Electricitate

Ce este curentul electric

Electricitate – mișcarea direcționată a particulelor încărcate electric sub impact câmp electric... Astfel de particule pot fi: în conductori - electroni, în electroliți - ioni (cationi și anioni), în semiconductori - electroni și așa-numitele „găuri” („conductivitate a găurilor de electroni”). Există, de asemenea, un „curent de polarizare”, al cărui flux se datorează procesului de încărcare a capacității, adică de la o modificare a diferenței de potențial dintre plăci. Nu are loc nicio mișcare a particulelor între plăci, dar curentul trece prin condensator.

În teoria circuitelor electrice, curentul este considerat a fi mișcarea direcționată a purtătorilor de sarcină într-un mediu conductiv sub acțiunea unui câmp electric.

Curentul de conducție (doar curentul) în teoria circuitelor electrice este cantitatea de electricitate care curge pe unitatea de timp prin secțiunea transversală a unui fir: i = q /T, unde i — curent. A; q = 1,6·109 — sarcina electronilor, С; t — timp, s.

Această expresie este valabilă pentru circuitele DC. Pentru circuitele de curent alternativ, așa-numitele Valoarea curentului instantaneu egală cu rata de modificare a sarcinii în timp: i (t) = dq /dt.

Prima condiție pentru existența pe termen lung a unui curent electric de tipul considerat este prezența unei surse sau a unui generator care menține diferența de potențial dintre purtătorii de sarcină. A doua condiție este închiderea drumului. În special, pentru ca un curent continuu să existe, este necesar să existe un traseu închis de-a lungul căruia sarcinile să se poată deplasa în circuit fără a-și schimba valoarea.

După cum știți, în conformitate cu legea conservării sarcinilor electrice, acestea nu pot fi create sau distruse. Prin urmare, dacă orice volum de spațiu în care curg curenții electrici este înconjurat de o suprafață închisă, curentul care curge în acel volum trebuie să fie egal cu curentul care curge din el.

Mai multe despre asta: Condiții de existență a curentului electric

Calea închisă prin care circulă un curent electric se numește circuit electric sau circuit electric. Circuit electric - împărțit în două părți: partea interioară, în care particulele încărcate electric se mișcă împotriva direcției forțelor electrostatice și partea exterioară, în care aceste particule se mișcă în direcția forțelor electrostatice. Capetele electrozilor la care este conectat circuitul extern se numesc cleme.

Deci, un curent electric apare atunci când apare un câmp electric pe o secțiune a unui circuit electric sau o diferență de potențial între două puncte de pe un fir. Diferența de potențial între două puncte circuit electric sunt numite tensiune sau cădere de tensiune în acea secțiune a circuitului.

În locul termenului „curent” („cantitate curentă”), este adesea folosit termenul „putere curentă”.Cu toate acestea, acesta din urmă nu poate fi numit succes, deoarece puterea curentului nu este nicio forță în sensul literal al cuvântului, ci doar intensitatea mișcării sarcinilor electrice în conductor, cantitatea de electricitate care trece pe unitatea de timp prin cruce. zona de sectiune a conductorului.
Curentul este caracterizat amperaj, care în sistemul SI se măsoară în amperi (A), și densitatea de curent, care în sistemul SI se măsoară în amperi pe metru pătrat.

Un amper corespunde mișcării prin secțiunea transversală a firului într-o secundă (s) a unei sarcini de electricitate în cantitate de un coulomb (C):

1A = 1C/s.

În cazul general, notând curentul cu litera i și sarcina q, obținem:

i = dq / dt.

Unitatea de măsură a curentului se numește amper (A).

Amperi (A) — puterea unui curent continuu care, la trecerea prin doi conductori drepti paraleli de lungime infinită și secțiune transversală neglijabilă, situate în vid la o distanță de 1 m unul de celălalt, creează între acești conductori 2·10 -7 H pentru fiecare metru de lungime .

Curentul din fir este de 1 A dacă o sarcină electrică egală cu 1 coulomb trece prin secțiunea transversală a firului în 1 s.

Orez. 1. Mișcarea direcțională a electronilor într-un conductor

Dacă o tensiune acționează asupra firului, atunci în interiorul firului apare un câmp electric. Cu o intensitate a câmpului E, o forță f = Ee acționează asupra electronilor cu sarcina e. Mărimile e și E sunt mărimi vectoriale. În timpul drumului liber, electronii capătă o mișcare direcționată împreună cu una haotică. Fiecare electron are o sarcină negativă și primește componenta vitezei opusă vectorului E (Fig. 1). Mișcarea ordonată, caracterizată printr-o anumită viteză medie a electronilor vcp, determină fluxul de curent electric.

Electronii pot avea mișcare direcționată în gazele rarefiate. În electroliți și gaze ionizate, curentul se datorează în principal mișcării ionilor. În concordanță cu faptul că ionii încărcați pozitiv se deplasează de la polul pozitiv la polul negativ în electroliți, din punct de vedere istoric, s-a presupus că direcția curentului este opusă direcției fluxului de electroni.

Direcția curentului este luată drept direcția în care se mișcă particulele încărcate pozitiv, adică. direcție opusă mișcării electronilor.
În teoria circuitelor electrice, direcția curentului într-un circuit pasiv (în afara surselor de energie) este luată ca direcție de mișcare a particulelor încărcate pozitiv de la un potențial mai mare la unul mai mic. Această direcție a fost luată chiar de la începutul dezvoltării ingineriei electrice și contrazice adevărata direcție de mișcare a purtătorilor de sarcină - electronii care se mișcă în medii conductoare de la minus la plus.

Direcția curentului electric în electrolit și a electronilor liberi în conductor

Mărimea egală cu raportul dintre curent și aria secțiunii transversale S se numește densitate de curent: I / S

În acest caz, se presupune că curentul este distribuit uniform pe secțiunea transversală a firului. Densitatea curentului în fire este de obicei măsurată în A / mm2.

După tipul de purtători ai sarcinilor electrice și mijlocul mișcării acestora, aceștia se împart în curenți conductivi și curenți de deplasare... Conductibilitatea se împarte în electronică și ionică. Pentru modurile staționare, se disting două tipuri de curenți: continui și alternativi.

Transferul de șoc electric se numește fenomenul de transfer al sarcinilor electrice de la particulele încărcate sau corpurile care se mișcă în spațiul liber.Principalul tip de transfer de curent electric este mișcarea în cavitatea particulelor încărcate elementare (mișcarea electronilor liberi în tuburile electronice), mișcarea ionilor liberi în dispozitivele cu descărcare în gaz.

Curentul de deplasare (curent de polarizare) numit mișcare ordonată a purtătorilor asociați ai sarcinilor electrice. Acest tip de curent poate fi observat în dielectrice.

Curentul electric total - o valoare scalară egală cu suma curentului de conducție electrică, a curentului de transfer electric și a curentului electric de deplasare prin suprafața luată în considerare.

Constanta se numește un curent care se poate schimba în magnitudine, dar nu își schimbă semnul pentru o perioadă de timp arbitrar lungă. Citiți mai multe despre el aici: DC

Curent de magnetizare — un curent microscopic (amperi) constant, care este motivul existenței unui câmp magnetic intrinsec al substanțelor magnetizate.

Variabile numite curent care se schimbă periodic atât ca mărime, cât și ca semn. Mărimea care caracterizează curentul alternativ este frecvența (în sistemul SI se măsoară în herți), în cazul în care puterea acestuia se modifică periodic.

Un curent alternativ de înaltă frecvență este deplasat pe suprafața firului. Curenții de înaltă frecvență sunt utilizați în inginerie mecanică pentru tratarea termică a suprafețelor pieselor și sudare, în metalurgie pentru topirea metalelor. Curenții alternativi sunt împărțiți în sinusoidal și nesinusoidal... Un curent sinusoidal este un curent care se modifică conform unei legi armonice:

i = sin wt,

unde sunt, - valoarea de vârf (cea mai mare) curentă, Ah,

Rata de schimbare a curentului alternativ se caracterizează prin aceasta frecvență, definit ca numărul de oscilații complete repetitive pe unitatea de timp.Frecvența este notă cu litera f și se măsoară în herți (Hz). Deci, o frecvență a curentului de rețea de 50 Hz corespunde la 50 de oscilații complete pe secundă. Frecvența unghiulară w este viteza de schimbare a curentului în radiani pe secundă și este legată de frecvență printr-o relație simplă:

w = 2pi f

Valorile staționare (fixe) ale curenților continui și alternativi înseamnă cu litera I valori nestaționare (instantanee) - cu litera i. De obicei, direcția pozitivă a curentului este direcția de mișcare a sarcinilor pozitive.

Curent alternativ Este un curent care se modifică conform legii sinusoidale în timp.

Curentul alternativ înseamnă și curent în rețelele convenționale monofazate și trifazate. În acest caz, parametrii curentului alternativ se modifică conform legii armonice.

Deoarece curentul AC se modifică în timp, soluțiile simple potrivite pentru circuitele DC nu sunt direct aplicabile aici. La frecvențe foarte înalte, sarcinile pot oscila - curge dintr-un loc în circuit în altul și înapoi. În acest caz, spre deosebire de circuitele DC, curenții din firele conectate în serie pot fi inegale.

Capacitatele prezente în circuitele de curent alternativ sporesc acest efect. În plus, atunci când curentul se modifică, se simt efecte de auto-inducție, care devin semnificative chiar și la frecvențe joase dacă se folosesc bobine de inductanță mare.

La frecvențe relativ joase, circuitul AC poate fi încă calculat folosind regulile lui Kirchhoffcare, totuși, trebuie modificată în consecință.

Un circuit care conține diverse rezistențe, inductori și condensatori poate fi considerat ca un rezistor generalizat, un condensator și un inductor conectat în serie.

Luați în considerare proprietățile unui astfel de circuit conectat la un generator de curent alternativ sinusoidal. Pentru a formula regulile de calcul al circuitelor alternative, trebuie să găsiți relația dintre căderea de tensiune și curent pentru fiecare dintre componentele unui astfel de circuit.

Condensator joacă roluri complet diferite în circuitele AC și DC. Dacă, de exemplu, o celulă electrochimică este conectată la circuit, atunci condensatorul va începe să se încarcepână când tensiunea din acesta devine egală cu fem-ul elementului. Apoi încărcarea se va opri și curentul va scădea la zero.

Dacă circuitul este conectat la un alternator, atunci, într-o jumătate de ciclu, electronii vor curge din placa din stânga a condensatorului și se vor acumula în partea dreaptă, iar în celălalt - invers.

Acești electroni în mișcare constituie un curent alternativ a cărui putere este egală pe ambele părți ale condensatorului. Atâta timp cât frecvența AC nu este foarte mare, curentul prin rezistor și inductor este, de asemenea, același.

În dispozitivele care consumă curent alternativ, curentul alternativ este adesea redresat redresoare pentru a obține curent continuu.

Conductoare pentru curent electric

Curentul electric sub toate formele sale este un fenomen cinetic, analog fluxului de fluide din sistemele hidraulice închise. Prin analogie, procesul de mișcare a curentului se numește „flux” (fluxuri de curent).

Materialul în care curge curentul se numește conductor… Unele materiale intră în supraconductivitate la temperaturi scăzute. În această stare, nu prezintă aproape nicio rezistență la curent, rezistența lor tinde spre zero.

În toate celelalte cazuri, conductorul rezistă la fluxul de curent și, ca urmare, o parte din energia particulelor electrice este convertită în căldură.Amperajul poate fi calculat prin Legea lui Ohm pentru secțiunea transversală a circuitului și legea lui Ohm pentru întregul circuit.

Viteza de mișcare a particulelor în fire depinde de materialul firului, de masa și sarcina particulei, de temperatura mediului, de diferența de potențial aplicată și este mult mai mică decât viteza luminii. Cu toate acestea, viteza de propagare a curentului electric în sine este egală cu viteza luminii într-un mediu dat, adică viteza de propagare a frontului unei unde electromagnetice.

Cum afectează electricitatea corpul uman

Curentul trecut prin corpul uman sau animal poate provoca arsuri electrice, fibrilație sau moarte. Pe de altă parte, curentul electric este folosit în terapie intensivă, pentru tratarea bolilor psihice, în special a depresiei, stimularea electrică a anumitor zone ale creierului este folosită pentru tratarea unor boli precum boala Parkinson și epilepsia, un stimulator cardiac care stimulează un mușchi al inimii cu puls. curentul este utilizat pentru bradicardie. La oameni și animale, curentul este folosit pentru a transmite impulsurile nervoase.

Din motive de siguranță, curentul receptiv minim pentru o persoană este de 1 mA. Curentul devine periculos pentru viața unei persoane începând de la o putere de aproximativ 0,01 A. Curentul devine letal pentru o persoană începând de la o putere de aproximativ 0,1 A. O tensiune mai mică de 42 V este considerată sigură.