Čo je elektrický prúd vo fyzike. Čo je elektrický prúd? Povaha elektriny

Ak je izolovaný vodič umiestnený v elektrickom poli \(\overrightarrow(E)\), potom sila \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) bude pôsobiť na voľné náboje \(q\) vo vodiči \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) V dôsledku toho dochádza vo vodiči ku krátkodobému pohybu voľných nábojov. Tento proces sa skončí, keď vlastné elektrické pole nábojov vznikajúcich na povrchu vodiča úplne kompenzuje vonkajšie pole. Výsledné elektrostatické pole vo vnútri vodiča bude nulové.

Vo vodičoch však za určitých podmienok môže dochádzať k nepretržitému usporiadanému pohybu voľných nosičov elektrického náboja.

Usmernený pohyb nabitých častíc sa nazýva elektrický prúd.

Smer elektrického prúdu sa považuje za smer pohybu kladných voľných nábojov. Aby vo vodiči existoval elektrický prúd, musí sa v ňom vytvoriť elektrické pole.

Kvantitatívna miera elektrického prúdu je prúdová sila\(I\) je skalárna fyzikálna veličina rovnajúca sa pomeru náboja \(\Delta q\) preneseného cez prierez vodiča (obr. 1.8.1) za časový interval \(\Delta t\) do tohto časového intervalu:

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

Ak sa sila prúdu a jeho smer s časom nemenia, potom sa takýto prúd nazýva trvalé .

V medzinárodnom systéme jednotiek (SI) sa prúd meria v ampéroch (A). Jednotka prúdu 1 A je určená magnetickou interakciou dvoch paralelných vodičov s prúdom.

Jednosmerný elektrický prúd môže byť vytvorený iba v uzavretý okruh , v ktorom voľné nosiče náboja obiehajú po uzavretých trajektóriách. Elektrické pole v rôznych bodoch takéhoto obvodu je v priebehu času konštantné. V dôsledku toho má elektrické pole v obvode jednosmerného prúdu charakter zmrazeného elektrostatického poľa. Ale keď sa elektrický náboj pohybuje v elektrostatickom poli po uzavretej dráhe, práca vykonaná elektrickými silami je nulová. Preto pre existenciu jednosmerného prúdu je potrebné mať v elektrickom obvode zariadenie, ktoré je schopné vytvárať a udržiavať potenciálne rozdiely v úsekoch obvodu v dôsledku práce síl. neelektrostatického pôvodu. Takéto zariadenia sú tzv DC zdroje . Volajú sa sily neelektrostatického pôvodu pôsobiace na voľné nosiče náboja zo zdrojov prúdu vonkajšie sily .

Povaha vonkajších síl sa môže líšiť. V galvanických článkoch alebo batériách vznikajú ako výsledok elektrochemických procesov, v generátoroch jednosmerného prúdu vznikajú vonkajšie sily pri pohybe vodičov v magnetickom poli. Zdroj prúdu v elektrickom obvode hrá rovnakú úlohu ako čerpadlo, ktoré je potrebné na čerpanie kvapaliny v uzavretom hydraulickom systéme. Pod vplyvom vonkajších síl sa elektrické náboje pohybujú vo vnútri zdroja prúdu proti sily elektrostatického poľa, vďaka ktorým sa v uzavretom okruhu môže udržiavať konštantný elektrický prúd.

Keď sa elektrické náboje pohybujú po obvode jednosmerného prúdu, vykonávajú prácu vonkajšie sily pôsobiace vo vnútri zdrojov prúdu.

Fyzikálna veličina rovnajúca sa pomeru práce \(A_(st)\) vonkajších síl pri pohybe náboja \(q\) zo záporného pólu zdroja prúdu na kladný k hodnote tohto náboja sa nazýva elektromotorická sila zdroja (EMF):

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

EMP je teda určené prácou vykonanou vonkajšími silami pri pohybe jedného kladného náboja. Elektromotorická sila, podobne ako potenciálny rozdiel, sa meria v Volty (V).

Keď sa jeden kladný náboj pohybuje pozdĺž uzavretého obvodu jednosmerného prúdu, práca vykonaná vonkajšími silami sa rovná súčtu emf pôsobiacich v tomto obvode a práca vykonaná elektrostatickým poľom je nulová.

Jednosmerný obvod možno rozdeliť na samostatné časti. Tie oblasti, kde nepôsobia žiadne vonkajšie sily (t.j. oblasti, ktoré neobsahujú prúdové zdroje), sa nazývajú homogénne . Oblasti obsahujúce prúdové zdroje sú tzv heterogénne .

Keď sa jeden kladný náboj pohybuje pozdĺž určitej časti obvodu, prácu vykonávajú elektrostatické (Coulomb) aj vonkajšie sily. Práca elektrostatických síl sa rovná potenciálnemu rozdielu \(\Delta \phi_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)\) medzi počiatočným (1) a konečným (2) bodom nehomogénneho rezu. . Práca vonkajších síl sa podľa definície rovná elektromotorickej sile \(\mathcal(E)\) pôsobiacej v danej oblasti. Celková práca sa teda rovná

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

Veľkosť U 12 sa zvyčajne nazýva Napätie na reťazovom úseku 1-2. V prípade homogénnej oblasti sa napätie rovná potenciálnemu rozdielu:

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

Nemecký fyzik G. Ohm v roku 1826 experimentálne zistil, že sila prúdu \(I\) pretekajúca homogénnym kovovým vodičom (t.j. vodičom, v ktorom nepôsobia žiadne vonkajšie sily) je úmerná napätiu \(U\) na koncoch. dirigenta:

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

kde \(R\) = konšt.

Veľkosť R zvyčajne nazývaný elektrický odpor . Vodič s elektrickým odporom sa nazýva odpor . Tento pomer vyjadruje Ohmov zákon pre homogénna časť reťazca: Prúd vo vodiči je priamo úmerný použitému napätiu a nepriamo úmerný odporu vodiča.

Jednotkou SI elektrického odporu vodičov je Ohm (Ohm). Odpor 1 ohm má časť obvodu, v ktorej sa pri napätí 1 V vyskytuje prúd 1 A.

Volajú sa vodiče, ktoré dodržiavajú Ohmov zákon lineárne . Grafická závislosť prúdu \(I\) od napätia \(U\) (takéto grafy sa nazývajú voltampérové ​​charakteristiky , skrátene CVC) je znázornená priamkou prechádzajúcou počiatkom súradníc. Treba poznamenať, že existuje veľa materiálov a zariadení, ktoré nespĺňajú Ohmov zákon, napríklad polovodičová dióda alebo plynová výbojka. Dokonca aj pri kovových vodičoch sa pri dostatočne vysokých prúdoch pozoruje odchýlka od Ohmovho lineárneho zákona, pretože elektrický odpor kovových vodičov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou.

Pre časť obvodu obsahujúcu emf je Ohmov zákon napísaný v nasledujúcom tvare:

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

Tento pomer sa zvyčajne nazýva zovšeobecnený Ohmov zákon alebo Ohmov zákon pre nerovnomernú časť obvodu.

Na obr. 1.8.2 znázorňuje uzavretý jednosmerný obvod. Reťazová časť ( CD) je homogénna.

Podľa Ohmovho zákona

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

Zápletka ( ab) obsahuje zdroj prúdu s emf rovným \(\mathcal(E)\).

Podľa Ohmovho zákona pre heterogénnu oblasť,

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

Pridaním oboch rovností dostaneme:

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

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

$$\color(modrá)(I=\frac(\mathcal(E))(R + r))$$

Tento vzorec vyjadruje Ohmov zákon pre úplný obvod : sila prúdu v kompletnom obvode sa rovná elektromotorickej sile zdroja delenej súčtom odporov homogénnych a nehomogénnych častí obvodu (vnútorný odpor zdroja).

Odpor r heterogénna oblasť na obr. 1.8.2 možno považovať za vnútorný odpor zdroja prúdu . V tomto prípade oblasť ( ab) na obr. 1.8.2 je vnútorná časť zdroja. Ak body a A b skrat s vodičom, ktorého odpor je malý v porovnaní s vnútorným odporom zdroja (\(R\ \ll r\)), potom obvod potečie skratový prúd

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

Skratový prúd je maximálny prúd, ktorý je možné získať z daného zdroja s elektromotorickou silou \(\mathcal(E)\) a vnútorným odporom \(r\). Pri zdrojoch s nízkym vnútorným odporom môže byť skratový prúd veľmi vysoký a spôsobiť zničenie elektrického obvodu alebo zdroja. Napríklad olovené batérie používané v automobiloch môžu mať skratový prúd niekoľko stoviek ampérov. Zvlášť nebezpečné sú skraty v osvetľovacích sieťach napájaných z rozvodní (tisíce ampérov). Aby sa predišlo ničivým účinkom takýchto veľkých prúdov, sú v obvode zahrnuté poistky alebo špeciálne ističe.

V niektorých prípadoch, aby sa predišlo nebezpečným hodnotám skratového prúdu, je k zdroju zapojený nejaký vonkajší odpor sériovo. Potom odpor r sa rovná súčtu vnútorného odporu zdroja a vonkajšieho odporu a pri skrate nebude sila prúdu nadmerne veľká.

Ak je vonkajší obvod otvorený, potom \(\Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab) = \mathcal(E)\), t.j. potenciálny rozdiel na póloch otvorenej batérie sa rovná jeho emf.

Ak odpor vonkajšieho zaťaženia R zapnuté a cez batériu preteká prúd ja, potenciálny rozdiel na jeho póloch sa vyrovná

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

Na obr. 1.8.3 ukazuje schematické znázornenie zdroja jednosmerného prúdu s emf rovným \(\mathcal(E)\) a vnútorným odporom r v troch režimoch: „voľnobeh“, prevádzka so záťažou a režim skratu (skrat). Intenzita \(\overrightarrow(E)\) elektrického poľa vo vnútri batérie a sily pôsobiace na kladné náboje sú označené:\(\overrightarrow(F)_(e)\) - elektrická sila a \(\overrightarrow( F)_(st )\) je vonkajšia sila. V režime skratu elektrické pole vo vnútri batérie zmizne.

Na meranie napätí a prúdov v jednosmerných elektrických obvodoch sa používajú špeciálne prístroje - voltmetre A ampérmetre.

Voltmeter navrhnutý na meranie rozdielu potenciálov aplikovaného na jeho svorky. On spája paralelnýčasť obvodu, kde sa meria potenciálny rozdiel. Každý voltmeter má nejaký vnútorný odpor \(R_(V)\). Aby voltmeter po pripojení k meranému obvodu nezaviedol citeľné prerozdelenie prúdov, musí byť jeho vnútorný odpor veľký v porovnaní s odporom úseku obvodu, ku ktorému je pripojený. Pre obvod znázornený na obr. 1.8.4 je táto podmienka napísaná takto:

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

Táto podmienka znamená, že prúd \(I_(V) = \Delta \phi_(cd) / R_(V)\) pretekajúci voltmetrom je oveľa menší ako prúd \(I = \Delta \phi_(cd) / R_ (1 )\), ktorý preteká cez testovaný úsek obvodu.

Pretože vo vnútri voltmetra nepôsobia žiadne vonkajšie sily, potenciálny rozdiel na jeho svorkách sa podľa definície zhoduje s napätím. Preto môžeme povedať, že voltmeter meria napätie.

Ampérmeter určené na meranie prúdu v obvode. Ampérmeter je zapojený do série s otvoreným obvodom elektrického obvodu tak, aby ním prechádzal celý meraný prúd. Ampérmeter má tiež nejaký vnútorný odpor \(R_(A)\). Na rozdiel od voltmetra musí byť vnútorný odpor ampérmetra dosť malý v porovnaní s celkovým odporom celého obvodu. Pre obvod na obr. 1.8.4 Odpor ampérmetra musí spĺňať podmienku

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

takže pri zapnutí ampérmetra sa prúd v obvode nemení.

Meracie prístroje - voltmetre a ampérmetre - sa dodávajú v dvoch typoch: ukazovacie (analógové) a digitálne. Digitálne elektromery sú zložité elektronické zariadenia. Digitálne prístroje zvyčajne poskytujú vyššiu presnosť merania.

Podmienky pre vznik prúdu

Moderná veda vytvorila teórie na vysvetlenie prírodných procesov. Mnohé procesy sú založené na jednom z modelov štruktúry atómu, takzvanom planetárnom modeli. Podľa tohto modelu sa atóm skladá z kladne nabitého jadra a záporne nabitého oblaku elektrónov obklopujúcich jadro. Rôzne látky pozostávajúce z atómov sú za konštantných podmienok prostredia väčšinou stabilné a nezmenené vo svojich vlastnostiach. Ale v prírode existujú procesy, ktoré dokážu zmeniť stabilný stav látok a spôsobiť v týchto látkach jav nazývaný elektrický prúd.

Takým základným procesom pre prírodu je trenie. Mnoho ľudí vie, že ak si češete vlasy hrebeňom z určitých druhov plastov alebo nosíte oblečenie z určitých druhov látok, dochádza k lepkavému efektu. Vlasy sú priťahované a lepia sa na hrebeň a to isté sa deje s oblečením. Tento efekt sa vysvetľuje trením, ktoré narúša stabilitu materiálu hrebeňa alebo tkaniny. Elektrónový oblak sa môže voči jadru posunúť alebo čiastočne zničiť. A v dôsledku toho látka získava elektrický náboj, ktorého znak je určený štruktúrou tejto látky. Elektrický náboj vznikajúci trením sa nazýva elektrostatický.

Výsledkom je dvojica nabitých látok. Každá látka má určitý elektrický potenciál. Priestor medzi dvoma nabitými látkami je ovplyvnený elektrickým, v tomto prípade elektrostatickým poľom. Účinnosť elektrostatického poľa závisí od veľkosti potenciálov a je definovaná ako potenciálny rozdiel alebo napätie.

• Pri vzniku napätia sa v priestore medzi potenciálmi objaví usmernený pohyb nabitých častíc látok - elektrický prúd.

Kde tečie elektrický prúd?

V tomto prípade sa potenciály znížia, ak sa trenie zastaví. A nakoniec potenciály zmiznú a látky znovu získajú stabilitu.

Ale ak proces tvorby potenciálov a napätia pokračuje v smere ich nárastu, bude sa zvyšovať aj prúd podľa vlastností látok vypĺňajúcich priestor medzi potenciálmi. Najviditeľnejšou demonštráciou tohto procesu je blesk. Trenie prúdenia vzduchu nahor a nadol proti sebe vedie k vzniku obrovského napätia. Výsledkom je, že jeden potenciál tvoria stúpavé prúdy na oblohe a druhý klesajúce prúdy v zemi. A nakoniec sa vďaka vlastnostiam vzduchu objaví elektrický prúd vo forme blesku.

• Prvou príčinou elektrického prúdu je napätie.
• Druhým dôvodom vzniku elektrického prúdu je priestor, v ktorom napätie pôsobí - jeho veľkosť a čím je naplnené.

Napätie nepochádza len z trenia. Iné fyzikálne a chemické procesy, ktoré narúšajú rovnováhu atómov látky, tiež vedú k vzniku napätia. Napätie vzniká až v dôsledku vzájomného pôsobenia resp

• jedna látka s inou látkou;
• jedna alebo viac látok s poľom alebo žiarením.

Napätie môže pochádzať z:

• chemická reakcia, ktorá sa vyskytuje v látke, napríklad vo všetkých batériách a akumulátoroch, ako aj vo všetkých živých veciach;
• elektromagnetické žiarenie, ako napríklad v solárnych paneloch a generátoroch tepelnej energie;
• elektromagnetické pole, ako vo všetkých dynamách.

Elektrický prúd má povahu zodpovedajúcu látke, v ktorej prúdi. Preto sa líši:

• v kovoch;

• v kvapalinách a plynoch;

• v polovodičoch

V kovoch elektrický prúd pozostáva iba z elektrónov, v kvapalinách a plynoch - z iónov, v polovodičoch - z elektrónov a „dier“.

Jednosmerný a striedavý prúd

Napätie vo vzťahu k svojim potenciálom, ktorých znaky zostávajú nezmenené, sa môže meniť iba vo veľkosti.

• V tomto prípade sa objaví konštantný alebo pulzný elektrický prúd.

Elektrický prúd závisí od trvania tejto zmeny a od vlastností priestoru vyplneného hmotou medzi potenciálmi.

• Ale ak sa znamienka potenciálov zmenia a to vedie k zmene smeru prúdu, nazýva sa to premenlivé, rovnako ako napätie, ktoré to určuje.

Život a elektrický prúd

Na kvantitatívne a kvalitatívne hodnotenie elektrického prúdu v modernej vede a technike sa používajú určité zákony a veličiny. Základné zákony sú:

• Coulombov zákon;
• Ohmov zákon.

Charles Coulomb v 80. rokoch 18. storočia určil vzhľad napätia a Georg Ohm v 20. rokoch 19. storočia vzhľad elektrického prúdu.

V prírode a ľudskej civilizácii sa využíva najmä ako nosič energie a informácií a téma jeho štúdia a využitia je rozsiahla ako život sám. Štúdie napríklad ukázali, že všetky živé organizmy žijú, pretože srdcové svaly sa sťahujú pod vplyvom impulzov elektrického prúdu generovaných v tele. Všetky ostatné svaly fungujú podobne. Keď sa bunka delí, využíva informácie založené na elektrickom prúde pri extrémne vysokých frekvenciách. Zoznam takýchto faktov s objasnením môže pokračovať v celej knihe.

Mnoho objavov súvisiacich s elektrickým prúdom už bolo urobených a ešte je potrebné urobiť oveľa viac. Preto sa s príchodom nových výskumných nástrojov objavujú nové zákony, materiály a iné výsledky pre praktické využitie tohto javu.

Elektrina

TO kategória:

Žeriavníci a praky

Elektrina

Ako sa nazýva elektrický prúd?

Usporiadaný (usmernený) pohyb nabitých častíc sa nazýva elektrický prúd. Navyše elektrický prúd, ktorého sila sa v priebehu času nemení, sa nazýva konštantný. Ak sa zmení smer aktuálneho pohybu, zmení sa aj zmena. sa opakujú v rovnakom poradí vo veľkosti a smere, potom sa takýto prúd nazýva striedavý.

Čo spôsobuje a udržiava usporiadaný pohyb nabitých častíc?

Elektrické pole spôsobuje a udržiava usporiadaný pohyb nabitých častíc. Má elektrický prúd určitý smer?
Má. Smer elektrického prúdu sa považuje za pohyb kladne nabitých častíc.

Je možné priamo pozorovať pohyb nabitých častíc vo vodiči?

Nie Prítomnosť elektrického prúdu však možno posúdiť podľa akcií a javov, ktoré ho sprevádzajú. Napríklad vodič, po ktorom sa pohybujú nabité častice, sa zahreje a v priestore okolo vodiča sa vytvorí magnetické pole a magnetická ihla v blízkosti vodiča s elektrickým prúdom sa otáča. Prúd prechádzajúci plynmi navyše spôsobuje ich žiaru a pri prechode cez roztoky solí, zásad a kyselín ich rozkladá na ich zložky.

Ako sa určuje sila elektrického prúdu?

Sila elektrického prúdu je určená množstvom elektriny, ktorá prejde prierezom vodiča za jednotku času.
Na určenie sily prúdu v obvode je potrebné vydeliť množstvo pretekajúcej elektriny časom, počas ktorého pretekala.

Aká je jednotka prúdu?

Za jednotku sily prúdu sa považuje sila konštantného prúdu, ktorý by pri prechode cez dva paralelné priame vodiče nekonečnej dĺžky extrémne malého prierezu, umiestnené vo vzdialenosti 1 m od seba vo vákuu, spôsobil medzi týmito vodičmi sila rovnajúca sa 2 Newtonom na meter. Táto jednotka bola pomenovaná Ampere na počesť francúzskeho vedca Ampere.

Aká je jednotka elektriny?

Jednotkou elektriny je Coulomb (Ku), ktorý prejde za jednu sekundu pri prúde 1 ampér (A).

Aké zariadenia merajú silu elektrického prúdu?

Sila elektrického prúdu sa meria prístrojmi nazývanými ampérmetre. Ampérmetrová stupnica je kalibrovaná v ampéroch a zlomkoch ampéra podľa údajov presných štandardných prístrojov. Sila prúdu sa počíta podľa údajov šípky, ktorá sa pohybuje po stupnici od nulového dielika. Ampérmeter je zapojený sériovo do elektrického obvodu pomocou dvoch svoriek alebo svoriek umiestnených na prístroji. Čo je elektrické napätie?
Napätie elektrického prúdu je potenciálny rozdiel medzi dvoma bodmi v elektrickom poli. Rovná sa práci vykonanej silami elektrického poľa pri pohybe kladného náboja rovného jednotke z jedného bodu poľa do druhého.

Základnou jednotkou napätia je Volt (V).

Aké zariadenie meria napätie elektrického prúdu?

Napätie elektrického prúdu sa meria prístrojom; rum, ktorý sa nazýva voltmeter. K obvodu elektrického prúdu je paralelne pripojený voltmeter. Formulujte Ohmov zákon na časti obvodu.

Čo je odpor vodiča?

Odpor vodiča je fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje vlastnosti vodiča. Jednotkou odporu je Ohm. Navyše odpor 1 ohm má drôt, v ktorom je vytvorený prúd 1 A s napätím na jeho koncoch 1 V.

Závisí odpor vo vodičoch od množstva elektrického prúdu, ktorý nimi preteká?

Odolnosť homogénneho kovového vodiča určitej dĺžky a prierezu nezávisí od veľkosti prúdu, ktorý ním preteká.

Čo určuje odpor v elektrických vodičoch?

Odpor v elektrických vodičoch závisí od dĺžky vodiča, jeho prierezu a druhu materiálu vodiča (odpor materiálu).

Okrem toho je odpor priamo úmerný dĺžke vodiča, nepriamo úmerný ploche prierezu a závisí, ako bolo uvedené vyššie, od materiálu vodiča.

Závisí odpor vo vodičoch od teploty?

Áno, záleží. Zvýšenie teploty kovového vodiča spôsobuje zvýšenie rýchlosti tepelného pohybu častíc. To vedie k zvýšeniu počtu zrážok voľných elektrónov a následne k zníženiu doby voľného pohybu, v dôsledku čoho sa znižuje vodivosť a zvyšuje sa rezistivita materiálu.

Teplotný koeficient odporu čistých kovov je približne 0,004 °C, čo znamená, že ich odpor sa zvyšuje o 4 % s každým zvýšením teploty o 10 °C.

So zvyšujúcou sa teplotou v uhlíkovom elektrolyte klesá aj čas voľnej dráhy, pričom sa zvyšuje koncentrácia nosičov náboja, v dôsledku čoho sa ich rezistivita s rastúcou teplotou znižuje.

Formulujte Ohmov zákon pre uzavretý obvod.

Sila prúdu v uzavretom obvode sa rovná pomeru elektromotorickej sily obvodu k jeho celkovému odporu.

Tento vzorec ukazuje, že sila prúdu závisí od troch veličín: elektromotorická sila E, vonkajší odpor R a vnútorný odpor r. Vnútorný odpor nemá badateľný vplyv na silu prúdu, ak je v porovnaní s vonkajším odporom malý. V tomto prípade je napätie na svorkách zdroja prúdu približne rovnaké ako elektromotorická sila (EMF).

Čo je elektromotorická sila (EMF)?

Elektromotorická sila je pomer práce vykonanej vonkajšími silami na pohyb náboja po obvode k náboju. Rovnako ako potenciálny rozdiel, aj elektromotorická sila sa meria vo voltoch.

Aké sily sa nazývajú vonkajšie sily?

Akékoľvek sily pôsobiace na elektricky nabité častice, s výnimkou potenciálnych síl elektrostatického pôvodu (t.j. Coulombových síl), sa nazývajú vonkajšie sily. Vďaka práci týchto síl nabité častice získavajú energiu a potom ju uvoľňujú pri pohybe vo vodičoch elektrického obvodu.

Sily tretích strán uviedli do pohybu nabité častice vo vnútri zdroja prúdu, generátora, batérie atď.

V dôsledku toho sa na svorkách zdroja prúdu objavujú náboje opačných znakov a medzi svorkami sa objavuje určitý potenciálny rozdiel. Ďalej, keď je obvod uzavretý, začína pôsobiť tvorba povrchových nábojov, ktoré vytvárajú elektrické pole v celom obvode, čo vzniká v dôsledku skutočnosti, že keď je obvod uzavretý, povrchový náboj sa objaví takmer okamžite na celom obvode. povrchu vodiča. Vo vnútri zdroja sa náboje pohybujú vplyvom vonkajších síl proti silám elektrostatického poľa (kladné od mínus do plus) a v celom zvyšku obvodu sú poháňané elektrickým poľom.

Ryža. 1. Elektrický obvod: 1- zdroj, elektrina (batéria); 2 - ampérmeter; 3 - energetický nástupca (lai pa žiarovka); 4 - elektrické vodiče; 5 - jednopólový RuSidnik; 6 - poistky

Čo je elektrický prúd

Usmernený pohyb elektricky nabitých častíc pod vplyvom . Takéto častice môžu byť: vo vodičoch – elektróny, v elektrolytoch – ióny (katióny a anióny), v polovodičoch – elektróny a takzvané „diery“ („elektrón-dierová vodivosť“). Existuje aj „predpätie“, ktorého tok je spôsobený procesom nabíjania kapacity, t.j. zmena potenciálneho rozdielu medzi doskami. Medzi doskami nedochádza k pohybu častíc, ale cez kondenzátor preteká prúd.

V teórii elektrických obvodov sa za prúd považuje smerový pohyb nosičov náboja vo vodivom prostredí pod vplyvom elektrického poľa.

Vodivý prúd (jednoducho prúd) v teórii elektrických obvodov je množstvo elektriny, ktoré pretečie za jednotku času prierezom vodiča: i=q/t, kde i je prúd. A; q = 1,6·10 9 - náboj elektrónu, C; t - čas, s.

Tento výraz platí pre jednosmerné obvody. Pre obvody so striedavým prúdom sa používa takzvaná okamžitá hodnota prúdu, ktorá sa rovná rýchlosti zmeny náboja v čase: i(t)= dq/dt.

Elektrický prúd nastáva, keď sa elektrické pole alebo potenciálny rozdiel objaví v časti elektrického obvodu medzi dvoma bodmi vodiča. Potenciálny rozdiel medzi dvoma bodmi sa nazýva napätie resp pokles napätia v tejto časti obvodu.

Namiesto výrazu „prúd“ („veľkosť prúdu“) sa často používa výraz „sila prúdu“. Toto však nemožno nazvať úspešným, pretože sila prúdu nie je žiadna sila v doslovnom zmysle slova, ale iba intenzita pohybu elektrických nábojov vo vodiči, množstvo elektriny, ktorá prejde krížom za jednotku času. - prierezová plocha vodiča.
Prúd je charakterizovaný , ktorý sa v sústave SI meria v ampéroch (A), a hustotou prúdu, ktorá sa v sústave SI meria v ampéroch na meter štvorcový.
Jeden ampér zodpovedá pohybu elektrického náboja rovného jednému coulombu (C) cez prierez vodiča za jednu sekundu (s):

1A = 1C/s.

Vo všeobecnom prípade, keď označíme prúd písmenom i a náboj q, dostaneme:

i = dq / dt.

Jednotka prúdu sa nazýva ampér (A). Prúd vo vodiči je 1 A, ak elektrický náboj rovný 1 coulombu prejde prierezom vodiča za 1 sekundu.

Ak je pozdĺž vodiča privedené napätie, vo vnútri vodiča vzniká elektrické pole. Pri intenzite poľa E na elektróny s nábojom e pôsobí sila f = Ee. Veličiny f a E sú vektorové. Počas doby voľnej dráhy získavajú elektróny smerový pohyb spolu s chaotickým pohybom. Každý elektrón má záporný náboj a prijíma zložku rýchlosti smerujúcu opačne k vektoru E (obr. 1). Usporiadaný pohyb, charakterizovaný určitou priemernou rýchlosťou elektrónov vcp, určuje tok elektrického prúdu.

Elektróny môžu usmerňovať pohyb v riedkych plynoch. V elektrolytoch a ionizovaných plynoch je tok prúdu spôsobený hlavne pohybom iónov. V súlade so skutočnosťou, že v elektrolytoch sa kladne nabité ióny pohybujú od kladného pólu k zápornému, bol historicky smer prúdu považovaný za opačný ako smer pohybu elektrónov.

Smer prúdu sa považuje za smer, v ktorom sa pohybujú kladne nabité častice, t.j. smer opačný ako je pohyb elektrónov.
V teórii elektrických obvodov sa smer prúdu v pasívnom obvode (mimo zdrojov energie) považuje za smer pohybu kladne nabitých častíc z vyššieho potenciálu na nižší. Tento smer bol prijatý na samom začiatku vývoja elektrotechniky a je v rozpore so skutočným smerom pohybu nosičov náboja - elektrónov pohybujúcich sa vo vodivých médiách z mínusu do plusu.

Hodnota rovnajúca sa pomeru prúdu k ploche prierezu S sa nazýva prúdová hustota (označená δ): δ= JE

Predpokladá sa, že prúd je rovnomerne rozdelený po priereze vodiča. Prúdová hustota v drôtoch sa zvyčajne meria v A/mm2.

Podľa typu nosičov elektrického náboja a média ich pohybu sa rozlišujú vodivé prúdy a výtlačné prúdy. Vodivosť sa delí na elektronickú a iónovú. Pre podmienky ustáleného stavu sa rozlišujú dva typy prúdov: jednosmerné a striedavé.

Prenos elektrického prúdu nazývame jav prenosu elektrických nábojov nabitými časticami alebo telesami pohybujúcimi sa vo voľnom priestore. Hlavným typom elektrického prenosového prúdu je pohyb elementárnych častíc s nábojom v dutine (pohyb voľných elektrónov v elektrónových trubiciach), pohyb voľných iónov v plynových výbojkách.

Elektrický posuvný prúd (polarizačný prúd) nazývaný usporiadaný pohyb viazaných nosičov elektrických nábojov. Tento typ prúdu možno pozorovať v dielektrikách.
Celkový elektrický prúd- skalárna veličina rovnajúca sa súčtu elektrického vodivého prúdu, elektrického prenosového prúdu a elektrického posuvného prúdu cez uvažovaný povrch.

Konštantný je prúd, ktorý sa môže meniť vo veľkosti, ale nemení svoje znamienko ľubovoľne dlho. Prečítajte si o tom viac tu:

Striedavý prúd je prúd, ktorý sa periodicky mení vo veľkosti aj znamienku.Veličina charakterizujúca striedavý prúd je frekvencia (meraná v hertzoch v sústave SI), v prípade, že sa jeho sila periodicky mení. Vysokofrekvenčný striedavý prúd je vytlačený na povrch vodiča. Vysokofrekvenčné prúdy sa používajú v strojárstve na tepelné spracovanie povrchov dielov a zváranie a v metalurgii na tavenie kovov.Striedavé prúdy sa delia na sínusové a nesínusový. Prúd, ktorý sa mení podľa harmonického zákona, sa nazýva sínusový:

i = som sin ωt,

Je ním charakterizovaná rýchlosť zmeny striedavého prúdu, definovaná ako počet úplných opakujúcich sa kmitov za jednotku času. Frekvencia je označená písmenom f a je meraná v hertzoch (Hz). Frekvencia prúdu v sieti 50 Hz teda zodpovedá 50 úplným osciláciám za sekundu. Uhlová frekvencia ω je rýchlosť zmeny prúdu v radiánoch za sekundu a súvisí s frekvenciou jednoduchým vzťahom:

ω = 2πf

Stabilné (pevné) hodnoty jednosmerných a striedavých prúdov označte veľkým písmenom I nestabilné (okamžité) hodnoty - písmeno i. Bežne sa kladný smer prúdu považuje za smer pohybu kladných nábojov.

Ide o prúd, ktorý sa v priebehu času mení podľa sínusového zákona.

Striedavý prúd sa vzťahuje aj na prúd v konvenčných jedno- a trojfázových sieťach. V tomto prípade sa parametre striedavého prúdu menia podľa harmonického zákona.

Pretože striedavý prúd sa mení s časom, jednoduché metódy riešenia problémov vhodné pre obvody s jednosmerným prúdom tu nie sú priamo použiteľné. Pri veľmi vysokých frekvenciách môžu náboje podstúpiť oscilačný pohyb - prúdiť z jedného miesta v okruhu na druhé a späť. V tomto prípade, na rozdiel od jednosmerných obvodov, prúdy v sériovo zapojených vodičoch nemusia byť rovnaké. Kapacity prítomné v obvodoch striedavého prúdu zvyšujú tento efekt. Okrem toho pri zmene prúdu dochádza k samoindukčným efektom, ktoré sa stávajú významnými aj pri nízkych frekvenciách, ak sa použijú cievky s vysokou indukčnosťou. Pri relatívne nízkych frekvenciách možno obvody striedavého prúdu stále vypočítať pomocou , ktoré sa však musí zodpovedajúcim spôsobom upraviť.

S obvodom, ktorý obsahuje rôzne odpory, induktory a kondenzátory, možno zaobchádzať, ako keby pozostával zo zovšeobecneného odporu, kondenzátora a induktora zapojených do série.

Uvažujme o vlastnostiach takéhoto obvodu pripojeného k sínusovému generátoru striedavého prúdu. Ak chcete sformulovať pravidlá pre výpočet obvodov striedavého prúdu, musíte nájsť vzťah medzi poklesom napätia a prúdom pre každú zložku takéhoto obvodu.

V obvodoch AC a DC hrá úplne odlišné úlohy. Ak je napríklad k obvodu pripojený elektrochemický prvok, kondenzátor sa začne nabíjať, kým sa napätie na ňom nerovná emf prvku. Potom sa nabíjanie zastaví a prúd klesne na nulu. Ak je obvod pripojený k generátoru striedavého prúdu, potom v jednom polcykle elektróny vytečú z ľavej dosky kondenzátora a hromadia sa vpravo a v druhom - naopak. Tieto pohybujúce sa elektróny predstavujú striedavý prúd, ktorého sila je na oboch stranách kondenzátora rovnaká. Pokiaľ frekvencia striedavého prúdu nie je príliš vysoká, prúd cez odpor a induktor je tiež rovnaký.

V zariadeniach spotrebúvajúcich striedavý prúd je striedavý prúd často usmerňovaný usmerňovačmi na výrobu jednosmerného prúdu.

Vodiče elektrického prúdu

Materiál, v ktorom tečie prúd, sa nazýva. Niektoré materiály sa pri nízkych teplotách stávajú supravodivými. V tomto stave nekladú takmer žiadny odpor prúdu, ich odpor má tendenciu k nule. Vo všetkých ostatných prípadoch vodič odoláva toku prúdu a v dôsledku toho sa časť energie elektrických častíc premení na teplo. Intenzitu prúdu je možné vypočítať pomocou časti obvodu a Ohmovho zákona pre celý obvod.

Rýchlosť pohybu častíc vo vodičoch závisí od materiálu vodiča, hmotnosti a náboja častice, okolitej teploty, aplikovaného rozdielu potenciálov a je oveľa menšia ako rýchlosť svetla. Napriek tomu sa rýchlosť šírenia samotného elektrického prúdu rovná rýchlosti svetla v danom prostredí, teda rýchlosti šírenia čela elektromagnetickej vlny.

Ako prúd ovplyvňuje ľudské telo?

Prúd prechádzajúci telom človeka alebo zvieraťa môže spôsobiť elektrické popáleniny, fibriláciu alebo smrť. Na druhej strane elektrický prúd sa používa v intenzívnej starostlivosti na liečbu duševných chorôb, najmä depresie, elektrická stimulácia určitých oblastí mozgu sa používa na liečbu chorôb, ako je Parkinsonova choroba a epilepsia, kardiostimulátor, ktorý stimuluje srdcový sval pomocou pulzného prúd sa používa pri bradykardii. U ľudí a zvierat sa prúd používa na prenos nervových impulzov.

Podľa bezpečnostných predpisov je minimálny človekom vnímateľný prúd 1 mA. Prúd sa stáva nebezpečným pre ľudský život už od sily približne 0,01 A. Prúd sa pre človeka stáva osudným už od sily približne 0,1 A. Napätie menšie ako 42 V sa považuje za bezpečné.

V prvom rade stojí za to zistiť, čo je elektrický prúd. Elektrický prúd je usporiadaný pohyb nabitých častíc vo vodiči. Na jej vznik musí najskôr vzniknúť elektrické pole, pod vplyvom ktorého sa začnú pohybovať spomínané nabité častice.

Prvé poznatky o elektrine pred mnohými storočiami sa týkali elektrických „nábojov“ vznikajúcich trením. Už v dávnych dobách ľudia vedeli, že jantár, trený vlnou, získal schopnosť priťahovať ľahké predmety. Ale až koncom 16. storočia anglický lekár Gilbert podrobne študoval tento jav a zistil, že mnohé iné látky majú presne rovnaké vlastnosti. Telesá, ktoré podobne ako jantár dokážu po trení prilákať ľahké predmety, nazval elektrifikovanými. Toto slovo je odvodené z gréckeho elektrónu – „jantár“. V súčasnosti hovoríme, že telesá v tomto stave majú elektrické náboje a samotné telá sa nazývajú „nabité“.

Elektrické náboje vznikajú vždy pri tesnom kontakte rôznych látok. Ak sú telesá pevné, potom ich tesnému kontaktu bránia mikroskopické výstupky a nerovnosti, ktoré sú na ich povrchu. Stláčaním takýchto telies a ich trením o seba spájame ich povrchy, ktoré by sa bez tlaku dotýkali len v niekoľkých bodoch. V niektorých telách sa elektrické náboje môžu voľne pohybovať medzi rôznymi časťami, ale v iných je to nemožné. V prvom prípade sa telesá nazývajú „vodiče“ a v druhom prípade „dielektrika alebo izolátory“. Vodičmi sú všetky kovy, vodné roztoky solí a kyselín atď. Príkladmi izolantov sú jantár, kremeň, ebonit a všetky plyny nachádzajúce sa za normálnych podmienok.

Napriek tomu je potrebné poznamenať, že rozdelenie telies na vodiče a dielektrika je veľmi ľubovoľné. Všetky látky vo väčšej či menšej miere vedú elektrický prúd. Elektrické náboje sú kladné a záporné. Tento druh prúdu nebude trvať dlho, pretože elektrifikované telo sa vybije. Pre ďalšiu existenciu elektrického prúdu vo vodiči je potrebné udržiavať elektrické pole. Na tieto účely sa používajú zdroje elektrického prúdu. Najjednoduchší prípad výskytu elektrického prúdu je, keď je jeden koniec drôtu pripojený k elektrifikovanému telu a druhý k zemi.

Elektrické obvody dodávajúce prúd do žiaroviek a elektromotorov sa objavili až s vynálezom batérií, ktorý sa datuje okolo roku 1800. Potom vývoj doktríny elektriny išiel tak rýchlo, že za menej ako storočie sa stala nielen súčasťou fyziky, ale vytvorila základ novej elektrickej civilizácie.

Základné veličiny elektrického prúdu

Množstvo elektriny a prúdu. Účinky elektrického prúdu môžu byť silné alebo slabé. Sila elektrického prúdu závisí od množstva náboja, ktorý pretečie obvodom za určitú jednotku času. Čím viac elektrónov sa presunulo z jedného pólu zdroja na druhý, tým väčší bol celkový náboj prenesený elektrónmi. Tento čistý náboj sa nazýva množstvo elektriny prechádzajúcej vodičom.

Chemický účinok elektrického prúdu závisí najmä od množstva elektriny, t.j. čím väčší náboj prejde roztokom elektrolytu, tým viac látky sa usadí na katóde a anóde. V tomto ohľade je možné množstvo elektriny vypočítať vážením hmotnosti látky nanesenej na elektróde a poznaním hmotnosti a náboja jedného iónu tejto látky.

Prúdová sila je veličina, ktorá sa rovná pomeru elektrického náboja prechádzajúceho prierezom vodiča k času, keď prúdi. Jednotkou náboja je coulomb (C), čas sa meria v sekundách (s). V tomto prípade je jednotka prúdu vyjadrená v C/s. Táto jednotka sa nazýva ampér (A). Na meranie prúdu v obvode sa používa elektrické meracie zariadenie nazývané ampérmeter. Pre zaradenie do obvodu je ampérmeter vybavený dvoma svorkami. Je zapojený sériovo do obvodu.

Elektrické napätie. Už vieme, že elektrický prúd je usporiadaný pohyb nabitých častíc – elektrónov. Tento pohyb sa vytvára pomocou elektrického poľa, ktoré vykoná určitú prácu. Tento jav sa nazýva práca elektrického prúdu. Aby elektrické pole prenieslo viac náboja cez elektrický obvod za 1 s, musí vykonať viac práce. Na základe toho sa ukazuje, že práca elektrického prúdu by mala závisieť od sily prúdu. Ale je tu ešte jedna hodnota, od ktorej závisí práca prúdu. Táto veličina sa nazýva napätie.

Napätie je pomer práce vykonanej prúdom v určitej časti elektrického obvodu k náboju pretekajúcemu cez rovnakú časť obvodu. Prúdová práca sa meria v jouloch (J), náboj - v coulombách (C). V tomto ohľade sa jednotka merania napätia stane 1 J / C. Táto jednotka sa nazývala volt (V).

Aby v elektrickom obvode vzniklo napätie, je potrebný zdroj prúdu. Keď je obvod otvorený, napätie je prítomné iba na svorkách zdroja prúdu. Ak je tento zdroj prúdu zaradený do obvodu, vznikne napätie aj v jednotlivých častiach obvodu. V tomto ohľade sa v obvode objaví prúd. To znamená, že môžeme stručne povedať nasledovné: ak v obvode nie je žiadne napätie, nie je žiadny prúd. Na meranie napätia sa používa elektrický merací prístroj nazývaný voltmeter. Svojím vzhľadom pripomína skôr spomínaný ampérmeter, len s tým rozdielom, že na stupnici voltmetra je napísané písmeno V (na ampérmetri namiesto A). Voltmeter má dve svorky, pomocou ktorých je paralelne zapojený do elektrického obvodu.

Elektrický odpor. Po pripojení rôznych vodičov a ampérmetra k elektrickému obvodu si môžete všimnúť, že pri použití rôznych vodičov dáva ampérmeter rôzne hodnoty, t.j. v tomto prípade je sila prúdu dostupná v elektrickom obvode iná. Tento jav možno vysvetliť tým, že rôzne vodiče majú rôzny elektrický odpor, čo je fyzikálna veličina. Na počesť nemeckého fyzika dostal názov Ohm. Vo fyzike sa spravidla používajú väčšie jednotky: kiloohm, megaohm atď. Odpor vodiča sa zvyčajne označuje písmenom R, dĺžka vodiča je L a plocha prierezu je S V tomto prípade možno odpor zapísať ako vzorec:

R = r* L/S

kde koeficient p sa nazýva rezistivita. Tento koeficient vyjadruje odpor vodiča dlhého 1 m s plochou prierezu rovnajúcou sa 1 m2. Špecifický odpor je vyjadrený v Ohmoch x m. Keďže drôty majú spravidla pomerne malý prierez, ich plochy sú zvyčajne vyjadrené v štvorcových milimetroch. V tomto prípade bude jednotka odporu Ohm x mm2/m. V tabuľke nižšie. Obrázok 1 ukazuje odpory niektorých materiálov.

Podľa tabuľky. 1 je zrejmé, že meď má najnižší elektrický odpor a kovová zliatina najvyšší. Okrem toho majú dielektrika (izolátory) vysoký odpor.

Elektrická kapacita. Už vieme, že dva vodiče izolované od seba môžu akumulovať elektrický náboj. Tento jav je charakterizovaný fyzikálnou veličinou nazývanou elektrická kapacita. Elektrická kapacita dvoch vodičov nie je nič iné ako pomer náboja jedného z nich k potenciálnemu rozdielu medzi týmto vodičom a susedným vodičom. Čím nižšie je napätie pri nabíjaní vodičov, tým väčšia je ich kapacita. Jednotkou elektrickej kapacity je farad (F). V praxi sa používajú frakcie tejto jednotky: mikrofarad (μF) a pikofarad (pF).

Ak vezmete dva vodiče izolované od seba a umiestnite ich v krátkej vzdialenosti od seba, dostanete kondenzátor. Kapacita kondenzátora závisí od hrúbky jeho dosiek a hrúbky dielektrika a jeho priepustnosti. Zmenšením hrúbky dielektrika medzi doskami kondenzátora je možné výrazne zvýšiť jeho kapacitu. Na všetkých kondenzátoroch musí byť okrem ich kapacity uvedené aj napätie, na ktoré sú tieto zariadenia určené.

Práca a sila elektrického prúdu. Z vyššie uvedeného je zrejmé, že elektrický prúd vykonáva určitú prácu. Pri pripájaní elektromotorov elektrický prúd sfunkční všetky druhy zariadení, pohybuje vlakmi po koľajniciach, osvetľuje ulice, vykuruje domov a tiež vytvára chemický efekt, t.j. umožňuje elektrolýzu atď. Dá sa povedať, že vykonaná práca prúdom na určitom úseku obvodu sa rovná prúdu produktu, napätiu a času, počas ktorého bola práca vykonaná. Práca sa meria v jouloch, napätie vo voltoch, prúd v ampéroch, čas v sekundách. V tomto ohľade 1 J = 1B x 1A x 1s. Z toho vyplýva, že na meranie práce elektrického prúdu by sa mali použiť tri prístroje naraz: ampérmeter, voltmeter a hodiny. Ale to je ťažkopádne a neefektívne. Preto sa práca elektrického prúdu zvyčajne meria elektromermi. Toto zariadenie obsahuje všetky vyššie uvedené zariadenia.

Výkon elektrického prúdu sa rovná pomeru práce prúdu k času, počas ktorého bol vykonaný. Výkon je označený písmenom „P“ a je vyjadrený vo wattoch (W). V praxi sa používajú kilowatty, megawatty, hektowatty atď.. Aby ste mohli merať výkon obvodu, musíte si vziať wattmeter. Elektrotechnici vyjadrujú prácu prúdu v kilowatthodinách (kWh).

Základné zákony elektrického prúdu

Ohmov zákon. Napätie a prúd sa považujú za najužitočnejšie charakteristiky elektrických obvodov. Jednou z hlavných čŕt využívania elektriny je rýchla preprava energie z jedného miesta na druhé a jej odovzdanie spotrebiteľovi v požadovanej forme. Súčin potenciálneho rozdielu a prúdu dáva výkon, t.j. množstvo energie vydanej v obvode za jednotku času. Ako je uvedené vyššie, na meranie výkonu v elektrickom obvode by boli potrebné 3 zariadenia. Je možné vystačiť si len s jedným a vypočítať výkon z jeho údajov a niektorých charakteristík obvodu, ako je jeho odpor? Mnohým sa táto myšlienka páčila a považovali ju za plodnú.

Aký je teda odpor drôtu alebo obvodu ako celku? Má drôt, podobne ako vodovodné potrubie alebo potrubie vákuového systému, trvalú vlastnosť, ktorú možno nazvať odporom? Napríklad v potrubiach je pomer tlakového rozdielu produkujúceho prietok delený prietokovou rýchlosťou zvyčajne konštantnou charakteristikou potrubia. Podobne sa tepelný tok v drôte riadi jednoduchým vzťahom zahŕňajúcim teplotný rozdiel, plochu prierezu drôtu a jeho dĺžku. Objav takéhoto vzťahu pre elektrické obvody bol výsledkom úspešného hľadania.

V 20. rokoch 19. storočia nemecký učiteľ Georg Ohm ako prvý začal hľadať vyššie uvedený vzťah. V prvom rade sa usiloval o slávu a slávu, ktorá by mu umožnila vyučovať na univerzite. Preto si vybral oblasť výskumu, ktorá sľubovala špeciálne výhody.

Om bol syn mechanika, takže vedel kresliť kovový drôt rôznej hrúbky, ktorý potreboval na pokusy. Keďže v tých časoch nebolo možné kúpiť vhodný drôt, vyrobil si ho Om sám. Počas svojich experimentov skúšal rôzne dĺžky, rôzne hrúbky, rôzne kovy a dokonca aj rôzne teploty. Všetky tieto faktory jeden po druhom menil. Za Ohmových čias boli batérie ešte slabé a produkovali nekonzistentný prúd. V tejto súvislosti výskumník použil ako generátor termočlánok, ktorého horúci spoj bol umiestnený do plameňa. Okrem toho použil hrubý magnetický ampérmeter a meral potenciálne rozdiely (Ohm ich nazýval „napätia“) zmenou teploty alebo počtu tepelných spojov.

Štúdium elektrických obvodov sa práve začalo rozvíjať. Po vynájdení batérií okolo roku 1800 sa začala vyvíjať oveľa rýchlejšie. Boli navrhnuté a vyrobené rôzne zariadenia (často ručne), objavené nové zákony, pojmy a pojmy atď. To všetko viedlo k hlbšiemu pochopeniu elektrických javov a faktorov.

Aktualizácia poznatkov o elektrine sa na jednej strane stala dôvodom vzniku novej oblasti fyziky, na druhej strane bola základom pre prudký rozvoj elektrotechniky, t.j. batérií, generátorov, napájacích systémov pre osvetlenie. a bol vynájdený elektrický pohon, elektrické pece, elektromotory atď., iné.

Ohmove objavy mali veľký význam ako pre rozvoj štúdia elektriny, tak aj pre rozvoj aplikovanej elektrotechniky. Umožnili jednoducho predpovedať vlastnosti elektrických obvodov pre jednosmerný prúd, následne aj pre striedavý prúd. V roku 1826 vydal Ohm knihu, v ktorej načrtol teoretické závery a experimentálne výsledky. Jeho nádeje však neboli oprávnené, kniha bola privítaná výsmechom. Stalo sa to preto, lebo metóda hrubého experimentovania sa zdala neatraktívna v dobe, keď sa mnohí zaujímali o filozofiu.

Nezostávalo mu nič iné, len opustiť svoje učiteľské miesto. Z rovnakého dôvodu nedosiahol menovanie na univerzitu. Vedec žil 6 rokov v chudobe, bez dôvery v budúcnosť, zažívajúc pocit trpkého sklamania.

Postupne však jeho diela získali slávu, najskôr mimo Nemecka. Om bol rešpektovaný v zahraničí a ťažil z jeho výskumu. V tomto ohľade boli jeho krajania nútení uznať ho v jeho vlasti. V roku 1849 získal profesúru na univerzite v Mníchove.

Ohm objavil jednoduchý zákon stanovujúci vzťah medzi prúdom a napätím pre kus drôtu (pre časť obvodu, pre celý obvod). Okrem toho zostavil pravidlá, ktoré vám umožňujú určiť, čo sa zmení, ak si vezmete drôt inej veľkosti. Ohmov zákon je formulovaný nasledovne: sila prúdu v časti obvodu je priamo úmerná napätiu v tejto časti a nepriamo úmerná odporu časti.

Joule-Lenzov zákon. Elektrický prúd v ktorejkoľvek časti obvodu vykonáva určitú prácu. Zoberme si napríklad ľubovoľný úsek obvodu, medzi ktorého koncami je napätie (U). Podľa definície elektrického napätia sa práca vykonaná pri pohybe jednotky náboja medzi dvoma bodmi rovná U. Ak je sila prúdu v danej časti obvodu rovná i, potom v čase t náboj prejde a preto práca elektrického prúdu v tejto časti bude:

A = Uit

Tento výraz v každom prípade platí pre jednosmerný prúd, pre akúkoľvek časť obvodu, ktorá môže obsahovať vodiče, elektromotory atď. Prúdový výkon, t. j. práca za jednotku času, sa rovná:

P = A/t = Ui

Tento vzorec sa používa v sústave SI na určenie jednotky napätia.

Predpokladajme, že úsek obvodu je stacionárny vodič. V tomto prípade sa všetka práca zmení na teplo, ktoré sa v tomto vodiči uvoľní. Ak je vodič homogénny a dodržiava Ohmov zákon (to zahŕňa všetky kovy a elektrolyty), potom:

U = ir

kde r je odpor vodiča. V tomto prípade:

A = rt2i

Tento zákon prvýkrát experimentálne odvodil E. Lenz a nezávisle od neho aj Joule.

Treba poznamenať, že vykurovacie vodiče majú v technológii množstvo aplikácií. Najbežnejšie a najdôležitejšie z nich sú žiarovky.

Zákon elektromagnetickej indukcie. V prvej polovici 19. storočia objavil anglický fyzik M. Faraday fenomén magnetickej indukcie. Táto skutočnosť, ktorá sa stala majetkom mnohých výskumníkov, dala silný impulz rozvoju elektrotechniky a rádiového inžinierstva.

Faraday v priebehu experimentov zistil, že pri zmene počtu magnetických indukčných čiar prenikajúcich povrchom ohraničeným uzavretou slučkou v ňom vzniká elektrický prúd. To je základ azda najdôležitejšieho zákona fyziky – zákona elektromagnetickej indukcie. Prúd, ktorý sa vyskytuje v obvode, sa nazýva indukcia. Vzhľadom na skutočnosť, že elektrický prúd vzniká v obvode iba vtedy, keď sú voľné náboje vystavené vonkajším silám, potom sa v ňom s meniacim sa magnetickým tokom prechádzajúcim po povrchu uzavretého obvodu objavujú rovnaké vonkajšie sily. Pôsobenie vonkajších síl sa vo fyzike nazýva elektromotorická sila alebo indukované emf.

Elektromagnetická indukcia sa objavuje aj v otvorených vodičoch. Keď vodič prekročí magnetické siločiary, na jeho koncoch sa objaví napätie. Dôvodom vzniku takéhoto napätia je indukované emf. Ak sa magnetický tok prechádzajúci uzavretou slučkou nemení, neobjaví sa žiadny indukovaný prúd.

Použitím pojmu „indukčné emf“ môžeme hovoriť o zákone elektromagnetickej indukcie, t.j. indukčné emf v uzavretej slučke sa rovná rýchlosti zmeny magnetického toku cez povrch ohraničený slučkou.

Lenzove pravidlo. Ako už vieme, vo vodiči vzniká indukovaný prúd. V závislosti od podmienok jeho vzhľadu má iný smer. Ruský fyzik Lenz pri tejto príležitosti sformuloval nasledujúce pravidlo: indukovaný prúd vznikajúci v uzavretom okruhu má vždy taký smer, že magnetické pole, ktoré vytvára, nedovolí zmenu magnetického toku. To všetko spôsobuje výskyt indukčného prúdu.

Indukčný prúd, ako každý iný, má energiu. To znamená, že v prípade indukčného prúdu sa objaví elektrická energia. Podľa zákona zachovania a premeny energie môže vyššie uvedená energia vzniknúť len vďaka množstvu energie nejakého iného druhu energie. Lenzovo pravidlo teda plne zodpovedá zákonu zachovania a premeny energie.

Okrem indukcie sa v cievke môže objaviť takzvaná samoindukcia. Jeho podstata je nasledovná. Ak v cievke vznikne prúd alebo sa zmení jeho sila, objaví sa meniace sa magnetické pole. A ak sa magnetický tok prechádzajúci cievkou zmení, objaví sa v ňom elektromotorická sila, ktorá sa nazýva samoindukčné emf.

Podľa Lenzovho pravidla samoindukčné emf pri uzatváraní obvodu zasahuje do sily prúdu a zabraňuje jeho zvýšeniu. Keď je obvod vypnutý, samoindukčné emf znižuje silu prúdu. V prípade, že sila prúdu v cievke dosiahne určitú hodnotu, magnetické pole sa prestane meniť a samoindukčné emf sa stane nulovým.