Elektrika

Kaj je električni tok

Elektrika — usmerjeno gibanje električno nabitih delcev ob udarcu električno polje... Takšni delci so lahko: v prevodnikih - elektroni, v elektrolitih - ioni (kationi in anioni), v polprevodnikih - elektroni in tako imenovane "luknje" ("prevodnost elektronskih lukenj"). Obstaja tudi "prednapetostni tok", katerega tok je posledica procesa polnjenja kapacitivnosti, to je zaradi spremembe potencialne razlike med ploščama. Med ploščama ne pride do gibanja delcev, ampak tok teče skozi kondenzator.

V teoriji električnih tokokrogov je tok usmerjeno gibanje nosilcev naboja v prevodnem mediju pod delovanjem električnega polja.

Prevodni tok (samo tok) v teoriji električnih tokokrogov je količina električne energije, ki teče na enoto časa skozi presek žice: i = q /T, kjer je i - tok. A; q = 1,6 · 109 - naboj elektrona, С; t - čas, s.

Ta izraz velja za tokokroge DC. Za tokokroge izmeničnega toka, tako imenovani Trenutna vrednost toka je enaka hitrosti spreminjanja naboja skozi čas: i (t) = dq /dt.

Prvi pogoj za dolgoročni obstoj električnega toka obravnavane vrste je prisotnost vira ali generatorja, ki ohranja potencialno razliko med nosilci naboja. Drugi pogoj je zapora ceste. Zlasti za obstoj enosmernega toka je potrebna zaprta pot, po kateri se lahko naboji premikajo v vezju, ne da bi spremenili svojo vrednost.

Kot veste, v skladu z zakonom o ohranitvi električnih nabojev jih ni mogoče ustvariti ali uničiti. Torej, če je katera koli prostornina prostora, kjer teče električni tok, obdana z zaprto površino, mora biti tok, ki teče v tej prostornini, enak toku, ki teče iz nje.

Več o tem: Pogoji za obstoj električnega toka

Sklenjeno pot, po kateri teče električni tok, imenujemo električni krog ali električni krog. Električni krog — razdeljen na dva dela: notranji del, v katerem se električno nabiti delci gibljejo v nasprotni smeri elektrostatičnih sil, in zunanji del, v katerem se ti delci gibljejo v smeri elektrostatičnih sil. Konci elektrod, na katere je priključeno zunanje vezje, se imenujejo sponke.

Torej, električni tok nastane, ko se na odseku električnega tokokroga pojavi električno polje ali potencialna razlika med dvema točkama na žici. Potencialna razlika med dvema točkama električni tokokrog se imenujejo napetost ali padec napetosti v tem delu vezja.

Namesto izraza "tok" ("veličina toka") se pogosto uporablja izraz "moč toka".Vendar slednjega ne moremo imenovati uspešnega, saj trenutna jakost ni nobena sila v dobesednem pomenu besede, temveč le intenzivnost gibanja električnih nabojev v prevodniku, količina električne energije, ki prehaja na enoto časa skozi križišče. presečna površina prevodnika.
Tok je značilen amperaža, ki se v sistemu SI meri v amperih (A), in gostota toka, ki se v sistemu SI meri v amperih na kvadratni meter.

En amper ustreza gibanju naboja električne energije v količini enega kulona (C) skozi presek žice v eni sekundi (s):

1A = 1C / s.

V splošnem primeru, če tok označimo s črko i in nabojem q, dobimo:

i = dq / dt.

Enota za tok se imenuje amper (A).

Amper (A) - moč enosmernega toka, ki pri prehodu skozi dva vzporedna ravna vodnika neskončne dolžine in zanemarljivega preseka, ki se nahajata v vakuumu na razdalji 1 m drug od drugega, ustvari med tema vodnikoma 2·10 -7 H za vsak dolžinski meter.

Tok v žici je 1 A, če gre skozi prerez žice v 1 s električni naboj, enak 1 kulonu.

riž. 1. Smerno gibanje elektronov v prevodniku

Če na žico deluje napetost, potem znotraj žice nastane električno polje. S poljsko jakostjo E deluje na elektrone z nabojem e sila f = Ee. Količini e in E sta vektorski količini. Med prosto potjo elektroni pridobijo usmerjeno gibanje skupaj s kaotičnim. Vsak elektron ima negativen naboj in prejme komponento hitrosti, ki je nasprotna vektorju E (slika 1). Urejeno gibanje, za katero je značilna določena povprečna hitrost elektronov vcp, določa tok električnega toka.

V redkih plinih imajo lahko elektroni usmerjeno gibanje. V elektrolitih in ioniziranih plinih je tok predvsem posledica gibanja ionov. Skladno z dejstvom, da se pozitivno nabiti ioni premikajo od pozitivnega pola k negativnemu polu v elektrolitih, se je zgodovinsko gledano domnevalo, da je smer toka nasprotna smeri pretoka elektronov.

Za smer toka se vzame smer, v kateri se gibljejo pozitivno nabiti delci, tj. smer nasprotna gibanju elektronov.
V teoriji električnih tokokrogov je smer toka v pasivnem tokokrogu (zunaj virov energije) vzeta kot smer gibanja pozitivno nabitih delcev od višjega potenciala k nižjemu. Ta smer je bila sprejeta na samem začetku razvoja elektrotehnike in je v nasprotju s pravo smerjo gibanja nosilcev naboja - elektronov, ki se gibljejo v prevodnem mediju od minusa do plusa.

Smer električnega toka v elektrolitu in prostih elektronov v prevodniku

Količina, ki je enaka razmerju med tokom in površino prečnega prereza S, se imenuje gostota toka: I / S

V tem primeru se predpostavlja, da je tok enakomerno porazdeljen po preseku žice. Gostota toka v žicah se običajno meri v A / mm2.

Glede na vrsto nosilcev električnih nabojev in medij njihovega gibanja jih delimo na prevodne tokove in tokove premika ... Prevodnost delimo na elektronsko in ionsko. Za stacionarne načine ločimo dve vrsti tokov: enosmerni in izmenični.

Prenos električnega udara imenujemo pojav prenosa električnih nabojev z nabitih delcev ali teles, ki se gibljejo v prostem prostoru.Glavna vrsta prenosa električnega toka je gibanje elementarnih nabitih delcev v votlini (gibanje prostih elektronov v elektronskih ceveh), gibanje prostih ionov v napravah za praznjenje plina.

Tok premika (polarizacijski tok) se imenuje urejeno gibanje povezanih nosilcev električnih nabojev. To vrsto toka lahko opazimo v dielektrikih.

Skupni električni tok — skalarna vrednost, ki je enaka vsoti električnega prevodnega toka, električnega prenosnega toka in električnega toka premika skozi obravnavano površino.

Konstanta se imenuje tok, ki lahko spreminja velikost, vendar ne spremeni svojega predznaka poljubno dolgo časa. Več o tem preberite tukaj: DC

Magnetizirajoči tok — stalen mikroskopski (amperski) tok, ki je razlog za obstoj intrinzičnega magnetnega polja magnetiziranih snovi.

Spremenljivke, imenovane tok, ki občasno spreminjajo velikost in znak. Količina, ki označuje izmenični tok, je frekvenca (v sistemu SI se meri v hercih), če se njegova moč periodično spreminja.

Visokofrekvenčni izmenični tok se premika po površini žice. Visokofrekvenčni tokovi se uporabljajo v strojništvu za toplotno obdelavo površin delov in varjenje, v metalurgiji za taljenje kovin. Izmenične tokove delimo na sinusne in nesinusne… Sinusni tok je tok, ki se spreminja po harmoničnem zakonu:

i = sin wt,

kje sem, - vrh (najvišja) trenutna vrednost, ah,

Hitrost spremembe izmeničnega toka je značilna za njegovo pogostost, opredeljeno kot število popolnih ponavljajočih se nihanj na časovno enoto.Frekvenca je označena s črko f in se meri v hercih (Hz). Torej frekvenca omrežnega toka 50 Hz ustreza 50 popolnim nihanjem na sekundo. Kotna frekvenca w je hitrost spremembe toka v radianih na sekundo in je s frekvenco povezana s preprostim razmerjem:

w = 2pi f

Stacionarne (fiksne) vrednosti enosmernih in izmeničnih tokov pomenijo z veliko črko I nestacionarne (trenutne) vrednosti - s črko i. Običajno je pozitivna smer toka smer gibanja pozitivnih nabojev.

Izmenični tok To je tok, ki se skozi čas spreminja po sinusnem zakonu.

Izmenični tok pomeni tudi tok v običajnih enofaznih in trifaznih omrežjih. V tem primeru se parametri izmeničnega toka spreminjajo po harmoničnem zakonu.

Ker se AC tok sčasoma spreminja, preproste rešitve, primerne za DC tokokroge, tukaj niso neposredno uporabne. Pri zelo visokih frekvencah lahko naboji nihajo - tečejo z enega mesta v vezju na drugega in nazaj. V tem primeru, za razliko od enosmernih tokokrogov, so lahko tokovi v zaporedno povezanih žicah neenaki.

Kapacitivnosti v tokokrogih izmeničnega toka povečajo ta učinek. Poleg tega se ob spremembi toka čutijo učinki samoindukcije, ki postanejo pomembni tudi pri nizkih frekvencah, če se uporabljajo tuljave z visoko induktivnostjo.

Pri razmeroma nizkih frekvencah je izmenični tokokrog še vedno mogoče izračunati z uporabo Kirchhoffova pravilaki pa ga je treba ustrezno spremeniti.

Vezje, ki vsebuje različne upore, induktorje in kondenzatorje, si lahko predstavljamo kot posplošen zaporedno povezan upor, kondenzator in induktor.

Razmislite o lastnostih takega vezja, povezanega s sinusnim generatorjem izmeničnega toka. Če želite oblikovati pravila za izračun izmeničnih tokokrogov, morate najti razmerje med padcem napetosti in tokom za vsako od komponent takšnega vezja.

Kondenzator ima popolnoma različne vloge v tokokrogih AC in DC. Če je na primer elektrokemijska celica priključena na vezje, potem se bo kondenzator začel polnitidokler napetost v njem ne postane enaka emf elementa. Nato se bo polnjenje ustavilo in tok bo padel na nič.

Če je tokokrog priključen na alternator, bodo v enem polciklu elektroni odtekali iz leve plošče kondenzatorja in se kopičili na desni, v drugi pa obratno.

Ti gibajoči se elektroni tvorijo izmenični tok, katerega moč je enaka na obeh straneh kondenzatorja. Dokler frekvenca izmeničnega toka ni zelo visoka, je tudi tok skozi upor in induktor enak.

V napravah, ki porabljajo izmenični tok, je izmenični tok pogosto usmerjen usmerniki za pridobitev enosmernega toka.

Prevodniki za električni tok

Električni tok v vseh svojih oblikah je kinetični pojav, podoben toku tekočin v zaprtih hidravličnih sistemih. Po analogiji se proces gibanja toka imenuje "tok" (tok toka).

Material, v katerem teče tok, se imenuje dirigent… Nekateri materiali preidejo v superprevodnost pri nizkih temperaturah. V tem stanju ne kažejo skoraj nobenega upora proti toku, njihov upor se nagiba k ničli.

V vseh drugih primerih se prevodnik upira toku toka, posledično pa se del energije električnih delcev pretvori v toploto.Amperažo lahko izračunate z Ohmov zakon za presek vezja in Ohmov zakon za celotno vezje.

Hitrost gibanja delcev v žicah je odvisna od materiala žice, mase in naboja delca, temperature okolja, uporabljene potencialne razlike in je veliko manjša od svetlobne hitrosti. Hitrost širjenja samega električnega toka pa je enaka hitrosti svetlobe v danem mediju, torej hitrosti širjenja fronte elektromagnetnega valovanja.

Kako električna energija vpliva na človeško telo

Tok, ki teče skozi človeško ali živalsko telo, lahko povzroči električne opekline, fibrilacijo ali smrt. Po drugi strani pa se električni tok uporablja na intenzivni negi, za zdravljenje duševnih bolezni, zlasti depresije, električna stimulacija določenih predelov možganov se uporablja za zdravljenje bolezni, kot sta Parkinsonova bolezen in epilepsija, srčni spodbujevalnik, ki stimulira srčno mišico s pulzom. tok se uporablja za bradikardijo. Pri ljudeh in živalih se tok uporablja za prenos živčnih impulzov.

Iz varnostnih razlogov je najmanjši receptivni tok za osebo 1 mA. Tok postane nevaren za človekovo življenje že pri jakosti približno 0,01 A. Tok postane smrtonosen za človeka pri jakosti okoli 0,1 A. Napetost, nižja od 42 V, velja za varno.