Mikä on sähkövirta? Sähkövirran olemassaolon edellytykset: ominaisuudet ja toiminnot

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Sähkövirta on liikkeessä oleva sähkövaraus. Se voi ilmetä staattisen sähkön äkillisen purkauksen, kuten salaman, muodossa. Tai se voi olla kontrolloitu prosessi generaattoreissa, akuissa, aurinko- tai polttokennoissa. Tänään tarkastelemme "sähkövirran" käsitettä ja sähkövirran olemassaolon ehtoja.

Sähköenergia

Suurin osa käyttämästämme sähköstä tulee vaihtovirran muodossa sähköverkosta. Sen luovat generaattorit, jotka toimivat Faradayn induktiolain mukaan, minkä ansiosta muuttuva magneettikenttä voi indusoida sähkövirran johtimeen.

Generaattoreissa on pyörivät lankakelat, jotka kulkevat magneettikenttien läpikierto. Kun käämit pyörivät, ne avautuvat ja sulkeutuvat suhteessa magneettikenttään ja muodostavat sähkövirran, joka muuttaa suuntaa jokaisella kierroksella. Virta kulkee täyden syklin läpi eteen- ja taaksepäin 60 kertaa sekunnissa.

Generaattoreita voidaan käyttää höyryturbiineilla, jotka lämmitetään hiilellä, maakaasulla, öljyllä tai ydinreaktorilla. Generaattorista virta kulkee muuntajien sarjan läpi, jossa sen jännite kasvaa. Johtojen halkaisija määrittää virran määrän ja voimakkuuden, jonka ne voivat kuljettaa ilman ylikuumenemista ja tehon tuhlaamista, ja jännitettä rajoittaa vain se, kuinka hyvin johdot on eristetty maasta.

On mielenkiintoista huomata, että virta kulkee vain yhdellä johdolla, ei kahdella. Sen kaksi puolta on merkitty positiivisiksi ja negatiivisiksi. Koska vaihtovirran napaisuus kuitenkin muuttuu 60 kertaa sekunnissa, niillä on muut nimet - kuuma (runkojohdot) ja maadoitettu (kulkee maan alle piirin täydentämiseksi).

Mihin tarvitsemme sähköä?

Sähköllä on monia käyttötarkoituksia: se voi valaista kotisi, pestä ja kuivata vaatteesi, nostaa autotallin ovea, keittää vettä vedenkeittimessä ja antaa virtaa muihin kodin esineisiin, jotka helpottavat elämäämme paljon. Virran kyvystä välittää tietoa on kuitenkin tulossa yhä tärkeämpää.

Tietokone käyttää Internetiä yhdistäessään vain pienen osan sähkövirrasta, mutta ilman tätä nykyihminenei voi kuvitella elämäänsä.

Sähkövirran käsite

Kuten jokivirta, vesimolekyylien virtaus, sähkövirta on varautuneiden hiukkasten virtaa. Mistä se johtuu, ja miksi se ei aina mene samaan suuntaan? Kun kuulet sanan virtaus, mitä ajattelet? Ehkä siitä tulee joki. Se on hyvä yhdistys, koska siitä syystä sähkövirta on saanut nimensä. Se on hyvin samanlainen kuin veden virtaus, vain sen sijaan, että vesimolekyylit liikkuisivat kanavaa pitkin, varautuneet hiukkaset liikkuvat johdinta pitkin.

Sähkövirran olemassaolon edellytysten joukossa on erä, joka mahdollistaa elektronien läsnäolon. Johtavan materiaalin atomeissa on monia näitä vapaita varautuneita hiukkasia, jotka kelluvat atomien ympärillä ja välillä. Niiden liike on satunnaista, joten virtausta ei ole mihinkään tiettyyn suuntaan. Mitä sähkövirran olemassaolo vaatii?

Sähkövirran olemassaolon ehtoihin kuuluu jännitteen olemassaolo. Kun ne kohdistetaan johtimeen, kaikki vapaat elektronit liikkuvat samaan suuntaan luoden virran.

Utelias sähkövirrasta

Mielenkiintoista on, että kun sähköenergiaa välitetään johtimen läpi valonnopeudella, elektronit itse liikkuvat paljon hitaammin. Itse asiassa, jos kävelisit verkkaisesti johtavan johdon vieressä, nopeudesi olisi 100 kertaa suurempi kuinelektronit liikkuvat. Tämä johtuu siitä, että niiden ei tarvitse matkustaa v altavia matkoja siirtääkseen energiaa toisilleen.

Tasa- ja vaihtovirta

Nykyään käytetään laaj alti kahta erilaista virtaa - suoraa ja vaihtovirtaa. Ensimmäisessä elektronit liikkuvat yhteen suuntaan, "negatiiviselta" puolelta "positiiviselle" puolelle. Vaihtovirta työntää elektroneja edestakaisin ja muuttaa virtauksen suuntaa useita kertoja sekunnissa.

Voimalaitoksissa sähköntuotantoon käytettävät generaattorit on suunniteltu tuottamaan vaihtovirtaa. Et luultavasti ole koskaan huomannut, että talosi valo todella välkkyy virran suunnan muuttuessa, mutta se tapahtuu liian nopeasti, jotta silmät eivät tunnista sitä.

Mitkä ovat edellytykset tasavirran olemassaololle? Miksi tarvitsemme molempia tyyppejä ja kumpi on parempi? Nämä ovat hyviä kysymyksiä. Se, että käytämme edelleen molempia virtatyyppejä, viittaa siihen, että ne molemmat palvelevat tiettyjä tarkoituksia. Jo 1800-luvulla oli selvää, että tehokas voimansiirto pitkiä matkoja voimalaitoksen ja talon välillä oli mahdollista vain erittäin korkeilla jännitteillä. Mutta ongelmana oli, että todella korkean jännitteen lähettäminen oli erittäin vaarallista ihmisille.

Ratkaisu tähän ongelmaan oli vähentää stressiä kodin ulkopuolella ennen sen lähettämistä sisälle. Tähän päivään asti tasavirtaa käytetään siirtämään suuriaetäisyys, pääasiassa sen kyvyn vuoksi muuntaa helposti muihin jännitteisiin.

Kuinka sähkövirta toimii

Sähkövirran olemassaolon ehtoja ovat varautuneiden hiukkasten, johtimen ja jännitteen esiintyminen. Monet tiedemiehet ovat tutkineet sähköä ja havainneet, että sitä on kahta tyyppiä: staattinen ja virta.

Se on toinen, jolla on v altava rooli jokaisen ihmisen jokapäiväisessä elämässä, koska se on sähkövirta, joka kulkee piirin läpi. Käytämme sitä päivittäin kodin sähkönlähteenä ja paljon muuta.

Mikä on sähkövirta?

Kun sähkövaraukset kiertävät piirissä paikasta toiseen, syntyy sähkövirtaa. Sähkövirran olemassaolon ehtoihin kuuluu varautuneiden hiukkasten lisäksi johtimen läsnäolo. Useimmiten se on lanka. Sen piiri on suljettu piiri, jossa virta kulkee virtalähteestä. Kun piiri on auki, hän ei voi suorittaa matkaa loppuun. Esimerkiksi kun huoneesi valo on sammunut, piiri on auki, mutta kun piiri on kiinni, valo palaa.

Nykyinen teho

Sähkövirran olemassaolon olosuhteisiin johtimessa vaikuttaa suuresti sellainen jänniteominaisuus kuin teho. Tämä on mitta siitä, kuinka paljon tehoa käytetään tietyn ajanjakson aikana.

On olemassa monia erilaisia yksiköitä, joihin voidaan käyttäätämän ominaisuuden ilmaisuja. Sähköteho mitataan kuitenkin lähes watteina. Yksi watti vastaa yhtä joulea sekunnissa.

Sähkövaraus liikkeessä

Mitkä ovat edellytykset sähkövirran olemassaololle? Se voi ilmetä äkillisenä staattisen sähkön purkauksena, kuten salamana tai kipinänä villakankaan kitkasta. Kuitenkin useammin kun puhumme sähkövirrasta, tarkoitamme kontrolloidumpaa sähkön muotoa, joka saa valot ja laitteet toimimaan. Suurimman osan sähkövarauksesta kuljettavat atomin negatiiviset elektronit ja positiiviset protonit. Jälkimmäiset ovat kuitenkin enimmäkseen immobilisoituneita atomiytimien sisällä, joten elektronit tekevät varauksen siirtämisen paikasta toiseen.

Elektronit johtavassa materiaalissa, kuten metallissa, voivat suurelta osin liikkua vapaasti atomista toiseen johtavuuskaistojaan pitkin, jotka ovat korkeampia elektronien kiertoradat. Riittävä sähkömotorinen voima tai jännite luo varausepätasapainon, joka voi saada elektronit liikkumaan johtimen läpi sähkövirtana.

Jos vedämme analogian veden kanssa, ota esimerkiksi putki. Kun avaamme venttiilin toisessa päässä päästääksemme veden sisään putkeen, meidän ei tarvitse odottaa, että vesi valuu tiensä putken päähän asti. Saamme vettä toisesta päästä melkein välittömästi, koska sisään tuleva vesi työntää jo putkessa olevaa vettä. Näin tapahtuu, kun johdossa on sähkövirta.

Sähkövirta: sähkövirran olemassaolon ehdot

Sähkövirtaa pidetään yleensä elektronien virtana. Kun akun kaksi päätä on liitetty toisiinsa metallilangalla, tämä ladattu massa virtaa johtimen läpi akun toisesta päästä (elektrodista tai navasta) vastakkaiseen. Nimetään siis sähkövirran olemassaolon ehdot:

1. Ladattuja hiukkasia.
2. Explorer.
3. Jännitelähde.

Kaikki ei kuitenkaan ole niin yksinkertaista. Mitä ehtoja tarvitaan sähkövirran olemassaoloon? Tähän kysymykseen voidaan vastata yksityiskohtaisemmin katsomalla seuraavia ominaisuuksia:

• Potentiaaliero (jännite). Tämä on yksi edellytyksistä. Kahden pisteen välillä on oltava potentiaaliero, mikä tarkoittaa, että varautuneiden hiukkasten yhdessä paikassa synnyttämän hylkimisvoiman on oltava suurempi kuin niiden voiman toisessa pisteessä. Jännitelähteitä ei pääsääntöisesti esiinny luonnossa, ja elektronit jakautuvat ympäristöön melko tasaisesti. Siitä huolimatta tiedemiehet onnistuivat keksimään tietyn tyyppisiä laitteita, joihin nämä ladatut hiukkaset voivat kerääntyä ja luoda siten erittäin tarpeellisen jännitteen (esimerkiksi akuissa).
• Sähkövastus (johdin). Tämä on toinen tärkeä ehto, joka on välttämätön sähkövirran olemassaololle. Tämä on reitti, jota pitkin varautuneet hiukkaset kulkevat. Vain ne materiaalit, jotka mahdollistavat elektronien vapaan liikkumisen, toimivat johtimina. Samat klojoilla ei ole tätä kykyä, kutsutaan eristeiksi. Esimerkiksi metallilanka on erinomainen johdin, kun taas sen kumivaippa on erinomainen eriste.

Tutkittuaan tarkasti sähkövirran syntymisen ja olemassaolon olosuhteet ihmiset pystyivät kesyttämään tämän voimakkaan ja vaarallisen alkuaineen ja ohjaamaan sen ihmiskunnan hyödyksi.