορισμό με βάση όλα τα παραπάνω, τότε η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος είναι η ποσότητα του ηλεκτρικού ρεύματος που διέρχεται διατομήαγωγός σε ένα δευτερόλεπτο. Η τιμή σημειώνεται με το λατινικό γράμμα "I".
Γαλβανόμετρο για μέτρηση μικρών ρευμάτων
Σπουδαίος!Οι ειδικοί ορίζουν την ισχύ ενός ηλεκτρικού ρεύματος ως ένα αμπέρ όταν ένα κουλόμπ ηλεκτρικού ρεύματος διέρχεται από τη διατομή ενός αγωγού σε ένα δευτερόλεπτο.
Συχνά στην ηλεκτρική μηχανική μπορείτε να δείτε άλλες μονάδες για τη μέτρηση του ηλεκτρικού ρεύματος: milliamps, microamps και ούτω καθεξής. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τέτοιες ποσότητες θα είναι αρκετά επαρκείς για την τροφοδοσία σύγχρονων κυκλωμάτων. 1 ενισχυτής είναι πολύ μεγάλης σημασίας, δεδομένου ότι ένα άτομο μπορεί να σκοτωθεί από ρεύμα 100 milliamps, και επομένως μια ηλεκτρική πρίζα δεν είναι λιγότερο επικίνδυνη για ένα άτομο από, για παράδειγμα, ένα αυτοκίνητο με ταχύτητα.
Σχέδιο που ορίζει την υπό εξέταση έννοια
Εάν γνωρίζετε την ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που πέρασε από τον αγωγό σε μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο, τότε η δύναμη (όχι η ισχύς) μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο που φαίνεται στην εικόνα.
Όταν το ηλεκτρικό δίκτυο είναι κλειστό και δεν έχει διακλαδώσεις, η ίδια ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας ρέει σε κάθε διατομή ανά δευτερόλεπτο. Θεωρητικά, αυτό δικαιολογείται ως εξής: το φορτίο δεν μπορεί να συσσωρευτεί σε ένα συγκεκριμένο μέρος και η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος είναι η ίδια παντού.
Τύποι ρευμάτων
Τρέχουσες πηγές
Μια πηγή ηλεκτρικού ρεύματος είναι μια ηλεκτρική συσκευή που μετατρέπει ένα συγκεκριμένο είδος ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Τέτοιες συσκευές χωρίζονται σε φυσικές και χημικές.
Η αρχή λειτουργίας των χημικών πηγών βασίζεται στη μετατροπή της χημικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτός ο μετασχηματισμός συμβαίνει ανεξάρτητα και δεν απαιτεί εξωτερική συμμετοχή. Ανάλογα με την ανανεωσιμότητα των στοιχείων και το είδος των αντιδράσεων, χωρίζονται σε:
- Πρωτεύουσες (μπαταρίες) Οι πρωτογενείς πηγές δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν δεύτερη φορά εάν είναι αποφορτισμένες, καθώς οι χημικές αντιδράσεις που συμβαίνουν σε αυτές είναι μη αναστρέψιμες. Χωρίζονται σε κυψέλες καυσίμου και ημι-καυσίμου. Τα καύσιμα είναι παρόμοια με τις μπαταρίες, αλλά ΧΗΜΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣγεμίζονται χωριστά, σαν φαγητό χημική αντίδρασηπάνε έξω. Αυτό τους βοηθά να λειτουργούν για μεγάλο χρονικό διάστημα. Ημι-καυσίμου περιλαμβάνουν ένα από χημικά στοιχεία, και το δεύτερο φτάνει σταδιακά καθ' όλη τη διάρκεια της χρήσης. Η διάρκεια ζωής τους καθορίζεται από την παροχή μη ανανεώσιμης ουσίας. Εάν είναι δυνατή η αναγέννηση μέσω φόρτισης για ένα τέτοιο στοιχείο, τότε επαναλαμβάνει τις δυνατότητές του ως μπαταρία.
Μπαταρίες - ως πρωταρχικές χημικές πηγές ρεύματος
- Οι δευτερεύουσες (μπαταρίες) υφίστανται έναν κύκλο φόρτισης πριν από τη χρήση. Η φόρτιση που λαμβάνουν κατά τη διαδικασία μπορεί να μεταφερθεί μαζί με τις συσκευές. Αφού καταναλωθεί το φορτίο, μπορεί να αναγεννηθεί λόγω της φόρτισης και της αναστρεψιμότητας της χημικής αντίδρασης. Επίσης ταξινομούνται ως δευτερεύοντα στοιχεία ανανεώσιμων πηγών ενέργειας που φορτίζονται μηχανικά ή χημικά και αποκαθιστούν την ικανότητά τους να τροφοδοτούν συσκευές. Είναι σχεδιασμένα με τέτοιο τρόπο ώστε μετά από ένα ορισμένο χρονικό διάστημα να απαιτούν αντικατάσταση ορισμένων εξαρτημάτων για να συνεχιστεί η αντίδραση.
Τύποι πηγών ηλεκτρικής ενέργειας
Σπουδαίος!Πρέπει να γίνει κατανοητό ότι η διαίρεση σε μπαταρίες και συσσωρευτές είναι υπό όρους. Οι ιδιότητες της μπαταρίας μπορούν να εκδηλωθούν, για παράδειγμα, σε αλκαλικές μπαταρίες, οι οποίες μπορούν να αναζωογονηθούν σε μια συγκεκριμένη κατάσταση φόρτισης.
Επίσης, ανάλογα με τον τύπο των αντιδραστηρίων, οι χημικές πηγές χωρίζονται σε:
- Όξινο.
- Αλατούχος.
- Αλκαλική.
Οι φυσικές πηγές ηλεκτρικού ρεύματος βασίζονται στη μετατροπή της μηχανικής, καθώς και της πυρηνικής, θερμικής ή ελαφριάς ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια.
Βιομηχανική τριφασική γεννήτρια ρεύματος
Ισχύς ρεύματος - με τι ισούται, σε ποιες μονάδες μετριέται, πώς να βρείτε την τρέχουσα ισχύ χρησιμοποιώντας τον τύπο
Όπως έχει γίνει ήδη σαφές, η ισχύς ενός ηλεκτρικού ρεύματος είναι ένα φυσικό μέγεθος που δείχνει το φορτίο που διέρχεται από έναν αγωγό ανά μονάδα χρόνου. Ο βασικός τύπος για τον υπολογισμό του μοιάζει με αυτό: I = q/t, όπου q είναι το φορτίο που ρέει κατά μήκος του αγωγού σε κουλόμπ, και t είναι το χρονικό διάστημα σε δευτερόλεπτα.
Μπορείτε επίσης να υπολογίσετε την ισχύ του ηλεκτρικού ρεύματος χρησιμοποιώντας το νόμο του Ohm. Δηλώνει ότι αυτή η τιμή είναι ίση με την τάση δικτύου σε βολτ διαιρούμενη με την αντίστασή της σε ohms. Από αυτή την άποψη, υπάρχει ένας τύπος αυτού του είδους - I = U/R. Αυτός ο νόμος ισχύει για τον υπολογισμό των τιμών συνεχές ρεύμα.
Να υπολογίσω μεταβλητές παραμέτρουςηλεκτρική ενέργεια, πρέπει να διαιρέσετε τις τιμές που βρέθηκαν με Τετραγωνική ρίζααπό δύο.
Προς ενημέρωσή σας!Αυτή είναι μια πιο πρακτική μέθοδος μέτρησης και πρέπει να χρησιμοποιείται συχνά, καθώς όλες οι συσκευές στο σπίτι ή στο γραφείο τροφοδοτούνται από πρίζες που παρέχουν εναλλασσόμενο ρεύμα. Αυτό γίνεται επειδή είναι πιο εύκολο να εργαστείτε και πιο βολικό να μεταμορφωθεί.
Ο νόμος του Ohm στον πίνακα
Σπουδαίος!Ένα σαφές παράδειγμα της λειτουργίας του εναλλασσόμενου ηλεκτρικού ρεύματος μπορεί να παρατηρηθεί όταν ανάβουν οι λαμπτήρες φθορισμού. Μέχρι να ανάψουν τελείως, θα αναβοσβήνουν γιατί το ρεύμα κινείται μπρος-πίσω μέσα τους.
Η μονάδα ρεύματος είναι αμπέρ. Ορίζεται ως η ισχύς ενός σταθερού ρεύματος που διέρχεται από άπειρους παράλληλους αγωγούς με τη μικρότερη κυκλική διατομή (ελάχιστο εμβαδόν κυκλικό τμήμα), σε απόσταση 1 μέτρου μεταξύ τους και βρίσκονται σε χώρο κενού χωρίς αέρα. Αυτή η αλληλεπίδραση πάνω από ένα μέτρο μήκους αυτών των αγωγών είναι ίση με 2 × 10 προς την μείον 7η δύναμη του Νεύτωνα. Εάν ένα κουλόμπ φορτίου διέρχεται από έναν αγωγό σε ένα δευτερόλεπτο του χρόνου, τότε το ρεύμα σε αυτόν είναι ίσο με ένα αμπέρ.
Οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες είναι δευτερεύουσες πηγές, αλλά είναι άρρηκτα συνδεδεμένες με τις μπαταρίες
Γιατί χρειάζεται να μετρήσετε το ρεύμα;
Η ισχύς ρεύματος σε έναν αγωγό ή τμήμα ενός ηλεκτρικού κυκλώματος μετριέται για να έχουμε μια ιδέα για τα χαρακτηριστικά ενός δεδομένου αγωγού ή κυκλώματος. Δεδομένου ότι η ισχύς του ρεύματος είναι μία από τις κύριες παραμέτρους της ηλεκτρικής ενέργειας, είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με άλλες τιμές όπως η τάση και η αντίσταση. Επιπλέον, όπως έχει ήδη γίνει σαφές, αυτές οι τρεις ποσότητες μπορούν αναλογικά να καθορίζουν η μία την άλλη.
Το ηλιακό πάνελ είναι επίσης μια πηγή που μετατρέπει την φωτεινή ενέργεια
Οι υπολογισμοί της ισχύος του ηλεκτρικού ρεύματος γίνονται σε διάφορες περιπτώσεις:
- Κατά την τοποθέτηση ηλεκτρικών δικτύων.
- Κατά τη δημιουργία συσκευών.
- Για εκπαιδευτικούς σκοπούς.
- Κατά την επιλογή των κατάλληλων εξαρτημάτων για την εκτέλεση συγκεκριμένων ενεργειών.
Διάγραμμα συσκευής γεννήτριας ρεύματος
Ηλεκτρική συσκευή μέτρησης ρεύματος
Για τη μέτρηση της ισχύος του ηλεκτρικού ρεύματος, χρησιμοποιείται μια ειδική συσκευή που ονομάζεται αμπερόμετρο. Εάν είναι απαραίτητο να μετρηθούν ρεύματα διαφόρων δυνάμεων, τότε καταφεύγουν στη χρήση χιλιοστών και μακροαμπερόμετρων. Για να μετρήσετε την απαιτούμενη τιμή με αυτό, συνδέεται με το κύκλωμα σε σειρά. Το ρεύμα που διέρχεται από τη συσκευή θα αλλάξει από αυτήν και τα δεδομένα θα εμφανίζονται σε ψηφιακή οθόνη ή αναλογική ζυγαριά.
Σπουδαίος!Αξίζει να θυμάστε ότι μπορείτε να ενεργοποιήσετε το αμπερόμετρο σε οποιοδήποτε σημείο του δικτύου, καθώς η ισχύς ρεύματος σε ένα απλό κλειστό κύκλωμα χωρίς διακλαδώσεις είναι η ίδια σε όλα τα σημεία.
Οι σύγχρονοι δοκιμαστές και τα πολύμετρα περιέχουν τη λειτουργία μέτρησης ηλεκτρικού ρεύματος, επομένως δεν χρειάζεται να καταφύγετε σε μεγάλες συσκευές που προορίζονται για βιομηχανική χρήση
Η ισχύς ρεύματος στο σπίτι μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας ένα πολύμετρο
Έτσι, η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ένα θεμελιώδες χαρακτηριστικό των κινούμενων σωματιδίων. Όχι μόνο καθιστά σαφές ποια είναι η τάση και η αντίσταση στο δίκτυο, αλλά καθορίζει και άλλα σημαντικά μεγέθη όπως EMF κ.λπ.
Νομίζω ότι έχετε ακούσει τη φράση «τρέχουσα δύναμη» περισσότερες από μία φορές. Σε τι χρειάζεται δύναμη; Λοιπόν, για ποιο λόγο, για να κάνω χρήσιμη ή άχρηστη δουλειά. Το κυριότερο είναι να κάνεις κάτι. Το σώμα μας έχει επίσης δύναμη. Μερικοί άνθρωποι έχουν τέτοια δύναμη που μπορούν να συντρίψουν ένα τούβλο με ένα χτύπημα, ενώ άλλοι δεν μπορούν να σηκώσουν ούτε ένα κουτάλι. Λοιπόν, αγαπητοί μου αναγνώστες, το ηλεκτρικό ρεύμα έχει και δύναμη.
Φανταστείτε ένα λάστιχο με το οποίο ποτίζετε τον κήπο σας.
Αφήστε το λάστιχο να είναι ένα καλώδιο και το νερό σε αυτό να είναι ηλεκτρικό ρεύμα. Ανοίξαμε λίγο τη βρύση και πέρασε νερό από το λάστιχο. Αργά, αλλά και πάλι έτρεξε. Η δύναμη του πίδακα είναι πολύ ασθενής. Τώρα ας ανοίξουμε τη βρύση στο έπακρο. Ως αποτέλεσμα, το ρέμα θα αναβλύζει με τέτοια δύναμη που μπορείτε να ποτίσετε ακόμη και τον κήπο του γείτονά σας.
Τώρα φανταστείτε ότι γεμίζετε έναν κουβά. Η πίεση του νερού από μια βρύση ή τον εύκαμπτο σωλήνα θα το γεμίσει πιο γρήγορα; Η διάμετρος του σωλήνα και της βρύσης είναι ίδια
Φυσικά με πίεση από την κίτρινη μάνικα! Γιατί όμως συμβαίνει αυτό; Το θέμα είναι ότι ο όγκος του νερού που βγαίνει από τη βρύση και τον κίτρινο σωλήνα σε ίσο χρονικό διάστημα είναι επίσης διαφορετικός. Ή με άλλα λόγια, ένας πολύ μεγαλύτερος αριθμός μορίων νερού θα τελειώσει από έναν εύκαμπτο σωλήνα παρά από μια βρύση ταυτόχρονα.
Τι είναι η τρέχουσα δύναμη
Είναι ακριβώς η ίδια ιστορία με τα καλώδια). Δηλαδή, σε ίση χρονική περίοδο, ο αριθμός των ηλεκτρονίων που τρέχουν κατά μήκος του σύρματος μπορεί να είναι εντελώς διαφορετικός. Από αυτό μπορούμε να αντλήσουμε τον ορισμό της ισχύος ρεύματος.
Έτσι, το ρεύμα είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων που διέρχονται από την περιοχή διατομής ενός αγωγού ανά μονάδα χρόνου, ας πούμε, ανά δευτερόλεπτο. Κάτω στο σχήμα, η ίδια περιοχή διατομής του σύρματος μέσω του οποίου ρέει το ηλεκτρικό ρεύμα είναι σκιασμένη με πράσινες γραμμές.
Και όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των ηλεκτρονίων που «τρέχουν» κατά μήκος του σύρματος μέσω της διατομής του αγωγού για κάποιο χρονικό διάστημα, τόσο μεγαλύτερη θα είναι η ισχύς ρεύματος στον αγωγό.
Ή με άλλα λόγια, η φόρμουλα για μια τσαγιέρα:
Οπου
I – πραγματική ισχύς ρεύματος
N – αριθμός ηλεκτρονίων
t είναι η χρονική περίοδος κατά την οποία αυτά τα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν μέσω της διατομής του αγωγού.
Η ισχύς του ρεύματος μετριέται στο λεγόμενο Αμπέρ, προς τιμήν του Γάλλου επιστήμονα André-Marie Ampère.
Λάβετε επίσης υπόψη ότι κάθε μεμονωμένος εύκαμπτος σωλήνας μπορεί να αντέξει μόνο μια ορισμένη μέγιστη ροή νερού, διαφορετικά είτε θα τρυπήσει κάπου από μια τέτοια πίεση είτε απλά θα γίνει κομμάτια. Το ίδιο συμβαίνει και με τα καλώδια. Πρέπει να ξέρουμε ποιο μέγιστο ρεύμα μπορούμε να διαπεράσουμε αυτό το καλώδιο. Για παράδειγμα, για ένα χάλκινο σύρμα με διατομή 1 mm 2 η κανονική τιμή είναι 10 Amperes. Αν τροφοδοτήσουμε περισσότερο, το σύρμα είτε θα αρχίσει να ζεσταίνεται είτε θα λιώνει. Βασίζονται σε αυτή την αρχή. Επομένως, τα καλώδια τροφοδοσίας, μέσω των οποίων «τρέχουν» εκατοντάδες και χιλιάδες αμπέρ, λαμβάνονται με μεγάλη διάμετρο και προσπαθούν να είναι από χαλκό, αφού η συγκεκριμένη ισχύς του είναι πολύ μικρή.
Ορισμός
Ηλεκτροπληξίαονομάζεται διατεταγμένη κίνηση των φορέων φορτίου. Στα μέταλλα, αυτά είναι ηλεκτρόνια, αρνητικά φορτισμένα σωματίδια με φορτίο ίσο με το στοιχειώδες φορτίο. Η κατεύθυνση του ρεύματος θεωρείται ότι είναι η κατεύθυνση κίνησης των θετικά φορτισμένων σωματιδίων.
Η ισχύς ρεύματος (ρεύμα) μέσω μιας ορισμένης επιφάνειας S είναι ένα βαθμωτό φυσικό μέγεθος, το οποίο συμβολίζεται με I, ίσο με:
όπου q είναι το φορτίο που διέρχεται από την επιφάνεια S, t είναι ο χρόνος διαδρομής του φορτίου. Η έκφραση (1) καθορίζει το μέγεθος του ρεύματος τη στιγμή t (στιγμιαία τιμή του ρεύματος).
Μερικοί τύποι ρεύματος
Το ρεύμα ονομάζεται σταθερό εάν η ισχύς και η κατεύθυνσή του δεν αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου, τότε:
Ο τύπος (2) δείχνει ότι το συνεχές ρεύμα είναι ίσο με το φορτίο που διέρχεται από την επιφάνεια S ανά μονάδα χρόνου.
Εάν το ρεύμα είναι εναλλασσόμενο, τότε η ένταση του στιγμιαίου ρεύματος (1), η ένταση του ρεύματος πλάτους και αποτελεσματική δύναμηρεύμα. Η πραγματική τιμή του εναλλασσόμενου ρεύματος (I eff) είναι η ισχύς του συνεχούς ρεύματος που θα εκτελέσει εργασία ίση με το έργο του εναλλασσόμενου ρεύματος κατά τη διάρκεια μιας περιόδου (T):
Εάν το εναλλασσόμενο ρεύμα μπορεί να αναπαρασταθεί ως ημιτονοειδές:
τότε I m είναι το πλάτος του ρεύματος (είναι η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος).
Τωρινή πυκνότητα
Η κατανομή του ηλεκτρικού ρεύματος στη διατομή ενός αγωγού χαρακτηρίζεται χρησιμοποιώντας το διάνυσμα πυκνότητας ρεύματος (). Εν:
όπου είναι η γωνία μεταξύ των διανυσμάτων και (είναι η κάθετη προς το επιφανειακό στοιχείο dS), j n είναι η προβολή του διανύσματος πυκνότητας ρεύματος στην κατεύθυνση της κανονικής ().
Η ισχύς ρεύματος στον αγωγό προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο:
όπου η ολοκλήρωση στην έκφραση (6) πραγματοποιείται σε ολόκληρη τη διατομή του αγωγού S
Για συνεχές ρεύμα έχουμε:
Αν θεωρήσουμε δύο αγωγούς με διατομές S 1 και S 2 και συνεχή ρεύματα, τότε η σχέση ισχύει:
Αντοχή ρεύματος στις συνδέσεις αγωγών
Όταν οι αγωγοί συνδέονται σε σειρά, το ρεύμα σε καθένα από αυτά είναι το ίδιο:
Όταν συνδέουμε αγωγούς παράλληλα, η ισχύς ρεύματος (I) υπολογίζεται ως το άθροισμα των ρευμάτων σε κάθε αγωγό (I i):
Ο νόμος του Ohm
Η ισχύς του ρεύματος περιλαμβάνεται σε έναν από τους βασικούς νόμους του συνεχούς ρεύματος - τον νόμο του Ohm (για ένα τμήμα ενός κυκλώματος):
όπου - είναι η διαφορά δυναμικού στα άκρα του υπό εξέταση τμήματος, είναι το emf της πηγής που περιλαμβάνεται στο τμήμα κυκλώματος, R είναι η αντίσταση του τμήματος κυκλώματος.
Τρέχουσες μονάδες
Η βασική μονάδα ρεύματος στο σύστημα SI είναι: [I]=A(ampere)=C/s
Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων
Παράδειγμα
Ασκηση.Ποιο φορτίο (q) διέρχεται από τη διατομή του αγωγού κατά τη διάρκεια της χρονικής περιόδου από t 1 = 2c έως t 2 = 6c, εάν η ισχύς του ρεύματος αλλάζει σύμφωνα με την εξίσωση: I = 2 + t, όπου η ισχύς ρεύματος είναι σε αμπέρ, ο χρόνος σε δευτερόλεπτα;
Λύση.Ως βάση για την επίλυση του προβλήματος, θα πάρουμε τον ορισμό της στιγμιαίας ισχύος ρεύματος:
Στην περίπτωση αυτή, το φορτίο που διέρχεται από τη διατομή του αγωγού είναι ίσο με:
Ας αντικαταστήσουμε στην έκφραση (1.2) την εξίσωση για την τρέχουσα ισχύ από τις συνθήκες του προβλήματος, λαμβάνοντας υπόψη τα όρια της αλλαγής στο χρονικό τμήμα:
Απάντηση. q=24 Cl
Παράδειγμα
Ασκηση.Ένας επίπεδος πυκνωτής αποτελείται από δύο τετράγωνες πλάκες με πλευρά Α, που βρίσκονται σε απόσταση d η μία από την άλλη. Ο πυκνωτής αυτός συνδέεται με πηγή σταθερής τάσης U. Ο πυκνωτής βυθίζεται σε δοχείο με κηροζίνη (οι πλάκες πυκνωτών είναι κάθετες) με ταχύτητα v=const. Ποια είναι η ποσότητα ρεύματος που θα διαρρέει τα καλώδια του ηλεκτροδίου στη διαδικασία που περιγράφεται παραπάνω. Ας υποθέσουμε ότι η διηλεκτρική σταθερά της κηροζίνης είναι .
Λύση.Η βάση για την επίλυση του προβλήματος θα είναι τύποι για τον υπολογισμό της τρέχουσας ισχύος της φόρμας.
Θυμόμαστε από τα μαθήματα φυσικής Λύκειοβασικό αξίωμα. Μοιάζει με αυτό:
Τρέχουσα δύναμηείναι μια ποσότητα που χαρακτηρίζει ποσοτικά την διατεταγμένη κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων
Για να κατανοήσετε αυτόν τον ορισμό, πρέπει πρώτα να μάθετε τι είναι η «διατεταγμένη κίνηση φορτισμένων σωματιδίων». Αυτό ακριβώς είναι το ηλεκτρικό ρεύμα. Έτσι, η ένταση του ρεύματος επιτρέπει μια αριθμητική μέτρηση του ηλεκτρικού ρεύματος.
Για παράδειγμα, μια δεδομένη ποσότητα ηλεκτρικού φορτίου μπορεί να ρέει μέσω ενός αγωγού σε 1 ώρα ή 1 δευτερόλεπτο. Είναι σαφές ότι στη δεύτερη περίπτωση η ένταση της διέλευσης των χρεώσεων θα είναι πολύ μεγαλύτερη. Αντίστοιχα, το ρεύμα θα είναι μεγαλύτερο. Από μέσα διεθνές σύστημαΗ μονάδα χρόνου SI θεωρείται ότι είναι 1 δευτερόλεπτο, τότε φτάνουμε στον ορισμό της ισχύος ρεύματος.
Τρέχουσα δύναμηείναι η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που διέρχεται από τη διατομή ενός αγωγού σε ένα δευτερόλεπτο.
Μονάδα ρεύματος
Η μονάδα ρεύματος είναι Αμπέρ. Ampere είναι η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος στο οποίο μια ποσότητα ηλεκτρισμού ίση με ένα κουλόμπ διέρχεται από τη διατομή του αγωγού κάθε δευτερόλεπτο: 1 ampere = 1 coulomb/1 second.
Πρόσθετες μονάδες μέτρησης που απαντώνται συχνότερα στον ενεργειακό τομέα:
- 1 mA (milliamp) = 0,001 A;
- 1 μΑ (microamp) = 0,000001 A;
- 1 kA (κιλοαμπέρ) = 1000 A.
Τώρα ξέρουμε πώς μετριέται το ρεύμα.
Τρέχουσα μέτρηση
Μια συσκευή χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ισχύος ρεύματος Αμπεριόμετρο. Τα χιλιοστά και τα μικροαμπερόμετρα χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση πολύ χαμηλών ρευμάτων.
Σύμβολα αμπερόμετρου και χιλιοστόμετρου
Για να μετρήσετε το ρεύμα, πρέπει να συνδέσετε το αμπερόμετρο στο ανοιχτό κύκλωμα, δηλαδή σε σειρά. Το μετρούμενο ρεύμα περνά από την πηγή μέσω του αμπερόμετρου και του δέκτη. Η βελόνα του αμπερόμετρου δείχνει το ρεύμα στο κύκλωμα. Το πού ακριβώς να ενεργοποιήσετε το αμπερόμετρο στο κύκλωμα δεν έχει σημασία, καθώς η ισχύς ρεύματος σε ένα απλό κλειστό κύκλωμα (χωρίς διακλαδώσεις) θα είναι η ίδια σε όλα τα σημεία του κυκλώματος.
Συσκευή αμπερόμετρου
Στην τεχνολογία υπάρχουν πολύ υψηλά ρεύματα (χιλιάδες αμπέρ) και πολύ μικρά (εκατομμυριοστά του αμπέρ).
Για παράδειγμα, η τρέχουσα ισχύς μιας ηλεκτρικής σόμπας είναι περίπου 4 - 5 αμπέρ, οι λαμπτήρες πυρακτώσεως - από 0,3 έως 4 αμπέρ (και περισσότερο). Το ρεύμα που διέρχεται από τα φωτοκύτταρα είναι μόνο λίγα μικροαμπέρ. Στα κύρια καλώδια των υποσταθμών που τροφοδοτούν με ρεύμα το δίκτυο του τραμ, το ρεύμα φτάνει τα χιλιάδες αμπέρ.
Το ρεύμα είναι η κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων προς μία κατεύθυνση. Μπορείτε να βρείτε την τρέχουσα ισχύ στην πράξη χρησιμοποιώντας ειδικά όργανα μέτρησης ή μπορείτε να την υπολογίσετε χρησιμοποιώντας ήδη προερχόμενους έτοιμους τύπους, εάν έχετε τα αρχικά δεδομένα.
Το φυσικό μέγεθος που δείχνει το φορτίο που διέρχεται από έναν αγωγό σε μια συγκεκριμένη μονάδα χρόνου ονομάζεται ένταση ρεύματος. Ο βασικός τύπος σύμφωνα με τον οποίο μπορεί να υπολογιστεί αυτή η δύναμη είναι: I = q/t. Δηλαδή, ο λόγος του φορτίου που διέρχεται από τη διατομή προς το χρονικό διάστημα κατά το οποίο ρέει το ηλεκτρικό ρεύμα είναι ίσος με την επιθυμητή τιμή I.Επεξήγηση συμβόλων:
- I – προσδιορισμός της ισχύος του ηλεκτρισμού, μετρημένος σε Amperes (A) ή 1 Coulomb/δευτερόλεπτο.
- q – φορτίο που κινείται κατά μήκος του αγωγού, μονάδα μέτρησης Coulombs (C);
- t – διάστημα διέλευσης φόρτισης, μετρούμενο σε δευτερόλεπτα (s).
- E – ηλεκτροκινητική δύναμη, EMF, Volt;
- R – εξωτερική αντίσταση, Ohm;
- r – εσωτερική αντίσταση, Ωμ.
Οι νόμοι του Ohm ισχύουν για τον υπολογισμό του συνεχούς ρεύματος, αλλά αν θέλετε να μάθετε το μέγεθος της ισχύος του εναλλασσόμενου ηλεκτρισμού, τότε οι λαμβανόμενες τιμέςθα πρέπει να διαιρεθούν με τη ρίζα του δύο.
Οι κύριοι τρόποι προσδιορισμού της ισχύος ρεύματος χρησιμοποιώντας συστήματα οργάνων στην πράξη:- Μαγνητοηλεκτρική μέθοδος μέτρησης, το πλεονέκτημα της οποίας είναι η ευαισθησία και η ακρίβεια των μετρήσεων, καθώς και η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Αυτή η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για τον προσδιορισμό του μεγέθους του συνεχούς ρεύματος.
- Ηλεκτρομαγνητικό είναι ο προσδιορισμός της ισχύος των εναλλασσόμενων και συνεχών ρευμάτων με τη μέθοδο μετασχηματισμού από ηλεκτρομαγνητικό πεδίοστο σήμα του μαγνητικού αρθρωτού αισθητήρα.
- Έμμεσα, χρησιμοποιώντας ένα βολτόμετρο, η τάση βρίσκεται σε μια ορισμένη αντίσταση.
Ο προσδιορισμός του ρεύματος που καταναλώνεται δεν απαιτείται τόσο συχνά όσο η μέτρηση της αντίστασης ή της τάσης, αλλά χωρίς εύρεση φυσική ποσότηταρεύμα, η κατανάλωση ρεύματος δεν μπορεί να υπολογιστεί.
