Ni nini sasa: sifa za msingi na dhana. Mkondo wa umeme ni nini? Masharti ya kuwepo kwa sasa ya umeme: sifa na vitendo

". Leo nataka kugusa mada kama vile umeme wa sasa. Ni nini? Hebu jaribu kukumbuka mtaala wa shule.

Mkondo wa umeme ni mwendo ulioamuru wa chembe zilizochajiwa kwenye kondakta.

Ikiwa unakumbuka, ili chembe za kushtakiwa ziweze kusonga, (sasa umeme hutokea) unahitaji kuunda shamba la umeme. Ili kuunda uwanja wa umeme, unaweza kufanya majaribio ya kimsingi kama kusugua kushughulikia plastiki kwenye pamba na kwa muda itavutia vitu nyepesi. Miili yenye uwezo wa kuvutia vitu baada ya kusugua inaitwa umeme. Tunaweza kusema kwamba mwili katika hali hii ina malipo ya umeme, na miili yenyewe inaitwa kushtakiwa. Kutoka kwa mtaala wa shule, tunajua kwamba miili yote imeundwa na chembe ndogo (molekuli). Molekuli ni chembe ya dutu ambayo inaweza kutenganishwa na mwili na itakuwa na mali zote asili katika mwili huu. Molekuli za miili tata huundwa kutoka kwa mchanganyiko mbalimbali wa atomi za miili rahisi. Kwa mfano, molekuli ya maji ina mbili rahisi: atomi ya oksijeni na atomi moja ya hidrojeni.

Atomi, neutroni, protoni na elektroni - ni nini?

Kwa upande wake, atomi huwa na kiini na kuizunguka elektroni. Kila elektroni katika atomi ina chaji ndogo ya umeme. Kwa mfano, atomi ya hidrojeni ina kiini cha elektroni kinachozunguka. Kiini cha atomi kinajumuisha, kwa upande wake, protoni na neutroni. Nucleus ya atomi, kwa upande wake, ina malipo ya umeme. Protoni zinazounda kiini zina chaji sawa za umeme na elektroni. Lakini protoni, tofauti na elektroni, hazifanyi kazi, lakini wingi wao ni mara nyingi zaidi kuliko wingi wa elektroni. Nutroni ya chembe, ambayo ni sehemu ya atomi, haina malipo ya umeme, haina upande wowote. Elektroni zinazozunguka kiini cha atomi na protoni zinazounda kiini ni wabebaji wa chaji sawa za umeme. Kati ya elektroni na protoni daima kuna nguvu ya mvuto wa pande zote, na kati ya elektroni wenyewe na kati ya protoni, nguvu ya kukataa pande zote. Kwa sababu ya hili, elektroni ina malipo hasi ya umeme, na protoni chanya. Kutokana na hili tunaweza kuhitimisha kuwa kuna aina 2 za umeme: chanya na hasi. Uwepo wa chembe zenye chaji sawa katika atomi husababisha ukweli kwamba kati ya kiini cha atomi kilicho na chaji chanya na elektroni zinazozunguka kuzunguka, kuna nguvu za mvuto wa pande zote ambazo hushikilia atomi pamoja. Atomi hutofautiana kutoka kwa kila mmoja kwa idadi ya neutroni na protoni katika nuclei, ndiyo sababu malipo mazuri ya nuclei ya atomi ya vitu mbalimbali si sawa. Katika atomi za vitu tofauti, idadi ya elektroni zinazozunguka si sawa na imedhamiriwa na malipo mazuri ya kiini. Atomi za vitu vingine zimefungwa kwa kiini, wakati kwa wengine kifungo hiki kinaweza kuwa dhaifu zaidi. Hii inaelezea nguvu tofauti za miili. Waya wa chuma ni nguvu zaidi kuliko waya wa shaba, ambayo inamaanisha kuwa chembe za chuma huvutia zaidi kila mmoja kuliko chembe za shaba. Mvuto kati ya molekuli inaonekana hasa wakati wao ni karibu na kila mmoja. Mfano wa kushangaza zaidi ni kwamba matone mawili ya maji yanaunganishwa katika moja yanapogusana.

Chaji ya umeme

Katika atomi ya dutu yoyote, idadi ya elektroni zinazozunguka kiini ni sawa na idadi ya protoni zilizomo kwenye kiini. Malipo ya umeme ya elektroni na protoni ni sawa kwa ukubwa, ambayo ina maana kwamba malipo hasi ya elektroni ni sawa na malipo mazuri ya kiini. Chaji hizi husawazisha kila moja, na atomi hubakia upande wowote. Katika atomi, elektroni huunda ganda la elektroni karibu na kiini. Ganda la elektroni na kiini cha atomi ziko katika mwendo unaoendelea wa oscillatory. Wakati atomi zinasonga, hugongana na elektroni moja au zaidi huruka kutoka kwao. Atomu hukoma kuwa upande wowote na inakuwa chaji chaji. Kwa kuwa malipo yake mazuri yamekuwa hasi zaidi (uhusiano dhaifu kati ya elektroni na kiini - chuma na makaa ya mawe). Katika miili mingine (mbao na kioo), shells za elektroniki hazivunjwa. Baada ya kutengana na atomi, elektroni huru husogea bila mpangilio na zinaweza kunaswa na atomi zingine. Mchakato wa kuonekana na kutoweka katika mwili ni endelevu. Wakati joto linapoongezeka, kasi ya harakati ya vibrational ya atomi huongezeka, migongano inakuwa mara kwa mara, inakuwa na nguvu, idadi ya elektroni za bure huongezeka. Hata hivyo, mwili unabakia upande wowote wa umeme, kwani idadi ya elektroni na protoni katika mwili haibadilika. Ikiwa kiasi fulani cha elektroni za bure hutolewa kutoka kwa mwili, basi malipo mazuri inakuwa kubwa kuliko malipo ya jumla. Mwili utakuwa na chaji chanya na kinyume chake. Ikiwa ukosefu wa elektroni huundwa katika mwili, basi inashtakiwa zaidi. Ikiwa ziada ni hasi. Upungufu huu mkubwa au ziada, zaidi ya malipo ya umeme. Katika kesi ya kwanza (chembe zaidi chaji chanya), miili inaitwa conductors (metali, ufumbuzi wa maji ya chumvi na asidi), na katika pili (ukosefu wa elektroni, chembe chaji hasi) dielectrics au insulators (amber, quartz, ebonite). Kwa kuwepo kwa kuendelea kwa sasa ya umeme, ni muhimu kudumisha daima tofauti ya uwezo katika kondakta.

Kweli, hiyo ni kozi ndogo ya fizikia imekwisha. Nadhani wewe, kwa msaada wangu, ulikumbuka mtaala wa shule kwa darasa la 7, na tutachambua ni tofauti gani inayoweza kutokea katika nakala yangu inayofuata. Hadi tutakapokutana tena kwenye kurasa za tovuti.

Bila umeme, haiwezekani kufikiria maisha ya mtu wa kisasa. Volts, Amps, Watts - maneno haya yanasikika katika mazungumzo kuhusu vifaa vinavyotumia umeme. Lakini ni nini sasa hii ya umeme na ni masharti gani ya kuwepo kwake? Tutazungumza juu ya hili zaidi, tukitoa maelezo mafupi kwa wataalamu wa umeme wanaoanza.

Ufafanuzi

Umeme wa sasa ni harakati iliyoelekezwa ya flygbolag za malipo - hii ni uundaji wa kawaida kutoka kwa kitabu cha fizikia. Kwa upande mwingine, chembe fulani za suala huitwa wabebaji wa malipo. Wanaweza kuwa:

• Elektroni ni wabebaji hasi wa malipo.
• Ioni ni wabebaji chaji chanya.

Lakini wabebaji wa malipo wanatoka wapi? Ili kujibu swali hili, unahitaji kukumbuka ujuzi wa msingi kuhusu muundo wa jambo. Kila kitu kinachotuzunguka ni maada, kinajumuisha molekuli, chembe zake ndogo zaidi. Molekuli huundwa na atomi. Atomu ina kiini ambacho elektroni husogea katika obiti fulani. Molekuli pia husogea bila mpangilio. Mwendo na muundo wa kila chembe hizi hutegemea dutu yenyewe na ushawishi wa mazingira juu yake, kama vile joto, dhiki, na kadhalika.

Ioni ni atomi ambayo uwiano wa elektroni na protoni umebadilika. Ikiwa atomi hapo awali haina upande wowote, basi ions, kwa upande wake, imegawanywa katika:

• Anions ni ioni chanya ya atomi ambayo imepoteza elektroni.
• Cations ni atomi yenye elektroni "ziada" zilizounganishwa kwenye atomi.

Sehemu ya sasa ni Ampere, kulingana na hiyo imehesabiwa na formula:

ambapo U ni voltage [V] na R ni upinzani [Ohm].

Au sawia moja kwa moja na kiasi cha malipo kinachohamishwa kwa kila kitengo cha muda:

ambapo Q ni malipo, [C], t ni wakati, [s].

Masharti ya kuwepo kwa mkondo wa umeme

Tuligundua umeme wa sasa ni nini, sasa hebu tuzungumze juu ya jinsi ya kuhakikisha mtiririko wake. Ili mkondo wa umeme utiririke, masharti mawili lazima yakamilishwe:

1. Uwepo wa flygbolag za malipo ya bure.
2. Uwanja wa umeme.

Hali ya kwanza ya kuwepo na mtiririko wa umeme inategemea dutu ambayo sasa inapita (au haina mtiririko), pamoja na hali yake. Hali ya pili pia inawezekana: kwa kuwepo kwa uwanja wa umeme, kuwepo kwa uwezekano tofauti ni muhimu, kati ya ambayo kuna kati ambayo flygbolag za malipo zitapita.

Kumbuka: Voltage, EMF ni tofauti inayowezekana. Inafuata kwamba ili kutimiza masharti ya kuwepo kwa sasa - kuwepo kwa shamba la umeme na sasa ya umeme, voltage inahitajika. Hizi zinaweza kuwa sahani za capacitor iliyoshtakiwa, kiini cha galvanic, EMF ambayo imetokea chini ya ushawishi wa shamba la magnetic (jenereta).

Tulifikiria jinsi inavyotokea, wacha tuzungumze juu ya wapi inaelekezwa. Ya sasa, katika matumizi yake ya kawaida, husogea katika kondakta (wiring katika ghorofa, balbu za incandescent) au katika halvledare (LED, kichakataji cha simu yako mahiri na vifaa vingine vya elektroniki), mara chache zaidi kwenye gesi (taa za fluorescent).

Kwa hiyo, mara nyingi, flygbolag kuu za malipo ni elektroni, huhamia kutoka kwa minus (hatua yenye uwezo mbaya) hadi plus (hatua yenye uwezo mzuri, utajifunza zaidi kuhusu hili hapa chini).

Lakini ukweli wa kuvutia ni kwamba mwelekeo wa harakati ya sasa ulichukuliwa kuwa harakati ya malipo mazuri - kutoka kwa pamoja hadi minus. Ingawa kwa kweli kinyume kinatokea. Ukweli ni kwamba uamuzi juu ya mwelekeo wa sasa ulifanywa kabla ya kujifunza asili yake, na pia kabla ya kuamua kutokana na ambayo sasa inapita na ipo.

Umeme wa sasa katika mazingira tofauti

Tumesema tayari kuwa katika vyombo vya habari tofauti sasa umeme unaweza kutofautiana katika aina ya flygbolag za malipo. Vyombo vya habari vinaweza kugawanywa kulingana na asili ya conductivity (katika utaratibu wa kushuka wa conductivity):

1. Kondakta (metali).
2. Semiconductor (silicon, germanium, gallium arsenide, nk).
3. Dielectric (utupu, hewa, maji yaliyotengenezwa).

katika metali

Vyuma vina vibebea vya malipo ya bure na wakati mwingine hujulikana kama "gesi ya umeme". Watoa huduma za bure hutoka wapi? Ukweli ni kwamba chuma, kama dutu yoyote, ina atomi. Atomu kwa namna fulani husogea au kuzunguka. Ya juu ya joto la chuma, nguvu ya harakati hii. Wakati huo huo, atomi wenyewe kwa ujumla hubakia katika maeneo yao, kwa kweli kutengeneza muundo wa chuma.

Katika makombora ya elektroni ya atomi, kawaida kuna elektroni kadhaa ambazo zina dhamana dhaifu na kiini. Chini ya ushawishi wa joto, athari za kemikali na mwingiliano wa uchafu, ambao kwa hali yoyote ni katika chuma, elektroni hutengana na atomi zao, ioni za chaji chanya huundwa. Elektroni zilizojitenga huitwa huru na husogea kwa nasibu.

Ikiwa wanaathiriwa na uwanja wa umeme, kwa mfano, ikiwa unganisha betri kwenye kipande cha chuma, harakati ya machafuko ya elektroni itaamriwa. Elektroni kutoka mahali ambapo uwezo hasi umeunganishwa (cathode ya seli ya galvanic, kwa mfano) itaanza kuelekea hatua yenye uwezo mzuri.

katika semiconductors

Semiconductors ni nyenzo ambazo hakuna flygbolag za malipo ya bure katika hali ya kawaida. Wako katika eneo linaloitwa haramu. Lakini ikiwa nguvu za nje zinatumika, kama vile uwanja wa umeme, joto, mionzi mbalimbali (mwanga, mionzi, nk), hushinda pengo la bendi na kupita kwenye bendi ya bure au bendi ya uendeshaji. Elektroni hutengana na atomi zao na kuwa huru, na kutengeneza ioni - wabebaji wa malipo chanya.

Flygbolag chanya katika semiconductors huitwa mashimo.

Ikiwa unahamisha tu nishati kwa semiconductor, kwa mfano, joto, harakati ya machafuko ya flygbolag za malipo itaanza. Lakini ikiwa tunazungumza juu ya vitu vya semiconductor, kama vile diode au transistor, basi kwenye ncha tofauti za kioo (safu ya metali inatumika kwao na miongozo inauzwa), EMF itaonekana, lakini hii haitumiki. kwa mada ya makala ya leo.

Ikiwa unatumia chanzo cha EMF kwa semiconductor, basi flygbolag za malipo pia zitapita kwenye bendi ya uendeshaji, na harakati zao zilizoelekezwa pia zitaanza - mashimo yataenda kwa upande na uwezo wa chini wa umeme, na elektroni - kwa upande na kubwa zaidi.

Katika utupu na gesi

Utupu ni kati na ukosefu kamili (bora) wa gesi au kupunguzwa (kwa kweli) kiasi chake. Kwa kuwa hakuna jambo katika utupu, hakuna chanzo cha flygbolag za malipo. Hata hivyo, mtiririko wa sasa katika utupu ulionyesha mwanzo wa umeme na zama nzima ya vipengele vya elektroniki - zilizopo za utupu. Walitumiwa katika nusu ya kwanza ya karne iliyopita, na katika miaka ya 50 walianza hatua kwa hatua kutoa njia kwa transistors (kulingana na uwanja maalum wa umeme).

Hebu tufikiri kwamba tuna chombo ambacho gesi yote imepigwa nje, i.e. ni ombwe kamili. Electrodes mbili zimewekwa kwenye chombo, hebu tuwaite anode na cathode. Ikiwa tunaunganisha uwezo mbaya wa chanzo cha EMF kwa cathode, na chanya kwa anode, hakuna kitu kitatokea na hakuna sasa itapita. Lakini ikiwa tunaanza kupokanzwa cathode, sasa itaanza kutiririka. Utaratibu huu unaitwa chafu ya thermionic - utoaji wa elektroni kutoka kwenye uso wa joto wa elektroni.

Takwimu inaonyesha mchakato wa mtiririko wa sasa katika taa ya utupu. Katika mirija ya utupu, cathode huwashwa moto na filamenti iliyo karibu kwenye Kielelezo (H), kama ile inayopatikana kwenye taa ya taa.

Wakati huo huo, ukibadilisha polarity ya ugavi - tumia minus kwa anode, na uomba pamoja na cathode - sasa haitapita. Hii itathibitisha kwamba sasa katika utupu inapita kutokana na harakati ya elektroni kutoka CATHODE hadi ANODE.

Gesi, kama dutu yoyote, ina molekuli na atomi, ambayo inamaanisha kuwa ikiwa gesi iko chini ya ushawishi wa uwanja wa umeme, basi kwa nguvu fulani (voltage ya ionization), elektroni zitatoka kwenye atomi, basi hali zote mbili mtiririko wa sasa wa umeme utakutana - shamba na vyombo vya habari vya bure.

Kama ilivyoelezwa tayari, mchakato huu unaitwa ionization. Inaweza kutokea sio tu kutoka kwa voltage iliyotumiwa, lakini pia wakati gesi inapokanzwa, x-rays, chini ya ushawishi wa ultraviolet na mambo mengine.

Sasa itapita hewani, hata ikiwa burner imewekwa kati ya elektroni.

Mtiririko wa sasa katika gesi za ajizi unaambatana na mwangaza wa gesi; jambo hili linatumika kikamilifu katika taa za fluorescent. Mtiririko wa sasa wa umeme katika kati ya gesi huitwa kutokwa kwa gesi.

katika kioevu

Hebu sema kwamba tuna chombo na maji ambayo electrodes mbili huwekwa, ambayo chanzo cha nguvu kinaunganishwa. Ikiwa maji ni distilled, yaani, safi na haina uchafu, basi ni dielectric. Lakini ikiwa tunaongeza chumvi kidogo, asidi ya sulfuriki, au dutu nyingine yoyote kwa maji, electrolyte huundwa na sasa huanza kutiririka ndani yake.

Electroliti ni dutu inayoendesha umeme kwa kujitenga katika ioni.

Ikiwa sulfate ya shaba imeongezwa kwa maji, basi safu ya shaba itakaa kwenye moja ya electrodes (cathode) - hii inaitwa electrolysis, ambayo inathibitisha kwamba sasa umeme katika kioevu unafanywa kutokana na harakati za ions - chanya na. wabebaji wa malipo hasi.

Electrolysis ni mchakato wa kimwili na kemikali, ambayo inajumuisha mgawanyiko wa vipengele vinavyofanya electrolyte kwenye electrodes.

Kwa hivyo, mipako ya shaba, gilding na mipako na metali nyingine hutokea.

Hitimisho

Kwa muhtasari, kwa mtiririko wa sasa wa umeme, wabebaji wa malipo ya bure wanahitajika:

• elektroni katika conductors (metali) na utupu;
• elektroni na mashimo katika semiconductors;
• ions (anions na cations) katika vinywaji na gesi.

Ili harakati za flygbolag hizi ziagizwe, uwanja wa umeme unahitajika. Kwa maneno rahisi, tumia voltage kwenye ncha za mwili au usakinishe electrodes mbili katika mazingira ambapo sasa ya umeme inatarajiwa kutiririka.

Inafaa pia kuzingatia kuwa sasa kwa njia fulani huathiri dutu, kuna aina tatu za mfiduo:

• joto;
• kemikali;
• kimwili.

Inafaa

(conductivity ya shimo la elektroni). Wakati mwingine sasa umeme pia huitwa sasa ya kuhama, inayotokana na mabadiliko ya wakati wa uwanja wa umeme.

Mkondo wa umeme una maonyesho yafuatayo:

Encyclopedic YouTube

1 / 5

✪ Darasa la 8 la ELECTRIC CURRENT FYSICS la 8

✪ Mkondo wa umeme

✪ #9 Mkondo wa umeme na elektroni

✪ Mkondo wa umeme ni nini [Ham Radio TV 2]

✪ NINI KITATOKEA IKIWA MSHTUKO WA UMEME

Manukuu

Uainishaji

Ikiwa chembe za chaji huhamia ndani ya miili ya macroscopic inayohusiana na kati fulani, basi mkondo kama huo unaitwa umeme. conduction ya sasa. Ikiwa miili ya kushtakiwa kwa macroscopic inasonga (kwa mfano, matone ya mvua ya kushtakiwa), basi hii ya sasa inaitwa convection .

Kuna mikondo ya umeme ya moja kwa moja na inayobadilishana, pamoja na kila aina ya mkondo wa kubadilisha. Kwa maneno kama haya, neno "umeme" mara nyingi huachwa.

• DC ya Sasa - sasa, mwelekeo na ukubwa ambao haubadilika kwa wakati.

Mikondo ya Eddy

Mikondo ya Eddy (Mikondo ya Foucault) ni "mikondo ya umeme iliyofungwa katika kondakta mkubwa ambayo hutokea wakati flux ya magnetic inayoipenya inabadilika," kwa hiyo, mikondo ya eddy ni mikondo ya induction. Kwa kasi ya mabadiliko ya magnetic flux, nguvu ya mikondo ya eddy. Mikondo ya Eddy haipiti kando ya njia fulani kwenye waya, lakini, ikifunga kwenye kondakta, huunda contours kama vortex.

Uwepo wa mikondo ya eddy husababisha athari ya ngozi, ambayo ni, kwa ukweli kwamba mkondo wa umeme unaobadilishana na flux ya sumaku huenea haswa kwenye safu ya uso ya kondakta. Eddy inapokanzwa sasa ya conductors husababisha upotezaji wa nishati, haswa katika cores za coil za AC. Ili kupunguza upotezaji wa nishati kwa sababu ya mikondo ya eddy, mgawanyiko wa mizunguko ya sasa ya sumaku inayobadilika kuwa sahani tofauti, zilizotengwa kutoka kwa kila mmoja na ziko karibu na mwelekeo wa mikondo ya eddy, hutumiwa, ambayo inapunguza mipaka inayowezekana ya njia zao na inapunguza sana ukubwa. ya mikondo hii. Katika masafa ya juu sana, badala ya ferromagnets, magnetodielectrics hutumiwa kwa nyaya za magnetic, ambayo, kutokana na upinzani wa juu sana, mikondo ya eddy kivitendo haifanyiki.

Sifa

Inakubaliwa kihistoria kwamba mwelekeo wa sasa sanjari na mwelekeo wa harakati ya malipo chanya katika kondakta. Katika kesi hiyo, ikiwa flygbolag pekee za sasa ni chembe za kushtakiwa vibaya (kwa mfano, elektroni katika chuma), basi mwelekeo wa sasa ni kinyume na mwelekeo wa harakati za chembe za kushtakiwa. .

Kasi ya kukimbia ya elektroni

Upinzani wa mionzi husababishwa na malezi ya mawimbi ya umeme karibu na kondakta. Upinzani huu uko katika utegemezi mgumu juu ya sura na vipimo vya kondakta, juu ya urefu wa wimbi la wimbi lililotolewa. Kwa kondakta mmoja wa rectilinear, ambayo mkondo wa mwelekeo sawa na nguvu iko kila mahali, na urefu ambao L ni chini sana kuliko urefu wa wimbi la sumakuumeme iliyotolewa nayo. λ (\mtindo wa kuonyesha \lambda), utegemezi wa upinzani juu ya urefu wa wimbi na kondakta ni rahisi:

Mkondo wa umeme unaotumika zaidi na masafa ya kawaida ya 50 Hz inalingana na wimbi lenye urefu wa takriban kilomita elfu 6, ndiyo sababu nguvu ya mionzi kawaida ni ndogo sana ikilinganishwa na nguvu ya kupoteza joto. Walakini, kadiri mzunguko wa sasa unavyoongezeka, urefu wa wimbi lililotolewa hupungua, na nguvu ya mionzi huongezeka ipasavyo. Kondakta anayeweza kuangazia nishati inayothaminiwa anaitwa antena.

Mzunguko

Frequency inarejelea mkondo unaopishana ambao mara kwa mara hubadilisha nguvu na/au mwelekeo. Hii pia inajumuisha sasa inayotumiwa zaidi, ambayo inatofautiana kulingana na sheria ya sinusoidal.

Kipindi cha sasa cha kubadilisha ni kipindi cha muda mfupi zaidi (kilichoonyeshwa kwa sekunde) baada ya mabadiliko ya sasa (na voltage) hurudiwa. Idadi ya vipindi vilivyokamilishwa na sasa kwa kila kitengo cha wakati inaitwa frequency. Frequency hupimwa katika hertz, hertz moja (Hz) inalingana na kipindi kimoja kwa sekunde.

Upendeleo wa sasa

Wakati mwingine, kwa urahisi, dhana ya sasa ya kuhama huletwa. Katika milinganyo ya Maxwell, mkondo wa uhamishaji upo kwa usawa na mkondo unaosababishwa na uhamishaji wa chaji. Nguvu ya uwanja wa sumaku inategemea jumla ya sasa ya umeme, ambayo ni sawa na jumla ya sasa ya upitishaji na sasa ya kuhama. Kwa ufafanuzi, wiani wa sasa wa upendeleo j D → (\mtindo wa kuonyesha (\vec (j_(D)))))- wingi wa vector sawia na kiwango cha mabadiliko ya uwanja wa umeme E → (\mtindo wa kuonyesha (\vec (E))) kwa wakati:

Ukweli ni kwamba kwa mabadiliko katika uwanja wa umeme, pamoja na mtiririko wa sasa, uwanja wa magnetic huzalishwa, ambayo hufanya taratibu hizi mbili sawa na kila mmoja. Kwa kuongeza, mabadiliko katika uwanja wa umeme kawaida hufuatana na uhamisho wa nishati. Kwa mfano, wakati wa kuchaji na kutekeleza capacitor, licha ya ukweli kwamba hakuna harakati ya chembe za kushtakiwa kati ya sahani zake, wanazungumza juu ya mtiririko wa sasa wa kuhama kupitia hiyo, kubeba nishati fulani na kufunga mzunguko wa umeme kwa njia ya kipekee. Upendeleo wa sasa I D (\mtindo wa kuonyesha I_(D)) katika capacitor imedhamiriwa na formula:

wapi Q (\mtindo wa kuonyesha Q)- malipo kwenye sahani za capacitor, U (\mtindo wa kuonyesha U)- tofauti inayowezekana kati ya sahani; C (\mtindo wa kuonyesha C) ni uwezo wa capacitor.

Uhamisho wa sasa sio mkondo wa umeme, kwa sababu hauhusiani na harakati ya malipo ya umeme.

Aina kuu za conductors

Tofauti na dielectrics, waendeshaji huwa na flygbolag za bure za malipo yasiyolipwa, ambayo, chini ya hatua ya nguvu, kwa kawaida tofauti katika uwezo wa umeme, kuweka mwendo na kuunda sasa ya umeme. Tabia ya sasa ya voltage (utegemezi wa nguvu za sasa kwenye voltage) ni sifa muhimu zaidi ya kondakta. Kwa waendeshaji wa metali na electrolytes, ina fomu rahisi zaidi: nguvu ya sasa ni sawa na voltage (sheria ya Ohm).

Vyuma - hapa wabebaji wa sasa ni elektroni za upitishaji, ambazo kawaida huzingatiwa kama gesi ya elektroni, ikionyesha wazi mali ya quantum ya gesi iliyoharibika.

Plasma ni gesi ya ionized. Malipo ya umeme yanafanywa na ions (chanya na hasi) na elektroni za bure, ambazo hutengenezwa chini ya hatua ya mionzi (ultraviolet, X-ray na wengine) na (au) inapokanzwa.

Electrolytes - "vitu vya kioevu au imara na mifumo ambayo ioni ziko katika mkusanyiko wowote unaoonekana, na kusababisha kifungu cha sasa cha umeme." Ions huundwa katika mchakato wa kutengana kwa electrolytic. Inapokanzwa, upinzani wa electrolytes hupungua kutokana na ongezeko la idadi ya molekuli iliyoharibika katika ions. Kama matokeo ya kifungu cha sasa kwa njia ya electrolyte, ions hukaribia electrodes na ni neutralized, kukaa juu yao. Sheria za Faraday za electrolysis huamua wingi wa dutu iliyotolewa kwenye electrodes.

Pia kuna mkondo wa umeme wa elektroni katika utupu, ambayo hutumiwa katika vifaa vya cathode ray.

Mikondo ya umeme katika asili

Umeme wa sasa hutumiwa kama mtoaji wa ishara za ugumu na aina tofauti katika maeneo tofauti (simu, redio, jopo la kudhibiti, kitufe cha kufuli mlango, na kadhalika).

Katika baadhi ya matukio, mikondo ya umeme isiyohitajika huonekana, kama vile mikondo iliyopotea au mzunguko mfupi wa sasa.

Matumizi ya sasa ya umeme kama carrier wa nishati

• kupata nishati ya mitambo katika motors mbalimbali za umeme,
• kupata nishati ya joto katika vifaa vya kupokanzwa, tanuu za umeme, wakati wa kulehemu umeme;
• kupata nishati ya mwanga katika vifaa vya taa na kuashiria;
• msisimko wa oscillations ya sumakuumeme ya masafa ya juu, frequency ya juu na mawimbi ya redio;
• kupokea sauti,
• kupata vitu mbalimbali kwa electrolysis, malipo ya betri za umeme. Hapa ndipo nishati ya sumakuumeme inabadilishwa kuwa nishati ya kemikali.
• kuunda uwanja wa sumaku (katika sumaku-umeme).

Matumizi ya sasa ya umeme katika dawa

• uchunguzi - biocurrents ya viungo vya afya na magonjwa ni tofauti, wakati inawezekana kuamua ugonjwa huo, sababu zake na kuagiza matibabu. Tawi la fiziolojia ambalo husoma matukio ya umeme katika mwili huitwa electrophysiology.
  • Electroencephalography ni njia ya kusoma hali ya utendaji wa ubongo.
  • Electrocardiography ni mbinu ya kurekodi na kusoma mashamba ya umeme wakati wa kazi ya moyo.
  • Electrogastrography ni njia ya kusoma shughuli za gari za tumbo.
  • Electromyography ni njia ya kusoma uwezekano wa bioelectric unaotokea kwenye misuli ya mifupa.
• Matibabu na ufufuo: msukumo wa umeme wa maeneo fulani ya ubongo; matibabu ya ugonjwa wa Parkinson na kifafa, pia kwa electrophoresis. Pacemaker ambayo huchochea misuli ya moyo na mkondo wa mapigo hutumiwa kwa bradycardia na arrhythmias nyingine za moyo.

usalama wa umeme

Inajumuisha kisheria, kijamii na kiuchumi, shirika na kiufundi, usafi na usafi, matibabu na kuzuia, ukarabati na hatua nyingine. Sheria za usalama wa umeme zinadhibitiwa na hati za kisheria na kiufundi, mfumo wa udhibiti na kiufundi. Ujuzi wa misingi ya usalama wa umeme ni lazima kwa wafanyakazi wanaohudumia mitambo ya umeme na vifaa vya umeme. Mwili wa mwanadamu ni kondakta wa sasa wa umeme. Upinzani wa binadamu kwa ngozi kavu na intact huanzia 3 hadi 100 kOhm.

Mkondo unaopitishwa kupitia mwili wa mwanadamu au mnyama hutoa vitendo vifuatavyo:

• mafuta (kuchoma, inapokanzwa na uharibifu wa mishipa ya damu);
• electrolytic (mtengano wa damu, ukiukaji wa muundo wa physico-kemikali);
• kibaolojia (kuwasha na msisimko wa tishu za mwili, degedege)
• mitambo (kupasuka kwa mishipa ya damu chini ya hatua ya shinikizo la mvuke inayopatikana kwa kupokanzwa na mtiririko wa damu)

Sababu kuu inayoamua matokeo ya mshtuko wa umeme ni kiasi cha sasa kinachopita kupitia mwili wa mwanadamu. Kulingana na uhandisi wa usalama, umeme wa sasa umeainishwa kama ifuatavyo:

• salama sasa inachukuliwa, kifungu cha muda mrefu ambacho kwa njia ya mwili wa mwanadamu haimdhuru na haina kusababisha hisia yoyote, thamani yake haizidi 50 μA (ya sasa mbadala 50 Hz) na 100 μA moja kwa moja sasa;
• inayoonekana kidogo sasa kubadilisha binadamu ni kuhusu 0.6-1.5 mA (alternating sasa 50 Hz) na 5-7 mA moja kwa moja sasa;
• kizingiti bila kuchoka inayoitwa kiwango cha chini cha mkondo wa nguvu kama hiyo ambayo mtu hana tena uwezo wa kung'oa mikono yake kutoka kwa sehemu inayobeba sasa kwa juhudi ya mapenzi. Kwa sasa mbadala, hii ni kuhusu 10-15 mA, kwa sasa ya moja kwa moja - 50-80 mA;
• kizingiti cha fibrillation inayoitwa sasa mbadala (50 Hz) ya karibu 100 mA na 300 mA ya sasa ya moja kwa moja, athari ambayo ni ya muda mrefu zaidi ya 0.5 s na uwezekano mkubwa wa kusababisha fibrillation ya misuli ya moyo. Kizingiti hiki kinazingatiwa wakati huo huo kuwa hatari kwa wanadamu.

Nchini Urusi, kwa mujibu wa Kanuni za uendeshaji wa kiufundi wa mitambo ya umeme ya watumiaji na Kanuni za ulinzi wa kazi wakati wa uendeshaji wa mitambo ya umeme, vikundi 5 vya kufuzu kwa usalama wa umeme vimeanzishwa, kulingana na sifa na uzoefu wa mfanyakazi. voltage ya mitambo ya umeme.

2. Je, mkondo wa umeme hutokea chini ya hali gani?

3. Kwa nini mwendo wa chembe za kushtakiwa katika kondakta kwa kutokuwepo kwa uwanja wa nje wa umeme wa machafuko?

4. Je, ni tofauti gani kati ya mwendo wa chembe za kushtakiwa katika kondakta bila kutokuwepo na mbele ya uwanja wa nje wa umeme?

5. Je, mwelekeo wa mkondo wa umeme umechaguliwaje? Je, elektroni hutembea katika mwelekeo gani katika kondakta ya chuma ambayo mkondo wa umeme unapita?

Sasa na voltage ni vigezo vya kiasi vinavyotumiwa katika nyaya za umeme. Mara nyingi, maadili haya hubadilika kwa wakati, vinginevyo hakutakuwa na maana katika uendeshaji wa mzunguko wa umeme.

Voltage

Kawaida, voltage inaonyeshwa na barua U. Kazi iliyofanywa ili kuhamisha kitengo cha malipo kutoka kwa kiwango cha chini hadi kiwango cha juu ni voltage kati ya pointi hizi mbili. Kwa maneno mengine, hii ni nishati iliyotolewa baada ya mpito wa kitengo cha malipo kutoka kwa uwezo mkubwa hadi mdogo.

Voltage pia inaweza kuitwa tofauti inayowezekana, pamoja na nguvu ya umeme. Kigezo hiki kinapimwa kwa volts. Ili kusonga coulomb 1 ya malipo kati ya pointi mbili ambazo zina voltage ya volt 1, unahitaji kufanya joule 1 ya kazi. Coulombs hupima malipo ya umeme. Pendenti 1 ni sawa na malipo ya elektroni 6x10 18.

Voltage imegawanywa katika aina kadhaa, kulingana na aina za sasa.

• Shinikizo la mara kwa mara . Ipo katika saketi za kielektroniki na saketi za DC.
• AC voltage . Aina hii ya voltage inapatikana katika nyaya na mikondo ya sinusoidal na mbadala. Katika kesi ya sasa ya sinusoidal, sifa za voltage kama vile:
  amplitude ya kushuka kwa voltage ni kupotoka kwake kwa upeo kutoka kwa mhimili wa x;
  voltage ya papo hapo, ambayo inaonyeshwa kwa wakati fulani kwa wakati;
  voltage ya uendeshaji, imedhamiriwa na kazi ya kazi ya nusu ya mzunguko wa 1;
  voltage ya kati iliyorekebishwa, imedhamiriwa na moduli ya voltage iliyorekebishwa kwa kipindi kimoja cha harmonic.

Wakati wa kusambaza umeme kwa njia ya mistari ya juu, mpangilio wa misaada na vipimo vyao hutegemea ukubwa wa voltage iliyotumiwa. Voltage kati ya awamu inaitwa voltage ya mstari , na voltage kati ya ardhi na kila awamu ni voltage ya awamu . Sheria hii inatumika kwa aina zote za mistari ya juu. Katika Urusi, katika mitandao ya umeme ya kaya, kiwango ni voltage ya awamu ya tatu na voltage ya mstari wa volts 380, na thamani ya awamu ya 220 volts.

Umeme

Ya sasa katika mzunguko wa umeme ni kasi ya elektroni kwa hatua fulani, iliyopimwa kwa amperes, na imeonyeshwa kwenye michoro na barua " I". Vitengo vinavyotokana na ampere pia hutumiwa na viambishi vinavyofaa milli-, micro-, nano, nk. Mkondo wa 1 ampere hutolewa kwa kuhamisha kitengo cha malipo cha coulomb 1 kwa sekunde 1.

Kwa kawaida, inachukuliwa kuwa sasa inapita katika mwelekeo kutoka kwa uwezo mzuri hadi kwa hasi. Hata hivyo, kutokana na mwendo wa fizikia inajulikana kuwa elektroni huenda kinyume chake.

Unahitaji kujua kwamba voltage inapimwa kati ya pointi 2 kwenye mzunguko, na sasa inapita kupitia hatua moja maalum ya mzunguko, au kupitia kipengele chake. Kwa hivyo, ikiwa mtu anatumia usemi "voltage katika upinzani", basi hii sio sahihi na hajui kusoma na kuandika. Lakini mara nyingi tunazungumza juu ya voltage katika hatua fulani ya mzunguko. Hii inahusu voltage kati ya ardhi na hatua hii.

Voltage huundwa kutokana na athari kwenye malipo ya umeme katika jenereta na vifaa vingine. Sasa inazalishwa kwa kutumia voltage kwa pointi mbili katika mzunguko.

Ili kuelewa ni nini sasa na voltage ni, itakuwa sahihi zaidi kutumia. Juu yake unaweza kuona sasa na voltage, ambayo hubadilisha maadili yao kwa wakati. Katika mazoezi, vipengele vya mzunguko wa umeme vinaunganishwa na waendeshaji. Katika pointi fulani, vipengele vya mzunguko vina thamani yao ya voltage.

Sasa na voltage inatii sheria:

• Jumla ya mikondo inayoingia kwenye hatua ni sawa na jumla ya mikondo inayoacha uhakika (sheria ya uhifadhi wa malipo). Sheria kama hiyo ni sheria ya Kirchhoff kwa sasa. Hatua ya kuingia na kuondoka kwa sasa katika kesi hii inaitwa node. Matokeo ya sheria hii ni taarifa ifuatayo: katika mfululizo wa mzunguko wa umeme wa kikundi cha vipengele, sasa kwa pointi zote ni sawa.
• Katika mzunguko wa sambamba wa vipengele, voltage kwenye vipengele vyote ni sawa. Kwa maneno mengine, jumla ya matone ya voltage katika mzunguko uliofungwa ni sifuri. Sheria hii ya Kirchhoff inatumika kwa mikazo.
• Kazi iliyofanywa kwa wakati wa kitengo na mzunguko (nguvu) imeonyeshwa kama ifuatavyo: P \u003d U * I. Nguvu hupimwa kwa watts. Joule 1 ya kazi iliyofanywa kwa sekunde 1 ni sawa na 1 watt. Nguvu inasambazwa kwa namna ya joto, hutumiwa kwenye kazi ya mitambo (katika motors za umeme), inabadilishwa kuwa mionzi ya aina mbalimbali, na hujilimbikiza katika mizinga au betri. Wakati wa kubuni mifumo ngumu ya umeme, moja ya changamoto ni mzigo wa joto wa mfumo.

Tabia ya sasa ya umeme

Sharti la kuwepo kwa sasa katika mzunguko wa umeme ni mzunguko uliofungwa. Ikiwa mzunguko unavunjika, basi sasa inacha.

Kila kitu katika uhandisi wa umeme hufanya kazi kwa kanuni hii. Wanavunja mzunguko wa umeme na mawasiliano ya mitambo ya kusonga, na hii inasimamisha mtiririko wa sasa, kuzima kifaa.

Katika sekta ya nishati, sasa umeme hutokea ndani ya waendeshaji wa sasa, ambao hufanywa kwa namna ya matairi, na sehemu nyingine zinazofanya sasa.

Pia kuna njia zingine za kuunda mkondo wa ndani katika:

• Liquids na gesi kutokana na harakati ya ions kushtakiwa.
• Ombwe, gesi na hewa kwa kutumia utoaji wa thermionic.
• kutokana na harakati za flygbolag za malipo.

Masharti ya tukio la sasa ya umeme

• Waendeshaji wa joto (sio superconductors).
• Maombi ya kutoza wabebaji wa tofauti zinazowezekana.
• Mmenyuko wa kemikali na kutolewa kwa vitu vipya.
• Athari ya uwanja wa sumaku kwenye kondakta.

Mawimbi ya Sasa

• Mstari wa moja kwa moja.
• Wimbi la sine linaloweza kubadilika.
• Meander ambayo inaonekana kama wimbi la sine, lakini ina pembe kali (wakati mwingine pembe zinaweza kulainisha).
• Njia ya kusukuma ya mwelekeo mmoja, na amplitude ambayo inabadilika kutoka sifuri hadi thamani kubwa kulingana na sheria fulani.

Aina za kazi za sasa za umeme

• Mwanga unaotolewa na vifaa vya taa.
• Kuzalisha joto na vipengele vya kupokanzwa.
• Kazi ya mitambo (mzunguko wa motors umeme, hatua ya vifaa vingine vya umeme).
• Uundaji wa mionzi ya umeme.

Matukio mabaya yanayosababishwa na sasa ya umeme

• Overheating ya mawasiliano na sehemu zinazobeba sasa.
• Tukio la mikondo ya eddy katika cores ya vifaa vya umeme.
• Mionzi ya sumakuumeme kwa mazingira ya nje.

Waumbaji wa vifaa vya umeme na nyaya mbalimbali wakati wa kubuni lazima kuzingatia mali ya juu ya sasa ya umeme katika miundo yao. Kwa mfano, athari mbaya ya mikondo ya eddy katika motors za umeme, transfoma na jenereta hupunguzwa kwa kuchanganya cores zinazotumiwa kusambaza fluxes magnetic. Mchanganyiko wa msingi ni utengenezaji wake sio kutoka kwa kipande kimoja cha chuma, lakini kutoka kwa seti ya sahani nyembamba tofauti za chuma maalum cha umeme.

Lakini, kwa upande mwingine, mikondo ya eddy hutumiwa kufanya kazi ya tanuri za microwave, tanuri, zinazofanya kazi kwa kanuni ya induction ya magnetic. Kwa hiyo, tunaweza kusema kwamba mikondo ya eddy sio tu madhara, bali pia ni ya manufaa.

Sasa mbadala na ishara kwa namna ya sinusoid inaweza kutofautiana katika mzunguko wa oscillation kwa kitengo cha muda. Katika nchi yetu, mzunguko wa sasa wa viwanda wa vifaa vya umeme ni kiwango, na ni sawa na 50 hertz. Katika baadhi ya nchi, mzunguko wa sasa ni 60 hertz.

Kwa madhumuni anuwai katika uhandisi wa umeme na uhandisi wa redio, maadili mengine ya masafa hutumiwa:

• Ishara za mzunguko wa chini na mzunguko wa chini wa sasa.
• Ishara za mzunguko wa juu, ambazo ni kubwa zaidi kuliko mzunguko wa sasa wa matumizi ya viwanda.

Inaaminika kuwa sasa umeme hutokea wakati elektroni huhamia ndani ya kondakta, kwa hiyo inaitwa conduction sasa. Lakini kuna aina nyingine ya sasa ya umeme, ambayo inaitwa convection. Inatokea wakati macrobodi za kushtakiwa zinasonga, kwa mfano, matone ya mvua.

Umeme wa sasa katika metali

Harakati ya elektroni chini ya ushawishi wa nguvu ya mara kwa mara juu yao inalinganishwa na parachutist ambaye hushuka chini. Katika kesi hizi mbili, mwendo wa sare hutokea. Nguvu ya mvuto hufanya juu ya skydiver, na nguvu ya upinzani wa hewa inapinga. Nguvu ya shamba la umeme hufanya juu ya harakati za elektroni, na ions za latti za kioo hupinga harakati hii. Kasi ya wastani ya elektroni hufikia thamani ya mara kwa mara, kama vile kasi ya skydiver.

Katika kondakta wa chuma, kasi ya elektroni moja ni 0.1 mm kwa pili, na kasi ya sasa ya umeme ni karibu 300,000 km kwa pili. Hii ni kwa sababu mkondo wa umeme unapita tu ambapo voltage inatumika kwa chembe za kushtakiwa. Kwa hiyo, kiwango cha juu cha mtiririko wa sasa kinapatikana.

Wakati wa kusonga elektroni kwenye kimiani ya kioo, kuna utaratibu wafuatayo. Elektroni hazigongana na ions zote zinazokuja, lakini tu kwa kila kumi yao. Hii inaelezewa na sheria za mechanics ya quantum, ambayo inaweza kurahisishwa kama ifuatavyo.

Mwendo wa elektroni unazuiwa na ions kubwa zinazopinga. Hii inaonekana hasa wakati metali inapokanzwa, wakati ions nzito "swing", ongezeko la ukubwa na kupunguza conductivity ya umeme ya latti za kioo za kondakta. Kwa hiyo, wakati metali inapokanzwa, upinzani wao huongezeka daima. Wakati joto linapungua, conductivity ya umeme huongezeka. Kwa kupunguza joto la chuma hadi sifuri kabisa, athari ya superconductivity inaweza kupatikana.