Ένα σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα είναι αυτό;

Ένα σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα είναι μια συνεχής κίνηση ηλεκτρονίων από την περιοχή του αρνητικού (-) στην περιοχή των θετικών (+) χρεώσεων μέσωΈνα αγώγιμο υλικό, όπως ένα μεταλλικό σύρμα. Αν και οι στατικές εκφορτίσεις είναι αυθόρμητες κινήσεις φορτισμένων σωματιδίων από αρνητική σε θετικά φορτισμένη επιφάνεια, δεν συμβαίνει καμία συνεχής κίνηση σωματιδίων μέσω του αγωγού.

Για να δημιουργήσετε μια ροή ηλεκτρονίων, μια αλυσίδασταθερό ηλεκτρικό ρεύμα. Είναι μια πηγή ενέργειας (για παράδειγμα, μια μπαταρία) και ένας αγωγός που πηγαίνει από τον θετικό στον αρνητικό πόλο. Διάφορες ηλεκτρικές συσκευές μπορεί να περιλαμβάνονται στο κύκλωμα.

Συνεχής κίνηση των ηλεκτρονίων

Το ρεύμα DC είναι συνεχέςη κίνηση των ηλεκτρονίων μέσω ενός αγώγιμου υλικού, όπως ένα μεταλλικό σύρμα. Τα φορτισμένα σωματίδια μετακινούνται σε ένα θετικό (+) δυναμικό. Για να δημιουργηθεί μια ροή ηλεκτρικού ρεύματος, απαιτείται ένα ηλεκτρικό κύκλωμα αποτελούμενο από τροφοδοτικό συνεχούς ρεύματος και ένα καλώδιο που σχηματίζει κλειστό κύκλωμα. Ένα καλό παράδειγμα ενός τέτοιου κυκλώματος είναι ένας φακός.

Αν και τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια κινούνταιμέσω του καλωδίου στον θετικό (+) πόλο της τροφοδοσίας, η κίνηση του ρεύματος υποδεικνύεται προς την αντίθετη κατεύθυνση. Αυτό είναι το αποτέλεσμα μιας ανεπιτυχούς και συγκεχυμένης συμφωνίας. Επιστήμονες, πειραματίζοντας με ρεύματα, διαπίστωσε ότι ο ηλεκτρισμός κινείται από (+) σε (-), και έγινε συνηθισμένο ακόμα πριν από την ανακάλυψη των ηλεκτρονίων. Στην πραγματικότητα, τα αρνητικά φορτισμένα σωματίδια κινούνται στον θετικό πόλο, αντίθετα προς την κατεύθυνση που υποδεικνύεται ως η κατεύθυνση της ροής ρεύματος. Αυτό είναι συγκεχυμένο, αλλά μετά τη σύναψη της συμφωνίας είναι ήδη δύσκολο να διορθωθεί κάτι.

Τάση, ρεύμα και αντίσταση

Ηλεκτρική ενέργεια που διέρχεται από σύρμα ή άλλοαγωγός, που χαρακτηρίζεται από τάση U, ρεύμα Ι και αντίσταση R. Η τάση είναι δυναμική ενέργεια. Το ρεύμα είναι ένα ρεύμα ηλεκτρονίων σε έναν αγωγό και η αντίσταση είναι η δύναμη της τριβής του.

Ένας καλός τρόπος για να παρουσιάσετε μια μόνιμηηλεκτρικό ρεύμα - είναι να σχεδιάσετε μια αναλογία με το νερό που ρέει μέσα από τον εύκαμπτο σωλήνα. Η τάση είναι το δυναμικό που συσσωρεύεται στο ένα άκρο του σύρματος εξαιτίας μιας περίσσειας αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων. Αυτό είναι παρόμοιο με την αυξημένη πίεση του νερού σε έναν εύκαμπτο σωλήνα. Το δυναμικό προκαλεί την κίνηση ηλεκτρονίων μέσω του καλωδίου στην περιοχή θετικού φορτίου. Αυτή η δυνητική ενέργεια ονομάζεται τάση και μετράται σε volts.

Ένα σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα είναι η ροή των ηλεκτρονίων που μετράται σε αμπέρ. Είναι παρόμοιο με την ταχύτητα του νερού στον εύκαμπτο σωλήνα.

Ωχ είναι ένα μέτρο ηλεκτρικής αντίστασης. Άτομα αγωγών βρίσκονται έτσι ώστε τα ηλεκτρόνια να περάσουν λίγοτριβή. Στους μονωτήρες ή στους φτωχούς αγωγούς, τα άτομα έχουν ισχυρή αντίσταση ή αποτρέπουν την κίνηση φορτισμένων σωματιδίων. Αυτό είναι παρόμοιο με την τριβή του νερού σε έναν εύκαμπτο σωλήνα καθώς περνά μέσα από αυτό.

Έτσι, η τάση είναι παρόμοια με την πίεση, τη ροή προς την αντίσταση ρεύματος και ροής σε ηλεκτρική.

DC γεννήτρια

Αν και ο στατικός ηλεκτρισμός μπορεί να αποφορτιστεί μέσω μεταλλικού σύρματος, δεν είναι πηγή συνεχούς ρεύματος. Είναι μπαταρίες και γεννήτριες.

Στις μπαταρίες, οι χημικές αντιδράσεις χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία συνεχούς ρεύματος. Για παράδειγμα, μια μπαταρία αυτοκινήτου αποτελείται από πλάκες μολύβδου, τοποθετείται σε διάλυμα θειικού οξέος. Όταν οι πλάκες χρεώνονται από το ηλεκτρικό δίκτυο ή τη γεννήτρια αυτοκινήτων, αλλάζουν χημικά και διατηρούν ένα φορτίο. Αυτή η συνεχής πηγή ρεύματος μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία των προβολέων ενός αυτοκινήτου κλπ. Το πρόβλημα είναι ότι το θειικό οξύ είναι πολύ περιφρόνηση και επικίνδυνο.

Μια άλλη μπαταρία μπορεί να γίνει ανεξάρτητα απόλεμόνι. Δεν απαιτεί φόρτιση, αλλά εξαρτάται από την όξινη αντίδραση διαφορετικών μετάλλων. Ο χαλκός και ο ψευδάργυρος λειτουργούν καλύτερα. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε σύρμα χαλκού ή κέρμα. Ένα γαλβανισμένο καρφί μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως άλλο ηλεκτρόδιο. Ο σίδηρος θα λειτουργήσει πάρα πολύ, αλλά όχι τόσο καλά. Αρκεί να κολλήσετε το σύρμα χαλκού και το γαλβανισμένο καρφί σε ένα συνηθισμένο λεμόνι και να μετρήσετε την τάση μεταξύ τους με ένα βολτόμετρο. Μερικοί μπόρεσαν ακόμα να ανάψουν έναν φακό με αυτήν την μπαταρία.

Αξιόπιστη η πηγή είναι μια γεννήτρια, η οποία είναι κατασκευασμένη από σύρμα τυλιγμένο μεταξύ των βόρειων και νότιων πόλων ενός μαγνήτη.

Έτσι, ένα σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα είναισυνεχής κίνηση των ηλεκτρονίων από τον αρνητικό στον θετικό πόλο ενός αγωγού, όπως είναι το μεταλλικό σύρμα. Για τη διέλευση φορτισμένων σωματιδίων απαιτείται αλυσίδα. Σε αυτήν η κατεύθυνση της κίνησης του ρεύματος είναι αντίθετη στη ροή των ηλεκτρονίων. Ένα κύκλωμα χαρακτηρίζεται από ποσότητες όπως τάση, ρεύμα και αντίσταση. Οι πηγές DC είναι μπαταρίες και γεννήτριες.

Ηλεκτρικά κυκλώματα

Το κύκλωμα συνεχούς ρεύματος αποτελείται από μια πηγή, στους πόλους των οποίων οι αγωγοί συνδέονται, συνδέοντας δέκτες σε κλειστό βρόχο. Αυτό αποτελεί προϋπόθεση για τη διέλευση του ρεύματος. Οι αλυσίδες μπορούν να είναι διαδοχικές, παράλληλες ή συνδυασμένες.

Αν πάρετε μια σταθερή πηγή ρεύματος, όπως μια μπαταρία, και συνδέστε την με μια θετική και αρνητικό πόλους καλώδια στο φορτίογια παράδειγμα λαμπτήρα, σχηματίζεται ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Με άλλα λόγια, ηλεκτρική ενέργεια ροή από μια επαφή της μπαταρίας στην άλλη. Σε σειρά με τη λάμπα, μπορείτε να εγκαταστήσετε έναν διακόπτη ο οποίος, αν είναι απαραίτητο, θα ρυθμίζει την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος απευθείας.

Πηγές DC

Το κύκλωμα απαιτεί πηγή ενέργειας. Κατά κανόνα, μια μπαταρία ή μια μπαταρία χρησιμοποιείται για αυτό. Μια άλλη πηγή ενέργειας είναι μια γεννήτρια DC. Επιπλέον, εναλλασσόμενο ρεύμα μπορεί να περάσει από τον ανορθωτή. Ένας τυπικός προσαρμογέας που χρησιμοποιείται με ορισμένες φορητές συσκευές (όπως τα smartphones) μετατρέπει το 220 Στο Τάση AC έως DC 5 V.

Οδηγοί

Τα καλώδια και το φορτίο πρέπει να εκτελούν ηλεκτρική ενέργεια. Χαλκός ή αλουμίνιο είναι καλούς αγωγούς και χαμηλή αντίσταση. Το νήμα βολφραμίου στη λάμπα πυράκτωσης εκτελεί ρεύμα, αλλά έχει υψηλή αντίσταση, η οποία προκαλεί της θερμαίνεται και θερμαίνεται.

Σειριακή και παράλληλη σύνδεση

Στο ηλεκτρικά κυκλώματα πολλές συσκευές, όπως οι λαμπτήρες, μπορούνσυνδέστε σε μια γραμμή μεταξύ των θετικών και αρνητικών πόλων της μπαταρίας. Μια τέτοια σύνδεση ονομάζεται διαδοχική. Ένα από τα προβλήματα με αυτή τη ρύθμιση είναι ότι εάν ένας μόνος βολβός καίει, λειτουργεί ως διακόπτης και απενεργοποιεί ολόκληρο το κύκλωμα.

Δέκτες μπορεί επίσης να συνδεθεί παράλληλα, έτσι ώστε αν λυθεί οποιαδήποτε λάμπα, το κύκλωμα δεν θα απενεργοποιηθεί. Το παράλληλο κύκλωμα μεταγωγής χρησιμοποιείται όχι μόνο σε Χριστουγεννιάτικο δέντρο γιρλάντες - η καλωδίωση στα σπίτια πραγματοποιείται παράλληλα. Επομένως, ο φωτισμός και οι συσκευές μπορούν να ενεργοποιηθούν και να απενεργοποιηθούν ανεξάρτητα το ένα από το άλλο.

Ο νόμος του Ohm

Στους νόμους του άμεσου ηλεκτρικού ρεύματοςαναφέρεται ο νόμος του Ohm, ο οποίος είναι ο πιο θεμελιώδης τύπος για τα ηλεκτρικά κυκλώματα. Σύμφωνα με τον ίδιο, το ρεύμα που διέρχεται από τον αγωγό είναι άμεσα ανάλογο με τη διαφορά δυναμικού αυτόν. Ο νόμος διαμορφώθηκε για πρώτη φορά το 1827 Ο Γερμανός φυσικός Georg Omόταν διερεύνησε την αγωγιμότητα των μετάλλων. Ο νόμος του Ohm περιγράφει καλύτερα απλά κυκλώματα DC. Αν και ισχύει επίσης για εναλλασσόμενο ρεύμα, στην περίπτωση αυτή θα πρέπει να ληφθούν υπόψη και άλλες πιθανές μεταβλητές. Η σχέση μεταξύ ρεύματος, τάσης και αντίστασης σας επιτρέπει να υπολογίσετε μία φυσική ποσότητα, εάν οι τιμές των άλλων δύο είναι γνωστές.

Ο νόμος του Ohm δείχνει τη σχέση μεταξύ τάσης, ρεύματος και αντίστασης σε ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα. Στην απλούστερη μορφή του, γραμμένη από την εξίσωση U = I× R. Εδώ, U είναι η τάση σε volts, I είναι το ρεύμα σε amperes και R είναι η αντίσταση σε ohms. Έτσι, αν είναι γνωστές οι I και R, είναι δυνατόν να υπολογίσουμε το U. Εάν είναι απαραίτητο, ο τύπος μπορεί να τροποποιηθεί με τις μεθόδους της άλγεβρας. Για παράδειγμα εάν U και R είναι γνωστά και πρέπει να βρεθώ, τότε I = U / R. Or, εάν με δεδομένο το U και I και είναι απαραίτητο να υπολογίσουμε το R, τότε εφαρμόζεται η έκφραση R = U / I.

Η σημασία του νόμου του Ohm είναι ότι ανη τιμή δύο μεταβλητών στην εξίσωση είναι γνωστή, τότε μπορεί να προσδιοριστεί η τρίτη. Οποιαδήποτε από αυτές τις φυσικές ποσότητες μπορεί να μετρηθεί με ένα βολτόμετρο. Τα περισσότερα βολτόμετρα ή τα πολύμετρα μετρούν ηλεκτρικά ρεύματα U, I, R DC και AC.

Υπολογισμός U, I, R

Τάση DC με γνωστό ρεύμα και αντίσταση μπορεί να βρεθεί από τον τύπο U = I × R. Για παράδειγμα, εάν I = 0.2 Α και R = 1000 Ωm, τότε U = 0,2 Α * 1000 Ohm = 200 V.

Αν το γνωστή τάση και αντίσταση, το ρεύμα μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την εξίσωση I = V / R. Για παράδειγμα, εάν U = 110 Στο και R = 22000 Ωχ, τότε εγώ = 110 Στο / / 22000 Ohm = 0,005 Α.

Εάν είναι γνωστή η τάση και το ρεύμα, τότε R = V / I. Αν V = 220 Στο και i = 5 Ατότε R = 220 Στο / 5 Α = 44 ohms.

Με αυτόν τον τρόπο, Ο νόμος του Ohm δείχνει τη σχέση μεταξύ τάσης, ρεύματος και αντίστασης σε ένα απλό ηλεκτρικό κύκλωμα. Μπορεί να εφαρμοστεί σε κυκλώματα DC και AC.

DC ισχύ

Μια φόρτιση που κινείται σε ένα κύκλωμα (εάν δεν είναιυπεραγωγός), καταναλώνει ενέργεια. Αυτό μπορεί να προκαλέσει τη θέρμανση ή την περιστροφή του κινητήρα. Η ηλεκτρική ενέργεια είναι ο ρυθμός με τον οποίο μετατρέπεται η ηλεκτρική ενέργεια σε άλλη μορφή, όπως η μηχανική ενέργεια, η θερμότητα ή το φως. Είναι ίσο με το προϊόν του ρεύματος και της τάσης: P = U × I. Μετράται σε Watt. Για παράδειγμα, εάν U = 220 Στο και i = 0,5 Ατότε P = 220 Στο * 0.5 Α = 110W.