Електрична енергија

Шта је електрична струја

Електрицитет — усмерено кретање електрично наелектрисаних честица под ударом електрично поље... Такве честице могу бити: у проводницима - електрони, у електролитима - јони (катјони и ањони), у полупроводницима - електрони и такозване "рупе" ("проводљивост електронских рупа"). Постоји и «пристрасна струја», чији ток настаје због процеса пуњења капацитивности, односно од промене разлике потенцијала између плоча. Између плоча не долази до померања честица, али струја тече кроз кондензатор.

У теорији електричних кола, струја се сматра усмереним кретањем носилаца наелектрисања у проводном медијуму под дејством електричног поља.

Струја проводљивости (само струја) у теорији електричних кола је количина струје која тече у јединици времена кроз попречни пресек жице: и = к /Т, где је и — струја. А; к = 1,6·109 — наелектрисање електрона, С; т — време, с.

Овај израз важи за кола једносмерне струје. За кола наизменичне струје, тзв Тренутна вредност струје једнака брзини промене наелектрисања током времена: и (т) = дк /дт.

Први услов за дуготрајно постојање електричне струје разматраног типа је присуство извора или генератора који одржава разлику потенцијала између носилаца наелектрисања. Други услов је затварање пута. Конкретно, да би постојала једносмерна струја, неопходно је да постоји затворена путања дуж које се наелектрисања могу кретати у колу без промене њихове вредности.

Као што знате, у складу са законом одржања електричних набоја, они се не могу створити или уништити. Према томе, ако је било која запремина простора у којој теку електричне струје окружена затвореном површином, струја која тече у тој запремини мора бити једнака струји која тече из ње.

Више о овоме: Услови за постојање електричне струје

Затворени пут кроз који протиче електрична струја назива се електрично коло или електрично коло. Електрично коло — подељено на два дела: унутрашњи део у коме се електрично наелектрисане честице крећу супротно смеру електростатичких сила и спољашњи део у коме се те честице крећу у правцу електростатичких сила. Крајеви електрода на које је спојено спољашње коло називају се стезаљкама.

Дакле, електрична струја настаје када се на делу електричног кола појави електрично поље, или разлика потенцијала између две тачке на жици. Разлика потенцијала између две тачке електрични круг називају се напон или пад напона у том делу кола.

Уместо израза „струја“ („тренутна количина“), често се користи израз „јачина струје“.Међутим, ово друго се не може назвати успешним, јер јачина струје није никаква сила у буквалном смислу речи, већ само интензитет кретања електричних наелектрисања у проводнику, количина електричне енергије која у јединици времена пролази кроз попречни пут. површина пресека проводника.
Струја је окарактерисана ампеража, која се у СИ систему мери у амперима (А), и густина струје, која се у СИ систему мери у амперима по квадратном метру.

Један ампер одговара кретању кроз попречни пресек жице у једној секунди (с) наелектрисања у количини од једног кулона (Ц):

1А = 1Ц/с.

У општем случају, означавајући струју словом и и наелектрисање к, добијамо:

и = дк / дт.

Јединица струје назива се ампер (А).

Ампер (А) — јачина једносмерне струје која приликом проласка кроз два паралелна права проводника бесконачне дужине и занемарљивог пресека, смештена у вакууму на удаљености од 1 м један од другог, ствара између ових проводника 2·10 -7 Х за сваки метар дужине.

Струја у жици је 1 А ако електрични набој једнак 1 кулону прође кроз попречни пресек жице за 1 с.

Пиринач. 1. Смерно кретање електрона у проводнику

Ако на жицу делује напон, онда унутар жице настаје електрично поље. Са јачином поља Е, на електроне наелектрисања е делује сила ф = Ее. Величине е и Е су векторске величине. Током слободног пута, електрони добијају усмерено кретање заједно са хаотичним. Сваки електрон има негативно наелектрисање и прима компоненту брзине супротну вектору Е (слика 1). Уређено кретање, које карактерише одређена просечна брзина електрона вцп, одређује проток електричне струје.

Електрони могу имати усмерено кретање у ретким гасовима. У електролитима и јонизованим гасовима струја је углавном због кретања јона. У складу са чињеницом да се позитивно наелектрисани јони крећу од позитивног до негативног пола у електролитима, историјски се претпостављало да је смер струје супротан смеру протока електрона.

За правац струје узима се правац кретања позитивно наелектрисаних честица, тј. смер супротном кретању електрона.
У теорији електричних кола, правац струје у пасивном колу (ван извора енергије) узима се као смер кретања позитивно наелектрисаних честица од вишег потенцијала ка нижем. Овај правац је заузет на самом почетку развоја електротехнике и противречи правом смеру кретања носилаца наелектрисања — електрона који се крећу у проводним медијима од минуса ка плусу.

Правац електричне струје у електролиту и слободних електрона у проводнику

Количина једнака односу струје и површине попречног пресека С назива се густина струје: И / С

У овом случају се претпоставља да је струја равномерно распоређена по попречном пресеку жице. Густина струје у жицама се обично мери у А / мм2.

Према врсти носилаца електричних наелектрисања и медијуму њиховог кретања деле се на проводне струје и струје померања... Проводност се дели на електронску и јонску. За стационарне режиме разликују се две врсте струја: директна и наизменична.

Пренос електричног удара назива се појава преноса електричних наелектрисања са наелектрисаних честица или тела која се крећу у слободном простору.Главни тип преноса електричне струје је кретање у шупљини елементарних наелектрисаних честица (кретање слободних електрона у електронским цевима), кретање слободних јона у уређајима за гасно пражњење.

Струја померања (поларизациона струја) назива се уређено кретање придружених носилаца електричних наелектрисања. Ова врста струје се може посматрати у диелектрицима.

Укупна електрична струја — скаларна вредност једнака збиру струје електричне проводљивости, електричне струје преноса и електричне струје померања кроз површину која се разматра.

Константом се назива струја која може да се мења по величини, али не мења свој знак произвољно дуго. Прочитајте више о томе овде: ДЦ

Магнетизирајућа струја — константна микроскопска (амперска) струја, која је разлог постојања унутрашњег магнетног поља магнетизованих супстанци.

Променљиве које се називају струја која се периодично мења и по величини и по знаку. Количина која карактерише наизменичну струју је фреквенција (у СИ систему се мери у херцима), у случају да се њена јачина периодично мења.

Наизменична струја високе фреквенције се помера преко површине жице. Струје високе фреквенције се користе у машинству за топлотну обраду површина делова и заваривање, у металургији за топљење метала. Наизменичне струје се деле на синусоидне и несинусоидне... Синусоидна струја је струја која се мења по хармонијском закону:

и = син вт,

где сам, - вршна (највиша) тренутна вредност, Ах,

Брзина промене наизменичне струје карактерише њена фреквенција, дефинисан као број комплетних понављајућих осцилација у јединици времена.Фреквенција је означена словом ф и мери се у херцима (Хз). Дакле, фреквенција електричне струје од 50 Хз одговара 50 комплетних осцилација у секунди. Угаона фреквенција в је брзина промене струје у радијанима у секунди и повезана је са фреквенцијом једноставним односом:

в = 2пи ф

Стационарне (фиксне) вредности једносмерне и наизменичне струје означавају великим словом И нестационарне (тренутне) вредности - словом и. Обично је позитиван смер струје правац кретања позитивних наелектрисања.

Наизменична струја То је струја која се временом мења по синусоидном закону.

Наизменична струја такође значи струју у конвенционалним једнофазним и трофазним мрежама. У овом случају се параметри наизменичне струје мењају по хармонијском закону.

Пошто се наизменична струја временом мења, једноставна решења погодна за једносмерна кола овде нису директно применљива. На веома високим фреквенцијама, наелектрисања могу да осцилују - да теку са једног места у колу на друго и назад. У овом случају, за разлику од ДЦ кола, струје у серијски повезаним жицама могу бити неједнаке.

Капацитивности присутне у АЦ круговима појачавају овај ефекат. Поред тога, када се струја промени, осећају се ефекти самоиндукције, који постају значајни и на ниским фреквенцијама ако се користе високоиндуктивни калемови.

На релативно ниским фреквенцијама, АЦ коло се још увек може израчунати помоћу Кирхофова правилакоји се међутим мора сходно томе изменити.

Коло које садржи различите отпорнике, индукторе и кондензаторе може се сматрати генерализованим отпорником, кондензатором и индуктором повезаним у серију.

Размотрите својства таквог кола повезаног са синусоидним генератором наизменичне струје. Да бисте формулисали правила за израчунавање наизменичних кола, потребно је да пронађете однос између пада напона и струје за сваку од компоненти таквог кола.

Кондензатор игра потпуно различите улоге у АЦ и ДЦ колима. Ако је, на пример, електрохемијска ћелија повезана са колом, онда кондензатор ће почети да се пунисве док напон у њему не постане једнак емф елемента. Тада ће пуњење престати и струја ће пасти на нулу.

Ако је коло спојено на алтернатор, онда ће у једном полу-циклусу електрони тећи са леве плоче кондензатора и акумулирати се на десној, ау другом - обрнуто.

Ови покретни електрони чине наизменичну струју чија је јачина једнака на обе стране кондензатора. Све док фреквенција наизменичне струје није велика, струја кроз отпорник и индуктор је такође иста.

У уређајима који троше наизменичну струју, наизменична струја се често исправља исправљачи за добијање једносмерне струје.

Проводници за електричну струју

Електрична струја у свим својим облицима је кинетички феномен, аналоган протоку флуида у затвореним хидрауличким системима. По аналогији, процес кретања струје назива се «ток» (струјни токови).

Материјал у коме тече струја назива се диригент... Неки материјали постају суперпроводни на ниским температурама. У овом стању не показују скоро никакав отпор струји, њихов отпор тежи нули.

У свим осталим случајевима, проводник се одупире струјању, и као резултат тога, део енергије електричних честица се претвара у топлоту.Ампеража се може израчунати по Охмов закон за пресек кола и Омов закон за цело коло.

Брзина кретања честица у жицама зависи од материјала жице, масе и наелектрисања честице, температуре околине, примењене потенцијалне разлике и много је мања од брзине светлости. Међутим, брзина простирања саме електричне струје једнака је брзини светлости у датој средини, односно брзини простирања фронта електромагнетног таласа.

Како струја утиче на људско тело

Струја која пролази кроз људско или животињско тело може изазвати електричне опекотине, фибрилацију или смрт. С друге стране, електрична струја се користи у интензивној нези, за лечење менталних болести, посебно депресије, електрична стимулација одређених делова мозга користи се за лечење болести као што су Паркинсонова болест и епилепсија, пејсмејкер који стимулише срчани мишић пулсирајућим струја се користи за брадикардију. Код људи и животиња струја се користи за пренос нервних импулса.

Из безбедносних разлога, минимална пријемна струја за особу је 1 мА. Струја постаје опасна по живот особе почевши од јачине од око 0,01 А. Струја постаје смртоносна за особу почевши од јачине од око 0,1 А. Напон мањи од 42 В сматра се безбедним.