Was ist elektrischer Strom? Was ist elektrischer Strom und was sind die Bedingungen für seine Existenz?

2. Unter welchen Bedingungen entsteht elektrischer Strom?

3. Warum ist die Bewegung geladener Teilchen in einem Leiter ohne äußeres elektrisches Feld chaotisch?

4. Was ist der Unterschied zwischen der Bewegung geladener Teilchen in einem Leiter in Abwesenheit und in Gegenwart eines äußeren elektrischen Feldes?

5. Wie wird die Richtung des elektrischen Stroms gewählt? In welche Richtung bewegen sich Elektronen in einem metallischen Leiter, durch den ein elektrischer Strom fließt?

". Heute möchte ich ein Thema ansprechen, wie z elektrischer Strom. Was ist es? Versuchen wir uns an den Lehrplan der Schule zu erinnern.

Elektrischer Strom ist die geordnete Bewegung geladener Teilchen in einem Leiter.

Wenn Sie sich erinnern, müssen Sie ein elektrisches Feld erzeugen, damit sich geladene Teilchen bewegen können (ein elektrischer Strom entsteht). Um ein elektrisches Feld zu erzeugen, können Sie so elementare Experimente durchführen, wie das Reiben eines Plastikgriffs an Wolle, und für einige Zeit werden leichte Objekte angezogen. Körper, die nach dem Reiben Gegenstände anziehen können, werden als elektrifiziert bezeichnet. Wir können sagen, dass der Körper in diesem Zustand elektrische Ladungen hat, und die Körper selbst werden geladen genannt. Aus dem Schulunterricht wissen wir, dass alle Körper aus winzigen Teilchen (Molekülen) aufgebaut sind. Ein Molekül ist ein Teilchen einer Substanz, das von einem Körper getrennt werden kann und alle Eigenschaften besitzt, die diesem Körper innewohnen. Moleküle komplexer Körper werden aus verschiedenen Kombinationen von Atomen einfacher Körper gebildet. Zum Beispiel besteht ein Wassermolekül aus zwei einfachen: einem Sauerstoffatom und einem Wasserstoffatom.

Atome, Neutronen, Protonen und Elektronen – was ist das?

Ein Atom wiederum besteht aus einem Kern und dreht sich um ihn herum Elektronen. Jedes Elektron in einem Atom hat eine kleine elektrische Ladung. Zum Beispiel besteht ein Wasserstoffatom aus einem Kern eines Elektrons, der sich darum dreht. Der Kern eines Atoms besteht wiederum aus Protonen und Neutronen. Der Kern eines Atoms wiederum trägt eine elektrische Ladung. Die Protonen, aus denen der Kern besteht, haben die gleichen elektrischen Ladungen und Elektronen. Aber Protonen sind im Gegensatz zu Elektronen inaktiv, aber ihre Masse ist um ein Vielfaches größer als die Masse eines Elektrons. Das Teilchen Neutron, das Teil des Atoms ist, hat keine elektrische Ladung, ist neutral. Die Elektronen, die um den Kern eines Atoms kreisen, und die Protonen, aus denen der Kern besteht, sind Träger gleicher elektrischer Ladungen. Zwischen dem Elektron und dem Proton gibt es immer eine gegenseitige Anziehungskraft, und zwischen den Elektronen selbst und zwischen den Protonen eine gegenseitige Abstoßungskraft. Aus diesem Grund hat das Elektron eine negative elektrische Ladung und das Proton eine positive. Daraus können wir schließen, dass es 2 Arten von Elektrizität gibt: positiv und negativ. Das Vorhandensein gleich geladener Teilchen in einem Atom führt dazu, dass zwischen dem positiv geladenen Kern des Atoms und den um ihn rotierenden Elektronen Kräfte der gegenseitigen Anziehung bestehen, die das Atom zusammenhalten. Atome unterscheiden sich in der Anzahl der Neutronen und Protonen in den Kernen, weshalb die positive Ladung der Atomkerne nicht gleich ist verschiedene Substanzen. In Atomen verschiedener Substanzen ist die Anzahl der rotierenden Elektronen nicht gleich und wird durch die positive Ladung des Kerns bestimmt. Bei manchen Stoffen sind die Atome fest an den Kern gebunden, bei anderen kann diese Bindung viel schwächer sein. Dies erklärt die unterschiedlichen Stärken der Körper. Stahldraht ist viel stärker als Kupferdraht, was bedeutet, dass Stahlpartikel stärker voneinander angezogen werden als Kupferpartikel. Die Anziehung zwischen Molekülen macht sich besonders bemerkbar, wenn sie nahe beieinander liegen. Das auffälligste Beispiel ist, dass zwei Wassertropfen bei Kontakt zu einem verschmelzen.

Elektrische Ladung

Im Atom Bei jeder Substanz ist die Anzahl der Elektronen, die sich um den Kern drehen, gleich der Anzahl der im Kern enthaltenen Protonen. Die elektrische Ladung eines Elektrons und eines Protons sind gleich groß, was bedeutet, dass die negative Ladung der Elektronen gleich der positiven Ladung des Kerns ist. Diese Ladungen gleichen sich gegenseitig aus und das Atom bleibt neutral. In einem Atom bilden Elektronen eine Elektronenhülle um den Kern. Die Elektronenhülle und der Kern eines Atoms befinden sich in ständiger Schwingungsbewegung. Wenn sich die Atome bewegen, kollidieren sie miteinander und ein oder mehrere Elektronen fliegen aus ihnen heraus. Das Atom ist nicht mehr neutral und wird positiv geladen. Da seine positive Ladung negativer geworden ist (schwache Verbindung zwischen Elektron und Kern - Metall und Kohle). Andere Körper (Holz und Glas) haben eine Verletzung Elektronenhüllen passiert nicht. Nach dem Loslösen von Atomen bewegen sich freie Elektronen zufällig und können von anderen Atomen eingefangen werden. Der Prozess des Erscheinens und Verschwindens im Körper ist kontinuierlich. Mit zunehmender Temperatur nimmt die Geschwindigkeit der Schwingungsbewegung von Atomen zu, die Kollisionen werden häufiger, stärker, die Anzahl freier Elektronen nimmt zu. Der Körper bleibt jedoch elektrisch neutral, da sich die Anzahl der Elektronen und Protonen im Körper nicht ändert. Wenn dem Körper eine bestimmte Menge an freien Elektronen entzogen wird, dann wird die positive Ladung größer als die Gesamtladung. Der Körper wird positiv geladen und umgekehrt. Entsteht im Körper ein Elektronenmangel, wird dieser zusätzlich aufgeladen. Wenn der Selbstbehalt negativ ist. Je größer dieser Mangel oder Überschuss ist, desto größer ist die elektrische Ladung. Im ersten Fall (mehr positiv geladene Teilchen) nennt man die Körper Leiter (Metalle, wässrige Lösungen Salze und Säuren) und im zweiten (Elektronenmangel, negativ geladene Teilchen) Dielektrika oder Isolatoren (Bernstein, Quarz, Ebonit). Für die kontinuierliche Existenz eines elektrischen Stroms ist es notwendig, ständig eine Potentialdifferenz im Leiter aufrechtzuerhalten.

Nun, das ist ein kleiner Physikkurs, der vorbei ist. Ich denke, Sie haben sich mit meiner Hilfe an den Schullehrplan für die 7. Klasse erinnert, und wir werden in meinem nächsten Artikel analysieren, was der potenzielle Unterschied ist. Bis wir uns auf den Seiten der Website wiedersehen.

Zunächst einmal lohnt es sich herauszufinden, was einen elektrischen Strom ausmacht. Elektrischer Strom ist die geordnete Bewegung geladener Teilchen in einem Leiter. Damit es entsteht, muss zunächst ein elektrisches Feld aufgebaut werden, unter dessen Einfluss sich die oben erwähnten geladenen Teilchen zu bewegen beginnen.

Die ersten Informationen über Elektrizität, die vor vielen Jahrhunderten auftauchten, bezogen sich auf elektrische "Ladungen", die durch Reibung erhalten wurden. Schon in der Antike wussten die Menschen, dass Bernstein, auf Wolle getragen, die Fähigkeit erlangt, leichte Gegenstände anzuziehen. Aber nur drin spätes XVI Jahrhundert hat der englische Arzt Gilbert dieses Phänomen eingehend untersucht und festgestellt, dass viele andere Substanzen genau die gleichen Eigenschaften haben. Körper, die wie Bernstein in der Lage sind, nach dem Reiben leichte Objekte anzuziehen, nannte er elektrisiert. Dieses Wort leitet sich vom griechischen Elektron "Bernstein" ab. Gegenwärtig sagen wir, dass es in diesem Zustand elektrische Ladungen auf Körpern gibt, und die Körper selbst werden „geladen“ genannt.

Elektrische Ladungen entstehen immer dann, wenn verschiedene Stoffe in engen Kontakt kommen. Wenn die Körper fest sind, wird ihr enger Kontakt durch mikroskopisch kleine Vorsprünge und Unregelmäßigkeiten verhindert, die auf ihrer Oberfläche vorhanden sind. Indem wir solche Körper zusammendrücken und aneinander reiben, bringen wir ihre Oberflächen zusammen, die sich ohne Druck nur an wenigen Stellen berühren würden. In einigen Körpern können sich elektrische Ladungen frei zwischen verschiedenen Teilen bewegen, während dies in anderen nicht möglich ist. Im ersten Fall werden die Körper "Leiter" und im zweiten "Dielektrika oder Isolatoren" genannt. Leiter sind alle Metalle, wässrige Lösungen von Salzen und Säuren usw. Beispiele für Isolatoren sind Bernstein, Quarz, Ebonit und alle Gase, die unter normalen Bedingungen vorhanden sind.

Dennoch ist zu beachten, dass die Einteilung von Körpern in Leiter und Dielektrika sehr willkürlich ist. Alle Stoffe leiten mehr oder weniger elektrischen Strom. Elektrische Ladungen sind entweder positiv oder negativ. Diese Art von Strom wird nicht lange anhalten, da der elektrifizierte Körper keine Ladung mehr hat. Für die kontinuierliche Existenz eines elektrischen Stroms in einem Leiter ist es notwendig, ein elektrisches Feld aufrechtzuerhalten. Für diese Zwecke werden elektrische Stromquellen verwendet. Der einfachste Fall des Auftretens eines elektrischen Stroms ist, wenn ein Ende des Drahtes mit einem elektrifizierten Körper und das andere mit Erde verbunden ist.

Elektrische Schaltkreise, die Glühbirnen und Elektromotoren mit Strom versorgen, tauchten erst nach der Erfindung der Batterien auf, die auf etwa 1800 zurückgeht. Danach ging die Entwicklung der Elektrizitätslehre so schnell voran, dass sie in weniger als einem Jahrhundert nicht nur ein Teil der Physik wurde, sondern die Grundlage einer neuen elektrischen Zivilisation bildete.

Die Hauptmengen des elektrischen Stroms

Die Menge an Strom und Stromstärke. Die Wirkung von elektrischem Strom kann stark oder schwach sein. Die Stärke des elektrischen Stroms hängt von der Ladungsmenge ab, die in einer bestimmten Zeiteinheit durch den Stromkreis fließt. Je mehr Elektronen sich von einem Pol der Quelle zum anderen bewegen, desto größer ist die von den Elektronen getragene Gesamtladung. Diese Gesamtladung wird als Strommenge bezeichnet, die durch den Leiter fließt.

Insbesondere die chemische Wirkung des elektrischen Stroms hängt von der Strommenge ab, d. h. je mehr Ladung durch die Elektrolytlösung geleitet wird, desto mehr Substanz setzt sich an Kathode und Anode ab. In diesem Zusammenhang kann die Elektrizitätsmenge berechnet werden, indem die Masse der auf der Elektrode abgeschiedenen Substanz gewogen wird und die Masse und Ladung eines Ions dieser Substanz bekannt sind.

Die Stromstärke ist eine Größe, die gleich dem Verhältnis der elektrischen Ladung ist, die durch den Querschnitt des Leiters geflossen ist, zur Zeit seines Flusses. Die Einheit der Ladung ist das Coulomb (C), die Zeit wird in Sekunden (s) gemessen. Die Einheit der Stromstärke wird dabei in C/s ausgedrückt. Diese Einheit wird Ampere (A) genannt. Um die Stromstärke in einem Stromkreis zu messen, wird ein elektrisches Messgerät namens Amperemeter verwendet. Zur Einbindung in den Stromkreis ist das Amperemeter mit zwei Anschlüssen ausgestattet. Es ist in Reihe in die Schaltung eingebunden.

elektrische Spannung. Wir wissen bereits, dass elektrischer Strom eine geordnete Bewegung geladener Teilchen – Elektronen – ist. Diese Bewegung wird mit Hilfe eines elektrischen Feldes erzeugt, das eine gewisse Arbeit verrichtet. Dieses Phänomen wird die Arbeit eines elektrischen Stroms genannt. Um in 1 Sekunde mehr Ladung durch einen Stromkreis zu bewegen, muss das elektrische Feld mehr Arbeit leisten. Auf dieser Grundlage stellt sich heraus, dass die Arbeit eines elektrischen Stroms von der Stärke des Stroms abhängen sollte. Aber es gibt noch einen anderen Wert, von dem die Arbeit des Stroms abhängt. Dieser Wert wird als Spannung bezeichnet.

Die Spannung ist das Verhältnis der Arbeit des Stroms in einem bestimmten Abschnitt des Stromkreises zur Ladung, die durch denselben Abschnitt des Stromkreises fließt. Die Stromarbeit wird in Joule (J) gemessen, die Ladung in Pendants (C). In dieser Hinsicht wird die Einheit der Spannungsmessung 1 J/C sein. Diese Einheit wird Volt (V) genannt.

Damit in einem Stromkreis eine Spannung entsteht, wird eine Stromquelle benötigt. Bei einem offenen Stromkreis liegt Spannung nur an den Stromquellenanschlüssen an. Wenn diese Stromquelle im Stromkreis enthalten ist, tritt auch in bestimmten Abschnitten des Stromkreises Spannung auf. In dieser Hinsicht wird es auch einen Strom in der Schaltung geben. Das heißt, wir können kurz Folgendes sagen: Wenn keine Spannung im Stromkreis vorhanden ist, fließt kein Strom. Um die Spannung zu messen, wird ein elektrisches Messgerät namens Voltmeter verwendet. Seine Aussehen es ähnelt dem zuvor erwähnten Amperemeter, mit dem einzigen Unterschied, dass der Buchstabe V auf der Skala des Voltmeters steht (statt A auf dem Amperemeter). Das Voltmeter hat zwei Klemmen, mit deren Hilfe es parallel zum Stromkreis geschaltet wird.

Elektrischer Wiederstand. Nachdem Sie alle Arten von Leitern und ein Amperemeter an einen Stromkreis angeschlossen haben, können Sie feststellen, dass das Amperemeter bei Verwendung verschiedener Leiter unterschiedliche Messwerte liefert, dh in diesem Fall ist die im Stromkreis verfügbare Stromstärke unterschiedlich. Dieses Phänomen lässt sich dadurch erklären, dass verschiedene Leiter einen unterschiedlichen elektrischen Widerstand haben, der eine physikalische Größe ist. Zu Ehren des deutschen Physikers wurde sie Ohm genannt. In der Physik werden in der Regel größere Einheiten verwendet: Kiloohm, Megaohm usw. Der Leiterwiderstand wird normalerweise mit dem Buchstaben R bezeichnet, die Leiterlänge ist L, die Querschnittsfläche ist S. In diesem Fall kann der Widerstand sein als Formel geschrieben:

R = R * L/S

wo der Koeffizient p genannt wird Widerstand. Dieser Koeffizient drückt den Widerstand eines 1 m langen Leiters mit einer Querschnittsfläche von 1 m2 aus. Der spezifische Widerstand wird ausgedrückt in Ohm x m. Da Drähte in der Regel einen eher kleinen Querschnitt haben, werden ihre Flächen normalerweise in Quadratmillimetern ausgedrückt. In diesem Fall ist die Einheit des spezifischen Widerstands Ohm x mm2/m. In der folgenden Tabelle. 1 zeigt den spezifischen Widerstand einiger Materialien.

Laut Tabelle. 1 wird deutlich, dass Kupfer den kleinsten elektrischen Widerstand und eine Legierung von Metallen den größten hat. Außerdem haben Dielektrika (Isolatoren) einen hohen spezifischen Widerstand.

Elektrische Kapazität. Wir wissen bereits, dass zwei voneinander isolierte Leiter elektrische Ladungen ansammeln können. Dieses Phänomen ist durch eine physikalische Größe gekennzeichnet, die als elektrische Kapazität bezeichnet wird. Die elektrische Kapazität zweier Leiter ist nichts anderes als das Verhältnis der Ladung eines von ihnen zur Potentialdifferenz zwischen diesem Leiter und dem benachbarten. Je niedriger die Spannung ist, wenn die Leiter aufgeladen werden, desto größer ist ihre Kapazität. Das Farad (F) wird als Einheit der elektrischen Kapazität verwendet. In der Praxis werden Bruchteile dieser Einheit verwendet: Mikrofarad (µF) und Picofarad (pF).

Nimmt man zwei voneinander isolierte Leiter, platziert sie in geringem Abstand zueinander, erhält man einen Kondensator. Die Kapazität eines Kondensators hängt von der Dicke seiner Platten und der Dicke des Dielektrikums und seiner Permeabilität ab. Durch Verringerung der Dicke des Dielektrikums zwischen den Platten des Kondensators ist es möglich, dessen Kapazität stark zu erhöhen. Auf allen Kondensatoren muss zusätzlich zu ihrer Kapazität die Spannung angegeben werden, für die diese Geräte ausgelegt sind.

Arbeit und Leistung des elektrischen Stroms. Aus dem Vorhergehenden wird deutlich, dass der elektrische Strom eine gewisse Arbeit verrichtet. Wenn Elektromotoren angeschlossen sind, bringt elektrischer Strom alle Arten von Geräten zum Laufen, bewegt Züge auf den Schienen, beleuchtet die Straßen, heizt das Haus und erzeugt auch einen chemischen Effekt, dh er ermöglicht Elektrolyse usw. Wir können sagen, dass die Die Arbeit des Stroms in einem bestimmten Abschnitt des Stromkreises ist gleich dem Produktstrom, der Spannung und der Zeit, während der die Arbeit geleistet wurde. Arbeit wird in Joule gemessen, Spannung in Volt, Strom in Ampere und Zeit in Sekunden. In dieser Hinsicht ist 1 J = 1 V x 1 A x 1 s. Daraus ergibt sich, dass zur Messung der Arbeit eines elektrischen Stroms drei Geräte gleichzeitig verwendet werden sollten: ein Amperemeter, ein Voltmeter und eine Uhr. Aber das ist umständlich und ineffizient. Daher wird die Arbeit des elektrischen Stroms normalerweise mit Stromzählern gemessen. Das Gerät dieses Geräts enthält alle oben genannten Geräte.

Die Leistung eines elektrischen Stroms ist gleich dem Verhältnis der Arbeit des Stroms zur Zeit, während der er verrichtet wurde. Die Leistung wird mit dem Buchstaben „P“ bezeichnet und in Watt (W) ausgedrückt. In der Praxis verwendet man Kilowatt, Megawatt, Hektowatt usw. Um die Leistung der Schaltung zu messen, muss man ein Wattmeter nehmen. Elektrische Arbeit wird in Kilowattstunden (kWh) ausgedrückt.

Grundgesetze des elektrischen Stroms

Ohm'sches Gesetz. Spannung und Strom gelten als die bequemsten Eigenschaften elektrischer Schaltungen. Eines der Hauptmerkmale der Nutzung von Elektrizität ist der schnelle Transport von Energie von einem Ort zum anderen und ihre Übergabe an den Verbraucher in der gewünschten Form. Das Produkt aus Potentialdifferenz und Stromstärke ergibt die Leistung, also die im Stromkreis pro Zeiteinheit abgegebene Energiemenge. Wie oben erwähnt, wären zum Messen der Leistung in einem Stromkreis 3 Geräte erforderlich. Ist es möglich, mit einem zu arbeiten und die Leistung aus seinen Messwerten und einigen Merkmalen des Stromkreises, wie z. B. seinem Widerstand, zu berechnen? Viele Leute mochten diese Idee, sie hielten sie für fruchtbar.

Was ist also der Widerstand eines Drahtes oder eines Stromkreises als Ganzes? Hat ein Draht, wie Wasserleitungen oder Rohre in einem Vakuumsystem, eine konstante Eigenschaft, die als Widerstand bezeichnet werden könnte? Beispielsweise ist in Rohren üblicherweise das Verhältnis der den Durchfluss erzeugenden Druckdifferenz dividiert durch die Durchflussrate konstante Charakteristik Rohre. Ebenso unterliegt der Wärmestrom in einem Draht einem einfachen Zusammenhang, der die Temperaturdifferenz, die Querschnittsfläche des Drahtes und seine Länge beinhaltet. Die Entdeckung einer solchen Beziehung für elektrische Schaltungen war das Ergebnis einer erfolgreichen Suche.

In den 1820er Jahren begann der deutsche Schullehrer Georg Ohm als erster mit der Suche nach dem oben genannten Verhältnis. Zunächst strebte er nach Ruhm und Ehre, die es ihm ermöglichen würden, an der Universität zu lehren. Nur deshalb entschied er sich für ein Studienfach, das besondere Vorteile bot.

Om war der Sohn eines Schlossers, also wusste er, wie man Metalldrähte unterschiedlicher Dicke zieht, die er für Experimente brauchte. Da es damals unmöglich war, einen geeigneten Draht zu kaufen, fertigte Om ihn mit seinen eigenen Händen an. Während der Experimente probierte er verschiedene Längen, verschiedene Dicken, verschiedene Metalle und sogar verschiedene Temperaturen aus. Alle diese Faktoren variierte er der Reihe nach. Zu Ohms Zeiten waren Batterien noch schwach und lieferten einen Strom unterschiedlicher Größe. Dabei nutzte der Forscher ein Thermoelement als Generator, dessen heiße Verbindungsstelle in eine Flamme gelegt wurde. Darüber hinaus verwendete er ein grobes magnetisches Amperemeter und maß Potentialunterschiede (Ohm nannte sie "Spannungen"), indem er die Temperatur oder die Anzahl der thermischen Übergänge änderte.

Die Lehre von den elektrischen Schaltungen hat gerade ihre Entwicklung erhalten. Nach der Erfindung der Batterien um 1800 begann sie sich viel schneller zu entwickeln. Verschiedene Geräte wurden entworfen und hergestellt (oftmals von Hand), neue Gesetze wurden entdeckt, Konzepte und Begriffe tauchten auf usw. All dies führte zu einem tieferen Verständnis elektrischer Phänomene und Faktoren.

Die Aktualisierung des Wissens über Elektrizität führte einerseits zur Entstehung eines neuen Gebiets der Physik, andererseits war es die Grundlage für die rasante Entwicklung der Elektrotechnik, also Batterien, Generatoren, Stromversorgungssysteme für Beleuchtung und Elektroantrieb , Elektroöfen, Elektromotoren usw. wurden erfunden , andere.

Ohms Entdeckungen waren sowohl für die Entwicklung der Elektrizitätstheorie als auch für die Entwicklung der angewandten Elektrotechnik von großer Bedeutung. Sie machten es einfach, die Eigenschaften von Stromkreisen für Gleichstrom und später für Wechselstrom vorherzusagen. 1826 veröffentlichte Ohm ein Buch, in dem er die theoretischen Schlussfolgerungen und experimentellen Ergebnisse skizzierte. Aber seine Hoffnungen wurden nicht gerechtfertigt, das Buch wurde mit Spott aufgenommen. Dies geschah, weil die Methode des groben Experimentierens in einer Zeit, in der viele Menschen die Philosophie liebten, wenig attraktiv erschien.

Omu blieb nichts anderes übrig, als seine Position als Lehrer aufzugeben. Eine Anstellung an der Universität hat er aus demselben Grund nicht erreicht. Sechs Jahre lang lebte der Wissenschaftler in Armut, ohne Vertrauen in die Zukunft und erlebte ein Gefühl bitterer Enttäuschung.

Doch nach und nach erlangten seine Werke zunächst außerhalb Deutschlands Berühmtheit. Om wurde im Ausland respektiert, seine Forschung wurde genutzt. In dieser Hinsicht waren Landsleute gezwungen, ihn in ihrer Heimat anzuerkennen. 1849 erhielt er eine Professur an der Universität München.

Ohm entdeckte ein einfaches Gesetz, das eine Beziehung zwischen Strom und Spannung für ein Stück Draht (für einen Teil des Stromkreises, für den gesamten Stromkreis) herstellt. Außerdem hat er Regeln aufgestellt, mit denen Sie bestimmen können, was sich ändert, wenn Sie einen Draht mit einer anderen Größe nehmen. Das Ohmsche Gesetz wird wie folgt formuliert: Die Stromstärke in einem Abschnitt des Stromkreises ist direkt proportional zur Spannung in diesem Abschnitt und umgekehrt proportional zum Widerstand des Abschnitts.

Joule-Lenz-Gesetz. Elektrischer Strom in jedem Teil des Stromkreises verrichtet eine bestimmte Arbeit. Nehmen wir zum Beispiel einen Abschnitt des Stromkreises, zwischen dessen Enden eine Spannung (U) anliegt. Nach der Definition der elektrischen Spannung ist die Arbeit, die beim Bewegen einer Ladungseinheit zwischen zwei Punkten verrichtet wird, gleich U. Wenn die Stromstärke ist diese Abteilung die Schaltung gleich i ist, dann wird die Ladung in der Zeit t passieren, und daher wird die Arbeit des elektrischen Stroms in diesem Abschnitt sein:

A = Uit

Dieser Ausdruck gilt in jedem Fall für Gleichstrom, für jeden Abschnitt des Stromkreises, der Leiter, Elektromotoren usw. enthalten kann. Die aktuelle Leistung, dh Arbeit pro Zeiteinheit, ist gleich:

P \u003d A / t \u003d Ui

Diese Formel wird im SI-System verwendet, um die Einheit der Spannung zu bestimmen.

Nehmen wir an, dass der Abschnitt des Stromkreises ein fester Leiter ist. In diesem Fall wird die gesamte Arbeit in Wärme umgewandelt, die in diesem Leiter freigesetzt wird. Wenn der Leiter homogen ist und dem Ohmschen Gesetz gehorcht (dies schließt alle Metalle und Elektrolyte ein), dann:

U=ir

wobei r der Widerstand des Leiters ist. In diesem Fall:

A = rt2i

Dieses Gesetz wurde zuerst von E. Lenz und unabhängig von ihm von Joule empirisch hergeleitet.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Erwärmung von Leitern zahlreiche Anwendungen in der Technik findet. Die gebräuchlichsten und wichtigsten unter ihnen sind Glühlampen.

Gesetz der elektromagnetischen Induktion. In der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts entdeckte der englische Physiker M. Faraday das Phänomen der magnetischen Induktion. Diese Tatsache, die zum Eigentum vieler Forscher wurde, gab der Entwicklung der Elektro- und Funktechnik einen starken Impuls.

Im Laufe von Experimenten fand Faraday heraus, dass, wenn sich die Anzahl der magnetischen Induktionslinien, die eine durch eine geschlossene Schleife begrenzte Oberfläche durchdringen, ändert, darin ein elektrischer Strom entsteht. Dies ist die Grundlage für das vielleicht wichtigste Gesetz der Physik – das Gesetz der elektromagnetischen Induktion. Der Strom, der im Stromkreis auftritt, wird als induktiv bezeichnet. Aufgrund der Tatsache, dass der elektrische Strom im Stromkreis nur bei äußeren Kräften auftritt, die auf freie Ladungen einwirken, treten bei einem sich ändernden magnetischen Fluss, der über die Oberfläche eines geschlossenen Stromkreises fließt, dieselben äußeren Kräfte darin auf. Die Wirkung äußerer Kräfte wird in der Physik als elektromotorische Kraft oder Induktions-EMK bezeichnet.

Elektromagnetische Induktion tritt auch in offenen Leitern auf. Wenn der Leiter die magnetischen Feldlinien kreuzt, tritt an seinen Enden eine Spannung auf. Der Grund für das Auftreten einer solchen Spannung ist die Induktions-EMK. Wenn sich der durch den geschlossenen Kreis fließende magnetische Fluss nicht ändert, tritt kein induktiver Strom auf.

Unter Verwendung des Begriffs „EMK der Induktion“ kann man über das Gesetz der elektromagnetischen Induktion sprechen, d.h. die EMF der Induktion in einer geschlossenen Schleife ist im absoluten Wert gleich der Änderungsrate des magnetischen Flusses durch die begrenzte Oberfläche Schleife.

Lenzsche Regel. Wie wir bereits wissen, tritt im Leiter ein induktiver Strom auf. Abhängig von den Bedingungen seines Auftretens hat es eine andere Richtung. Aus diesem Anlass formulierte der russische Physiker Lenz nächste Regel: Der Induktionsstrom, der in einem geschlossenen Stromkreis auftritt, hat immer eine solche Richtung, dass das von ihm erzeugte Magnetfeld keine Änderung des magnetischen Flusses zulässt. All dies verursacht das Auftreten eines Induktionsstroms.

Induktionsstrom hat wie jeder andere Energie. Das bedeutet, dass bei einem Induktionsstrom elektrische Energie entsteht. Nach dem Energieerhaltungs- und Umwandlungssatz kann die oben genannte Energie nur durch die Energiemenge einer anderen Energieart entstehen. Somit entspricht die Lenzsche Regel vollständig dem Energieerhaltungs- und -umwandlungsgesetz.

Neben der Induktion kann in der Spule die sogenannte Selbstinduktion auftreten. Sein Wesen ist wie folgt. Wenn in der Spule ein Strom auftritt oder sich seine Stärke ändert, tritt ein sich änderndes Magnetfeld auf. Und wenn sich der durch die Spule fließende Magnetfluss ändert, entsteht darin eine elektromotorische Kraft, die als EMF der Selbstinduktion bezeichnet wird.

Nach der Lenz-Regel stört die EMK der Selbstinduktion beim Schließen des Stromkreises die Stromstärke und lässt sie nicht ansteigen. Beim Abschalten des EMF-Kreises reduziert die Selbstinduktion die Stromstärke. Wenn die Stromstärke in der Spule einen bestimmten Wert erreicht, ändert sich das Magnetfeld nicht mehr und die Selbstinduktions-EMK wird Null.

Bedingungen für das Auftreten von Strom

Die moderne Wissenschaft hat Theorien entwickelt, die das erklären natürliche Prozesse. Viele Prozesse basieren auf einem der Modelle des Atomaufbaus, dem sogenannten Planetenmodell. Nach diesem Modell besteht ein Atom aus einem positiv geladenen Kern und einer den Kern umgebenden negativ geladenen Elektronenwolke. Unterschiedliche Substanzen, die aus Atomen bestehen, sind unter unveränderten Bedingungen meist stabil und in ihren Eigenschaften unverändert. Umfeld. Aber in der Natur gibt es Prozesse, die den stabilen Zustand von Stoffen verändern und in diesen Stoffen ein Phänomen hervorrufen können, das elektrischer Strom genannt wird.

Ein solcher Grundprozess für die Natur ist die Reibung. Viele Menschen wissen, dass es einen Klebeeffekt gibt, wenn Sie Ihre Haare mit einem Kamm aus bestimmten Kunststoffarten kämmen oder Kleidung aus bestimmten Stoffarten tragen. Haare werden vom Kamm angezogen und haften daran, und dasselbe passiert mit Kleidung. Dieser Effekt wird durch Reibung erklärt, die die Stabilität des Materials des Kamms oder Gewebes verletzt. Die Elektronenwolke kann sich relativ zum Kern bewegen oder teilweise kollabieren. Dadurch erhält die Substanz eine elektrische Ladung, deren Vorzeichen durch die Struktur dieser Substanz bestimmt wird. Die durch Reibung entstehende elektrische Ladung wird als Elektrostatik bezeichnet.

Es stellt sich ein Paar geladener Substanzen heraus. Jeder Stoff hat ein bestimmtes elektrisches Potential. Auf den Raum zwischen zwei geladenen Stoffen wirkt ein elektrisches Feld, in diesem Fall ein elektrostatisches Feld. Effizienz elektrostatisches Feld hängt von den Potentialwerten ab und wird als Potentialdifferenz oder Spannung definiert.

• Wenn eine Spannung entsteht, erscheint im Raum zwischen den Potentialen eine gerichtete Bewegung geladener Stoffteilchen - ein elektrischer Strom.

Wo fließt elektrischer Strom?

In diesem Fall nehmen die Potentiale ab, wenn die Reibung aufhört. Und am Ende werden die Potentiale verschwinden und die Substanzen werden wieder stabil.

Wenn aber der Prozess der Bildung von Potentialen und Spannungen in Richtung ihrer Zunahme fortgesetzt wird, wird auch der Strom entsprechend den Eigenschaften der Substanzen zunehmen, die den Raum zwischen den Potentialen füllen. Die meisten Demonstration ein solcher Vorgang ist ein Blitz. Die Reibung der aufsteigenden und absteigenden Luftströmungen aneinander führt zum Auftreten einer enormen Spannung. Infolgedessen wird ein Potential durch Aufwinde am Himmel und das andere durch Abwinde in der Erde gebildet. Und am Ende entsteht aufgrund der Eigenschaften der Luft ein elektrischer Strom in Form von Blitzen.

• Die erste Ursache für elektrischen Strom ist Spannung.
• Der zweite Grund für das Auftreten eines elektrischen Stroms ist der Raum, in dem die Spannung wirkt - seine Abmessungen und seine Füllung.

Spannung kommt von mehr als nur Reibung. Andere physikalische und chemische Prozesse, die das Gleichgewicht der Materieatome stören, führen ebenfalls zum Auftreten von Spannungen. Spannung entsteht auch nur durch Interaktion

• eine Substanz mit einer anderen Substanz;
• eine oder mehrere Substanzen mit einem Feld oder einer Strahlung.

Stress kann entstehen durch:

• eine chemische Reaktion, die in Materie stattfindet, wie in allen Batterien und Akkumulatoren, sowie in allen Lebewesen;
• elektromagnetische Strahlung, wie z Solarplatten und Wärmekraftgeneratoren;
• elektromagnetisches Feld, wie z. B. in allen Dynamos.

Der elektrische Strom hat eine Natur, die der Substanz entspricht, in der er fließt. Daher unterscheidet es sich:

• in Metallen;

• in Flüssigkeiten und Gasen;

• bei Halbleitern

In Metallen besteht elektrischer Strom nur aus Elektronen, in Flüssigkeiten und Gasen - aus Ionen, in Halbleitern - aus Elektronen und "Löchern".

Gleich- und Wechselstrom

Die Spannung relativ zu ihren Potentialen, deren Vorzeichen unverändert bleiben, kann sich nur in der Größe ändern.

• In diesem Fall tritt ein konstanter oder gepulster elektrischer Strom auf.

Der elektrische Strom hängt von der Dauer dieser Änderung und den Eigenschaften des mit Materie gefüllten Raums zwischen den Potentialen ab.

• Ändern sich aber die Vorzeichen der Potentiale und dies führt zu einer Richtungsänderung des Stroms, so heißt er variabel, wie die ihn bestimmende Spannung.

Leben und elektrischer Strom

Für quantitative und qualitative Einschätzungen elektrischer Strom ein moderne Wissenschaft und Technologie verwendet bestimmte Gesetze und Größen. Die wichtigsten Gesetze sind:

• Coulomb-Gesetz;
• Ohm'sches Gesetz.

Charles Coulomb bestimmte in den 80er Jahren des 18. Jahrhunderts das Auftreten von Spannung, und Georg Ohm bestimmte in den 20er Jahren des 19. Jahrhunderts das Auftreten von elektrischem Strom.

In der Natur und der menschlichen Zivilisation wird es hauptsächlich als Energie- und Informationsträger verwendet, und das Thema seiner Erforschung und Verwendung ist so umfangreich wie das Leben selbst. Studien haben zum Beispiel gezeigt, dass alle lebenden Organismen leben, weil sich die Herzmuskeln durch die Wirkung der im Körper erzeugten elektrischen Stromimpulse zusammenziehen. Alle anderen Muskeln arbeiten auf die gleiche Weise. Beim Teilen verwendet eine Zelle Informationen, die auf einem elektrischen Strom mit extrem hohen Frequenzen basieren. Die Liste ähnlicher Tatsachen mit Erläuterungen kann im Band des Buches fortgesetzt werden.

Im Zusammenhang mit elektrischem Strom wurden bereits viele Entdeckungen gemacht, und es bleibt noch viel zu tun. Daher erscheinen mit dem Aufkommen neuer Forschungsinstrumente neue Gesetze, Materialien und andere Ergebnisse für die praktische Nutzung dieses Phänomens.

Die ersten Entdeckungen im Zusammenhang mit der Arbeit mit Elektrizität begannen im 7. Jahrhundert vor Christus. Philosoph Antikes Griechenland Thales von Milet enthüllte, dass Bernstein, wenn er an Wolle gerieben wird, anschließend leichte Gegenstände anziehen kann. Aus dem Griechischen wird „Elektrizität“ mit „Bernstein“ übersetzt. 1820 begründet André-Marie Ampère das Gleichstromgesetz. In Zukunft wurde die Größe des Stroms oder das Maß für den elektrischen Strom in Ampere angegeben.

Begriffsbedeutung

Das Konzept des elektrischen Stroms findet sich in jedem Physiklehrbuch. elektrischer Strom- Dies ist eine geordnete Bewegung elektrisch geladener Teilchen in eine Richtung. Verstehen gewöhnlicher Mann auf der Straße, was ein elektrischer Strom ist, sollten Sie das Wörterbuch eines Elektrikers verwenden. Darin steht der Begriff für die Bewegung von Elektronen durch einen Leiter oder Ionen durch einen Elektrolyten.

Abhängig von der Bewegung von Elektronen oder Ionen innerhalb des Leiters wird unterschieden: Arten von Strömungen:

• Konstante;
• Variable;
• intermittierend oder pulsierend.

Grundlegende Messungen

Die Stärke des elektrischen Stroms- der Hauptindikator, den Elektriker bei ihrer Arbeit verwenden. Die Stärke des elektrischen Stroms hängt von der Größe der Ladung ab, die für eine bestimmte Zeit durch den Stromkreis fließt. Je mehr Elektronen von einem Anfang der Quelle zum Ende geflossen sind, desto größer ist die von den Elektronen übertragene Ladung.

Eine Größe, die als Verhältnis der elektrischen Ladung gemessen wird, die durch den Querschnitt von Partikeln in einem Leiter fließt, zu der Zeit, die es passiert. Die Ladung wird in Coulomb gemessen, die Zeit in Sekunden und eine Einheit der Stromstärke wird durch das Verhältnis von Ladung zu Zeit (Coulomb zu Sekunde) oder in Ampere bestimmt. Die Bestimmung des elektrischen Stroms (seiner Stärke) erfolgt durch Reihenschaltung zweier Klemmen mit dem Stromkreis.

Wenn der elektrische Strom arbeitet, erfolgt die Bewegung geladener Teilchen mit Hilfe eines elektrischen Feldes und hängt von der Stärke der Elektronenbewegung ab. Der Wert, von dem die Arbeit des elektrischen Stroms abhängt, wird Spannung genannt und wird durch das Verhältnis der Arbeit des Stroms in einem bestimmten Teil des Stromkreises und der durch denselben Teil fließenden Ladung bestimmt. Die Volteinheit wird mit einem Voltmeter gemessen, wenn die beiden Anschlüsse des Instruments parallel mit dem Stromkreis verbunden sind.

Wert elektrischer Wiederstand hat eine direkte Abhängigkeit von der Art des verwendeten Leiters, seiner Länge und seinem Querschnitt. Es wird in Ohm gemessen.

Die Leistung wird durch das Verhältnis der Arbeit der Strombewegung zu der Zeit bestimmt, in der diese Arbeit aufgetreten ist. Leistung in Watt messen.

Eine solche physikalische Größe wie die Kapazität wird durch das Verhältnis der Ladung eines Leiters zur Potentialdifferenz zwischen demselben Leiter und dem benachbarten bestimmt. Je niedriger die Spannung ist, wenn die Leiter eine elektrische Ladung erhalten, desto größer ist ihre Kapazität. Es wird in Farad gemessen.

Der Wert der elektrischen Arbeit in einem bestimmten Intervall der Kette ergibt sich aus dem Produkt aus Stromstärke, Spannung und dem Zeitraum, in dem die Arbeit ausgeführt wurde. Letztere wird in Joule gemessen. Die Bestimmung der Arbeit des elektrischen Stroms erfolgt mit Hilfe eines Messgeräts, das die Messwerte aller Größen, nämlich Spannung, Kraft und Zeit, verbindet.

Elektrische Sicherheitstechnik

Die Kenntnis der elektrischen Sicherheitsregeln hilft, dies zu verhindern Notfall und die menschliche Gesundheit und das Leben zu schützen. Da Elektrizität dazu neigt, den Leiter zu erhitzen, besteht immer die Möglichkeit einer gesundheits- und lebensgefährlichen Situation. Für Haussicherheit einhalten muss folgendes einfaches aber Wichtige Regeln:

1. Die Netzwerkisolierung muss immer in gutem Zustand sein, um Überlastungen oder die Möglichkeit von Kurzschlüssen zu vermeiden.
2. Feuchtigkeit sollte nicht auf elektrische Geräte, Kabel, Abschirmungen usw. gelangen. Außerdem provoziert eine feuchte Umgebung Kurzschlüsse.
3. Stellen Sie sicher, dass alle elektrischen Geräte geerdet sind.
4. Es ist notwendig, eine Überlastung der elektrischen Verkabelung zu vermeiden, da die Gefahr einer Entzündung der Kabel besteht.

Sicherheitsvorkehrungen bei der Arbeit mit Elektrizität beinhalten die Verwendung von Gummihandschuhen, Fäustlingen, Decken, Entladungsvorrichtungen, Erdungsvorrichtungen für Arbeitsbereiche, Leistungsschalter oder Sicherungen mit Wärme- und Stromschutz.

Erfahrene Elektriker arbeiten bei Gefahr eines Stromschlags mit einer Hand, die andere in der Tasche. Somit wird der Hand-zu-Hand-Kreis bei unbeabsichtigtem Kontakt mit der Abschirmung oder anderen geerdeten Geräten unterbrochen. Im Falle einer Entzündung von an das Netzwerk angeschlossenen Geräten löschen Sie das Feuer ausschließlich mit Pulver- oder Kohlendioxidlöschern.

Anwendung von elektrischem Strom

Elektrischer Strom hat viele Eigenschaften, die seine Verwendung in fast allen Bereichen menschlicher Aktivität ermöglichen. Möglichkeiten zur Nutzung von elektrischem Strom:

Strom ist heute am umweltfreundlichsten saubere Sicht Energie. Unter den Bedingungen der modernen Wirtschaft ist die Entwicklung der Elektrizitätsindustrie von weltweiter Bedeutung. Bei Rohstoffknappheit wird Strom als unerschöpfliche Energiequelle künftig eine Vorreiterrolle einnehmen.