Gerilim, akım ve direnç nedir: pratikte nasıl kullanılırlar?

Elektrik mühendisliğinde, elektrik devrelerinde meydana gelen süreçleri tanımlamak için "akım", "gerilim" ve "direnç" terimleri kullanılır. Her birinin belirli özelliklere sahip kendi amacı vardır.

Elektrik

Kelime, yüklü parçacıkların (elektronlar, delikler, katyonlar ve anyonlar) belirli bir madde ortamındaki hareketini karakterize etmek için kullanılır. Yük taşıyıcıların yönü ve sayısı, akımın türünü ve gücünü belirler.

Akımın ana özellikleri pratik uygulamasını etkiler

Yük akışının ön koşulu, bir devrenin varlığı veya başka bir deyişle, hareketleri için koşullar yaratan kapalı bir döngüdür. Hareket eden parçacıkların içinde bir boşluk oluşursa, yönlü hareketleri hemen durur.

Elektrikte kullanılan tüm anahtarlar ve korumalar bu prensibe göre çalışır.İletken parçaların hareketli kontakları arasında bir ayrım oluştururlar ve bu hareketle elektrik akımının akışını keserek cihazı kapatırlar.

Enerjide en yaygın yöntem, teller, lastikler veya diğer iletken parçalar şeklinde yapılmış metallerin içindeki elektronların hareketi nedeniyle bir elektrik akımı oluşturulmasıdır.

Bu yönteme ek olarak, içeride akım oluşturulması da kullanılır:

1. elektronların veya katyonların ve anyonların hareketinden kaynaklanan gazlar ve elektrolitik sıvılar - pozitif ve negatif yük işaretli iyonlar;

2. termiyonik radyasyon olgusunun neden olduğu elektronların hareketine maruz kalan vakum, hava ve gazlardan oluşan bir ortam;

3. Elektronların ve boşlukların hareketinden dolayı yarı iletken malzemeler.

Elektrik çarpması şu durumlarda meydana gelebilir:

• yüklü parçacıklara harici bir elektrik potansiyeli farkı uygulamak;

• şu anda süper iletken olmayan ısıtma telleri;

• yeni maddelerin salınmasıyla ilgili kimyasal reaksiyonların seyri;

• tele uygulanan manyetik alanın etkisi.

Elektrik akımının dalga biçimi şöyle olabilir:

1. zaman çizelgesinde düz bir çizgi şeklinde bir sabit;

2. temel trigonometrik ilişkilerle iyi tanımlanmış bir değişken sinüzoidal harmonik;

3. kabaca bir sinüs dalgasına benzeyen, ancak bazı durumlarda iyi düzeltilebilen keskin, belirgin açılara sahip kıvrımlı;

4. Titreşimli, yön değişmeden aynı kaldığında ve genlik, iyi tanımlanmış bir yasaya göre periyodik olarak sıfırdan maksimum değere dalgalandığında.

Elektrik akımı şu durumlarda bir kişi için faydalı olabilir:

• ışık radyasyonuna dönüştürülür;

• termal elemanların ısınmasını sağlar;

• hareketli armatürlerin çekilmesi veya itilmesi veya yataklara sabitlenmiş tahriklerle rotorların dönmesi nedeniyle mekanik işler yapar;

• diğer bazı durumlarda elektromanyetik radyasyon üretir.

Elektrik akımı tellerden geçtiğinde, aşağıdakiler hasara neden olabilir:

• akım taşıyan devrelerin ve kontakların aşırı ısınması;

• eğitim girdap akımları elektrik makinelerinin manyetik devrelerinde;

• elektrik radyasyonu elektromanyetik dalgalar çevrede ve bazı benzer olaylarda.

Elektrikli cihazların tasarımcıları ve çeşitli devrelerin geliştiricileri, cihazlarında listelenen elektrik akımı olasılıklarını dikkate alır. Örneğin, girdap akımlarının transformatörlerdeki, motorlardaki ve jeneratörlerdeki zararlı etkileri, manyetik akıları iletmek için kullanılan çekirdeklerin karıştırılmasıyla hafifletilir. Aynı zamanda girdap akımı, indüksiyon prensibiyle çalışan elektrikli fırınlarda ve mikrodalga fırınlarda ortamı ısıtmak için başarıyla kullanılmaktadır.

Sinüzoidal bir dalga formuna sahip alternatif bir elektrik akımı, birim zamanda - bir saniye - farklı bir salınım frekansına sahip olabilir. Farklı ülkelerdeki elektrik tesisatlarının endüstriyel frekansı 50 veya 60 hertz sayılarıyla standardize edilmiştir. Elektrik mühendisliği ve radyo işinin diğer amaçları için sinyaller kullanılır:

• düşük frekanslı, daha düşük değerlerle;

• endüstriyel cihazların aralığını önemli ölçüde aşan yüksek frekans.

Belirli bir makroskobik ortamda yüklü parçacıkların hareketiyle bir elektrik akımının oluştuğu genel olarak kabul edilir ve buna iletim akımı denir... Ancak, makroskopik olarak yüklü cisimler hareket ettiğinde, örneğin yağmur damlaları, konveksiyon adı verilen başka bir akım türü meydana gelebilir. .

Metallerde elektrik akımı nasıl oluşur?

Elektronların kendilerine uygulanan sabit bir kuvvetin etkisi altındaki hareketi, bir paraşütçünün açık bir kanopiyle inişine benzetilebilir. Her iki durumda da düzgün ivmeli bir hareket elde edilir.

Paraşütçü, yerçekimi nedeniyle hava direncinin kuvvetinin tersine yere doğru hareket eder. Elektronlar kendilerine uygulanan kuvvetten etkilenirler. Elektrik alanıve hareketi, uygulanan kuvvetin etkisinin bir kısmının söndürülmesi nedeniyle diğer parçacıklar - kristal kafes iyonları ile sürekli çarpışmalarla engellenir.

Her iki durumda da paraşütçünün ortalama hızı ve elektron hareketi sabit bir değere ulaşır.

Bu, hızın olduğu oldukça benzersiz bir durum yaratır:

• bir elektronun uygun hareketi, saniyede 0,1 milimetre mertebesinde bir değerle belirlenir;

• elektrik akımı akışı çok daha yüksek bir değere karşılık gelir - ışık dalgalarının yayılma hızı: saniyede yaklaşık 300 bin kilometre.

Böylece, elektrik akımı akışı elektronlara voltaj uygulandığında oluşur ve bunun sonucunda iletken ortam içinde ışık hızında hareket etmeye başlarlar.

Elektronlar bir metalin kristal kafesinde hareket ettiğinde, başka bir ilginç düzenlilik ortaya çıkar: yaklaşık olarak her onda bir karşı iyonla çarpışır.Yani, iyon çarpışmalarının yaklaşık %90'ını başarıyla önler.

Bu fenomen, yalnızca çoğu insan tarafından yaygın olarak anlaşıldığı gibi temel klasik fizik yasalarıyla değil, aynı zamanda kuantum mekaniği teorisi tarafından açıklanan ek işlem yasalarıyla da açıklanabilir.

Eylemlerini kısaca ifade edersek, metallerin içindeki elektronların hareketinin, ek direnç sağlayan ağır "sallanan" büyük iyonlar tarafından engellendiğini hayal edebiliriz.

Bu etki, özellikle metalleri ısıtırken, ağır iyonların "salınımı" tellerin kristal kafeslerinin elektrik iletkenliğini arttırdığında ve azalttığında fark edilir.

Bu nedenle metaller ısıtıldıklarında elektrik dirençleri her zaman artar ve soğutulduklarında iletkenlikleri artar. Metalin sıcaklığı mutlak sıfır değerine yakın kritik değerlere düştüğünde birçoğunda süperiletkenlik olgusu meydana gelir.

Elektrik akımı, değerine bağlı olarak farklı şeyler yapabilir. Yeteneklerinin nicel bir değerlendirmesi için amperaj adı verilen bir değer alınır. Uluslararası ölçüm sistemindeki boyutu 1 amperdir.Teknik literatürdeki mevcut gücü belirtmek için «I» endeksi benimsenmiştir.

Gerilim

Bu terim, aktif alan kaynakları üzerinde kalan yüklerin yerleşiminin doğasını değiştirmeden bir test biriminin elektrik yükünü bir noktadan diğerine aktarmak için harcanan işi ifade eden fiziksel niceliğin bir özelliği olarak kullanılır.

Başlangıç ​​ve bitiş noktaları farklı enerji potansiyellerine sahip olduğundan, yükü veya voltajı hareket ettirmek için yapılan iş, bu potansiyeller arasındaki farkın oranına eşittir.

Akan akımlara bağlı olarak gerilimi hesaplamak için farklı terimler ve yöntemler kullanılır. Olamaz:

1. sabit — elektrostatik ve sabit akım devrelerinde;

2. alternatif — alternatif ve sinüzoidal akımlı devrelerde.

İkinci durum için, bu tür ek özellikler ve stres türleri şu şekilde kullanılır:

• genlik — apsis ekseninin sıfır konumundan en büyük sapma;

• belirli bir zamanda ifade edilen anlık değer;

• bir yarım periyot için gerçekleştirilen aktif çalışma tarafından belirlenen etkin, etkili veya başka bir deyişle kök ortalama kare değeri;

• bir harmonik periyodunun düzeltilmiş değeri modulo olarak hesaplanan düzeltilmiş ortalama değer.

Voltajın nicel değerlendirmesi için, uluslararası 1 voltluk birim tanıtıldı ve "U" sembolü onun tanımı oldu.

Elektrik enerjisini havai hatlardan taşırken, desteklerin tasarımı ve boyutları kullanılan voltajın değerine bağlıdır. Fazların iletkenleri arasındaki değeri doğrusal olarak adlandırılır ve her bir iletkene ve toprak fazına göredir.

Bu kural tüm havayolları için geçerlidir.

Ülkemizdeki evsel elektrik şebekelerinde standart, 380/220 voltluk üç fazlı bir gerilimdir.

Elektrik direnci

Terim, içinden bir elektrik akımının geçişini zayıflatmak için bir maddenin özelliklerini karakterize etmek için kullanılır.Bu durumda farklı ortamlar seçilebilir, maddenin sıcaklığı veya boyutları değiştirilebilir.

DC devrelerde direnç aktif iş yapar, bu yüzden aktif olarak adlandırılır. Her bölüm için, uygulanan voltajla doğru orantılı ve geçen akımla ters orantılıdır.

Alternatif akım şemalarında aşağıdaki kavramlar tanıtılmıştır:

• iç direnç;

• dalga direnci.

Elektriksel empedansa karmaşık veya bileşen empedansı da denir:

• aktif;

• reaktif.

Reaktivite ise şu şekilde olabilir:

• kapasitif;

• endüktif.

Direnç üçgeninin empedans bileşenleri arasındaki bağlantılar açıklanmıştır.

Bir elektrodinamik hesabında, bir güç hattının dalga empedansı, gelen dalgadan gelen voltajın dalga hattı boyunca geçen akımın değerine oranıyla belirlenir.

Direnç değeri, 1 Ohm'luk uluslararası bir ölçü birimi olarak alınır.

Akım, gerilim, direnç ilişkisi

Bu özellikler arasındaki ilişkiyi ifade etmenin klasik bir örneği, yaşam akışının hareket kuvvetinin (analog - akımın büyüklüğü) pistona uygulanan kuvvetin değerine (yaratılan) bağlı olduğu bir hidrolik devre ile karşılaştırmadır. gerilim) ve daralmalardan (direnç) oluşan akış çizgilerinin karakteri.

Elektrik direnci, akım ve gerilim arasındaki ilişkiyi açıklayan matematiksel yasalar ilk olarak Georg Ohm tarafından yayınlandı ve patenti alındı. Elektrik devresinin tüm devresi ve bölümü için yasaları türetmiştir. Daha fazla ayrıntı için buraya bakın: Ohm yasasının pratikte uygulanması

Elektriğin temel elektriksel büyüklüklerini ölçmek için ampermetreler, voltmetreler ve ohmmetreler kullanılır.

Ampermetre, devreden geçen akımı ölçer, kapalı alan boyunca değişmediği için, ampermetre, gerilim kaynağı ile kullanıcı arasında herhangi bir yere yerleştirilerek, cihazın ölçüm kafasından bir yük geçişi oluşturur.

Kullanıcının akım kaynağına bağlı terminallerindeki voltajı ölçmek için bir voltmetre kullanılır.

Bir ohmmetre ile direnç ölçümleri sadece kullanıcı kapalıyken yapılabilir. Bunun nedeni, ohmmetrenin kalibre edilmiş bir voltaj vermesi ve voltajın akım değerine bölünmesiyle ohm'a dönüştürülen test kafasından akan akımı ölçmesidir.

Ölçüm sırasında herhangi bir harici düşük güç voltajı bağlantısı ek akımlar yaratacak ve sonucu bozacaktır. Ohmmetrenin iç devrelerinin düşük güce sahip olduğu düşünüldüğünde, harici bir voltaj uygulanırken hatalı direnç ölçümleri yapılması durumunda, cihaz, iç devresinin yanması nedeniyle sıklıkla arızalanır.

Akımın, voltajın, direncin temel özelliklerini ve aralarındaki ilişkileri bilmek, elektrikçilerin işlerini başarılı bir şekilde yapmalarını ve elektrik sistemlerini güvenilir bir şekilde çalıştırmalarını sağlar ve yapılan hatalar çok sık kazalar ve yaralanmalarla sonuçlanır.