Električna struja i električni krug. Električna struja: glavne karakteristike i uslovi njenog postojanja Električna struja

Električna struja je usmjereno kretanje nabijenih čestica koje nastaje pod utjecajem električne energije.

Kako se stvara struja?

Električna struja pojavljuje se u tvari pod uvjetom prisustva slobodnih (nevezanih) nabijenih čestica. Nosači naboja mogu biti prisutni u mediju u početku, ili formirani uz pomoć vanjskih faktora (jonizatori, elektromagnetni magnetno polje, temperatura).

U nedostatku električnog polja, njihova kretanja su haotična, a kada su spojene na dvije točke, tvari postaju usmjerene - s jednog potencijala na drugi.

Broj ovakvih čestica utiče - razlikovati provodnike, poluprovodnike, dielektrike,...

Gdje nastaje struja?

Procesi stvaranja električne struje u različitim sredinama imaju svoje karakteristike:

1. U metalima Naboj pokreću slobodne negativno nabijene čestice - elektroni. Prijenos same tvari se ne događa - ioni metala ostaju u svojim čvorovima kristalne rešetke. Kada se zagreju, haotične vibracije jona u blizini ravnotežnog položaja se pojačavaju, što ometa uređeno kretanje elektrona - provodljivost metala se smanjuje.
2. U tečnostima(elektroliti) nosioci naboja su joni - nabijeni atomi i dezintegrirani molekuli čije je nastajanje uzrokovano elektrolitičkom disocijacijom. Uređeno kretanje u ovom slučaju predstavlja njihovo kretanje prema suprotno naelektrisanim elektrodama, na koje se one neutrališu i talože.
   

   Kationi (pozitivni joni) kreću se prema katodi (negativna elektroda), anjoni ( negativni joni) – do anode (pozitivne elektrode). Kako temperatura raste, provodljivost elektrolita raste, kako se povećava broj molekula razloženih na ione.

3. U gasovima pod uticajem razlike potencijala nastaje plazma. Nabijene čestice su joni, pozitivni i negativni, te slobodni elektroni nastali pod utjecajem ionizatora.
4. U vakuumu Električni postoji u obliku toka elektrona koji se kreću od katode do anode.
5. U poluprovodnicima Usmjereno kretanje uključuje kretanje elektrona od jednog atoma do drugog, a rezultirajuća prazna mjesta - rupe, koje se konvencionalno smatraju pozitivnim.
   

   Na niskim temperaturama, poluvodiči imaju svojstva slična izolatorima, budući da su elektroni zauzeti kovalentnim vezama atoma u kristalnoj rešetki.

   Kako temperatura raste, valentni elektroni primaju dovoljno energije da razbiju veze i postanu slobodni. Shodno tome, što je temperatura viša, to je bolja provodljivost poluvodiča.

Pogledajte video ispod sa detaljna priča o električnoj struji:

Https:="">magnetno polje, jonizujuće zračenje.

Https:="">ampermetar.

Jačina struje se mjeri u amperima(A) i predstavlja količinu naelektrisanja koja prolazi kroz poprečni presek provodnog materijala u jedinici vremena. Jedinica struje se zove Amper (A). Jedan amper je jednak omjeru jednog kulona (C) prema jednoj sekundi.

Gustoća struje je omjer snage struje i površine ovog odsjeka. Jedinica mjerenja je Amperi po kvadratnom metru (A/m2).

Ispod je video o jačini električne struje u sklopu školskog programa:

Električna struja

Kako se zove električna struja?

Uređeno (usmjereno) kretanje nabijenih čestica naziva se električna struja. Štaviše, električna struja čija se snaga ne mijenja tokom vremena naziva se konstantnom. Ako se promijeni smjer kretanja struje, mijenja se i promjena. se ponavljaju u istom nizu po veličini i smjeru, tada se takva struja naziva naizmjenična.

Šta uzrokuje i održava uredno kretanje nabijenih čestica?

Električno polje uzrokuje i održava uređeno kretanje nabijenih čestica. Da li električna struja ima određeni smjer?
Ima. Za smjer električne struje uzima se kretanje pozitivno nabijenih čestica.

Da li je moguće direktno posmatrati kretanje naelektrisanih čestica u provodniku?

br. Ali prisutnost električne struje može se suditi prema radnjama i pojavama koje je prate. Na primjer, provodnik po kojem se kreću nabijene čestice se zagrijava, a u prostoru koji okružuje provodnik nastaje magnetsko polje i magnetska igla u blizini vodiča sa električnom strujom se okreće. Osim toga, struja koja prolazi kroz plinove uzrokuje njihov sjaj, a pri prolasku kroz otopine soli, lužina i kiselina, razlaže ih na sastavne dijelove.

Kako se određuje jačina električne struje?

Jačina električne struje određena je količinom električne energije koja prolazi kroz poprečni presjek vodiča u jedinici vremena.
Da bi se odredila jačina struje u strujnom kolu, količina struje koja teče mora se podijeliti s vremenom tokom kojeg je tekla.

Koja je jedinica struje?

Jedinicom jačine struje uzima se jačina konstantne struje koja bi, prolazeći kroz dva paralelna ravna provodnika beskonačne dužine izuzetno malog poprečnog preseka, koja se nalaze na udaljenosti od 1 m jedan od drugog u vakuumu, izazvala između ovih provodnika sila jednaka 2 njutna po metru. Ova jedinica je nazvana Amper u čast francuskog naučnika Amperea.

Koja je jedinica električne energije?

Jedinica za električnu energiju je kulon (Ku), koji prođe u jednoj sekundi pri struji od 1 amper (A).

Koji uređaji mjere jačinu električne struje?

Jačina električne struje mjeri se instrumentima koji se nazivaju ampermetri. Ampermetarska skala je kalibrirana u amperima i frakcijama ampera prema očitanjima preciznih standardnih instrumenata. Jačina struje se računa prema očitanjima strelice koja se kreće duž skale od nulte podjele. Ampermetar je povezan serijski na električni krug pomoću dva terminala ili stezaljki smještenih na uređaju. Šta je električni napon?
Napon električne struje je razlika potencijala između dvije tačke u električnom polju. Ona je jednaka radu koji obavljaju sile električnog polja pri pomicanju pozitivnog naboja jednakog jedinici iz jedne tačke polja u drugu.

Osnovna jedinica napona je volt (V).

Koji uređaj mjeri napon električne struje?

Napon električne struje mjeri se uređajem; rum, koji se zove voltmetar. Voltmetar je priključen paralelno na strujni krug. Formulirajte Ohmov zakon na dijelu kola.

Šta je otpor provodnika?

Otpor provodnika je fizička veličina koja karakteriše svojstva provodnika. Jedinica otpora je Ohm. Štoviše, otpor od 1 Ohma ima žicu u kojoj je uspostavljena struja od 1 A s naponom na krajevima od 1 V.

Da li otpor provodnika zavisi od količine električne struje koja teče kroz njih?

Otpor homogenog metalnog vodiča određene dužine i poprečnog presjeka ne ovisi o veličini struje koja teče kroz njega.

Šta određuje otpor u električnim provodnicima?

Otpor u električnim provodnicima ovisi o dužini vodiča, njegovoj površini poprečnog presjeka i vrsti materijala vodiča (otpornost materijala).

Štoviše, otpor je direktno proporcionalan dužini vodiča, obrnuto proporcionalan površini poprečnog presjeka i ovisi, kao što je gore spomenuto, od materijala vodiča.

Da li otpor provodnika zavisi od temperature?

Da, zavisi. Povećanje temperature metalnog vodiča uzrokuje povećanje brzine toplinskog kretanja čestica. To dovodi do povećanja broja sudara slobodnih elektrona i, posljedično, do smanjenja vremena slobodnog putovanja, zbog čega se smanjuje vodljivost i povećava otpornost materijala.

Temperaturni koeficijent otpornosti čistih metala je približno 0,004 °C, što znači da se njihova otpornost povećava za 4% na svakih 10 °C povećanja temperature.

Kako temperatura u ugljičnom elektrolitu raste, vrijeme slobodnog puta se također smanjuje, dok se koncentracija nosilaca naboja povećava, zbog čega njihov otpor opada s porastom temperature.

Formulirajte Ohmov zakon za zatvoreno kolo.

Jačina struje u zatvorenom kolu jednaka je omjeru elektromotorne sile kola i njegovog ukupnog otpora.

Ova formula pokazuje da jačina struje zavisi od tri veličine: elektromotorne sile E, spoljašnjeg otpora R i unutrašnjeg otpora r. Unutrašnji otpor nema primetan uticaj na jačinu struje ako je mali u odnosu na spoljašnji otpor. U ovom slučaju, napon na stezaljkama izvora struje je približno jednak elektromotornoj sili (EMF).

Šta je elektromotorna sila (EMF)?

Elektromotorna sila je omjer rada koji obavljaju vanjske sile da pomaknu naboj duž strujnog kola do naboja. Kao i razlika potencijala, elektromotorna sila se mjeri u voltima.

Koje sile se nazivaju spoljnim silama?

Sve sile koje djeluju na električno nabijene čestice, s izuzetkom potencijalnih sila elektrostatičkog porijekla (tj. Kulonove), nazivaju se vanjskim silama. Zbog rada ovih sila nabijene čestice dobivaju energiju, a zatim je oslobađaju kada se kreću u vodičima električnog kruga.

Sile treće strane pokreću nabijene čestice unutar izvora struje, generatora, baterije itd.

Kao rezultat toga, na priključcima izvora struje pojavljuju se naboji suprotan znak, a između terminala postoji određena potencijalna razlika. Nadalje, kada se krug zatvori, formiranje površinskih naboja počinje djelovati, stvarajući električno polje u cijelom krugu, koje se pojavljuje kao rezultat činjenice da kada je krug zatvoren, površinski naboj se pojavljuje gotovo odmah na cijelom krugu. površine provodnika. Unutar izvora, naelektrisanja se kreću pod uticajem spoljnih sila protiv sila elektrostatičkog polja (pozitivnih od minusa do plusa), a kroz ostatak kola ih pokreće električno polje.

Rice. 1. Električno kolo: 1- izvor, struja (baterija); 2 - ampermetar; 3 - energetski naslednik (lai pa žarulja); 4 - električne žice; 5 - jednopolni RuSidnik; 6 - osigurači

TO Kategorija: - Operateri kranova i slingers

" Danas želim da se dotaknem teme električne struje. sta je ovo Pokušajmo se prisjetiti školskog programa.

Električna struja je uređeno kretanje nabijenih čestica u vodiču

Ako se sjećate, da bi se nabijene čestice kretale (nastaje električna struja), mora se stvoriti električno polje. Da biste stvorili električno polje, možete izvesti takve elementarne eksperimente kao što je trljanje plastične ručke o vunu i ona će neko vrijeme privlačiti lagane predmete. Tijela sposobna privući predmete nakon trljanja nazivaju se naelektrizirana. Možemo reći da tijelo u ovom stanju ima električni naboj, a sama tijela se nazivaju nabijenim. Iz školskog programa znamo da se sva tijela sastoje od sićušnih čestica (molekula). Molekul je čestica supstance koja se može odvojiti od tela i imaće sva svojstva koja su svojstvena ovom telu. Molekuli složenih tijela nastaju iz različitih kombinacija atoma jednostavnih tijela. Na primjer, molekul vode sastoji se od dva jednostavna: atoma kisika i jednog atoma vodika.

Atomi, neutroni, protoni i elektroni - šta su to?

Zauzvrat, atom se sastoji od jezgra i okreće se oko njega elektrona. Svaki elektron u atomu ima mali električni naboj. Na primjer, atom vodika se sastoji od jezgra oko kojeg rotira elektron. Jezgro atoma se sastoji od protona i neutrona. Jezgro atoma, zauzvrat, ima električni naboj. Protoni koji čine jezgro imaju isti električni naboj i elektrone. Ali protoni, za razliku od elektrona, su neaktivni, ali je njihova masa mnogo puta veća od mase elektrona. Neutronska čestica koja je dio atoma nema električni naboj i neutralna je. Elektroni koji rotiraju oko jezgra atoma i protoni koji čine jezgro su nosioci električnih naboja jednake veličine. Između elektrona i protona uvijek postoji sila međusobnog privlačenja, a između samih elektrona i između protona postoji sila međusobnog odbijanja. Zbog toga elektron ima negativan električni naboj, a proton pozitivan. Iz ovoga možemo zaključiti da postoje 2 vrste električne energije: pozitivna i negativna. Prisutnost jednako nabijenih čestica u atomu dovodi do činjenice da sile međusobnog privlačenja djeluju između pozitivno nabijenog jezgra atoma i elektrona koji rotiraju oko njega, držeći atom zajedno u jednu cjelinu. Atomi se međusobno razlikuju po broju neutrona i protona u svojim jezgrama, zbog čega pozitivni naboj jezgara atoma različitih tvari nije isti. U atomima različitih supstanci broj rotirajućih elektrona nije isti i određen je veličinom pozitivnog naboja jezgra. Atomi nekih supstanci su čvrsto vezani za jezgro, dok kod drugih ova veza može biti mnogo slabija. Ovo objašnjava različite snage tijela. Čelična žica je mnogo jača od bakrene žice, što znači da se čelične čestice jače privlače jedna za drugu od čestica bakra. Privlačnost između molekula posebno je uočljiva kada su blizu jedna drugoj. Najupečatljiviji primjer je da se dvije kapi vode spajaju u jednu nakon kontakta.

Električno punjenje

U atomu bilo koje supstance, broj elektrona koji rotiraju oko jezgra jednak je broju protona sadržanih u jezgru. Električni naboj elektrona i protona jednaki su po veličini, što znači da je negativni naboj elektrona jednak pozitivnom naboju jezgra. Ovi naboji se međusobno poništavaju, a atom ostaje neutralan. U atomu, elektroni stvaraju elektronsku ljusku oko jezgra. Elektronska ljuska i jezgro atoma su u neprekidnom oscilatornom kretanju. Kada se kreću, atomi se sudaraju i iz njih se emituje jedan ili više elektrona. Atom prestaje biti neutralan i postaje pozitivno nabijen. Pošto je njegov pozitivni naboj postao veći od negativnog (slaba veza između elektrona i jezgra - metala i uglja). U drugim tijelima (drvo i staklo) elektronske ljuske nisu oštećene. Jednom odvojeni od atoma, slobodni elektroni se kreću nasumično i mogu biti zarobljeni od strane drugih atoma. Proces pojavljivanja i nestajanja u tijelu odvija se kontinuirano. Sa povećanjem temperature, brzina vibracijskog kretanja atoma raste, sudari postaju sve češći i jači, a povećava se i broj slobodnih elektrona. Međutim, tijelo ostaje električno neutralno, jer se broj elektrona i protona u tijelu ne mijenja. Ako se određena količina slobodnih elektrona ukloni iz tijela, pozitivni naboj postaje veći od ukupnog naboja. Tijelo će biti pozitivno nabijeno i obrnuto. Ako se u tijelu stvori nedostatak elektrona, onda se ono dodatno naplaćuje. Ako postoji višak, negativan je. Što je veći ovaj nedostatak ili višak, veći je električni naboj. U prvom slučaju (više pozitivno nabijenih čestica) tijela se nazivaju provodnici (metali, vodene otopine soli i kiselina), au drugom (nedostatak elektrona, negativno nabijene čestice) dielektrici ili izolatori (ćilibar, kvarc, ebonit) . Za kontinuirano postojanje električne struje, razlika potencijala mora se stalno održavati u vodiču.

Pa, kratak kurs fizike je gotov. Mislim da ste se uz moju pomoć sjetili školskog programa za 7. razred, a kolika je potencijalna razlika pogledat ćemo u sljedećem članku. Vidimo se ponovo na stranicama sajta.

Elektroni ili rupe (provodljivost elektron-rupa). Ponekad se električna struja naziva i struja pomaka, koja nastaje kao rezultat promjene električnog polja tijekom vremena.

Električna struja ima sljedeće manifestacije:

Enciklopedijski YouTube

1 / 5

✪ ELEKTRIČNA STRUJA jačina struje FIZIKA 8. razred

✪ Električna struja

✪ #9 Električna struja i elektroni

✪ Šta je električna struja [Amater Radio TV 2]

✪ ŠTA SE DESI UKOLIKO STRUJNI UDAR

Titlovi

Klasifikacija

Ako se nabijene čestice kreću unutar makroskopskih tijela u odnosu na određeni medij, tada se takva struja naziva električna struja provodljivosti. Ako se makroskopska nabijena tijela (na primjer, nabijene kapi kiše) kreću, tada se ova struja naziva konvekcija .

Postoje direktne i naizmjenične električne struje, kao i razne varijante AC. U takvim konceptima riječ "električni" se često izostavlja.

• Direktna struja - struja čiji se smjer i veličina ne mijenjaju tokom vremena.

Vrtložne struje

Vrtložne struje (Foucaultove struje) su "zatvorene električne struje u masivnom vodiču koje nastaju kada se mijenja magnetni tok koji prodire u njega", stoga su vrtložne struje inducirane struje. Što se brže mijenja magnetni tok, to su jače vrtložne struje. Vrtložne struje ne teku duž određenih staza u žicama, ali kada se zatvore u vodiču, formiraju krugove nalik vrtlogu.

Postojanje vrtložnih struja dovodi do skin efekta, odnosno do činjenice da se naizmjenična električna struja i magnetski tok šire uglavnom u površinskom sloju provodnika. Zagrijavanje provodnika vrtložnim strujama dovodi do gubitaka energije, posebno u jezgrama namotaja naizmjenične struje. Da bi se smanjili gubici energije zbog vrtložnih struja, koristi se dijeljenje magnetskih krugova naizmjenične struje na odvojene ploče, međusobno izolirane i smještene okomito na smjer vrtložnih struja, što ograničava moguće konture njihovih putanja i uvelike smanjuje veličinu ove struje. Na vrlo visokim frekvencijama, umjesto feromagneta, za magnetna kola se koriste magnetodielektrici, u kojima se, zbog vrlo velikog otpora, praktički ne pojavljuju vrtložne struje.

Karakteristike

Istorijski je to prihvaćeno smjer struje poklapa se sa smjerom kretanja pozitivnih naboja u provodniku. Štoviše, ako su jedini nosioci struje negativno nabijene čestice (na primjer, elektroni u metalu), tada je smjer struje suprotan smjeru kretanja nabijenih čestica. .

Brzina drifta elektrona

Otpornost na zračenje je uzrokovana stvaranjem elektromagnetnih valova oko vodiča. Ovaj otpor kompleksno zavisi od oblika i veličine provodnika, kao i od dužine emitovanog talasa. Za jedan ravan provodnik, u kojem je struja svuda istog smjera i jačine, i čija je dužina L znatno manja od dužine elektromagnetnog talasa koji emituje λ (\displaystyle \lambda), ovisnost otpora o talasnoj dužini i provodniku je relativno jednostavna:

Najčešće korištena električna struja sa standardnom frekvencijom od 50 Hz odgovara talasu dužine oko 6 hiljada kilometara, zbog čega je snaga zračenja obično zanemarljiva u poređenju sa snagom toplotnih gubitaka. Međutim, kako se frekvencija struje povećava, duljina emitiranog vala se smanjuje, a snaga zračenja se u skladu s tim povećava. Provodnik koji može emitovati primjetnu energiju naziva se antena.

Frekvencija

Koncept frekvencije se odnosi na naizmjeničnu struju koja povremeno mijenja snagu i/ili smjer. Ovo također uključuje najčešće korištenu struju, koja varira prema sinusoidnom zakonu.

AC period je najkraći vremenski period (izražen u sekundama) kroz koji se ponavljaju promjene struje (i napona). Broj perioda koje struja izvodi po jedinici vremena naziva se frekvencija. Frekvencija se mjeri u hercima, pri čemu jedan herc (Hz) odgovara jednom ciklusu u sekundi.

Bias current

Ponekad se, radi praktičnosti, uvodi koncept struje pomaka. U Maxwellovim jednačinama, struja pomaka je prisutna u jednakim uvjetima sa strujom uzrokovanom kretanjem naelektrisanja. Intenzitet magnetnog polja zavisi od ukupne električne struje, jednake zbiru struje provodljivosti i struje pomaka. Po definiciji, gustina struje pristrasnosti j D → (\displaystyle (\vec (j_(D)))- vektorska veličina proporcionalna brzini promjene električnog polja E → (\displaystyle (\vec (E))) na vrijeme:

Činjenica je da kada se električno polje promijeni, kao i kada teče struja, nastaje magnetsko polje, što ova dva procesa čini sličnima. Osim toga, promjena električnog polja obično je praćena prijenosom energije. Na primjer, prilikom punjenja i pražnjenja kondenzatora, unatoč činjenici da nema kretanja nabijenih čestica između njegovih ploča, oni govore o struji pomaka koja teče kroz njega, prenoseći nešto energije i zatvarajući električni krug na jedinstven način. Bias current I D (\displaystyle I_(D)) u kondenzatoru se određuje formulom:

Gdje Q (\displaystyle Q)- punjenje na pločama kondenzatora, U (\displaystyle U)- potencijalna razlika između ploča, C (\displaystyle C)- kapacitet kondenzatora.

Struja pomaka nije električna struja jer nije povezana s kretanjem električnog naboja.

Glavne vrste provodnika

Za razliku od dielektrika, provodnici sadrže slobodne nosioce nekompenziranih naboja, koji se pod utjecajem sile, obično razlike električnog potencijala, kreću i stvaraju električnu struju. Strujno-naponska karakteristika (ovisnost struje o naponu) je najvažnija karakteristika kondukter. Za metalne vodiče i elektrolite, ima najjednostavniji oblik: jačina struje je direktno proporcionalna naponu (Ohmov zakon).

Metali - ovdje su nosioci struje elektroni provodljivosti, koji se obično smatraju elektronskim plinom, jasno pokazujući kvantna svojstva degeneriranog plina.

Električne struje u prirodi

Električna struja se koristi kao nosilac signala različite složenosti i vrste u različitim oblastima (telefon, radio, kontrolna tabla, dugme brava vrata i tako dalje).

U nekim slučajevima se pojavljuju neželjene električne struje, kao što su lutajuće struje ili struje kratkog spoja.

Upotreba električne struje kao nosioca energije

• dobijanje mehaničke energije u svim vrstama elektromotora,
• dobijanje toplotne energije u uređajima za grejanje, električnim pećima, tokom elektro zavarivanja,
• dobijanje svetlosne energije u rasvetnim i signalnim uređajima,
• pobuđivanje elektromagnetnih oscilacija visoke frekvencije, ultravisoke frekvencije i radio talasa,
• prijem zvuka,
• dobijanje raznih supstanci elektrolizom, punjenje električnih baterija. Ovdje se elektromagnetna energija pretvara u hemijsku energiju,
• stvaranje magnetnog polja (u elektromagnetima).

Upotreba električne struje u medicini

• dijagnostika - biostruje zdravih i bolesnih organa su različite, te je moguće utvrditi bolest, njene uzroke i propisati liječenje. Grana fiziologije koja proučava električne pojave u tijelu naziva se elektrofiziologija.
  • Elektroencefalografija je metoda za proučavanje funkcionalnog stanja mozga.
  • Elektrokardiografija je tehnika za snimanje i proučavanje električnih polja tokom srčane aktivnosti.
  • Elektrogastrografija je metoda za proučavanje motoričke aktivnosti želuca.
  • Elektromiografija je metoda za proučavanje bioelektričnih potencijala koji nastaju u skeletnim mišićima.
• Liječenje i reanimacija: električna stimulacija određenih područja mozga; liječenje Parkinsonove bolesti i epilepsije, također za elektroforezu. Pejsmejker koji impulsnom strujom stimuliše srčani mišić koristi se za bradikardiju i druge srčane aritmije.

Električna sigurnost

Obuhvata pravne, socio-ekonomske, organizacione i tehničke, sanitarno-higijenske, tretmansko-preventivne, rehabilitacione i druge mere. Pravila električne sigurnosti regulisana su pravnim i tehničkim dokumentima, regulatornim i tehničkim okvirom. Poznavanje osnova električne sigurnosti je obavezno za osoblje koje se bavi servisiranjem električnih instalacija i električne opreme. Ljudsko tijelo je provodnik električne struje. Otpornost ljudi sa suvom i netaknutom kožom kreće se od 3 do 100 kOhm.

Struja koja prolazi kroz ljudsko ili životinjsko tijelo proizvodi sljedeće efekte:

• termički (opekotine, zagrijavanje i oštećenje krvnih žila);
• elektrolitički (razgradnja krvi, poremećaj fizičkog i hemijskog sastava);
• biološki (iritacija i ekscitacija tjelesnih tkiva, konvulzije)
• mehanički (pucanje krvnih sudova pod uticajem pritiska pare dobijenog zagrevanjem protokom krvi)

Glavni faktor koji određuje ishod električnog udara je količina struje koja prolazi kroz ljudsko tijelo. Prema sigurnosnim propisima, električna struja se klasificira na sljedeći način:

• sigurno smatra se struja čiji dug prolazak kroz ljudsko tijelo ne uzrokuje štetu i ne uzrokuje nikakve senzacije, njena vrijednost ne prelazi 50 μA (naizmjenična struja 50 Hz) i 100 μA; DC;
• minimalno uočljiv ljudska naizmenična struja je oko 0,6-1,5 mA (50 Hz naizmenična struja) i 5-7 mA jednosmerne struje;
• prag ne puštajući naziva se minimalna struja takve snage da osoba više nije u stanju da silom volje otrgne ruke od dijela koji nosi struju. Za naizmjeničnu struju je oko 10-15 mA, za jednosmjernu struju je 50-80 mA;
• prag fibrilacije naziva se jačina naizmjenične struje (50 Hz) od oko 100 mA i 300 mA jednosmjerne struje, čija izloženost duže od 0,5 s može uzrokovati fibrilaciju srčanih mišića. Ovaj prag se takođe smatra uslovno fatalnim za ljude.

U Rusiji, u skladu sa Pravilima za tehnički rad električnih instalacija potrošača i Pravilima zaštite na radu tokom rada električnih instalacija, uspostavljeno je 5 kvalifikacionih grupa za električnu sigurnost, u zavisnosti od kvalifikacija i iskustva zaposlenog i napon električnih instalacija.

Nemoguće je zamisliti život bez struje savremeni čovek. Volti, Amperi, Vati - ove riječi se čuju kada se govori o uređajima koji rade na struju. Ali šta je električna struja i koji su uslovi za njeno postojanje? O tome ćemo dalje govoriti, pružajući kratko objašnjenje za električare početnike.

Definicija

Električna struja je usmjereno kretanje nosača naboja - ovo je standardna formulacija iz udžbenika fizike. Zauzvrat, nosioci naboja nazivaju se određene čestice materije. Oni mogu biti:

• Elektroni su nosioci negativnog naboja.
• Joni su nosioci pozitivnog naboja.

Ali odakle potiču nosači naboja? Da biste odgovorili na ovo pitanje, morate zapamtiti osnovna znanja o strukturi materije. Sve što nas okružuje je materija, sastoji se od molekula, njenih najmanjih čestica. Molekule se sastoje od atoma. Atom se sastoji od jezgra oko kojeg se elektroni kreću po datim orbitama. Molekuli se takođe kreću nasumično. Kretanje i struktura svake od ovih čestica zavisi od same supstance i uticaja na nju okruženje, kao što su temperatura, napon itd.

Jon je atom čiji se odnos elektrona i protona promijenio. Ako je atom u početku neutralan, onda se ioni, pak, dijele na:

• Anion je pozitivni ion atoma koji je izgubio elektrone.
• Kationi su atom sa "dodatnim" elektronima vezanim za atom.

Jedinica mjerenja struje je Amper, prema kojoj se izračunava pomoću formule:

gdje je U napon, [V], a R otpor, [Ohm].

Ili direktno proporcionalno iznosu prenosa naknade po jedinici vremena:

gdje je Q – naboj, [C], t – vrijeme, [s].

Uslovi za postojanje električne struje

Shvatili smo šta je električna struja, a sada razgovarajmo o tome kako osigurati njen protok. Da bi električna struja tekla, moraju biti ispunjena dva uslova:

1. Prisustvo besplatnih nosača punjenja.
2. Električno polje.

Prvi uslov za postojanje i protok električne energije zavisi od supstance u kojoj struja teče (ili ne teče), kao i od njenog stanja. Drugi uslov je također izvodljiv: za postojanje električnog polja potrebno je prisustvo različitih potencijala između kojih postoji medij u kojem će teći nosioci naboja.

da vas podsjetimo: Napon, EMF je razlika potencijala. Iz toga proizilazi da je za ispunjenje uslova za postojanje struje - prisustvo električnog polja i električne struje potreban napon. To mogu biti ploče napunjenog kondenzatora, galvanski element ili EMF nastao pod utjecajem magnetskog polja (generatora).

Shvatili smo kako nastaje, hajde da pričamo o tome gde je usmerena. Struja, uglavnom u našoj uobičajenoj upotrebi, kreće se u provodnicima (električne instalacije u stanu, žarulje sa žarnom niti) ili u poluprovodnicima (LED, procesor vašeg pametnog telefona i druga elektronika), rjeđe u plinovima (fluorescentne sijalice).

Dakle, glavni nosioci naboja u većini slučajeva su elektroni, oni se kreću od minusa (tačka s negativnim potencijalom) do plusa (tačka s pozitivnim potencijalom, o tome ćete saznati više).

Ali zanimljiva je činjenica da je smjer kretanja struje uzet kao kretanje pozitivnih naboja - od plusa do minusa. Iako se u stvari sve dešava obrnuto. Činjenica je da je odluka o smjeru struje donesena prije proučavanja njene prirode, a također i prije nego što je utvrđeno kako struja teče i postoji.

Električna struja u različitim okruženjima

Već smo spomenuli da se u različitim okruženjima električna struja može razlikovati po vrsti nosioca naboja. Mediji se mogu podijeliti prema prirodi provodljivosti (u opadajućem redoslijedu provodljivosti):

1. Provodnik (metali).
2. Poluprovodnici (silicijum, germanijum, galijum arsenid, itd.).
3. Dielektrik (vakuum, vazduh, destilovana voda).

U metalima

Metali sadrže slobodne nosioce naboja, ponekad se nazivaju i "električni plin". Odakle dolaze besplatni nosači punjenja? Činjenica je da se metal, kao i svaka tvar, sastoji od atoma. Atomi se kreću ili vibriraju na ovaj ili onaj način. Što je temperatura metala viša, to je kretanje jače. U isto vrijeme, sami atomi uglavnom ostaju na svojim mjestima, zapravo formirajući strukturu metala.

U elektronskim omotačima atoma obično postoji nekoliko elektrona čija je veza s jezgrom prilično slaba. Pod uticajem temperatura, hemijske reakcije i interakcijom nečistoća, koje su u svakom slučaju u metalu, elektroni se odvajaju od njihovih atoma i nastaju pozitivno nabijeni ioni. Odvojeni elektroni nazivaju se slobodnim i kreću se haotično.

Ako su pod utjecajem električnog polja, na primjer, ako spojite bateriju na komad metala, haotično kretanje elektrona će postati uredno. Elektroni iz tačke u kojoj je povezan negativni potencijal (katoda galvanske ćelije, na primer) počeće da se kreću ka tački sa pozitivnim potencijalom.

U poluprovodnicima

Poluprovodnici su materijali u kojima u normalnom stanju nema slobodnih nosilaca naboja. Oni su u tzv. zabranjenoj zoni. Ali ako se primjenjuju vanjske sile, kao što su električno polje, toplina, različita zračenja (svjetlo, zračenje, itd.), one savladavaju pojas i prelaze u slobodnu zonu ili pojas provodljivosti. Elektroni se odvajaju od svojih atoma i postaju slobodni, formirajući ione - nosioce pozitivnog naboja.

Pozitivni nosači u poluvodičima nazivaju se rupe.

Ako jednostavno prenesete energiju na poluvodič, na primjer, zagrijete ga, počet će kaotično kretanje nosača naboja. Ali ako govorimo o poluvodičkim elementima, kao što su dioda ili tranzistor, tada će se EMF pojaviti na suprotnim krajevima kristala (na njih se nanosi metalizirani sloj i vodi se lemljuju), ali to se ne odnosi na tema današnjeg članka.

Ako na poluvodič primijenite izvor EMF-a, nosioci naboja će se također pomaknuti u provodni pojas, a počet će i njihovo usmjereno kretanje - rupe će ići u smjeru s nižim električnim potencijalom, a elektroni u smjeru s višim .

U vakuumu i gasu

Vakum je medij sa potpunim (idealan slučaj) odsustvom gasova ili minimiziranom (u stvarnosti) količinom gasa. Pošto nema materije u vakuumu, nema mesta odakle bi došli nosioci naboja. Međutim, protok struje u vakuumu označio je početak elektronike i čitave ere elektronskih elemenata - vakuumskih cijevi. Korišteni su u prvoj polovini prošlog stoljeća, a 50-ih godina počeli su postepeno ustupati mjesto tranzistorima (u zavisnosti od specifičnog područja elektronike).

Pretpostavimo da imamo posudu iz koje je sav gas ispumpan, tj. u njemu je potpuni vakuum. U posudu su postavljene dvije elektrode, nazovimo ih anoda i katoda. Ako negativni potencijal izvora EMF spojimo na katodu, a pozitivni potencijal na anodu, ništa se neće dogoditi i struja neće teći. Ali ako počnemo zagrijavati katodu, struja će početi teći. Ovaj proces se naziva termoionska emisija - emisija elektrona sa zagrijane elektronske površine.

Na slici je prikazan proces strujanja struje u vakuumskoj cijevi. U vakuumskim cijevima, katoda se zagrijava pomoću obližnje niti na slici (H), kao što je u lampi za rasvjetu.

U isto vrijeme, ako promijenite polaritet napajanja - primijenite minus na anodu i primijenite plus na katodu - struja neće teći. Ovo će dokazati da struja u vakuumu teče zbog kretanja elektrona od KATODE do ANODE.

Plin se, kao i svaka tvar, sastoji od molekula i atoma, što znači da ako je plin pod utjecajem električnog polja, tada će se pri određenoj jačini (jonizacijski napon) elektroni odvojiti od atoma, tada će oba uvjeta za protok električne struje će biti zadovoljeni - polje i slobodni mediji.

Kao što je već spomenuto, ovaj proces se naziva jonizacija. Može nastati ne samo od primijenjenog napona, već i od zagrijavanja plina, rendgenskog zračenja, pod utjecajem ultraljubičastog zračenja i drugih stvari.

Struja će teći kroz zrak, čak i ako je gorionik instaliran između elektroda.

Protok struje u inertnim plinovima je praćen luminiscencijom plina. Protok električne struje u plinovitom mediju naziva se plinsko pražnjenje.

U tečnosti

Recimo da imamo posudu s vodom u koju su postavljene dvije elektrode na koje je priključen izvor napajanja. Ako je voda destilirana, odnosno čista i ne sadrži nečistoće, onda je to dielektrik. Ali ako u vodu dodamo malo soli, sumporne kiseline ili bilo koje druge tvari, nastaje elektrolit i kroz njega počinje teći struja.

Elektrolit je tvar koja provodi električnu struju zbog disocijacije na ione.

Ako u vodu dodate bakar sulfat, sloj bakra će se taložiti na jednoj od elektroda (katoda) - to se zove elektroliza, što dokazuje da se električna struja u tekućini odvija zbog kretanja jona - pozitivnih i negativnih. nosioci naboja.

Elektroliza je fizički i hemijski proces koji uključuje odvajanje komponenti koje čine elektrolit na elektrodama.

Tako nastaje bakrovanje, pozlata i premazivanje drugim metalima.

Zaključak

Da rezimiramo, da bi električna struja mogla teći, potrebni su besplatni nosači naboja:

• elektroni u provodnicima (metali) i vakuumu;
• elektroni i rupe u poluvodičima;
• joni (anjoni i kationi) u tečnostima i gasovima.

Da bi kretanje ovih nosača postalo uređeno, potrebno je električno polje. Jednostavnim riječima- dovedite napon na krajeve tijela ili instalirajte dvije elektrode u okruženju u kojem se očekuje da teče električna struja.

Također je vrijedno napomenuti da struja utječe na supstancu na određeni način, postoje tri vrste utjecaja:

• termalni;
• hemijski;
• fizički.

Korisno