Що таке постійний і змінний струм

Рух електронів в провіднику

Щоб розуміти що таке струм і звідки він береться, потрібно мати трохи знань про будову атомів і законах їх поведінки. Атоми складаються з нейтронів (з нейтральним зарядом), протонів (позитивний заряд) і електронів (негативний заряд).

Електричний струм виникає в результаті спрямованого переміщення протонів і електронів, а також іонів. Як можна спрямувати рух цих частинок? Під час будь-якої хімічної операції електрони «відриваються» і переходять від одного атома до іншого.

Ті атоми, від яких «відірвався» електрон стають позитивно зарядженим (аніони), а ті до яких приєднався - негативно зарядженими і називаються катіонами. В результаті цих «перебігання» електронів виникає електричний струм.

Природно, цей процес не може тривати вічно, електричний струм зникне коли всі атоми системи стабілізуються і будуть мати нейтральних заряд (відмінний побутовий приклад - звичайна батарейка, яка «сідає» в результаті закінчення хімічної реакції).

Стародавні греки першими помітили цікаве явище: якщо потерти камінь бурштину про вовняну тканину, то він починає притягувати дрібні предмети. Наступні кроки почали робити вчені та винахідники епохи ренесансу, які побудували кілька цікавих пристроїв, які демонстрували це явище.

Новим етапом вивчення електрики стали роботи американця Бенджаміна Франкліна, зокрема його досліди з Лейденовской банкою - першим у світі ЕЛЕКТРОКОНДЕНСАТОР.

Саме Франклін ввів поняття позитивних і негативних зарядів, а також він придумав громовідвід. І нарешті, вивчення електроструму стало точною наукою після опису закону Кулона.

Основні закономірності і сили в електричному струмі

Закон Ома - його формула описує взаємозв'язок сили, напруги і опору. Відкрито в 19м столітті німецьким вченим Георгом Симоном Омом. Одиниця виміру електроопору названа в його честь. Його відкриття були дуже корисні безпосередньо для практичного використання.

Закон Джоуля - Ленца говорить, що на будь-якій ділянці електричного кола відбувається робота. В результаті цієї роботи нагрівається провідник. Такий тепловий ефект часто використовується на практиці в інженерії і техніці (відмінний приклад - лампа розжарювання).

Рух зарядів при цьому відбувається робота

Ця закономірність отримала таку назву тому що відразу 2 вчених приблизно одночасно і незалежно, вивели її за допомогою дослідів
закону електромагнітної індукції .

На початку 19-го століття британський учений Фарадей здогадався, що змінюючи кількість ліній індукції, що пронизують поверхню обмежену замкнутим контуром, можна зробити індукційний струм. Сторонні сили, що діють на вільні частки, називають електрорушійної силою (ЕРС індукції).

Різновиди, характеристики і одиниці виміру

Електричний струм може бути або змінним, або постійним.

Постійний електрострум - це струм, який не змінює свій напрямок і знак в часі, проте він може міняти свою величину. Постійний електрострум в якості джерела найчастіше використовує гальванічні елементи.

Змінним називається той, який змінює напрямок і знак згідно із законом косинуса. Його характеристикою є частота. Одиниці виміру в системі СІ - Герци (Гц).

В останні десятиліття дуже велике поширення отримав трифазний струм. Це вид змінного струму, який включає в себе 3 ланцюга. У цих ланцюгах діє змінні ЕРС однакової частоти, але розгорнуті по фазі одна відносно іншої на третину періоду. Фазою називають кожну окрему електроланцюг.

Майже всі сучасні генератори виробляють трифазний електрострум.

• Сила і кількість струму

Сила струму залежить від величини заряду, що протікає в електроланцюзі за одиницю часу. Сила струму це відношення електрозарядов, що проходить крізь перетин провідника, до часу його проходження.

В системі СІ одиниця вимірювання сили заряду - кулон (Кл), часу - секунда (с). У підсумку отримуємо Кл / с, цю одиницю називають Ампер (A). Вимірюється сила електроструму за допомогою приладу - амперметра.

Напруга - це співвідношення роботи до величини заряду. Робота вимірюється в джоулях (Дж), заряд в кулонах. Дана одиниця називається Вольт (В).

• електричний опір

Показання амперметра на різних провідниках дають різні значення. А для того щоб заміряти потужність електричного кола довелося б використовувати 3 приладу. Явище пояснюється тим, що у кожного провідника різна провідність. Одиниця виміру називається Ом і позначається латинською буквою R. Опір також залежить і від довжини провідника.

• електрична ємність

Два провідника, які ізольовані один від другого, можуть накопичувати електричні заряди. Дане явище характеризується фіз. величиною, яку називають електричної ємністю. Її одиницею виміру - фарад (Ф).

• Потужність і робота електричного струму

Робота електроструму на конкретній ділянці ланцюга дорівнює перемножування напруги струму на силу і час. Напруга міряють вольтами, силу амперами, час секундами. Одиницею вимірювання роботи взяли джоуль (Дж).

Потужність електроструму - це відношення роботи до часу її здійснення. Потужність позначають буквою P і вимірюють ватами (Вт). Формула потужності дуже проста: Сила струму помножена на напругу струму.

Існує також одиниця іменована ват-година. Її не слід плутати з ватами, це 2 різні фізичні величини. У ватах вимірюють потужність (швидкість споживання або передачі енергії), а в ват-годинах виражається енергія вироблена за конкретний час. Це вимір часто застосовують щодо побутових електроприладів.

Наприклад, лампа потужність якої дорівнює 100 Вт працювала протягом однієї години, то вона спожила 100 Вт * год, а лампочка потужність якої 40 ват споживе стільки ж електроенергії за 2.5 години.

Для того, щоб заміряти потужність електричного кола використовують ватметр

Який вид струму ефективніше і яка між ними різниця?

Постійний електрострум легко використовувати в разі паралельного підключення генераторів, для змінного необхідна синхронізація генератора і енергосистеми.

В історії відбулася подія під назвою «Війна струмів». Ця «війна» сталася між двома геніальними винахідниками - Томасом Едісоном і Ніколою Тесла. Перший підтримував і активно просував постійний електрострум, а другий змінний. «Війна» закінчилася перемогою Тесли в 2007 році, коли Нью-Йорк остаточно перейшов на змінний.

Різниця в ефективності передачі енергії на відстані виявилося величезною на користь змінного струму. Постійний електрострум неможливо використовувати, якщо станція знаходяться далеко від споживача.

Але постійний все одно знайшов сферу застосування: він широко використовується в електротехніці, гальванізації, деяких видах зварювання. Також постійний електрострум отримав дуже велике поширення в сфері міського транспорту (тролейбуси, трамваї, метро).

Природно, не буває поганих або хороших струмів, у кожного виду є свої переваги і недоліки, найголовніше - правильно їх використовувати.