" Dzisiaj chcę poruszyć temat prądu elektrycznego. Co to jest? Spróbujmy zapamiętać program nauczania.

Prąd elektryczny to uporządkowany ruch naładowanych cząstek w przewodniku

Jeśli pamiętasz, aby naładowane cząstki mogły się poruszać (powstaje prąd elektryczny), należy wytworzyć pole elektryczne. Aby wytworzyć pole elektryczne, można wykonać takie podstawowe eksperymenty, jak pocieranie plastikowej rączki o wełnę, a przez pewien czas będzie ona przyciągać lekkie przedmioty. Ciała zdolne do przyciągania obiektów po pocieraniu nazywane są naelektryzowanymi. Można powiedzieć, że ciało w tym stanie ma ładunki elektryczne, a same ciała nazywane są naładowanymi. Z programu szkolnego wiemy, że wszystkie ciała składają się z drobnych cząstek (cząsteczek). Cząsteczka to cząstka substancji, którą można oddzielić od ciała i która będzie posiadać wszystkie właściwości właściwe temu ciału. Cząsteczki ciał złożonych powstają z różnych kombinacji atomów ciał prostych. Na przykład cząsteczka wody składa się z dwóch prostych: atomu tlenu i jednego atomu wodoru.

Atomy, neutrony, protony i elektrony – czym są?

Z kolei atom składa się z jądra i krążącego wokół niego elektrony. Każdy elektron w atomie ma niewielki ładunek elektryczny. Na przykład atom wodoru składa się z jądra, wokół którego obraca się elektron. Jądro atomu składa się z protonów i neutronów. Z kolei jądro atomu ma ładunek elektryczny. Protony tworzące jądro mają te same ładunki elektryczne i elektrony. Ale protony, w przeciwieństwie do elektronów, są nieaktywne, ale ich masa jest wielokrotnie większa niż masa elektronu. Cząstka neutronu wchodząca w skład atomu nie ma ładunku elektrycznego i jest neutralna. Elektrony krążące wokół jądra atomu i protony tworzące jądro są nośnikami ładunków elektrycznych o jednakowej wielkości. Pomiędzy elektronem i protonem zawsze istnieje siła wzajemnego przyciągania, a pomiędzy samymi elektronami i pomiędzy protonami istnieje siła wzajemnego odpychania. Z tego powodu elektron ma ujemny ładunek elektryczny, a proton dodatni. Z tego możemy wywnioskować, że istnieją 2 rodzaje energii elektrycznej: dodatnia i ujemna. Obecność jednakowo naładowanych cząstek w atomie powoduje, że pomiędzy dodatnio naładowanym jądrem atomu a krążącymi wokół niego elektronami działają siły wzajemnego przyciągania, utrzymując atom w jedną całość. Atomy różnią się między sobą liczbą neutronów i protonów w jądrach, dlatego dodatni ładunek jąder atomów różnych substancji nie jest taki sam. W atomach różnych substancji liczba wirujących elektronów nie jest taka sama i zależy od wielkości dodatniego ładunku jądra. Atomy niektórych substancji są silnie związane z jądrem, podczas gdy w innych wiązanie to może być znacznie słabsze. To wyjaśnia różne mocne strony ciał. Drut stalowy jest znacznie mocniejszy niż drut miedziany, co oznacza, że ​​cząstki stali są silniej przyciągane do siebie niż cząstki miedzi. Przyciąganie między cząsteczkami jest szczególnie zauważalne, gdy są one blisko siebie. Bardzo świecący przykład- dwie krople wody po zetknięciu łączą się w jedną.

Ładunek elektryczny

W atomie dowolnej substancji liczba elektronów krążących wokół jądra jest równa liczbie protonów zawartych w jądrze. Ładunki elektryczne elektronu i protonu są równe pod względem wielkości, co oznacza, że ​​ładunek ujemny elektronów jest równy dodatniemu ładunkowi jądra. Ładunki te znoszą się wzajemnie, a atom pozostaje neutralny. W atomie elektrony tworzą powłokę elektronową wokół jądra. Powłoka elektronowa i jądro atomu znajdują się w ciągłym ruchu oscylacyjnym. Podczas ruchu atomy zderzają się ze sobą i emitowany jest z nich jeden lub więcej elektronów. Atom przestaje być obojętny i staje się naładowany dodatnio. Ponieważ jego ładunek dodatni stał się większy niż ładunek ujemny (słabe połączenie między elektronem a jądrem - metalem i węglem). Inne ciała (drewno i szkło) mają naruszenie powłoki elektroniczne nie dzieje się. Po oddzieleniu od atomów wolne elektrony poruszają się losowo i mogą zostać przechwycone przez inne atomy. Proces pojawiania się i znikania w ciele zachodzi w sposób ciągły. Wraz ze wzrostem temperatury prędkość Ruch oscylacyjny wzrasta liczba atomów, zderzenia stają się częstsze, silniejsze i wzrasta liczba wolnych elektronów. Jednak ciało pozostaje elektrycznie obojętne, ponieważ liczba elektronów i protonów w ciele się nie zmienia. Jeśli z ciała zostanie usunięta pewna ilość wolnych elektronów, ładunek dodatni staje się większy niż ładunek całkowity. Ciało będzie naładowane dodatnio i odwrotnie. Jeśli w organizmie powstaje brak elektronów, wówczas jest on dodatkowo ładowany. Jeśli jest nadmiar, jest on ujemny. Im większy ten niedobór lub nadmiar, tym większy ładunek elektryczny. W pierwszym przypadku (więcej cząstek naładowanych dodatnio) ciała nazywane są przewodnikami (metale, wodne roztwory soli i kwasów), a w drugim (brak elektronów, cząstki naładowane ujemnie) dielektrykami lub izolatorami (bursztyn, kwarc, ebonit). . Aby prąd elektryczny mógł nadal płynąć, w przewodniku musi stale utrzymywać się różnica potencjałów.

Cóż, krótki kurs fizyki dobiegł końca. Myślę, że z moją pomocą przypomnieliście sobie program nauczania dla klasy 7, a jaka jest potencjalna różnica, sprawdzimy w następnym artykule. Do zobaczenia ponownie na stronach serwisu.

Ładuj w ruchu. Może przybrać formę nagłego wyładowania elektryczności statycznej, na przykład pioruna. Może to być również kontrolowany proces w generatorach, bateriach, ogniwach słonecznych lub paliwowych. Dzisiaj przyjrzymy się samemu pojęciu „prądu elektrycznego” i warunkom istnienia prądu elektrycznego.

Energia elektryczna

Większość zużywanej przez nas energii elektrycznej ma postać prąd przemienny z sieci elektrycznej. Tworzą go generatory działające zgodnie z prawem indukcji Faradaya, dzięki któremu zmienne pole magnetyczne może indukować prąd elektryczny w przewodniku.

Generatory mają obracające się cewki drutu, które podczas obracania się przechodzą przez pola magnetyczne. Gdy cewki się obracają, otwierają się i zamykają pod wpływem pola magnetycznego i wytwarzają prąd elektryczny, który zmienia kierunek z każdym obrotem. Prąd przepływa przez pełny cykl tam i z powrotem 60 razy na sekundę.

Generatory mogą być napędzane przez turbiny parowe ogrzewane węglem, gazem ziemnym, ropą naftową lub reaktor jądrowy. Z generatora prąd przepływa przez szereg transformatorów, gdzie wzrasta jego napięcie. Średnica drutów określa ilość i natężenie prądu, jaki mogą przewodzić bez przegrzania i utraty energii, a napięcie jest ograniczone jedynie tym, jak dobrze linie są odizolowane od ziemi.

Warto zauważyć, że prąd płynie tylko jednym przewodem, a nie dwoma. Jego dwie strony są oznaczone jako dodatnie i ujemne. Ponieważ jednak biegunowość prądu przemiennego zmienia się 60 razy na sekundę, mają one inne nazwy - gorące (główne linie energetyczne) i uziemione (biegnące pod ziemią w celu dopełnienia obwodu).

Dlaczego potrzebny jest prąd elektryczny?

Prąd elektryczny ma wiele zastosowań: może oświetlić dom, wyprać i wysuszyć ubrania, podnieść bramę garażową, zagotować wodę w czajniku i umożliwić inne przedmioty gospodarstwa domowego, które znacznie ułatwiają nam życie. Jednak zdolność prądu do przesyłania informacji staje się coraz ważniejsza.

Kiedy łączysz się z Internetem, Twój komputer zużywa tylko niewielką ilość prądu elektrycznego, ale to coś, czego nie ma nowoczesny mężczyzna nie mogę sobie wyobrazić jego życia.

Pojęcie prądu elektrycznego

Podobnie jak przepływ rzeki, przepływ cząsteczek wody, prąd elektryczny jest przepływem naładowanych cząstek. Co jest tego przyczyną i dlaczego nie zawsze zmierza w tym samym kierunku? Kiedy słyszysz słowo „płynie”, o czym myślisz? Być może będzie to rzeka. To dobre skojarzenie, ponieważ z tego powodu prąd elektryczny wziął swoją nazwę. Jest to bardzo podobne do przepływu wody, ale zamiast cząsteczek wody przemieszczających się wzdłuż kanału, naładowane cząstki poruszają się wzdłuż przewodnika.

Wśród warunków niezbędnych do istnienia prądu elektrycznego jest punkt wymagający obecności elektronów. Atomy w materiale przewodzącym zawierają wiele takich swobodnie naładowanych cząstek unoszących się wokół i pomiędzy atomami. Ich ruch jest losowy, zatem nie ma przepływu w żadnym kierunku. Co jest potrzebne, aby prąd elektryczny mógł istnieć?

Warunki istnienia prądu elektrycznego obejmują obecność napięcia. Kiedy zostanie przyłożony do przewodnika, wszystkie wolne elektrony będą poruszać się w tym samym kierunku, tworząc prąd.

Ciekawi mnie prąd elektryczny

Co ciekawe, gdy energia elektryczna przepływa przez przewodnik z prędkością światła, same elektrony poruszają się znacznie wolniej. W rzeczywistości, jeśli szedłbyś powoli obok przewodzącego drutu, twoja prędkość byłaby 100 razy większa niż prędkość elektronów. Dzieje się tak dlatego, że nie muszą pokonywać ogromnych odległości, aby przekazywać sobie nawzajem energię.

Prąd stały i przemienny

Obecnie powszechnie stosowane są dwa różne rodzaje prąd - stały i przemienny. W pierwszym elektrony poruszają się w jednym kierunku, od strony „ujemnej” do strony „dodatniej”. Prąd przemienny popycha elektrony tam i z powrotem, zmieniając kierunek przepływu kilka razy na sekundę.

Generatory stosowane w elektrowniach do produkcji energii elektrycznej przeznaczone są do wytwarzania prądu przemiennego. Prawdopodobnie nigdy nie zauważyłeś, że światła w Twoim domu faktycznie migoczą, ponieważ zmienia się kierunek prądu, ale dzieje się to zbyt szybko, aby Twoje oczy mogły to wykryć.

Jakie są warunki istnienia prądu stałego? Dlaczego potrzebujemy obu typów i który z nich jest lepszy? Ten dobre pytania. Fakt, że nadal używamy obu rodzajów prądu, sugeruje, że oba służą konkretnym celom. Już w XIX wieku było jasne, że efektywne przesyłanie energii na duże odległości między elektrownią a domem jest możliwe tylko przy bardzo wysokich napięciach. Problem polegał jednak na tym, że wysyłanie naprawdę wysokiego napięcia było niezwykle niebezpieczne dla ludzi.

Rozwiązaniem tego problemu było zmniejszenie napięcia na zewnątrz domu przed wysłaniem go do środka. Do dziś do przesyłu na duże odległości wykorzystuje się prąd stały, głównie ze względu na jego możliwość łatwego przetworzenia na inne napięcie.

Jak działa prąd elektryczny?

Warunki istnienia prądu elektrycznego obejmują obecność naładowanych cząstek, przewodnika i napięcia. Wielu naukowców badało elektryczność i odkryło, że istnieją dwa rodzaje elektryczności: statyczna i prądowa.

To drugie odgrywa w tym ogromną rolę Życie codzienne każda osoba, ponieważ reprezentuje prąd elektryczny przepływający przez obwód. Używamy go codziennie do zasilania naszych domów i nie tylko.

Co to jest prąd elektryczny?

Kiedy ładunki elektryczne krążą w obwodzie z jednego miejsca do drugiego, powstaje prąd elektryczny. Warunki istnienia prądu elektrycznego obejmują, oprócz naładowanych cząstek, obecność przewodnika. Najczęściej jest to drut. Jego obwód jest obwodem zamkniętym, w którym prąd przepływa ze źródła zasilania. Kiedy obwód jest otwarty, nie może ukończyć podróży. Na przykład, gdy światło w pokoju jest wyłączone, obwód jest otwarty, ale gdy obwód jest zamknięty, światło jest włączone.

Aktualna moc

Na warunki istnienia prądu elektrycznego w przewodniku duży wpływ mają charakterystyki napięcia, takie jak moc. Jest to miara ilości energii zużywanej podczas danej czynności pewien okres czas.

Istnieje wiele różnych jednostek, za pomocą których można wyrazić tę cechę. Jednak moc elektryczną mierzy się prawie w watach. Jeden wat równa się jednemu dżulowi na sekundę.

Ładunek elektryczny w ruchu

Jakie są warunki istnienia prądu elektrycznego? Może przybrać formę nagłego wyładowania elektryczności statycznej, na przykład błyskawicy lub iskry powstałej w wyniku tarcia o wełnianą tkaninę. Częściej jednak, gdy mówimy o prądzie elektrycznym, mamy na myśli bardziej kontrolowaną formę energii elektrycznej, która sprawia, że ​​światła palą się, a urządzenia działają. Większość ładunku elektrycznego przenoszona jest przez elektrony ujemne i dodatnie protony w atomie. Jednak te ostatnie są w większości unieruchomione wewnątrz jądra atomowe, więc pracę polegającą na przeniesieniu ładunku z jednego miejsca na drugie wykonują elektrony.

Elektrony w materiale przewodzącym, takim jak metal, mogą w dużej mierze swobodnie przemieszczać się z jednego atomu do drugiego wzdłuż pasm przewodnictwa, które są najwyższymi orbitami elektronów. Wystarczająca siła elektromotoryczna lub napięcie powoduje brak równowagi ładunku, który może spowodować przepływ elektronów przez przewodnik w postaci prądu elektrycznego.

Jeśli narysujemy analogię z wodą, weźmy na przykład fajkę. Kiedy otworzymy zawór na jednym końcu, aby woda mogła wpłynąć do rury, nie musimy czekać, aż woda dotrze do końca. Wodę dostajemy na drugim końcu niemal natychmiast, gdyż dopływająca woda wypycha wodę znajdującą się już w rurze. Tak się dzieje, gdy w przewodzie płynie prąd elektryczny.

Prąd elektryczny: warunki istnienia prądu elektrycznego

Elektryczność zwykle uważany za przepływ elektronów. Kiedy dwa końce akumulatora są połączone ze sobą metalowym drutem, naładowana masa przechodzi przez drut od jednego końca (elektrody lub bieguna) akumulatora do przeciwnego. Nazwijmy więc warunki istnienia prądu elektrycznego:

1. Naładowane cząstki.
2. Konduktor.
3. Źródło napięcia.

Jednak nie wszystko jest takie proste. Jakie warunki są niezbędne do istnienia prądu elektrycznego? Na to pytanie można odpowiedzieć bardziej szczegółowo, biorąc pod uwagę następujące cechy:

• Różnica potencjałów (napięcie). Jest to jeden z obowiązkowych warunków. Musi istnieć różnica potencjałów pomiędzy tymi dwoma punktami, co oznacza, że ​​siła odpychania wytwarzana przez naładowane cząstki w jednym miejscu musi być większa niż ich siła w innym punkcie. Źródła napięcia z reguły nie występują w przyrodzie, a elektrony są rozmieszczone w środowisku dość równomiernie. Niemniej jednak naukowcom udało się wynaleźć pewne typy urządzeń, w których te naładowane cząstki mogą się gromadzić, tworząc w ten sposób bardzo niezbędne napięcie (na przykład w bateriach).
• Opór elektryczny (przewodnik). To jest drugie ważny warunek, co jest niezbędne do istnienia prądu elektrycznego. Jest to droga, po której poruszają się naładowane cząstki. Tylko te materiały, które umożliwiają swobodny przepływ elektronów, pełnią rolę przewodników. Ci, którzy nie mają tej zdolności, nazywani są izolatorami. Na przykład drut metalowy będzie doskonałym przewodnikiem, a jego gumowa osłona będzie doskonałym izolatorem.

Po dokładnym przestudiowaniu warunków powstania i istnienia prądu elektrycznego ludzie byli w stanie okiełznać ten potężny i niebezpieczny pierwiastek i skierować go na korzyść ludzkości.

(przewodnictwo elektronowo-dziurowe). Czasami prąd elektryczny nazywany jest również prądem przemieszczenia, który powstaje w wyniku zmiany pola elektrycznego w czasie.

Prąd elektryczny ma następujące objawy:

Encyklopedyczny YouTube

1 / 5

✪ PRĄD ELEKTRYCZNY siła prądu FIZYKA 8 klasa

✪ Prąd elektryczny

✪ #9 Prąd elektryczny i elektrony

✪ Co to jest prąd elektryczny [Amatorskie Radio TV 2]

✪ CO SIĘ DZIEJE W PRZYPADKU PORAŻENIA PRĄDEM

Napisy na filmie obcojęzycznym

Klasyfikacja

Jeśli naładowane cząstki poruszają się wewnątrz ciał makroskopowych względem określonego ośrodka, wówczas taki prąd nazywa się elektrycznym prąd przewodzenia. Jeśli poruszają się makroskopowe naładowane ciała (na przykład naładowane krople deszczu), wówczas prąd ten nazywany jest konwekcja .

Istnieją prądy stałe i zmienne, a także różne rodzaje prądu przemiennego. W takich koncepcjach często pomija się słowo „elektryczny”.

• Prąd stały - prąd, którego kierunek i wielkość nie zmieniają się w czasie.

prądy wirowe

Prądy wirowe (prądy Foucaulta) to „zamknięte prądy elektryczne w masywnym przewodniku, które powstają, gdy zmienia się przenikający przez niego strumień magnetyczny”, dlatego prądy wirowe są prądami indukowanymi. Im szybciej zmienia się strumień magnetyczny, tym silniejsze są prądy wirowe. Prądy wirowe nie płyną w drutach określonymi ścieżkami, ale zamykając się w przewodniku, tworzą obwody wirowe.

Istnienie prądów wirowych prowadzi do efektu naskórkowości, czyli do tego, że przemienny prąd elektryczny i strumień magnetyczny rozchodzą się głównie w warstwie powierzchniowej przewodnika. Nagrzewanie przewodników przez prądy wirowe prowadzi do strat energii, szczególnie w rdzeniach cewek prądu przemiennego. Aby zmniejszyć straty energii na skutek prądów wirowych, stosuje się podział obwodów magnetycznych prądu przemiennego na osobne, odizolowane od siebie i umieszczone prostopadle do kierunku prądów wirowych płytki, co ogranicza możliwe kontury ich torów i znacznie zmniejsza wielkość te prądy. W bardzo wysokie częstotliwości Zamiast ferromagnesów w obwodach magnetycznych stosuje się magnetodielektryki, w których ze względu na bardzo dużą rezystancję praktycznie nie powstają prądy wirowe.

Charakterystyka

Historycznie rzecz biorąc, jest to przyjęte kierunek prądu pokrywa się z kierunkiem ruchu ładunków dodatnich w przewodniku. Jednocześnie jeśli jedynymi przewoźnikami prądem są cząstki naładowane ujemnie (na przykład elektrony w metalu), wówczas kierunek prądu jest przeciwny do kierunku ruchu naładowanych cząstek. .

Prędkość dryfu elektronów

Oporność na promieniowanie wynika z powstawania fal elektromagnetycznych wokół przewodnika. Opór ten zależy w sposób kompleksowy od kształtu i rozmiaru przewodnika oraz od długości emitowanej fali. Dla pojedynczego przewodnika prostego, w którym wszędzie prąd ma ten sam kierunek i siłę, a którego długość L jest znacznie mniejsza od długości emitowanej przez niego fali elektromagnetycznej λ (\ displaystyle \ lambda), zależność rezystancji od długości fali i przewodnika jest stosunkowo prosta:

R = 3200 (L λ) (\ Displaystyle R = 3200 \ lewo ({\ Frac (L) (\ lambda)) \ prawo)}

Najczęściej używany prąd elektryczny o standardowej częstotliwości 50 Hz odpowiada fali o długości około 6 tysięcy kilometrów, dlatego moc promieniowania jest zwykle znikoma w porównaniu z mocą strat cieplnych. Jednakże wraz ze wzrostem częstotliwości prądu długość emitowanej fali maleje, a moc promieniowania odpowiednio wzrasta. Przewodnik zdolny do emitowania zauważalnej energii nazywany jest anteną.

Częstotliwość

Pojęcie częstotliwości odnosi się do prądu przemiennego, który okresowo zmienia siłę i/lub kierunek. Obejmuje to również najczęściej używany prąd, który zmienia się zgodnie z prawem sinusoidalnym.

Okres prądu przemiennego to najkrótszy okres czasu (wyrażony w sekundach), przez który powtarzają się zmiany prądu (i napięcia). Liczba okresów wykonywanych przez prąd w jednostce czasu nazywana jest częstotliwością. Częstotliwość mierzy się w hercach, przy czym jeden herc (Hz) odpowiada jednemu cyklowi na sekundę.

Prąd polaryzacji

Czasami dla wygody wprowadza się pojęcie prądu przemieszczenia. W równaniach Maxwella prąd przemieszczenia występuje na równi z prądem wywołanym ruchem ładunków. Natężenie pola magnetycznego zależy od całkowitego prądu elektrycznego, równa kwocie prąd przewodzenia i prąd przemieszczenia. Z definicji gęstość prądu polaryzacji jot re → (\ displaystyle (\ vec (j_ (D))))) - wielkość wektorowa proporcjonalna do szybkości zmian pola elektrycznego mi → (\ displaystyle (\ vec (E))) w samą porę:

jot re → = ∂ mi → ∂ t (\ Displaystyle (\ vec (j_ (D))) = (\ Frac (\ częściowe (\ vec (E))) (\ częściowe t)}}

Faktem jest, że gdy zmienia się pole elektryczne, a także gdy przepływa prąd, generowane jest pole magnetyczne, co upodabnia te dwa procesy do siebie. Ponadto zmianie pola elektrycznego zwykle towarzyszy transfer energii. Na przykład podczas ładowania i rozładowywania kondensatora, pomimo tego, że nie ma ruchu naładowanych cząstek pomiędzy jego płytkami, mówi się o przepływającym przez niego prądzie przemieszczenia, przekazującym część energii i zamykającym obwód elektryczny w unikalny sposób. Prąd polaryzacji ja re (\ displaystyle I_ (D)) w kondensatorze określa się według wzoru:

ja re = re Q re t = - do re U re t (\ Displaystyle I_ (D) = (\ Frac ({\ rm (d)) Q) ({\ rm (d)) t)) = -C (\ frac ( (\rm (d))U)((\rm (d))t))),

Gdzie Q (\ displaystyle Q)- ładunek na płytkach kondensatora, U (\ displaystyle U)- różnica potencjałów pomiędzy płytkami, C (\ displaystyle C)- pojemność kondensatora.

Prąd przemieszczenia nie jest prądem elektrycznym, ponieważ nie jest związany z ruchem ładunku elektrycznego.

Główne typy przewodników

W przeciwieństwie do dielektryków przewodniki zawierają swobodne nośniki nieskompensowanych ładunków, które pod wpływem siły, zwykle różnicy potencjałów elektrycznych, poruszają się i wytwarzają prąd elektryczny. Najważniejszą cechą przewodnika jest charakterystyka prądowo-napięciowa (zależność prądu od napięcia). Do przewodników metalowych i elektrolitów tak najprostsza forma: Prąd jest wprost proporcjonalny do napięcia (prawo Ohma).

Metale – tutaj nośnikami prądu są elektrony przewodzące, które zwykle uważane są za gaz elektronowy, wyraźnie wykazujący właściwości kwantowe gazu zdegenerowanego.

Plazma jest zjonizowanym gazem. Ładunek elektryczny przenoszony jest przez jony (dodatnie i ujemne) oraz wolne elektrony, które powstają pod wpływem promieniowania (ultrafioletowego, rentgenowskiego i innych) i (lub) ogrzewania.

Elektrolity to „płynne lub stałe substancje i układy, w których jony występują w dowolnym zauważalnym stężeniu, powodując przepływ prądu elektrycznego”. Jony powstają w procesie dysocjacji elektrolitycznej. Po podgrzaniu opór elektrolitów zmniejsza się ze względu na wzrost liczby cząsteczek rozkładanych na jony. W wyniku przepływu prądu przez elektrolit jony zbliżają się do elektrod i ulegają neutralizacji, osadzając się na nich. Prawa elektrolizy Faradaya określają masę substancji uwolnionej na elektrodach.

Istnieje również prąd elektryczny elektronów w próżni, który jest stosowany w urządzeniach wykorzystujących wiązkę elektronów.

Prądy elektryczne w przyrodzie

Jako nośnik sygnału wykorzystywany jest prąd elektryczny o różnej złożoności i gatunki w różne obszary(telefon, radio, pilot, przycisk zamka drzwi itp.).

W niektórych przypadkach pojawiają się niepożądane prądy elektryczne, takie jak prądy błądzące lub prądy zwarciowe.

Wykorzystanie prądu elektrycznego jako nośnika energii

• pozyskiwanie energii mechanicznej we wszelkiego rodzaju silnikach elektrycznych,
• pozyskiwanie energii cieplnej w urządzeniach grzewczych, piecach elektrycznych, podczas spawania elektrycznego,
• pozyskiwanie energii świetlnej w urządzeniach oświetleniowych i sygnalizacyjnych,
• wzbudzenie drgań elektromagnetycznych o wysokiej częstotliwości, ultrawysokiej częstotliwości i fal radiowych,
• odbieranie dźwięku,
• otrzymywanie różnych substancji poprzez elektrolizę, ładowanie akumulatorów elektrycznych. Tutaj energia elektromagnetyczna jest przekształcana w energię chemiczną,
• wytwarzanie pola magnetycznego (w elektromagnesach).

Zastosowanie prądu elektrycznego w medycynie

• diagnostyka - bioprądy zdrowych i chorych narządów są różne, można określić chorobę, jej przyczyny i zalecić leczenie. Dział fizjologii zajmujący się badaniem zjawisk elektrycznych w organizmie nazywa się elektrofizjologią.
  • Elektroencefalografia to metoda badania stanu funkcjonalnego mózgu.
  • Elektrokardiografia to technika rejestrowania i badania pól elektrycznych podczas pracy serca.
  • Elektrogastrografia to metoda badania aktywności motorycznej żołądka.
  • Elektromiografia to metoda badania potencjałów bioelektrycznych powstających w mięśniach szkieletowych.
• Leczenie i resuscytacja: stymulacja elektryczna określonych obszarów mózgu; leczeniu choroby Parkinsona i padaczki, także do elektroforezy. W przypadku bradykardii i innych zaburzeń rytmu serca stosuje się rozrusznik stymulujący mięsień sercowy prądem pulsacyjnym.

bezpieczeństwo elektryczne

Obejmuje środki prawne, społeczno-ekonomiczne, organizacyjno-techniczne, sanitarno-higieniczne, leczniczo-profilaktyczne, rehabilitacyjne i inne. Zasady bezpieczeństwa elektrycznego regulują dokumenty prawne i techniczne, ramy regulacyjne i techniczne. Znajomość podstaw bezpieczeństwa elektrycznego jest obowiązkowa dla personelu obsługującego instalacje elektryczne i urządzenia elektryczne. Ciało ludzkie jest przewodnikiem prądu elektrycznego. Opór człowieka przy suchej i nieuszkodzonej skórze wynosi od 3 do 100 kOhm.

Prąd przepływający przez ciało człowieka lub zwierzęcia powoduje następujące skutki:

• termiczne (oparzenia, przegrzanie i uszkodzenie naczyń krwionośnych);
• elektrolityczny (rozkład krwi, zaburzenie składu fizycznego i chemicznego);
• biologiczne (podrażnienie i pobudzenie tkanek ciała, drgawki)
• mechaniczne (rozrywanie naczyń krwionośnych pod wpływem ciśnienia pary powstałej w wyniku ogrzewania przez przepływającą krew)

Głównym czynnikiem decydującym o wyniku porażenia prądem elektrycznym jest ilość prądu przepływającego przez ciało człowieka. Zgodnie z przepisami bezpieczeństwa prąd elektryczny dzieli się na:

• bezpieczna uwzględnia się prąd, którego długi przepływ przez organizm człowieka nie powoduje mu szkody i nie powoduje żadnych wrażeń, jego wartość nie przekracza 50 μA (prąd przemienny 50 Hz) i 100 μA prąd stały;
• minimalnie zauważalne ludzki prąd przemienny wynosi około 0,6-1,5 mA (prąd przemienny 50 Hz), a prąd stały 5-7 mA;
• próg nie odpuszczać nazywany jest prądem minimalnym o takiej sile, że człowiek nie jest już w stanie siłą woli oderwać rąk od części przewodzącej prąd. Dla prądu przemiennego jest to około 10-15 mA, dla prądu stałego 50-80 mA;
• próg migotania nazywany prądem przemiennym o natężeniu (50 Hz) o natężeniu około 100 mA i prądzie stałym 300 mA, na działanie którego czas dłuższy niż 0,5 s może spowodować migotanie mięśnia sercowego. Próg ten jest również uważany za warunkowo śmiertelny dla ludzi.

W Rosji, zgodnie z Zasadami technicznej eksploatacji instalacji elektrycznych konsumentów oraz Zasadami ochrony pracy podczas eksploatacji instalacji elektrycznych, utworzono 5 grup kwalifikacyjnych w zakresie bezpieczeństwa elektrycznego, w zależności od kwalifikacji i doświadczenia pracownika i napięcie instalacji elektrycznych.

Warunki pojawienia się prądu

Współczesna nauka stworzyła teorie wyjaśniające procesy naturalne. Wiele procesów opiera się na jednym z modeli budowy atomu, tzw. modelu planetarnym. Według tego modelu atom składa się z dodatnio naładowanego jądra i ujemnie naładowanej chmury elektronów otaczającej jądro. Różne substancje składające się z atomów są w większości trwałe i niezmienione w swoich właściwościach w stałych warunkach. środowisko. Ale w przyrodzie zachodzą procesy, które mogą zmienić stabilny stan substancji i spowodować w tych substancjach zjawisko zwane prądem elektrycznym.

Takim podstawowym procesem dla przyrody jest tarcie. Wiele osób wie, że jeśli czeszesz włosy grzebieniem wykonanym z określonego rodzaju plastiku lub nosisz ubrania wykonane z określonego rodzaju materiału, pojawia się efekt sklejania. Włosy są przyciągane i przyklejają się do grzebienia, to samo dzieje się z ubraniami. Efekt ten tłumaczy się tarciem, które zakłóca stabilność materiału grzebieniowego lub tkaniny. Chmura elektronów może przesunąć się względem jądra lub zostać częściowo zniszczona. W rezultacie substancja zyskuje ładunek elektryczny, którego znak zależy od struktury tej substancji. Ładunek elektryczny powstający w wyniku tarcia nazywa się elektrostatycznym.

Rezultatem jest para naładowanych substancji. Każda substancja ma określony potencjał elektryczny. Prąd elektryczny oddziałuje na przestrzeń pomiędzy dwiema naładowanymi substancjami, w tym przypadku pole elektrostatyczne. Skuteczność pola elektrostatycznego zależy od wielkości potencjałów i jest definiowana jako różnica potencjałów lub napięcie.

• Kiedy pojawia się napięcie, w przestrzeni między potencjałami pojawia się ukierunkowany ruch naładowanych cząstek substancji - prąd elektryczny.

Gdzie płynie prąd elektryczny?

W takim przypadku potencjały zmniejszą się, jeśli tarcie ustanie. I w końcu potencjały znikną, a substancje odzyskają stabilność.

Jeśli jednak proces tworzenia potencjałów i napięcia będzie kontynuowany w kierunku ich wzrostu, prąd również będzie wzrastał zgodnie z właściwościami substancji wypełniających przestrzeń między potencjałami. Najbardziej oczywistą demonstracją tego procesu jest błyskawica. Tarcie powietrza skierowanego w górę i w dół powoduje pojawienie się ogromnego napięcia. W rezultacie jeden potencjał jest tworzony przez prądy wstępujące na niebie, a drugi przez prądy opadające w ziemi. I w końcu, ze względu na właściwości powietrza, prąd elektryczny pojawia się w postaci błyskawicy.

• Pierwszą przyczyną prądu elektrycznego jest napięcie.
• Drugim powodem pojawienia się prądu elektrycznego jest przestrzeń, w której działa napięcie – jego wielkość i to, czym jest wypełnione.

Napięcie nie wynika tylko z tarcia. Inne fizyczne i procesy chemiczne, które zakłócają równowagę atomów substancji, również prowadzą do pojawienia się napięcia. Napięcie powstaje tylko w wyniku interakcji lub

• jedna substancja z inną substancją;
• jedną lub więcej substancji z polem lub promieniowaniem.

Napięcie może pochodzić z:

• reakcja chemiczna zachodząca w substancji, np. we wszystkich bateriach i akumulatorach, a także we wszystkich żywych organizmach;
• promieniowanie elektromagnetyczne, np. w panelach słonecznych i generatorach energii cieplnej;
• pole elektromagnetyczne, takie jak we wszystkich dynamach.

Prąd elektryczny ma naturę odpowiadającą substancji, w której płynie. Dlatego różni się:

• w metalach;

• w cieczach i gazach;

• w półprzewodnikach

W metalach prąd elektryczny składa się wyłącznie z elektronów, w cieczach i gazach – z jonów, w półprzewodnikach – z elektronów i „dziur”.

Prąd stały i przemienny

Napięcie w stosunku do jego potencjałów, których znaki pozostają niezmienione, może jedynie zmieniać wielkość.

• W takim przypadku pojawia się stały lub pulsacyjny prąd elektryczny.

Prąd elektryczny zależy od czasu trwania tej zmiany i właściwości przestrzeni wypełnionej materią pomiędzy potencjałami.

• Ale jeśli zmieniają się znaki potencjałów, co prowadzi do zmiany kierunku prądu, nazywa się to zmiennym, podobnie jak napięcie, które je określa.

Życie i prąd elektryczny

Dla ilościowych i oceny jakościowe prąd elektryczny w nowoczesna nauka i technologii, stosowane są pewne prawa i wielkości. Podstawowe prawa to:

• Prawo Coulomba;
• Prawo Ohma.

Charles Coulomb w latach 80. XVIII wieku określił pojawienie się napięcia, a Georg Ohm w latach 20. XIX wieku określił pojawienie się prądu elektrycznego.

W przyrodzie i cywilizacji ludzkiej wykorzystywany jest głównie jako nośnik energii i informacji, a tematyka jego badań i wykorzystania jest tak rozległa jak samo życie. Badania wykazały na przykład, że wszystkie żywe organizmy żyją, ponieważ mięśnie serca kurczą się pod wpływem impulsów prądu elektrycznego wytwarzanych w organizmie. Wszystkie pozostałe mięśnie pracują podobnie. Kiedy komórka się dzieli, wykorzystuje informacje oparte na prądzie elektrycznym o niezwykle wysokich częstotliwościach. Listę takich faktów wraz z wyjaśnieniami można kontynuować w całej książce.

Dokonano już wielu odkryć związanych z prądem elektrycznym, a wiele pozostaje jeszcze do zrobienia. Dlatego wraz z pojawieniem się nowych narzędzi badawczych pojawiają się nowe prawa, materiały i inne wyniki dotyczące praktycznego wykorzystania tego zjawiska.

Przede wszystkim warto dowiedzieć się, czym jest prąd elektryczny. Prąd elektryczny to uporządkowany ruch naładowanych cząstek w przewodniku. Aby powstał, należy najpierw wytworzyć pole elektryczne, pod wpływem którego wspomniane naładowane cząstki zaczną się poruszać.

Pierwsza wiedza o elektryczności, sprzed wielu wieków, dotyczyła „ładunków” elektrycznych wytwarzanych w wyniku tarcia. Już w starożytności ludzie wiedzieli, że bursztyn pocierany wełną nabywa zdolność przyciągania lekkich przedmiotów. Ale tylko w koniec XVI wieku angielski lekarz Gilbert szczegółowo zbadał to zjawisko i odkrył, że wiele innych substancji ma dokładnie takie same właściwości. Ciała, które niczym bursztyn po potarciu potrafią przyciągać lekkie przedmioty, nazwał naelektryzowanymi. Słowo to pochodzi od greckiego elektronu – „bursztyn”. Obecnie mówimy, że ciała w tym stanie mają ładunki elektryczne, a same ciała nazywamy „naładowanymi”.

Ładunki elektryczne powstają zawsze, gdy różne substancje wchodzą w bliski kontakt. Jeśli ciała są stałe, ich bliski kontakt uniemożliwiają mikroskopijne wypukłości i nierówności występujące na ich powierzchni. Ściskając takie ciała i pocierając je o siebie, łączymy ich powierzchnie, które bez nacisku stykałyby się tylko w kilku punktach. W niektórych ciałach ładunki elektryczne mogą swobodnie przemieszczać się pomiędzy różnymi częściami, ale w innych nie jest to możliwe. W pierwszym przypadku ciała nazywane są „przewodnikami”, w drugim „dielektrykami lub izolatorami”. Przewodnikami są wszystkie metale, wodne roztwory soli i kwasów itp. Przykładami izolatorów są bursztyn, kwarc, ebonit i wszystkie gazy występujące w normalnych warunkach.

Niemniej jednak należy zauważyć, że podział ciał na przewodniki i dielektryki jest bardzo dowolny. Wszystkie substancje przewodzą prąd w większym lub mniejszym stopniu. Ładunki elektryczne są dodatnie i ujemne. Ten rodzaj prądu nie będzie trwał długo, ponieważ naelektryzowane ciało się rozładuje. Dla dalszego istnienia prądu elektrycznego w przewodniku konieczne jest utrzymanie pola elektrycznego. Do tych celów wykorzystuje się źródła prądu elektrycznego. Najprostszy przypadek wystąpienia prądu elektrycznego ma miejsce, gdy jeden koniec drutu jest podłączony do ciała naelektryzowanego, a drugi do ziemi.

Obwody elektryczne dostarczające prąd do żarówek i silników elektrycznych pojawiły się dopiero po wynalezieniu baterii, które datuje się na około 1800 rok. Następnie rozwój doktryny o elektryczności nastąpił tak szybko, że w niecałe stulecie stała się ona nie tylko częścią fizyki, ale stworzyła podstawę nowej cywilizacji elektrycznej.

Podstawowe wielkości prądu elektrycznego

Ilość prądu i prądu. Oddziaływanie prądu elektrycznego może być silne lub słabe. Natężenie prądu elektrycznego zależy od ilości ładunku przepływającego przez obwód w określonej jednostce czasu. Im więcej elektronów przemieszcza się z jednego bieguna źródła na drugi, tym większy jest całkowity ładunek przenoszony przez elektrony. Ten ładunek netto nazywany jest ilością prądu przepływającego przez przewodnik.

W szczególności działanie chemiczne prądu elektrycznego zależy od ilości energii elektrycznej, tj. im większy ładunek przejdzie przez roztwór elektrolitu, tym więcej substancji osadzi się na katodzie i anodzie. W związku z tym ilość energii elektrycznej można obliczyć, ważąc masę substancji osadzonej na elektrodzie i znając masę i ładunek jednego jonu tej substancji.

Natężenie prądu to wielkość równa stosunkowi ładunku elektrycznego przechodzącego przez przekrój poprzeczny przewodnika do czasu jego przepływu. Jednostką ładunku jest kulomb (C), czas mierzy się w sekundach (s). W tym przypadku jednostkę prądu wyraża się w C/s. Jednostka ta nazywa się amperem (A). Aby zmierzyć prąd w obwodzie, stosuje się elektryczne urządzenie pomiarowe zwane amperomierzem. W celu włączenia do obwodu amperomierz jest wyposażony w dwa zaciski. Jest on podłączony szeregowo do obwodu.

Napięcie elektryczne. Wiemy już, że prąd elektryczny to uporządkowany ruch naładowanych cząstek – elektronów. Ruch ten powstaje przy użyciu pola elektrycznego, które wykonuje określoną pracę. Zjawisko to nazywa się pracą prądu elektrycznego. Aby w ciągu 1 s przepuścić większy ładunek przez obwód elektryczny, pole elektryczne musi wykonać większą pracę. Na tej podstawie okazuje się, że praca prądu elektrycznego powinna zależeć od siły prądu. Ale jest jeszcze jedna wartość, od której zależy praca prądu. Wielkość ta nazywana jest napięciem.

Napięcie to stosunek pracy wykonanej przez prąd w określonym odcinku obwodu elektrycznego do ładunku przepływającego przez ten sam odcinek obwodu. Pracę prądu mierzy się w dżulach (J), ładunek - w kulombach (C). W związku z tym jednostką miary napięcia będzie 1 J/C. Jednostkę tę nazwano woltem (V).

Aby w obwodzie elektrycznym mogło powstać napięcie, potrzebne jest źródło prądu. Gdy obwód jest otwarty, napięcie występuje tylko na zaciskach źródła prądu. Jeśli to źródło prądu zostanie uwzględnione w obwodzie, napięcie pojawi się również w poszczególnych odcinkach obwodu. W związku z tym w obwodzie pojawi się prąd. Oznacza to, że możemy krótko powiedzieć, co następuje: jeśli w obwodzie nie ma napięcia, nie ma prądu. Do pomiaru napięcia używa się elektrycznego przyrządu pomiarowego zwanego woltomierzem. do jego wygląd przypomina wspomniany wcześniej amperomierz, z tą tylko różnicą, że na skali woltomierza zapisana jest litera V (zamiast A na amperomierzu). Woltomierz ma dwa zaciski, za pomocą których jest podłączony równolegle do obwodu elektrycznego.

Opór elektryczny. Po podłączeniu do obwodu elektrycznego różnych przewodów i amperomierza można zauważyć, że przy zastosowaniu różnych przewodów amperomierz daje różne wskazania, czyli w tym przypadku natężenie prądu dostępnego w obwodzie elektrycznym jest inne. Zjawisko to można wytłumaczyć faktem, że różne przewodniki mają różną rezystancję elektryczną, tj wielkość fizyczna. Został nazwany Ohm na cześć niemieckiego fizyka. Z reguły w fizyce stosuje się większe jednostki: kiloom, megaom itp. Rezystancja przewodnika jest zwykle oznaczana literą R, długość przewodnika to L, a pole przekroju poprzecznego to S W tym przypadku opór można zapisać wzorem:

R = r * L/S

gdzie współczynnik p nazywany jest rezystywnością. Współczynnik ten wyraża opór przewodnika o długości 1 m i polu przekroju poprzecznego równego 1 m2. Opór właściwy wyraża się w omach x m. Ponieważ przewody mają z reguły raczej mały przekrój poprzeczny, ich powierzchnie są zwykle wyrażane w milimetrach kwadratowych. W tym przypadku jednostką rezystywności będzie om x mm2/m. W poniższej tabeli. Rysunek 1 pokazuje oporność niektórych materiałów.

Tabela 1. Oporność elektryczna niektórych materiałów
Materiał	p, om x m2/m	Materiał	p, om x m2/m
Miedź	0,017	Stop platyny i irydu	0,25
Złoto	0,024	Grafit	13
Mosiądz	0,071	Węgiel	40
Cyna	0,12	Porcelana	1019
Ołów	0,21	Ebonit	1020
Metal lub stop
Srebro	0,016	Manganina (stop)	0,43
Aluminium	0,028	Konstantan (stop)	0,50
Wolfram	0,055	Rtęć	0,96
Żelazo	0,1	Nichrom (stop)	1,1
Nikiel (stop)	0,40	Fechral (stop)	1,3
		Chromel (stop)	1,5

Według tabeli. 1 staje się jasne, że miedź ma najniższą oporność elektryczną, a stop metali najwyższą. Ponadto dielektryki (izolatory) mają wysoką rezystancję.

Pojemność elektryczna. Wiemy już, że dwa odizolowane od siebie przewodniki mogą gromadzić ładunki elektryczne. Zjawisko to charakteryzuje się wielkością fizyczną zwaną pojemnością elektryczną. Pojemność elektryczna dwóch przewodników to nic innego jak stosunek ładunku jednego z nich do różnicy potencjałów między tym przewodnikiem a sąsiednim. Im niższe napięcie, gdy przewodniki otrzymują ładunek, tym większa jest ich pojemność. Jednostką pojemności elektrycznej jest farad (F). W praktyce stosuje się ułamki tej jednostki: mikrofarad (μF) i pikofarad (pF).

Jeśli weźmiesz dwa odizolowane od siebie przewodniki i umieścisz je w niewielkiej odległości od siebie, otrzymasz kondensator. Pojemność kondensatora zależy od grubości jego płytek oraz grubości dielektryka i jego przepuszczalności. Zmniejszając grubość dielektryka pomiędzy płytkami kondensatora, można znacznie zwiększyć pojemność tego ostatniego. Na wszystkich kondensatorach, oprócz ich pojemności, należy wskazać napięcie, dla którego te urządzenia są zaprojektowane.

Praca i moc prądu elektrycznego. Z powyższego wynika, że ​​prąd elektryczny wykonuje pewną pracę. Podłączając silniki elektryczne, prąd elektryczny powoduje pracę wszelkiego rodzaju urządzeń, przesuwa pociągi po szynach, oświetla ulice, ogrzewa dom, a także wytwarza efekt chemiczny, tj. Umożliwia elektrolizę itp. Można powiedzieć, że wykonana praca przez prąd na określonym odcinku obwodu jest równy prądowi produktu, napięciu i czasowi, w którym praca została wykonana. Pracę mierzy się w dżulach, napięcie w woltach, prąd w amperach, czas w sekundach. Pod tym względem 1 J = 1B x 1A x 1s. Z tego wynika, że ​​aby zmierzyć pracę prądu elektrycznego, należy użyć jednocześnie trzech przyrządów: amperomierza, woltomierza i zegara. Jest to jednak uciążliwe i nieskuteczne. Dlatego pracę prądu elektrycznego mierzy się zwykle za pomocą liczników elektrycznych. To urządzenie zawiera wszystkie powyższe urządzenia.

Moc prądu elektrycznego jest równa stosunkowi pracy prądu do czasu, w którym była ona wykonywana. Moc oznaczona jest literą „P” i wyrażana jest w watach (W). W praktyce stosuje się kilowaty, megawaty, hektowaty itp. Aby zmierzyć moc obwodu, należy wziąć watomierz. Inżynierowie elektrycy wyrażają pracę prądu w kilowatogodzinach (kWh).

Podstawowe prawa prądu elektrycznego

Prawo Ohma. Napięcie i prąd są uważane za najbardziej przydatne cechy obwodów elektrycznych. Jedną z głównych cech wykorzystania energii elektrycznej jest szybki transport energii z jednego miejsca do drugiego i jej przekazanie odbiorcy w wymaganej formie. Iloczyn różnicy potencjałów i prądu daje moc, tj. ilość energii wydzielanej w obwodzie w jednostce czasu. Jak wspomniano powyżej, aby zmierzyć moc w obwodzie elektrycznym, potrzebne byłyby 3 urządzenia. Czy można obejść się za pomocą tylko jednego i obliczyć moc na podstawie jego odczytów i niektórych cech obwodu, takich jak jego rezystancja? Wielu osobom spodobał się ten pomysł i uznał go za owocny.

Jaka jest zatem rezystancja przewodu lub obwodu jako całości? Czy drut, podobnie jak rury wodociągowe lub rury instalacji próżniowej, ma trwałą właściwość, którą można nazwać oporem? Na przykład w rurach stosunek różnicy ciśnień wytwarzającej przepływ podzielony przez natężenie przepływu jest zwykle stałą charakterystyką rury. Podobnie przepływ ciepła w drucie regulowany jest prostą zależnością obejmującą różnicę temperatur, pole przekroju poprzecznego drutu i jego długość. Odkrycie takiej zależności dla obwodów elektrycznych było wynikiem udanych poszukiwań.

W latach dwudziestych XIX wieku niemiecki nauczyciel szkoły Pierwszym, który rozpoczął poszukiwania wspomnianej zależności, był Georg Ohm. Przede wszystkim zabiegał o sławę i sławę, która umożliwiłaby mu wykładanie na uniwersytecie. Dlatego wybrał obszar badań, który obiecywał szczególne korzyści.

Om był synem mechanika, więc wiedział, jak narysować metalowy drut o różnej grubości, który był mu potrzebny do eksperymentów. Ponieważ w tamtych czasach nie można było kupić odpowiedniego drutu, Om zrobił to sam. Podczas swoich eksperymentów próbował różnych długości, różnych grubości, różnych metali, a nawet różnych temperatur. Zmieniał wszystkie te czynniki jeden po drugim. W czasach Ohma baterie były nadal słabe i wytwarzały nierówny prąd. W związku z tym badacz wykorzystał termoparę jako generator, którego gorące złącze umieszczono w płomieniu. Ponadto użył prymitywnego amperomierza magnetycznego i zmierzył różnice potencjałów (Ohm nazwał je „napięciami”), zmieniając temperaturę lub liczbę połączeń termicznych.

Nauka o obwodach elektrycznych dopiero zaczęła się rozwijać. Po wynalezieniu baterii około 1800 roku, zaczęła się ona rozwijać znacznie szybciej. Zaprojektowano i wyprodukowano różne urządzenia (dość często ręcznie), odkryto nowe prawa, pojawiły się koncepcje i terminy itp. Wszystko to doprowadziło do głębszego zrozumienia zjawisk i czynników elektrycznych.

Aktualizacja wiedzy o elektryczności z jednej strony stała się powodem powstania nowej dziedziny fizyki, z drugiej stała się podstawą szybkiego rozwoju elektrotechniki, czyli akumulatorów, generatorów, systemów zasilania oświetlenia i napęd elektryczny, piece elektryczne, silniki elektryczne itp., wynaleziono inne.

Odkrycia Ohma miały ogromne znaczenie zarówno dla rozwoju badań nad elektrycznością, jak i dla rozwoju elektrotechniki stosowanej. Umożliwiły one łatwe przewidywanie właściwości obwodów elektrycznych dla prądu stałego, a następnie dla prądu przemiennego. W 1826 roku Ohm opublikował książkę, w której przedstawił wnioski teoretyczne i wyniki eksperymentów. Jednak jego nadzieje nie były uzasadnione; książka została przyjęta z kpiną. Stało się tak, ponieważ metoda prymitywnego eksperymentowania wydawała się nieatrakcyjna w czasach, gdy wielu interesowało się filozofią.

Nie miał innego wyjścia, jak opuścić stanowisko nauczyciela. Z tego samego powodu nie dostał się na uniwersytet. Naukowiec przez 6 lat żył w biedzie, bez wiary w przyszłość, przeżywając gorzkie rozczarowanie.

Stopniowo jednak jego dzieła zyskiwały sławę, najpierw poza granicami Niemiec. Om był szanowany za granicą i czerpał korzyści z jego badań. W związku z tym jego rodacy zostali zmuszeni do uznania go w ojczyźnie. W 1849 otrzymał profesurę na uniwersytecie w Monachium.

Ohm odkrył proste prawo ustalające zależność pomiędzy prądem i napięciem dla kawałka drutu (dla części obwodu, dla całego obwodu). Ponadto opracował zasady, które pozwalają określić, co się zmieni, jeśli weźmiesz drut o innym rozmiarze. Prawo Ohma jest sformułowane w następujący sposób: natężenie prądu w odcinku obwodu jest wprost proporcjonalne do napięcia w tym odcinku i odwrotnie proporcjonalne do rezystancji tego odcinka.

Prawo Joule’a-Lenza. Prąd elektryczny w dowolnej części obwodu wykonuje pewną pracę. Weźmy na przykład dowolny odcinek obwodu, na którego końcach znajduje się napięcie (U). Z definicji napięcia elektrycznego praca wykonana podczas przemieszczania jednostki ładunku pomiędzy dwoma punktami jest równa U. Jeżeli natężenie prądu w danym odcinku obwodu jest równe i, to w czasie t ładunek przejdzie, oraz dlatego praca prądu elektrycznego w tej sekcji będzie wynosić:

A = Uit

Wyrażenie to dotyczy prądu stałego w każdym przypadku, dla dowolnej części obwodu, która może zawierać przewodniki, silniki elektryczne itp. Moc prądu, tj. praca w jednostce czasu jest równa:

P = A/t = Ui

Wzór ten jest używany w układzie SI do określenia jednostki napięcia.

Załóżmy, że odcinek obwodu jest przewodnikiem stacjonarnym. W takim przypadku cała praca zamieni się w ciepło, które zostanie uwolnione w tym przewodniku. Jeśli przewodnik jest jednorodny i przestrzega prawa Ohma (dotyczy to wszystkich metali i elektrolitów), to:

U = ir

gdzie r jest rezystancją przewodnika. W tym przypadku:

A = rt2i

Prawo to zostało po raz pierwszy wydedukowane eksperymentalnie przez E. Lenza i niezależnie od niego przez Joule'a.

Należy zaznaczyć, że przewodniki grzejne mają liczne zastosowania w technice. Najpopularniejszymi i najważniejszymi z nich są lampy żarowe.

Prawo indukcji elektromagnetycznej. W pierwszej połowie XIX wieku angielski fizyk M. Faraday odkrył zjawisko indukcji magnetycznej. Fakt ten, będący własnością wielu badaczy, dał potężny impuls do rozwoju elektrotechniki i radiotechniki.

W trakcie eksperymentów Faraday odkrył, że gdy zmienia się liczba linii indukcji magnetycznej penetrujących powierzchnię ograniczoną zamkniętą pętlą, powstaje w niej prąd elektryczny. Na tym opiera się być może najważniejsze prawo fizyki - prawo indukcji elektromagnetycznej. Prąd występujący w obwodzie nazywa się indukcją. Ponieważ prąd elektryczny powstaje w obwodzie dopiero wtedy, gdy swobodne ładunki zostaną poddane działaniu sił zewnętrznych, to przy zmiennym strumieniu magnetycznym przepływającym wzdłuż powierzchni obwodu zamkniętego pojawiają się w nim te same siły zewnętrzne. Działanie sił zewnętrznych w fizyce nazywa się siłą elektromotoryczną lub indukowanym emf.

Indukcja elektromagnetyczna pojawia się także w otwartych przewodnikach. Kiedy przewodnik przecina linie sił magnetycznych, na jego końcach pojawia się napięcie. Powodem pojawienia się takiego napięcia jest indukowany emf. Jeśli strumień magnetyczny przechodzący przez zamkniętą pętlę nie zmienia się, nie pojawia się żaden prąd indukowany.

Korzystając z pojęcia „emf indukcji”, możemy mówić o prawie indukcji elektromagnetycznej, tj. indukcja emf w zamkniętej pętli jest równa wielkości szybkości zmiany strumienia magnetycznego przez powierzchnię ograniczoną pętlą.

Reguła Lenza. Jak już wiemy, w przewodniku powstaje prąd indukowany. W zależności od warunków jego pojawienia się, ma inny kierunek. Z tej okazji rosyjski fizyk Lenz sformułował następującą zasadę: prąd indukowany powstający w obwodzie zamkniętym ma zawsze taki kierunek, że wytwarzane przez niego pole magnetyczne nie pozwala na zmianę strumienia magnetycznego. Wszystko to powoduje pojawienie się prądu indukcyjnego.

Prąd indukcyjny, jak każdy inny, ma energię. Oznacza to, że w przypadku wystąpienia prądu indukcyjnego pojawia się energia elektryczna. Zgodnie z prawem zachowania i przemiany energii, powyższa energia może powstać jedynie dzięki ilości energii innego rodzaju energii. Zatem reguła Lenza w pełni odpowiada prawu zachowania i transformacji energii.

Oprócz indukcji w cewce może pojawić się tzw. samoindukcja. Jego istota jest następująca. Jeśli w cewce pojawi się prąd lub zmieni się jego siła, pojawia się zmienne pole magnetyczne. A jeśli zmienia się strumień magnetyczny przechodzący przez cewkę, pojawia się w nim siła elektromotoryczna, zwana emf samoindukcją.

Zgodnie z regułą Lenza samoindukcyjny emf podczas zamykania obwodu zakłóca natężenie prądu i zapobiega jego wzrostowi. Gdy obwód jest wyłączony, samoindukcyjny emf zmniejsza siłę prądu. W przypadku, gdy natężenie prądu w cewce osiągnie określoną wartość, pole magnetyczne przestaje się zmieniać, a emf samoindukcji staje się zerowy.