Συνεχές ρεύμα — γενικές έννοιες, ορισμός, μονάδα μέτρησης, ονομασία, παράμετροι

DC — ηλεκτρικό ρεύμα που δεν αλλάζει σε χρόνο και κατεύθυνση. Ανά τρέχουσα κατεύθυνση να πάρει την κατεύθυνση κίνησης των θετικά φορτισμένων σωματιδίων. Στην περίπτωση που το ρεύμα σχηματίζεται από την κίνηση αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων, η διεύθυνσή του θεωρείται αντίθετη από την κατεύθυνση κίνησης των σωματιδίων.

Αυστηρά μιλώντας, το «άμεσο ηλεκτρικό ρεύμα» θα πρέπει να νοείται ως «σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα», σύμφωνα με τη μαθηματική έννοια της «σταθερής τιμής». Αλλά στην ηλεκτρική μηχανική, αυτός ο όρος έχει εισαχθεί με την έννοια του «ηλεκτρικού ρεύματος σταθερά στην κατεύθυνση και σχεδόν σταθερό σε μέγεθος».

Με τον όρο "ηλεκτρικό ρεύμα πρακτικά σταθερού μεγέθους" εννοείται ένα ρεύμα του οποίου οι μεταβολές με την πάροδο του χρόνου είναι τόσο ασήμαντες σε μέγεθος ώστε όταν εξετάζονται τα φαινόμενα στο ηλεκτρικό κύκλωμα από το οποίο διέρχεται ένα τέτοιο ηλεκτρικό ρεύμα, αυτές οι αλλαγές μπορούν να παραβλεφθούν εντελώς και επομένως , είναι δυνατόν να αγνοήσουμε ούτε την επαγωγή ούτε την χωρητικότητα του κυκλώματος.

Τις περισσότερες φορές πηγές συνεχούς ρεύματος — γαλβανικές κυψέλες, μπαταρίες, γεννήτριες και ανορθωτές συνεχούς ρεύματος.

Στην ηλεκτρική μηχανική, τα φαινόμενα επαφής, οι χημικές διεργασίες (πρωτεύοντα στοιχεία και μπαταρίες), η ηλεκτρομαγνητική καθοδήγηση (γεννήτριες ηλεκτρικών μηχανών) χρησιμοποιούνται για τη λήψη συνεχούς ρεύματος. Η διόρθωση AC ή τάσης χρησιμοποιείται επίσης ευρέως.

Από όλες τις πηγές του e. και τα λοιπά. γ. Οι χημικές και θερμοηλεκτρικές πηγές, καθώς και οι λεγόμενες μονοπολικές μηχανές, είναι ιδανικές πηγές συνεχούς ρεύματος. Οι υπόλοιπες συσκευές δίνουν ένα παλλόμενο ρεύμα, το οποίο με τη βοήθεια ειδικών συσκευών εξομαλύνεται σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό, πλησιάζοντας μόνο το ιδανικό συνεχές ρεύμα.

Για την ποσοτικοποίηση του ρεύματος στο ηλεκτρικό κύκλωμα χρησιμοποιείται Έννοια του ρεύματος.

Ένταση Είναι η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας Q που διαρρέει τη διατομή του καλωδίου ανά μονάδα χρόνου.

Εάν κατά τη διάρκεια του χρόνου I η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας Q έχει μετακινηθεί μέσω της διατομής του σύρματος, τότε η ένταση ρεύματος I = Q /T

Η μονάδα μέτρησης του ρεύματος είναι το αμπέρ (Α).

Πυκνότητα ρεύματος Αυτή είναι η αναλογία ρεύματος I προς την περιοχή διατομής F του αγωγού — I / F. (12)

Η μονάδα μέτρησης της πυκνότητας ρεύματος είναι το αμπέρ ανά τετραγωνικό χιλιοστό (A / mm)2).

Σε ένα κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα, το συνεχές ρεύμα εμφανίζεται υπό τη δράση μιας πηγής ηλεκτρικής ενέργειας που δημιουργεί και διατηρεί μια διαφορά δυναμικού στους ακροδέκτες της, μετρούμενη σε βολτ (V).

Η σχέση μεταξύ της διαφοράς δυναμικού (τάσης) στους ακροδέκτες του ηλεκτρικού κυκλώματος, της αντίστασης και του ρεύματος στο κύκλωμα εκφράζεται ο νόμος του Ohm... Σύμφωνα με αυτόν τον νόμο, για ένα τμήμα ενός ομοιογενούς κυκλώματος, η ισχύς του ρεύματος είναι ευθέως ανάλογη με την τιμή της εφαρμοζόμενης τάσης και αντιστρόφως ανάλογη με την αντίσταση I = U/R,

όπου I — ρεύμα. A, U — τάση στους ακροδέκτες του κυκλώματος B, R — αντίσταση, ohms

Αυτός είναι ο πιο σημαντικός νόμος της ηλεκτρολογικής μηχανικής. Για περισσότερες λεπτομέρειες δείτε εδώ: Ο νόμος του Ohm για ένα τμήμα ενός κυκλώματος

Το έργο που κάνει το ηλεκτρικό ρεύμα ανά μονάδα χρόνου (δευτερόλεπτο) ονομάζεται ισχύς και συμβολίζεται με το γράμμα P. Αυτή η τιμή χαρακτηρίζει την ένταση του έργου που εκτελεί το ρεύμα.

Ισχύς P = W / t = UI

Μονάδα τροφοδοσίας - watt (W).

Η έκφραση για την ισχύ ενός ηλεκτρικού ρεύματος μπορεί να μετασχηματιστεί αντικαθιστώντας, βάσει του νόμου του Ohm, το γινόμενο της τάσης U IR. Ως αποτέλεσμα, παίρνουμε τρεις εκφράσεις για την ισχύ του ηλεκτρικού ρεύματος P = UI = I2R = U2/ R

Μεγάλη πρακτική σημασία έχει το γεγονός ότι η ίδια ισχύς ηλεκτρικού ρεύματος μπορεί να επιτευχθεί σε χαμηλή τάση και υψηλή ένταση ρεύματος ή σε υψηλή τάση και χαμηλή ένταση ρεύματος. Αυτή η αρχή χρησιμοποιείται στη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας σε αποστάσεις.

Το ρεύμα που διαρρέει το σύρμα παράγει θερμότητα και το θερμαίνει. Η ποσότητα θερμότητας Q που απελευθερώνεται στον αγωγό προσδιορίζεται από τον τύπο Q = Az2Rt.

Αυτή η εξάρτηση ονομάζεται νόμος Joule-Lenz.

Δείτε επίσης: Βασικοί νόμοι της ηλεκτρικής μηχανικής

Με βάση τους νόμους του Ohm και του Joule-Lenz, μπορείτε να αναλύσετε ένα επικίνδυνο φαινόμενο που συμβαίνει συχνά όταν τα καλώδια συνδέονται απευθείας μεταξύ τους, παρέχοντας ηλεκτρικό ρεύμα στο φορτίο (ηλεκτρικός δέκτης). Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται βραχυκύκλωμα, καθώς το ρεύμα αρχίζει να ρέει με μικρότερο τρόπο, παρακάμπτοντας το φορτίο. Αυτή η λειτουργία είναι έκτακτη.

Το σχήμα δείχνει ένα σχέδιο για τη σύνδεση ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως EL στο δίκτυο. Εάν η αντίσταση του λαμπτήρα R είναι 500 ohms και η τάση δικτύου είναι U = 220 V, το ρεύμα στο κύκλωμα του λαμπτήρα θα είναι A = 220/500 = 0,44 A.

Διάγραμμα που εξηγεί την εμφάνιση βραχυκυκλώματος

Εξετάστε την περίπτωση όπου τα καλώδια στη λάμπα πυρακτώσεως συνδέονται μέσω μιας πολύ χαμηλής αντίστασης (Rst — 0,01 Ohm), για παράδειγμα, μιας χοντρής μεταλλικής ράβδου. Σε αυτήν την περίπτωση, το ρεύμα του κυκλώματος που πλησιάζει το σημείο Α θα διακλαδωθεί προς δύο κατευθύνσεις: το μεγαλύτερο μέρος του θα ακολουθήσει μια διαδρομή χαμηλής αντίστασης - κατά μήκος μιας μεταλλικής ράβδου και ένα μικρό μέρος του ρεύματος Azln - κατά μήκος μιας διαδρομής υψηλής αντίστασης - σε λαμπτήρα πυρακτώσεως.

Προσδιορίστε το ρεύμα που διαρρέει τη μεταλλική ράβδο: I = 220 / 0,01 = 22.000 A.

Σε περίπτωση βραχυκυκλώματος (βραχυκύκλωμα), η τάση δικτύου θα είναι μικρότερη από 220 V, επειδή ένα μεγάλο ρεύμα στο κύκλωμα θα προκαλέσει μεγάλη απώλεια τάσης και το ρεύμα που ρέει μέσω της μεταλλικής ράβδου θα είναι ελαφρώς μικρότερο, αλλά Ωστόσο, θα ξεπεράσει τον λαμπτήρα πυρακτώσεως που καταναλώθηκε προηγουμένως.

Όπως γνωρίζετε, σύμφωνα με τον νόμο Joule-Lenz, το ρεύμα που διέρχεται από τα καλώδια εκπέμπει θερμότητα και τα καλώδια θερμαίνονται. Στο παράδειγμά μας, η περιοχή διατομής των καλωδίων έχει σχεδιαστεί για ένα μικρό ρεύμα 0,44 A.

Όταν τα καλώδια συνδέονται με μικρότερο τρόπο, παρακάμπτοντας το φορτίο, ένα πολύ μεγάλο ρεύμα θα ρέει μέσω του κυκλώματος - 22000 A. Ένα τέτοιο ρεύμα θα οδηγήσει στην απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας θερμότητας, η οποία θα οδηγήσει σε απανθράκωση και ανάφλεξη μόνωση, τήξη του υλικού του σύρματος, ζημιά σε ηλεκτρικούς μετρητές, τήξη μέσω της επαφής των διακοπτών, θραύση μαχαιριών κ.λπ.

Η πηγή ηλεκτρικής ενέργειας που παρέχει ένα τέτοιο κύκλωμα μπορεί να καταστραφεί. Η υπερθέρμανση των καλωδίων μπορεί να προκαλέσει πυρκαγιά. Ως αποτέλεσμα, κατά την εγκατάσταση και λειτουργία ηλεκτρικών εγκαταστάσεων, για να αποφευχθούν οι ανεπανόρθωτες συνέπειες ενός βραχυκυκλώματος, πρέπει να τηρούνται οι ακόλουθες προϋποθέσεις: η μόνωση των καλωδίων πρέπει να αντιστοιχεί στην τάση του δικτύου και τις συνθήκες λειτουργίας.

Η περιοχή διατομής των καλωδίων πρέπει να είναι τέτοια ώστε η θέρμανση τους υπό κανονικό φορτίο να μην φτάνει σε επικίνδυνη τιμή. Τα σημεία σύνδεσης και οι κλάδοι καλωδίων πρέπει να είναι καλής ποιότητας και καλά μονωμένα. Τα εσωτερικά καλώδια πρέπει να τοποθετούνται με τέτοιο τρόπο ώστε να προστατεύονται από μηχανικές και χημικές βλάβες και από την υγρασία.

Για να αποφευχθεί μια ξαφνική, επικίνδυνη αύξηση του ρεύματος σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα κατά τη διάρκεια βραχυκυκλώματος, προστατεύεται από ασφάλειες ή διακόπτες κυκλώματος.

Ένα σημαντικό μειονέκτημα του συνεχούς ρεύματος είναι ότι η τάση του είναι δύσκολο να αυξηθεί. Αυτό καθιστά δύσκολη τη μετάδοση σταθερής ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις.

Δείτε επίσης: Τι είναι το εναλλασσόμενο ρεύμα και σε τι διαφέρει από το συνεχές ρεύμα