Що таке електричний струм. Основні характеристики струму

Не маючи певних початкових знань про електрику, важко уявити, як працюють електричні прилади, чому взагалі вони працюють, чому треба включати телевізор у розетку, щоб він запрацював, а ліхтарику вистачає маленької батарейки, щоб він світив у темряві.

І так розбиратимемося у всьому по порядку.

Електрика

Електрика– це природне явище, що підтверджує існування, взаємодію та рух електричних зарядів. Електрика вперше було виявлено ще у VII столітті до н. грецьким філософом Фалесом. Фалес звернув увагу, що якщо шматочок бурштину потерти об шерсть, він починає притягувати до себе легкі предмети. Бурштин давньогрецькою – електрон.

Ось так і уявляю собі, сидить Фалес, третій шматок бурштину про свій гіматій (це вовняний верхній одяг у стародавніх греків), а потім із спантеличеним виглядом дивиться, як до бурштину притягується волосся, уривки ниток, пір'я та шматки паперу.

Дане явище називається статичною електрикою. Ви можете повторити цей досвід. Для цього добре потріть вовняною тканиною звичайну пластмасову лінійку і піднесіть її до дрібних паперових шматочків.

Слід зазначити, що тривалий час це не вивчалося. І лише в 1600 році у своєму творі «Про магніт, магнітні тіла і про великий магніт – Землю» англійський дослідник природи Вільям Гілберт ввів термін – електрику. У своїй роботі він описав свої досліди з наелектризованими предметами, а також встановив, що наелектризуватися можуть і інші речовини.

Далі протягом трьох століть найпередовіші вчені світу досліджують електрику, пишуть трактати, формулюють закони, винаходять електричні машини і лише 1897 року Джозеф Томсон відкриває перший матеріальний носій електрики – електрон, частинку, завдяки якій можливі електричні процеси в речовинах.

Електрон– це елементарна частка, що має негативний заряд приблизно рівний -1,602 · 10 -19Кл (Кулон). Позначається еабо е –.

Напруга

Щоб змусити переміщатися заряджені частинки від одного полюса до іншого, необхідно створити між полюсами різницю потенціалівабо – Напруга. Одиниця виміру напруги – Вольт (Уабо V). У формулах та розрахунках напруга позначається буквою V . Щоб отримати напругу величиною 1 потрібно передати між полюсами заряд в 1 Кл, здійснивши при цьому роботу в 1 Дж (Джоуль).

Для наочності представимо резервуар з водою, розташований на деякій висоті. З резервуару виходить труба. Вода під природним тиском залишає резервуар через трубу. Давайте домовимося, що вода – це електричний заряд, висота водяного стовпа (тиск) – це напруга, а швидкість потоку води – це електричний струм.

Таким чином, чим більше води в баку, тим вищий тиск. Аналогічно з електричної точки зору, чим більше заряд, тим вища напруга.

Почнемо зливати воду, тиск при цьому зменшуватиметься. Тобто. рівень заряду опускається – величина напруги зменшується. Таке явище можна спостерігати у ліхтарику, лампочка світить все тьмяніше в міру того, як батареї розряджаються. Зверніть увагу, що менше тиск води (напруга), тим менший потік води (струм).

Електричний струм

Електричний струм– це фізичний процес спрямованого руху заряджених частинок під дією електромагнітного поля від одного полюса замкнутого електричного кола до іншого. Як частинок, що переносять заряд, можуть виступати електрони, протони, іони та дірки. За відсутності замкненого ланцюга струм неможливий. Частки здатні переносити електричні заряди існують не у всіх речовинах, ті в яких вони є, називаються провідникамиі напівпровідниками. А речовини, в яких таких частинок немає діелектриками.

Одиниця виміру сили струму – Ампер (А). У формулах та розрахунках сила струму позначається буквою I . Струм в 1 Ампер утворюється при проходженні через точку електричного ланцюга заряду в 1 Кулон (6,241 10 18 електронів) за 1 секунду.

Знову звернемося до нашої аналогії вода – електрика. Тільки тепер візьмемо два резервуари і наповнимо їх рівною кількістю води. Відмінність між баками у діаметрі вихідної труби.

Відкриємо крани і переконаємося, що потік води з лівого бака більший (діаметр труби більший), ніж із правого. Такий досвід – очевидний доказ залежності швидкості потоку від діаметра труби. Тепер спробуємо зрівняти два потоки. Для цього додамо у правий бак води (заряд). Це дасть більший тиск (напруга) та збільшить швидкість потоку (струм). В електричному ланцюзі в ролі діаметра труби виступає опір.

Проведені експерименти наочно демонструють взаємозв'язок між напругою, струмомі опором. Докладніше про опір поговоримо трохи пізніше, а зараз ще кілька слів про властивості електричного струму.

Якщо напруга не змінює свою полярність плюс на мінус і струм тече в одному напрямку, то це постійний струмі відповідно постійна напруга. Якщо джерело напруги змінює свою полярність і струм тече то одному напрямі, то іншому – це вже змінний струмі змінна напруга. Максимальні та мінімальні значення (на графіку позначені як Io ) – це амплітуднічи пікові значення сили струму. У домашніх розетках напруга змінює свою полярність 50 на секунду, тобто. Струм коливається то туди, то сюди, виходить, що частота цих коливань становить 50 Герц або скорочено 50 Гц. У деяких країнах, наприклад, у США прийнято частоту 60 Гц .

Опір

Електричний опір- фізична величина, що визначає властивість провідника перешкоджати (опиратися) проходженню струму. Одиниця виміру опору – Ом(позначається Омабо грецькою літерою омега Ω ). У формулах та розрахунках опір позначається буквою R . Опіром в 1 Ом володіє провідник до полюсів якого прикладена напруга 1 і протікає струм 1 А.

Провідники по-різному проводять струм. Їх провідністьзалежить, в першу чергу, від матеріалу провідника, а також від перерізу та довжини. Чим більший переріз, тим вища провідність, але чим більше довжина, тим провідність нижча. Опір - це зворотне поняття провідності.

На прикладі водопровідної моделі опір можна як діаметр труби. Чим він менший, тим гірша провідність і вищий опір.

Опір провідника проявляється, наприклад, у нагріванні провідника при протіканні струму. Причому, чим більший струм і менше перетин провідника – тим сильніше нагрівання.

Потужність

Електрична потужність- Це фізична величина, що визначає швидкість перетворення електроенергії. Наприклад, ви не раз чули: «лампочка на стільки ват». Це потужність споживана лампочкою за одиницю часу під час роботи, тобто. перетворення одного виду енергії в інший з деякою швидкістю.

Джерела електроенергії, наприклад, генератори, також характеризується потужністю, але вже виробляється в одиницю часу.

Одиниця виміру потужності – Ватт(позначається Втабо W). У формулах та розрахунках потужність позначається буквою P . Для ланцюгів змінного струму застосовується термін Повна потужність, одиниця виміру - Вольт-ампер (В·Аабо V·A), позначається літерою S .

І на завершення про Електричний ланцюг. Даний ланцюг є деяким набором електричних компонентів, здатних проводити електричний струм і з'єднаних між собою відповідним чином.

Що ми бачимо на цьому зображенні – елементарний електроприлад (ліхтарик). Під дією напруги U(В) джерела електроенергії (батарейки) по провідникам та іншим компонентам, що володіють різними опорами 4.59 (220 Голосів)

Перші відкриття, пов'язані з роботою електрики, почалися у VII столітті до нашої ери. Філософ Стародавню Грецію Фалес Мілетський виявив, що з терті бурштину об шерсть вона згодом здатна притягувати легковажні предмети. З грецької «електрика» перекладається як «бурштинове». У 1820 р. Андре-Марі Ампером було встановлено закон постійного струму. Надалі величину сили струму чи те, у чому вимірюється електричний струм, стали позначати в амперах.

Значення терміна

Поняття електричного струму можна знайти у будь-якому підручнику з фізики. Електрострум- це впорядкований рух електрозаряджених частинок за напрямом. Щоб зрозуміти простому обивателю, що є електричним струмом, слід скористатися словником електрика. У ньому термін розшифровується як рух електронів провідником або іонів електролітом.

Залежно від руху електронів чи іонів усередині провідника розрізняють такі види струмів:

• постійний;
• змінний;
• періодичний чи пульсуючий.

Основні величини виміру

Сила електричного струму- основний показник, яким користуються електрики у роботі. Від величини заряду, що протікає електричним ланцюжком за встановлений проміжок часу, залежить сила дії електричної течії. Чим більше електронів перетекло від початку джерела до кінця, тим більше буде перенесений електронами заряд.

Величина, що вимірюється відношенням електричного заряду, що протікає крізь поперечний переріз частинок у провіднику, на час його проходження. Заряд заміряється в кулонах, час - у секундах, а одна одиниця сили течії електрики визначається ставленням заряду на час (кулона на секунду) або в амперах. Визначення електричного струму (його сили) відбувається шляхом послідовного включення двох клем в електроланцюг.

При роботі електроструму рух заряджених частинок відбувається за допомогою електричного поля та залежить від сили руху електронів. Величина, від якої залежить робота електроструму, називається напругою і визначається ставленням роботи струму в конкретній частині ланцюга та заряду, що проходить по цій частині. Одиниця виміру вольт заміряється вольтметром, коли дві клеми приладу підключаються до ланцюга паралельно.

Величина електричного опору має пряму залежність від типу використовуваного провідника, його довжини та поперечного перерізу. Вона вимірюється у омах.

Потужність визначається ставленням роботи руху струмів на час, коли відбувалася ця робота. Вимірюють потужність у ватах.

Така фізична величина, як ємність, визначається ставленням заряду одного провідника до різниці потенціалів між цим самим провідником і сусіднім. Чим менше напруга при отриманні електрозаряду провідниками, тим більша їхня ємність. Вимірюють її у фарадах.

Величина роботи електрики на певному проміжку ланцюжка знаходиться за допомогою добутку сили струму, напруги та тимчасового відрізка, при якому здійснювалася робота. Остання заміряється у джоулях. Визначення роботи електроструму відбувається за допомогою лічильника, який поєднує показання всіх величин, а саме напруги, сили та часу.

Техніка електробезпеки

Знання правил електробезпеки допоможе попередити аварійну ситуацію та вберегти здоров'я та життя людини. Так як електрика має властивість нагрівати провідник, завжди існує можливість виникнення небезпечної для здоров'я і життя ситуації. Для забезпечення безпеки у побуті необхідно дотримуватисьнаступних простих, але важливих правил:

1. Ізоляція мережі завжди має бути справною, щоб уникнути перевантажень або можливості виникнення коротких замикань.
2. Волога не повинна потрапляти на електроприлади, дроти, щитки і т.д. Також вологе середовище провокує появу коротких замикань.
3. Обов'язково слід робити заземлення всім електропристроїв.
4. Необхідно уникати навантаження електропроводки, оскільки існує ризик займання проводів.

Техніка безпеки при роботі з електрикою передбачає використання прогумованих рукавичок, рукавиць, килимків, розрядних пристроїв, приладів заземлення робочих ділянок, вимикачів-автоматів або запобіжників з тепловим та струмовим захистом.

Досвідчені електрики у разі виникнення ймовірності ураження електрикою працюють однією рукою, а друга перебуває у кишені. Таким чином переривається ланцюг «рука-рука» у разі мимовільного дотику до щитка чи іншого заземленого обладнання. При запаленні обладнання, підключеного до мережі, ліквідують вогонь виключно порошковими або вуглекислотними гасителями.

Застосування електричного струму

У електричного струму багато властивостей, які дозволяють застосовувати його майже у всіх сферах людської діяльності. Способи використання електроструму:

Електрика сьогодні є екологічно чистим видом енергії. У разі сучасної економіки розвиток електроенергетики має планетарне значення. У майбутньому при виникненні сировинного дефіциту електрика займе лідируючі позиції як невичерпне джерело енергії.

Це упорядкований рух певних заряджених частинок. Для того, щоб грамотно використовувати весь потенціал електрики, необхідно чітко розуміти всі принципи пристрою та роботи електричного струму. Отже, давайте розберемося, що таке робота і потужність струму.

Звідки взагалі береться електричний струм?

Незважаючи на простоту питання, не всі здатні дати на нього зрозумілу відповідь. Звичайно, в наші дні, коли технології розвиваються з неймовірною швидкістю, людина особливо не замислюється про такі елементарні речі, як принцип дії електричного струму. Звідки береться електрика? Напевно багато хто дасть відповідь "Ну, з розетки, ясна річ" або ж просто знизають плечима. А тим часом дуже важливо розуміти, як відбувається робота струму. Це слід знати не тільки вченим, а й людям, які ніяк не пов'язані зі світом наук, для їхнього ж загального різнобічного розвитку. А ось вміти грамотно використати принцип роботи струму під силу не кожному.

Отже, для початку слід зрозуміти, що електрика не виникає нізвідки: її виробляють спеціальні генератори, що знаходяться на різних електростанціях. Завдяки роботі обертання лопат турбін парою, отриманою в результаті нагрівання води вугіллям або нафтою, виникає енергія, яка згодом за допомогою генератора перетворюється на електрику. Генератор влаштований дуже просто: у центрі пристрою знаходиться величезний і дуже сильний магніт, який змушує електричні заряди рухатися мідними проводами.

Як електричний струм доходить до наших будинків?

Після того, як за допомогою енергії (теплової або ядерної) було отримано певну кількість електричного струму, його можна подавати людям. Працює така подача електрики таким чином: щоб електрика успішно дійшла до всіх квартир та підприємств, її потрібно "підштовхнути". А для цього буде потрібно збільшити силу, яка і це робитиме. Вона називається напругою електричного струму. Принцип дії має такий вигляд: струм проходить через трансформатор, який збільшує його напругу. Далі електричний струм йде кабелями, встановленим глибоко під землею або на висоті (бо напруга часом досягає 10000 Вольт, що є смертельно небезпечним для людини). Коли струм дістається місця свого призначення, він знову повинен пройти через трансформатор, який тепер уже зменшить його напругу. Потім він проходить проводами до встановлених щитів у багатоквартирних будинках або інших будівлях.

Проведену через дроти електрику можна використовувати завдяки системі розеток, підключаючи до них побутові прилади. У стінах проводяться додаткові дроти, через які тече електричний струм, і завдяки саме йому працює освітлення і вся техніка в будинку.

Що таке робота струму?

Енергія, яку несе в собі електричний струм, з часом перетворюється на світлову або теплову. Наприклад, коли ми вмикаємо лампу, електричний вид енергії перетворюється на світлову.

Якщо говорити доступною мовою, то робота струму - це та дія, яка справила саму електрику. При цьому її можна легко підрахувати за формулою. Виходячи із закону про збереження енергії, можемо зробити висновок, що електрична енергія не зникла, вона повністю або частково перейшла в інший вид, віддавши при цьому певну кількість теплоти. Ця теплота є робота струму, коли він проходить по провіднику і нагріває його (відбувається теплообмін). Так виглядає формула Джоуля-Ленца: A = Q = U * I * t (робота дорівнює кількості теплоти або добутку потужності струму на час, за який він протікав по провіднику).

Що означає постійний струм?

Електричний струм буває двох видів: змінний та постійний. Вони різняться тим, що останній не змінює свого напрямку, він має два затискачі (позитивний "+" і негативний "-") і починає свій рух завжди з "+". А змінний струм має дві клеми – фазу та нуль. Саме через наявність однієї фази на кінці провідника його називають також однофазним.

Принципи пристрою однофазного змінного і постійного електричного струму абсолютно різні: на відміну від постійного, змінний змінює свій напрямок (утворюючи потік як з фази в напрямку до нуля, так з нуля у напрямку до фази), і свою величину. Приміром, змінний струм періодично змінює значення свого заряду. Виходить, що при частоті 50 Гц (50 коливань за секунду) електрони змінюють напрямок свого руху рівно 100 разів.

Де використовується постійний струм?

Постійний електричний струм має деякі особливості. Зважаючи на те, що він тече строго по одному напрямку, його складніше трансформувати. Джерелами постійного струму можна вважати такі елементи:

• акумулятори (як лужні, і кислотні);
• звичайні батарейки, що використовуються у дрібних приладах;
• також різні пристрої типу перетворювачів.

Робота постійного струму

Які його основні показники? Це і потужність струму, причому обидва ці поняття дуже тісно пов'язані друг з одним. Потужність передбачає швидкість роботи в одиницю часу (за 1 с). За законом Джоуля-Ленца отримуємо, що робота постійного електричного струму дорівнює добутку сили самого струму, напруги та часу, протягом якого було виконано роботу електричного поля з перенесення зарядів вздовж провідника.

Так виглядає формула знаходження роботи струму з урахуванням закону Ома про опір у провідниках: A = I 2 *R*t (робота дорівнює квадрату сили струму помноженому значення опору провідника і ще раз помноженому значення часу, протягом якого здійснювалася робота).

Що називають силою струму? Таке питання не раз і не два виникало у нас у процесі обговорення різних питань. Тому ми вирішили розібратися з ним докладніше, і спробуємо зробити це максимально доступною мовою без величезної кількості формул та незрозумілих термінів.

Отже, що називається електричним струмом? Це спрямований потік заряджених частинок. Але що це за частинки, з чого це раптом вони рухаються і куди? Це не дуже зрозуміло. Тому давайте розберемося у цьому питанні докладніше.

• Почнемо з питання про заряджені частинки, які є носіями електричного струму.. У різних речовин вони різні. Наприклад, що є електричний струм у металах? Це електрони. У газах - електрони та іони; у напівпровідниках – дірки; а в електролітах - це катіони та аніони.

• Ці частки мають певний заряд.Він може бути позитивним чи негативним. Визначення позитивного та негативного заряду дано умовно. Частинки, що мають однаковий заряд, відштовхуються, а різноіменний притягуються.

• Виходячи з цього, виходить логічним, що рух відбуватиметься від позитивного полюса до негативного. І чим більша кількість заряджених частинок є на одному зарядженому полюсі, тим більша їх кількість переміщатиметься до полюса з іншим знаком.
• Але все це глибока теорія, тому візьмемо конкретний приклад.Допустимо, у нас є розетка, до якої не підключено жодного приладу. Чи є там струм?
• Для відповіді на це питання нам необхідно знати, що таке напруга та струм.Щоб це було зрозуміліше, розберемо це на прикладі труби з водою. Якщо говорити спрощено, то труба – це наш провід. Перетин цієї труби - це напруга електричної мережі, а швидкість потоку - це наш електричний струм.
• Повертаємось до нашої розетки.Якщо проводити аналогію з трубою, розетка без підключених до неї електроприладів, це труба, закрита вентилем. Тобто електричного струму там немає.

• Але там є напруга.І якщо в трубі, щоб з'явився потік, потрібно відкрити вентиль, то щоб створити електричний струм у провіднику, треба підключити навантаження. Зробити це можна шляхом увімкнення вилки в розетку.
• Звичайно, це вельми спрощене уявлення питання, і деякі професіонали мене хаятимуть і вказуватимуть на неточності. Але воно дає уявлення про те, що називають електричним струмом.

Постійний та змінний струм

Наступним питанням, у якому ми пропонуємо розібратися – це: що таке змінний струм та постійний струм. Адже багато хто не зовсім правильно розуміє ці поняття.

Постійним називається струм, який протягом часу не змінює своєї величини та напрямку. Досить часто до постійного відносять пульсуючий струм, але давайте про все по порядку.

• Постійний струм характеризується тим, що однакова кількість електричних набоїв постійно змінює один одного в одному напрямку.Напрямок - це від одного полюса, до іншого.
• Виходить, що провідник завжди має або позитивний або негативний заряд.І впродовж часу це незмінно.

Зверніть увагу! При визначенні напрямку постійного струму можуть бути незгоди. Якщо струм утворюється рухом позитивно заряджених частинок, його напрямок відповідає руху частинок. Якщо ж струм утворений рухом негативно заряджених частинок, його напрям прийнято вважати протилежним руху частинок.

• Але під поняття, що таке постійний струм, досить часто відносять і так званий пульсуючий струм.Від постійного він відрізняється тим, що його значення протягом часу змінюється, але при цьому він не змінює свого знака.
• Припустимо, ми маємо струм 5А.Для постійного струму ця величина буде незмінною протягом усього періоду часу. Для пульсуючого струму в один відрізок часу вона буде 5, в інший 4, а в третій 4,5. Але при цьому він у жодному разі не знижується нижче за нуль, і не змінює свого знака.

• Такий пульсуючий струм дуже поширений при перетворенні змінного струму на постійний.Саме такий пульсуючий струм видає ваш інвертор чи діодний міст в електроніці.
• Однією з головних переваг постійного струму є те, що його можна накопичувати.Зробити це можна своїми руками за допомогою акумуляторних батарей або конденсаторів.

Змінний струм

Щоб зрозуміти, що таке змінний струм, нам необхідно уявити синусоїду. Саме ця плоска крива найкраще характеризує зміну постійного струму і є стандартом.

Зверніть увагу! Наочно побачити, що таке змінний та постійний струм, можна на прикладі звичайної лампочки. Особливо добре це видно на неякісних діодних лампах, але, придивившись, можна побачити і на звичайній лампі розжарювання. При роботі на постійному струмі вони горять рівним світлом, а при роботі на змінному струмі ледь помітно мерехтять.

Що таке потужність та щільність струму?

Ну ось, ми з'ясували, що таке постійний струм, а що таке змінний. Але у вас, напевно, залишилося ще безліч питань. Їх ми і постараємося розглянути в цьому розділі нашої статті.

З цього відео Ви докладніше зможете дізнатися про те, що таке потужність.

• І першим із цих питань буде: що таке напруга електричного струму? Напругою називається різниця потенціалів між двома точками.

• Відразу постає питання, а що таке потенціал? Зараз мене знову хаятимуть професіонали, але скажемо так: це надлишок заряджених частинок. Тобто є одна точка, в якій надлишок заряджених частинок — і є друга точка, де цих заряджених частинок або більше, або менше. Ось ця різниця і називається напругою. Вимірюється вона у вольтах (В).

• Як приклад візьмемо звичайну розетку. Всі ви, напевно, знаєте, що її напруга становить 220В. У розетці у нас є два дроти, і напруга в 220В позначає, що потенціал одного дроту більше ніж потенціал другого дроту якраз на ці 220В.
• Розуміння поняття напруги необхідно для того, щоб зрозуміти, що таке потужність електричного струму. Хоча з професійної точки зору, цей вислів не зовсім вірний. Електричний струм не має потужності, але є її похідною.

• Щоб зрозуміти цей момент, знову повернемося до нашої аналогії з водяною трубою. Як ви пам'ятаєте перетин цієї труби – це напруга, а швидкість потоку в трубі – це струм. Так ось: потужність - це та кількість води, яка протікає через цю трубу.
• Логічно припустити, що при рівних перерізах, тобто напругах, чим сильніший потік, тобто електричний струм, тим більший потік води переміститься через трубу. Відповідно, тим більша потужність передасться споживачеві.
• Але якщо в аналогії з водою ми через трубу певного перерізу можемо передати певну кількість води, так як вода не стискається, то з електричним струмом все не так. Через будь-який провідник ми теоретично можемо передати будь-який струм. Але практично провідник невеликого перерізу при високій щільності струму просто перегорить.

• У зв'язку з цим нам необхідно розібратися з тим, що таке щільність струму. Грубо кажучи - це та кількість електронів, яка переміщається через певний перетин провідника за одиницю часу.
• Це число має бути оптимальним. Адже якщо ми візьмемо провідник великого перерізу, і передаватимемо через нього невеликий струм, то ціна такої електроустановки буде великою. У той же час, якщо ми візьмемо провідник невеликого перерізу, то через високу щільність струму він перегріватиметься і швидко перегорить.
• У зв'язку з цим у ПУЕ є відповідний розділ, який дозволяє вибрати провідники, виходячи з економічної щільності струму.

• Але чи повернемося до поняття, що таке потужність струму? Як ми зрозуміли за нашою аналогією, при однаковому перерізі труби потужність, що передається, залежить тільки від сили струму. Але якщо перетин нашої труби збільшити, тобто збільшити напругу, у цьому випадку, при однакових значеннях швидкості потоку, будуть передаватися різні обсяги води. Те саме і в електриці.

• Чим вище напруга, тим менший струм необхідний передачі однакової потужності. Саме тому для передачі на великі відстані великих потужностей використовують високовольтні лінії електропередач.

Адже лінія перетином дроту 120 мм 2 на напругу 330кВ, здатна передати в рази більшу потужність у порівнянні з лінією такого ж перерізу, але напругою 35кВ. Хоча те, що називається силою струму, у них буде однаковою.

Способи передачі електричного струму

Що таке струм та напруга ми розібралися. Настав час розібратися зі способами розподілу електричного струму. Це дозволить надалі впевненіше почуватися у спілкуванні з електроприладами.

Як ми вже говорили, струм може бути змінним та постійним. У промисловості, і у вас у розетках використовується змінний струм. Він найпоширеніший, оскільки його легше передавати проводами. Справа в тому, що змінювати напругу постійного струму досить складно і дорого, а змінювати напругу змінного струму можна за допомогою звичайних трансформаторів.

Зверніть увагу! Жоден трансформатор змінного струму не працюватиме на постійному струмі. Оскільки властивості, які він використовує, притаманні лише змінному струму.

• Але це зовсім не означає, що постійний струм ніде не використовується. Він має іншу корисну властивість, яка не властива змінному. Його можна накопичувати та зберігати.
• У зв'язку з цим постійний струм використовують у всіх портативних електроприладах, у залізничному транспорті, а також на деяких промислових об'єктах, де необхідно зберегти працездатність навіть після повного припинення електропостачання.

• Найпоширенішим способом зберігання електричної енергії є акумуляторні батареї. Вони мають спеціальні хімічні властивості, що дозволяють накопичувати, а потім при необхідності віддавати постійний струм.
• Кожен акумулятор має строго обмежений обсяг накопиченої енергії. Її називають ємністю батареї, і частково вона визначається пусковим струмом акумулятора.
• Що таке пусковий струм акумулятора? Це кількість енергії, яку акумулятор здатний віддати в самий початковий момент підключення навантаження. Справа в тому, що в залежності від фізико-хімічних властивостей акумулятори відрізняються за способом віддачі накопиченої енергії.

• Одні можуть віддати відразу багато. Через це вони, ясна річ, швидко розрядяться. А другі віддають довго, але потроху. Крім того, важливим аспектом акумулятора є можливість підтримання напруги.
• Справа в тому, що, як каже інструкція, в одних акумуляторів у міру віддачі ємності, плавно знижується і їхня напруга. Інші акумулятори здатні віддати практично всю ємність з однаковою напругою. Виходячи з цих основних властивостей і вибирають ці сховища для електроенергії.
• Для передачі постійного струму, у всіх випадках використовується два дроти. Це позитивна та негативна жила. Червоний та синій кольори.

Змінний струм

А ось зі змінним струмом все набагато складніше. Він може передаватися по одному, двом, трьом або чотирма проводами. Щоб пояснити це, нам потрібно розібратися з питанням: що таке трифазний струм?

• Змінний струм у нас виробляється генератором. Зазвичай майже всі їх мають трифазну структуру. Це означає, що генератор має три висновки і кожен з цих висновків видається електричний струм, який відрізняється від попередніх на кут в 120⁰.

• Щоб це зрозуміти, давайте згадаємо нашу синусоїду, яка є взірцем для опису змінного струму, і згідно із законами якої він змінюється. Візьмемо три фази - "А", "В" і "С", і візьмемо певну точку в часі. У цій точці синусоїда фази "А" знаходиться в нульовій точці, синусоїда фази "В" знаходиться в крайній позитивній точці, а синусоїда фази "С" - у крайній негативній точці.
• Кожну наступну одиницю часу змінний струм цих фазах буде змінюватися, але синхронно. Тобто через певний час у фазі «А» буде негативний максимум. У фазі "В" буде нуль, а у фазі "С" - позитивний максимум. А ще через деякий час вони знову зміняться.

• У результаті виходить, кожна з цих фаз має власний потенціал, відмінний від потенціалу сусідньої фази. Тому між ними обов'язково має бути щось, що не проводить електричного струму.
• Така різниця потенціалів між двома фазами називається лінійною напругою. Крім того, вони мають різницю потенціалів щодо землі – ця напруга називається фазною.
• І ось, якщо лінійна напруга між цими фазами становить 380В, то фазна напруга дорівнює 220В. Воно відрізняється на значення √3. Це правило діє завжди і для будь-яких напруг.

• Виходячи з цього, якщо нам потрібна напруга в 220В, то можна взяти один фазний провід, і провід, жорстко підключений до землі. І в нас вийде однофазна мережа 220В. Якщо нам необхідна мережа 380В, то ми можемо взяти лише 2 будь-які фази, та підключити якийсь нагрівальний прилад як на відео.

Але в більшості випадків використовуються всі три фази. Усі потужні споживачі підключаються саме до трифазної мережі.

Висновок

Що таке індукційний струм, ємнісний струм, пусковий струм, струм холостого ходу, струми зворотної послідовності, блукаючі струми та багато іншого, ми просто не можемо розглянути в рамках однієї статті.

Адже питання електричного струму є досить об'ємним, і для його розгляду створена ціла наука електротехніка. Але ми дуже сподіваємося, що змогли пояснити доступною мовою основні аспекти цього питання, і тепер електричний струм не буде для вас чимось страшним і незрозумілим.

Коли людина навчилася створювати та використовувати електричний струм, якість його життя різко зросла. Нині значення електроенергії продовжує зростати з кожним роком. Щоб навчитися розбиратися у складніших питаннях, що з електрикою, треба спочатку зрозуміти, що таке електричний струм.

Що являє собою струм

Визначення електричного струму - це уявлення його у вигляді спрямованого потоку носіїв-частинок, що рухаються, заряджених позитивно або негативно. Носiями заряду можуть бути:

• заряджені зі знаком «мінус» електрони, що рухаються у металах;
• іони у рідинах або газах;
• позитивно заряджені дірки від електронів, що переміщаються в напівпровідниках.

Що таке струм визначається ще наявністю електричного поля. Без нього спрямований потік заряджених часток не виникне.

Поняття про електричний струмбуло б неповним без перерахування його проявів:

1. Будь-якому електроструму супроводжує магнітне поле;
2. Провідники нагріваються під час його проходження;
3. Електроліти змінюють хімічний склад.

Провідники та напівпровідники

Електрострум може існувати тільки в провідному середовищі, але природа його протікання різна:

1. У металевих провідниках є вільні електрони, які починають рухатися під впливом електричного поля. Коли температура зростає, підвищується і опір провідників, оскільки від тепла посилюється рух атомів у хаотичному порядку, що створює перешкоди вільним електронам;
2. У рідкому середовищі, утвореному електролітами, електричне поле, що виникає, викликає процес дисоціації – формування катіонів та аніонів, які переміщуються у бік позитивних та негативних полюсів (електродів) залежно від знака заряду. Нагрів електроліту призводить до зменшення опору через активніше розкладання молекул;

Важливо!Електроліт може бути твердим, але природа течії струму в ньому ідентична рідким.

1. Газоподібне середовище також характеризується наявністю іонів, що рухаються. Утворюється плазма. Від випромінювання виникають і вільні електрони, що беруть участь у спрямованому русі;
2. При створенні електроструму у вакуумі електрони, що вивільняються на негативному електроді, рухаються до позитивного;
3. У напівпровідниках існують вільні електрони, що розривають зв'язки з нагріванням. На їх місцях залишаються дірки, що мають заряд зі знаком плюс. Дірки та електрони здатні створювати спрямований рух.

Нетокопровідні середовища називаються діелектричними.

Важливо!Напрямок струму відповідає напрямку руху частинок-носіїв заряду зі знаком «плюс».

Рід струму

1. Постійна. Для нього характерні постійне кількісне значення струму та напрямок;
2. Змінний. З часом періодично змінює свої характеристики. Поділяється на кілька різновидів, що залежать від параметра, що змінюється. Переважно кількісне значення струму та його спрямованість варіюються за синусоїдою;
3. Вихрові струми. Виникають, коли магнітний потік зазнає змін. Формують закриті контури, не рухаючись між полюсами. Від вихрових струмів викликається інтенсивне тепловиділення, як наслідок, зростають втрати. У сердечниках електромагнітних котушок їх обмежують, застосовуючи конструкцію із окремих ізольованих пластин замість цільної.

Характеристики електроланцюжка

1. Сила струму. Це кількісний вимір заряду, що проходить у тимчасову одиницю перерізу провідників. Заряди вимірюються у кулонах (Кл), тимчасова одиниця – секунда. Сила струму – це Кл/с. Отримане співвідношення назвали ампером (А), у чому вимірюється кількісне значення струму. Вимірювальний прилад – амперметр, що послідовно підключається до ланцюга електричних з'єднань;
2. Потужність. Електрострум у провіднику повинен подолати опір середовища. Витрачена робота щодо його подолання протягом певного часового проміжку буде потужністю. При цьому відбувається перетворення електроенергії на інші види енергії – відбувається робота. Потужність залежить від сили струму, напруги. Їхній твір визначить активну потужність. При множенні ще на якийсь час виходить витрата електроенергії – те, що показує лічильник. Вимірюватися потужність може у вольтамперах (ВА, кВА, мВА) або ватах (Вт, кВт, мВт);
3. напруга. Одна з трьох найважливіших характеристик. Для протікання струму необхідно створити різницю потенціалів двох точок замкнутого ланцюга електричних з'єднань. Напруга характеризується роботою, яка виробляється електричним полем при пересуванні одиничного носія заряду. Відповідно до формули, одиницею виміру напруги є Дж/Кл, що відповідає вольту (В). Вимірювальний прилад – вольтметр, що підключається паралельно;
4. Опір. Характеризує здатність провідників пропускати електрострум. Визначається матеріалом провідника, довжиною та площею його перерізу. Вимір - в омах (Ом).

Закони для електроструму

Електричні ланцюги розраховують за допомогою трьох основних законів:

1. Закон Ома. Досліджувався і був сформульований вченим-фізиком з Німеччини на початку 19 століття для постійного струму, потім його застосували також для змінного. Він встановлює співвідношення між силою струму, напругою та опором. На основі закону Ома розраховується практично будь-який електроланцюг. Основна формула: I = U/R, або сила струму знаходиться у прямій пропорційній залежності з напругою та у зворотній – з опором;

1. Закон Фарадея. Належить до електромагнітної індукції. Поява індуктивних струмів у провідниках обумовлюється впливом магнітного потоку, що змінюється у часі через наведення в закритому контурі ЕРС (електрорушійної сили). Модуль наведеної ЕРС, що вимірюється у вольтах, пропорційний швидкості, з якої змінюється магнітний потік. Завдяки закону індукції працюють генератори, що виробляють електроенергію;
2. Закон Джоуля-Ленца. Має важливе значення для розрахунку нагріву провідників, що використовується для проектування та виготовлення нагрівальних, освітлювальних приладів, іншого електрообладнання. Закон дозволяє визначити кількість теплоти, що виділяється під час проходження електричного струму:

де I – сила струму, R – опір, t – час.

Електрика в атмосфері

В атмосфері може існувати електричне поле, відбуваються іонізаційні процеси. Хоча природа їх виникнення остаточно не зрозуміла, існують різні пояснюючі гіпотези. Найпопулярніша – конденсатор, як аналог для уявлення електрики в атмосфері. Його пластинами можна позначити земну поверхню та іоносферу, між якими циркулює діелектрик – повітря.

Види атмосферної електрики:

1. Грозові розряди. Блискавки з видимим свіченням та громовими гуркотами. Напруга блискавок досягає сотень мільйонів вольт при силі струму 500 000 А;

1. Вогні Святого Ельму. Коронний розряд електрики, що утворюється навколо дротів, щогл;
2. Кульова блискавка. Розряд у формі кулі, що переміщається повітрям;
3. Полярне сяйво. Багатобарвне світіння земної іоносфери під впливом заряджених частинок, що проникають із космосу.

Людиною використовуються корисні властивості електричного струму в усіх сферах життя:

• освітлення;
• передача сигналу: телефон, радіо, телебачення, телеграф;
• електротранспорт: поїзди, електромобілі, трамваї, тролейбуси;
• створення комфортного мікроклімату: опалення та кондиціювання повітря;
• медична техніка;
• побутове застосування: електроприлади;
• комп'ютери та мобільні пристрої;
• промисловість: верстати та обладнання;
• електроліз: одержання алюмінію, цинку, магнію та інших речовин.

Небезпека електричного струму

Прямий контакт із електричним струмом без засобів захисту смертельно небезпечний для людини. Можливі кілька видів впливів:

• термічний опік;
• електролітичне розщеплення крові та лімфи зі зміною її складу;
• судомні м'язові скорочення можуть спровокувати фібриляцію серця до повної його зупинки, порушити роботу дихальної системи.

Важливо!Струм, що відчувається людиною, починається зі значення 1 мА, якщо величина струму 25 мА, можливі серйозні негативні зміни в організмі.

Найголовніша характеристика електричного струму - він може робити корисну роботу для людини: висвітлити будинок, випрати і висушити одяг, приготувати обід, обігріти житло. Зараз значне місце займає його використання у передачі інформації, хоча це вимагає великої витрати електроенергії.

Відео