Mikä on sähkövirta?

Kun lausamme lauseen ”sähkövirta”, tarkoitamme yleensä sähkön monimuotoisimpia ilmenemismuotoja. Virta virtaa korkeajännitejohtojen johtimien läpi, virta kiertää käynnistintä ja lataa akkua autossamme, ukkosmyrsky on myös sähkövirta.

Elektrolyysi, sähköhitsaus, staattisen sähkön kipinät kammassa, virta virtaa hehkulampun spiraalissa, ja pienessäkin taskulampussa pieni virta virtaa LEDin läpi. Sanomattakin on selvää, että sydämemme, joka tuottaa myös pienen sähkövirran, on erityisen havaittavissa EKG-toimenpiteen aikana.

Fysiikassa on tapana kutsua sähkövirtaa varautuneiden hiukkasten ja periaatteessa minkä tahansa varausvälineiden määrätty liikkuminen. Atomin ytimen ympäri liikkuva elektroni on myös virta. Ja ladatusta eboniititanosta, jos pidät sitä kädessäsi ja siirrät sitä sivulta toiselle, tulee myös virranlähde: nolla ei ole yhtä suuri kuin varaus ja se liikkuu.

Fysikaaliset analogiat vedenvirtauksen vesijärjestelmässä ja sähkövirran välillä: Johdotus ja putkistot

DC-virta:

Virta virtaa seinäpistorasiasta saatujen kodinkoneiden johtimien läpi - elektronit liikkuvat edestakaisin 50 kertaa sekunnissa - tätä kutsutaan vaihtovirta.

Elektroniikkalaitteiden sisällä olevat korkeataajuiset signaalit ovat siitä lähtien myös sähkövirtaa elektroneja ja reikiä (positiivisen varauksen kantajat) liikkuvat piirin sisällä.

Mikä tahansa sähkövirta aiheuttaa sen olemassaolon. magneettikenttä. Johtimen ympärillä, jolla on virta, se on välttämättä läsnä. Ei ole magneettikenttää ilman virtaa eikä virtaa ilman magneettikenttää.

Vaikka virran ympärillä ei olisi magneettikentää, se tarkoittaa vain, että kahden virran magneettikentät kompensoidaan tarkkailun ajankohtana, kuten minkä tahansa vedenkeittimen kaksoisjohtimessa - vaihtovirta on suunnattu vastakkaisiin suuntiin joka hetki ja virtaa yhdensuuntaisesti - niiden magneettikentät ovat ystävä neutraloi. Tätä kutsutaan magneettikenttien superpositioperiaatteeksi.

Käytännössä sähkövirran olemassaolo vaatii sähkökentän, potentiaalin tai pyörän läsnäolon. Erittäin harvoin lataukset liikkuvat puhtaasti mekaanisella tavalla (kuten generaattorissa van de graaff - sähköistetty kuminauha).

Van De Graaff -generaattori:

Sähkökentässä varautunut hiukkanen kokee sähkövoiman vaikutuksen, jota kutsutaan virranlähteeksi EMF - sähkömoottorivoima. EMF mitataan volteissa samoin kuin jännite sähköpiirin kahden pisteen välillä. Mitä suurempi jännite on kuluttajalle, sitä suurempaa sähkövirtaa tämä jännite voi aiheuttaa.

Vaihtojännite tuottaa vaihtovirran johtimessa, johon se kohdistetaan, koska myös varauskantolaitteisiin kohdistettu sähkökenttä on tässä tapauksessa vuorotteleva. Vakiojännite - vakiovirran olemassaolon edellytys johtimessa.

Suurtaajuusjännite (muuttaen suuntaansa satoja tuhansia kertoja sekunnissa) myötävaikuttaa myös johtimien vaihtovirtaan, mutta mitä korkeampi taajuus, sitä vähemmän varauksen kantajat osallistuvat virran luomiseen johtimen paksuuteen, koska varautuneille hiukkasille vaikuttava sähkökenttä siirtyy lähempänä pintaa, ja se osoittautuu että virta ei virtaa johtimessa, vaan sen pintaa pitkin. Tätä kutsutaan ihon vaikutukseksi.

Sähkövirta voi esiintyä tyhjiössä, johtimissa, elektrolyytteissä, puolijohteissa ja jopa dielektrisissä yksiköissä (esijännite).Totta, tasavirtaeristeitä ei voi olla, koska niissä olevilla varauksilla ei ole kykyä liikkua vapaasti, vaan ne voivat liikkua vain molekyylinsisäisen etäisyyden päässä alkuperäisestä asennostaan ​​sovelletun sähkökentän vaikutuksesta.

Todellinen sähkövirta merkitsee aina sähkölaitteiden vapaan liikkuvuuden mahdollisuutta sähkökentän vaikutuksesta.

Italialainen fyysikko Alessandro Volta esitteli "sähkövirran" käsitteen. Sähkövirta, tai sen version mukaan, "sähköinen neste" virtaa suljetussa piirissä, joka yhdistää voltaattisen pylvään ääripiirit metallijohtimeen.

Votlt-pylväs (1800) oli ensimmäinen ei-sähköstaattinen sähkön tyyppi (vakiovirtalähde), joka koostui vuorottelevista kupari- ja sinkkipiireistä, jotka oli erotettu happamalla vedellä tai hapolla kostutetulla kangasvuorauksella.

Jatkuvasti korkean potentiaalin olemassaolo volttinavalla oli aivan uusi ilmiö tuolloin. Se oli ensimmäinen kemiallinen sähkön lähde, jonka potentiaali oli vakiona ajassa eikä sen uusimiseen vaadittu sähköistysmenetelmiä.

Lukuisista ympyröistä koostuvalla voltaattisella navalla oli päissä melko suuri potentiaali, joka havaittiin paitsi mittauslaitteilla (erityisesti sähköskoopilla), myös koskettamalla äärimmäisiä ympyröitä käsin. Samaan aikaan koettiin voimakas sähköisku, kuten Leydenin tölkistä.

Voltan löytö levisi hyvin nopeasti fysiikassa, ja siitä tuli jatkotutkimuksen kohde. Vuonna 1800 voltaattikolonnia käyttävät fyysikot löysivät virran sähkökemiallisen vaikutuksen ja erityisesti hajoamisen vesivirran vaikutuksesta happea ja vetyä. kokeiluja galvaanisilla kennoilla annettiin havaita kemiallisten lisäksi virran muut uudet ominaisuudet, mukaan lukien sen lämpö- ja magneettiset vaikutukset.

Ranskalainen fyysikko A. M. Ampère omistautui useita töitään tutkimaan sähkövirran ja magnetismin välistä suhdetta. Hän havaitsi, että kahdella johtimella, joilla on nykyinen kokemus, on keskinäinen vaikutus - vetovoima tai heijastus riippuen virtausten suunnasta heissä. Hän loi teoksillaan perustan sähköodynamiikalle.

Hän ehdotti termiä "sähkövirta" ja esitteli konseptin sen suunnasta, joka osui positiivisen sähkön liikkeeseen. A. M. Amperen kunniaksi nimitetään sähkövirran mittayksikkö. Ampere on yksi SI-järjestelmän seitsemästä perusyksiköstä.

Sähkövirralla on useita ominaisuuksia, joita voidaan käyttää tehokkaasti monissa käytännön tapauksissa. Tällaisia ​​ominaisuuksia ovat muun muassa sähkövirran energian muuntaminen yksinkertaisilla teknisillä tavoilla muun tyyppiseksi (lämpö, ​​kevyt, mekaaninen, kemiallinen) energiaksi ja mahdollisuus siirtää sitä pitkiä matkoja, etenemisnopeus.

Mielenkiintoisia faktoja:

Missä sähkövirta virtaa?

Miksi voimalinjojen alla

Mikä virta on vaarallisempi, suora tai vaihtuva?

Mikä on dynaaminen kone. Ensimmäiset tasavirtageneraattorit

Peltier-vaikutus: sähkövirran maaginen vaikutus