Шта су напон, струја и отпор: како се користе у пракси

У електротехници, термини "струја", "напон" и "отпор" се користе за описивање процеса који се дешавају у електричним колима. Сваки од њих има своју сврху са специфичним карактеристикама.

Електрична енергија

Реч се користи да карактерише кретање наелектрисаних честица (електрона, рупа, катјона и ањона) кроз одређени медијум супстанце. Правац и број носилаца наелектрисања одређује врсту и јачину струје.

Главне карактеристике струје утичу на њену практичну примену

Предуслов за проток наелектрисања је присуство кола или, другим речима, затворене петље која ствара услове за њихово кретање. Ако се унутар покретних честица формира празнина, њихово усмерено кретање одмах престаје.

Сви прекидачи и заштите који се користе у електроенергетици раде на овом принципу.Они стварају раздвајање између покретних контаката проводних делова и овом акцијом прекидају проток електричне струје, искључујући уређај.

У енергетици, најчешћи метод је стварање електричне струје услед кретања електрона унутар метала направљених у облику жица, гума или других проводних делова.

Поред ове методе, користи се и стварање струје унутра:

1. гасови и електролитичке течности услед кретања електрона или катјона и ањона — јона са позитивним и негативним предзнаком наелектрисања;

2. окружење вакуума, ваздуха и гасова подложно кретању електрона изазвано феноменом термоионског зрачења;

3. полупроводнички материјали услед кретања електрона и рупа.

До струјног удара може доћи када:

• примена спољашње разлике електричног потенцијала на наелектрисане честице;

• грејне жице које тренутно нису суперпроводници;

• ток хемијских реакција у вези са ослобађањем нових супстанци;

• ефекат магнетног поља примењеног на жицу.

Таласни облик електричне струје може бити:

1. константа у виду праве линије на временској линији;

2. променљиви синусни хармоник добро описан основним тригонометријским релацијама;

3. меандар, отприлике налик на синусни талас, али са оштрим, израженим угловима, који се у неким случајевима могу добро изгладити;

4. пулсирајуће, када правац остаје исти без промене, а амплитуда периодично флуктуира од нуле до максималне вредности према добро дефинисаном закону.

Електрична струја може бити корисна особи када:

• претвара се у светлосно зрачење;

• ствара загревање термичких елемената;

• обавља механички рад услед привлачења или одбијања покретних арматура или ротације ротора са погонима учвршћеним у лежајевима;

• генерише електромагнетно зрачење у неким другим случајевима.

Када електрична струја пролази кроз жице, оштећење може бити узроковано:

• прекомерно загревање струјних кола и контаката;

• образовање вртложне струје у магнетним колима електричних машина;

• зрачење електричне енергије електромагнетни таласи у окружењу и неким сличним појавама.

Дизајнери електричних уређаја и програмери различитих кола узимају у обзир наведене могућности електричне струје у својим уређајима. На пример, штетни ефекти вртложних струја у трансформаторима, моторима и генераторима се ублажавају мешањем језгара које се користе за пренос магнетних флукса. Истовремено, вртложна струја се успешно користи за загревање медија у електричним пећницама и микроталасним пећницама које раде на принципу индукције.

Наизменична електрична струја са синусоидним таласним обликом може имати другачију фреквенцију осциловања у јединици времена — секунди. Индустријска фреквенција електричних инсталација у различитим земљама стандардизована је бројевима од 50 или 60 херца. За друге сврхе електротехнике и радио-пословања користе се сигнали:

• нискофреквентни, са нижим вредностима;

• високе фреквенције, значајно превазилазећи опсег индустријских уређаја.

Опште је прихваћено да електрична струја настаје кретањем наелектрисаних честица у одређеном макроскопском медију и назива се струја проводљивости... Међутим, друга врста струје која се зове конвекција може се јавити када се макроскопски наелектрисана тела крећу, на пример, капи кише. .

Како настаје електрична струја у металима

Кретање електрона под утицајем константне силе која се примењује на њих може се упоредити са спуштањем падобранца са отвореном балдахином. У оба случаја добија се равномерно убрзано кретање.

Падобранац се креће услед гравитације према земљи, којој се супротставља сила отпора ваздуха. На електроне утиче сила која се примењује на њих електрично поље, а његово кретање ометају континуирани судари са другим честицама — јонима кристалних решетки, због чега се гаси део дејства примењене силе.

У оба случаја, просечна брзина падобранца и кретање електрона достижу константну вредност.

Ово ствара прилично јединствену ситуацију у којој брзина:

• правилно кретање електрона је одређено вредношћу реда 0,1 милиметар у секунди;

• проток електричне струје одговара много већој вредности — брзини простирања светлосних таласа: око 300 хиљада километара у секунди.

Тако, проток електричне струје настаје када се на електроне примењује напон, и као резултат они почињу да се крећу брзином светлости унутар проводног медијума.

Када се електрони крећу у кристалној решетки метала, јавља се још једна занимљива правилност: судара се са отприлике сваким десетим противјоном.То јест, успешно избегава око 90% судара јона.

Овај феномен се може објаснити не само законима фундаменталне класичне физике, како их обично разуме већина људи, већ и додатним радним законима описаним у теорији квантне механике.

Ако укратко изразимо њихово дејство, онда можемо замислити да је кретање електрона унутар метала отежано тешким „љуљајућим“ великим јонима који пружају додатни отпор.

Овај ефекат је посебно приметан при загревању метала, када се "замах" тешких јона повећава и смањује електричну проводљивост кристалних решетки жица.

Стога, када се метали загревају, њихов електрични отпор се увек повећава, а када се охладе, њихова проводљивост се повећава. Када температура метала падне на критичне вредности близу вредности апсолутне нуле, у многим од њих се јавља феномен суперпроводљивости.

Електрична струја, у зависности од своје вредности, може да ради различите ствари. За квантитативну процену његових могућности узима се вредност која се зове ампеража. Његова величина у међународном мерном систему је 1 ампер Да би се означила тренутна снага у техничкој литератури, усвојен је индекс «И».

Волтажа

Овај термин се користи као карактеристика физичке величине која изражава рад утрошен на преношење електричног наелектрисања испитне јединице са једне тачке на другу без промене природе постављања преосталих наелектрисања на изворе активног поља.

Пошто почетна и завршна тачка имају различите енергетске потенцијале, рад обављен на померању наелектрисања, односно напона, једнак је односу разлике између ових потенцијала.

За израчунавање напона у зависности од струја које теку користе се различити термини и методе. Не може бити:

1. константна — у електростатичким и константним струјним колима;

2. наизменичне — у колима са наизменичном и синусоидном струјом.

За други случај користе се такве додатне карактеристике и врсте стреса као што су:

• амплитуда — највеће одступање од нулте позиције осе апсцисе;

• тренутна вредност, која се изражава у одређеном тренутку;

• ефективна, ефективна или, другачије названа, средња квадратна вредност, одређена активним радом обављеним за једно полупериодо;

• исправљена просечна вредност израчуната по модулу исправљене вредности једног хармонијског периода.

За квантитативну процену напона уведена је међународна јединица од 1 волта и симбол «У» је постао њена ознака.

Приликом транспорта електричне енергије преко надземних водова, дизајн носача и њихове димензије зависе од вредности коришћеног напона. Његова вредност између проводника фаза назива се линеарна и релативна за сваки проводник и фазу уземљења.

Ово правило важи за све врсте авио-компанија.

У домаћим електричним мрежама наше земље стандард је трофазни напон од 380/220 волти.

Електрична отпорност

Термин се користи за карактеризацију особина супстанце да ослаби пролаз електричне струје кроз њу.У овом случају се могу изабрати различита окружења, може се променити температура супстанце или њене димензије.

У ДЦ колима отпор обавља активан рад, због чега се назива активним. За сваку секцију, она је директно пропорционална примењеном напону и обрнуто пропорционална пролазној струји.

Следећи концепти се уводе у шеме наизменичне струје:

• отпор;

• таласни отпор.

Електрична импеданса се такође назива комплексна или компонентна импеданса:

• активан;

• реактиван.

Реактивност, заузврат, може бити:

• капацитивни;

• индуктивни.

Описане су везе између компоненти импедансе отпорног троугла.

У електродинамичком прорачуну, таласна импеданса далековода је одређена односом напона од упадног таласа и вредности струје која пролази дуж таласне линије.

Вредност отпора се узима као међународна мерна јединица од 1 Охм.

Однос струје, напона, отпора

Класичан пример изражавања односа између ових карактеристика је поређење са хидрауличним колом, где сила кретања тока живота (аналогна – величина струје) зависи од вредности силе примењене на клип (насталог напетост) и карактер струјних линија, сачињених од сужења (отпора).

Математичке законе који описују однос електричног отпора, струје и напона први је објавио и патентирао Георг Охм. Извео је законе за цело коло електричног кола и његов пресек. Погледајте овде за више детаља: Примена Омовог закона у пракси

За мерење основних електричних величина електричне енергије користе се амперметри, волтметри и омметри.

Амперметар мери струју која тече кроз коло.Пошто се не мења у целом затвореном простору, амперметар се поставља било где између извора напона и корисника, стварајући пролаз наелектрисања кроз мерну главу уређаја.

Волтметар се користи за мерење напона на терминалима корисника који су повезани са извором струје.

Мерења отпора омметром могу се вршити само када је корисник искључен. То је зато што омметар даје калибрисани напон и мери струју која тече кроз испитну главу, која се претвара у оме дељењем напона са тренутном вредношћу.

Свако повезивање спољног напона мале снаге током мерења ће створити додатне струје и изобличити резултат. С обзиром на то да су унутрашња кола охмметра мале снаге, онда у случају погрешних мерења отпора при примени спољног напона, уређај често поквари због чињенице да његово унутрашње коло прегори.

Познавање основних карактеристика струје, напона, отпора и односа између њих омогућава електричарима да успешно обављају свој посао и поуздано управљају електричним системима, а грешке које се праве врло често завршавају незгодама и повредама.