Електричний струм-це рух електричних зарядів у провіднику або напівпровіднику під дією електричного поля. Він супроводжується передачею енергії і має фундаментальне значення в сучасній техніці і наукових дослідженнях.
Струм виникає, коли по провіднику або ланцюга починають рухатися заряджені частинки. Ці заряджені частинки можуть бути як позитивними, так і негативними. У більшості випадків електричний струм складається з електронів, які рухаються негативно зарядженим провідником або напівпровідником.
Електричний струм може бути постійним, коли напрямок руху зарядів не змінюється з часом, або змінним, коли напрямок змінюється протягом часу. Постійний струм застосовується в електроустановках для передачі енергії, а змінний струм використовується, наприклад, для роботи електричних приладів.
Звідки береться електричний струм? Наприклад, в домашніх електричних мережах струм походить від підключення до електростанції, де механічна енергія перетворюється в електричну. У батарейках або акумуляторах струм утворюється завдяки хімічним реакціям. У генераторах струм створюється шляхом магнітної взаємодії провідників з магнітним полем.
Електричний струм: визначення та основні поняття
- Заряд-фізична величина, що позначається символом Q, що характеризує кількість електрики.
- Електрон-елементарна частинка, що має негативний електричний заряд.
- Протон-елементарна частинка, що має позитивний електричний заряд.
Струм обумовлений рухом заряджених частинок під дією електричного поля. Для опису струму використовуються наступні величини:
- Сила струму-фізична величина, що позначається символом I, що вимірюється в амперах (а), що характеризує кількість електрики, що проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу.
- Напруга-фізична величина, що позначається символом U, що вимірюється в вольтах (В), що характеризує різницю потенціалів між двома точками електричного кола.
- Опір-фізична величина, що позначається символом r, вимірювана в омах (Ω), що характеризує здатність провідника чинити опір струму.
Теорія електричного струму являє собою основу для розуміння роботи електричних ланцюгів і пристроїв, побудованих на їх основі. Правильне розуміння основних понять і законів електрики дозволяє ефективно використовувати його в різних сферах нашого життя.
Поняття електричного струму
Струм може бути постійним, коли напрямок руху зарядів не змінюється з часом, або змінним, коли його напрямок змінюється з певною частотою.
Одиницею вимірювання електричного струму є ампер (а). Один ампер дорівнює тому струму, при якому за одну секунду через поперечний переріз провідника протікає один кулон заряду.
Джерелом електричного струму може бути будь-який пристрій або система, здатне створювати різницю потенціалів. Наприклад, це може бути гальванічний елемент, акумулятор, генератор або інший електроенергетичний пристрій.
Струм служить основою для роботи безлічі електричних пристроїв і систем, включаючи освітлення, електроніку, електродвигуни і багато іншого. Його розуміння та вміння керувати ним є важливими для розробки та експлуатації електричних систем та мереж.
Фізична сутність електричного струму
Основною фізичною величиною, що описує електричний струм, є струм. Одиницею вимірювання сили струму в міжнародній системі є ампер (а).
Фізична сутність електричного струму полягає в значній швидкості переміщення електронів або інших зарядів всередині провідника. При наявності різниці потенціалів електрони знаходять енергію і починають рухатися від точки з більш високим потенціалом до точки з більш низьким потенціалом.
Таким чином, електричний струм можна уявити як потік зарядів, що рухаються в певному напрямку. У режимі постійного струму заряди рухаються постійно в одному напрямку, а в режимі змінного струму напрямок руху зарядів періодично змінюється (наприклад, в електричній мережі).
Важливо розуміти, що електричний струм передає енергію від джерела до споживача. Це пов'язано з процесом втрати енергії у вигляді тепла в провіднику, а також з перетвореннями енергії в інші види, такі як механічна та світлова енергія.
Таким чином, фізична сутність електричного струму полягає в провідності матеріалу і передачі зарядів від точки високого потенціалу до точки низького потенціалу, що забезпечує передачу енергії і функціонування електричних пристроїв.
Одиниці виміру електричного струму
- Ампер (А) - основна одиниця виміру електричного струму. Один ампер дорівнює силі струму, який проходить через провідник опором 1 ом при напрузі 1 вольт.
- Міліампер (мА) - це тисячна частина ампера. Часто використовується для вимірювання малих струмів, наприклад, в батарейках або схемах медичних приладів.
- Мікроампер (мкА) - це мільйонна частина ампера. Застосовується для вимірювання дуже слабких струмів, наприклад, в деяких експериментах або в біології.
- Наноампер (нА) - це мільярдна частина ампера. Застосовується для вимірювання ще більш слабких струмів, наприклад, в електроніці або вимірюванні біологічних сигналів.
Крім того, також є й інші одиниці, які використовуються в спеціальних випадках, наприклад, кілоампер, мегаампер і так далі. Однак, основні одиниці виміру, перераховані вище, найбільш широко застосовуються в практиці.
Джерела електричного струму
Всі пристрої, які створюють електричний струм, називаються джерелами електричного струму. Вони забезпечують електрони для руху в Провіднику і забезпечують постійну або змінну різницю потенціалів.
Існує кілька типів джерел електричного струму, включаючи:
- Батарея: це переносні джерела електричного струму, які складаються з одного або декількох електрохімічних елементів. Батареї можуть бути одноразовими або перезаряджаються.
- Генератор: це пристрої, які перетворюють механічну енергію в електричну енергію. Вони часто використовуються для виробництва електроенергії в електростанціях.
- Сонячні панелі: це джерела електричного струму, які перетворюють сонячну енергію в електричну енергію за допомогою фотоелектричного ефекту.
- Паливний елемент: це пристрої, які перетворюють хімічну енергію безпосередньо в електричну енергію. Вони використовують різні види палива, такі як водень.
- Турбіна: ці пристрої використовують механічну енергію обертової турбіни для генерації електроенергії. Турбіни можуть живитися парою, водою або вітром.
Кожне з цих джерел електричного струму має свої переваги та обмеження, а вибір джерела залежить від необхідної потужності, наявності ресурсів та інших факторів.
Принципи роботи генераторів для отримання електричного струму
Основними принципами роботи генераторів є:
- Принцип електромагнітної індукції: Заснований на явищі електромагнітної індукції, відкритому Майклом Фарадеєм в 1831 році. За цим принципом рух провідника в магнітному полі створює електричний струм. Генератори, що працюють на цьому принципі, містять намагнічені якоря, які обертаються всередині котушок провідників. Це створює змінний магнітний потік, який індукує електричний струм у провідниках.
- Принцип хімічної енергії: Деякі генератори, такі як акумулятори та паливні елементи, працюють на основі хімічної реакції. У таких генераторах електричний струм отримується шляхом перетворення енергії, що виділяється при хімічній реакції, в електричну енергію.
- Принцип механічної енергії: У деяких генераторах електричний струм отримується шляхом перетворення механічної енергії в електричну енергію. Прикладом такого генератора є Поршнева гідроелектростанція. У цьому пристрої потік води використовується для приведення в рух гідротурбіни, яка в свою чергу приводить в рух генератор, який створює електричний струм.
Всі ці принципи роботи генераторів мають свої переваги і застосовуються в різних областях промисловості і побуту для отримання електричного струму.
Шляхи передачі електричного струму
Одним з найбільш поширених способів передачі електричного струму є провідна система. В цьому випадку, струм передається по проводах, які з'єднують джерело енергії зі споживачем. Дроти можуть бути виготовлені з різних матеріалів, таких як мідь або алюміній, які мають хорошу електропровідність.
Ще одним способом передачі електричного струму є бездротова передача. В цьому випадку, струм передається без використання проводів. У промисловості широко використовується метод індуктивної передачі енергії, коли електричний струм передається за допомогою електромагнітних полів.
Також існує можливість передачі електрики за допомогою електроносіїв. В цьому випадку, енергія передається завдяки руху електронів в електролітах або плазмі. Цей спосіб передачі електричного струму активно використовується, наприклад, в акумуляторах або конденсаторах.
І нарешті, одним з найсучасніших способів передачі електрики є використання сонячних панелей або вітрогенераторів для перетворення сонячної енергії або енергії вітру в електричний струм. При цьому, електричний струм може передаватися по проводах або використовуватися для зарядки акумуляторів.