Τι είναι η τάση, το ρεύμα και η αντίσταση: πώς χρησιμοποιούνται στην πράξη

Στην ηλεκτρική μηχανική, οι όροι "ρεύμα", "τάση" και "αντίσταση" χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν τις διεργασίες που συμβαίνουν στα ηλεκτρικά κυκλώματα. Κάθε ένα από αυτά έχει το δικό του σκοπό με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά.

Ηλεκτρική ενέργεια

Η λέξη χρησιμοποιείται για να χαρακτηρίσει την κίνηση φορτισμένων σωματιδίων (ηλεκτρόνια, οπές, κατιόντα και ανιόντα) μέσω ενός συγκεκριμένου μέσου μιας ουσίας. Η κατεύθυνση και ο αριθμός των φορέων φορτίου καθορίζει τον τύπο και την ισχύ του ρεύματος.

Τα κύρια χαρακτηριστικά του ρεύματος επηρεάζουν την πρακτική εφαρμογή του

Προϋπόθεση για τη ροή των φορτίων είναι η ύπαρξη κυκλώματος ή, με άλλα λόγια, κλειστού βρόχου που δημιουργεί συνθήκες για την κίνησή τους. Εάν σχηματιστεί ένα κενό μέσα στα κινούμενα σωματίδια, η κατευθυντική τους κίνηση σταματά αμέσως.

Όλοι οι διακόπτες και οι προστασίες που χρησιμοποιούνται στον ηλεκτρισμό λειτουργούν με αυτήν την αρχή.Δημιουργούν διαχωρισμό μεταξύ των κινούμενων επαφών των αγώγιμων μερών και μέσω αυτής της δράσης διακόπτουν τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος, κλείνοντας τη συσκευή.

Στην ενέργεια, η πιο κοινή μέθοδος είναι η δημιουργία ηλεκτρικού ρεύματος λόγω της κίνησης ηλεκτρονίων μέσα σε μέταλλα που κατασκευάζονται με τη μορφή συρμάτων, ελαστικών ή άλλων αγώγιμων μερών.

Εκτός από αυτή τη μέθοδο, χρησιμοποιείται επίσης η δημιουργία ρεύματος στο εσωτερικό:

1. Αέρια και ηλεκτρολυτικά υγρά λόγω της κίνησης ηλεκτρονίων ή κατιόντων και ανιόντων — ιόντα με θετικό και αρνητικό πρόσημο φορτίου.

2. περιβάλλον κενού, αέρα και αερίων που υπόκεινται στην κίνηση των ηλεκτρονίων που προκαλείται από το φαινόμενο της θερμιονικής ακτινοβολίας.

3. υλικά ημιαγωγών λόγω κίνησης ηλεκτρονίων και οπών.

Ηλεκτροπληξία μπορεί να συμβεί όταν:

• εφαρμογή μιας εξωτερικής διαφοράς ηλεκτρικού δυναμικού σε φορτισμένα σωματίδια.

• καλώδια θέρμανσης που δεν είναι επί του παρόντος υπεραγωγοί.

• την πορεία των χημικών αντιδράσεων που σχετίζονται με την απελευθέρωση νέων ουσιών·

• την επίδραση ενός μαγνητικού πεδίου που εφαρμόζεται στο σύρμα.

Η κυματομορφή του ηλεκτρικού ρεύματος μπορεί να είναι:

1. μια σταθερά με τη μορφή ευθείας γραμμής στη γραμμή χρόνου.

2. μια μεταβλητή ημιτονοειδής αρμονική καλά που περιγράφεται από τις βασικές τριγωνομετρικές σχέσεις.

3. μαίανδρος, που μοιάζει περίπου με ημιτονοειδές κύμα, αλλά με έντονες, έντονες γωνίες, οι οποίες σε ορισμένες περιπτώσεις μπορούν να εξομαλυνθούν καλά.

4. παλλόμενο, όταν η κατεύθυνση παραμένει ίδια χωρίς αλλαγή, και το πλάτος κυμαίνεται περιοδικά από το μηδέν στη μέγιστη τιμή σύμφωνα με έναν καλά καθορισμένο νόμο.

Το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να είναι χρήσιμο σε ένα άτομο όταν:

• μετατρέπεται σε ακτινοβολία φωτός.

• δημιουργεί θέρμανση θερμικών στοιχείων.

• εκτελεί μηχανικές εργασίες λόγω της έλξης ή της απώθησης κινητών οπλισμών ή της περιστροφής των ρότορων με κινητήρες στερεωμένους σε ρουλεμάν.

• παράγει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία σε ορισμένες άλλες περιπτώσεις.

Όταν το ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από καλώδια, μπορεί να προκληθεί ζημιά από:

• υπερβολική θέρμανση κυκλωμάτων και επαφών που μεταφέρουν ρεύμα.

• εκπαίδευση δινορεύματα στα μαγνητικά κυκλώματα των ηλεκτρικών μηχανών.

• ακτινοβολία ηλεκτρικής ενέργειας Ηλεκτρομαγνητικά κύματα στο περιβάλλον και κάποια παρόμοια φαινόμενα.

Οι σχεδιαστές ηλεκτρικών συσκευών και οι προγραμματιστές διαφόρων κυκλωμάτων λαμβάνουν υπόψη τις αναγραφόμενες δυνατότητες ηλεκτρικού ρεύματος στις συσκευές τους. Για παράδειγμα, οι επιβλαβείς επιπτώσεις των δινορευμάτων σε μετασχηματιστές, κινητήρες και γεννήτριες μετριάζονται με την ανάμειξη των πυρήνων που χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση μαγνητικών ροών. Ταυτόχρονα, το δινορευματικό ρεύμα χρησιμοποιείται με επιτυχία για τη θέρμανση του μέσου σε ηλεκτρικούς φούρνους και φούρνους μικροκυμάτων που λειτουργούν με την αρχή της επαγωγής.

Ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα με ημιτονοειδή κυματομορφή μπορεί να έχει διαφορετική συχνότητα ταλάντωσης ανά μονάδα χρόνου — ένα δευτερόλεπτο. Η βιομηχανική συχνότητα των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων σε διάφορες χώρες είναι τυποποιημένη με τους αριθμούς 50 ή 60 hertz. Για άλλους σκοπούς της ηλεκτρικής μηχανικής και των επιχειρήσεων ραδιοφώνου, χρησιμοποιούνται σήματα:

• χαμηλής συχνότητας, με χαμηλότερες τιμές.

• υψηλής συχνότητας, υπερβαίνοντας σημαντικά τη γκάμα των βιομηχανικών συσκευών.

Είναι γενικά αποδεκτό ότι ένα ηλεκτρικό ρεύμα δημιουργείται από την κίνηση φορτισμένων σωματιδίων σε ένα συγκεκριμένο μακροσκοπικό μέσο και ονομάζεται ρεύμα αγωγιμότητας... Ωστόσο, ένας άλλος τύπος ρεύματος που ονομάζεται συναγωγή μπορεί να συμβεί όταν κινούνται μακροσκοπικά φορτισμένα σώματα, για παράδειγμα, σταγόνες βροχής .

Πώς σχηματίζεται το ηλεκτρικό ρεύμα στα μέταλλα

Η κίνηση των ηλεκτρονίων υπό την επίδραση μιας σταθερής δύναμης που εφαρμόζεται σε αυτά μπορεί να συγκριθεί με την κάθοδο ενός αλεξιπτωτιστή με ανοιχτό θόλο. Και στις δύο περιπτώσεις, επιτυγχάνεται μια ομοιόμορφα επιταχυνόμενη κίνηση.

Ο αλεξιπτωτιστής κινείται λόγω της βαρύτητας προς το έδαφος, το οποίο αντιτίθεται από τη δύναμη της αντίστασης του αέρα. Τα ηλεκτρόνια επηρεάζονται από τη δύναμη που εφαρμόζεται σε αυτά ηλεκτρικό πεδίο, και η κίνησή του παρεμποδίζεται από συνεχείς συγκρούσεις με άλλα σωματίδια — ιόντα κρυσταλλικών δικτυωμάτων, εξαιτίας των οποίων σβήνει μέρος της επίδρασης της ασκούμενης δύναμης.

Και στις δύο περιπτώσεις, η μέση ταχύτητα του αλεξιπτωτιστή και η κίνηση των ηλεκτρονίων φτάνει σε σταθερή τιμή.

Αυτό δημιουργεί μια μάλλον μοναδική κατάσταση όπου η ταχύτητα:

• Η σωστή κίνηση ενός ηλεκτρονίου καθορίζεται από μια τιμή της τάξης του 0,1 χιλιοστού ανά δευτερόλεπτο.

• η ροή του ηλεκτρικού ρεύματος αντιστοιχεί σε πολύ υψηλότερη τιμή - την ταχύτητα διάδοσης των κυμάτων φωτός: περίπου 300 χιλιάδες χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο.

Ετσι, ροή ηλεκτρικού ρεύματος δημιουργείται όπου εφαρμόζεται τάση στα ηλεκτρόνια, και ως αποτέλεσμα αυτά αρχίζουν να κινούνται με την ταχύτητα του φωτός μέσα στο αγώγιμο μέσο.

Όταν τα ηλεκτρόνια κινούνται στο κρυσταλλικό πλέγμα ενός μετάλλου, προκύπτει μια άλλη ενδιαφέρουσα κανονικότητα: συγκρούεται με περίπου κάθε δέκατο αντίθετο ιόν.Δηλαδή, αποφεύγει με επιτυχία περίπου το 90% των συγκρούσεων ιόντων.

Αυτό το φαινόμενο μπορεί να εξηγηθεί όχι μόνο από τους νόμους της θεμελιώδους κλασικής φυσικής, όπως συνήθως κατανοούν οι περισσότεροι άνθρωποι, αλλά και από τους πρόσθετους νόμους λειτουργίας που περιγράφονται από τη θεωρία της κβαντικής μηχανικής.

Αν εκφράσουμε εν συντομία τη δράση τους, τότε μπορούμε να φανταστούμε ότι η κίνηση των ηλεκτρονίων μέσα στα μέταλλα εμποδίζεται από βαριά «αιωρούμενα» μεγάλα ιόντα που παρέχουν πρόσθετη αντίσταση.

Αυτή η επίδραση είναι ιδιαίτερα αισθητή κατά τη θέρμανση μετάλλων, όταν η «ταλάντευση» βαρέων ιόντων αυξάνεται και μειώνει την ηλεκτρική αγωγιμότητα των κρυσταλλικών δικτυωμάτων των συρμάτων.

Επομένως, όταν τα μέταλλα θερμαίνονται, η ηλεκτρική τους αντίσταση αυξάνεται πάντα και όταν ψύχονται, αυξάνεται η αγωγιμότητά τους. Όταν η θερμοκρασία του μετάλλου πέφτει σε κρίσιμες τιμές κοντά στην τιμή του απόλυτου μηδέν, σε πολλά από αυτά εμφανίζεται το φαινόμενο της υπεραγωγιμότητας.

Το ηλεκτρικό ρεύμα, ανάλογα με την τιμή του, μπορεί να κάνει διαφορετικά πράγματα. Για μια ποσοτική αξιολόγηση των δυνατοτήτων του, λαμβάνεται μια τιμή που ονομάζεται ένταση ρεύματος. Το μέγεθός του στο διεθνές σύστημα μέτρησης είναι 1 αμπέρ. Για να υποδείξει την τρέχουσα ισχύ στην τεχνική βιβλιογραφία, υιοθετείται ο δείκτης «I».

Τάση

Αυτός ο όρος χρησιμοποιείται ως χαρακτηριστικό μιας φυσικής ποσότητας που εκφράζει το έργο που δαπανάται για τη μεταφορά ενός ηλεκτρικού φορτίου μιας δοκιμαστικής μονάδας από ένα σημείο σε άλλο χωρίς να αλλάξει η φύση της τοποθέτησης των υπόλοιπων φορτίων στις πηγές ενεργού πεδίου.

Δεδομένου ότι τα σημεία έναρξης και λήξης έχουν διαφορετικά ενεργειακά δυναμικά, η εργασία που γίνεται για τη μετακίνηση του φορτίου ή της τάσης είναι ίση με την αναλογία της διαφοράς μεταξύ αυτών των δυναμικών.

Για τον υπολογισμό της τάσης χρησιμοποιούνται διαφορετικοί όροι και μέθοδοι ανάλογα με τα ρεύματα που ρέουν. Δεν μπορεί:

1. Σταθερά — σε κυκλώματα ηλεκτροστατικού και σταθερού ρεύματος.

2. εναλλασσόμενο — σε κυκλώματα με εναλλασσόμενο και ημιτονοειδές ρεύμα.

Για τη δεύτερη περίπτωση, χρησιμοποιούνται πρόσθετα χαρακτηριστικά και τύποι στρες όπως:

• πλάτος — η μεγαλύτερη απόκλιση από τη μηδενική θέση του άξονα της τετμημένης.

• στιγμιαία αξία, η οποία εκφράζεται σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή.

• αποτελεσματική, αποτελεσματική ή, αλλιώς ονομαζόμενη, μέση τετραγωνική τιμή ρίζας, που καθορίζεται από την ενεργό εργασία που εκτελείται για μια μισή περίοδο·

• διορθωμένη μέση τιμή υπολογισμένη modulo η διορθωμένη τιμή μιας αρμονικής περιόδου.

Για την ποσοτική εκτίμηση της τάσης, εισήχθη η διεθνής μονάδα του 1 volt και το σύμβολο «U» έγινε ο χαρακτηρισμός της.

Κατά τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας μέσω εναέριων γραμμών, ο σχεδιασμός των στηρίξεων και οι διαστάσεις τους εξαρτώνται από την τιμή της τάσης που χρησιμοποιείται. Η τιμή του μεταξύ των αγωγών των φάσεων ονομάζεται γραμμική και σχετική με κάθε φάση αγωγού και γείωσης.

Αυτός ο κανόνας ισχύει για όλους τους τύπους αεροπορικών εταιρειών.

Στα οικιακά ηλεκτρικά δίκτυα της χώρας μας, το πρότυπο είναι η τριφασική τάση 380/220 βολτ.

Ηλεκτρική αντίσταση

Ο όρος χρησιμοποιείται για να χαρακτηρίσει τις ιδιότητες μιας ουσίας να αποδυναμώνει τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος μέσω αυτής.Σε αυτή την περίπτωση, μπορούν να επιλεγούν διαφορετικά περιβάλλοντα, να αλλάξει η θερμοκρασία της ουσίας ή οι διαστάσεις της.

Στα κυκλώματα συνεχούς ρεύματος, η αντίσταση κάνει ενεργή εργασία, γι' αυτό και ονομάζεται ενεργή. Για κάθε τμήμα, είναι ευθέως ανάλογη με την εφαρμοζόμενη τάση και αντιστρόφως ανάλογη με το ρεύμα διέλευσης.

Οι ακόλουθες έννοιες εισάγονται σε σχήματα εναλλασσόμενου ρεύματος:

• αντίσταση;

• αντίσταση κυμάτων.

Η ηλεκτρική σύνθετη αντίσταση ονομάζεται επίσης σύνθετη αντίσταση ή σύνθετη αντίσταση:

• ενεργός;

• αντιδραστικός.

Η αντιδραστικότητα, με τη σειρά της, μπορεί να είναι:

• χωρητικο?

• επαγωγικός.

Περιγράφονται οι συνδέσεις μεταξύ των στοιχείων σύνθετης αντίστασης του τριγώνου αντίστασης.

Σε έναν ηλεκτροδυναμικό υπολογισμό, η σύνθετη αντίσταση κύματος μιας γραμμής ισχύος προσδιορίζεται από τον λόγο της τάσης από το προσπίπτον κύμα προς την τιμή του ρεύματος που διέρχεται κατά μήκος της γραμμής κύματος.

Η τιμή αντίστασης λαμβάνεται ως διεθνής μονάδα μέτρησης 1 Ohm.

Η σχέση ρεύματος, τάσης, αντίστασης

Ένα κλασικό παράδειγμα έκφρασης της σχέσης μεταξύ αυτών των χαρακτηριστικών είναι μια σύγκριση με ένα υδραυλικό κύκλωμα, όπου η δύναμη κίνησης της ροής ζωής (αναλογική - το μέγεθος του ρεύματος) εξαρτάται από την τιμή της δύναμης που εφαρμόζεται στο έμβολο (δημιουργήθηκε τάση) και ο χαρακτήρας των γραμμών ροής, κατασκευασμένες από στενώσεις (αντίσταση).

Οι μαθηματικοί νόμοι που περιγράφουν τη σχέση ηλεκτρικής αντίστασης, ρεύματος και τάσης δημοσιεύτηκαν για πρώτη φορά και κατοχυρώθηκαν με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας από τον Georg Ohm. Εξήγαγε τους νόμους για ολόκληρο το κύκλωμα του ηλεκτρικού κυκλώματος και το τμήμα του. Δείτε εδώ για περισσότερες λεπτομέρειες: Εφαρμογή του νόμου του Ohm στην πράξη

Αμπερόμετρα, βολτόμετρα και ωμόμετρο χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση των βασικών ηλεκτρικών μεγεθών ηλεκτρικής ενέργειας.

Ένα αμπερόμετρο μετρά το ρεύμα που διαρρέει το κύκλωμα.Δεδομένου ότι δεν αλλάζει σε όλη την κλειστή περιοχή, το αμπερόμετρο τοποθετείται οπουδήποτε μεταξύ της πηγής τάσης και του χρήστη, δημιουργώντας ένα πέρασμα φορτίων μέσω της κεφαλής μέτρησης της συσκευής.

Ένα βολτόμετρο χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της τάσης στους ακροδέκτες του χρήστη που είναι συνδεδεμένοι στην πηγή ρεύματος.

Οι μετρήσεις αντίστασης με ωμόμετρο μπορούν να γίνουν μόνο με απενεργοποιημένο τον χρήστη. Αυτό συμβαίνει επειδή το ωμόμετρο εξάγει μια βαθμονομημένη τάση και μετρά το ρεύμα που διαρρέει την κεφαλή δοκιμής, το οποίο μετατρέπεται σε ωμ διαιρώντας την τάση με την τιμή του ρεύματος.

Οποιαδήποτε σύνδεση εξωτερικής τάσης χαμηλής ισχύος κατά τη διάρκεια της μέτρησης θα δημιουργήσει επιπλέον ρεύματα και θα παραμορφώσει το αποτέλεσμα. Λαμβάνοντας υπόψη ότι τα εσωτερικά κυκλώματα του ωμόμετρου είναι χαμηλής ισχύος, τότε σε περίπτωση λανθασμένων μετρήσεων αντίστασης κατά την εφαρμογή εξωτερικής τάσης, η συσκευή αρκετά συχνά αποτυγχάνει λόγω του γεγονότος ότι το εσωτερικό της κύκλωμα καίγεται.

Η γνώση των βασικών χαρακτηριστικών του ρεύματος, της τάσης, της αντίστασης και των σχέσεων μεταξύ τους επιτρέπει στους ηλεκτρολόγους να εκτελούν με επιτυχία την εργασία τους και να χειρίζονται αξιόπιστα τα ηλεκτρικά συστήματα και τα λάθη που γίνονται πολύ συχνά καταλήγουν σε ατυχήματα και τραυματισμούς.