Hva er en elektrisk strøm i fysikkdefinisjon. Hva er elektrisk strøm? Elektrisitets natur

Hvis en isolert leder plasseres i et elektrisk felt \(\overhøyrepil(E)\), vil kraften \(\overhøyrepil(F) = q\overhøyrepil(E)\) virke på de frie ladningene \(q\) som et resultat, konduktør, er det en kortsiktig bevegelse av gratis avgifter. Denne prosessen vil avsluttes når det eget elektriske feltet til ladningene som har oppstått på overflaten av lederen fullstendig kompenserer for det ytre feltet. Det resulterende elektrostatiske feltet inne i lederen vil være null.

I ledere kan det imidlertid under visse forhold forekomme en kontinuerlig ordnet bevegelse av frie elektriske ladningsbærere.

Den rettede bevegelsen av ladede partikler kalles elektrisk strøm.

Bevegelsesretningen til positive friladninger tas som retningen til den elektriske strømmen. For eksistensen av en elektrisk strøm i en leder, er det nødvendig å lage et elektrisk felt i den.

Det kvantitative målet for elektrisk strøm er strømstyrke\(I\) er en skalar fysisk størrelse lik forholdet mellom ladningen \(\Delta q\) overført gjennom tverrsnittet av lederen (fig. 1.8.1) over tidsintervallet \(\Delta t\) , til dette tidsintervallet:

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

Hvis styrken til strømmen og dens retning ikke endres med tiden, kalles en slik strøm fast .

I International System of Units SI måles strømmen i ampere (A). Strømenheten 1 A er satt av den magnetiske interaksjonen mellom to parallelle ledere med strøm.

En konstant elektrisk strøm kan bare genereres i lukket krets , hvor gratis ladningsbærere sirkulerer langs lukkede stier. Det elektriske feltet på forskjellige punkter i en slik krets er konstant over tid. Følgelig har det elektriske feltet i DC-kretsen karakter av et frosset elektrostatisk felt. Men når du beveger en elektrisk ladning i et elektrostatisk felt langs en lukket bane, er arbeidet til elektriske krefter null. Derfor, for eksistensen av likestrøm, er det nødvendig å ha en enhet i den elektriske kretsen som kan skape og opprettholde potensielle forskjeller i deler av kretsen på grunn av kraftarbeid ikke-elektrostatisk opprinnelse. Slike enheter kalles likestrømskilder . Krefter av ikke-elektrostatisk opprinnelse som virker på gratis ladningsbærere fra strømkilder kalles ytre krefter .

Naturen til ytre krefter kan være forskjellig. I galvaniske celler eller batterier oppstår de som et resultat av elektrokjemiske prosesser; i DC-generatorer oppstår eksterne krefter når ledere beveger seg i et magnetfelt. Strømkilden i den elektriske kretsen spiller samme rolle som pumpen, som er nødvendig for å pumpe væske i et lukket hydraulisk system. Under påvirkning av ytre krefter beveger elektriske ladninger seg inne i strømkilden imot krefter av et elektrostatisk felt, på grunn av hvilke en konstant elektrisk strøm kan opprettholdes i en lukket krets.

Når elektriske ladninger beveger seg langs en DC-krets, virker eksterne krefter som virker inne i strømkilder.

En fysisk mengde lik forholdet mellom arbeidet \ (A_ (st) \) av ytre krefter når man flytter ladningen \ (q \) fra den negative polen til strømkilden til den positive til verdien av denne ladningen kalles kilde til elektromotorisk kraft (EMF):

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

Dermed bestemmes EMF av arbeidet utført av eksterne krefter når en enkelt positiv ladning flyttes. Den elektromotoriske kraften, som potensialforskjellen, måles i Volt (V).

Når en enkelt positiv ladning beveger seg langs en lukket DC-krets, er arbeidet til eksterne krefter lik summen av EMF som virker i denne kretsen, og arbeidet til det elektrostatiske feltet er null.

DC-kretsen kan deles inn i separate seksjoner. De seksjonene som ytre krefter ikke virker på (dvs. seksjoner som ikke inneholder strømkilder) kalles homogen . Områder som inkluderer aktuelle kilder kalles heterogen .

Når en enhets positiv ladning beveger seg langs en bestemt del av kretsen, virker både elektrostatiske (Coulomb) og eksterne krefter. Arbeidet til elektrostatiske krefter er lik potensialforskjellen \(\Delta \phi_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)\) mellom de innledende (1) og siste (2) punktene til den inhomogene delen . Ytre krefters arbeid er per definisjon den elektromotoriske kraften \(\mathcal(E)\) som virker på denne delen. Så det totale arbeidet er

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

verdien U 12 kalles Spenning på kjedeseksjonen 1-2. I tilfelle av en homogen seksjon er spenningen lik potensialforskjellen:

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

Den tyske fysikeren G. Ohm slo i 1826 eksperimentelt fast at styrken til strømmen \ (I \) som strømmer gjennom en homogen metallleder (dvs. en leder der ingen ytre krefter virker) er proporsjonal med spenningen \ (U \) ved endene av lederen:

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

hvor \(R\) = konst.

verdien R kalt elektrisk motstand . En leder med elektrisk motstand kalles motstand . Dette forholdet uttrykker Ohms lov for homogen del av kjeden: Strømmen i en leder er direkte proporsjonal med den påførte spenningen og omvendt proporsjonal med motstanden til lederen.

I SI er enheten for elektrisk motstand til ledere Ohm (Ohm). En motstand på 1 ohm har en del av kretsen der det oppstår en strøm på 1 A ved en spenning på 1 V.

Ledere som adlyder Ohms lov kalles lineær . Grafisk avhengighet av strømstyrken \ (I \) på spenningen \ (U \) (slike grafer kalles volt-ampere egenskaper , forkortet VAC) er representert av en rett linje som går gjennom origo. Det skal bemerkes at det er mange materialer og enheter som ikke overholder Ohms lov, for eksempel en halvlederdiode eller en gassutladningslampe. Selv for metallledere ved strømmer med tilstrekkelig stor styrke, observeres et avvik fra Ohms lineære lov, siden den elektriske motstanden til metallledere øker med økende temperatur.

For en kretsseksjon som inneholder EMF, er Ohms lov skrevet i følgende form:

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

Dette forholdet kalles generaliserte Ohms lov eller Ohms lov for en inhomogen kjedeseksjon.

På fig. 1.8.2 viser en lukket likestrømskrets. Kjedeseksjon ( cd) er homogen.

Ohms lov

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

Plott ( ab) inneholder en strømkilde med EMF lik \(\mathcal(E)\).

I følge Ohms lov for et heterogent område,

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

Ved å legge til begge likhetene får vi:

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

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

$$\farge(blå)(I=\frac(\mathcal(E))(R + r))$$

Denne formelen uttrykker Ohms lov for en komplett krets : strømstyrken i en komplett krets er lik den elektromotoriske kraften til kilden, delt på summen av motstandene til de homogene og inhomogene delene av kretsen (intern kildemotstand).

Motstand r heterogent område i fig. 1.8.2 kan sees på som strømkildens indre motstand . I dette tilfellet, plottet ( ab) i fig. 1.8.2 er den interne delen av kilden. Hvis poengene en og b lukk med en leder hvis motstand er liten sammenlignet med den indre motstanden til kilden (\ (R\ \ll r\)), så vil kretsen flyte kortslutning

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

Kortslutningsstrøm er den maksimale strømmen som kan oppnås fra en gitt kilde med elektromotorisk kraft \(\mathcal(E)\) og intern motstand \(r\). For kilder med lav indre motstand kan kortslutningsstrømmen være svært stor og forårsake ødeleggelse av den elektriske kretsen eller kilden. For eksempel kan blybatterier som brukes i biler ha en kortslutningsstrøm på flere hundre ampere. Spesielt farlig er kortslutninger i belysningsnettverk drevet av transformatorstasjoner (tusenvis av ampere). For å unngå den destruktive effekten av slike høye strømmer, er sikringer eller spesielle effektbrytere inkludert i kretsen.

I noen tilfeller, for å forhindre farlige verdier av kortslutningsstrømmen, er en ekstern motstand koblet i serie til kilden. Deretter motstand r er lik summen av den indre motstanden til kilden og den ytre motstanden, og ved kortslutning vil ikke strømstyrken være for stor.

Hvis den eksterne kretsen er åpen, så er \(\Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab) = \mathcal(E)\), dvs. potensialforskjellen ved polene til et åpent batteri er lik sin EMF.

Hvis den eksterne belastningsmotstanden R slått på og det går strøm gjennom batteriet Jeg, blir potensialforskjellen ved polene lik

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

På fig. 1.8.3 er en skjematisk representasjon av en DC-kilde med en EMF lik \(\mathcal(E)\) og intern motstand r i tre moduser: "tomgang", arbeid på last og kortslutningsmodus (kortslutning). Intensiteten \(\overrightarrow(E)\) til det elektriske feltet inne i batteriet og kreftene som virker på positive ladninger er indikert: \(\overrightarrow(F)_(e)\) - elektrisk kraft og \(\overrightarrow( F)_(st )\) er en ytre kraft. I kortslutningsmodus forsvinner det elektriske feltet inne i batteriet.

For å måle spenninger og strømmer i DC elektriske kretser, brukes spesielle enheter - voltmetere og amperemeter.

Voltmeter designet for å måle potensialforskjellen påført til terminalene. Han kobler sammen parallell del av kretsen som målingen av potensialforskjellen gjøres på. Ethvert voltmeter har en viss indre motstand \(R_(V)\). For at voltmeteret ikke skal introdusere en merkbar omfordeling av strømmer når den er koblet til den målte kretsen, må dens indre motstand være stor sammenlignet med motstanden til delen av kretsen den er koblet til. For kretsen vist i fig. 1.8.4, denne betingelsen er skrevet som:

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

Denne tilstanden betyr at strømmen \(I_(V) = \Delta \phi_(cd) / R_(V)\) som strømmer gjennom voltmeteret er mye mindre enn strømmen \(I = \Delta \phi_(cd) / R_ (1 )\), som renner gjennom den testede delen av kretsen.

Siden det ikke er noen ytre krefter som virker inne i voltmeteret, faller potensialforskjellen ved terminalene per definisjon sammen med spenningen. Derfor kan vi si at voltmeteret måler spenning.

Amperemeter designet for å måle strømmen i kretsen. Amperemeteret er koblet i serie til bruddet i den elektriske kretsen slik at hele den målte strømmen går gjennom den. Amperemeteret har også noe indre motstand \(R_(A)\). I motsetning til et voltmeter, må den indre motstanden til et amperemeter være tilstrekkelig liten sammenlignet med den totale motstanden til hele kretsen. For kretsen i fig. 1.8.4 Amperemeterets motstand må tilfredsstille betingelsen

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

slik at når amperemeteret slås på, endres ikke strømmen i kretsen.

Måleinstrumenter - voltmetre og amperemeter - er av to typer: peker (analog) og digital. Digitale elektriske målere er komplekse elektroniske enheter. Vanligvis gir digitale instrumenter høyere målenøyaktighet.

Betingelser for utseende av strøm

Moderne vitenskap har laget teorier som forklarer naturlige prosesser. Mange prosesser er basert på en av modellene for atomets struktur, den såkalte planetmodellen. I følge denne modellen består et atom av en positivt ladet kjerne og en negativt ladet sky av elektroner som omgir kjernen. Ulike stoffer som består av atomer, er for det meste stabile og uendrede i sine egenskaper under uendrede miljøforhold. Men i naturen er det prosesser som kan endre den stabile tilstanden til stoffer og forårsake i disse stoffene et fenomen som kalles elektrisk strøm.

En slik grunnleggende prosess for naturen er friksjon. Mange vet at hvis du gre håret med en kam laget av visse typer plast, eller bruker klær laget av visse typer stoff, er det en klebeeffekt. Hår tiltrekkes av og fester seg til kammen, og det samme skjer med klær. Denne effekten forklares av friksjon, som krenker stabiliteten til materialet til kammen eller stoffet. Elektronskyen kan bevege seg i forhold til kjernen eller delvis kollapse. Og som et resultat får stoffet en elektrisk ladning, hvis tegn bestemmes av strukturen til dette stoffet. Den elektriske ladningen som følge av friksjon kalles elektrostatisk.

Det viser seg et par ladede stoffer. Hvert stoff har et visst elektrisk potensial. Et elektrisk felt, i dette tilfellet et elektrostatisk felt, virker på rommet mellom to ladede stoffer. Effektiviteten til et elektrostatisk felt avhenger av størrelsen på potensialene og er definert som en potensialforskjell eller spenning.

• Når en spenning oppstår, i rommet mellom potensialene, vises en rettet bevegelse av ladede partikler av stoffer - en elektrisk strøm.

Hvor flyter elektrisk strøm?

I dette tilfellet vil potensialene avta hvis friksjonen stopper. Og til slutt vil potensialene forsvinne, og stoffene vil gjenvinne stabilitet.

Men hvis prosessen med dannelse av potensialer og spenning fortsetter i retning av deres økning, vil strømmen også øke i samsvar med egenskapene til stoffene som fyller rommet mellom potensialene. Den mest åpenbare demonstrasjonen av en slik prosess er lynet. Friksjonen av de stigende og synkende luftstrømmene mot hverandre fører til utseendet til en enorm spenning. Som et resultat dannes det ene potensialet av oppstrømninger på himmelen, og det andre av nedtrekk i jorden. Og til slutt, på grunn av luftens egenskaper, oppstår en elektrisk strøm i form av lyn.

• Den første årsaken til elektrisk strøm er spenning.
• Den andre grunnen til utseendet til en elektrisk strøm er rommet der spenningen virker - dens dimensjoner og hva den er fylt med.

Spenning kommer fra mer enn bare friksjon. Andre fysiske og kjemiske prosesser som forstyrrer balansen i materiens atomer fører også til at det oppstår spenning. Spenning oppstår bare som et resultat av samhandling heller

• ett stoff med et annet stoff;
• ett eller flere stoffer med felt eller stråling.

Stress kan komme fra:

• en kjemisk reaksjon som finner sted i materie, slik som i alle batterier og akkumulatorer, så vel som i alle levende ting;
• elektromagnetisk stråling, for eksempel i solcellepaneler og termiske kraftgeneratorer;
• elektromagnetisk felt, som for eksempel i alle dynamoer.

Den elektriske strømmen har en natur som tilsvarer stoffet den flyter i. Derfor er det forskjellig:

• i metaller;

• i væsker og gasser;

• i halvledere

I metaller består elektrisk strøm kun av elektroner, i væsker og gasser - av ioner, i halvledere - av elektroner og "hull".

Likestrøm og vekselstrøm

Spenningen i forhold til dens potensialer, hvis tegn forblir uendret, kan bare endre seg i størrelse.

• I dette tilfellet vises en konstant eller pulserende elektrisk strøm.

Den elektriske strømmen avhenger av varigheten av denne endringen og egenskapene til rommet fylt med materie mellom potensialene.

• Men hvis tegnene til potensialene endres og dette fører til en endring i strømmens retning, kalles det variabel, som spenningen som bestemmer den.

Liv og elektrisk strøm

For kvantitative og kvalitative vurderinger av elektrisk strøm i moderne vitenskap og teknologi, brukes visse lover og mengder. Hovedlovene er:

• Coulombs lov;
• Ohms lov.

Charles Coulomb på 80-tallet av 1700-tallet bestemte utseendet til spenning, og Georg Ohm på 20-tallet av 1800-tallet bestemte utseendet til elektrisk strøm.

I naturen og menneskelig sivilisasjon brukes det hovedsakelig som en bærer av energi og informasjon, og emnet for studiet og bruken er like stort som livet selv. For eksempel har studier vist at alle levende organismer lever fordi musklene i hjertet trekker seg sammen fra påvirkningen av elektriske strømpulser generert i kroppen. Alle andre muskler fungerer på samme måte. Ved deling bruker en celle informasjon basert på en elektrisk strøm ved ekstremt høye frekvenser. Listen over lignende fakta med avklaringer kan fortsettes i bokens bind.

Det er allerede gjort mange funn knyttet til elektrisk strøm, og det er fortsatt mer å gjøre. Derfor, med ankomsten av nye forskningsverktøy, dukker det opp nye lover, materialer og andre resultater for praktisk bruk av dette fenomenet.

Elektrisitet

TIL kategori:

Kranførere og anhuker

Elektrisitet

Hva kalles elektrisk strøm?

Den ordnede (styrte) bevegelsen av ladede partikler kalles elektrisk strøm. Dessuten kalles en elektrisk strøm, hvis styrke ikke endres med tiden, konstant. Hvis retningen på gjeldende bevegelse endres og endres. i størrelse og retning gjentas i samme sekvens, da kalles en slik strøm vekselstrøm.

Hva forårsaker og opprettholder den ordnede bevegelsen til ladede partikler?

Forårsaker og opprettholder ryddig bevegelse av ladede partiklers elektriske felt. Har elektrisk strøm en bestemt retning?
Det har. Retningen til den elektriske strømmen tas som bevegelsen til positivt ladede partikler.

Er det mulig å direkte observere bevegelsen til ladede partikler i en leder?

Nei. Men tilstedeværelsen av en elektrisk strøm kan bedømmes av handlingene og fenomenene som den er ledsaget av. For eksempel oppvarmes en leder som ladede partikler beveger seg langs, og i rommet som omgir lederen dannes et magnetfelt og magnetnålen nær lederen med elektrisk strøm svinger. I tillegg får strømmen som går gjennom gasser dem til å gløde, og når de passerer gjennom løsninger av salter, alkalier og syrer, brytes de ned i bestanddeler.

Hva bestemmer styrken til en elektrisk strøm?

Styrken til den elektriske strømmen bestemmes av mengden elektrisitet som passerer gjennom tverrsnittet av lederen per tidsenhet.
For å bestemme strømstyrken i en krets, er det nødvendig å dele mengden elektrisitet som strømmer med tiden den har strømmet.

Hva er enheten for strøm?

Enheten for strømstyrke antas å være styrken til en uforandret strøm, som passerer gjennom to parallelle rettlinjede ledere med uendelig lengde med et jevnt lite tverrsnitt, plassert i en avstand på 1 m fra hverandre i et vakuum, ville føre til en kraft mellom disse lederne lik 2 Newton per meter. Denne enheten ble kalt Ampere til ære for den franske vitenskapsmannen Ampère.

Hva er mengdeenheten for elektrisitet?

En Coulomb (Ku) er tatt som en enhet av elektrisitet, som passerer i løpet av ett sekund ved en strømstyrke på 1 Ampere (A).

Hvilket instrument brukes til å måle elektrisk strøm?

Styrken til den elektriske strømmen måles av enheter som kalles amperemeter. Amperemeterskalaen er kalibrert i ampere og brøkdeler av en ampere i henhold til avlesningene til nøyaktige standardinstrumenter. Strømstyrken telles i henhold til indikasjonene til pilen, som beveger seg langs skalaen fra nulldeling. Amperemeteret er koblet i serie til den elektriske kretsen, ved hjelp av to terminaler eller klemmer tilgjengelig på enheten. Hva er elektrisk spenning?
Spenningen til en elektrisk strøm er potensialforskjellen mellom to punkter i et elektrisk felt. Det er lik arbeidet som gjøres av kreftene til det elektriske feltet når man flytter en positiv ladning lik enhet fra ett punkt i feltet til et annet.

Den grunnleggende enheten for spenningsmåling er Volt (V).

Hvilket instrument måler spenningen til en elektrisk strøm?

Spenningen til den elektriske strømmen måles av enheten; rom, som kalles et voltmeter. Et voltmeter er koblet parallelt i en elektrisk krets. Formuler Ohms lov på kretsdelen.

Hva er ledermotstand?

Motstanden til en leder er en fysisk størrelse som karakteriserer egenskapene til en leder. Motstandsenheten er ohm. Dessuten har en motstand på 1 ohm en ledning der en strøm på 1 A er satt til en spenning i endene på 1 V.

Er motstanden i ledere avhengig av størrelsen på den elektriske strømmen som flyter gjennom dem?

Motstanden til en homogen metallleder med en viss lengde og tverrsnitt avhenger ikke av størrelsen på strømmen som strømmer gjennom den.

Hva bestemmer motstanden i elektriske ledere?

Motstand i ledere av elektrisk strøm avhenger av lengden på lederen, dens tverrsnittsareal og typen ledermateriale (materialresistivitet).

Videre er motstanden direkte proporsjonal med lengden på lederen, omvendt proporsjonal med tverrsnittsarealet og avhenger, som nevnt ovenfor, av lederens materiale.

Er motstand i ledere avhengig av temperatur?

Ja, det kommer an på. En økning i temperaturen til en metallleder forårsaker en økning i hastigheten på termisk bevegelse av partikler. Dette fører til en økning i antall kollisjoner av frie elektroner og følgelig til en reduksjon i den gjennomsnittlige frie banen, som et resultat av at den spesifikke ledningsevnen avtar og materialets resistivitet øker.

Temperaturkoeffisienten for motstand for rene metaller er omtrent 0,004 °C, som betyr en økning i motstanden deres med 4 % med en økning i temperaturen med 10 °C.

Med en økning i temperaturen i elektrolyttkullet avtar også den midlere frie banen, mens konsentrasjonen av ladningsbærere øker, som et resultat av at deres resistivitet avtar med økende temperatur.

Formuler Ohms lov for en lukket krets.

Strømstyrken i en lukket krets er lik forholdet mellom den elektromotoriske kraften til kretsen og dens totale motstand.

Denne formelen viser at strømstyrken avhenger av tre størrelser: den elektromotoriske kraften E, den ytre motstanden R og den indre motstanden r. Den indre motstanden har ikke merkbar effekt på strømstyrken hvis den er liten sammenlignet med den ytre motstanden. I dette tilfellet er spenningen ved terminalene til strømkilden omtrent lik den elektromotoriske kraften (EMF).

Hva er elektromotorisk kraft (EMF)?

Den elektromotoriske kraften er forholdet mellom arbeidet til ytre krefter for å flytte ladningen langs kretsen til ladningen. I likhet med potensialforskjellen måles elektromotorisk kraft i volt.

Hvilke krefter kalles ytre krefter?

Alle krefter som virker på elektrisk ladede partikler, med unntak av potensielle krefter av elektrostatisk opprinnelse (dvs. Coulomb), kalles fremmede krefter. Det er på grunn av arbeidet til disse kreftene at ladede partikler tilegner seg energi og deretter gir den bort når de beveger seg i lederne til en elektrisk krets.

Tredjepartskrefter setter i gang ladede partikler inne i en strømkilde, generator, batteri osv.

Som et resultat vises ladninger med motsatt fortegn ved terminalene til gjeldende kilde, og en viss potensiell forskjell mellom terminalene. Videre, når kretsen er lukket, begynner dannelsen av overflateladninger å virke, og skaper et elektrisk felt gjennom hele kretsen, som vises som et resultat av at når kretsen er lukket, oppstår en overflateladning nesten umiddelbart på hele overflaten av konduktøren. Inne i kilden beveger ladningene seg under påvirkning av ytre krefter mot kreftene i det elektrostatiske feltet (positive fra minus til pluss), og gjennom resten av kretsen settes de i bevegelse av det elektriske feltet.

Ris. 1. Elektrisk krets: 1- kilde, elektrisitet (batteri); 2 - amperemeter; 3 - etterfølger av energi (legger på glødelampe); 4 - elektriske ledninger; 5 - enpolet ruSidnik; 6 - sikringer

Hva er elektrisk strøm

Retningsbestemt bevegelse av elektrisk ladede partikler under påvirkning av . Slike partikler kan være: i ledere - elektroner, i elektrolytter - ioner (kationer og anioner), i halvledere - elektroner og såkalte "hull" ("elektron-hulls ledningsevne"). Det er også en "biasstrøm", hvis flyt skyldes prosessen med å lade kapasitansen, dvs. endring i potensialforskjellen mellom platene. Mellom platene skjer ingen bevegelse av partikler, men strømmen flyter gjennom kondensatoren.

I teorien om elektriske kretser anses strøm å være den rettede bevegelsen av ladningsbærere i et ledende medium under påvirkning av et elektrisk felt.

Ledningsstrøm (ganske enkelt strøm) i teorien om elektriske kretser er mengden elektrisitet som strømmer per tidsenhet gjennom tverrsnittet av lederen: i \u003d q / t, hvor i er strømmen. EN; q \u003d 1,6 10 9 - elektronladning, C; t - tid, s.

Dette uttrykket er gyldig for DC-kretser. For vekselstrømkretser brukes den såkalte øyeblikkelige strømverdien, lik hastigheten på ladningsendringen over tid: i (t) \u003d dq / dt.

En elektrisk strøm oppstår når et elektrisk felt vises i en del av en elektrisk krets, eller en potensiell forskjell mellom to punkter på en leder. Potensialforskjellen mellom to punkter kalles spenning eller spenningsfall i denne delen av kretsen.

I stedet for begrepet "strøm" ("strømverdi"), brukes ofte begrepet "strømstyrke". Sistnevnte kan imidlertid ikke kalles vellykket, siden strømstyrken ikke er noen kraft i ordets bokstavelige betydning, men bare intensiteten av bevegelsen av elektriske ladninger i lederen, mengden elektrisitet som passerer per tidsenhet gjennom korset -seksjonsareal av lederen.
Strømmen karakteriseres, som i SI-systemet måles i ampere (A), og strømtetthet, som i SI-systemet måles i ampere per kvadratmeter.
En ampere tilsvarer bevegelsen gjennom tverrsnittet av lederen i ett sekund (s) av en ladning av elektrisitet til en anheng (C):

1A = IC/s.

I det generelle tilfellet, som betegner strømmen med bokstaven i, og ladningen med q, får vi:

i = dq / dt.

Enheten for strøm kalles ampere (A). Strømmen i lederen er 1 A hvis en elektrisk ladning lik 1 pendant passerer gjennom tverrsnittet av lederen på 1 sekund.

Hvis en spenning virker langs lederen, oppstår det et elektrisk felt inne i lederen. Når feltstyrken E, påvirkes elektronene med ladning e av kraften f = Ee. Verdiene f og E er vektorer. I løpet av den frie banetiden får elektronene en rettet bevegelse sammen med en kaotisk. Hvert elektron har en negativ ladning og mottar en hastighetskomponent rettet motsatt av vektoren E (fig. 1). Ordnet bevegelse, preget av en viss gjennomsnittlig elektronhastighet vcp, bestemmer strømmen av elektrisk strøm.

Elektroner kan også ha rettet bevegelse i sjeldne gasser. I elektrolytter og ioniserte gasser skyldes strømmen hovedsakelig bevegelsen av ioner. I samsvar med det faktum at i elektrolytter beveger positivt ladede ioner seg fra den positive til den negative polen, historisk sett ble retningen til strømmen tatt for å være motsatt av retningen for elektronbevegelse.

Strømretningen antas å være retningen som positivt ladede partikler beveger seg i, dvs. retningen motsatt av elektronenes bevegelse.
I teorien om elektriske kretser tas bevegelsesretningen til positivt ladede partikler fra et høyere potensial til et lavere som strømretningen i en passiv krets (utenfor energikilder). Denne retningen ble tatt helt i begynnelsen av utviklingen av elektroteknikk og motsier den sanne bevegelsesretningen til ladningsbærere - elektroner som beveger seg i ledende medier fra minus til pluss.

Verdien lik forholdet mellom strømmen og tverrsnittsarealet S kalles strømtettheten (betegnet δ): δ= ER

Det antas at strømmen er jevnt fordelt over lederens tverrsnitt. Strømtetthet i ledninger måles vanligvis i A/mm2.

I henhold til typen bærere av elektriske ladninger og mediet for deres bevegelse, skilles de ledningsstrømmer og forskyvningsstrømmer. Konduktivitet er delt inn i elektronisk og ionisk. For jevne moduser skilles to typer strømmer: direkte og vekslende.

Elektrisk strømoverføring kalt fenomenet overføring av elektriske ladninger av ladede partikler eller kropper som beveger seg i fritt rom. Hovedtypen for elektrisk strømoverføring er bevegelsen i tomrommet til elementærpartikler med ladning (bevegelsen av frie elektroner i elektronrør), bevegelsen av frie ioner i gassutladningsenheter.

Elektrisk forskyvningsstrøm (polarisasjonsstrøm) kalt den ordnede bevegelsen av bundne bærere av elektriske ladninger. Denne typen strøm kan observeres i dielektrikum.
Full elektrisk strøm er en skalarverdi lik summen av den elektriske ledningsstrømmen, den elektriske overføringsstrømmen og den elektriske forskyvningsstrømmen gjennom den betraktede overflaten.

En konstant strøm er en strøm som kan variere i størrelse, men som ikke endrer fortegn på vilkårlig lang tid. Les mer om dette her:

En vekselstrøm er en strøm som periodisk endres både i størrelse og fortegn.Mengden som karakteriserer vekselstrømmen er frekvensen (i SI-systemet måles den i hertz), i tilfelle styrken endres med jevne mellomrom. Høyfrekvent vekselstrøm presset ut til overflaten av lederen. Høyfrekvente strømmer brukes i maskinteknikk for varmebehandling av overflater av deler og sveising, i metallurgi for smelting av metaller.Vekselstrøm er delt inn i sinusformet og ikke-sinusformet. En sinusformet strøm er en strøm som endres i henhold til en harmonisk lov:

i = jeg synder ωt,

Endringshastigheten til vekselstrøm er preget av den, definert som antall komplette repeterende svingninger per tidsenhet. Frekvens er angitt med bokstaven f og måles i hertz (Hz). Så frekvensen til strømmen i nettverket 50 Hz tilsvarer 50 komplette oscillasjoner per sekund. Vinkelfrekvensen ω er endringshastigheten for strøm i radianer per sekund og er relatert til frekvensen ved en enkel relasjon:

ω = 2πf

Faste (faste) verdier for likestrøm og vekselstrøm angi ustabile (øyeblikkelige) verdier med stor bokstav I - med bokstaven i. Den betinget positive retningen til strømmen betraktes som bevegelsesretningen til positive ladninger.

Dette er en strøm som endres etter sinusloven over tid.

Vekselstrøm betyr også strøm i konvensjonelle en- og trefasenett. I dette tilfellet endres vekselstrømparametrene i henhold til den harmoniske loven.

Siden vekselstrøm varierer med tiden, er enkle problemløsningsmetoder egnet for likestrømkretser ikke direkte anvendelige her. Ved svært høye frekvenser kan ladninger svinge – flyte fra ett sted i kretsen til et annet og tilbake. I dette tilfellet, i motsetning til DC-kretser, kan strømmene i seriekoblede ledere ikke være de samme. Kapasitanser i AC-kretser forsterker denne effekten. I tillegg, når strømmen endres, spiller selvinduksjonseffekter inn, som blir betydelige selv ved lave frekvenser, dersom spoler med store induktanser brukes. Ved relativt lave frekvenser kan AC-kretser fortsatt beregnes ved hjelp av , som imidlertid må modifiseres tilsvarende.

En krets som inkluderer forskjellige motstander, induktorer og kondensatorer kan betraktes som om den besto av en generalisert motstand, kondensator og induktor koblet i serie.

Vurder egenskapene til en slik krets koblet til en sinusformet dynamo. For å formulere regler for utforming av AC-kretser, er det nødvendig å finne forholdet mellom spenningsfall og strøm for hver av komponentene i en slik krets.

Den spiller helt forskjellige roller i AC- og DC-kretser. Hvis for eksempel et elektrokjemisk element er koblet til kretsen, vil kondensatoren begynne å lade til spenningen over den blir lik elementets EMF. Da stopper ladingen og strømmen faller til null. Hvis kretsen er koblet til en dynamo, vil elektronene i en halvsyklus strømme fra venstre side av kondensatoren og akkumuleres til høyre, og omvendt i den andre. Disse bevegelige elektronene er en vekselstrøm, hvis styrke er den samme på begge sider av kondensatoren. Så lenge frekvensen til vekselstrømmen ikke er veldig høy, er strømmen gjennom motstanden og induktoren også den samme.

I AC-forbrukende enheter blir AC ofte rettet av likerettere for å produsere DC.

Elektriske ledere

Materialet som strømmen går i kalles. Noen materialer blir superledende ved lave temperaturer. I denne tilstanden gir de nesten ingen motstand mot strøm, motstanden deres har en tendens til null. I alle andre tilfeller motstår lederen strømmen, og som et resultat blir en del av energien til de elektriske partiklene omdannet til varme. Strømstyrken kan beregnes ved å bruke for en del av kretsen og Ohms lov for en komplett krets.

Hastigheten til partikler i ledere avhenger av materialet til lederen, massen og ladningen til partikkelen, omgivelsestemperaturen, den påførte potensialforskjellen og er mye mindre enn lysets hastighet. Til tross for dette er forplantningshastigheten til den faktiske elektriske strømmen lik lyshastigheten i et gitt medium, det vil si forplantningshastigheten til fronten av en elektromagnetisk bølge.

Hvordan strøm påvirker menneskekroppen

Strøm som går gjennom menneske- eller dyrekroppen kan forårsake elektriske brannskader, flimmer eller død. På den annen side brukes elektrisk strøm i intensivbehandling, for behandling av psykiske lidelser, spesielt depresjon, elektrisk stimulering av visse områder av hjernen brukes til å behandle sykdommer som Parkinsons sykdom og epilepsi, en pacemaker som stimulerer hjertemuskelen med en pulsert strøm brukes til bradykardi. Hos mennesker og dyr brukes strøm til å overføre nerveimpulser.

I henhold til sikkerhetstiltak er minimum merkbar strøm 1 mA. Strømmen blir farlig for menneskeliv fra en styrke på ca. 0,01 A. Strømmen blir dødelig for en person fra en styrke på ca. 0,1 A. En spenning på mindre enn 42 V anses som trygg.

Først av alt er det verdt å finne ut hva som utgjør en elektrisk strøm. Elektrisk strøm er den ordnede bevegelsen av ladede partikler i en leder. For at det skal oppstå, må det først opprettes et elektrisk felt, under påvirkning av hvilket de ovennevnte ladede partiklene vil begynne å bevege seg.

Den første informasjonen om elektrisitet, som dukket opp for mange århundrer siden, var knyttet til elektriske "ladninger" oppnådd gjennom friksjon. Allerede i antikken visste folk at rav, båret på ull, får evnen til å tiltrekke seg lette gjenstander. Men først på slutten av 1500-tallet studerte den engelske legen Gilbert dette fenomenet i detalj og fant ut at mange andre stoffer har nøyaktig de samme egenskapene. Kropper som er i stand, som rav, etter å ha blitt gnidd for å tiltrekke seg lette gjenstander, kalte han elektrifisert. Dette ordet er avledet fra det greske elektronet - "rav". For tiden sier vi at det er elektriske ladninger på legemer i denne tilstanden, og selve kroppene kalles "ladet".

Elektriske ladninger oppstår alltid når forskjellige stoffer er i nær kontakt. Hvis kroppene er solide, forhindres deres nærkontakt av mikroskopiske fremspring og uregelmessigheter som finnes på overflaten. Ved å klemme slike kropper og gni dem sammen, bringer vi overflatene deres sammen, som uten trykk bare ville berøre noen få punkter. I noen kropper kan elektriske ladninger bevege seg fritt mellom ulike deler, mens i andre er dette ikke mulig. I det første tilfellet kalles kroppene "ledere", og i det andre - "dielektriske eller isolatorer." Ledere er alle metaller, vandige løsninger av salter og syrer osv. Eksempler på isolatorer er rav, kvarts, ebonitt og alle gasser som er under normale forhold.

Ikke desto mindre bør det bemerkes at inndelingen av kropper i ledere og dielektriske stoffer er veldig vilkårlig. Alle stoffer leder elektrisitet i større eller mindre grad. Elektriske ladninger er enten positive eller negative. Denne typen strøm vil ikke vare lenge, fordi den elektrifiserte kroppen vil gå tom for strøm. For den kontinuerlige eksistensen av en elektrisk strøm i en leder, er det nødvendig å opprettholde et elektrisk felt. For disse formålene brukes elektriske strømkilder. Det enkleste tilfellet av forekomsten av en elektrisk strøm er når den ene enden av ledningen er koblet til et elektrifisert legeme, og den andre til bakken.

Elektriske kretser som leverer strøm til lyspærer og elektriske motorer dukket ikke opp før etter oppfinnelsen av batterier, som dateres tilbake til rundt 1800. Etter det gikk utviklingen av elektrisitetslæren så raskt at den på mindre enn et århundre ikke bare ble en del av fysikken, men dannet grunnlaget for en ny elektrisk sivilisasjon.

De viktigste mengdene av elektrisk strøm

Mengden elektrisitet og strømstyrke. Effekten av elektrisk strøm kan være sterk eller svak. Styrken til den elektriske strømmen avhenger av mengden ladning som strømmer gjennom kretsen i en viss tidsenhet. Jo flere elektroner som flyttes fra den ene polen til kilden til den andre, desto større blir den totale ladningen som bæres av elektronene. Denne totale ladningen kalles mengden elektrisitet som går gjennom lederen.

Spesielt avhenger den kjemiske effekten av den elektriske strømmen av mengden elektrisitet, dvs. jo mer ladning som passerer gjennom elektrolyttløsningen, jo mer substans vil sette seg på katoden og anoden. I denne forbindelse kan mengden elektrisitet beregnes ved å veie massen av stoffet som er avsatt på elektroden og kjenne massen og ladningen til ett ion av dette stoffet.

Strømstyrken er en mengde som er lik forholdet mellom den elektriske ladningen som har passert gjennom tverrsnittet av lederen til tidspunktet for strømningen. Enheten for ladning er coulomb (C), tiden måles i sekunder (s). I dette tilfellet er enheten for strømstyrke uttrykt i C/s. Denne enheten kalles ampere (A). For å måle strømstyrken i en krets, brukes en elektrisk måleenhet kalt et amperemeter. For inkludering i kretsen er amperemeteret utstyrt med to terminaler. Den er inkludert i kretsen i serie.

elektrisk spenning. Vi vet allerede at elektrisk strøm er en ordnet bevegelse av ladede partikler - elektroner. Denne bevegelsen skapes ved hjelp av et elektrisk felt, som gjør en viss mengde arbeid. Dette fenomenet kalles arbeidet til en elektrisk strøm. For å flytte mer ladning gjennom en elektrisk krets på 1 sekund, må det elektriske feltet gjøre mer arbeid. Basert på dette viser det seg at arbeidet til en elektrisk strøm bør avhenge av strømmens styrke. Men det er en annen verdi som strømmens arbeid avhenger av. Denne verdien kalles spenning.

Spenning er forholdet mellom arbeidet til strømmen i en viss del av den elektriske kretsen og ladningen som strømmer gjennom den samme delen av kretsen. Det nåværende verket måles i joule (J), ladningen måles i anheng (C). I denne forbindelse vil enheten for spenningsmåling være 1 J/C. Denne enheten kalles volt (V).

For at en spenning skal vises i en elektrisk krets, trengs en strømkilde. I en åpen krets er spenning kun tilstede ved strømkildeterminalene. Hvis denne strømkilden er inkludert i kretsen, vil spenning også vises i visse deler av kretsen. I denne forbindelse vil det også være en strøm i kretsen. Det vil si at vi kort kan si følgende: hvis det ikke er spenning i kretsen, er det ingen strøm. For å måle spenning brukes et elektrisk måleapparat kalt et voltmeter. I sitt utseende ligner det det tidligere nevnte amperemeteret, med den eneste forskjellen at bokstaven V står på voltmeterskalaen (i stedet for A på amperemeteret). Voltmeteret har to terminaler, ved hjelp av hvilke det kobles parallelt med den elektriske kretsen.

Elektrisk motstand. Etter å ha koblet alle slags ledere og et amperemeter til en elektrisk krets, kan du legge merke til at når du bruker forskjellige ledere, gir amperemeteret forskjellige avlesninger, det vil si at i dette tilfellet er strømstyrken tilgjengelig i den elektriske kretsen forskjellig. Dette fenomenet kan forklares med at forskjellige ledere har ulik elektrisk motstand, som er en fysisk størrelse. Til ære for den tyske fysikeren ble hun kalt Ohm. Som regel brukes større enheter i fysikk: kiloohm, megaohm osv. Ledermotstanden er vanligvis betegnet med bokstaven R, lederlengden er L, tverrsnittsarealet er S. I dette tilfellet kan motstanden være skrevet som en formel:

R = R * L/S

hvor koeffisienten p kalles resistivitet. Denne koeffisienten uttrykker motstanden til en leder 1 m lang med et tverrsnittsareal lik 1 m2. Resistivitet er uttrykt i Ohm x m. Siden ledninger som regel har et ganske lite tverrsnitt, er deres arealer vanligvis uttrykt i kvadratmillimeter. I dette tilfellet vil enheten for resistivitet være Ohm x mm2/m. I tabellen nedenfor. 1 viser resistiviteten til noen materialer.

I følge tabell. 1, blir det klart at kobber har den minste elektriske resistiviteten, og en legering av metaller har den største. I tillegg har dielektrika (isolatorer) høy resistivitet.

Elektrisk kapasitans. Vi vet allerede at to ledere isolert fra hverandre kan akkumulere elektriske ladninger. Dette fenomenet er preget av en fysisk størrelse, som kalles elektrisk kapasitans. Den elektriske kapasitansen til to ledere er ikke noe mer enn forholdet mellom ladningen til en av dem og potensialforskjellen mellom denne lederen og den nærliggende. Jo lavere spenning når lederne mottar en ladning, jo større er kapasitansen. Farad (F) er tatt som enheten for elektrisk kapasitans. I praksis brukes fraksjoner av denne enheten: mikrofarad (µF) og picofarad (pF).

Hvis du tar to ledere isolert fra hverandre, plasser dem i liten avstand fra hverandre, får du en kondensator. Kapasitansen til en kondensator avhenger av tykkelsen på platene og tykkelsen på dielektrikumet og dens permeabilitet. Ved å redusere tykkelsen på dielektrikumet mellom platene til kondensatoren, er det mulig å øke kapasitansen til sistnevnte kraftig. På alle kondensatorer, i tillegg til deres kapasitans, må spenningen som disse enhetene er designet for, angis.

Arbeid og kraft av elektrisk strøm. Fra det foregående er det klart at den elektriske strømmen gjør en viss mengde arbeid. Når elektriske motorer er tilkoblet, får den elektriske strømmen alt slags utstyr til å fungere, flytter tog langs skinnene, lyser opp gatene, varmer opp boligen, og gir også en kjemisk effekt, det vil si at den tillater elektrolyse osv. Vi kan si at strømmens arbeid i en viss del av kretsen er lik produktstrømmen, spenningen og tiden arbeidet ble utført. Arbeid måles i joule, spenning i volt, strøm i ampere og tid i sekunder. I denne forbindelse er 1 J = 1V x 1A x 1s. Fra dette viser det seg at for å måle arbeidet til en elektrisk strøm, bør tre enheter brukes på en gang: et amperemeter, et voltmeter og en klokke. Men dette er tungvint og lite effektivt. Derfor blir arbeidet med elektrisk strøm vanligvis målt av elektriske målere. Enheten til denne enheten inneholder alle de ovennevnte enhetene.

Kraften til en elektrisk strøm er lik forholdet mellom strømmens arbeid og tiden den ble utført. Effekt er merket med bokstaven "P" og uttrykkes i watt (W). I praksis brukes kilowatt, megawatt, hektowatt osv. For å måle kraften til kretsen må du ta et wattmåler. Elektrisk arbeid uttrykkes i kilowatt-timer (kWh).

Grunnleggende lover for elektrisk strøm

Ohms lov. Spenning og strøm regnes som de mest praktiske egenskapene til elektriske kretser. En av hovedtrekkene ved bruken av elektrisitet er den raske transporten av energi fra ett sted til et annet og dens overføring til forbrukeren i ønsket form. Produktet av potensialforskjellen og strømstyrken gir kraft, dvs. mengden energi som avgis i kretsen per tidsenhet. Som nevnt ovenfor, for å måle kraften i en elektrisk krets, ville det ta 3 enheter. Er det mulig å gjøre med en og beregne kraften fra avlesningene og noen karakteristikk av kretsen, for eksempel motstanden? Mange mennesker likte denne ideen, de anså den som fruktbar.

Så, hva er motstanden til en ledning eller en krets som helhet? Har en ledning, som vannrør eller rør i et vakuumsystem, en konstant egenskap som kan kalles motstand? For eksempel, i rør, er forholdet mellom trykkforskjellen som skaper strømning delt på strømningshastigheten vanligvis en konstant karakteristikk av røret. På samme måte er varmestrømmen i en ledning underlagt et enkelt forhold, som inkluderer temperaturforskjellen, tverrsnittsarealet til ledningen og dens lengde. Oppdagelsen av et slikt forhold for elektriske kretser var resultatet av et vellykket søk.

På 1820-tallet var den tyske skolelæreren Georg Ohm den første som begynte å lete etter forholdet ovenfor. Først og fremst ønsket han berømmelse og berømmelse, noe som ville tillate ham å undervise ved universitetet. Det var den eneste grunnen til at han valgte en studieretning som ga spesielle fordeler.

Om var sønn av en låsesmed, så han visste hvordan han tegnet metalltråd av forskjellige tykkelser, som han trengte for eksperimenter. Siden det i disse dager var umulig å kjøpe en passende ledning, laget Om det med egne hender. Under forsøkene prøvde han forskjellige lengder, forskjellige tykkelser, forskjellige metaller og til og med forskjellige temperaturer. Alle disse faktorene varierte han etter tur. På Ohms tid var batteriene fortsatt svake, noe som ga en strøm av variabel størrelse. I denne forbindelse brukte forskeren et termoelement som en generator, hvis varme kryss ble plassert i en flamme. I tillegg brukte han et råmagnetisk amperemeter, og målte potensialforskjeller (Ohm kalte dem "spenninger") ved å endre temperaturen eller antall termiske kryss.

Læren om elektriske kretser har nettopp fått sin utvikling. Etter oppfinnelsen av batterier rundt 1800 begynte den å utvikle seg mye raskere. Ulike enheter ble designet og produsert (ganske ofte for hånd), nye lover ble oppdaget, konsepter og termer dukket opp osv. Alt dette førte til en dypere forståelse av elektriske fenomener og faktorer.

Fornyelsen av kunnskap om elektrisitet forårsaket på den ene siden fremveksten av et nytt fysikkfelt, på den annen side var grunnlaget for den raske utviklingen av elektroteknikk, dvs. batterier, generatorer, strømforsyningssystemer for belysning og elektrisk stasjon, elektriske ovner, elektriske motorer, etc. ble oppfunnet, annet.

Ohms oppdagelser var av stor betydning både for utviklingen av teorien om elektrisitet og for utviklingen av anvendt elektroteknikk. De gjorde det enkelt å forutsi egenskapene til elektriske kretser for likestrøm, og senere for vekselstrøm. I 1826 ga Ohm ut en bok der han skisserte de teoretiske konklusjonene og eksperimentelle resultatene. Men håpet hans var ikke berettiget, boken ble møtt med latterliggjøring. Dette skjedde fordi metoden med grov eksperimentering virket lite attraktiv i en tid da mange mennesker var glad i filosofi.

Omu hadde ikke noe annet valg enn å forlate stillingen som lærer. Han oppnådde ikke en ansettelse ved universitetet av samme grunn. I 6 år levde forskeren i fattigdom, uten tillit til fremtiden, og opplevde en følelse av bitter skuffelse.

Men etter hvert fikk verkene hans berømmelse først utenfor Tyskland. Om ble respektert i utlandet, forskningen hans ble brukt. I denne forbindelse ble landsmenn tvunget til å anerkjenne ham i hjemlandet. I 1849 fikk han et professorat ved universitetet i München.

Ohm oppdaget en enkel lov som etablerer et forhold mellom strømstyrke og spenning for et stykke ledning (for en del av kretsen, for hele kretsen). I tillegg laget han regler som lar deg bestemme hva som vil endres hvis du tar en ledning av en annen størrelse. Ohms lov er formulert som følger: strømstyrken i en seksjon av kretsen er direkte proporsjonal med spenningen i denne seksjonen og omvendt proporsjonal med motstanden til seksjonen.

Joule-Lenz lov. Elektrisk strøm i hvilken som helst del av kretsen utfører et visst arbeid. La oss for eksempel ta en del av kretsen, mellom endene som det er en spenning (U). Ved definisjonen av elektrisk spenning er arbeidet som gjøres ved å flytte en ladningsenhet mellom to punkter lik U. Hvis strømstyrken i en gitt del av kretsen er i, vil ladningen den passere i tid t, og derfor arbeidet med den elektriske strømmen i denne delen vil være:

A = Uit

Dette uttrykket er gyldig for likestrøm i alle fall, for alle deler av kretsen, som kan inneholde ledere, elektriske motorer osv. Strømeffekt, dvs. arbeid per tidsenhet, er lik:

P \u003d A / t \u003d Ui

Denne formelen brukes i SI-systemet for å bestemme spenningsenheten.

La oss anta at delen av kretsen er en fast leder. I dette tilfellet vil alt arbeidet bli til varme, som frigjøres i denne lederen. Hvis lederen er homogen og overholder Ohms lov (dette inkluderer alle metaller og elektrolytter), så:

U=ir

hvor r er motstanden til lederen. I dette tilfellet:

A = rt2i

Denne loven ble først empirisk utledet av E. Lenz og, uavhengig av ham, av Joule.

Det skal bemerkes at oppvarming av ledere finner mange bruksområder innen ingeniørfag. De vanligste og viktigste blant dem er glødelamper.

Loven om elektromagnetisk induksjon. I første halvdel av 1800-tallet oppdaget den engelske fysikeren M. Faraday fenomenet magnetisk induksjon. Dette faktum, etter å ha blitt eiendommen til mange forskere, ga en kraftig drivkraft til utviklingen av elektro- og radioteknikk.

I løpet av eksperimenter fant Faraday ut at når antallet magnetiske induksjonslinjer som penetrerer en overflate avgrenset av en lukket sløyfe endres, oppstår det en elektrisk strøm i den. Dette er grunnlaget for fysikkens kanskje viktigste lov – loven om elektromagnetisk induksjon. Strømmen som oppstår i kretsen kalles induktiv. På grunn av det faktum at elektrisk strøm oppstår i kretsen bare i tilfelle av eksterne krefter som virker på gratis ladninger, så med en skiftende magnetisk fluks som passerer over overflaten av en lukket krets, vises de samme eksterne kreftene i den. Virkningen av ytre krefter i fysikk kalles den elektromotoriske kraften eller induksjons-EMK.

Elektromagnetisk induksjon vises også i åpne ledere. I tilfelle når lederen krysser magnetfeltlinjene, vises en spenning i endene. Årsaken til utseendet til en slik spenning er induksjons-EMK. Hvis den magnetiske fluksen som går gjennom den lukkede kretsen ikke endres, vises ikke den induktive strømmen.

Ved å bruke begrepet "EMF for induksjon", kan man snakke om loven om elektromagnetisk induksjon, dvs. at EMF for induksjon i en lukket sløyfe er lik absoluttverdi med endringshastigheten til den magnetiske fluksen gjennom overflaten avgrenset av Løkke.

Lenz sin regel. Som vi allerede vet, oppstår en induktiv strøm i lederen. Avhengig av forholdene for utseendet, har den en annen retning. Ved denne anledningen formulerte den russiske fysikeren Lenz følgende regel: induksjonsstrømmen som oppstår i en lukket krets har alltid en slik retning at magnetfeltet den skaper ikke lar den magnetiske fluksen endre seg. Alt dette forårsaker utseendet til en induksjonsstrøm.

Induksjonsstrøm, som alle andre, har energi. Dette betyr at det ved induksjonsstrøm oppstår elektrisk energi. I henhold til loven om bevaring og transformasjon av energi, kan den ovennevnte energien bare oppstå på grunn av energimengden til en annen type energi. Dermed tilsvarer Lenz regel fullt ut loven om bevaring og transformasjon av energi.

I tillegg til induksjon kan den såkalte selvinduksjonen dukke opp i spolen. Dens essens er som følger. Hvis det vises en strøm i spolen eller dens styrke endres, vises et skiftende magnetfelt. Og hvis den magnetiske fluksen som passerer gjennom spolen endres, oppstår en elektromotorisk kraft i den, som kalles EMF for selvinduksjon.

I følge Lenz sin regel forstyrrer EMF for selvinduksjon når kretsen er lukket med strømstyrken og lar den ikke øke. Når EMF-kretsen er slått av, reduserer selvinduksjon strømstyrken. I tilfelle når strømstyrken i spolen når en viss verdi, slutter magnetfeltet å endre seg og selvinduksjons-EMK blir null.