Šta se podrazumijeva pod električnom strujom? Uslovi za nastanak električne struje

Naboj u pokretu. Može biti u obliku iznenadnog pražnjenja statičkog elektriciteta, kao što je munja. Ili bi to mogao biti kontrolirani proces u generatorima, baterijama, solarnim ili gorivnim ćelijama. Danas ćemo se osvrnuti na sam pojam “električne struje” i uslove za postojanje električne struje.

Električna energija

Većina električne energije koju koristimo dolazi u obliku naizmjenične struje iz električne mreže. Stvaraju ga generatori koji rade prema Faradayevom zakonu indukcije, zbog čega promjenjivo magnetsko polje može inducirati električnu struju u vodiču.

Generatori imaju rotirajuće zavojnice žice koje prolaze kroz magnetna polja dok se rotiraju. Kako se zavojnice rotiraju, otvaraju se i zatvaraju u odnosu na magnetsko polje i stvaraju električnu struju koja mijenja smjer sa svakim okretom. Struja prolazi kroz puni ciklus naprijed-nazad 60 puta u sekundi.

Generatori se mogu pokretati parnim turbinama koje se zagrijavaju na ugalj, prirodni plin, naftu ili nuklearni reaktor. Iz generatora struja prolazi kroz niz transformatora, gdje se njen napon povećava. Prečnik žica određuje količinu i intenzitet struje koju mogu nositi bez pregrijavanja i gubitka energije, a napon je ograničen samo time koliko su vodovi dobro izolirani od zemlje.

Zanimljivo je napomenuti da struju prenosi samo jedna žica, a ne dvije. Njegove dvije strane su označene kao pozitivna i negativna. Međutim, budući da se polaritet naizmjenične struje mijenja 60 puta u sekundi, oni imaju i druga imena - vrući (glavni vodovi) i uzemljeni (pod zemljom kako bi se sklopio krug).

Zašto je potrebna električna struja?

Postoji mnogo namjena električne struje: može osvijetliti vaš dom, oprati i osušiti odjeću, podići vam garažna vrata, prokuvati vodu u kotliću i omogućiti druge kućne potrepštine koje nam znatno olakšavaju život. Međutim, sposobnost struje da prenosi informacije postaje sve važnija.

Prilikom povezivanja na Internet računar koristi samo mali dio električne struje, ali to je nešto bez čega savremeni ljudi ne mogu zamisliti svoj život.

Pojam električne struje

Kao tok rijeke, tok molekula vode, električna struja je tok nabijenih čestica. Šta je to što ga uzrokuje i zašto ne ide uvijek u istom smjeru? Kada čujete riječ "teče", na šta pomislite? Možda će to biti rijeka. Ovo je dobra asocijacija jer je zbog toga električna struja dobila ime. Vrlo je sličan protoku vode, ali umjesto da se molekuli vode kreću duž kanala, nabijene čestice se kreću duž provodnika.

Među uslovima neophodnim za postojanje električne struje, postoji tačka koja zahteva prisustvo elektrona. Atomi u provodljivom materijalu imaju mnoge od ovih slobodnih nabijenih čestica koje lebde oko i između atoma. Njihovo kretanje je nasumično, tako da nema protoka u bilo kojem smjeru. Šta je potrebno da bi postojala električna struja?

Uvjeti za postojanje električne struje uključuju prisustvo napona. Kada se nanese na provodnik, svi slobodni elektroni će se kretati u istom smjeru, stvarajući struju.

Zanima me električna struja

Ono što je zanimljivo je da kada se električna energija prenosi kroz provodnik brzinom svjetlosti, sami elektroni se kreću mnogo sporije. U stvari, ako hodate polako pored provodljive žice, vaša brzina bi bila 100 puta veća od elektrona. To je zbog činjenice da ne moraju putovati velike udaljenosti da bi prenosili energiju jedni drugima.

Jednosmjerna i naizmjenična struja

Danas se široko koriste dvije različite vrste struje - jednosmjerna i naizmjenična. U prvom, elektroni se kreću u jednom smjeru, sa “negativne” na “pozitivnu” stranu. Naizmjenična struja gura elektrone naprijed-nazad, mijenjajući smjer toka nekoliko puta u sekundi.

Generatori koji se koriste u elektranama za proizvodnju električne energije dizajnirani su za proizvodnju naizmjenične struje. Vjerovatno nikada niste primijetili da svjetla u vašem domu zapravo trepere jer se smjer struje mijenja, ali to se dešava prebrzo da bi vaše oči mogle primijetiti.

Koji su uslovi za postojanje jednosmerne električne struje? Zašto su nam potrebne obje vrste i koja je bolja? Ovo su dobra pitanja. Činjenica da još uvijek koristimo obje vrste struje sugerira da obje služe određenim svrhama. Još u 19. veku bilo je jasno da je efikasan prenos energije na velike udaljenosti između elektrane i kuće moguć samo pri veoma visokim naponima. Ali problem je bio u tome što je slanje stvarno visokog napona bilo izuzetno opasno za ljude.

Rješenje ovog problema bilo je smanjenje napetosti izvan kuće prije nego što se pošalje unutra. Do danas se jednosmjerna električna struja koristi za prijenos na velike udaljenosti, uglavnom zbog svoje sposobnosti da se lako pretvara u druge napone.

Kako funkcioniše električna struja?

Uvjeti za postojanje električne struje uključuju prisustvo nabijenih čestica, provodnika i napona. Mnogi naučnici su proučavali elektricitet i otkrili da postoje dvije vrste elektriciteta: statički i strujni.

To je druga koja igra veliku ulogu u svakodnevnom životu svake osobe, jer predstavlja električnu struju koja prolazi kroz strujni krug. Koristimo ga svakodnevno za napajanje naših domova i još mnogo toga.

Šta je električna struja?

Kada električni naboji kruže u kolu od jednog mjesta do drugog, stvara se električna struja. Uvjeti za postojanje električne struje uključuju, pored nabijenih čestica, i prisustvo provodnika. Najčešće je to žica. Njegovo kolo je zatvoreno kolo u kojem struja prolazi iz izvora napajanja. Kada je krug otvoren, on ne može završiti putovanje. Na primjer, kada je svjetlo u vašoj sobi isključeno, strujni krug je otvoren, ali kada je krug zatvoren, svjetlo je uključeno.

Trenutna snaga

Na uslove postojanja električne struje u provodniku u velikoj meri utiču naponske karakteristike kao što je snaga. Ovo je mjera koliko se energije koristi u određenom vremenskom periodu.

Postoji mnogo različitih jedinica koje se mogu koristiti za izražavanje ove karakteristike. Međutim, električna snaga se gotovo mjeri u vatima. Jedan vat je jednak jednom džulu u sekundi.

Električni naboj u pokretu

Koji su uslovi za postojanje električne struje? Može biti u obliku iznenadnog pražnjenja statičkog elektriciteta, kao što je munja ili iskra od trenja o vunenu tkaninu. Međutim, češće, kada govorimo o električnoj struji, govorimo o kontroliranijoj formi električne energije koja čini da svjetla gore i uređaji rade. Većinu električnog naboja nose negativni elektroni i pozitivni protoni unutar atoma. Međutim, potonji su uglavnom imobilizirani unutar atomskih jezgri, tako da posao prijenosa naboja s jednog mjesta na drugo obavljaju elektroni.

Elektroni u provodljivom materijalu kao što je metal uglavnom se slobodno kreću od jednog atoma do drugog duž svojih provodnih pojaseva, koji su najviše orbite elektrona. Dovoljna elektromotorna sila ili napon stvara neravnotežu naboja koja može uzrokovati protok elektrona kroz provodnik u obliku električne struje.

Ako povučemo analogiju s vodom, uzmimo, na primjer, cijev. Kada otvorimo ventil na jednom kraju kako bismo dozvolili da voda teče u cijev, ne moramo čekati da ta voda prođe sve do kraja. Na drugom kraju dobijamo vodu gotovo trenutno jer nadolazeća voda potiskuje vodu koja je već u cijevi. Ovo se dešava kada postoji električna struja u žici.

Električna struja: uslovi za postojanje električne struje

Električna struja se obično smatra protokom elektrona. Kada su dva kraja baterije spojena jedan na drugi pomoću metalne žice, ova nabijena masa prolazi kroz žicu od jednog kraja (elektrode ili pola) baterije na suprotni. Dakle, nazovimo uslove za postojanje električne struje:

1. Naelektrisane čestice.
2. Dirigent.
3. Izvor napona.

Međutim, nije sve tako jednostavno. Koji su uslovi neophodni za postojanje električne struje? Na ovo pitanje može se detaljnije odgovoriti uzimajući u obzir sljedeće karakteristike:

• Razlika potencijala (napon). Ovo je jedan od obaveznih uslova. Mora postojati razlika potencijala između 2 tačke, što znači da odbojna sila koju stvaraju nabijene čestice na jednom mjestu mora biti veća od njihove sile u drugoj tački. Izvori napona, po pravilu, ne postoje u prirodi, a elektroni su prilično ravnomjerno raspoređeni u okolini. Ipak, naučnici su uspjeli izmisliti određene vrste uređaja u kojima se te nabijene čestice mogu akumulirati, stvarajući tako neophodan napon (na primjer, u baterijama).
• Električni otpor (provodnik). Ovo je drugi važan uslov koji je neophodan za postojanje električne struje. Ovo je put kojim putuju nabijene čestice. Samo oni materijali koji dozvoljavaju elektronima da se slobodno kreću djeluju kao provodnici. Oni koji nemaju tu sposobnost nazivaju se izolatori. Na primjer, metalna žica će biti odličan provodnik, dok će njen gumeni omotač biti odličan izolator.

Pažljivo proučavajući uslove za nastanak i postojanje električne struje, ljudi su uspjeli ukrotiti ovaj moćni i opasni element i usmjeriti ga za dobrobit čovječanstva.

Danas je teško zamisliti život bez takvog fenomena kao što je električna energija, ali čovječanstvo ga je ne tako davno naučilo koristiti za svoje potrebe. Proučavanje suštine i karakteristika ove posebne vrste materije trajalo je nekoliko stoljeća, ali ni sada ne možemo sa sigurnošću reći da o njoj znamo apsolutno sve.

Pojam i suština električne struje

Električna struja, kao što je poznato iz školskih predmeta fizike, nije ništa drugo do uređeno kretanje bilo koje nabijene čestice. Potonji mogu biti ili negativno nabijeni elektroni ili ioni. Vjeruje se da ova vrsta materije može nastati samo u takozvanim provodnicima, ali to je daleko od istine. Stvar je u tome da kada bilo koja tijela dođu u kontakt, uvijek nastane određeni broj suprotno nabijenih čestica koje mogu početi da se kreću. U dielektricima je slobodno kretanje istih elektrona vrlo teško i zahtijeva ogromne vanjske sile, zbog čega kažu da ne provode električnu struju.

Uvjeti za postojanje struje u kolu

Naučnici su odavno primijetili da ovaj fizički fenomen ne može nastati i opstati dugo sam od sebe. Uslovi za postojanje električne struje uključuju nekoliko važnih odredbi. Prvo, ovaj fenomen je nemoguć bez prisustva slobodnih elektrona i iona, koji djeluju kao prenosioci naboja. Drugo, da bi se ove elementarne čestice počele kretati na uredan način, potrebno je stvoriti polje čija je glavna karakteristika potencijalna razlika između bilo koje tačke električara. Konačno, treće, električna struja ne može dugo postojati samo pod utjecajem Coulombovih sila, jer će se potencijali postepeno izjednačiti. Zbog toga su potrebne određene komponente koje su pretvarači različitih vrsta mehaničke i toplotne energije. Obično se nazivaju izvori struje.

Pitanje o trenutnim izvorima

Izvori električne struje su posebni uređaji koji stvaraju električno polje. Najvažnije od njih su galvanske ćelije, solarni paneli, generatori i baterije. karakterizira njihova snaga, produktivnost i vrijeme rada.

Struja, napon, otpor

Kao i svaka druga fizička pojava, električna struja ima niz karakteristika. Najvažniji od njih uključuju njegovu snagu, napon strujnog kruga i otpor. Prva od njih je kvantitativna karakteristika naboja koji prolazi kroz poprečni presjek određenog vodiča u jedinici vremena. Napon (koji se naziva i elektromotorna sila) nije ništa drugo do veličina razlike potencijala zbog koje prolazni naboj obavlja određenu količinu posla. Konačno, otpor je unutrašnja karakteristika provodnika, koja pokazuje koliku silu naboj mora potrošiti da prođe kroz njega.

Šta danas zaista znamo o električnoj energiji? Prema modernim pogledima, mnogo, ali ako se detaljnije zadubimo u suštinu ovog pitanja, ispostavit će se da čovječanstvo naširoko koristi električnu energiju bez razumijevanja prave prirode ovog važnog fizičkog fenomena.

Svrha ovog članka nije opovrgavanje postignutih naučno-tehničkih primijenjenih rezultata istraživanja u oblasti električnih pojava, koje se široko koriste u svakodnevnom životu i industriji savremenog društva. Ali čovječanstvo se stalno suočava s nizom pojava i paradoksa koji se ne uklapaju u okvire modernih teorijskih koncepata o električnim pojavama - to ukazuje na nedostatak potpunog razumijevanja fizike ovog fenomena.

Također, danas znanost zna činjenice kada naizgled proučavane supstance i materijali pokazuju anomalnu provodljivost ( ) .

Fenomen supravodljivosti materijala također trenutno nema potpuno zadovoljavajuću teoriju. Postoji samo pretpostavka da supravodljivost jeste kvantni fenomen , koju proučava kvantna mehanika. Pažljivim proučavanjem osnovnih jednačina kvantne mehanike: Schrödingerove jednačine, von Neumannove jednačine, Lindbladove jednačine, Heisenbergove jednačine i Paulijeve jednačine, njihova nedosljednost će postati očigledna. Činjenica je da Schrödingerova jednačina nije izvedena, već se postulira metodom analogije s klasičnom optikom, na osnovu generalizacije eksperimentalnih podataka. Paulijeva jednadžba opisuje kretanje nabijene čestice sa spinom 1/2 (na primjer, elektrona) u vanjskom elektromagnetskom polju, ali koncept spina nije povezan sa stvarnom rotacijom elementarne čestice i s obzirom na spin postulira se da postoji prostor stanja koja ni na koji način nisu povezana sa kretanjem čestica elementarne čestice u običnom prostoru.

U knjizi Anastasije Novykh „Ezoosmos“ spominje se nedosljednost kvantne teorije: „Ali kvantnomehanička teorija strukture atoma, koja atom smatra sistemom mikročestica koje se ne pokoravaju zakonima klasične mehanike, apsolutno nije relevantno . Na prvi pogled, argumenti njemačkog fizičara Heisenberga i austrijskog fizičara Schrödingera ljudima se čine uvjerljivima, ali ako se sve ovo sagleda s druge tačke gledišta, onda su njihovi zaključci samo djelimično tačni, a općenito su i jedni i drugi potpuno pogrešni. . Činjenica je da je prvi opisao elektron kao česticu, a drugi kao talas. Inače, princip dualnosti talas-čestica je takođe irelevantan, jer ne otkriva prelazak čestice u talas i obrnuto. Odnosno, učena gospoda ispadaju pomalo škrti. U stvari, sve je vrlo jednostavno. Općenito, želim reći da je fizika budućnosti vrlo jednostavna i razumljiva. Glavna stvar je doživjeti ovu budućnost. Što se tiče elektrona, on postaje talas samo u dva slučaja. Prvi je kada se gubi vanjski naboj, odnosno kada elektron ne stupa u interakciju s drugim materijalnim objektima, recimo sa istim atomom. Drugi, u predosmičkom stanju, odnosno kada se njegov unutrašnji potencijal smanjuje."

Isti električni impulsi koje generišu neuroni ljudskog nervnog sistema podržavaju aktivno, složeno, raznoliko funkcionisanje tela. Zanimljivo je napomenuti da je akcioni potencijal ćelije (pobudni val koji se kreće duž membrane žive ćelije u obliku kratkotrajne promjene membranskog potencijala na malom području ekscitabilne ćelije) u određenom rasponu. (Sl. 1).

Donja granica akcionog potencijala neurona je na nivou od -75 mV, što je vrlo blizu vrijednosti redoks potencijala ljudske krvi. Ako analiziramo maksimalnu i minimalnu vrijednost akcionog potencijala u odnosu na nulu, onda je vrlo blizu zaokruženom postotku značenje zlatni omjer , tj. podjela intervala u omjeru 62% i 38%:

\(\Delta = 75 mV+40 mV = 115 mV\)

115 mV / 100% = 75 mV / x 1 ili 115 mV / 100% = 40 mV / x 2

x 1 = 65,2%, x 2 = 34,8%

Sve supstance i materijali poznati modernoj nauci provode elektricitet u ovom ili onom stepenu, jer sadrže elektrone koji se sastoje od 13 fantomskih Po čestica, koje su, zauzvrat, septonski snopovi („PRIMORDIALNA ALLATRA FIZIKA“ str. 61). Pitanje je samo koliki je napon električne struje koji je neophodan da bi se savladao električni otpor.

Pošto su električni fenomeni usko povezani sa elektronom, izveštaj „PRIMODIUM ALLATRA PHYSICS“ daje sledeće informacije o ovoj važnoj elementarnoj čestici: „Elektron je komponenta atoma, jedan od glavnih strukturnih elemenata materije. Elektroni formiraju elektronske ljuske atoma svih danas poznatih hemijskih elemenata. Oni učestvuju u gotovo svim električnim fenomenima kojih su naučnici danas svjesni. Ali šta je elektricitet, zvanična nauka još uvek ne može da objasni, ograničavajući se na opšte fraze da je to, na primer, „skup pojava izazvanih postojanjem, kretanjem i interakcijom naelektrisanih tela ili čestica nosilaca električnog naboja“. Poznato je da električna energija nije kontinuirani tok, već se prenosi u porcijama - diskretno».

Prema savremenim idejama: „ struja “je skup fenomena uzrokovanih postojanjem, interakcijom i kretanjem električnih naboja.” Ali šta je električni naboj?

Električno punjenje (količina električne energije) je fizička skalarna veličina (veličina čija se svaka vrijednost može izraziti jednim realnim brojem) koja određuje sposobnost tijela da budu izvor elektromagnetnih polja i da učestvuju u elektromagnetnoj interakciji. Električni naboji se dijele na pozitivna i negativna (ovaj izbor se u nauci smatra čisto proizvoljnim i svakom naelektrisanju se pripisuje vrlo specifičan znak). Tijela nabijena nabojem istog znaka odbijaju se, a ona sa suprotnim nabojem privlače. Kada se nabijena tijela kreću (kako makroskopska tijela tako i mikroskopske nabijene čestice koje nose električnu struju u provodnicima), nastaje magnetsko polje i javljaju se pojave koje omogućavaju uspostavljanje odnosa između elektriciteta i magnetizma (elektromagnetizam).

Elektrodinamika proučava elektromagnetno polje u najopštijem slučaju (tj. razmatraju se vremenski zavisna varijabilna polja) i njegovu interakciju sa tijelima koja imaju električni naboj. Klasična elektrodinamika uzima u obzir samo kontinuirana svojstva elektromagnetnog polja.

Kvantna elektrodinamika proučava elektromagnetna polja koja imaju diskontinuirana (diskretna) svojstva, čiji su nosioci kvanti polja – fotoni. Interakcija elektromagnetnog zračenja sa naelektrisanim česticama se u kvantnoj elektrodinamici smatra apsorpcijom i emisijom fotona od strane čestica.

Vrijedi razmisliti zašto se magnetsko polje pojavljuje oko vodiča sa strujom ili oko atoma u čijim se orbitama kreću elektroni? Činjenica je da " ono što se danas zove električna energija je zapravo posebno stanje septonskog polja , u procesima u kojima elektron u većini slučajeva učestvuje zajedno sa svojim drugim dodatnim "komponentama" "("PRIMODIUM ALLATRA FIZIKA" str. 90).

A toroidni oblik magnetskog polja određen je prirodom njegovog porijekla. Kako članak kaže: “Uzimajući u obzir fraktalne obrasce u Univerzumu, kao i činjenicu da je septonsko polje u materijalnom svijetu unutar 6 dimenzija osnovno, jedinstveno polje na kojem se zasnivaju sve interakcije poznate modernoj nauci, može se tvrditi da su svi takođe imaju oblik Tore. A ova izjava može biti od posebnog naučnog interesa za savremene istraživače.". Stoga će elektromagnetno polje uvijek imati oblik torusa, poput torusa septona.

Razmotrimo spiralu kroz koju teče električna struja i kako se tačno formira njeno elektromagnetno polje ( https://www.youtube.com/watch?v=0BgV-ST478M).

Rice. 2. Linije polja pravokutnog magneta

Rice. 3. Linije polja spirale sa strujom

Rice. 4. Linije polja pojedinih dijelova spirale

Rice. 5. Analogija između linija polja spirale i atoma sa orbitalnim elektronima

Rice. 6. Odvojeni fragment spirale i atoma sa linijama sile

ZAKLJUČAK: čovječanstvo tek treba da nauči tajne misteriozne pojave elektriciteta.

Peter Totov

Ključne riječi: PRIMORDIJALNA FIZIKA ALLATRA, električna struja, elektricitet, priroda elektriciteta, električni naboj, elektromagnetno polje, kvantna mehanika, elektron.

književnost:

Novi. A., Ezoosmos, K.: LOTOS, 2013. - 312 str. http://schambala.com.ua/book/ezoosmos

Izveštaj “PRIMODIUM ALLATRA PHYSICS” međunarodne grupe naučnika Međunarodnog društvenog pokreta “ALLATRA”, ur. Anastasia Novykh, 2015;

Nemoguće je zamisliti život moderne osobe bez struje. Volti, amperi, vati - ove riječi se čuju kada se govori o uređajima koji rade na struju. Ali šta je električna struja i koji su uslovi za njeno postojanje? O tome ćemo dalje govoriti, pružajući kratko objašnjenje za električare početnike.

Definicija

Električna struja je usmjereno kretanje nosača naboja - ovo je standardna formulacija iz udžbenika fizike. Zauzvrat, nosioci naboja nazivaju se određene čestice materije. Oni mogu biti:

• Elektroni su nosioci negativnog naboja.
• Joni su nosioci pozitivnog naboja.

Ali odakle potiču nosači naboja? Da biste odgovorili na ovo pitanje, morate zapamtiti osnovna znanja o strukturi materije. Sve što nas okružuje je materija, sastoji se od molekula, njenih najmanjih čestica. Molekule se sastoje od atoma. Atom se sastoji od jezgra oko kojeg se elektroni kreću po datim orbitama. Molekuli se takođe kreću nasumično. Kretanje i struktura svake od ovih čestica zavisi od same supstance i uticaja okoline na nju, kao što su temperatura, stres i drugi.

Jon je atom čiji se odnos elektrona i protona promijenio. Ako je atom u početku neutralan, onda se ioni, pak, dijele na:

• Anion je pozitivni ion atoma koji je izgubio elektrone.
• Kationi su atom sa "dodatnim" elektronima vezanim za atom.

Jedinica mjerenja struje je Amper, prema kojoj se izračunava pomoću formule:

gdje je U napon, [V], a R otpor, [Ohm].

Ili direktno proporcionalno iznosu prenosa naknade po jedinici vremena:

gdje je Q – naboj, [C], t – vrijeme, [s].

Uslovi za postojanje električne struje

Shvatili smo šta je električna struja, a sada razgovarajmo o tome kako osigurati njen protok. Da bi električna struja tekla, moraju biti ispunjena dva uslova:

1. Prisustvo besplatnih nosača punjenja.
2. Električno polje.

Prvi uslov za postojanje i protok električne energije zavisi od supstance u kojoj struja teče (ili ne teče), kao i od njenog stanja. Drugi uslov je također izvodljiv: za postojanje električnog polja potrebno je prisustvo različitih potencijala između kojih postoji medij u kojem će teći nosioci naboja.

da vas podsjetimo: Napon, EMF je razlika potencijala. Iz toga proizilazi da je za ispunjenje uslova za postojanje struje - prisustvo električnog polja i električne struje potreban napon. To mogu biti ploče napunjenog kondenzatora, galvanski element ili EMF nastao pod utjecajem magnetskog polja (generatora).

Shvatili smo kako nastaje, hajde da pričamo o tome gde je usmerena. Struja, uglavnom u našoj uobičajenoj upotrebi, kreće se u provodnicima (električne instalacije u stanu, žarulje sa žarnom niti) ili u poluprovodnicima (LED, procesor vašeg pametnog telefona i druga elektronika), rjeđe u plinovima (fluorescentne sijalice).

Dakle, glavni nosioci naboja u većini slučajeva su elektroni, oni se kreću od minusa (tačka s negativnim potencijalom) do plusa (tačka s pozitivnim potencijalom, o tome ćete saznati više).

Ali zanimljiva je činjenica da je za smjer kretanja struje uzeto kretanje pozitivnih naboja - od plusa do minusa. Iako se u stvari sve dešava obrnuto. Činjenica je da je odluka o smjeru struje donesena prije proučavanja njene prirode, a također i prije nego što je utvrđeno kako struja teče i postoji.

Električna struja u različitim okruženjima

Već smo spomenuli da se u različitim okruženjima električna struja može razlikovati po vrsti nosioca naboja. Mediji se mogu podijeliti prema prirodi njihove provodljivosti (u opadajućem redoslijedu provodljivosti):

1. Provodnik (metali).
2. Poluprovodnici (silicijum, germanijum, galijum arsenid, itd.).
3. Dielektrik (vakuum, vazduh, destilovana voda).

U metalima

Metali sadrže slobodne nosioce naboja, ponekad se nazivaju i "električni plin". Odakle dolaze besplatni nosači punjenja? Činjenica je da se metal, kao i svaka tvar, sastoji od atoma. Atomi se kreću ili vibriraju na ovaj ili onaj način. Što je temperatura metala viša, to je kretanje jače. U isto vrijeme, sami atomi uglavnom ostaju na svojim mjestima, zapravo formirajući strukturu metala.

U elektronskim omotačima atoma obično postoji nekoliko elektrona čija je veza s jezgrom prilično slaba. Pod uticajem temperatura, hemijskih reakcija i interakcije nečistoća, koje se u svakom slučaju nalaze u metalu, elektroni se otkidaju od njihovih atoma i nastaju pozitivno nabijeni ioni. Odvojeni elektroni nazivaju se slobodnim i kreću se haotično.

Ako su pod utjecajem električnog polja, na primjer, ako spojite bateriju na komad metala, haotično kretanje elektrona će postati uredno. Elektroni iz tačke u kojoj je povezan negativni potencijal (katoda galvanske ćelije, na primer) počeće da se kreću ka tački sa pozitivnim potencijalom.

U poluprovodnicima

Poluprovodnici su materijali u kojima u normalnom stanju nema slobodnih nosilaca naboja. Oni su u tzv. zabranjenoj zoni. Ali ako se primjenjuju vanjske sile, kao što su električno polje, toplina, različita zračenja (svjetlo, zračenje, itd.), one savladavaju pojas i prelaze u slobodnu zonu ili pojas provodljivosti. Elektroni se odvajaju od svojih atoma i postaju slobodni, formirajući ione - nosioce pozitivnog naboja.

Pozitivni nosači u poluvodičima nazivaju se rupe.

Ako jednostavno prenesete energiju na poluvodič, na primjer, zagrijete ga, počet će kaotično kretanje nosača naboja. Ali ako govorimo o poluvodičkim elementima, kao što su dioda ili tranzistor, tada će se EMF pojaviti na suprotnim krajevima kristala (na njih se nanosi metalizirani sloj i vodi se lemljuju), ali to se ne odnosi na tema današnjeg članka.

Ako na poluvodič primijenite izvor EMF-a, nosioci naboja će se također pomaknuti u provodni pojas, a počet će i njihovo usmjereno kretanje - rupe će ići u smjeru s nižim električnim potencijalom, a elektroni u smjeru s višim .

U vakuumu i gasu

Vakum je medij sa potpunim (idealan slučaj) odsustvom gasova ili minimiziranom (u stvarnosti) količinom gasa. Pošto nema materije u vakuumu, nema mesta odakle bi nosioci naboja došli. Međutim, protok struje u vakuumu označio je početak elektronike i čitave ere elektronskih elemenata - vakuumskih cijevi. Korišteni su u prvoj polovini prošlog stoljeća, a 50-ih godina počeli su postepeno ustupati mjesto tranzistorima (u zavisnosti od specifičnog područja elektronike).

Pretpostavimo da imamo posudu iz koje je sav gas ispumpan, tj. u njemu je potpuni vakuum. U posudu su postavljene dvije elektrode, nazovimo ih anoda i katoda. Ako negativni potencijal izvora EMF spojimo na katodu, a pozitivni potencijal na anodu, ništa se neće dogoditi i struja neće teći. Ali ako počnemo zagrijavati katodu, struja će početi teći. Ovaj proces se naziva termoionska emisija - emisija elektrona sa zagrijane površine elektrona.

Na slici je prikazan proces strujanja struje u vakuumskoj cijevi. U vakuumskim cijevima, katoda se zagrijava pomoću obližnje niti na slici (H), kao što je u lampi za rasvjetu.

U isto vrijeme, ako promijenite polaritet napajanja - primijenite minus na anodu i primijenite plus na katodu - struja neće teći. Ovo će dokazati da struja u vakuumu teče zbog kretanja elektrona od KATODE do ANODE.

Plin se, kao i svaka tvar, sastoji od molekula i atoma, što znači da ako je plin pod utjecajem električnog polja, tada će se pri određenoj jačini (jonizacijski napon) elektroni odvojiti od atoma, tada će oba uvjeta za protok električne struje će biti zadovoljeni - polje i slobodni mediji.

Kao što je već spomenuto, ovaj proces se naziva jonizacija. Može nastati ne samo od primijenjenog napona, već i od zagrijavanja plina, rendgenskog zračenja, pod utjecajem ultraljubičastog zračenja i drugih stvari.

Struja će teći kroz zrak, čak i ako je gorionik ugrađen između elektroda.

Protok struje u inertnim plinovima je praćen luminiscencijom plina. Protok električne struje u plinovitom mediju naziva se plinsko pražnjenje.

U tečnosti

Recimo da imamo posudu s vodom u koju su postavljene dvije elektrode na koje je priključen izvor napajanja. Ako je voda destilirana, odnosno čista i ne sadrži nečistoće, onda je to dielektrik. Ali ako u vodu dodamo malo soli, sumporne kiseline ili bilo koje druge tvari, nastaje elektrolit i kroz njega počinje teći struja.

Elektrolit je tvar koja provodi električnu struju zbog disocijacije na ione.

Ako u vodu dodate bakar sulfat, sloj bakra će se taložiti na jednoj od elektroda (katoda) - to se zove elektroliza, što dokazuje da se električna struja u tekućini odvija zbog kretanja jona - pozitivnih i negativnih. nosioci naboja.

Elektroliza je fizički i hemijski proces koji uključuje odvajanje komponenti koje čine elektrolit na elektrodama.

Tako nastaje bakrovanje, pozlata i premazivanje drugim metalima.

Zaključak

Da rezimiramo, da bi električna struja mogla teći, potrebni su besplatni nosači naboja:

• elektroni u provodnicima (metali) i vakuumu;
• elektroni i rupe u poluvodičima;
• joni (anjoni i kationi) u tečnostima i gasovima.

Da bi kretanje ovih nosača postalo uređeno, potrebno je električno polje. Jednostavnim riječima, dovedite napon na krajeve tijela ili instalirajte dvije elektrode u okruženju u kojem se očekuje da teče električna struja.

Također je vrijedno napomenuti da struja utječe na supstancu na određeni način, postoje tri vrste utjecaja:

• termalni;
• hemijski;
• fizički.

Korisno

Kako se zove trenutna snaga? Ovo pitanje se pojavilo u našim glavama više od jednom ili dvaput u procesu rasprave o raznim pitanjima. Stoga smo se odlučili pozabaviti njime detaljnije, a pokušat ćemo ga učiniti što dostupnijim bez ogromnog broja formula i nejasnih pojmova.

Dakle, šta je električna struja? Ovo je usmjereni tok nabijenih čestica. Ali šta su to čestice, zašto se odjednom kreću i gde? Ovo sve nije jasno. Stoga, pogledajmo ovo pitanje detaljnije.

• Počnimo s pitanjem o nabijenim česticama, koje su, u stvari, nosioci električne struje. Različiti su u različitim supstancama. Na primjer, šta je električna struja u metalima? Ovo su elektroni. U plinovima postoje elektroni i joni; u poluprovodnicima - rupe; a u elektrolitima su to kationi i anjoni.

• Ove čestice imaju određeni naboj. Može biti pozitivan ili negativan. Definicija pozitivnog i negativnog naboja data je uslovno. Čestice koje imaju isti naboj odbijaju se, a čestice koje imaju isti naboj privlače.

• Na osnovu toga ispada logično da će se kretanje odvijati od pozitivnog pola ka negativnom. I što je veći broj naelektrisanih čestica prisutnih na jednom naelektrisanom polu, veći će se njihov broj pomeriti na pol sa drugačijim predznakom.
• Ali ovo je sve duboka teorija, pa uzmimo konkretan primjer. Recimo da imamo utičnicu na koju nije priključen nijedan uređaj. Ima li struje tamo?
• Da bismo odgovorili na ovo pitanje moramo znati koji su napon i struja. Da ovo bude jasnije, pogledajmo ovo na primjeru cijevi s vodom. Pojednostavljeno rečeno, cijev je naša žica. Presjek ove cijevi je napon električne mreže, a brzina protoka je naša električna struja.
• Vratimo se na naš izlaz. Ako povučemo analogiju s cijevi, onda je utičnica bez priključenih električnih uređaja cijev zatvorena ventilom. Odnosno, tamo nema električne struje.

• Ali tu postoji napetost. A ako je u cijevi, da bi se pojavio protok, potrebno otvoriti ventil, onda da biste stvorili električnu struju u vodiču, morate spojiti opterećenje. To se može učiniti tako što ćete utikač uključiti u utičnicu.
• Naravno, ovo je vrlo pojednostavljen prikaz problema, a neki stručnjaci će me kritikovati i ukazati na netačnosti. Ali daje ideju o tome što se zove električna struja.

Jednosmjerna i naizmjenična struja

Sljedeće pitanje koje predlažemo da shvatimo je: što je naizmjenična struja i jednosmjerna struja. Uostalom, mnogi ne razumiju sasvim ispravno ove koncepte.

Konstanta je struja koja ne mijenja svoju veličinu i smjer tokom vremena. Često se pulsirajuća struja također smatra konstantnom, ali hajde da pričamo o svemu po redu.

• Jednosmjernu struju karakterizira činjenica da isti broj električnih naboja stalno zamjenjuju jedan drugog u jednom smjeru. Smjer je od jednog pola do drugog.
• Ispostavilo se da provodnik uvijek ima ili pozitivan ili negativan naboj. I tokom vremena to ostaje nepromijenjeno.

Bilješka! Prilikom određivanja smjera istosmjerne struje može doći do neslaganja. Ako se struja stvara kretanjem pozitivno nabijenih čestica, tada njen smjer odgovara kretanju čestica. Ako struja nastaje kretanjem negativno nabijenih čestica, onda se smatra da je njen smjer suprotan kretanju čestica.

• Ali koncept jednosmjerne struje često uključuje takozvanu pulsirajuću struju. Razlikuje se od konstante samo po tome što se njena vrijednost mijenja tokom vremena, ali u isto vrijeme ne mijenja svoj predznak.
• Recimo da imamo struju od 5A. Za jednosmjernu struju, ova vrijednost će ostati nepromijenjena tokom cijelog vremenskog perioda. Za pulsirajuću struju, u jednom vremenskom periodu biće 5, u drugom 4, au trećem 4,5. Ali u isto vrijeme, ni u kojem slučaju ne pada ispod nule i ne mijenja svoj predznak.

• Ova struja mreškanja je vrlo česta pri pretvaranju AC u DC. To je upravo pulsirajuća struja koju proizvodi vaš inverter ili diodni most u elektronici.
• Jedna od glavnih prednosti jednosmjerne struje je da se može skladištiti. To možete učiniti sami, koristeći baterije ili kondenzatore.

Izmjenična struja

Da bismo razumjeli šta je naizmjenična struja, moramo zamisliti sinusni val. Upravo ova ravna kriva najbolje karakterizira promjenu jednosmjerne struje i standard je.

Bilješka! Na primjeru obične sijalice možete jasno vidjeti što je naizmjenična i jednosmjerna struja. To je posebno vidljivo na diodnim lampama niske kvalitete, ali ako dobro pogledate, možete ga vidjeti i na običnoj žarulji sa žarnom niti. Kada rade na jednosmjernoj struji, svijetle ravnomjernim svjetlom, a kada rade na naizmjeničnu struju, jedva primjetno trepere.

Šta je snaga i gustina struje?

Pa, otkrili smo što je stalna struja, a što naizmjenična struja. Ali vjerovatno još uvijek imate puno pitanja. Pokušat ćemo ih razmotriti u ovom dijelu našeg članka.

Iz ovog videa možete saznati više o tome šta je snaga.

• I prvo od ovih pitanja će biti: šta je električni napon? Napon je razlika potencijala između dvije tačke.

• Odmah se postavlja pitanje šta je potencijal? Sada će me profesionalci opet kritikovati, ali recimo ovo: ovo je višak nabijenih čestica. To jest, postoji jedna tačka u kojoj postoji višak naelektrisanih čestica - i postoji druga tačka u kojoj je ili više ili manje ovih naelektrisanih čestica. Ova razlika se naziva napon. Mjeri se u voltima (V).

• Uzmimo za primjer običnu trgovinu. Svi vjerovatno znate da je njegov napon 220V. Imamo dvije žice u utičnici, a napon od 220V znači da je potencijal jedne žice veći od potencijala druge žice za upravo ovih 220V.
• Moramo razumjeti koncept napona da bismo razumjeli šta je snaga električne struje. Iako sa stručne tačke gledišta, ova izjava nije sasvim tačna. Električna struja nema snagu, već je njen derivat.

• Da bismo razumjeli ovu tačku, vratimo se našoj analogiji s vodovodnom cijevi. Kao što se sjećate, poprečni presjek ove cijevi je napon, a brzina protoka u cijevi je struja. Dakle: snaga je količina vode koja teče kroz ovu cijev.
• Logično je pretpostaviti da pri jednakim poprečnim presjecima, odnosno naponima, što je jači protok, odnosno električna struja, to se veći protok vode kreće kroz cijev. Shodno tome, više snage će se prenijeti na potrošača.
• Ali ako, u analogiji s vodom, možemo prenijeti strogo određenu količinu vode kroz cijev određenog presjeka, budući da voda nije komprimirana, onda je s električnom strujom sve drugačije. Teoretski možemo prenijeti bilo koju struju kroz bilo koji provodnik. Ali u praksi, provodnik s malim poprečnim presjekom pri velikoj gustoći struje jednostavno će izgorjeti.

• U tom smislu, moramo razumjeti koja je gustina struje. Grubo govoreći, ovo je broj elektrona koji se kreće kroz određeni poprečni presjek vodiča u jedinici vremena.
• Ovaj broj bi trebao biti optimalan. Uostalom, ako uzmemo vodič velikog poprečnog presjeka i kroz njega prenosimo malu struju, tada će cijena takve električne instalacije biti visoka. U isto vrijeme, ako uzmemo vodič malog poprečnog presjeka, tada će se zbog velike gustoće struje pregrijati i brzo izgorjeti.
• S tim u vezi, PUE ima odgovarajući odjeljak koji vam omogućava da odaberete vodiče na osnovu ekonomske gustoće struje.

• Ali vratimo se konceptu šta je trenutna moć? Kao što smo shvatili iz naše analogije, s istim poprečnim presjekom cijevi, prenesena snaga ovisi samo o jačini struje. Ali ako se poveća poprečni presjek naše cijevi, odnosno poveća napon, u ovom slučaju, pri istim brzinama protoka, prenosit će se potpuno različite količine vode. Isto je i u elektrici.

• Što je veći napon, manja je struja potrebna za prijenos iste snage. Zbog toga se visokonaponski dalekovodi koriste za prijenos velikih količina energije na velike udaljenosti.

Uostalom, vod s poprečnim presjekom žice od 120 mm 2 za napon od 330 kV sposoban je prenijeti višestruko veću snagu u usporedbi s linijom istog presjeka, ali s naponom od 35 kV. Iako će ono što se zove trenutna snaga u njima biti isto.

Metode prenošenja električne struje

Shvatili smo šta su struja i napon. Vrijeme je da shvatimo kako distribuirati električnu struju. To će vam omogućiti da se osjećate sigurnije u radu s električnim uređajima u budućnosti.

Kao što smo već rekli, struja može biti naizmjenična i konstantna. U industriji, iu vašim utičnicama, koristi se naizmjenična struja. Češći je jer se lakše prenosi preko žica. Činjenica je da je promjena istosmjernog napona prilično teška i skupa, ali promjena izmjeničnog napona može se obaviti pomoću običnih transformatora.

Bilješka! Nijedan AC transformator neće raditi na istosmjernoj struji. Budući da su svojstva koja koristi svojstvena samo naizmjeničnoj struji.

• Ali to uopće ne znači da se jednosmjerna struja nigdje ne koristi. Ima još jedno korisno svojstvo koje nije svojstveno varijabli. Može se akumulirati i pohraniti.
• S tim u vezi, jednosmjerna struja se koristi u svim prijenosnim električnim aparatima, u željezničkom saobraćaju, kao iu nekim industrijskim objektima gdje je potrebno održati funkcionalnost i nakon potpunog nestanka napajanja.

• Najčešći način skladištenja električne energije su baterije. Imaju posebna hemijska svojstva koja im omogućavaju da se akumuliraju, a zatim, ako je potrebno, ispuštaju jednosmernu struju.
• Svaka baterija ima strogo ograničenu količinu akumulirane energije. To se naziva kapacitet baterije i dijelom je određen udarnom strujom baterije.
• Koja je početna struja baterije? Ovo je količina energije koju baterija može isporučiti u samom početnom trenutku spajanja opterećenja. Činjenica je da se, ovisno o svojim fizičkim i kemijskim svojstvima, baterije razlikuju po načinu na koji oslobađaju akumuliranu energiju.

• Neki ljudi mogu dati mnogo odjednom. Zbog toga će se, naravno, brzo isprazniti. A ovi drugi daju dugo, ali malo po malo. Dodatno, važan aspekt baterije je njena sposobnost održavanja napona.
• Činjenica je da, kako navodi upute, za neke baterije, kako se njihov kapacitet oslobađa, njihov napon postupno opada. I druge baterije su sposobne isporučiti gotovo cijeli kapacitet sa istim naponom. Na osnovu ovih osnovnih svojstava biraju se ova skladišta električne energije.
• Za prijenos jednosmjerne struje u svim slučajevima koriste se dvije žice. Ovo je pozitivna i negativna vena. Crvena i plava.

Izmjenična struja

Ali s naizmjeničnom strujom sve je mnogo složenije. Može se prenositi preko jedne, dvije, tri ili četiri žice. Da bismo ovo objasnili, moramo razumjeti pitanje: šta je trofazna struja?

• Našu naizmjeničnu struju proizvodi generator. Obično gotovo svi imaju trofaznu strukturu. To znači da generator ima tri izlaza i na svaki od tih izlaza se dovodi električna struja, koja se razlikuje od prethodnih za kut od 120⁰.

• Da bismo ovo razumjeli, sjetimo se naše sinusoide, koja je model za opisivanje naizmjenične struje, a po čijim se zakonima mijenja. Uzmimo tri faze - "A", "B" i "C", i uzmemo određeni trenutak u vremenu. U ovoj tački, sinusni talas faze „A” je u nultoj tački, sinusni talas faze „B” je u ekstremnoj pozitivnoj tački, a sinusni talas faze „C” je u ekstremnoj negativnoj tački.
• U svakoj narednoj jedinici vremena, naizmjenična struja u ovim fazama će se mijenjati, ali sinhrono. Odnosno, nakon određenog vremena, u fazi „A“ doći će do negativnog maksimuma. U fazi “B” će biti nula, au fazi “C” će biti pozitivan maksimum. I nakon nekog vremena, oni će se ponovo promijeniti.

• Kao rezultat toga, ispada da svaka od ovih faza ima svoj potencijal, različit od potencijala susjedne faze. Stoga mora postojati nešto između njih što ne provodi električnu struju.
• Ova razlika potencijala između dvije faze naziva se mrežni napon. Osim toga, imaju potencijalnu razliku u odnosu na uzemljenje - ovaj napon se naziva fazni napon.
• I tako, ako je linearni napon između ovih faza 380V, onda je fazni napon 220V. Razlikuje se za vrijednost od √3. Ovo pravilo uvijek vrijedi za bilo koji napon.

• Na osnovu toga, ako nam je potreban napon od 220V, onda možemo uzeti jednu faznu žicu i žicu čvrsto spojenu na uzemljenje. I dobićemo jednofaznu mrežu od 220V. Ako nam je potrebna mreža od 380V, onda možemo uzeti samo bilo koje 2 faze i spojiti neku vrstu grijača kao na videu.

Ali u većini slučajeva koriste se sve tri faze. Svi moćni potrošači povezani su na trofaznu mrežu.

Zaključak

Što je inducirana struja, kapacitivna struja, početna struja, struja praznog hoda, struje negativnog niza, lutajuće struje i još mnogo toga, jednostavno ne možemo razmotriti u jednom članku.

Na kraju krajeva, pitanje električne struje je prilično opsežno i čitava elektrotehnička nauka je stvorena da ga razmotri. Ali zaista se nadamo da smo na pristupačnom jeziku uspjeli objasniti glavne aspekte ovog pitanja, a sada električna struja za vas neće biti nešto strašno i nerazumljivo.