Apakah itu arus elektrik dalam definisi fizik. Apakah arus elektrik? Sifat elektrik

Jika konduktor berpenebat diletakkan dalam medan elektrik \(\overrightarrow(E)\), maka daya \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) akan bertindak ke atas cas percuma \(q\) dalam konduktor. Akibatnya, konduktor, terdapat pergerakan jangka pendek caj percuma. Proses ini akan berakhir apabila medan elektrik sendiri bagi cas yang timbul pada permukaan konduktor mengimbangi sepenuhnya medan luaran. Medan elektrostatik yang terhasil di dalam konduktor akan menjadi sifar.

Walau bagaimanapun, dalam konduktor, dalam keadaan tertentu, pergerakan tertib berterusan pembawa cas elektrik percuma boleh berlaku.

Pergerakan terarah zarah bercas dipanggil arus elektrik.

Arah pergerakan cas bebas positif diambil sebagai arah arus elektrik. Untuk kewujudan arus elektrik dalam konduktor, adalah perlu untuk mewujudkan medan elektrik di dalamnya.

Ukuran kuantitatif arus elektrik ialah kekuatan semasa\(I\) ialah kuantiti fizik skalar bersamaan dengan nisbah cas \(\Delta q\) yang dipindahkan melalui keratan rentas konduktor (Rajah 1.8.1) sepanjang selang masa \(\Delta t\) , hingga selang masa ini:

$$I = \frac(\Delta q)(\Delta t) $$

Sekiranya kekuatan arus dan arahnya tidak berubah mengikut masa, maka arus sedemikian dipanggil kekal .

Dalam Sistem Antarabangsa Unit SI, arus diukur dalam Ampere (A). Unit semasa 1 A ditetapkan oleh interaksi magnetik dua konduktor selari dengan arus.

Arus elektrik yang berterusan hanya boleh dijana dalam litar tertutup , di mana pembawa caj percuma beredar di sepanjang laluan tertutup. Medan elektrik pada titik yang berbeza dalam litar sedemikian adalah malar dari semasa ke semasa. Akibatnya, medan elektrik dalam litar DC mempunyai ciri medan elektrostatik beku. Tetapi apabila menggerakkan cas elektrik dalam medan elektrostatik di sepanjang laluan tertutup, kerja daya elektrik adalah sifar. Oleh itu, untuk kewujudan arus terus, adalah perlu untuk mempunyai peranti dalam litar elektrik yang boleh mencipta dan mengekalkan perbezaan potensi dalam bahagian litar akibat kerja daya. asal bukan elektrostatik. Peranti sedemikian dipanggil sumber arus terus . Daya asal bukan elektrostatik yang bertindak ke atas pembawa cas percuma daripada sumber semasa dipanggil kuasa luar .

Sifat kuasa luar boleh berbeza. Dalam sel galvanik atau bateri, ia timbul akibat proses elektrokimia, dalam penjana DC, daya luaran timbul apabila konduktor bergerak dalam medan magnet. Sumber arus dalam litar elektrik memainkan peranan yang sama seperti pam, yang diperlukan untuk mengepam bendalir dalam sistem hidraulik tertutup. Di bawah pengaruh kuasa luar, cas elektrik bergerak di dalam sumber arus terhadap daya medan elektrostatik, yang menyebabkan arus elektrik yang berterusan dapat dikekalkan dalam litar tertutup.

Apabila cas elektrik bergerak di sepanjang litar DC, daya luaran yang bertindak di dalam sumber arus berfungsi.

Kuantiti fizik yang sama dengan nisbah kerja \ (A_ (st) \) daya luar apabila menggerakkan cas \ (q \) dari kutub negatif punca arus kepada positif kepada nilai cas ini dipanggil sumber daya gerak elektrik (EMF):

$$EMF=\varepsilon=\frac(A_(st))(q). $$

Oleh itu, EMF ditentukan oleh kerja yang dilakukan oleh kuasa luar apabila menggerakkan satu caj positif. Daya gerak elektrik, seperti beza keupayaan, diukur dalam Volt (V).

Apabila satu cas positif bergerak di sepanjang litar DC tertutup, kerja daya luaran adalah sama dengan jumlah EMF yang bertindak dalam litar ini, dan kerja medan elektrostatik adalah sifar.

Litar DC boleh dibahagikan kepada bahagian yang berasingan. Bahagian di mana kuasa luar tidak bertindak (iaitu, bahagian yang tidak mengandungi sumber semasa) dipanggil homogen . Kawasan yang termasuk sumber semasa dipanggil heterogen .

Apabila cas positif unit bergerak di sepanjang bahagian tertentu litar, kedua-dua elektrostatik (Coulomb) dan daya luaran berfungsi. Kerja daya elektrostatik adalah sama dengan beza keupayaan \(\Delta \phi_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)\) antara titik awal (1) dan akhir (2) bahagian tidak homogen . Kerja daya luar ialah, mengikut takrifan, daya gerak elektrik \(\mathcal(E)\) yang bertindak pada bahagian ini. Jadi jumlah kerja adalah

$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E)$$

nilai U 12 dipanggil ketegangan pada bahagian rantai 1-2. Dalam kes bahagian homogen, voltan adalah sama dengan beza keupayaan:

$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)$$

Ahli fizik Jerman G. Ohm pada tahun 1826 secara eksperimen menetapkan bahawa kekuatan arus \ (I \) yang mengalir melalui konduktor logam homogen (iaitu, konduktor di mana tiada daya luar bertindak) adalah berkadar dengan voltan \ (U \) pada hujung konduktor:

$$I = \frac(1)(R)U; \: U = IR$$

di mana \(R\) = const.

nilai R dipanggil rintangan elektrik . Konduktor dengan rintangan elektrik dipanggil perintang . Nisbah ini menyatakan Hukum Ohm untuk bahagian rantai yang homogen: Arus dalam konduktor adalah berkadar terus dengan voltan yang dikenakan dan berkadar songsang dengan rintangan konduktor.

Dalam SI, unit rintangan elektrik konduktor ialah Ohm (Ohm). Rintangan 1 ohm mempunyai bahagian litar di mana, pada voltan 1 V, arus 1 A berlaku.

Konduktor yang mematuhi hukum Ohm dipanggil linear . Pergantungan grafik kekuatan semasa \ (I \) pada voltan \ (U \) (graf sedemikian dipanggil ciri volt-ampere , disingkat VAC) diwakili oleh garis lurus yang melalui asalan. Perlu diingatkan bahawa terdapat banyak bahan dan peranti yang tidak mematuhi hukum Ohm, seperti diod semikonduktor atau lampu nyahcas gas. Walaupun untuk konduktor logam pada arus kekuatan yang cukup besar, sisihan daripada hukum linear Ohm diperhatikan, kerana rintangan elektrik konduktor logam meningkat dengan peningkatan suhu.

Untuk bahagian litar yang mengandungi EMF, hukum Ohm ditulis dalam bentuk berikut:

$$IR = U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E) = \Delta \phi_(12) + \mathcal(E)$$
$$\warna(biru)(I = \frac(U)(R))$$

Nisbah ini dipanggil hukum Ohm umum atau Hukum Ohm untuk bahagian rantai yang tidak homogen.

Pada rajah. 1.8.2 menunjukkan litar DC tertutup. Bahagian rantai ( cd) adalah homogen.

Hukum Ohm

$$IR = \Delta\phi_(cd)$$

Plot ( ab) mengandungi sumber semasa dengan EMF sama dengan \(\mathcal(E)\).

Menurut hukum Ohm untuk kawasan heterogen,

$$Ir = \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$

Menambah kedua-dua kesamaan, kita dapat:

$$I(R+r) = \Delta\phi_(cd) + \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$

Tetapi \(\Delta\phi_(cd) = \Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab)\).

$$\warna(biru)(I=\frac(\mathcal(E))(R + r))$$

Formula ini menyatakan Hukum Ohm untuk litar lengkap : kekuatan semasa dalam litar lengkap adalah sama dengan daya gerak elektrik punca, dibahagikan dengan jumlah rintangan bahagian homogen dan tidak homogen litar (rintangan sumber dalaman).

Rintangan r kawasan heterogen dalam Rajah. 1.8.2 boleh dilihat sebagai rintangan dalaman sumber semasa . Dalam kes ini, plot ( ab) dalam rajah. 1.8.2 ialah bahagian dalaman sumber. Jika mata a Dan b rapat dengan konduktor yang rintangannya kecil berbanding dengan rintangan dalaman punca (\ (R\ \ll r\)), maka litar akan mengalir arus litar pintas

$$I_(kz)=\frac(\mathcal(E))(r)$$

Arus litar pintas ialah arus maksimum yang boleh diperolehi daripada sumber tertentu dengan daya gerak elektrik \(\mathcal(E)\) dan rintangan dalam \(r\). Bagi sumber yang mempunyai rintangan dalaman yang rendah, arus litar pintas boleh menjadi sangat besar dan menyebabkan kemusnahan litar atau punca elektrik. Sebagai contoh, bateri asid plumbum yang digunakan dalam kereta boleh mempunyai arus litar pintas beberapa ratus ampere. Terutama berbahaya adalah litar pintas dalam rangkaian lampu yang dikuasakan oleh pencawang (beribu-ribu amper). Untuk mengelakkan kesan merosakkan arus tinggi tersebut, fius atau pemutus litar khas dimasukkan ke dalam litar.

Dalam sesetengah kes, untuk mengelakkan nilai berbahaya arus litar pintas, beberapa rintangan luaran disambungkan secara bersiri kepada sumber. Kemudian tentangan r adalah sama dengan jumlah rintangan dalaman sumber dan rintangan luaran, dan sekiranya berlaku litar pintas, kekuatan semasa tidak akan terlalu besar.

Jika litar luaran terbuka, maka \(\Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab) = \mathcal(E)\), iaitu, beza keupayaan pada kutub bateri terbuka adalah sama dengan EMFnya.

Jika rintangan beban luaran R dihidupkan dan arus mengalir melalui bateri saya, beza keupayaan pada kutubnya menjadi sama dengan

$$\Delta \phi_(ba) = \mathcal(E) - Ir$$

Pada rajah. 1.8.3 ialah perwakilan skematik sumber DC dengan EMF bersamaan dengan \(\mathcal(E)\) dan rintangan dalaman r dalam tiga mod: "terbiar", bekerja pada beban dan mod litar pintas (litar pintas). Keamatan \(\overrightarrow(E)\) medan elektrik di dalam bateri dan daya yang bertindak ke atas cas positif ditunjukkan: \(\overrightarrow(F)_(e)\) - daya elektrik dan \(\overrightarrow(( F)_(st )\) ialah kuasa luar. Dalam mod litar pintas, medan elektrik di dalam bateri hilang.

Untuk mengukur voltan dan arus dalam litar elektrik DC, peranti khas digunakan - voltmeter Dan ammeter.

Voltmeter direka untuk mengukur beza keupayaan yang digunakan pada terminalnya. Dia menyambung selari bahagian litar di mana pengukuran beza keupayaan dibuat. Mana-mana voltmeter mempunyai beberapa rintangan dalaman \(R_(V)\). Agar voltmeter tidak memperkenalkan pengagihan semula arus yang ketara apabila disambungkan ke litar yang diukur, rintangan dalamannya mestilah besar berbanding dengan rintangan bahagian litar yang disambungkan. Untuk litar yang ditunjukkan dalam Rajah. 1.8.4, syarat ini ditulis sebagai:

$$R_(B) \gg R_(1)$$

Keadaan ini bermakna arus \(I_(V) = \Delta \phi_(cd) / R_(V)\) yang mengalir melalui voltmeter adalah jauh lebih rendah daripada arus \(I = \Delta \phi_(cd) / R_ (1 )\), yang mengalir melalui bahagian litar yang diuji.

Oleh kerana tiada daya luar yang bertindak di dalam voltmeter, beza keupayaan pada terminalnya bertepatan, mengikut definisi, dengan voltan. Oleh itu, kita boleh mengatakan bahawa voltmeter mengukur voltan.

Ammeter direka untuk mengukur arus dalam litar. Ammeter disambungkan secara bersiri kepada pecahan dalam litar elektrik supaya keseluruhan arus yang diukur melaluinya. Ammeter juga mempunyai beberapa rintangan dalaman \(R_(A)\). Tidak seperti voltmeter, rintangan dalaman ammeter mestilah cukup kecil berbanding dengan jumlah rintangan keseluruhan litar. Untuk litar dalam rajah. 1.8.4 rintangan ammeter mesti memenuhi syarat

$$R_(A) \ll (r + R_(1) + R(2))$$

supaya apabila ammeter dihidupkan, arus dalam litar tidak berubah.

Alat pengukur - voltmeter dan ammeter - terdiri daripada dua jenis: penunjuk (analog) dan digital. Meter elektrik digital ialah peranti elektronik yang kompleks. Biasanya instrumen digital memberikan ketepatan ukuran yang lebih tinggi.

Syarat untuk kemunculan arus

Sains moden telah mencipta teori yang menerangkan proses semula jadi. Banyak proses berdasarkan salah satu model struktur atom, yang dipanggil model planet. Menurut model ini, atom terdiri daripada nukleus bercas positif dan awan elektron bercas negatif mengelilingi nukleus. Bahan yang berbeza yang terdiri daripada atom, sebahagian besarnya, adalah stabil dan tidak berubah sifatnya di bawah keadaan persekitaran yang tidak berubah. Tetapi secara semula jadi terdapat proses yang boleh mengubah keadaan stabil bahan dan menyebabkan dalam bahan ini fenomena yang dipanggil arus elektrik.

Proses asas untuk alam semula jadi adalah geseran. Ramai orang tahu bahawa jika anda menyikat rambut anda dengan sikat yang diperbuat daripada jenis plastik tertentu, atau memakai pakaian daripada jenis fabrik tertentu, terdapat kesan melekat. Rambut tertarik dan melekat pada sikat, dan perkara yang sama berlaku dengan pakaian. Kesan ini dijelaskan oleh geseran, yang melanggar kestabilan bahan sikat atau kain. Awan elektron boleh bergerak relatif kepada nukleus atau sebahagiannya runtuh. Dan akibatnya, bahan itu memperoleh cas elektrik, tandanya ditentukan oleh struktur bahan ini. Caj elektrik yang terhasil daripada geseran dipanggil elektrostatik.

Ternyata sepasang bahan bercas. Setiap bahan mempunyai potensi elektrik tertentu. Medan elektrik, dalam kes ini medan elektrostatik, bertindak pada ruang antara dua bahan bercas. Keberkesanan medan elektrostatik bergantung pada magnitud potensi dan ditakrifkan sebagai beza keupayaan atau voltan.

• Apabila voltan timbul, dalam ruang antara potensi, pergerakan terarah zarah bahan bercas muncul - arus elektrik.

Ke manakah arus elektrik mengalir?

Dalam kes ini, potensi akan berkurangan jika geseran berhenti. Dan, pada akhirnya, potensi akan hilang, dan bahan akan kembali stabil.

Tetapi jika proses pembentukan potensi dan voltan berterusan ke arah kenaikannya, arus juga akan meningkat sesuai dengan sifat zat yang mengisi ruang antara potensi. Demonstrasi yang paling jelas tentang proses sedemikian adalah kilat. Geseran arus udara menaik dan menurun terhadap satu sama lain membawa kepada kemunculan ketegangan yang besar. Akibatnya, satu potensi dibentuk oleh aliran naik di langit, dan satu lagi oleh aliran turun di bumi. Dan, pada akhirnya, disebabkan oleh sifat udara, arus elektrik timbul dalam bentuk kilat.

• Penyebab pertama arus elektrik ialah voltan.
• Sebab kedua untuk kemunculan arus elektrik ialah ruang di mana voltan bertindak - dimensinya dan apa yang diisi dengannya.

Ketegangan datang daripada lebih daripada geseran. Proses fizikal dan kimia lain yang mengganggu keseimbangan atom jirim juga membawa kepada kemunculan tekanan. Ketegangan timbul hanya akibat interaksi sama ada

• satu bahan dengan bahan lain;
• satu atau lebih bahan dengan medan atau sinaran.

Tekanan boleh datang dari:

• tindak balas kimia yang berlaku dalam jirim, seperti dalam semua bateri dan penumpuk, serta dalam semua benda hidup;
• sinaran elektromagnet, seperti dalam panel solar dan penjana kuasa haba;
• medan elektromagnet, seperti, sebagai contoh, dalam semua dinamo.

Arus elektrik mempunyai sifat yang sepadan dengan bahan di mana ia mengalir. Oleh itu, ia berbeza:

• dalam logam;

• dalam cecair dan gas;

• dalam semikonduktor

Dalam logam, arus elektrik hanya terdiri daripada elektron, dalam cecair dan gas - ion, dalam semikonduktor - elektron dan "lubang".

Arus terus dan ulang alik

Voltan relatif kepada potensinya, tanda-tanda yang kekal tidak berubah, hanya boleh berubah dalam magnitud.

• Dalam kes ini, arus elektrik malar atau berdenyut muncul.

Arus elektrik bergantung kepada tempoh perubahan ini dan sifat-sifat ruang yang diisi dengan jirim antara potensi.

• Tetapi jika tanda-tanda potensi berubah dan ini membawa kepada perubahan arah arus, ia dipanggil pembolehubah, seperti voltan yang menentukannya.

Kehidupan dan arus elektrik

Untuk penilaian kuantitatif dan kualitatif arus elektrik dalam sains dan teknologi moden, undang-undang dan kuantiti tertentu digunakan. Undang-undang utama ialah:

• undang-undang Coulomb;
• Hukum Ohm.

Charles Coulomb pada 80-an abad ke-18 menentukan penampilan voltan, dan Georg Ohm pada 20-an abad ke-19 menentukan penampilan arus elektrik.

Dalam alam semula jadi dan tamadun manusia, ia digunakan terutamanya sebagai pembawa tenaga dan maklumat, dan topik kajian dan penggunaannya adalah seluas kehidupan itu sendiri. Sebagai contoh, kajian telah menunjukkan bahawa semua organisma hidup hidup kerana otot jantung mengecut daripada kesan denyutan arus elektrik yang dihasilkan dalam badan. Semua otot lain berfungsi dengan cara yang sama. Apabila membahagi, sel menggunakan maklumat berdasarkan arus elektrik pada frekuensi yang sangat tinggi. Senarai fakta serupa dengan penjelasan boleh diteruskan dalam jilid buku.

Banyak penemuan telah dibuat berkaitan dengan arus elektrik, dan masih banyak lagi yang perlu dilakukan. Oleh itu, dengan kemunculan alat penyelidikan baru, undang-undang baru, bahan dan hasil lain muncul untuk kegunaan praktikal fenomena ini.

Elektrik

KEPADA Kategori:

Pengendali kren dan anduh

Elektrik

Apakah yang dipanggil arus elektrik?

Pergerakan tertib (diarahkan) zarah bercas dipanggil arus elektrik. Selain itu, arus elektrik, yang kekuatannya tidak berubah mengikut masa, dipanggil malar. Jika arah pergerakan semasa berubah dan berubah. dalam magnitud dan arah diulang dalam urutan yang sama, maka arus sedemikian dipanggil berselang-seli.

Apakah yang menyebabkan dan mengekalkan pergerakan tertib zarah bercas?

Menyebabkan dan mengekalkan pergerakan teratur zarah bercas medan elektrik. Adakah arus elektrik mempunyai arah tertentu?
Ia ada. Arah arus elektrik diambil sebagai pergerakan zarah bercas positif.

Adakah mungkin untuk memerhati secara langsung pergerakan zarah bercas dalam konduktor?

Tidak. Tetapi kehadiran arus elektrik boleh dinilai dengan tindakan dan fenomena yang disertainya. Sebagai contoh, konduktor di mana zarah bercas bergerak dipanaskan, dan dalam ruang yang mengelilingi konduktor, medan magnet terbentuk dan jarum magnet berhampiran konduktor dengan arus elektrik bertukar. Di samping itu, arus yang melalui gas menyebabkan ia bercahaya, dan melalui larutan garam, alkali dan asid, ia menguraikannya kepada bahagian konstituen.

Apakah yang menentukan kekuatan arus elektrik?

Kekuatan arus elektrik ditentukan oleh jumlah elektrik yang melalui keratan rentas konduktor per unit masa.
Untuk menentukan kekuatan arus dalam litar, adalah perlu untuk membahagikan jumlah elektrik yang mengalir dengan masa semasa ia telah mengalir.

Apakah unit arus?

Unit kekuatan arus dianggap sebagai kekuatan arus yang tidak berubah, yang melalui dua konduktor selari selari dengan panjang tak terhingga keratan rentas yang kecil, terletak pada jarak 1 m antara satu sama lain dalam vakum, akan menyebabkan daya antara konduktor ini bersamaan dengan 2 Newton per meter. Unit ini dinamakan Ampere sebagai penghormatan kepada saintis Perancis Ampère.

Apakah unit kuantiti elektrik?

Coulomb (Ku) diambil sebagai unit elektrik, yang berlalu dalam satu saat pada kekuatan arus 1 Ampere (A).

Apakah alat yang digunakan untuk mengukur arus elektrik?

Kekuatan arus elektrik diukur dengan peranti yang dipanggil ammeter. Skala ammeter ditentukur dalam ampere dan pecahan ampere mengikut bacaan instrumen piawai yang tepat. Kekuatan semasa dikira mengikut petunjuk anak panah, yang bergerak sepanjang skala dari bahagian sifar. Ammeter disambungkan secara bersiri ke litar elektrik, menggunakan dua terminal atau pengapit yang terdapat pada peranti. Apakah voltan elektrik?
Voltan arus elektrik ialah beza keupayaan antara dua titik dalam medan elektrik. Ia sama dengan kerja yang dilakukan oleh daya medan elektrik apabila memindahkan cas positif sama dengan kesatuan dari satu titik medan ke yang lain.

Unit asas pengukuran voltan ialah Volt (V).

Apakah alat mengukur voltan arus elektrik?

Voltan arus elektrik diukur oleh peranti; rum, yang dipanggil voltmeter. Sebuah voltmeter disambung secara selari dalam litar elektrik. Rumuskan hukum Ohm pada bahagian litar.

Apakah rintangan konduktor?

Rintangan konduktor ialah kuantiti fizik yang mencirikan sifat konduktor. Unit rintangan ialah ohm. Selain itu, rintangan 1 ohm mempunyai wayar di mana arus 1 A ditetapkan pada voltan pada hujungnya 1 V.

Adakah rintangan dalam konduktor bergantung kepada magnitud arus elektrik yang mengalir melaluinya?

Rintangan konduktor logam homogen dengan panjang dan keratan rentas tertentu tidak bergantung pada magnitud arus yang mengalir melaluinya.

Apakah yang menentukan rintangan dalam konduktor elektrik?

Rintangan dalam konduktor arus elektrik bergantung kepada panjang konduktor, luas keratan rentasnya dan jenis bahan konduktor (rintangan bahan).

Selain itu, rintangan adalah berkadar terus dengan panjang konduktor, berkadar songsang dengan luas keratan rentas dan bergantung, seperti yang dinyatakan di atas, pada bahan konduktor.

Adakah rintangan dalam konduktor bergantung kepada suhu?

Ya, ia bergantung. Peningkatan suhu konduktor logam menyebabkan peningkatan dalam kelajuan gerakan haba zarah. Ini membawa kepada peningkatan dalam bilangan perlanggaran elektron bebas dan, akibatnya, kepada penurunan dalam laluan bebas purata, akibatnya kekonduksian spesifik berkurangan dan kerintangan bahan meningkat.

Pekali suhu rintangan logam tulen adalah lebih kurang 0.004 °C, yang bermaksud peningkatan rintangannya sebanyak 4% dengan peningkatan suhu sebanyak 10 °C.

Dengan peningkatan suhu dalam arang batu elektrolit, laluan bebas purata juga berkurangan, manakala kepekatan pembawa cas meningkat, akibatnya kerintangan mereka berkurangan dengan peningkatan suhu.

Rumuskan hukum Ohm untuk litar tertutup.

Kekuatan semasa dalam litar tertutup adalah sama dengan nisbah daya gerak elektrik litar kepada jumlah rintangannya.

Formula ini menunjukkan bahawa kekuatan semasa bergantung kepada tiga kuantiti: daya gerak elektrik E, rintangan luaran R dan rintangan dalaman r. Rintangan dalaman tidak mempunyai kesan ketara terhadap kekuatan semasa jika ia kecil berbanding dengan rintangan luaran. Dalam kes ini, voltan pada terminal sumber arus adalah lebih kurang sama dengan daya gerak elektrik (EMF).

Apakah daya gerak elektrik (EMF)?

Daya gerak elektrik ialah nisbah kerja daya luar untuk menggerakkan cas sepanjang litar kepada cas. Seperti beza keupayaan, daya gerak elektrik diukur dalam volt.

Apakah kuasa yang dipanggil kuasa luar?

Sebarang daya yang bertindak ke atas zarah bercas elektrik, kecuali daya potensi asal elektrostatik (iaitu, Coulomb), dipanggil daya luar. Ia disebabkan oleh kerja kuasa-kuasa ini bahawa zarah bercas memperoleh tenaga dan kemudian memberikannya apabila bergerak dalam konduktor litar elektrik.

Daya pihak ketiga yang ditetapkan dalam pergerakan zarah bercas di dalam sumber arus, penjana, bateri, dsb.

Akibatnya, caj tanda bertentangan muncul di terminal sumber semasa, dan perbezaan potensi tertentu antara terminal. Selanjutnya, apabila litar ditutup, pembentukan cas permukaan mula bertindak, mewujudkan medan elektrik di seluruh litar, yang muncul akibat fakta bahawa apabila litar ditutup, cas permukaan timbul hampir serta-merta di seluruh permukaan. daripada konduktor. Di dalam sumber, cas bergerak di bawah tindakan daya luaran terhadap daya medan elektrostatik (positif dari tolak hingga tambah), dan sepanjang litar lain ia digerakkan oleh medan elektrik.

nasi. 1. Litar elektrik: 1- sumber, elektrik (bateri); 2 - ammeter; 3 - pengganti tenaga (meletakkan pada pijar); 4 - wayar elektrik; 5 - ruSidnik tiang tunggal; 6 - fius

Apakah itu arus elektrik

Pergerakan arah zarah bercas elektrik di bawah pengaruh . Zarah sedemikian boleh: dalam konduktor - elektron, dalam elektrolit - ion (kation dan anion), dalam semikonduktor - elektron dan apa yang dipanggil "lubang" ("kekonduksian lubang elektron"). Terdapat juga "arus bias", alirannya disebabkan oleh proses mengecas kapasitansi, i.e. perubahan dalam beza keupayaan antara plat. Di antara plat, tiada pergerakan zarah berlaku, tetapi arus mengalir melalui kapasitor.

Dalam teori litar elektrik, arus dianggap sebagai pergerakan terarah pembawa cas dalam medium pengalir di bawah tindakan medan elektrik.

Arus pengaliran (sekadar arus) dalam teori litar elektrik ialah jumlah elektrik yang mengalir setiap unit masa melalui keratan rentas konduktor: i \u003d q / t, di mana i ialah arus. A; q \u003d 1.6 10 9 - cas elektron, C; t - masa, s.

Ungkapan ini sah untuk litar DC. Untuk litar arus ulang-alik, nilai arus segera yang dipanggil digunakan, sama dengan kadar perubahan cas dari masa ke masa: i (t) \u003d dq / dt.

Arus elektrik berlaku apabila medan elektrik muncul dalam bahagian litar elektrik, atau perbezaan potensi antara dua titik konduktor. Beza keupayaan antara dua titik dipanggil voltan atau penurunan voltan dalam bahagian litar ini.

Daripada istilah "semasa" ("nilai semasa"), istilah "kekuatan semasa" sering digunakan. Walau bagaimanapun, yang terakhir tidak boleh dipanggil berjaya, kerana kekuatan semasa bukanlah sebarang daya dalam erti kata literal, tetapi hanya keamatan pergerakan cas elektrik dalam konduktor, jumlah elektrik yang melalui per unit masa melalui salib. -luas keratan konduktor.
Arus dicirikan, yang dalam sistem SI diukur dalam ampere (A), dan ketumpatan arus, yang dalam sistem SI diukur dalam ampere per meter persegi.
Satu ampere sepadan dengan pergerakan melalui keratan rentas konduktor selama satu saat (s) cas elektrik satu loket (C):

1A = 1C/s.

Dalam kes umum, menandakan arus dengan huruf i, dan caj dengan q, kita dapat:

i = dq / dt.

Unit arus dipanggil ampere (A). Arus dalam konduktor ialah 1 A jika cas elektrik bersamaan dengan 1 loket melalui keratan rentas konduktor dalam 1 saat.

Jika voltan bertindak di sepanjang konduktor, maka medan elektrik timbul di dalam konduktor. Apabila kekuatan medan E, elektron dengan cas e dipengaruhi oleh daya f = Ee. Nilai f dan E ialah vektor. Semasa masa laluan bebas, elektron memperoleh gerakan terarah bersama-sama dengan yang huru-hara. Setiap elektron mempunyai cas negatif dan menerima komponen halaju yang diarahkan bertentangan dengan vektor E (Rajah 1). Pergerakan tertib, dicirikan oleh beberapa vcp halaju elektron purata, menentukan aliran arus elektrik.

Elektron juga boleh mempunyai gerakan terarah dalam gas jarang. Dalam elektrolit dan gas terion, aliran arus terutamanya disebabkan oleh pergerakan ion. Selaras dengan fakta bahawa dalam elektrolit ion bercas positif bergerak dari kutub positif ke kutub negatif, dari segi sejarah arah arus dianggap bertentangan dengan arah pergerakan elektron.

Arah semasa diambil sebagai arah di mana zarah bercas positif bergerak, i.e. arah yang bertentangan dengan pergerakan elektron.
Dalam teori litar elektrik, arah pergerakan zarah bercas positif daripada potensi yang lebih tinggi kepada yang lebih rendah diambil sebagai arah arus dalam litar pasif (sumber tenaga luar). Arah ini diambil pada awal perkembangan kejuruteraan elektrik dan bercanggah dengan arah sebenar pergerakan pembawa cas - elektron yang bergerak dalam menghantar media dari tolak ke tambah.

Nilai yang sama dengan nisbah arus kepada luas keratan rentas S dipanggil ketumpatan arus (ditandakan δ): δ= I/S

Diandaikan bahawa arus diagihkan secara seragam ke atas keratan rentas konduktor. Ketumpatan arus dalam wayar biasanya diukur dalam A/mm2.

Mengikut jenis pembawa cas elektrik dan medium pergerakannya, mereka dibezakan arus pengaliran dan arus sesaran. Kekonduksian dibahagikan kepada elektronik dan ionik. Untuk mod mantap, dua jenis arus dibezakan: terus dan berselang-seli.

Pemindahan arus elektrik dipanggil fenomena pemindahan cas elektrik oleh zarah bercas atau jasad yang bergerak di ruang bebas. Jenis utama pemindahan arus elektrik ialah pergerakan dalam kekosongan zarah asas dengan cas (pergerakan elektron bebas dalam tiub elektron), pergerakan ion bebas dalam peranti pelepasan gas.

Arus sesaran elektrik (arus polarisasi) dipanggil pergerakan tertib pembawa terikat cas elektrik. Arus jenis ini boleh diperhatikan dalam dielektrik.
Arus elektrik penuh ialah nilai skalar bersamaan dengan jumlah arus pengaliran elektrik, arus pemindahan elektrik dan arus sesaran elektrik melalui permukaan yang dipertimbangkan.

Arus malar ialah arus yang boleh berubah-ubah dalam magnitud, tetapi tidak mengubah tandanya untuk masa yang lama sewenang-wenangnya. Baca lebih lanjut mengenai ini di sini:

Arus ulang alik ialah arus yang berubah secara berkala dalam magnitud dan dalam tanda.Kuantiti yang mencirikan arus ulang alik ialah kekerapan (dalam sistem SI ia diukur dalam hertz), dalam kes apabila kekuatannya berubah secara berkala. Arus ulang alik frekuensi tinggi ditolak keluar ke permukaan konduktor. Arus frekuensi tinggi digunakan dalam kejuruteraan mekanikal untuk rawatan haba permukaan bahagian dan kimpalan, dalam metalurgi untuk logam lebur.Arus ulang alik terbahagi kepada sinusoidal dan bukan sinusoidal. Arus sinusoidal ialah arus yang berubah mengikut hukum harmonik:

i = Saya berdosa ωt,

Kadar perubahan arus ulang alik dicirikan olehnya, ditakrifkan sebagai bilangan ayunan berulang yang lengkap bagi setiap unit masa. Kekerapan dilambangkan dengan huruf f dan diukur dalam hertz (Hz). Jadi, kekerapan arus dalam rangkaian 50 Hz sepadan dengan 50 ayunan lengkap sesaat. Kekerapan sudut ω ialah kadar perubahan arus dalam radian sesaat dan dikaitkan dengan kekerapan melalui hubungan mudah:

ω = 2πf

Nilai mantap (tetap) bagi arus terus dan ulang alik tetapkan dengan huruf besar I nilai tidak mantap (segera) - dengan huruf i. Arah positif bersyarat arus dianggap sebagai arah pergerakan cas positif.

Ini adalah arus yang berubah mengikut hukum sinus dari semasa ke semasa.

Arus ulang alik juga bermaksud arus dalam rangkaian fasa tunggal dan tiga fasa konvensional. Dalam kes ini, parameter arus ulang alik berubah mengikut undang-undang harmonik.

Memandangkan arus ulang alik berubah mengikut masa, kaedah penyelesaian masalah mudah yang sesuai untuk litar arus terus tidak boleh digunakan secara langsung di sini. Pada frekuensi yang sangat tinggi, cas boleh berayun - mengalir dari satu tempat dalam litar ke tempat lain dan belakang. Dalam kes ini, tidak seperti litar DC, arus dalam konduktor bersiri mungkin tidak sama. Kapasitan yang terdapat dalam litar AC menguatkan kesan ini. Di samping itu, apabila arus berubah, kesan aruhan diri mula dimainkan, yang menjadi ketara walaupun pada frekuensi rendah, jika gegelung dengan aruhan besar digunakan. Pada frekuensi yang agak rendah, litar AC masih boleh dikira menggunakan , yang, bagaimanapun, mesti diubah suai dengan sewajarnya.

Litar yang merangkumi pelbagai perintang, induktor dan kapasitor boleh dianggap seolah-olah ia terdiri daripada perintang umum, kapasitor dan induktor yang disambung secara bersiri.

Pertimbangkan sifat litar sedemikian yang disambungkan kepada alternator sinusoidal. Untuk merumuskan peraturan untuk mereka bentuk litar AC, adalah perlu untuk mencari hubungan antara penurunan voltan dan arus bagi setiap komponen litar tersebut.

Ia memainkan peranan yang sama sekali berbeza dalam litar AC dan DC. Jika, sebagai contoh, unsur elektrokimia disambungkan ke litar, maka kapasitor akan mula mengecas sehingga voltan merentasinya menjadi sama dengan EMF unsur tersebut. Kemudian pengecasan akan berhenti dan arus akan turun kepada sifar. Jika litar disambungkan kepada alternator, maka dalam satu separuh kitaran elektron akan mengalir dari sebelah kiri kapasitor dan terkumpul di sebelah kanan, dan sebaliknya di sebelah yang lain. Elektron yang bergerak ini adalah arus ulang alik, kekuatannya adalah sama pada kedua-dua belah kapasitor. Selagi kekerapan arus ulang alik tidak terlalu tinggi, arus melalui perintang dan induktor juga adalah sama.

Dalam peranti yang menggunakan AC, AC sering dibetulkan oleh penerus untuk menghasilkan DC.

Pengalir elektrik

Bahan di mana arus mengalir dipanggil. Sesetengah bahan menjadi superkonduktif pada suhu rendah. Dalam keadaan ini, mereka hampir tidak menawarkan rintangan kepada arus, rintangan mereka cenderung kepada sifar. Dalam semua kes lain, konduktor menahan aliran arus dan, akibatnya, sebahagian daripada tenaga zarah elektrik ditukar menjadi haba. Kekuatan semasa boleh dikira menggunakan untuk bahagian litar dan hukum Ohm untuk litar lengkap.

Kelajuan zarah dalam konduktor bergantung kepada bahan konduktor, jisim dan cas zarah, suhu ambien, beza keupayaan yang digunakan dan jauh lebih rendah daripada kelajuan cahaya. Walaupun begitu, kelajuan perambatan arus elektrik sebenar adalah sama dengan kelajuan cahaya dalam medium tertentu, iaitu kelajuan perambatan hadapan gelombang elektromagnet.

Bagaimana arus mempengaruhi tubuh manusia

Arus yang mengalir melalui badan manusia atau haiwan boleh menyebabkan lecur elektrik, fibrilasi atau kematian. Sebaliknya, arus elektrik digunakan dalam rawatan rapi, untuk rawatan penyakit mental, terutamanya kemurungan, rangsangan elektrik kawasan tertentu otak digunakan untuk merawat penyakit seperti penyakit Parkinson dan epilepsi, perentak jantung yang merangsang otot jantung. dengan arus berdenyut digunakan untuk bradikardia. Pada manusia dan haiwan, arus digunakan untuk menghantar impuls saraf.

Mengikut langkah berjaga-jaga keselamatan, arus yang boleh dilihat minimum ialah 1 mA. Arus menjadi berbahaya kepada kehidupan manusia bermula daripada kekuatan kira-kira 0.01 A. Arus menjadi maut bagi seseorang bermula daripada kekuatan kira-kira 0.1 A. Voltan kurang daripada 42 V dianggap selamat.

Pertama sekali, adalah wajar mengetahui apa yang menjadi arus elektrik. Arus elektrik ialah pergerakan tertib zarah bercas dalam konduktor. Agar ia timbul, medan elektrik mesti dibuat terlebih dahulu, di bawah pengaruh zarah bercas yang disebutkan di atas akan mula bergerak.

Maklumat pertama mengenai elektrik, yang muncul berabad-abad yang lalu, berkaitan dengan "caj" elektrik yang diperoleh melalui geseran. Sudah pada zaman dahulu, orang tahu bahawa ambar, yang dipakai pada bulu, memperoleh keupayaan untuk menarik objek ringan. Tetapi hanya pada akhir abad ke-16, doktor Inggeris Gilbert mengkaji fenomena ini secara terperinci dan mendapati bahawa banyak bahan lain mempunyai sifat yang sama. Badan yang mampu, seperti ambar, selepas digosok untuk menarik objek ringan, dia memanggil elektrik. Perkataan ini berasal dari elektron Yunani - "ambar". Pada masa ini, kami mengatakan bahawa terdapat caj elektrik pada badan di negeri ini, dan badan itu sendiri dipanggil "dicas."

Caj elektrik sentiasa timbul apabila bahan yang berbeza bersentuhan rapat. Jika mayat adalah pepejal, maka hubungan rapat mereka dihalang oleh tonjolan mikroskopik dan penyelewengan yang wujud pada permukaannya. Dengan memerah badan sedemikian dan menggosoknya bersama-sama, kami menyatukan permukaannya, yang tanpa tekanan akan menyentuh hanya pada beberapa titik. Dalam sesetengah badan, cas elektrik boleh bergerak bebas di antara bahagian yang berbeza, manakala pada yang lain ini tidak mungkin. Dalam kes pertama, badan dipanggil "konduktor", dan dalam kedua - "dielektrik, atau penebat." Konduktor ialah semua logam, larutan akueus bagi garam dan asid, dsb. Contoh penebat ialah ambar, kuarza, ebonit dan semua gas yang berada dalam keadaan normal.

Walau bagaimanapun, perlu diingatkan bahawa pembahagian badan kepada konduktor dan dielektrik adalah sangat sewenang-wenangnya. Semua bahan menghantar elektrik ke tahap yang lebih besar atau lebih kecil. Caj elektrik sama ada positif atau negatif. Arus seperti ini tidak akan bertahan lama, kerana badan elektrik akan kehabisan cas. Untuk kewujudan berterusan arus elektrik dalam konduktor, adalah perlu untuk mengekalkan medan elektrik. Untuk tujuan ini, sumber arus elektrik digunakan. Kes paling mudah berlakunya arus elektrik ialah apabila satu hujung wayar disambungkan ke badan elektrik, dan satu lagi ke tanah.

Litar elektrik yang membekalkan arus kepada mentol lampu dan motor elektrik tidak muncul sehinggalah selepas penciptaan bateri, yang bermula sejak kira-kira 1800. Selepas itu, perkembangan doktrin elektrik berjalan begitu pantas sehingga dalam tempoh kurang daripada satu abad ia menjadi bukan hanya sebahagian daripada fizik, tetapi membentuk asas tamadun elektrik baru.

Kuantiti utama arus elektrik

Jumlah tenaga elektrik dan kekuatan arus. Kesan arus elektrik boleh kuat atau lemah. Kekuatan arus elektrik bergantung kepada jumlah cas yang mengalir melalui litar dalam unit masa tertentu. Semakin banyak elektron yang berpindah dari satu kutub sumber ke kutub yang lain, semakin besar jumlah cas yang dibawa oleh elektron. Jumlah cas ini dipanggil jumlah elektrik yang melalui konduktor.

Khususnya, kesan kimia arus elektrik bergantung kepada jumlah elektrik, iaitu, lebih banyak cas yang dilalui melalui larutan elektrolit, lebih banyak bahan akan mendap pada katod dan anod. Dalam hal ini, jumlah elektrik boleh dikira dengan menimbang jisim bahan yang didepositkan pada elektrod dan mengetahui jisim dan cas satu ion bahan ini.

Kekuatan semasa ialah kuantiti yang sama dengan nisbah cas elektrik yang telah melalui keratan rentas konduktor kepada masa pengalirannya. Unit cas ialah coulomb (C), masa diukur dalam saat (s). Dalam kes ini, unit kekuatan semasa dinyatakan dalam C/s. Unit ini dipanggil ampere (A). Untuk mengukur kekuatan arus dalam litar, alat pengukur elektrik yang dipanggil ammeter digunakan. Untuk dimasukkan ke dalam litar, ammeter dilengkapi dengan dua terminal. Ia termasuk dalam litar secara bersiri.

voltan elektrik. Kita sedia maklum bahawa arus elektrik adalah pergerakan tertib zarah bercas - elektron. Pergerakan ini dicipta dengan bantuan medan elektrik, yang melakukan sejumlah kerja. Fenomena ini dipanggil kerja arus elektrik. Untuk menggerakkan lebih banyak cas melalui litar elektrik dalam 1 saat, medan elektrik mesti melakukan lebih banyak kerja. Berdasarkan ini, ternyata kerja arus elektrik harus bergantung pada kekuatan arus. Tetapi ada nilai lain yang bergantung pada kerja semasa. Nilai ini dipanggil voltan.

Voltan ialah nisbah kerja arus dalam bahagian tertentu litar elektrik kepada cas yang mengalir melalui bahagian litar yang sama. Kerja semasa diukur dalam joule (J), cas diukur dalam loket (C). Dalam hal ini, unit pengukuran voltan ialah 1 J/C. Unit ini dipanggil volt (V).

Agar voltan muncul dalam litar elektrik, sumber arus diperlukan. Dalam litar terbuka, voltan hanya terdapat pada terminal sumber semasa. Jika punca arus ini dimasukkan ke dalam litar, voltan juga akan muncul di bahagian tertentu litar. Dalam hal ini, terdapat juga arus dalam litar. Iaitu, secara ringkas kita boleh mengatakan perkara berikut: jika tiada voltan dalam litar, tiada arus. Untuk mengukur voltan, alat pengukur elektrik yang dipanggil voltmeter digunakan. Dalam penampilannya, ia menyerupai ammeter yang disebutkan sebelum ini, dengan satu-satunya perbezaan ialah huruf V berada pada skala voltmeter (bukan A pada ammeter). Voltmeter mempunyai dua terminal, dengan bantuannya ia disambungkan selari dengan litar elektrik.

Rintangan elektrik. Selepas menyambungkan semua jenis konduktor dan ammeter ke litar elektrik, anda dapat melihat bahawa apabila menggunakan konduktor yang berbeza, ammeter memberikan bacaan yang berbeza, iaitu, dalam kes ini, kekuatan semasa yang terdapat dalam litar elektrik adalah berbeza. Fenomena ini boleh dijelaskan oleh fakta bahawa konduktor yang berbeza mempunyai rintangan elektrik yang berbeza, yang merupakan kuantiti fizikal. Sebagai penghormatan kepada ahli fizik Jerman, dia dinamakan Ohm. Sebagai peraturan, unit yang lebih besar digunakan dalam fizik: kiloohm, megaohm, dll. Rintangan konduktor biasanya dilambangkan dengan huruf R, panjang konduktor ialah L, luas keratan rentas ialah S. Dalam kes ini, rintangan boleh ditulis sebagai formula:

R = R * L/S

di mana pekali p dipanggil kerintangan. Pekali ini menyatakan rintangan konduktor 1 m panjang dengan luas keratan rentas sama dengan 1 m2. Kerintangan dinyatakan dalam Ohm x m. Oleh kerana wayar, sebagai peraturan, mempunyai keratan rentas yang agak kecil, kawasannya biasanya dinyatakan dalam milimeter persegi. Dalam kes ini, unit kerintangan ialah Ohm x mm2/m. Dalam jadual di bawah. 1 menunjukkan kerintangan beberapa bahan.

Mengikut Jadual. 1, menjadi jelas bahawa tembaga mempunyai kerintangan elektrik terkecil, dan aloi logam mempunyai yang terbesar. Di samping itu, dielektrik (penebat) mempunyai kerintangan yang tinggi.

Kapasiti elektrik. Kita sedia maklum bahawa dua konduktor yang diasingkan antara satu sama lain boleh mengumpul cas elektrik. Fenomena ini dicirikan oleh kuantiti fizikal, yang dipanggil kemuatan elektrik. Kapasiti elektrik dua konduktor tidak lebih daripada nisbah cas salah satu daripadanya kepada beza potensi antara konduktor ini dan konduktor yang bersebelahan. Semakin rendah voltan apabila konduktor menerima cas, semakin besar kapasitinya. Farad (F) diambil sebagai unit kemuatan elektrik. Dalam amalan, pecahan unit ini digunakan: mikrofarad (µF) dan picofarad (pF).

Jika anda mengambil dua konduktor yang diasingkan antara satu sama lain, letakkannya pada jarak yang kecil antara satu sama lain, anda mendapat kapasitor. Kemuatan kapasitor bergantung pada ketebalan platnya dan ketebalan dielektrik dan kebolehtelapannya. Dengan mengurangkan ketebalan dielektrik antara plat kapasitor, adalah mungkin untuk meningkatkan kapasiti yang terakhir. Pada semua kapasitor, sebagai tambahan kepada kapasitansinya, voltan yang mana peranti ini direka bentuk mesti ditunjukkan.

Kerja dan kuasa arus elektrik. Daripada perkara di atas, jelas bahawa arus elektrik melakukan sejumlah kerja tertentu. Apabila motor elektrik disambungkan, arus elektrik menjadikan semua jenis peralatan berfungsi, menggerakkan kereta api di sepanjang rel, menerangi jalan-jalan, memanaskan rumah, dan juga menghasilkan kesan kimia, iaitu, ia membolehkan elektrolisis, dll. Kita boleh mengatakan bahawa kerja arus dalam bahagian tertentu litar adalah sama dengan arus produk, voltan dan masa semasa kerja dilakukan. Kerja diukur dalam joule, voltan dalam volt, arus dalam ampere, dan masa dalam saat. Dalam hal ini, 1 J = 1V x 1A x 1s. Daripada ini ternyata bahawa untuk mengukur kerja arus elektrik, tiga peranti harus digunakan sekaligus: ammeter, voltmeter dan jam. Tetapi ini menyusahkan dan tidak cekap. Oleh itu, biasanya, kerja arus elektrik diukur dengan meter elektrik. Peranti peranti ini mengandungi semua peranti di atas.

Kuasa arus elektrik adalah sama dengan nisbah kerja arus kepada masa semasa ia dilakukan. Kuasa dilambangkan dengan huruf "P" dan dinyatakan dalam watt (W). Dalam amalan, kilowatt, megawatt, hektowatt dan lain-lain digunakan. Untuk mengukur kuasa litar, anda perlu mengambil wattmeter. Kerja elektrik dinyatakan dalam kilowatt-jam (kWj).

Undang-undang asas arus elektrik

Hukum Ohm. Voltan dan arus dianggap sebagai ciri litar elektrik yang paling mudah. Salah satu ciri utama penggunaan tenaga elektrik ialah pengangkutan tenaga yang pantas dari satu tempat ke tempat lain dan pemindahannya kepada pengguna dalam bentuk yang dikehendaki. Hasil darab beza keupayaan dan kekuatan arus memberikan kuasa, iaitu, jumlah tenaga yang dikeluarkan dalam litar per unit masa. Seperti yang dinyatakan di atas, untuk mengukur kuasa dalam litar elektrik, ia akan mengambil 3 peranti. Adakah mungkin dilakukan dengan satu dan mengira kuasa daripada bacaannya dan beberapa ciri litar, seperti rintangannya? Ramai orang menyukai idea ini, mereka menganggapnya bermanfaat.

Jadi, apakah rintangan wayar atau litar secara keseluruhan? Adakah wayar, seperti paip air atau paip dalam sistem vakum, mempunyai sifat tetap yang mungkin dipanggil rintangan? Sebagai contoh, dalam paip, nisbah perbezaan tekanan menghasilkan aliran dibahagikan dengan kadar aliran biasanya merupakan ciri tetap paip. Dengan cara yang sama, aliran haba dalam wayar tertakluk kepada hubungan mudah, yang merangkumi perbezaan suhu, luas keratan rentas wayar, dan panjangnya. Penemuan hubungan sedemikian untuk litar elektrik adalah hasil carian yang berjaya.

Pada tahun 1820-an, guru sekolah Jerman Georg Ohm adalah orang pertama yang mula mencari nisbah di atas. Pertama sekali, dia bercita-cita untuk kemasyhuran dan kemasyhuran, yang membolehkannya mengajar di universiti. Itulah satu-satunya sebab dia memilih bidang pengajian yang menawarkan kelebihan tertentu.

Om ialah anak kepada tukang kunci, jadi dia tahu cara melukis dawai logam dengan ketebalan yang berbeza, yang dia perlukan untuk eksperimen. Oleh kerana pada zaman itu adalah mustahil untuk membeli wayar yang sesuai, Om membuatnya dengan tangannya sendiri. Semasa eksperimen, dia mencuba panjang yang berbeza, ketebalan yang berbeza, logam yang berbeza dan juga suhu yang berbeza. Semua faktor ini dia berbeza-beza mengikut giliran. Pada zaman Ohm, bateri masih lemah, memberikan arus magnitud berubah-ubah. Dalam hal ini, penyelidik menggunakan termokopel sebagai penjana, persimpangan panas yang diletakkan di dalam api. Di samping itu, dia menggunakan ammeter magnetik mentah, dan mengukur perbezaan potensi (Ohm memanggilnya "voltan") dengan menukar suhu atau bilangan simpang terma.

Doktrin litar elektrik baru sahaja menerima perkembangannya. Selepas penciptaan bateri sekitar 1800, ia mula berkembang dengan lebih pantas. Pelbagai peranti telah direka dan dihasilkan (biasanya menggunakan tangan), undang-undang baru ditemui, konsep dan istilah muncul, dsb. Semua ini membawa kepada pemahaman yang lebih mendalam tentang fenomena dan faktor elektrik.

Mengemas kini pengetahuan tentang elektrik, dalam satu pihak, menyebabkan kemunculan bidang fizik baru, sebaliknya, adalah asas kepada perkembangan pesat kejuruteraan elektrik, iaitu bateri, penjana, sistem bekalan kuasa untuk pencahayaan dan pemacu elektrik. , relau elektrik, motor elektrik, dsb. telah dicipta , lain-lain.

Penemuan Ohm adalah sangat penting untuk pembangunan teori elektrik dan untuk pembangunan kejuruteraan elektrik gunaan. Mereka memudahkan untuk meramalkan sifat litar elektrik untuk arus terus, dan kemudian untuk arus ulang alik. Pada tahun 1826, Ohm menerbitkan sebuah buku di mana beliau menggariskan kesimpulan teori dan hasil eksperimen. Tetapi harapannya tidak wajar, buku itu disambut dengan cemuhan. Ini berlaku kerana kaedah eksperimen kasar kelihatan kurang menarik pada era ketika ramai orang menggemari falsafah.

Omu tiada pilihan selain meninggalkan jawatannya sebagai seorang guru. Dia tidak mencapai temujanji di universiti atas sebab yang sama. Selama 6 tahun, saintis itu hidup dalam kemiskinan, tanpa keyakinan pada masa depan, mengalami perasaan kekecewaan yang pahit.

Tetapi secara beransur-ansur karyanya mendapat kemasyhuran pertama di luar Jerman. Om dihormati di luar negara, kajiannya digunakan. Dalam hal ini, rakan senegara terpaksa mengenalinya di tanah air mereka. Pada tahun 1849 beliau menerima jawatan profesor di Universiti Munich.

Ohm menemui undang-undang mudah yang mewujudkan hubungan antara arus dan voltan untuk sekeping wayar (untuk sebahagian litar, untuk keseluruhan litar). Di samping itu, dia membuat peraturan yang membolehkan anda menentukan perkara yang akan berubah jika anda mengambil wayar dengan saiz yang berbeza. Hukum Ohm dirumuskan seperti berikut: kekuatan semasa dalam bahagian litar adalah berkadar terus dengan voltan dalam bahagian ini dan berkadar songsang dengan rintangan bahagian.

Undang-undang Joule-Lenz. Arus elektrik di mana-mana bahagian litar melakukan kerja tertentu. Sebagai contoh, mari kita ambil beberapa bahagian litar, di antara hujungnya terdapat voltan (U). Dengan takrifan voltan elektrik, kerja yang dilakukan apabila menggerakkan unit cas antara dua titik adalah sama dengan U. Jika kekuatan semasa dalam bahagian tertentu litar ialah i, maka cas ia akan berlalu dalam masa t, dan oleh itu kerja arus elektrik dalam bahagian ini ialah:

A = Uit

Ungkapan ini sah untuk arus terus dalam apa jua keadaan, untuk mana-mana bahagian litar, yang mungkin mengandungi konduktor, motor elektrik, dsb. Kuasa semasa, iaitu kerja seunit masa, adalah sama dengan:

P \u003d A / t \u003d Ui

Formula ini digunakan dalam sistem SI untuk menentukan unit voltan.

Mari kita anggap bahawa bahagian litar adalah konduktor tetap. Dalam kes ini, semua kerja akan berubah menjadi haba, yang akan dilepaskan dalam konduktor ini. Jika konduktor adalah homogen dan mematuhi hukum Ohm (ini termasuk semua logam dan elektrolit), maka:

U=ir

di mana r ialah rintangan konduktor. Dalam kes ini:

A = rt2i

Undang-undang ini pertama kali diterbitkan secara empirik oleh E. Lenz dan, secara bebas daripadanya, oleh Joule.

Perlu diingatkan bahawa pemanasan konduktor mendapati banyak aplikasi dalam kejuruteraan. Yang paling biasa dan penting di antara mereka ialah lampu lampu pijar.

Hukum aruhan elektromagnet. Pada separuh pertama abad ke-19, ahli fizik Inggeris M. Faraday menemui fenomena aruhan magnetik. Fakta ini, setelah menjadi milik ramai penyelidik, memberikan dorongan yang kuat kepada pembangunan kejuruteraan elektrik dan radio.

Semasa menjalankan eksperimen, Faraday mendapati bahawa apabila bilangan garis aruhan magnet yang menembusi permukaan yang dibatasi oleh gelung tertutup berubah, arus elektrik timbul di dalamnya. Ini adalah asas kepada undang-undang fizik yang paling penting - undang-undang aruhan elektromagnet. Arus yang berlaku dalam litar dipanggil induktif. Disebabkan fakta bahawa arus elektrik berlaku dalam litar hanya dalam kes daya luaran yang bertindak pada caj percuma, maka dengan fluks magnet yang berubah-ubah melewati permukaan litar tertutup, daya luaran yang sama ini muncul di dalamnya. Tindakan daya luar dalam fizik dipanggil daya gerak elektrik atau EMF aruhan.

Aruhan elektromagnet juga muncul dalam konduktor terbuka. Dalam kes apabila konduktor melintasi garisan medan magnet, voltan muncul di hujungnya. Sebab penampilan voltan sedemikian ialah EMF induksi. Jika fluks magnet yang melalui litar tertutup tidak berubah, arus aruhan tidak muncul.

Menggunakan konsep "EMF aruhan", seseorang boleh bercakap tentang undang-undang aruhan elektromagnet, iaitu, EMF aruhan dalam gelung tertutup adalah sama dalam nilai mutlak dengan kadar perubahan fluks magnet melalui permukaan yang dibatasi oleh gelung.

Peraturan Lenz. Seperti yang kita sedia maklum, arus aruhan berlaku dalam konduktor. Bergantung pada keadaan penampilannya, ia mempunyai arah yang berbeza. Pada kesempatan ini, ahli fizik Rusia Lenz merumuskan peraturan berikut: arus aruhan yang berlaku dalam litar tertutup sentiasa mempunyai arah sedemikian sehingga medan magnet yang diciptanya tidak membenarkan fluks magnet berubah. Semua ini menyebabkan kemunculan arus aruhan.

Arus aruhan, seperti yang lain, mempunyai tenaga. Ini bermakna sekiranya berlaku arus aruhan, tenaga elektrik muncul. Menurut undang-undang pemuliharaan dan transformasi tenaga, tenaga yang disebutkan di atas hanya boleh timbul disebabkan oleh jumlah tenaga beberapa jenis tenaga lain. Oleh itu, peraturan Lenz sepadan sepenuhnya dengan undang-undang pemuliharaan dan transformasi tenaga.

Sebagai tambahan kepada induksi, apa yang dipanggil induksi diri boleh muncul dalam gegelung. Intipatinya adalah seperti berikut. Jika arus muncul dalam gegelung atau kekuatannya berubah, maka medan magnet yang berubah muncul. Dan jika fluks magnet yang melalui gegelung berubah, maka daya gerak elektrik timbul di dalamnya, yang dipanggil EMF induksi diri.

Mengikut peraturan Lenz, EMF aruhan kendiri apabila litar ditutup mengganggu kekuatan semasa dan tidak membenarkannya meningkat. Apabila litar EMF dimatikan, aruhan kendiri mengurangkan kekuatan semasa. Dalam kes apabila kekuatan semasa dalam gegelung mencapai nilai tertentu, medan magnet berhenti berubah dan EMF aruhan sendiri menjadi sifar.