Дејства електричне струје: термичка, хемијска, магнетна, светлосна и механичка

Електрична струја у колу се увек манифестује кроз неку врсту свог деловања. Ово може бити и рад при одређеном оптерећењу и истовремени ефекат струје. Дакле, дејством струје може се судити о њеном присуству или одсуству у датом колу: ако оптерећење ради, постоји струја. Ако се примети типична појава која прати струју, постоји струја у колу итд.

У принципу, електрична струја је у стању да изазове различита дејства: термичка, хемијска, магнетна (електромагнетна), светлосна или механичка, а различите врсте струјног дејства често се јављају истовремено. О овим актуелним појавама и акцијама биће речи у овом чланку.

Топлотни ефекат електричне струје

Када једносмерна или наизменична струја тече кроз жицу, жица се загрева. Такве грејне жице под различитим условима и применама могу бити: метали, електролити, плазма, растопљени метали, полупроводници, полуметали.

У најједноставнијем случају, ако, рецимо, електрична струја прође кроз нихромску жицу, она ће се загрејати. Овај феномен се користи у уређајима за грејање: у електричним чајницима, у котловима, у грејачима, електричним шпоретима итд. Код електролучног заваривања, температура електричног лука обично достиже 7000 ° Ц, а метал се лако топи, ово је такође топлотни ефекат струје.

Количина топлоте која се ослобађа у делу кола зависи од напона примењеног на ову секцију, вредности струје која тече и времена њеног протока (Јоуле-Ленцов закон).

Када конвертујете Охмов закон за део кола, можете користити или напон или струју да бисте израчунали количину топлоте, али тада морате знати отпор кола јер ограничава струју и заправо изазива загревање. Или, знајући струју и напон у колу, исто тако лако можете пронаћи количину произведене топлоте.

Хемијско дејство електричне струје

Електролити који садрже јоне једносмерном електричном струјом електролизовано — ово је хемијско дејство струје. Негативни јони (ањони) се привлаче на позитивну електроду (аноду) током електролизе, а позитивни јони (катјони) привлаче негативну електроду (катоду). То јест, супстанце садржане у електролиту се ослобађају током електролизе на електродама извора струје.

На пример, пар електрода је уроњен у раствор одређене киселине, алкалије или соли, а када електрична струја прође кроз коло, ствара се позитивно наелектрисање на једној електроди, а негативно на другој. Јони садржани у раствору почињу да се таложе на електроди са обрнутим пуњењем.

На пример, током електролизе бакар сулфата (ЦуСО4), катјони бакра Цу2 + са позитивним наелектрисањем прелазе на негативно наелектрисану катоду, где добијају наелектрисање које недостаје, и претварају се у неутралне атоме бакра, таложећи се на површини електроде. Хидроксилна група -ОХ ће донирати електроне аноди и као резултат ће се ослободити кисеоник. Позитивно наелектрисани водоникови катјони Х + и негативно наелектрисани СО42- ањони ће остати у раствору.

Хемијско дејство електричне струје користи се у индустрији, на пример, за разлагање воде на саставне делове (водоник и кисеоник). Такође, електролиза вам омогућава да добијете неке метале у чистом облику. Уз помоћ електролизе, на површину се наноси танак слој одређеног метала (никл, хром) — то је то. галвански премаз итд.

Године 1832. Мајкл Фарадеј је установио да је маса м супстанце ослобођене на електроди директно пропорционална електричном наелектрисању к који је прошао кроз електролит. Ако једносмерна струја И тече кроз електролит за време т, тада се примењује Фарадејев први закон електролизе:

Овде се фактор пропорционалности к назива електрохемијски еквивалент супстанце. Бројчано је једнака маси супстанце која се ослобађа када електрични набој прође кроз електролит, а зависи од хемијске природе супстанце.

Магнетно дејство електричне струје

У присуству електричне струје у било ком проводнику (у чврстом, течном или гасовитом стању), око проводника се примећује магнетно поље, односно проводник који носи струју добија магнетна својства.

Дакле, ако се до жице кроз коју тече струја доведе магнет, на пример у облику игле магнетног компаса, онда ће се игла окренути окомито на жицу, а ако жицу намотате на гвоздено језгро и прођете директно струја кроз жицу, језгро ће постати електромагнет.

Године 1820. Ерстед је открио магнетни ефекат струје на магнетну иглу, а Ампер је установио квантитативне законе магнетне интеракције жица које воде струју.

Магнетно поље увек ствара струја, односно покретна електрична наелектрисања, посебно наелектрисане честице (електрони, јони). Супротне струје се међусобно одбијају, једносмерне струје привлаче једна другу.

Таква механичка интеракција настаје услед интеракције магнетних поља струја, односно то је пре свега магнетна интеракција, а тек онда - механичка. Дакле, магнетна интеракција струја је примарна.

Године 1831. Фарадеј је открио да променљиво магнетно поље из једног кола генерише струју у другом колу: генерисани ЕМФ је пропорционалан брзини промене магнетног флукса. Логично је да се управо магнетно дејство струја користи до данас у свим трансформаторима, не само у електромагнетима (на пример, у индустријским).

Светлосни ефекат електричне струје

У свом најједноставнијем облику, светлосни ефекат електричне струје може се посматрати у лампи са жарном нити, чији се калем загрева струјом која пролази кроз њега до беле топлоте и емитује светлост.

За лампу са жарном нити, светлосна енергија представља око 5% испоручене електричне енергије, од чега се преосталих 95% претвара у топлоту.

Флуоресцентне сијалице ефикасније претварају тренутну енергију у светлост — до 20% електричне енергије се претвара у видљиву светлост захваљујући фосфорима који примају Ултра - љубичасто зрачење од електричног пражњења у пари живе или у инертном гасу као што је неон.

Светлосни ефекат електричне струје се ефикасније реализује у ЛЕД диодама. Када електрична струја прође кроз пн спој у правцу напред, носиоци наелектрисања — електрони и рупе — рекомбинују се са емисијом фотона (због преласка електрона са једног енергетског нивоа на други).

Најбољи емитери светлости су полупроводници са директним зазором (то јест, они у којима су дозвољени директни оптички прелази), као што су ГаАс, ИнП, ЗнСе или ЦдТе. Променом састава полупроводника, ЛЕД диоде се могу направити за све врсте таласних дужина од ултраљубичастих (ГаН) до средње инфрацрвених (ПбС). Ефикасност ЛЕД-а као извора светлости достиже у просеку 50%.

Механичко дејство електричне струје

Као што је горе наведено, сваки проводник кроз који тече електрична струја формира се око себе магнетно поље… Магнетна дејства се претварају у кретање, на пример у електромоторима, у уређајима за магнетно подизање, у магнетним вентилима, у релејима, итд.

Механичко дејство једне струје на другу описује се Амперовим законом. Овај закон је први успоставио Андре Мари Ампере 1820. за једносмерну струју. Од Амперов закон следи да се паралелне жице са електричним струјама које теку у једном правцу привлаче, а оне у супротним смеровима одбијају.

Амперов закон се назива и закон који одређује силу којом магнетно поље делује на мали сегмент проводника са струјом. Сила којом магнетно поље делује на елемент жице са струјом у магнетном пољу је директно пропорционална струји у жици и векторском производу елемента дужине жице и магнетне индукције.

Овај принцип се заснива на рад електромотора, где ротор игра улогу оквира са струјом оријентисаном у спољашњем магнетном пољу статора обртним моментом М.