Akım akışının yönü. Akımın nasıl aktığı

Elektrik akımı yüklü parçacıkların düzenli hareketidir. Katılarda bu, elektronların (negatif yüklü parçacıklar) hareketidir; sıvı ve gazlı cisimlerde ise iyonların (pozitif yüklü parçacıklar) hareketidir. Üstelik akım sabit veya alternatif olabilir ve elektrik yüklerinin tamamen farklı hareketlerine sahiptirler. İletkenlerdeki akım hareketi konusunu iyi anlamak ve ustalaşmak için belki de öncelikle elektrofiziğin temellerini daha ayrıntılı olarak anlamanız gerekir. İşte başlayacağım yer burası.

Peki ilk etapta elektrik akımı nasıl akıyor? Maddelerin atomlardan oluştuğu bilinmektedir. Bunlar maddenin temel parçacıklarıdır. Atomun yapısı, atom çekirdeğinin merkezde yer aldığı güneş sistemimize benzer. Sıkıca birbirine bastırılmış protonlardan (pozitif elektriksel parçacıklar) ve nötronlardan (elektriksel olarak nötr parçacıklar) oluşur. Bu çekirdeğin etrafında elektronlar (negatif yüklü daha küçük parçacıklar) yörüngelerinde muazzam bir hızla dönerler. Farklı maddelerin farklı sayıda elektronu ve bunların döndüğü yörüngeleri vardır. Katıların atomları kristal kafes adı verilen bir yapıya sahiptir. Bu, atomların birbirine göre belirli bir sıraya göre düzenlendiği bir maddenin yapısıdır.

Burada elektrik akımı nerede ortaya çıkabilir? Bazı maddelerde (akım iletkenleri) çekirdeklerinden en uzakta bulunan elektronların atomdan ayrılarak komşu bir atoma geçebildiği ortaya çıktı. Elektronların bu hareketine serbest denir. Elektronlar bir madde içinde bir atomdan diğerine kolayca hareket ederler. Ancak bu maddeye (elektrik iletkeni) harici bir elektromanyetik alan bağlanırsa ve böylece bir elektrik devresi oluşturulursa, tüm serbest elektronlar tek yönde hareket etmeye başlayacaktır. Bu tam olarak bir iletkenin içindeki elektrik akımının hareketidir.

Şimdi doğru ve alternatif akımın ne olduğunu bulalım. Yani doğru akım her zaman tek yönde hareket eder. En başta da belirtildiği gibi elektronlar katılarda, iyonlar ise sıvı ve gaz halindeki cisimlerde hareket eder. Elektronlar negatif yüklü parçacıklardır. Sonuç olarak, katılarda elektrik akımı güç kaynağının eksi noktasından artı noktasına doğru akar (elektronlar elektrik devresi boyunca hareket eder). Sıvılarda ve gazlarda, akım aynı anda iki yönde hareket eder veya daha doğrusu aynı anda elektronlar artıya akar ve iyonlar (bir kristal kafesle birbirine bağlanmayan bireysel atomlar, her biri kendi başınadır) eksiye akar. güç kaynağı.

Hareketin artıdan eksiye (gerçekte olanın tam tersi) doğru gerçekleştiği bilim adamları tarafından resmi olarak kabul edildi. Dolayısıyla bilimsel açıdan elektrik akımının artıdan eksiye doğru hareket ettiğini söylemek doğrudur, ancak gerçek açıdan (elektrofiziksel doğa) akımın eksiden artıya doğru aktığına inanmak daha doğrudur (içeride). katılar). Bu muhtemelen kolaylık olsun diye yapıldı.

Şimdi alternatif elektrik akımına gelince. Burada her şey biraz daha karmaşık. Doğru akım durumunda, yüklü parçacıkların hareketi yalnızca bir yöne sahipse (fiziksel olarak eksi işaretli elektronlar artıya doğru akar), o zaman alternatif akımla hareketin yönü periyodik olarak tersine değişir. Muhtemelen normal bir şehir elektrik şebekesinin 220 volt alternatif voltaja ve 50 hertz standart frekansa sahip olduğunu duymuşsunuzdur. Yani bu 50 hertz, elektrik akımının bir saniyede sinüzoidal şekle sahip tam bir döngüyü 50 kez geçmeyi başardığını gösterir. Aslında akımın yönü bir saniyede 100 defaya kadar değişir (bir döngüde iki kez değişir).

Not: Elektrik devrelerinde akımın yönü önemlidir. Çoğu durumda, devre akımın bir yönü için tasarlanmışsa ve onu yanlışlıkla ters yöne değiştirirseniz veya doğru akım yerine alternatif akımı bağlarsanız, büyük olasılıkla cihaz arızalanacaktır. Devrelerde çalışan birçok yarı iletken, akım ters yönde aktığında kırılabilir ve yanabilir. Bu nedenle, elektrik gücünü bağlarken akımın yönüne kesinlikle dikkat etmelisiniz.

Hareket halindeyken şarj edin. Yıldırım gibi ani statik elektrik boşalması şeklini alabilir. Veya jeneratörlerde, pillerde, güneş enerjisinde veya yakıt hücrelerinde kontrollü bir süreç olabilir. Bugün “elektrik akımı” kavramına ve elektrik akımının varoluş koşullarına bakacağız.

Elektrik enerjisi

Kullandığımız elektriğin büyük bir kısmı elektrik şebekesinden alternatif akım şeklinde geliyor. Değişen bir manyetik alanın bir iletkende elektrik akımını indükleyebilmesi nedeniyle Faraday'ın indüksiyon yasasına göre çalışan jeneratörler tarafından yaratılmıştır.

Jeneratörler, dönerken manyetik alanlardan geçen dönen tel bobinlere sahiptir. Bobinler döndükçe manyetik alana göre açılıp kapanırlar ve her dönüşte yönü değişen bir elektrik akımı yaratırlar. Akım saniyede 60 kez ileri geri tam bir döngüden geçer.

Jeneratörler, kömür, doğal gaz, petrol veya nükleer reaktörle ısıtılan buhar türbinleri tarafından çalıştırılabilir. Jeneratörden gelen akım, voltajının arttığı bir dizi transformatörden geçer. Tellerin çapı, aşırı ısınmadan ve enerji kaybı olmadan taşıyabilecekleri akımın miktarını ve yoğunluğunu belirler ve voltaj yalnızca hatların topraktan ne kadar iyi yalıtıldığıyla sınırlıdır.

Akımın iki değil yalnızca bir tel tarafından taşındığını belirtmek ilginçtir. İki tarafı pozitif ve negatif olarak belirlenmiştir. Bununla birlikte, alternatif akımın polaritesi saniyede 60 kez değiştiğinden, sıcak (ana güç hatları) ve toprak (devreyi tamamlamak için yeraltından geçen) gibi başka isimler de taşırlar.

Elektrik akımına neden ihtiyaç duyulur?

Elektrik akımının pek çok kullanım alanı vardır: Evinizi aydınlatabilir, çamaşırlarınızı yıkayıp kurutabilir, garaj kapınızı kaldırabilir, çaydanlıkta suyu kaynatabilir ve hayatımızı kolaylaştıran diğer ev eşyalarının kullanılmasını sağlayabilir. Ancak akımın bilgi iletme yeteneği giderek önem kazanmaktadır.

Bilgisayar internete bağlanırken elektrik akımının yalnızca küçük bir kısmını kullanır, ancak bu, modern insanların onsuz hayatlarını hayal edemeyecekleri bir şeydir.

Elektrik akımı kavramı

Bir nehir akışı, su moleküllerinin akışı gibi, elektrik akımı da yüklü parçacıkların akışıdır. Buna sebep olan şey nedir ve neden her zaman aynı yöne gitmiyor? "Akmak" kelimesini duyduğunuzda aklınıza ne geliyor? Belki bir nehir olacak. Bu iyi bir çağrışımdır çünkü elektrik akımı adını bu nedenle almıştır. Suyun akışına çok benzer, ancak su moleküllerinin bir kanal boyunca hareket etmesi yerine yüklü parçacıklar bir iletken boyunca hareket eder.

Elektrik akımının varlığı için gerekli koşullar arasında elektronların varlığını gerektiren bir nokta vardır. İletken bir malzemedeki atomlar, atomların etrafında ve arasında yüzen bu serbest yüklü parçacıkların çoğuna sahiptir. Hareketleri rastgele olduğundan herhangi bir yönde akış yoktur. Elektrik akımının var olması için ne gereklidir?

Elektrik akımının varlığına ilişkin koşullar voltajın varlığını içerir. Bir iletkene uygulandığında tüm serbest elektronlar aynı yönde hareket ederek bir akım yaratacaktır.

Elektrik akımına meraklı

İlginç olan şu ki, elektrik enerjisi bir iletken aracılığıyla ışık hızında aktarıldığında, elektronlar çok daha yavaş hareket ediyor. Aslında iletken bir telin yanında yavaş yürürseniz hızınız elektronlardan 100 kat daha hızlı olacaktır. Bunun nedeni, birbirlerine enerji aktarmak için çok büyük mesafeler kat etmelerine gerek olmamasıdır.

Doğru ve alternatif akım

Günümüzde doğrudan ve alternatif olmak üzere iki farklı akım türü yaygın olarak kullanılmaktadır. İlkinde elektronlar "negatif" taraftan "pozitif" tarafa doğru tek yönde hareket eder. Alternatif akım, elektronları ileri geri iterek akış yönünü saniyede birkaç kez değiştirir.

Elektrik santrallerinde elektrik üretmek amacıyla kullanılan jeneratörler, alternatif akım üretecek şekilde tasarlanmıştır. Muhtemelen evinizdeki ışıkların mevcut yön değiştiği için titrediğini hiç fark etmemişsinizdir, ancak bu gözlerinizin algılayamayacağı kadar hızlı gerçekleşir.

Doğru elektrik akımının varlığının koşulları nelerdir? Neden her iki türe de ihtiyacımız var ve hangisi daha iyi? Bunlar iyi sorular. Hala her iki akım türünü de kullanıyor olmamız, her ikisinin de belirli amaçlara hizmet ettiğini gösteriyor. 19. yüzyılda, bir enerji santrali ile bir ev arasındaki uzun mesafelerdeki verimli enerji aktarımının ancak çok yüksek voltajlarla mümkün olduğu açıktı. Ancak sorun şuydu ki, gerçekten yüksek voltaj göndermek insanlar için son derece tehlikeliydi.

Bu sorunun çözümü, evin dışındaki gerilimi içeriye göndermeden önce azaltmaktı. Günümüze kadar, doğrudan elektrik akımı, diğer voltajlara kolayca dönüştürülebilme özelliğinden dolayı, uzun mesafeli iletim için kullanılmaktadır.

Elektrik akımı nasıl çalışır?

Elektrik akımının varlığına ilişkin koşullar, yüklü parçacıkların, bir iletkenin ve voltajın varlığını içerir. Birçok bilim adamı elektriği inceledi ve iki tür elektriğin olduğunu keşfetti: statik ve akım.

Devreden geçen elektrik akımını temsil ettiği için herhangi bir kişinin günlük yaşamında büyük rol oynayan ikincisidir. Bunu günlük olarak evlerimize ve çok daha fazlasına güç sağlamak için kullanıyoruz.

Elektrik akımı nedir?

Elektrik yükleri bir devrede bir yerden başka bir yere dolaştığında bir elektrik akımı oluşur. Elektrik akımının varlığına ilişkin koşullar, yüklü parçacıklara ek olarak bir iletkenin varlığını da içerir. Çoğu zaman bu bir teldir. Devresi, akımın güç kaynağından geçtiği kapalı bir devredir. Devre açıkken yolculuğu tamamlayamaz. Örneğin odanızdaki ışık kapalıyken devre açıktır ancak devre kapalıyken ışık açıktır.

Mevcut güç

Bir iletkende elektrik akımının var olma koşulları, güç gibi voltaj özelliklerinden büyük ölçüde etkilenir. Bu, belirli bir süre boyunca ne kadar enerji kullanıldığının ölçüsüdür.

Bu özelliği ifade etmek için kullanılabilecek birçok farklı birim vardır. Ancak elektrik gücü neredeyse watt cinsinden ölçülür. Bir watt saniyede bir joule'e eşittir.

Hareket halindeki elektrik yükü

Elektrik akımının varlığının koşulları nelerdir? Yıldırım gibi ani bir statik elektrik boşalması veya yünlü kumaşın sürtünmesinden kaynaklanan bir kıvılcım şeklinde olabilir. Ancak daha çok elektrik akımından bahsettiğimizde, ışıkların yanmasını ve cihazların çalışmasını sağlayan elektriğin daha kontrollü bir formundan bahsediyoruz. Elektrik yükünün çoğu atom içindeki negatif elektronlar ve pozitif protonlar tarafından taşınır. Bununla birlikte, ikincisi esas olarak atom çekirdeğinin içinde hareketsizdir, bu nedenle yükü bir yerden diğerine aktarma işi elektronlar tarafından yapılır.

Metal gibi iletken bir malzemedeki elektronlar, en yüksek elektron yörüngeleri olan iletim bantları boyunca bir atomdan diğerine hareket etmekte büyük ölçüde serbesttir. Yeterli elektromotor kuvvet veya voltaj, elektronların bir iletken boyunca elektrik akımı şeklinde akmasına neden olabilecek bir yük dengesizliği yaratır.

Suyla bir benzetme yaparsak, örneğin bir boruyu ele alalım. Suyun boruya akmasını sağlamak için bir uçtaki vanayı açtığımızda, o suyun sonuna kadar gitmesini beklemek zorunda kalmıyoruz. Gelen su zaten borunun içinde bulunan suyu ittiği için diğer taraftan neredeyse anında su alıyoruz. Bir telde elektrik akımı olduğunda olan şey budur.

Elektrik akımı: elektrik akımının varlığı için koşullar

Elektrik akımı genellikle elektron akışı olarak düşünülür. Bir pilin iki ucu metal bir tel kullanılarak birbirine bağlandığında, bu yüklü kütle, pilin bir ucundan (elektrot veya kutbundan) diğer ucuna telin içinden geçer. Öyleyse, elektrik akımının varlığının koşullarını adlandıralım:

Yüklü parçacıklar.
Kondüktör.
Voltaj kaynağı.

Ancak her şey o kadar basit değil. Elektrik akımının varlığı için hangi koşullar gereklidir? Bu soruya aşağıdaki özellikler dikkate alınarak daha ayrıntılı bir şekilde cevap verilebilir:

Potansiyel fark (voltaj). Bu zorunlu şartlardan biridir. İki nokta arasında potansiyel bir fark olmalıdır, yani yüklü parçacıkların bir yerde yarattığı itme kuvveti, başka bir noktadaki kuvvetten daha büyük olmalıdır. Gerilim kaynakları kural olarak doğada oluşmaz ve elektronlar ortamda oldukça eşit bir şekilde dağılır. Bununla birlikte, bilim adamları, bu yüklü parçacıkların birikebileceği belirli türdeki cihazları icat etmeyi başardılar, böylece çok gerekli voltajı (örneğin pillerde) yarattılar.
Elektrik direnci (iletken). Bu da elektrik akımının varlığı için gerekli olan ikinci önemli şarttır. Bu, yüklü parçacıkların ilerlediği yoldur. Yalnızca elektronların serbestçe hareket etmesine izin veren malzemeler iletken görevi görür. Bu yeteneğe sahip olmayanlara yalıtkan denir. Örneğin metal bir tel mükemmel bir iletken olurken, kauçuk kılıfı mükemmel bir yalıtkan olacaktır.

Elektrik akımının ortaya çıkışı ve varoluş koşullarını dikkatle inceleyen insanlar, bu güçlü ve tehlikeli unsuru evcilleştirip insanlığın yararına yönlendirmeyi başardılar.

Elektromanyetik alanda parçacıkların, elektrik yükü taşıyıcılarının yönlendirilmiş (sıralı) hareketi.

Farklı maddelerde elektrik akımı nedir? Buna göre hareketli parçacıkları ele alalım:

metallerde - elektronlar,
elektrolitlerde - iyonlar (katyonlar ve anyonlar),
gazlarda - iyonlar ve elektronlar,
belirli koşullar altında bir vakumda - elektronlar,
yarı iletkenlerde - delikler (elektron deliği iletkenliği).

Bazen elektrik alanının zamanla değişmesi sonucu ortaya çıkan elektrik akımına yer değiştirme akımı da denir.

Elektrik akımı kendini şu şekilde gösterir:

iletkenleri ısıtır (süper iletkenlerde bu fenomen gözlenmez);
iletkenin kimyasal bileşimini değiştirir (bu fenomen öncelikle elektrolitlerin karakteristiğidir);
manyetik bir alan yaratır (istisnasız tüm iletkenlerde kendini gösterir).

Yüklü parçacıklar makroskobik cisimlerin içinde belirli bir ortama göre hareket ederse, bu tür bir akıma elektrik "iletim akımı" adı verilir. Eğer makroskobik yüklü cisimler (örneğin yüklü yağmur damlaları) hareket ediyorsa bu akıma “konveksiyon” denir.

Akımlar doğrudan ve alternatif olarak ikiye ayrılır. Ayrıca her türlü alternatif akım var. Akım türlerini tanımlarken “elektrik” kelimesi atlanmıştır.

DC- yönü ve büyüklüğü zamanla değişmeyen bir akım. Tek yönlü olan, örneğin düzeltilmiş bir değişken gibi titreşimli bir değişken olabilir.
Alternatif akım- zamanla değişen elektrik akımı. Alternatif akım, doğrudan olmayan herhangi bir akımı ifade eder.
Periyodik akım- anlık değerleri düzenli aralıklarla değişmeden tekrarlanan elektrik akımı.
Sinüzoidal akım- zamanın sinüzoidal bir fonksiyonu olan periyodik elektrik akımı. Alternatif akımlar arasında en önemlisi, değeri sinüzoidal yasaya göre değişen akımdır. Herhangi bir periyodik sinüzoidal olmayan akım, karşılık gelen genliklere, frekanslara ve başlangıç fazlarına sahip sinüzoidal harmonik bileşenlerin (harmonikler) bir kombinasyonu olarak temsil edilebilir. Bu durumda, iletkenin her bir ucunun elektrostatik potansiyeli, iletkenin diğer ucunun potansiyeline göre dönüşümlü olarak pozitiften negatife ve tersi yönde değişir ve tüm ara potansiyellerden (sıfır potansiyel dahil) geçer. Sonuç olarak, sürekli yön değiştiren bir akım ortaya çıkar: bir yönde hareket ederken artar, genlik değeri adı verilen maksimuma ulaşır, sonra azalır, bir noktada sıfıra eşit olur, sonra tekrar artar, ancak farklı bir yönde ve ayrıca maksimum değere ulaşır, azalır ve sonra tekrar sıfıra geçer, ardından tüm değişikliklerin döngüsü devam eder.
Yarı sabit akım- doğru akım yasalarının yeterli doğrulukla karşılandığı anlık değerler için nispeten yavaş değişen bir alternatif akım. Bu yasalar Ohm yasası, Kirchhoff kuralları ve diğerleridir. Yarı-sabit akım, doğru akım gibi, dallanmamış bir devrenin tüm bölümlerinde aynı akım gücüne sahiptir. Ortaya çıkan e nedeniyle yarı-sabit akım devreleri hesaplanırken. d.s. kapasitans ve endüktans indüksiyonları toplu parametreler olarak dikkate alınır. Sıradan endüstriyel akımlar, hat boyunca yarı durağanlık koşulunun karşılanmadığı uzun mesafeli iletim hatlarındaki akımlar dışında yarı sabittir.
Yüksek frekanslı akım- Elektromanyetik dalgaların radyasyonu ve elektromanyetik dalgaların yayılması gibi gerekli önlemlerin alındığı, kullanımını belirleyen faydalı veya zararlı olayların önemli hale geldiği alternatif akım (yaklaşık onlarca kHz'lik bir frekanstan başlayarak) cilt etkisi. Ek olarak, alternatif akım radyasyonunun dalga boyu, elektrik devresi elemanlarının boyutlarıyla karşılaştırılabilir hale gelirse, bu tür devrelerin hesaplanması ve tasarımında özel yaklaşımlar gerektiren yarı-sabit durum ihlal edilir.
Titreşimli akım bir periyot boyunca ortalama değeri sıfırdan farklı olan periyodik bir elektrik akımıdır.
Tek yönlü akım- Bu, yönünü değiştirmeyen bir elektrik akımıdır.

girdap akımları

Girdap akımları (veya Foucault akımları), büyük bir iletkende, içinden geçen manyetik akı değiştiğinde ortaya çıkan kapalı elektrik akımlarıdır, bu nedenle girdap akımları indüklenen akımlardır. Manyetik akı ne kadar hızlı değişirse girdap akımları da o kadar güçlü olur. Girdap akımları tellerde belirli yollar boyunca akmaz, ancak iletkende kapandıklarında girdap benzeri devreler oluştururlar.

Girdap akımlarının varlığı cilt etkisine, yani alternatif elektrik akımının ve manyetik akının esas olarak iletkenin yüzey katmanında yayılmasına yol açar. İletkenlerin girdap akımlarıyla ısıtılması, özellikle AC bobinlerin çekirdeklerinde enerji kayıplarına yol açar. Girdap akımlarından kaynaklanan enerji kayıplarını azaltmak için, alternatif akım manyetik devrelerinin, birbirlerinden izole edilmiş ve girdap akımlarının yönüne dik olarak yerleştirilmiş, yollarının olası hatlarını sınırlayan ve büyüklüğü büyük ölçüde azaltan ayrı plakalara bölünmesini kullanırlar. bu akımlardan. Çok yüksek frekanslarda, ferromıknatıslar yerine manyetodielektrikler, çok yüksek direnç nedeniyle girdap akımlarının pratikte ortaya çıkmadığı manyetik devreler için kullanılır.

Özellikler

Tarihsel olarak """akımın yönünün""" iletkendeki pozitif yüklerin hareket yönüyle örtüştüğü kabul ediliyordu. Ayrıca, eğer akım taşıyıcıları yalnızca negatif yüklü parçacıklar ise (örneğin, bir metaldeki elektronlar), o zaman akımın yönü, yüklü parçacıkların hareket yönünün tersi olacaktır.

Elektronların sürüklenme hızı

İletkenlerdeki parçacıkların dış bir alanın neden olduğu yönsel hareketinin sürüklenme hızı, iletkenin malzemesine, parçacıkların kütlesine ve yüküne, çevre sıcaklığına, uygulanan potansiyel farkına bağlıdır ve ışık hızından çok daha azdır. Bir iletkendeki elektronlar düzenli hareket nedeniyle 1 saniyede 0,1 mm'den daha az hareket eder. Buna rağmen elektrik akımının yayılma hızı ışık hızına (elektromanyetik dalga cephesinin yayılma hızı) eşittir. Yani elektronların voltaj değişiminden sonra hareket hızını değiştirdiği yer, elektromanyetik salınımların yayılma hızıyla birlikte hareket eder.

Akım gücü ve yoğunluğu

Elektrik akımının niceliksel özellikleri vardır: skaler - akım gücü ve vektör - akım yoğunluğu.

Mevcut güç a, yük miktarının oranına eşit fiziksel bir miktardır

Bir süredir geçmiş

iletkenin kesiti boyunca bu sürenin değerine kadar.

SI'daki mevcut güç amper cinsinden ölçülür (uluslararası ve Rusya tanımı: A).

Ohm kanununa göre mevcut güç

Devrenin bir bölümündeki elektrik voltajıyla doğru orantılıdır

devrenin bu bölümüne uygulanır ve direnciyle ters orantılıdır

Devrenin bir bölümündeki elektrik akımı sabit değilse, voltaj ve akım sürekli değişirken sıradan alternatif akım için ortalama voltaj ve akım değerleri sıfırdır. Ancak bu durumda açığa çıkan ısının ortalama gücü sıfıra eşit değildir.

Bu nedenle aşağıdaki kavramlar kullanılmaktadır:

anlık voltaj ve akım, yani zamanın belirli bir anında hareket eden.
genlik voltajı ve akımı, yani maksimum mutlak değerler
etkili (etkili) voltaj ve akım, akımın termal etkisi ile belirlenir, yani aynı termal etkiye sahip doğru akım için sahip oldukları değerlerle aynıdır.

Akım Yoğunluğu- mutlak değeri, iletkenin belirli bir bölümünden akan akımın gücünün, akımın yönüne dik olarak bu bölümün alanına ve yönüne oranına eşit olan bir vektör vektör, akımı oluşturan pozitif yüklerin hareket yönü ile çakışmaktadır.

Ohm'un diferansiyel formdaki yasasına göre ortamdaki akım yoğunluğu

elektrik alan kuvvetiyle orantılı

ve orta iletkenlik

Güç

Bir iletkende akım olduğu zaman direnç kuvvetlerine karşı iş yapılır. Herhangi bir iletkenin elektrik direnci iki bileşenden oluşur:

aktif direnç - ısı oluşumuna karşı direnç;
reaktans - enerjinin bir elektrik veya manyetik alana (ve tersi) aktarılmasından kaynaklanan direnç.

Tipik olarak elektrik akımının yaptığı işin çoğu ısı olarak açığa çıkar. Isı kaybı gücü, birim zamanda açığa çıkan ısı miktarına eşit bir değerdir. Joule-Lenz yasasına göre bir iletkendeki ısı kaybının gücü, akan akımın gücü ve uygulanan voltajla orantılıdır:

Güç watt cinsinden ölçülür.

Sürekli bir ortamda hacimsel kayıp gücü

akım yoğunluk vektörünün skaler çarpımı ile belirlenir

ve elektrik alan kuvveti vektörü

Bu noktada:

Hacimsel güç metreküp başına watt cinsinden ölçülür.

Radyasyon direnci, bir iletkenin etrafında elektromanyetik dalgaların oluşmasından kaynaklanır. Bu direnç karmaşık bir şekilde iletkenin şekline, boyutuna ve yayılan dalganın uzunluğuna bağlıdır. Akımın her yerde aynı yön ve kuvvette olduğu ve L uzunluğunun, kendisi tarafından yayılan elektromanyetik dalganın uzunluğundan önemli ölçüde daha az olduğu tek bir düz iletken için

Direncin dalga boyuna ve iletkene bağımlılığı nispeten basittir:

Standart frekansı 50 "Hz" olan en yaygın kullanılan elektrik akımı, yaklaşık 6 bin kilometrelik bir dalga uzunluğuna karşılık gelir, bu nedenle radyasyon gücü, termal kayıpların gücüne kıyasla genellikle ihmal edilebilir düzeydedir. Ancak akımın frekansı arttıkça yayılan dalganın uzunluğu azalır ve buna bağlı olarak radyasyon gücü de artar. Fark edilebilir enerji yayabilen iletkene anten denir.

Sıklık

Frekans kavramı periyodik olarak gücünü ve/veya yönünü değiştiren alternatif akımı ifade eder. Bu aynı zamanda sinüzoidal yasaya göre değişen en yaygın kullanılan akımı da içerir.

AC periyodu, akımdaki (ve voltajdaki) değişikliklerin tekrarlandığı en kısa süredir (saniye cinsinden ifade edilir). Akımın birim zamanda gerçekleştirdiği periyot sayısına frekans denir. Frekans hertz cinsinden ölçülür, bir hertz (Hz) saniyede bir döngüye eşittir.

Önyargı akımı

Bazen kolaylık sağlamak için yer değiştirme akımı kavramı tanıtılır. Maxwell denklemlerinde yer değiştirme akımı, yüklerin hareketinin neden olduğu akımla eşit şartlarda mevcuttur. Manyetik alanın yoğunluğu, iletim akımı ve yer değiştirme akımının toplamına eşit olan toplam elektrik akımına bağlıdır. Tanım olarak öngerilim akım yoğunluğu

Elektrik alanının değişim hızıyla orantılı vektör miktarı

zamanında:

Gerçek şu ki, elektrik alanı değiştiğinde ve akım aktığında, bu iki süreci birbirine benzer kılan bir manyetik alan üretilir. Ayrıca elektrik alanındaki değişime genellikle enerji aktarımı da eşlik eder. Örneğin, bir kondansatörü şarj ederken ve boşaltırken, yüklü parçacıkların plakaları arasında hareketi olmamasına rağmen, içinden akan bir yer değiştirme akımından, bir miktar enerji aktardığından ve elektrik devresini benzersiz bir şekilde kapattığından söz ederler. Önyargı akımı

bir kapasitörde aşağıdaki formülle belirlenir:

Kapasitör plakalarındaki şarj

Plakalar arasındaki elektrik voltajı,

Bir kapasitörün elektrik kapasitansı.

Yer değiştirme akımı bir elektrik akımı değildir çünkü bir elektrik yükünün hareketiyle ilişkili değildir.

Ana iletken türleri

Dielektriklerden farklı olarak iletkenler, genellikle bir elektriksel potansiyel farkı olan bir kuvvetin etkisi altında hareket eden ve bir elektrik akımı oluşturan telafi edilmemiş yüklerin serbest taşıyıcılarını içerir. Akım-gerilim karakteristiği (akımın gerilime bağımlılığı) bir iletkenin en önemli özelliğidir. Metal iletkenler ve elektrolitler için en basit biçime sahiptir: akım gücü, voltajla doğru orantılıdır (Ohm yasası).

Metaller - burada mevcut taşıyıcılar, genellikle bir elektron gazı olarak kabul edilen ve dejenere bir gazın kuantum özelliklerini açıkça sergileyen iletim elektronlarıdır.

Plazma iyonize bir gazdır. Elektrik yükü, radyasyonun (ultraviyole, x-ışını ve diğerleri) ve (veya) ısıtmanın etkisi altında oluşan iyonlar (pozitif ve negatif) ve serbest elektronlar tarafından aktarılır.

Elektrolitler, iyonların gözle görülür herhangi bir konsantrasyonda mevcut olduğu ve elektrik akımının geçişine neden olan sıvı veya katı maddeler ve sistemlerdir. İyonlar elektrolitik ayrışma süreciyle oluşur. Isıtıldığında iyonlara ayrışan molekül sayısındaki artış nedeniyle elektrolitlerin direnci azalır. Akımın elektrolitten geçmesi sonucunda iyonlar elektrotlara yaklaşır ve nötralize edilerek üzerlerine yerleşir. Faraday'ın elektroliz yasaları elektrotlara salınan maddenin kütlesini belirler.

Elektron ışını cihazlarında kullanılan, vakumda elektronların elektrik akımı da vardır.

Doğadaki elektrik akımları

Atmosfer elektriği havada bulunan elektriktir. Benjamin Franklin, havada elektriğin varlığını gösteren, gök gürültüsü ve şimşeklerin nedenini açıklayan ilk kişiydi.

Daha sonra elektriğin üst atmosferdeki buharların yoğunlaşmasında biriktiği tespit edildi ve atmosferik elektriğin aşağıdaki yasalara uygun olduğu belirtildi:

Bulutlu bir gökyüzünün yanı sıra açık bir gökyüzünde de, gözlem alanından belli bir mesafede yağmur, dolu veya kar yağmadığı sürece atmosferin elektriği her zaman pozitiftir;
Bulut elektriğinin voltajı, ancak bulut buharları yağmur damlalarına dönüştüğünde ortamdan salınacak kadar güçlü hale gelir; bunun kanıtı, gözlem alanında yağmur, kar veya dolu olmadan yıldırım deşarjlarının meydana gelmemesidir. yıldırım düşmesine dönüş;
nem arttıkça atmosferik elektrik artar ve yağmur, dolu ve kar yağdığında maksimuma ulaşır;
yağmurun yağdığı yer, pozitif bir elektrik kuşağıyla çevrelenmiş, negatif bir kuşakla çevrelenmiş bir pozitif elektrik deposudur. Bu kuşakların sınırlarında gerilim sıfırdır.

İyonların elektrik alan kuvvetlerinin etkisi altındaki hareketi, atmosferde ortalama yoğunluğu yaklaşık (2÷3) 10 −12 A/m² olan dikey bir iletim akımı oluşturur.

Dünyanın tüm yüzeyinden akan toplam akım yaklaşık 1800 A'dır.

Yıldırım, doğal kıvılcım oluşturan bir elektrik deşarjıdır. Auroraların elektriksel doğası belirlendi. Aziz Elmo Ateşi doğal bir korona elektrik deşarjıdır.

Biyoakımlar - iyonların ve elektronların hareketi tüm yaşam süreçlerinde çok önemli bir rol oynar. Bu şekilde yaratılan biyopotansiyel hem hücre içi düzeyde hem de vücudun ve organların ayrı ayrı kısımlarında mevcuttur. Sinir uyarılarının iletimi elektrokimyasal sinyaller kullanılarak gerçekleşir. Bazı hayvanlar (elektrikli vatozlar, elektrikli yılan balıkları) birkaç yüz voltluk potansiyel biriktirme yeteneğine sahiptir ve bunu nefsi müdafaa için kullanırlar.

Başvuru

Elektrik akımı incelenirken, insan faaliyetinin çeşitli alanlarında pratik uygulama bulmayı ve hatta elektrik akımı olmadan imkansız olacak yeni alanlar yaratmayı mümkün kılan birçok özelliği keşfedildi. Elektrik akımının pratik uygulaması bulunduktan sonra ve elektrik akımının çeşitli yollarla elde edilebilmesi nedeniyle endüstriyel alanda yeni bir kavram ortaya çıktı: elektrik gücü.

Elektrik akımı, farklı alanlarda (telefon, radyo, kontrol paneli, kapı kilitleme düğmesi vb.) değişen karmaşıklık ve türdeki sinyallerin taşıyıcısı olarak kullanılır.

Bazı durumlarda başıboş akımlar veya kısa devre akımları gibi istenmeyen elektrik akımları ortaya çıkar.

Elektrik akımının enerji taşıyıcısı olarak kullanılması

Her türlü elektrik motorunda mekanik enerji elde edilmesi,
ısıtma cihazlarında, elektrikli fırınlarda, elektrik kaynağı sırasında termal enerji elde edilmesi,
Aydınlatma ve sinyalizasyon cihazlarında ışık enerjisinin elde edilmesi,
yüksek frekans, ultra yüksek frekans ve radyo dalgalarının elektromanyetik salınımlarının uyarılması,
ses alma,
elektroliz yoluyla çeşitli maddelerin elde edilmesi, elektrik pillerinin şarj edilmesi. Burada elektromanyetik enerji kimyasal enerjiye dönüştürülür.
manyetik alan yaratmak (elektromıknatıslarda).

Elektrik akımının tıpta kullanımı

teşhis - sağlıklı ve hastalıklı organların biyoakımları farklıdır ve hastalığı, nedenlerini belirlemek ve tedaviyi reçete etmek mümkündür. Vücuttaki elektriksel olayları inceleyen fizyoloji dalına elektrofizyoloji denir.
- Elektroensefalografi, beynin fonksiyonel durumunu incelemek için kullanılan bir yöntemdir.
- Elektrokardiyografi, kalp aktivitesi sırasında elektrik alanlarını kaydetmek ve incelemek için kullanılan bir tekniktir.
- Elektrogastrografi midenin motor aktivitesini incelemek için kullanılan bir yöntemdir.
- Elektromiyografi, iskelet kaslarında ortaya çıkan biyoelektrik potansiyelleri incelemek için kullanılan bir yöntemdir.
Tedavi ve canlandırma: Beynin belirli bölgelerinin elektriksel olarak uyarılması; Parkinson hastalığının ve epilepsi tedavisinin yanı sıra elektroforez için de kullanılır. Kalp kasını atımlı bir akımla uyaran kalp pili, bradikardi ve diğer kardiyak aritmiler için kullanılır.

elektrik güvenliği

Yasal, sosyo-ekonomik, organizasyonel ve teknik, sıhhi ve hijyenik, tedavi ve önleyici, rehabilitasyon ve diğer önlemleri içerir. Elektrik güvenliği kuralları yasal ve teknik belgeler, düzenleyici ve teknik çerçeve ile düzenlenmektedir. Elektrik tesisatlarına ve elektrikli ekipmanlara bakım yapan personel için elektrik güvenliğinin temellerini bilmek zorunludur. İnsan vücudu elektrik akımının iletkenidir. Kuru ve sağlam ciltte insanın direnci 3 ila 100 kOhm arasında değişir.

Bir insan veya hayvan vücudundan geçen bir akım aşağıdaki etkileri yaratır:

termal (yanıklar, ısınma ve kan damarlarında hasar);
elektrolitik (kanın ayrışması, fiziksel ve kimyasal bileşimin bozulması);
biyolojik (vücut dokularının tahrişi ve uyarılması, kasılmalar)
mekanik (kan akışıyla ısıtılarak elde edilen buhar basıncının etkisi altında kan damarlarının yırtılması)

Elektrik çarpmasının sonucunu belirleyen ana faktör, insan vücudundan geçen akımın miktarıdır. Güvenlik önlemlerine göre elektrik akımı şu şekilde sınıflandırılır:

“güvenli”, insan vücudundan uzun süreli geçişi kendisine zarar vermeyen ve herhangi bir his vermeyen, değeri 50 μA'yı (alternatif akım 50 Hz) ve 100 μA doğru akımı aşmayan bir akım olarak kabul edilir;
İnsanlar için "algılanabilen minimum" alternatif akım yaklaşık 0,6-1,5 mA (50 Hz alternatif akım) ve 5-7 mA doğru akımdır;
“Serbest bırakılmayan” eşik, bir kişinin artık irade gücüyle ellerini akım taşıyan kısımdan ayıramayacağı kadar güçlü olan minimum akımdır. Alternatif akım için yaklaşık 10-15 mA, doğru akım için 50-80 mA'dır;
"Fibrilasyon eşiği", yaklaşık 100 mA'lik bir alternatif akım (50 Hz) gücü ve 300 mA'lık bir doğru akımdır; bunun etkisi, 0,5 saniyeden uzun süre boyunca kalp kaslarında fibrilasyona neden olabilir. Bu eşik aynı zamanda insanlar için şartlı olarak ölümcül kabul edilir.

Rusya'da, tüketicilerin elektrik tesisatlarının teknik işletimine ilişkin Kurallara uygun olarak (13 Ocak 2003 tarihli ve 6 sayılı Rusya Federasyonu Enerji Bakanlığı Emri “Elektrik tesisatlarının teknik işletimine ilişkin Kuralların onaylanması üzerine) Tüketiciler”) ve elektrik tesisatlarının işletimi sırasında işgücünün korunmasına ilişkin Kurallar (27 Aralık 2000 tarihli Rusya Federasyonu Enerji Bakanlığı Emri N 163 “İşletmenin İşgücünün Korunmasına İlişkin Endüstrilerarası Kuralların (Güvenlik Kuralları) onaylanması üzerine) Elektrik Tesisatları") kapsamında, çalışanın vasıf ve tecrübesi ile elektrik tesisatlarının voltajına bağlı olarak elektrik güvenliğine yönelik 5 yeterlilik grubu oluşturulmuştur.

Notlar

Baumgart K.K., Elektrik akımı.
GİBİ. Kasatkin. Elektrik Mühendisliği.
GÜNEY. Sindeev. Elektronik elemanlarla elektrik mühendisliği.

AA piline bir LED bağlayalım, polarite doğruysa yanacaktır. Akım hangi yönde kurulacak? Artık artıdan eksiye bunu herkes biliyor. Ve bu nedenle pilin içinde eksiden artıya doğru - bu kapalı elektrik devresindeki akım sabittir.

Bir devredeki akımın yönü genellikle pozitif yüklü parçacıkların hareket yönü olarak kabul edilir, ancak metallerde hareket eden elektronlardır ve bildiğimiz gibi bunlar negatif yüklüdür. Bu, gerçekte "akımın yönü" kavramının bir gelenek olduğu anlamına gelir. Hadi çözelim neden elektronlar devrede eksiden artıya doğru akarken çevredeki herkes akımın artıdan eksiye doğru aktığını söylüyor. Neden bu kadar saçmalık?

Cevap elektrik mühendisliğinin gelişim tarihinde yatmaktadır. Franklin elektrik teorisini geliştirdiğinde, onun hareketinin bir cisimden diğerine akıyormuş gibi görünen bir sıvının hareketine benzediğini düşünüyordu. Elektrik sıvısının fazla olduğu yerde, oradan az olduğu yöne doğru akar.

Bu nedenle Franklin, aşırı miktarda elektrik sıvısı olan gövdelere (şartlı olarak!) pozitif elektrik verilmiş, elektrik sıvısı eksikliği olan gövdelere ise negatif elektrik verilmiş adını vermiştir. Hareket fikri buradan doğdu. Pozitif yük, sanki iletişim halindeki damarlardan oluşan bir sistem aracılığıyla yüklü bir cisimden diğerine akar.

Daha sonra Fransız araştırmacı Charles Dufay, deneylerinde sadece sürtünen cisimlerin değil, sürtünen cisimlerin de yüklendiğini ve temas halinde her iki cismin yüklerinin nötralize edildiğini tespit etti. Aslında birbirleriyle etkileşime girdiğinde birbirini nötralize eden iki ayrı tür elektrik yükünün olduğu ortaya çıktı. Bu iki elektrik teorisi, Franklin'in teorisindeki bir şeyin tamamen doğru olmadığına ikna olan Franklin'in çağdaşı Robert Simmer tarafından geliştirildi.

İskoç fizikçi Robert Simmer iki çift çorap giyiyordu: yalıtımlı yünlü çoraplar ve üstte ikinci bir çift ipek çorap. Bacağından iki çorabı birden çıkarıp, bir çorabı diğerinden çıkardığında şu tabloyu gördü: Yünlü ve ipekli çoraplar şişerek bacağının şeklini alıyor ve aniden birbirine yapışıyor. Aynı zamanda yün ve ipek gibi aynı malzemeden yapılan çoraplar birbirini iter.

Simmer bir elinde iki ipek çorap, diğer elinde ise iki yün çorap tutuyorsa, ellerini bir araya getirdiğinde, aynı malzemeden çorapların itilmesi ve farklı malzemelerden yapılmış çorapların çekilmesi aralarında ilginç bir etkileşime yol açtı: farklı çoraplar birbirinin üzerine atlıyor ve bir top halinde dolanmış gibiydi.

Kendi çoraplarının davranışını gözlemleyen Robert Simmer, her vücutta bir değil iki elektrik sıvısının (pozitif ve negatif) vücutta eşit miktarlarda bulunduğu sonucuna vardı. İki cismi ovalarken, biri bir vücuttan diğerine geçebilir, o zaman bir vücutta sıvılardan birinde fazlalık, diğerinde ise eksikliği olacaktır. Her iki cisim de zıt işaretli elektrikle elektriklenecek.

Bununla birlikte, elektrostatik olaylar hem Franklin'in hipotezi hem de Simmer'in iki-elektrik hipotezi kullanılarak başarılı bir şekilde açıklanabilir. Bu teoriler bir süre birbirleriyle yarıştı. 1779'da Alessandro Volta, elektrolizin araştırıldığı volta sütununu yarattığında, bilim adamları çözeltilerde ve sıvılarda hareket eden yük taşıyıcılarının pozitif ve negatif olmak üzere iki zıt akışının olduğu konusunda kesin bir sonuca vardılar. Elektrik akımının dualistik teorisi, herkes tarafından anlaşılmasa da yine de zafer kazandı.

Nihayet 1820'de Paris Bilimler Akademisi önünde konuşan Ampere, akımın ana yönü olarak yük hareketi yönlerinden birini seçmeyi önerdi. Ampere, akımların birbirleriyle ve akımların mıknatıslarla etkileşimlerini araştırdığı için bunu yapması onun için uygundu. Ve böylece mesaj sırasında her seferinde iki zıt yük akışının bir iletken boyunca iki yönde hareket ettiğinden bahsetmezsiniz.

Ampere, pozitif elektriğin hareket yönünü akımın yönü olarak almayı ve her zaman akımın yönünden bahsetmeyi, yani pozitif yükün hareketini önerdi.. O zamandan beri Ampere'nin önerdiği akım yönü konumu her yerde kabul edildi ve bugün hala kullanılıyor.

Maxwell elektromanyetizma teorisini geliştirdiğinde ve manyetik indüksiyon vektörünün yönünü belirleme kolaylığı için sağ vida kuralını uygulamaya karar verdiğinde, aynı zamanda şu pozisyona da bağlı kaldı: akımın yönü, cismin hareket yönüdür. pozitif yük.

Faraday ise akıntının yönünün koşullu olduğunu, bunun bilim adamlarının akıntının yönünü kesin olarak belirlemesi için uygun bir araç olduğunu belirtti. Lenz, Lenz Kuralını (bkz. - ) tanıtırken, pozitif elektriğin hareketi anlamına gelen “akımın yönü” terimini de kullandı. Çok uygun.

Thomson 1897'de elektronu keşfettikten sonra bile akımın yönüne ilişkin gelenek hâlâ geçerliliğini koruyordu. Bir iletken içinde ya da boşlukta gerçekte yalnızca elektronlar hareket etse bile, akımın yönü yine de ters yön olarak alınır - artıdan eksiye.

Elektronun keşfinden bir asırdan fazla bir süre sonra, Faraday'ın iyonlar hakkındaki fikirlerine rağmen, vakum tüpleri ve transistörlerin ortaya çıkışına rağmen, açıklamalarda zorluklar ortaya çıkmasına rağmen, olağan durum hala devam ediyor. Akımlarla çalışmak, onların manyetik alanlarında gezinmek daha kullanışlı ve bu hiç kimse için gerçek bir zorluk yaratmıyor gibi görünüyor.