Elektrický prúd je riadený pohyb elektrických nábojov. Veľkosť prúdu je určená množstvom elektriny, ktorá prejde prierezom vodiča za jednotku času.
Elektrický prúd zatiaľ nedokážeme úplne charakterizovať množstvom elektriny prechádzajúcej vodičom. V skutočnosti množstvo elektriny rovnajúce sa jednému coulombu môže prejsť vodičom za jednu hodinu a rovnaké množstvo elektriny ním môže prejsť za jednu sekundu.
Intenzita elektrický prúd v druhom prípade bude podstatne väčšia ako v prvom, keďže rovnaké množstvo elektriny prejde za oveľa kratší čas. Na charakterizáciu intenzity elektrického prúdu sa zvyčajne uvádza množstvo elektriny prechádzajúcej vodičom za jednotku času (sekundu). Množstvo elektriny, ktoré prejde vodičom za jednu sekundu, sa nazýva sila prúdu. Jednotkou prúdu v systéme je ampér (A).
Prúdová sila je množstvo elektriny, ktorá prejde prierezom vodiča za jednu sekundu.
Aktuálna sila je označená anglickým písmenom I.
Ampér je jednotka elektrického prúdu (jeden z ), označuje sa A. 1 A sa rovná sile konštantného prúdu, ktorý sa pri prechode cez dva rovnobežné priame vodiče nekonečnej dĺžky a zanedbateľne malého kruhového prierezu nachádza vo vzdialenosti 1 m od seba vo vákuu by spôsobila na úseku vodiča dlhom 1 m interakčnú silu rovnajúcu sa 2 10 –7 N na meter dĺžky.
Prúdová sila vo vodiči sa rovná jednému ampéru, ak jeho prierezom prejde každú sekundu jeden coulomb elektriny.
Ampér je sila elektrického prúdu, pri ktorej každú sekundu prejde prierezom vodiča množstvo elektriny rovnajúce sa jednému coulombu: 1 ampér = 1 coulomb/1 sekundu.
Často sa používajú pomocné jednotky: 1 miliampér (mA) = 1/1000 ampér = 10 -3 ampér, 1 mikroampér (mA) = 1/1000000 ampér = 10 -6 ampér.
Ak je známe množstvo elektriny prechádzajúcej prierezom vodiča za určité časové obdobie, potom prúdovú silu môžeme nájsť pomocou vzorca: I=q/t
Ak elektrický prúd prechádza v uzavretom okruhu, ktorý nemá žiadne vetvy, potom rovnaké množstvo elektriny prejde akýmkoľvek prierezom (kdekoľvek v okruhu) za sekundu, bez ohľadu na hrúbku vodičov. Vysvetľuje to skutočnosť, že náboje sa nemôžu hromadiť nikde vo vodiči. teda sila prúdu kdekoľvek elektrický obvod je rovnaký.
V zložitých elektrických obvodoch s rôznymi vetvami toto pravidlo (konštantný prúd vo všetkých bodoch uzavretého obvodu) samozrejme zostáva platné, ale platí len pre jednotlivé úseky všeobecného obvodu, ktorý možno považovať za jednoduchý.
Meranie prúdu
Na meranie prúdu sa používa zariadenie nazývané ampérmeter. Na meranie veľmi malých prúdov sa používajú miliampérmetre a mikroampérmetre, prípadne galvanometre. Na obr. 1 je znázornené bežné grafické zobrazenie zapnutého ampérmetra a miliampérmetra elektrické schémy.
Ryža. 1. Legenda ampérmeter a miliameter
Ryža. 2. Ampérmeter
Aby ste mohli merať prúd, musíte k otvorenému obvodu pripojiť ampérmeter (pozri obr. 3). Meraný prúd prechádza zo zdroja cez ampérmeter a prijímač. Ihla ampérmetra ukazuje prúd v obvode. Kde presne zapnúť ampérmeter, t.j. pred spotrebičom (počítanie v smere prúdu) alebo za ním, je úplne ľahostajné, pretože sila prúdu v jednoduchom uzavretom okruhu (bez odbočiek) bude vo všetkých bodoch rovnaká. obvode.
Ryža. 3. Zapnite ampérmeter
Niekedy sa mylne domnievame, že ampérmeter pripojený pred spotrebičom bude vykazovať väčšiu silu prúdu ako ampérmeter pripojený za spotrebičom. V tomto prípade sa má za to, že „časť prúdu“ sa minie v spotrebiteľovi na jeho aktiváciu. To je, samozrejme, nepravda a tu je dôvod.
Elektrický prúd v kovovom vodiči je elektromagnetický proces sprevádzaný usporiadaným pohybom elektrónov pozdĺž vodiča. Energiu však neprenášajú elektróny, ale elektromagnetické pole obklopujúce vodič.
V jednoduchom elektrickom obvode prejde akýmkoľvek prierezom vodičov presne rovnaký počet elektrónov. Akýkoľvek počet elektrónov pochádza z jedného pólu zdroja elektrickej energie, rovnaký počet ich prejde cez spotrebiteľ a samozrejme na druhý pól zdroja, pretože elektróny ako hmotné častice nie je možné spotrebovať počas ich pohyb.
Ryža. 4. Meranie prúdu multimetrom
V technike existujú veľmi vysoké prúdy (tisíce ampérov) a veľmi malé prúdy (milióntiny ampéra). Napríklad súčasná sila elektrického sporáka je približne 4 - 5 ampérov, žiarovky - od 0,3 do 4 ampérov (a viac). Prúd prechádzajúci fotobunkami je len niekoľko mikroampérov. V hlavných vodičoch rozvodní, ktoré dodávajú elektrickú energiu električkovej sieti, prúd dosahuje tisíce ampérov.
Prúd je pohyb nabitých častíc v jednom smere. Aktuálnu silu nájdete v praxi pomocou špeciálnych meracích prístrojov, alebo ju môžete vypočítať pomocou už odvodených hotových vzorcov, ak máte počiatočné údaje.
Fyzikálna veličina, ktorá ukazuje náboj, ktorý prejde vodičom za určitú jednotku času, sa nazýva sila prúdu. Základný vzorec, podľa ktorého možno túto silu vypočítať, je: I = q/t. To znamená, že pomer náboja prechádzajúceho prierezom k časovému intervalu, počas ktorého prúdila elektrina, sa rovná požadovanej hodnote I.Vysvetlenie symbolov:
- I - označenie sily elektriny merané v ampéroch (A) alebo 1 coulomb/sekundu;
- q je náboj pohybujúci sa pozdĺž vodiča, jednotka merania Coulombs (C);
- t je interval prechodu náboja meraný v sekundách (s).
- E - elektromotorická sila, EMF, Volt;
- R - vonkajší odpor, Ohm;
- r - vnútorný odpor, Ohm.
Ohmove zákony sú použiteľné na výpočet jednosmerného prúdu, ale ak chcete poznať veľkosť výkonu striedavej elektriny, získané hodnoty by sa mali vydeliť odmocninou dvoch.
Hlavné spôsoby stanovenia sily prúdu pomocou prístrojových systémov v praxi:- Magnetoelektrická metóda merania, ktorej výhodou je citlivosť a presnosť odčítania, ako aj nízka spotreba energie. Táto metóda sa môže použiť iba na určenie veľkosti jednosmerného prúdu.
- Elektromagnetické je určenie sily striedavého a jednosmerného prúdu metódou transformácie z elektromagnetického poľa do signálu magnetického modulárneho snímača.
- Nepriamo, pomocou voltmetra, sa napätie nachádza pri určitom odpore.
Stanovenie spotrebovaného prúdu nie je tak často potrebné ako meranie odporu alebo napätia, ale bez zistenia fyzickej hodnoty prúdu nie je možné vypočítať spotrebu energie.
Definícia
Elektrický šok nazývaný usporiadaný pohyb nosičov náboja. V kovoch sú to elektróny, záporne nabité častice s nábojom rovným elementárnemu náboju. Smer prúdu sa považuje za smer pohybu kladne nabitých častíc.
Sila prúdu (prúdu) cez nejaký povrch S sa nazýva skalárny fyzikálne množstvo, ktorý je označený I, rovná sa:
kde q je náboj prechádzajúci povrchom S, t je čas prechodu náboja. Výraz (1) určuje veľkosť prúdu v čase t (okamžitá hodnota prúdu).
Niektoré typy prúdu
Prúd sa nazýva konštantný, ak sa jeho sila a smer v priebehu času nemenia, potom:
Vzorec (2) ukazuje, že jednosmerný prúd sa rovná náboju, ktorý prejde povrchom S za jednotku času.
Ak je prúd striedavý, potom sa rozlišuje okamžitá intenzita prúdu (1), sila amplitúdového prúdu a efektívna intenzita prúdu. Efektívna hodnota striedavého prúdu (I eff) je sila jednosmerného prúdu, ktorý vykoná prácu rovnajúcu sa práci striedavého prúdu počas jednej periódy (T):
Ak môže byť striedavý prúd reprezentovaný ako sínusový:
potom I m je amplitúda prúdu (je frekvencia striedavého prúdu).
Súčasná hustota
Rozloženie elektrického prúdu na priereze vodiča je charakterizované pomocou vektora prúdovej hustoty (). kde:
kde je uhol medzi vektormi a ( je normála k plošnému prvku dS), j n je priemet vektora prúdovej hustoty do smeru normály ().
Sila prúdu vo vodiči sa určuje podľa vzorca:
kde integrácia vo výraze (6) sa vykonáva cez celý prierez vodiča S
Pre jednosmerný prúd máme:
Ak uvažujeme dva vodiče s prierezmi S 1 a S 2 a jednosmernými prúdmi, potom platí vzťah:
Prúdová sila v spojoch vodičov
Keď sú vodiče zapojené do série, prúd v každom z nich je rovnaký:
Pri paralelnom pripájaní vodičov sa sila prúdu (I) vypočíta ako súčet prúdov v každom vodiči (I i):
Ohmov zákon
Sila prúdu je zahrnutá v jednom zo základných zákonov jednosmerného prúdu - Ohmov zákon (pre časť obvodu):
kde - je potenciálny rozdiel na koncoch uvažovanej časti, je emf zdroja, ktorý je zahrnutý v časti obvodu, R je odpor časti obvodu.
Elektrický prúd je presne sila, ktorá prúdi vo všetkých elektrických zariadeniach a spôsobuje ich prácu. Ale je nerozumné redukovať všetko na jednoduchý tok elektrického prúdu cez elektrické obvody v obvodoch, musí existovať určitá miera, určitá hodnota tejto sily prúdu. Koniec koncov, ak v elektrickom obvode preteká príliš veľa prúdu cez vodiče, ktoré na to nie sú určené, potom tento obvod jednoducho vyhorí. Zo školských hodín si pamätáme, že existujú takzvané vzorce, ktoré nám umožňujú vypočítať konkrétne neznáme veličiny, pričom máme známe.
Tu je najzákladnejší, najpoužívanejší vzorec prúdu, podľa ktorého sa počíta práve táto aktuálna sila. Obsahuje iba tri elektrické veličiny (zákl elektrické veličiny) - prúd, napätie a odpor.
Aktuálna sila v diagramoch je teda zvyčajne označená veľkým anglickým písmenom „I“. Jednotkou prúdu je "Ampér". Aktuálny vzorec je nasledujúci - elektrický prúd sa rovná pomeru napätia (potenciálneho rozdielu) k odporu. To znamená, že na nájdenie prúdu musíme jednoducho rozdeliť napätie odporom. Jednotkou merania elektrického napätia je „Volt“ a odpor je „Ohm“. V dôsledku toho delíme známe volty známymi ohmami a získame predtým neznáme ampéry.
Rovnaký vzorec sa tiež nazýva Ohmov zákon. Pomáha zistiť z dvoch známych veličín tretiu, ktorá nie je známa. Ak chcete nájsť napätie, musíte vynásobiť prúd odporom a ak chcete nájsť odpor, budete musieť rozdeliť napätie prúdom. Všetko je celkom jednoduché. Tento prúdový vzorec je vhodný pre jednosmerný aj striedavý prúd, ale s aktívnym odporom. To znamená, že sa môže použiť na výpočet tých elektrických obvodov (časti obvodov v obvodoch), ktoré obsahujú odpor vo forme bežných ohrievačov, rezistorov, žiaroviek (nemajú indukčnú a kapacitnú zložku). Všetky cievky majú indukčnosť a všetky kondenzátory majú kapacitu (už majú reaktanciu a počítajú sa pomocou iného vzorca).
Ak hovoríme o súčasnom vzorci, ktorý je bližšie k vedeckej oblasti, potom to bude vyzerať trochu inak. Elektrický prúd je spočiatku vyjadrený ako pomer počtu elektrických nábojov k času, keď prejdú vodičom.
Elektrický prúd je usporiadaný pohyb elektrických nábojov (v pevných látkach sú to elektróny a v kvapalných a plynných telách sú to ióny). Prúd je teda priamym pohybom týchto nábojov a je, prirodzene, určený ich množstvom a časom toku. Elektrické náboje sa meria v „Coulombách“ a čas sa meria v „sekundách“. Preto, aby ste zistili silu elektrického prúdu, musíte rozdeliť počet nábojov podľa času, keď prejdú. To znamená, že delíme coulomby sekundami a získame ampéry.
Opakujem, že v praxi sa pri meraní a výpočte sily prúdu používa vzorec Ohmovho zákona, pretože pri výpočtoch je potrebné použiť napätie a odpor. Sú to tie, ktoré sa budú nachádzať všade v elektrických obvodoch toho či onoho elektrického zariadenia. Pri práci elektrikára neuvidíte žiadne coulomby (počet nabití)!
No, keďže som sa dotkol témy reaktancie vyššie, pravdepodobne uvediem vzorec na nájdenie sily prúdu špeciálne pre obvody obsahujúce indukčnú a kapacitnú reaktanciu.
Pomocou tohto vzorca môžete nájsť silu prúdu, ktorá bude prúdiť v elektrickom obvode so striedavým, sínusovým napätím a obsahujúcom reaktanciu vo forme cievky (indukčnosť) alebo kondenzátora (kapacita). Myslím, že ste si všimli, že vo vyššie uvedenom vzorci sa zmenil iba typ odporu. Samotným základom je rovnaký vzorec Ohmovho zákona, ktorý bol daný na samom začiatku. Ide len o to, že na nájdenie indukčnej a kapacitnej reaktancie sa už používajú také veličiny, ako je frekvencia, kapacita a indukčnosť, a tiež „PI“, čo sa rovná 3,14.
