Elektrik akımının eylemleri: termal, kimyasal, manyetik, hafif ve mekanik

Bir devredeki elektrik akımı her zaman bir tür eylemiyle kendini gösterir. Bu, hem belirli bir yükte çalışma hem de akımın eşlik eden etkisi olabilir. Böylece, akımın hareketiyle, belirli bir devrede varlığı veya yokluğu yargılanabilir: eğer yük çalışıyorsa, akım vardır. Akıma eşlik eden tipik bir fenomen gözlemlenirse, devrede bir akım vardır, vb.

Prensip olarak, elektrik akımı farklı eylemlere neden olabilir: termal, kimyasal, manyetik (elektromanyetik), hafif veya mekanik ve farklı türde akım eylemleri genellikle aynı anda gerçekleşir. Bu güncel fenomenler ve eylemler bu makalede tartışılacaktır.

Elektrik akımının termal etkisi

Bir telden doğru veya alternatif akım geçtiğinde tel ısınır. Farklı koşullar ve uygulamalar altındaki bu tür ısıtma telleri şunlar olabilir: metaller, elektrolitler, plazma, erimiş metaller, yarı iletkenler, yarı metaller.

En basit durumda, örneğin bir nikrom telden bir elektrik akımı geçerse, ısınacaktır. Bu fenomen ısıtma cihazlarında kullanılır: elektrikli su ısıtıcılarda, kazanlarda, ısıtıcılarda, elektrikli sobalarda vb. Elektrik ark kaynağında elektrik arkının sıcaklığı genellikle 7000°C'ye ulaşır ve metal kolayca erir, bu da akımın ısı etkisidir.

Devrenin kesitinde açığa çıkan ısı miktarı, bu kısma uygulanan gerilime, akan akımın değerine ve akma süresine bağlıdır (Joule-Lenz yasası).

Devrenin bir bölümü için Ohm yasasını dönüştürdükten sonra, ısı miktarını hesaplamak için voltajı veya akımı kullanabilirsiniz, ancak akımı sınırladığı ve aslında ısınmaya neden olduğu için devrenin direncini bilmelisiniz. Ya da bir devredeki akım ve gerilimi bilerek, üretilen ısı miktarını da kolayca bulabilirsiniz.

Elektrik akımının kimyasal etkisi

Doğru elektrik akımı ile iyon içeren elektrolitler elektrolize — bu, akımın kimyasal etkisidir. Elektroliz sırasında negatif iyonlar (anyonlar) pozitif elektrota (anot), pozitif iyonlar (katyonlar) negatif elektrota (katot) çekilir. Yani elektrolit içinde bulunan maddeler, akım kaynağının elektrotlarında elektroliz sırasında salınır.

Örneğin, bir çift elektrot belirli bir asit, alkali veya tuz çözeltisine daldırılır ve devreden bir elektrik akımı geçtiğinde, bir elektrotta pozitif, diğerinde negatif bir yük oluşur. Çözeltide bulunan iyonlar, ters yük ile elektrot üzerinde birikmeye başlar.

Örneğin, bakır sülfatın (CuSO4) elektrolizi sırasında, pozitif yüklü bakır katyonları Cu2 +, eksik yükü aldıkları negatif yüklü katoda hareket eder ve elektrot yüzeyine yerleşerek nötr bakır atomlarına dönüşür. Hidroksil grubu -OH anoda elektron verecek ve bunun sonucunda oksijen açığa çıkacaktır. Pozitif yüklü hidrojen katyonları H+ ve negatif yüklü SO42- anyonları çözeltide kalacaktır.

Elektrik akımının kimyasal etkisi endüstride, örneğin suyu bileşen parçalarına (hidrojen ve oksijen) ayırmak için kullanılır. Ayrıca elektroliz, bazı metalleri saf hallerinde elde etmenizi sağlar. Elektroliz yardımıyla, yüzeye ince bir metal (nikel, krom) tabakası uygulanır - hepsi bu galvanik kaplama vesaire.

1832'de Michael Faraday, elektrotta salınan maddenin m kütlesinin elektrolitten geçen elektrik yükü q ile doğru orantılı olduğunu tespit etti. Elektrolitten t süresi boyunca bir doğru akım I akarsa, Faraday'ın birinci elektroliz yasası geçerlidir:

Burada orantı faktörü k, maddenin elektrokimyasal eşdeğeri olarak adlandırılır. Bir elektrik yükü elektrolitten geçerken salınan bir maddenin kütlesine sayısal olarak eşittir ve maddenin kimyasal yapısına bağlıdır.

Elektrik akımının manyetik etkisi

Herhangi bir iletkende (katı, sıvı veya gaz halinde) bir elektrik akımının varlığında, iletkenin etrafında bir manyetik alan gözlenir, yani akım taşıyan iletken manyetik özellikler kazanır.

Dolayısıyla, içinden akımın aktığı tele, örneğin manyetik pusula iğnesi şeklinde bir mıknatıs getirilirse, iğne tele dik olarak döner ve teli bir demir çekirdeğe sarıp doğrudan geçerseniz telden geçen akım, çekirdek elektromıknatıs haline gelecektir.

1820'de Oersted, akımın manyetik bir iğne üzerindeki manyetik etkisini keşfetti ve Ampere, akım taşıyan tellerin manyetik etkileşiminin nicel yasalarını oluşturdu.

Manyetik alan her zaman akım, yani hareket eden elektrik yükleri, özellikle yüklü parçacıklar (elektronlar, iyonlar) tarafından üretilir. Zıt akımlar birbirini iter, tek yönlü akımlar birbirini çeker.

Böyle bir mekanik etkileşim, akımların manyetik alanlarının etkileşimi nedeniyle oluşur, yani, her şeyden önce bir manyetik etkileşimdir ve ancak o zaman - mekaniktir. Bu nedenle, akımların manyetik etkileşimi birincildir.

1831'de Faraday, bir devreden değişen bir manyetik alanın başka bir devrede bir akım oluşturduğunu buldu: üretilen EMF, manyetik akının değişim oranıyla orantılıdır. Sadece elektromıknatıslarda değil (örneğin endüstriyel olanlarda) tüm transformatörlerde bugüne kadar kullanılan akımların manyetik etkisi olması mantıklıdır.

Elektrik akımının ışık etkisi

En basit haliyle, bobini içinden geçen akımla ısınarak beyaz ısıya dönüşen ve ışık yayan akkor lambada bir elektrik akımının aydınlatma etkisi gözlemlenebilir.

Bir akkor lamba için, ışık enerjisi iletilen elektriğin yaklaşık %5'ini temsil eder ve kalan %95'i ısıya dönüştürülür.

Floresan lambalar mevcut enerjiyi daha verimli bir şekilde ışığa dönüştürür — elektriğin %20'ye kadarı, alan fosforlar sayesinde görünür ışığa dönüştürülür. morötesi radyasyon cıva buharındaki veya neon gibi inert bir gazdaki elektrik boşalmasından.

Elektrik akımının ışık etkisi LED'lerde daha etkin bir şekilde gerçekleşmektedir. Bir elektrik akımı pn bağlantısından ileri yönde geçtiğinde, yük taşıyıcıları - elektronlar ve delikler - fotonların yayılmasıyla yeniden birleşirler (elektronların bir enerji seviyesinden diğerine geçişinden dolayı).

En iyi ışık yayıcılar, GaAs, InP, ZnSe veya CdTe gibi doğrudan boşluklu yarı iletkenlerdir (yani, doğrudan optik geçişlere izin verilenler). Yarı iletkenlerin bileşimi değiştirilerek, ultraviyoleden (GaN) orta kızılötesine (PbS) kadar her türlü dalga boyu için LED'ler yapılabilir. Bir ışık kaynağı olarak LED'in verimliliği ortalama %50'ye ulaşır.

Elektrik akımının mekanik etkisi

Yukarıda belirtildiği gibi, içinden elektrik akımı geçen herhangi bir iletken kendi etrafında oluşur. manyetik alan... Manyetik etkiler, örneğin elektrik motorlarında, manyetik kaldırma cihazlarında, manyetik valflerde, rölelerde vb. harekete dönüştürülür.

Bir akımın diğeri üzerindeki mekanik etkisi Ampere yasası ile tanımlanır. Bu yasa ilk olarak 1820 yılında Andre Marie Ampere tarafından doğru akım için oluşturulmuştur. İtibaren Amper Yasası Buna göre, elektrik akımı bir yönde akan paralel teller çeker ve zıt yönlerde olanlar iter.

Ampere yasası, akım taşıyan bir iletkenin küçük bir parçası üzerinde bir manyetik alanın etki ettiği kuvveti belirleyen yasa olarak da adlandırılır. Manyetik alanın akım taşıyan telin bir elemanına manyetik alanda etki ettiği kuvvet, teldeki akım ve telin uzunluğu ile manyetik indüksiyonun eleman vektörü çarpımı ile doğru orantılıdır.

Bu ilkeye dayalı elektrik motorlarının çalışmasıburada rotor, statorun harici manyetik alanında M torku tarafından yönlendirilen bir akıma sahip bir çerçevenin rolünü oynar.