Determinarea puterii unui curent electric și a modului în care este măsurat. Calculul mărimii curentului după putere și tensiune Formule pentru determinarea puterii curentului
Definiția unui circuit electric implică un ansamblu de obiecte și dispozitive interconectate într-un anumit mod, care sunt calea de curgere a curentului electric. O mărime fizică caracterizată prin raportul sarcinii, care este secțiunea transversală a conductorului în timp, și valoarea acestui interval de timp este puterea curentului din circuit.
(ToC articol: activat=da)
Alcătuiește un lanț:
- generator (sursa de energie);
- sarcini (consumatori de energie);
- fire.
Ele sunt, de asemenea, împărțite în ramificate și neramificate, adică. simplu, unde curentul care circulă către consumator de la sursa de energie nu modifică valoarea. Cu alte cuvinte, valoarea sa este aceeași pentru toate elementele. Un exemplu de cel mai simplu circuit este iluminarea unei camere cu o singură lampă, unde curentul curge de la o sursă de energie printr-un comutator la o lampă incandescentă și se întoarce înapoi la sursă.
Lanțurile ramificate sunt caracterizate de una sau mai multe ramuri, adică. pe drumul său, curentul care vine de la ramuri sursă, și curge de-a lungul ramurilor către consumatori independenți, schimbându-și valoarea.
De exemplu, servește și ca iluminat, dar în prezența unui candelabru, constând nu dintr-un singur, ci mai multe becuri și un întrerupător cu mai multe bande. Curentul, care a ajuns la comutatorul de la sursă, este împărțit pentru a alimenta lămpile. Apoi, se întoarce de-a lungul firului comun pentru ei înapoi.
Ramura este unul sau mai multe elemente care sunt conectate în serie.
Tensiunea este măsurată în raport cu pământul, unde valoarea sa este zero. Curentul trece de la un nod cu tensiune înaltă către un nod cu tensiune joasă.
Calcularea tensiunii într-un nod este ușor:
V1-V2=I1*(R1), Unde
I1- curent care curge de la nodul 1 la nodul 2;
V1- tensiune cunoscută;
R1 este rezistența dintre aceste noduri;
V2- tensiunea dorita.
După ce am efectuat anumite acțiuni, avem - V2=V1-(I1*R1).
Curentul de ramificare este determinat și atunci când se cunoaște tensiunea nodului: I 1=(V1-V2)/R1 sau I 1+ I3=I2, ceea ce înseamnă că curentul nodului de intrare și curentul de ieșire sunt același
Circuite neliniare și liniare
În primul, există cel puțin un element în care există o dependență a parametrilor de curentul care circulă prin ei și de tensiunea aplicată.
În al doilea caz, nici o singură caracteristică a elementelor care alcătuiesc circuitul nu depinde de tipul de curent care curge prin ele și de magnitudinea acestuia. În plus, în lanțurile în sine, se disting părțile exterioare și părțile interne.
Sursa de energie electrică aparține primei, iar firele, întrerupătoarele și întrerupătoarele, instrumentele de măsură, adică celei externe. toate conectate la sursă cu cleme. Curentul poate circula doar într-un circuit închis. Dacă în orice loc există un gol, acesta se oprește.
Circuitele sunt încă în curent continuu, de exemplu. c pentru care nu este caracteristică o schimbare a direcției curentului (polaritatea surselor EMF este constantă) și alternativă, pentru care este caracteristică o modificare a timpului curentului care curge.
În circuite, sursele de energie pot fi: baterii, generatoare electromecanice și termoelectrice, fotocelule și galvanice. Rezistența lor internă este atât de mică în raport cu alte sarcini încât poate fi neglijată.
Receptoarele de curent continuu sunt dispozitive de iluminat, motoare electrice care se transformă în energie electrică mecanică etc.
Echipamentele auxiliare includ:
- întrerupător cu cuțit;
- instrumente pentru măsurarea diverșilor parametri (voltmetre și ampermetre);
- elemente de protecție precum siguranțe.
Pentru toate receptoarele electrice, doi parametri sunt importanți - tensiunea la bornele lor și puterea. Elementele care alcătuiesc circuitul electric pot fi active, adică. EMF inductoare (motoare, baterii) și pasive (fire, rezistențe, condensatoare, inductori).
Circuit cu rezistență activă și inductanță
Pentru un circuit alimentat cu curent alternativ, în care este inclus un inductor, se acceptă în general că rezistența sa activă este zero. De fapt, atât firul bobinei, cât și firul de legătură au, într-un fel, o rezistență foarte mică, activă. Prin urmare, circuitul va consuma energie.
Prin urmare, atunci când se determină rezistența totală a circuitului, este necesar să se țină cont de rezistența activă și reactivă. Cu toate acestea, ele diferă ca caracter, așa că este imposibil să le adăugați în mod obișnuit. Trebuie să utilizați metoda de adăugare geometrică, care arată astfel (figura de mai jos):
Este necesar să se construiască un triunghi, una dintre laturile căruia este egală cu valoarea rezistenței active, iar cealaltă este inductivă. Valoarea rezistenței totale corespunde celei de-a treia părți, adică. ipotenuză.
Impedanța este măsurată în ohmi și este notă cu „Z”. Din construcția finalizată, este clar că aceasta (ipotenuza) este întotdeauna mai mare decât valorile active și inductive (picioarele) luate separat.
Sub forma unei expresii algebrice, arată astfel:
Aici:
Z- rezistenta totala;
R- activ;
XL- inductiv.
Așa arată dependența dintre rezistențele elementelor care alcătuiesc circuitul și rezistența totală.
Circuit de putere cu inductor
Puterea, așa cum se știe din programa de liceu, este produsul curentului și tensiunii, care sunt cantități variabile. Aceasta înseamnă că puterea va fi, de asemenea, o variabilă într-un circuit cu rezistență și inductanță activă.
Valoarea acestuia la un anumit moment poate fi calculată prin înmulțirea valorilor curentului și tensiunii în același moment. Făcând aceste acțiuni pentru fiecare moment de timp, obținem grafice: a - pentru un circuit care conține inductanță, b - activ:
Curba punctată p arată puterea unui circuit de curent alternativ, care este alcătuit din inductanță. Pentru construcția ei este valabilă înmulțirea algebrică: înmulțirea a două mărimi cu același semn (două minusuri sau două plusuri) dă drept rezultat o valoare pozitivă, iar atunci când sunt înmulțite cu semne diferite, aceasta este negativă.
Pentru un circuit care conține un rezistor în plus față de inductanță, graficul de putere arată astfel:
În acest caz, linia de alimentare este situată pe axa timpului. Aceasta înseamnă că generatorul și circuitul nu fac schimb de energie, prin urmare puterea furnizată circuitului de către generator este complet consumată de circuit.
Se pare că, cu o defazare mai mare între curent și tensiune, există mai puțină putere consumată de circuit.
Puterea curentului electric
Curentul care trece de la potențial ridicat la potențial scăzut funcționează. Viteza de finalizare a acesteia se numește puterea curentului din circuit. Deoarece puterea curentului este cantitatea de electricitate care trece prin secțiunea transversală a circuitului pentru o secundă, puterea este o valoare care este direct proporțională cu puterea curentului în circuitul cu un rezistor și tensiune (diferență de potențial). Se măsoară în W (wați) și se notează cu „P”.
P = I*U
Dacă se cunosc doar rezistența și puterea curentului, se calculează prin formula:
U=IR, și apoi, P=I*U=I*IR
Ca urmare, avem:
P \u003d I2 * R
Dacă valorile cunoscute sunt rezistența și tensiunea, se calculează după cum urmează:
P \u003d I * U \u003d U2 / R
16. Curent electric. Puterea curentului. densitatea curentă
Curentul electric - mișcarea dirijată a particulelor încărcate electric sub influența unui câmp electric.
Puterea curentului (I) este o valoare scalară egală cu raportul dintre sarcina (q) trecută prin secțiunea transversală a conductorului și intervalul de timp (t) în care a circulat curentul.
I=q/t, unde I este puterea curentului, q este sarcina, t este timpul.
Unitatea de măsură a intensității curentului în sistemul SI: [I]=1A (amperi)
17. Surse curente. sursă emf
O sursă de curent este un dispozitiv în care o anumită formă de energie este convertită în energie electrică.
EMF - energie caracteristică sursei. Aceasta este o mărime fizică egală cu raportul dintre munca efectuată de forțele externe atunci când se deplasează o sarcină electrică de-a lungul unui circuit închis la această sarcină:
Se măsoară în volți (V).
O sursă EMF este o rețea cu două terminale, a cărei tensiune la bornele căreia nu depinde de curentul care circulă prin sursă și este egală cu EMF. FEM sursă poate fi setată fie constantă, fie în funcție de timp, fie în funcție de o acțiune de control extern.
18. Legea lui Ohm : puterea curentului care curge printr-o secțiune omogenă a conductorului este direct proporțională cu căderea de tensiune pe conductor:
-Legea lui Ohm în formă integrală R - rezistența electrică a conductorului
Reciproca de rezistență se numește conductivitate. Reciprocul rezistivității se numește conductivitate: reciprocul lui Ohm se numește Siemens [Sm].
- Legea lui Ohm în formă diferențială.
19. Legea lui Ohm generalizată
Legea lui Ohm generalizată determină relația dintre marimile electrice principale dintr-o secțiune a unui circuit de curent continuu care conține o rezistență și o sursă ideală de EMF (Fig. 1.2):
Formula este valabilă pentru direcțiile pozitive ale căderii de tensiune în secțiunea de circuit indicată în Fig. 1.2 ( Uab), o sursă ideală de EMF ( E) și direcția curentului pozitiv ( eu).
Legea Joule-Lenz
Exprimarea legii Joule-Lenz
Forma integrală a dreptului
Dacă acceptăm că puterea curentului și rezistența conductorului nu se modifică în timp, atunci legea Joule-Lenz poate fi scrisă într-o formă simplificată:
Aplicând legea lui Ohm și transformările algebrice, obținem următoarele formule echivalente:
Expresii echivalente pentru căldură conform legii lui Ohm
Definirea verbală a legii Joule-Lenz
Dacă acceptăm că puterea curentului și rezistența conductorului nu se modifică în timp, atunci legea Joule-Lenz poate fi scrisă într-o formă simplificată:
20. Un câmp magnetic - un câmp de forță care acționează asupra sarcinilor electrice în mișcare și asupra corpurilor cu moment magnetic, indiferent de starea mișcării acestora; componenta magnetica a campului electromagnetic
Câmpul magnetic poate fi creat de curentul particulelor încărcate și/sau momentele magnetice ale atomilor de electroni (și momentele magnetice ale altor particule, care de obicei se manifestă într-o măsură mult mai mică) (magneți permanenți).
În plus, apare ca urmare a unei schimbări în timp a câmpului electric.
Caracteristica principală de putere a câmpului magnetic este vector de inducție magnetică (vectorul de inducție a câmpului magnetic). Din punct de vedere matematic, este un câmp vectorial care definește și specifică conceptul fizic al unui câmp magnetic. Adesea, vectorul inducției magnetice este numit pur și simplu un câmp magnetic pentru concizie (deși aceasta nu este probabil cea mai strictă utilizare a termenului).
O altă caracteristică fundamentală a câmpului magnetic (inducția magnetică alternativă și strâns legată de aceasta, practic egală cu acesta ca valoare fizică) este potențial vectorial .
Împreună, magnetice șielectricformează câmpuricâmp electromagnetic, ale căror manifestări sunt, în special,ușoarăsi toate celelalteundele electromagnetice.
Câmpul magnetic este creat (generat)curent al particulelor încărcatesau se modifică în timpcâmp electric, sau propriimomente magneticeparticule (cele din urmă, de dragul uniformității imaginii, pot fi reduse oficial la curenți electrici)
Reprezentarea grafică a câmpurilor magnetice
Pentru reprezentarea grafică a câmpurilor magnetice se folosesc linii de inducție magnetică. Linia de inducție magnetică este o linie, în fiecare punct al căreia vectorul de inducție magnetică este îndreptat tangențial la acesta.
| " |
Unul dintre parametrii care caracterizează comportamentul electronilor într-un circuit electric, pe lângă tensiune și curent, este puterea. Este o măsură a cantității de muncă care poate fi realizată pe unitatea de timp. Munca este de obicei comparată cu ridicarea de greutăți. Cu cât greutatea și înălțimea creșterii sale sunt mai mari, cu atât se lucrează mai mult. Puterea determină cât de repede poate fi realizată o unitate de lucru.
Unități
Puterea mașinilor este calculată în cai putere - o unitate de măsură inventată de producătorii de motoare cu abur pentru a măsura performanța unităților lor într-o sursă de energie convențională din acea vreme. Puterea unei mașini nu vă spune cât de sus poate urca un deal sau cât de multă greutate poate suporta, vă spune doar cât de repede o poate face.
Puterea motorului depinde de viteza acestuia și de cuplul arborelui de ieșire. Viteza se măsoară în rotații pe minut. Cuplul este cuplul unui motor, măsurat inițial în lb-ft și acum în newtoni metri sau jouli.
Motor tractor 100 CP. din. se rotește lent, dar cu un cuplu mare. Un motor de motocicletă cu putere egală se rotește rapid, dar cu un cuplu mic. Ecuația de calcul al puterii are forma:
P = 2π S T / 33000, unde S este viteza de rotație, rpm și T este cuplul.
Variabilele aici sunt cuplul și viteza. Cu alte cuvinte, puterea este direct proporțională cu ST: P~ST.
putere DC
În circuitele electrice, puterea depinde funcțional de tensiune și curent. Nu este surprinzător, este similar cu ecuația P=IU de mai sus.
Dar aici P nu este proporțional cu curentul înmulțit cu tensiunea, ci egal cu acesta. Se măsoară în wați, prescurtat în wați.
Este important de știut că curentul și tensiunea nu determină puterea separat, ci doar combinația lor. Tensiunea este munca pe unitatea de sarcină electrică, iar curentul este viteza de mișcare a sarcinilor. Stresul (echivalentul muncii) este ca munca de ridicare a unei greutăți împotriva forței gravitaționale. Curentul (echivalent cu viteza) este ca viteza de ridicare a unei greutăți. Produsul lor este puterea.
La fel ca motoarele de tractor și motociclete, un circuit de înaltă tensiune, curent scăzut poate avea aceeași putere ca un circuit de joasă tensiune și curent ridicat. Tensiunea și curentul, în afara relației, nu pot caracteriza puterea unui circuit electric.
Un circuit deschis cu tensiune și curent zero nu funcționează, indiferent de înălțimea tensiunii. La urma urmei, conform formulei, orice înmulțit cu 0 dă 0: P \u003d 0 U \u003d 0. Într-un circuit închis de fir supraconductor cu rezistență zero, puteți obține curent la o tensiune egală cu zero, care, de asemenea, nu va duce la disiparea energiei: P \u003d I0 = 0.
Cai putere și wați înseamnă același lucru: cantitatea de muncă care poate fi făcută pe unitatea de timp. Aceste unități sunt interconectate prin relație
1 l. din. = 745,7 W
Exemplu de calcul
Deci, puterea curentă a circuitului electric în wați este egală cu produsul dintre tensiune și curent.
Pentru a determina, de exemplu, puterea unei sarcini cu o rezistență de 3 ohmi, într-un circuit cu o baterie de 12 V, este necesar, prin aplicarea legii lui Ohm, să se afle curentul
I \u003d U / R \u003d 12/3 \u003d 4 A
Înmulțind puterea curentului cu tensiunea și va da rezultatul dorit:
P = I U = 4 A 12 V = 48 W
Astfel, lampa consumă 48 de wați.
Ce se întâmplă când tensiunea crește?
La o tensiune de 24 V și o rezistență de 3 ohmi, curentul
I=U/R=24/3=8A
Când tensiunea s-a dublat, s-a dublat și curentul.
P=IU=8A 24V=192W
Puterea a crescut și ea, dar mai mult. De ce? Deoarece este o funcție a produsului dintre tensiune și curent, tensiunea și curentul au crescut de 2 ori, prin urmare, puterea a crescut de 4 ori. Acest lucru poate fi verificat prin împărțirea a 192 de wați la 48, al căror coeficient este 4.
Opțiuni de formulă
Prin aplicarea algebrei pentru a transforma o formulă, puteți lua ecuația originală și o puteți transforma pentru cazurile în care unul dintre parametri este necunoscut.
Tensiunea și rezistența dată:
P \u003d (U / R) U sau P \u003d U 2 / R
Cu o putere și rezistență curentă cunoscute:
P = I (I R) sau P = I 2 R
Fapt istoric: relația dintre disiparea puterii și curent prin rezistență a fost descoperită de James Prescott Joule, nu de Georg Simon Ohm. A fost publicată în 1841 sub forma ecuației P = I 2 R și se numește legea Joule-Lenz.
Ecuații de putere:
- P = U I
- P = I 2 R
- P \u003d U 2 /R
Curent alternativ
Legile lui Ohm și Joule-Lenz au fost stabilite pentru curentul continuu, dar sunt valabile și pentru valori instantanee ale curentului și tensiunii variabile.
Valoarea instantanee a lui P este egală cu produsul valorilor instantanee ale curentului și tensiunii, ținând cont de defazarea lor cu unghiul φ:
P(t) = U(t)I(t) = U m cosωt I m cos(ωt-φ) = (1/2)U m I m cosφ + (1/2) U m I m cos( 2ωt- φ).
Din ecuație rezultă că puterea instantanee are o componentă constantă și oscilează în jurul valorii medii cu o frecvență care este de două ori mai mare decât frecvența curentului.
Valoarea medie a lui P(t), care este de interes practic, este:
P = (U m I m /2) cosφ
Ținând cont de faptul că cos φ=R/Z, unde Z=(R 2 + (ωL - 1/ω C) 2) 1/2 și U m /Z = I m ,
Aici I \u003d I m 2 -1/2 \u003d 0,707 I m este valoarea efectivă a puterii curente, A.
În mod similar, U \u003d U m 2 -1/2 \u003d 0,707 U m - tensiune efectivă, V.
Puterea medie prin tensiunea și curentul efectiv este determinată de
P = U I cos φ, unde cos φ este factorul de putere.
P din circuitul electric este transformat în căldură sau în altă formă de energie. Cea mai mare putere activă poate fi atinsă atunci când cosφ=1, adică în absența defazajului. Se numește putere maximă.
S \u003d U I \u003d Z I 2 \u003d U 2 / Z
Dimensiunea sa coincide cu dimensiunea lui P, dar în scopul diferenței, S se măsoară în volți-amperi, VA.
Gradul de intensitate a schimbului de energie în circuitul electric este caracterizat de puterea reactivă
Q \u003d U I sinφ \u003d U I p \u003d U p I \u003d X I 2 \u003d U 2 / X
Are dimensiunile active și pline, dar pentru a-l distinge, se exprimă în volți-amperi reactivi, VAR.
Triunghiul puterii
Puterea activă, reactivă și totală sunt interconectate prin expresie
S = (P2 + Q2) 1/2
Puterea este reprezentată ca o latură a unui triunghi dreptunghic. Folosind legile trigonometriei, se poate găsi lungimea unei laturi (cantitatea de putere de orice tip) din două laturi cunoscute sau din lungimea uneia și unghiul. Într-un astfel de triunghi, puterea activă este catetul adiacent, puterea reactivă este partea opusă, iar puterea aparentă este ipotenuza. Unghiul dintre catetul puterii active și ipotenuză este egal cu unghiul de fază al impedanței Z a circuitului electric.
Forma complexă a acestei relații este următoarea:
S = P+jQ = U I cosφ + j U I sinφ= U I e jφ = U I*, unde
S - putere complexă;
I* - valoarea curentului conjugat complex.
Componenta reală a complexului este activă, iar componenta imaginară este reactivă.
Puterea aparentă instantanee rămâne întotdeauna constantă.
Putere de curent trifazat
Sarcina fiecărei faze a unui circuit electric trifazat transformă energia sau o schimbă cu o sursă de energie. Ca rezultat, P și Q ale circuitului sunt egale cu puterea totală a tuturor fazelor:
P = P r + P y + P b ; Q \u003d Q r + Q y + Q b - conexiune stea;
P = P ry + P yb + P br ; Q \u003d Q ry + Q yb + Q br - conexiune „triunghi”.
Puterile active și reactive ale fiecărei faze sunt determinate ca într-un circuit monofazat.
Puterea totală a unui circuit trifazat:
S \u003d (P 2 + Q 2) 1/2,
care în formă complexă are forma
S = P+jQ = (P r + P y + P b) + j(Q r + Q y + Q b)= S r + S y + S b = U r I r + U y I y + U b Ib
Sarcina simetrică a fazelor are ca rezultat egalitatea puterilor lor. De aceea, puterea curentă este egală cu de trei ori puterea activă și reactivă a fazei:
P = 3P f = 3 I f U f cosφ f = 3 R f I f 2
Q = 3 Q f = 3 I f U f sinφ f = 3 X f I f 2
S = 3 S f = 3 I f U f
I f și U f aici le puteți înlocui cu valori liniare, având în vedere că pentru o stea U f =U l; I f \u003d I l, iar pentru un triunghi U f \u003d U l; I f \u003d I l 3 -1/2:
P \u003d 3 1/2 I l U l cosφ f;
Q \u003d 3 1/2 I l U l sinφ f;
S = 3 1/2 I l U l.
Curent nesinusoidal
Definiția lui P într-un circuit de curent nesinusoidal este similară cu definiția sa într-un circuit de curent sinusoidal, deoarece în perioada T puterea medie instantanee
P = 1/T∫u i dt
Puterea activă a curentului este determinată de suma P a componentelor armonice, inclusiv constanta, care este armonica de frecvență zero.
Puterea curentului reactiv este în mod similar rezultatul adunării Q-ului fiecărei armonice.
Q = ∑U k I k sinφ k = ∑ Q k
Conţinut:
Mișcarea particulelor încărcate într-un conductor în inginerie electrică se numește curent electric. Curentul electric nu se caracterizează doar prin valoarea cantității de energie electrică trecută prin conductor, deoarece în 60 de minute poate trece prin el electricitate egală cu 1 Coulomb, dar aceeași cantitate de electricitate poate fi trecută prin conductor într-o secundă. .
Care este puterea actuală
Când se ia în considerare cantitatea de electricitate care curge prin conductor pentru diferite intervale de timp, este clar că într-o perioadă mai scurtă de timp curentul curge mai intens, prin urmare, se introduce o altă definiție în caracteristica curentului electric - acesta este curentul. puterea, care se caracterizează prin curentul care curge în conductor pe secundă de timp. Unitatea de măsură pentru mărimea curentului de trecere în inginerie electrică este amperul.
Cu alte cuvinte, puterea curentului electric într-un conductor este cantitatea de electricitate care a trecut prin secțiunea sa pe secundă de timp, marcată cu litera I. Puterea curentului se măsoară în amperi - aceasta este o unitate de măsurătoare care echivalează cu puterea unui curent neschimbător care trece prin fire paralele nesfârșite cu cea mai mică secțiune circulară, separate de 100 cm și situate în vid, care provoacă o interacțiune pe un metru de lungime a conductorului cu o forță = 2 * 10 minus 7 grade Newton pentru fiecare 100 cm de lungime.
Experții determină adesea valoarea curentului de trecere, în Ucraina (puterea fluxului) este egală cu 1 amper, când 1 pandantiv de electricitate trece prin secțiunea conductorului în fiecare secundă.
În inginerie electrică, puteți vedea utilizarea frecventă a altor cantități în determinarea valorii puterii curentului de trecere: 1 miliamperi, care este egal cu unitatea / Amperi, 10 la minus a treia putere a unui amper, un microamperi este zece la puterea a șasea minus a unui amper.
Cunoscând cantitatea de electricitate care a trecut prin conductor pentru o anumită perioadă de timp, este posibil să se calculeze puterea curentului (cum se spune în Ucraina - puterea strumei) folosind formula:
Când circuitul electric este închis și nu are ramuri, atunci aceeași cantitate de electricitate curge pe secundă în fiecare loc al secțiunii sale transversale. Teoretic, acest lucru se explică prin imposibilitatea acumulării sarcinilor electrice în orice loc din circuit, din acest motiv puterea curentului este aceeași peste tot.
Această regulă este valabilă și în circuitele complexe când există ramuri, dar se aplică unor secțiuni ale unui circuit complex care pot fi considerate ca un simplu circuit electric.
Cum se măsoară curentul?
Mărimea puterii curentului este măsurată cu un dispozitiv numit ampermetru și, de asemenea, pentru valori mici - un miliampermetru și un microampermetru, care pot fi văzute în fotografia de mai jos:
Există o opinie printre oameni că atunci când puterea curentului în conductor este măsurată înainte de sarcină (consumator), valoarea va fi mai mare decât după aceasta. Aceasta este o concepție greșită bazată pe presupunerea că o anumită cantitate de forță va fi cheltuită pentru a alimenta consumatorul. Curentul electric din conductor este un proces electromagnetic la care participă electronii încărcați, se mișcă într-o direcție, dar energia este transferată nu de electroni, ci de câmpul electromagnetic care înconjoară conductorul.
Numărul de electroni care părăsesc începutul lanțului va fi egal cu numărul de electroni, iar după consumatorul de la sfârșitul lanțului, aceștia nu pot fi consumați.
Ce fel de conductori există? Experții definesc conceptul de „conductor” - acesta este un material în care particulele care au o sarcină se pot mișca liber. Aproape toate metalele, acidul și soluția salină au astfel de proprietăți în practică. Iar un material sau o substanță în care mișcarea particulelor încărcate este dificilă sau chiar imposibilă se numește izolatori (dielectrici). Materialele dielectrice comune sunt cuarțul sau ebonita, un izolator artificial.
Ieșire
În practică, echipamentele moderne funcționează cu curenți mari, de până la sute sau chiar mii de amperi, precum și cu valori mici. Un exemplu în viața de zi cu zi de curent în diferite dispozitive poate fi o sobă electrică, unde atinge o valoare de 5 A, iar o lampă cu incandescență simplă poate avea o valoare de 0,4 A; într-o fotocelulă, valoarea curentului care trece este măsurată în microamperi. În liniile de transport public urban (troleibuz, tramvai), valoarea curentului de trecere ajunge la 1000 A.
Definiția 1
Curentul este un proces în timpul căruia (sub influența directă a unui câmp electric) începe să aibă loc mișcarea unor particule încărcate.
Astfel de particule încărcate pot fi elemente diferite (totul va depinde de situație). În cazul conductorilor, de exemplu, electronii vor acționa ca astfel de particule.
Conceptul de putere curentă
Puterea curentului electric va fi o mărime care caracterizează ordinea mișcării sarcinilor electrice, numeric egală cu cantitatea de sarcină $\delta q$, care în acest caz străbate o anumită suprafață $S$ (reprezentând secțiunea transversală). al conductorului) pe unitatea de timp:
$I=\frac(\delta q)(\delta t)$
Pentru a determina puterea curentului $I$, este necesară împărțirea sarcinii electrice $\delta q$ care trece prin secțiunea transversală a conductorului în timpul $\delta t$ la acest timp.
Puterea curentului va depinde de sarcina transportată de toate particulele, viteza de mișcare a acestora orientată într-o anumită direcție și aria secțiunii transversale a conductorului.
Să considerăm un conductor cu o arie a secțiunii transversale $S$. Notăm sarcina tuturor particulelor cu $q_o$. Volumul unui conductor delimitat de două secțiuni conține particule $nS\delta l$, unde $n$ reprezintă concentrația acestora. Taxa lor totală va fi:
$q=(q_o)(nS\delta I)$
În condiția mișcării particulelor cu o viteză medie $v$, în timpul $\delta t=\frac(\delta I)(v)$ toate particulele conținute în volumul considerat vor avea timp să treacă prin a doua cruce. secțiune, ceea ce înseamnă că puterea curentului corespunde calculelor conform acestei formule:
$I=(q_o)(nvS)$, unde:
- $I$ - desemnarea puterii electricității, măsurată în Amperi (A) sau Coulombs / secundă;
- $q$ - sarcina care trece prin conductor, unitate Coulomb (C);
În SI, unitatea de curent este considerată unitatea principală și se numește amper (A). Aparatul de măsurare este un ampermetru, al cărui principiu de funcționare se bazează pe acțiunea magnetică a curentului.
Observație 1
La evaluarea vitezei de mișcare ordonată a electronilor în interiorul conductorului, efectuată conform formulei pentru un conductor de cupru cu o suprafață a secțiunii transversale de milimetru pătrat osos, obținem o valoare nesemnificativă (0,1 mm / s) .
Diferența dintre curent și tensiune
În fizică, există concepte precum „curent” și „tensiune”. Există unele diferențe între ele, a căror luare în considerare este importantă pentru înțelegerea principiului puterii curente.
Sub „putere” se înțelege o anumită cantitate de electricitate, „tensiune”, în același timp, se ia în considerare o măsură a energiei potențiale. În același timp, aceste concepte sunt destul de puternic interdependente. Cei mai importanți factori care le influențează sunt:
- material conductor;
- temperatura;
- conditii externe.
Diferențele pot fi observate și în modul în care sunt obținute. Dacă, în cazul acțiunii asupra sarcinilor electrice, se creează o tensiune, curentul va apărea deja datorită acțiunii tensiunii dintre punctele circuitului. Există, de asemenea, o diferență în comparație cu un astfel de concept precum „consum de energie”. Va fi din punct de vedere al puterii. Deci, dacă este necesară tensiunea pentru a caracteriza energia potențială, atunci curentul va caracteriza deja energia cinetică.
Metode de determinare a puterii curentului
Puterea curentă este calculată în practică folosind instrumente speciale de măsurare sau folosind formule separate (în funcție de disponibilitatea datelor inițiale). Formula de bază după care se calculează puterea curentului este următoarea:
Existența energiei electrice poate fi constantă (de exemplu, curentul conținut în baterie), precum și variabilă (curent în priză). Iluminarea incintei și funcționarea tuturor dispozitivelor de tip electric are loc tocmai prin acțiunea electricității alternative. Principala diferență între curentul alternativ și curentul continuu este tendința sa mai puternică de a se transforma.
Un bun exemplu al acțiunii curentului alternativ poate servi și ca efect de aprindere a lămpilor fluorescente. Deci, în procesul de aprindere a unei astfel de lămpi, mișcarea particulelor încărcate începe să se deplaseze înainte și înapoi, ceea ce explică efectul curentului alternativ. Acest tip de electricitate este considerat cel mai comun în viața de zi cu zi. Conform legii lui Ohm, puterea curentului este calculată prin formula (pentru o secțiune a circuitului electric):
Prin urmare, puterea curentului este direct proporțională cu tensiunea $U$, măsurată în Volți, cu secțiunea circuitului și invers proporțională cu rezistența $R$ a conductorului secțiunii specificate, exprimată în Ohmi. Calculul puterii electricității într-un circuit complet se calculează după cum urmează:
$I=\frac(E)(R+r)$, unde:
- $E$ - forță electromotoare, EMF, Volt;
- $R$ - rezistență externă, Ohm;
- $r$ - rezistență internă, Ohm.
Principalele metode de determinare a puterii curentului prin sisteme de instrumente în practică sunt următoarele:
- Metoda de măsurare magnetoelectrică. Avantajele sale sunt sensibilitatea ridicată și acuratețea citirilor cu un consum redus de energie. Această metodă este aplicabilă numai la determinarea mărimii curentului continuu.
- Metoda electromagnetică constă în găsirea puterii curenților de tipuri alternative și constante prin procesul de transformare dintr-un câmp electromagnetic într-un semnal al unui senzor magnetic modular.
- Metoda indirectă are ca scop determinarea tensiunii la o anumită rezistență cu ajutorul unui voltmetru.
Observația 2
Pentru a găsi puterea curentului, în practică, se folosește adesea un ampermetru special pentru dispozitiv. Un astfel de dispozitiv este inclus în întreruperea circuitului electric la punctul necesar pentru măsurarea puterii sarcinii electrice care a trecut de ceva timp prin secțiunea firului.
La determinarea mărimii puterii electricității mici, se folosesc miliametri, microampermetre și, de asemenea, galvanometre, care sunt, de asemenea, conectate la un anumit loc din circuit, unde este necesar să se găsească puterea curentului. Conexiunea se poate face în două moduri:
- consistent;
- paralel.
Determinarea puterii curentului care este consumat nu este la fel de des solicitată ca măsurarea tensiunii sau a rezistenței. În același timp, fără a calcula valoarea fizică a puterii curentului, devine imposibil să se calculeze consumul de energie.
