Elektrik

elektrik akımı nedir

Elektrik — darbe altında elektrik yüklü parçacıkların yönlendirilmiş hareketi Elektrik alanı... Bu tür parçacıklar şunlar olabilir: iletkenlerde - elektronlarda, elektrolitlerde - iyonlarda (katyonlar ve anyonlar), yarı iletkenlerde - elektronlarda ve sözde "delikler" ("elektron deliklerinin iletkenliği"). Ayrıca, akışı kapasitansı yükleme sürecinden, yani plakalar arasındaki potansiyel farktaki bir değişiklikten kaynaklanan bir "önyargı akımı" da vardır. Plakalar arasında parçacık hareketi olmaz, ancak akım kapasitörden geçer.

Elektrik devreleri teorisinde akım, bir elektrik alanının etkisi altında iletken bir ortamda yük taşıyıcıların yönlendirilmiş hareketi olarak kabul edilir.

İletim akımı (sadece akım), elektrik devreleri teorisinde, bir telin enine kesitinden birim zamanda akan elektrik miktarıdır: i = q /T, burada i - akım. A; q = 1.6·109 — elektron yükü, С; t — zaman, s.

Bu ifade DC devreler için geçerlidir. Alternatif akım devreleri için, sözde Yükün zaman içindeki değişim hızına eşit anlık akım değeri: i(t) = dq /dt.

Ele alınan tipte bir elektrik akımının uzun süreli varlığının ilk koşulu, yük taşıyıcıları arasındaki potansiyel farkı koruyan bir kaynağın veya jeneratörün varlığıdır. İkinci koşul ise yolun kapatılmasıdır. Özellikle, bir doğru akımın var olması için, yüklerin devrede değerlerini değiştirmeden hareket edebilecekleri kapalı bir yolun olması gerekir.

Bildiğiniz gibi, elektrik yüklerinin korunumu yasasına göre yaratılamaz veya yok edilemezler. Bu nedenle, elektrik akımının aktığı herhangi bir hacim kapalı bir yüzeyle çevriliyse, o hacimde akan akım, oradan çıkan akıma eşit olmalıdır.

Bu konuda daha fazlası: Elektrik akımının varlığı için koşullar

Elektrik akımının aktığı kapalı yola elektrik devresi veya elektrik devresi denir. Elektrik devresi — iki kısma ayrılır: elektrik yüklü parçacıkların elektrostatik kuvvetlerin yönüne karşı hareket ettiği iç kısım ve bu parçacıkların elektrostatik kuvvetler yönünde hareket ettiği dış kısım. Dış devrenin bağlı olduğu elektrotların uçlarına kelepçe denir.

Bu nedenle, bir elektrik devresinin bir bölümünde bir elektrik alanı veya bir tel üzerindeki iki nokta arasında bir potansiyel farkı göründüğünde bir elektrik akımı oluşur. İki nokta arasındaki potansiyel fark elektrik devresi devrenin o bölümündeki gerilim veya gerilim düşümü olarak adlandırılır.

"Akım" ("mevcut miktar") terimi yerine genellikle "akım gücü" terimi kullanılır.Bununla birlikte, ikincisi başarılı olarak adlandırılamaz, çünkü akım gücü kelimenin tam anlamıyla herhangi bir kuvvet değildir, ancak yalnızca iletkendeki elektrik yüklerinin hareket yoğunluğu, çaprazdan birim zamanda geçen elektrik miktarıdır. iletkenin kesit alanı.
Akım karakterize edilir amperajSI sisteminde amper (A) olarak ölçülen , ve SI sisteminde metrekare başına amper olarak ölçülen akım yoğunluğu.

Bir amper, bir coulomb (C) miktarındaki bir elektrik yükünün bir saniyede (s) telin enine kesitindeki hareketine karşılık gelir:

1A = 1C/s.

Genel durumda, akımı i harfi ve q yükü ile ifade ederek şunu elde ederiz:

ben = dq / dt.

Akımın birimi amper (A) olarak adlandırılır.

Amper (A) - birbirinden 1 m mesafede bir vakumda bulunan sonsuz uzunlukta ve ihmal edilebilir enine kesite sahip iki paralel düz iletkenden geçerken bu iletkenler arasında 2.10 oluşturan doğru akımın gücü Her metre uzunluk için -7 H .

Telin kesitinden 1 saniyede 1 coulomb'a eşit bir elektrik yükü geçerse, teldeki akım 1 A'dır.

Pirinç. 1. Bir iletkendeki elektronların yönlü hareketi

Tel üzerine bir voltaj etki ederse, telin içinde bir elektrik alanı oluşur. Alan şiddeti E ile, e yüklü elektronlara f = Ee kuvveti etki eder. e ve E büyüklükleri vektörel büyüklüklerdir. Serbest yol sırasında, elektronlar kaotik bir hareketle birlikte yönlendirilmiş bir hareket kazanırlar. Her elektron negatif bir yüke sahiptir ve E vektörünün karşısındaki hız bileşenini alır (Şekil 1). Elektronların belirli bir ortalama hızı vcp ile karakterize edilen sıralı hareket, elektrik akımının akışını belirler.

Elektronlar seyreltilmiş gazlarda yönlendirilmiş harekete sahip olabilir. Elektrolitlerde ve iyonize gazlarda akım esas olarak iyonların hareketinden kaynaklanır. Elektrolitlerde pozitif yüklü iyonların pozitif kutuptan negatif kutba hareket etmesi gerçeğiyle tutarlı olarak, tarihsel olarak akımın yönünün elektron akış yönünün tersi olduğu varsayılmıştır.

Akımın yönü, pozitif yüklü parçacıkların hareket ettiği yön olarak alınır, yani elektron hareketinin tersi yön.
Elektrik devreleri teorisinde, pasif bir devredeki (enerji kaynaklarının dışında) akımın yönü, pozitif yüklü parçacıkların daha yüksek bir potansiyelden daha düşük bir potansiyele doğru hareket yönü olarak alınır. Bu yön, elektrik mühendisliğinin gelişiminin en başında alındı ​​​​ve yük taşıyıcıların gerçek hareket yönüyle çelişiyor - iletken ortamda eksiden artıya hareket eden elektronlar.

Elektrolitteki elektrik akımının ve iletkendeki serbest elektronların yönü

Akımın S kesit alanına oranına eşit olan miktara akım yoğunluğu denir: I / S

Bu durumda, akımın telin enine kesitine eşit olarak dağıldığı varsayılır. Tellerdeki akım yoğunluğu genellikle A / mm2 olarak ölçülür.

Elektrik yüklerinin taşıyıcılarının türüne ve hareket ortamlarına göre, bunlar ayrılırlar iletken akımlar ve yer değiştirme akımları... İletkenlik elektronik ve iyonik olarak ikiye ayrılır. Sabit modlar için iki tür akım ayırt edilir: doğrudan ve alternatif.

Elektrik çarpmasının transferi, elektrik yüklerinin boş uzayda hareket eden yüklü parçacıklardan veya cisimlerden aktarılması olgusu olarak adlandırılır.Ana elektrik akımı transferi türü, temel yüklü parçacıkların boşluğundaki hareket (serbest elektronların elektron tüplerinde hareketi), serbest iyonların gaz deşarj cihazlarında hareketidir.

Yer değiştirme akımı (polarizasyon akımı), ilgili elektrik yükü taşıyıcılarının düzenli hareketi olarak adlandırılır. Bu tür akım dielektriklerde gözlemlenebilir.

Toplam elektrik akımı — söz konusu yüzey boyunca elektrik iletim akımı, elektrik transfer akımı ve elektrik yer değiştirme akımının toplamına eşit bir skaler değer.

Sabit, büyüklüğü değişebilen, ancak işaretini keyfi olarak uzun süre değiştirmeyen bir akım olarak adlandırılır. Bununla ilgili daha fazla bilgiyi buradan okuyun: DC

Mıknatıslanma akımı — manyetize edilmiş maddelerin içsel bir manyetik alanının varlığının nedeni olan sabit bir mikroskobik (amper) akım.

Hem büyüklüğü hem de işareti periyodik olarak değişen akım adı verilen değişkenler. Alternatif akımı karakterize eden miktar, gücünün periyodik olarak değişmesi durumunda frekanstır (SI sisteminde hertz cinsinden ölçülür).

Telin yüzeyi üzerinde yüksek frekanslı bir alternatif akım kaydırılır. Yüksek frekanslı akımlar, makine mühendisliğinde parça yüzeylerinin ısıl işlemi ve kaynak için, metalurjide metalleri eritmek için kullanılır. Alternatif akımlar sinüzoidal ve sinüzoidal olmayan olarak ayrılır… Sinüzoidal akım, bir harmonik yasasına göre değişen bir akımdır:

ben = günah ağırlık,

Neredeyim, - tepe (en yüksek) akım değeri, Ah,

Alternatif akımın değişim oranı, onun ile karakterize edilir. sıklık, birim zaman başına tam tekrarlayan salınımların sayısı olarak tanımlanır.Frekans, f harfi ile gösterilir ve hertz (Hz) cinsinden ölçülür. Yani 50 Hz'lik bir şebeke akım frekansı, saniyede 50 tam salınıma karşılık gelir. Açısal frekans w, saniyedeki radyan cinsinden akım değişim oranıdır ve basit bir ilişkiyle frekansla ilişkilidir:

w = 2pif

Doğru ve alternatif akımların sabit (sabit) değerleri, büyük harf I ile sabit olmayan (anlık) değerler - i harfi ile anlamına gelir. Genellikle akımın pozitif yönü, pozitif yüklerin hareket yönüdür.

Alternatif akım Zamanla sinüzoidal yasaya göre değişen bir akımdır.

Alternatif akım aynı zamanda geleneksel tek fazlı ve üç fazlı şebekelerdeki akım anlamına gelir. Bu durumda alternatif akımın parametreleri harmonik yasasına göre değişir.

AC akımı zamanla değiştiğinden, DC devrelere uygun basit çözümler burada doğrudan uygulanamaz. Çok yüksek frekanslarda, yükler salınım yapabilir - devrede bir yerden diğerine akabilir ve tekrar geri dönebilir. Bu durumda DC devrelerinden farklı olarak seri bağlı kablolardaki akımlar eşit olmayabilir.

AC devrelerinde bulunan kapasitanslar bu etkiyi arttırır. Ek olarak, akım değiştiğinde, yüksek endüktanslı bobinler kullanıldığında düşük frekanslarda bile önemli hale gelen kendi kendine endüksiyon etkileri hissedilir.

Nispeten düşük frekanslarda, AC devresi şu şekilde hesaplanabilir: Kirchhoff'un kurallarıancak buna göre değiştirilmesi gerekir.

Çeşitli dirençler, indüktörler ve kondansatörler içeren bir devre, seri bağlı genelleştirilmiş bir direnç, kondansatör ve indüktör olarak düşünülebilir.

Sinüzoidal bir alternatif akım üretecine bağlı böyle bir devrenin özelliklerini göz önünde bulundurun. Alternatif devreleri hesaplamak için kuralları formüle etmek için, böyle bir devrenin bileşenlerinin her biri için voltaj düşüşü ile akım arasındaki ilişkiyi bulmanız gerekir.

kondansatör AC ve DC devrelerinde tamamen farklı roller oynar. Örneğin devreye bir elektrokimyasal hücre bağlıysa, o zaman kondansatör şarj olmaya başlayacakiçindeki voltaj, elemanın emf'sine eşit olana kadar. Daha sonra şarj duracak ve akım sıfıra düşecektir.

Devre bir alternatöre bağlıysa, o zaman bir yarım döngüde elektronlar kapasitörün sol plakasından akacak ve sağda ve diğerinde - tam tersi birikecektir.

Bu hareketli elektronlar, gücü kapasitörün her iki tarafında eşit olan alternatif bir akım oluşturur. AC frekansı çok yüksek olmadığı sürece, direnç ve indüktörden geçen akım da aynıdır.

Alternatif akım tüketen cihazlarda, alternatif akım genellikle düzeltilir redresörler Doğru akım elde etmek için.

Elektrik akımı için iletkenler

Elektrik akımının tüm biçimleri, kapalı hidrolik sistemlerdeki sıvıların akışına benzer kinetik bir olgudur. Benzer şekilde, akım hareketi sürecine "akış" (akım akar) denir.

İçinden akım geçen maddeye denir kondüktör… Bazı malzemeler düşük sıcaklıklarda süper iletkenliğe geçer. Bu durumda akıma karşı hemen hemen hiç direnç göstermezler, dirençleri sıfır olma eğilimindedir.

Diğer tüm durumlarda, iletken akım akışına direnir ve sonuç olarak elektrik parçacıklarının enerjisinin bir kısmı ısıya dönüştürülür.Amperaj şu şekilde hesaplanabilir: Ohm Yasası devrenin kesiti için ve tüm devre için Ohm yasası.

Tellerdeki parçacıkların hareket hızı, telin malzemesine, parçacığın kütlesine ve yüküne, ortamın sıcaklığına, uygulanan potansiyel farkına bağlıdır ve ışık hızından çok daha küçüktür. Bununla birlikte, elektrik akımının yayılma hızı, belirli bir ortamdaki ışığın hızına, yani bir elektromanyetik dalganın cephesinin yayılma hızına eşittir.

Elektrik insan vücudunu nasıl etkiler?

İnsan veya hayvan vücudundan geçen akım elektrik yanıklarına, fibrilasyona veya ölüme neden olabilir. Öte yandan elektrik akımı yoğun bakımda, özellikle depresyon başta olmak üzere ruhsal hastalıkların tedavisinde, beynin belirli bölgelerinin elektrikle uyarılmasıyla Parkinson hastalığı ve epilepsi gibi hastalıkların tedavisinde kullanılır, kalp kasını atımlı olarak uyaran bir kalp pili. akım bradikardi için kullanılır. İnsanlarda ve hayvanlarda, sinir uyarılarını iletmek için akım kullanılır.

Güvenlik nedeniyle, bir kişi için minimum alıcı akım 1 mA'dır. Akım, yaklaşık 0,01 A'lık bir güçten başlayarak bir kişinin hayatı için tehlikeli hale gelir. Akım, yaklaşık 0,1 A'lık bir güçten başlayarak bir kişi için ölümcül hale gelir. 42 V'tan düşük bir voltaj güvenli kabul edilir.