Vad är spänning, ström och resistans: hur de används i praktiken

Inom elektroteknik används termerna "ström", "spänning" och "motstånd" för att beskriva de processer som sker i elektriska kretsar. Var och en av dem har sitt eget syfte med specifika egenskaper.

Elektricitet

Ordet används för att karakterisera rörelsen av laddade partiklar (elektroner, hål, katjoner och anjoner) genom ett visst medium av ett ämne. Riktningen och antalet laddningsbärare avgör strömmens typ och styrka.

Strömmens huvudsakliga egenskaper påverkar dess praktiska tillämpning

En förutsättning för flödet av laddningar är närvaron av en krets eller, med andra ord, en sluten slinga som skapar förutsättningar för deras rörelse. Om ett tomrum bildas inuti de rörliga partiklarna, stoppas deras riktningsrörelse omedelbart.

Alla strömbrytare och skydd som används inom el fungerar enligt denna princip.De skapar en separation mellan de rörliga kontakterna hos de ledande delarna och genom denna åtgärd avbryter flödet av elektrisk ström, vilket stänger av enheten.

Inom energi är den vanligaste metoden skapandet av en elektrisk ström på grund av rörelsen av elektroner inuti metaller gjorda i form av ledningar, däck eller andra ledande delar.

Förutom denna metod används också skapandet av ström inuti:

1. Gaser och elektrolytiska vätskor på grund av elektroners rörelse eller katjoner och anjoner — joner med positiva och negativa laddningstecken.

2. En miljö av vakuum, luft och gaser som utsätts för elektronrörelser orsakade av fenomenet termionisk strålning.

3. halvledarmaterial på grund av rörelse av elektroner och hål.

En elektrisk stöt kan uppstå när:

• applicering av en extern elektrisk potentialskillnad på laddade partiklar;

• värmetrådar som för närvarande inte är supraledare;

• förloppet av kemiska reaktioner relaterade till utsläpp av nya ämnen;

• effekten av ett magnetfält som appliceras på tråden.

Vågformen för den elektriska strömmen kan vara:

1. en konstant i form av en rät linje på tidslinjen;

2. en variabel sinusformad harmonisk brunn som beskrivs av de grundläggande trigonometriska relationerna;

3. slingrande, ungefär lik sinusvåg, men med skarpa, utpräglade vinklar, som i vissa fall kunna väl utjämnas;

4. pulserande, när riktningen förblir densamma utan förändring, och amplituden periodiskt fluktuerar från noll till maxvärdet enligt en väldefinierad lag.

Elektrisk ström kan vara användbar för en person när:

• omvandlas till ljusstrålning;

• skapar uppvärmning av termiska element;

• utför mekaniskt arbete på grund av attraktion eller avstötning av rörliga armaturer eller rotation av rotorer med drivningar fixerade i lager;

• genererar elektromagnetisk strålning i vissa andra fall.

När elektrisk ström passerar genom ledningar kan skador orsakas av:

• överdriven uppvärmning av strömförande kretsar och kontakter;

• utbildning virvelströmmar i de magnetiska kretsarna i elektriska maskiner;

• strålning av elektricitet elektromagnetiska vågor i miljön och några liknande fenomen.

Designers av elektriska enheter och utvecklare av olika kretsar tar hänsyn till de listade möjligheterna till elektrisk ström i sina enheter. Till exempel mildras de skadliga effekterna av virvelströmmar i transformatorer, motorer och generatorer genom att blanda de kärnor som används för att överföra magnetiska flöden. Samtidigt används virvelströmmen framgångsrikt för att värma mediet i elektriska ugnar och mikrovågsugnar som arbetar enligt induktionsprincipen.

En elektrisk växelström med en sinusformad vågform kan ha en annan oscillationsfrekvens per tidsenhet - en sekund. Den industriella frekvensen för elektriska installationer i olika länder är standardiserad med siffrorna 50 eller 60 hertz. För andra ändamål inom elektroteknik och radioverksamhet används signaler:

• lågfrekvent, med lägre värden;

• hög frekvens, som avsevärt överstiger intervallet för industriella enheter.

Det är allmänt accepterat att en elektrisk ström skapas av laddade partiklars rörelse i ett visst makroskopiskt medium och kallas en ledningsström... Däremot kan en annan typ av ström som kallas konvektion uppstå när makroskopiskt laddade kroppar rör sig, till exempel regndroppar .

Hur elektrisk ström bildas i metaller

Rörelsen av elektroner under påverkan av en konstant kraft som appliceras på dem kan jämföras med nedstigningen av en fallskärmshoppare med en öppen baldakin. I båda fallen erhålls en likformigt accelererad rörelse.

Fallskärmshopparen rör sig på grund av gravitationen mot marken, vilket motverkas av luftmotståndets kraft. Elektroner påverkas av kraften som appliceras på dem elektriskt fält, och dess rörelse hindras av kontinuerliga kollisioner med andra partiklar - joner av kristallgitter, på grund av vilka en del av effekten av den applicerade kraften släcks.

I båda fallen når den genomsnittliga hastigheten för fallskärmshopparen och elektronrörelsen ett konstant värde.

Detta skapar en ganska unik situation där hastigheten:

• en elektrons korrekta rörelse bestäms av ett värde i storleksordningen 0,1 millimeter per sekund;

• flödet av elektrisk ström motsvarar ett mycket högre värde - hastigheten för utbredning av ljusvågor: cirka 300 tusen kilometer per sekund.

Således, flöde av elektrisk ström skapas där en spänning appliceras på elektronerna, och som ett resultat börjar de röra sig med ljusets hastighet inuti det ledande mediet.

När elektroner rör sig i en metalls kristallgitter uppstår en annan intressant regelbundenhet: den kolliderar med ungefär var tionde motjon.Det vill säga, den undviker framgångsrikt cirka 90 % av jonkollisioner.

Detta fenomen kan förklaras inte bara av lagarna för grundläggande klassisk fysik, som de flesta människor brukar förstå, utan också av de ytterligare operativa lagar som beskrivs av teorin om kvantmekanik.

Om vi ​​kort uttrycker deras verkan, så kan vi föreställa oss att rörelsen av elektroner inuti metaller hindras av tunga "svingande" stora joner som ger ytterligare motstånd.

Denna effekt är särskilt märkbar vid uppvärmning av metaller, när "svängningen" av tunga joner ökar och minskar den elektriska ledningsförmågan hos trådarnas kristallgitter.

Därför, när metaller värms upp, ökar deras elektriska motstånd alltid, och när de kyls, ökar deras ledningsförmåga. När metallens temperatur sjunker till kritiska värden nära värdet på absolut noll, uppstår fenomenet supraledning i många av dem.

Elektrisk ström, beroende på dess värde, kan göra olika saker. För en kvantitativ bedömning av dess kapacitet tas ett värde som kallas strömstyrka. Dess storlek i det internationella mätsystemet är 1 ampere. För att indikera strömstyrkan i den tekniska litteraturen används indexet «I».

Spänning

Denna term används som en egenskap för en fysisk storhet som uttrycker det arbete som lagts ner på att överföra en elektrisk laddning av en testenhet från en punkt till en annan utan att ändra karaktären av placeringen av de återstående laddningarna på de aktiva fältkällorna.

Eftersom start- och slutpunkterna har olika energipotentialer är arbetet som görs för att flytta laddningen, eller spänningen, lika med förhållandet mellan skillnaden mellan dessa potentialer.

Olika termer och metoder används för att beräkna spänningen beroende på vilka strömmar som flyter. Kan inte vara:

1. konstant — i elektrostatiska och konstantströmkretsar;

2. växelström — i kretsar med växelström och sinusström.

För det andra fallet används sådana ytterligare egenskaper och typer av stress som:

• amplitud — den största avvikelsen från nollpositionen för abskissaxeln;

• momentant värde, som uttrycks vid en viss tidpunkt;

• effektivt, effektivt eller, annars kallat, rotmedelvärde, bestämt av det aktiva arbetet som utförts under en halvperiod;

• likriktat medelvärde beräknat modulo det likriktade värdet för en övertonsperiod.

För den kvantitativa bedömningen av spänningen introducerades den internationella enheten 1 volt och symbolen «U» blev dess beteckning.

Vid transport av elektrisk energi genom luftledningar beror utformningen av stöden och deras dimensioner på värdet på den använda spänningen. Dess värde mellan ledarna i faserna kallas linjärt och i förhållande till varje ledare och jordfas.

Denna regel gäller för alla typer av flygbolag.

I inhemska elektriska nätverk i vårt land är standarden en trefasspänning på 380/220 volt.

Elektrisk resistans

Termen används för att karakterisera egenskaperna hos ett ämne för att försvaga passagen av en elektrisk ström genom den.I detta fall kan olika miljöer väljas, ämnets temperatur eller dess dimensioner kan ändras.

I DC-kretsar gör motståndet aktivt arbete, varför det kallas aktivt. För varje sektion är den direkt proportionell mot den applicerade spänningen och omvänt proportionell mot den passerande strömmen.

Följande begrepp introduceras i växelströmsscheman:

• impedans;

• vågmotstånd.

Elektrisk impedans kallas också komplex eller komponentimpedans:

• aktiva;

• reaktiv.

Reaktivitet kan i sin tur vara:

• kapacitiv;

• induktiv.

Kopplingarna mellan motståndstriangelns impedanskomponenter beskrivs.

I en elektrodynamisk beräkning bestäms vågimpedansen för en kraftledning av förhållandet mellan spänningen från den infallande vågen och värdet av strömmen som passerar längs vågledningen.

Resistansvärdet tas som en internationell måttenhet på 1 Ohm.

Förhållandet mellan ström, spänning, resistans

Ett klassiskt exempel på att uttrycka förhållandet mellan dessa egenskaper är en jämförelse med en hydraulisk krets, där rörelsekraften för livsflödet (analog - storleken på strömmen) beror på värdet av kraften som appliceras på kolven (skapad spänning) och flödeslinjernas karaktär, gjorda av förträngningar (motstånd).

De matematiska lagarna som beskriver förhållandet mellan elektriskt motstånd, ström och spänning publicerades och patenterades först av Georg Ohm. Han härledde lagarna för hela kretsen av den elektriska kretsen och dess sektion. Se här för mer information: Tillämpning av Ohms lag i praktiken

Amperemetrar, voltmetrar och ohmmetrar används för att mäta de grundläggande elektriska mängderna elektricitet.

En amperemeter mäter strömmen som flyter genom kretsen. Eftersom den inte ändras i hela det slutna området, placeras amperemetern var som helst mellan spänningskällan och användaren, vilket skapar en passage av laddningar genom enhetens mäthuvud.

En voltmeter används för att mäta spänningen vid användarens terminaler anslutna till strömkällan.

Motståndsmätningar med ohmmeter kan endast göras med användaren avstängd. Detta beror på att ohmmetern matar ut en kalibrerad spänning och mäter strömmen som flyter genom testhuvudet, som omvandlas till ohm genom att dividera spänningen med strömvärdet.

Varje anslutning av en extern lågeffektspänning under mätningen kommer att skapa ytterligare strömmar och förvränga resultatet. Med tanke på att ohmmeterns interna kretsar har låg effekt, då i fallet med felaktiga motståndsmätningar vid applicering av en extern spänning, misslyckas enheten ganska ofta på grund av att dess interna krets brinner ut.

Att känna till de grundläggande egenskaperna hos ström, spänning, motstånd och förhållandet mellan dem gör det möjligt för elektriker att framgångsrikt utföra sitt arbete och tillförlitligt driva elektriska system, och misstag som görs slutar ofta i olyckor och skador.