Ponai, sveiki visi!

Šiandien kalbėsime apie tokią esminę fizikos sąvoką apskritai ir ypač elektroniką srovės stiprumas. Kiekvienas iš jūsų tikriausiai ne kartą girdėjote šį terminą. Šiandien mes stengsimės tai suprasti šiek tiek geriau.

Šiandien pirmiausia kalbėsime apie DC. Tai yra apie kažką, kurio stiprumas ir kryptis visą laiką yra pastovūs. Gerbiami ponai, gali pradėti gilintis į šį reikalą – ką reiškia „visą laiką“? Tokio termino nėra. Į tai galime atsakyti, kad dabartinė vertė neturėtų keistis per visą laiką pastebėjimai.

Taigi, dabartinė. Srovės stiprumas. Kas tai yra? Viskas gana paprasta. Srovė yra kryptingas įkrautų dalelių judėjimas. Atkreipkite dėmesį, ponai, tai nukreiptas. Atsitiktinis – terminis – judėjimas, iš kurio elektronai metale ar jonai skystyje/dujose veržiasi pirmyn ir atgal, mus mažai domina. Bet jei ant šio atsitiktinio judėjimo pridedate visų dalelių judėjimą viena kryptimi, tai yra visiškai kitoks kalikonas.

Kokios gali būti įkrautos dalelės? Apskritai, nesvarbu, kas tai yra, nesvarbu. Teigiami jonai, neigiami jonai, elektronai – nesvarbu. Jeigu turime nukreiptą šių gerbiamų bendražygių judėjimą, vadinasi, yra elektros srovė.

Akivaizdu, kad srovė turi tam tikrą kryptį. Už srovės kryptisĮprasta priimti teigiamų dalelių judėjimą. Tai yra, nors elektronai eina nuo minuso iki pliuso, manoma, kad šiuo atveju srovės kryptis yra priešinga - nuo pliuso iki minuso. Taip viskas susukta. Ką tu padarysi – duoklė tradicijai.

Scheminis srovės laidininko vaizdas parodytas 1 paveiksle.

1 pav. Scheminis srovės laidininko vaizdas

Įsivaizduokime debesį su uodais. Taip, aš žinau, bjaurios būtybės, o debesis paprastai yra kažkoks siaubas. Bet vis tiek, slopindami pasibjaurėjimą, bandysime juos įsivaizduoti. Taigi, šiame debesyje kiekvienas bjaurus uodas skrenda pats. Tai netvarkingas judėjimas. Dabar įsivaizduokime gelbstintį vėją. Jis kartu nuneša visą šią uodų minią viena kryptimi, tikėkimės, toliau nuo mūsų. Tai yra nukreiptas judėjimas. Pakeitę uodus elektronais, o vėją kažkokia paslaptinga varomąja jėga, apskritai gauname kažkokią analogiją su elektros srove.

Dažniausiai yra srovė, kurią sukelia elektronų judėjimas. Taip, draugai, visą gyvenimą esame apsupti prastos elektronikos, verčiamos kryptingai judėti, galima sakyti, formacijose, veikiami prievartinės jėgos. Jie eina palei elektros linijas, visuose mūsų lizduose, visuose mūsų išmaniuosiuose įrenginiuose – kompiuteriuose, nešiojamuosiuose kompiuteriuose, išmaniuosiuose telefonuose ir veikia kaip tėtis Carlo, kad palengvintų mūsų sunkų gyvenimą ir pripildytų jį malonumų.

Uodai yra uodai, tai viskas puiku, bet atėjo laikas formaliems apibrėžimams.

Taigi, ponai, srovės stipris – tai krūvio Δq, kuris per tam tikrą laidininko S skerspjūvį perduodamas per laiką ∆t, santykis. Srovės stiprumas matuojamas, kaip daugelis jau žino, amperais. Taigi - srovė laidininke yra lygi 1 Amperui, jei per 1 sekundę per šį laidininką praeina 1 kulonas.

"Puiku!" - sušuks mielas skaitytojas. O ką man daryti su šia formule?!! Na, gerai, aš turiu chronometrą savo iPhone, aš nustatysiu jo laiką. O kaip dėl mokesčio? Ar turėčiau suskaičiuoti elektronų skaičių laidoje ir tada padauginti iš vieno elektrono krūvio, laimei, tai žinomas dydis, kad nustatyčiau srovę?!

Ramiai, ponai! Visko bus. Neskubėk. Kol kas tiesiog prisiminkite, kad buvo kažkokia formulė. Tada paaiškėja, kad su jo pagalba galite apskaičiuoti keletą puikių dalykų, pavyzdžiui, įkrauti kondensatorius ir daug daugiau.

Na, o kol kas... Kol kas galite paimti ampermetrą, su lempute pamatuoti srovę grandinėje ir sužinoti, kiek krūvio kas sekundę nuteka per laidininko skerspjūvį q = I t = I 1c = I.

Taip, kas sekundę laidininko skerspjūviu teka srovei lygus krūvis. Dabar galite šią reikšmę padauginti iš elektrono krūvio (tiems, kurie pamiršo, primenu, kad jis yra lygus) ir sužinoti, kiek elektronų veikia grandinėje. Gali kilti klausimų – kodėl? Autoriaus atsakymas skirtas tik pramogai. Vargu ar iš to gausite kokios nors praktinės naudos. Jei tik pamaloninsi savo mokytoją. Ši problema yra grynai akademinė.

Gali kilti klausimas – kaip ampermetras matuoja srovę? Ar jis skaičiuoja elektronus? Žinoma, ne, ponai. Štai mes turime netiesioginis matavimai. Jie yra pagrįsti magnetiniu srovės poveikiu senamadiškuose analoginiuose ampermetruose arba Ohmo dėsniu – paverčiant žinomą varžą tekančią srovę į įtampą ir ją apdorojant – visuose šiuolaikiniuose multimetruose. Bet daugiau apie tai šiek tiek vėliau.

Dabar pateiksiu šį skaičiavimą. Tai gana paprasta ir turėtų būti virškinama net humanistams. Jei turite individualų matano netoleravimą, galite tiesiog pažvelgti į rezultatą.

Prisiminkime savo pareigas ∆q kuris praeina laikui bėgant ∆t per laidininko skerspjūvį ∆S apie kurį kalbėjome kiek aukščiau. Kaip tikri matematikai, sukomplikuosime iki gėdos, kad tik įtempus smegenis būtų aišku, jog užrašėme tapatybę.

Ponai, nuoširdžiai, jokios apgaulės. e - elektronų krūvis, n - elektronų koncentracija, tai yra vienetų skaičius viename kubiniame metre, v − elektronų judėjimo greitis. Tai akivaizdu v∙∆t∙∆S – iš esmės tai yra tūris, kuriuo elektronai keliaus. Koncentraciją padauginame iš tūrio – gauname gabalėlius, kiek gabalėlių elektronų praėjo. Padauginame gabalus iš vieno elektrono krūvio - gauname bendrą krūvį, einantį per skerspjūvį. Aš tau sakiau, kad viskas buvo sąžininga!

Pateikiame srovės tankio sąvoką. Nuobodžiai, kurie jau ką nors apie tai skaitė, dabar sušuks – taip, tai vektorinis dydis! Aš nesiginčiju, ponai, tai vektorius. Tačiau norėdami supaprastinti ir taip sunkų gyvenimą, manysime, kad srovės tankio vektoriaus kryptis sutampa su laidininko ašimi, o tai atsitinka daugeliu atvejų. Todėl vektoriai iš karto tampa skaliarais. Grubiai tariant, srovės tankis yra amperų skaičius vienam kvadratiniam metrui laidininko skerspjūvio. Akivaizdu, kad norint tai padaryti, reikia padalyti srovę iš ploto. Turime

Dabar, tikiuosi, aišku, kodėl taip pakeitėme formulę? Norėdami sumažinti daugybę dalykų!

Prisimename pagrindinį dalyką – ieškome greičio. Išreikškime tai:

Viskas būtų gerai, bet koncentracijos dar nežinome. Prisiminkime chemiją. Buvo tokia formulė

Kur ρ=8900 kg/m 3- vario tankis, N A =6·10 23 Avogadro numeris M = 0,0635 kg/mol- molinė masė.

Ponai, tikiuosi, nereikės aiškinti, iš kur atsirado ši formulė. Jei atvirai, man nelabai sekasi chemija. Nors mokykloje mokiausi 11 metų su gilia chemija, tačiau 8 klasėje įstojau į fizikos ir matematikos klasę, susidomėjau fizika, ypač ta dalimi, kurioje kalbama apie elektrą, ir, galima sakyti, atsisakė chemijos. Tiesą sakant, jie mūsų giliai apie tai neklausė, mes buvome fizikai. Tačiau, jei staiga iškiltų poreikis, vis tiek esu pasiruošęs pasinerti į šias chemines džiungles ir pasakyti, kas yra kas.

Taigi elektronų judėjimo greitis laidininke su srove yra lygus

Pakeiskime konkrečius skaičius. Tikslumui nustatykime 5 A/mm2 srovės tankį.

Visus kitus numerius jau turime. Gali kilti klausimas – kodėl būtent 5 A/mm 2.

Tai paprasta, ponai. Tai ne pirmas kartas, kai žmonės užsiima elektronika. Šioje srityje sukaupta tam tikra patirtis arba, kalbant moksline prasme, empiriniai duomenys. Taigi, šie empiriniai duomenys sako, kad leistinas srovės tankis variniuose laiduose paprastai yra 5-10 A/mm 2. Esant didesniam srovės tankiui, galimas nepriimtinas laidininko perkaitimas. Tačiau spausdintinės plokštės takelių ši vertė yra daug didesnė ir siekia 20 A/mm 2 ar net daugiau. Tačiau tai – visiškai kitokio pokalbio tema. Grįžkime prie savo užduoties, ty elektronų greičio skaičiavimo laidininke. Pakeitę skaičius, gauname tai

Ponai, skaičiavimas neginčijamai rodo, kad elektronai srovę nešančiame laidininke juda tik 0,37 milimetro per sekundę greičiu! Labai lėtai. Tačiau reikia atsiminti, kad tai ne terminis judėjimas, o nukreiptas. Šiluminis judėjimas yra daug, daug didesnis, maždaug 100 km/s. Pagrįstas klausimas – kodėl pasukus jungiklį lemputė iškart mirksi? Prisimeni, ką sakiau apie kažkokią prievartos jėgą? Tai apie ją! Bet daugiau apie tai kitame straipsnyje. Sėkmės jums visiems ir iki pasimatymo!

Prisijunk prie mūsų

Prieš kalbant apie srovės stiprumą, apskritai reikia įsivaizduoti, kas tai yra - elektros srovė?

Pagal klasikinius apibrėžimus, tai kryptingas įkrautų dalelių (elektronų) judėjimas laidininke. Kad jis įvyktų, pirmiausia reikia sukurti elektrinį lauką, kuris pradės judėti įkrautas daleles.

Srovės stiprumo atsiradimas

Visos medžiagos susideda iš molekulių, kurios yra suskirstytos į atomus. Atomai taip pat skirstomi į komponentus: branduolius ir elektronus. Vykstant cheminei reakcijai, elektronai pereina iš vieno atomo į kitą. Priežastis yra ta, kad kai kuriuose atomuose trūksta elektronų, o kituose jų yra perteklius. Tai, visų pirma, yra „priešingų kaltinimų“ sąvoka. Tokių medžiagų sąlyčio atveju elektronai juda, o tai iš tikrųjų yra elektros srovė. Srovė tekės tol, kol abiejų medžiagų krūviai išsilygins.

Dar senovėje žmonės pastebėjo, kad gintaras, trinamas ant vilnos, tampa gebantis pritraukti įvairius lengvus daiktus. Vėliau paaiškėjo, kad tas pačias savybes turi ir kitos medžiagos. Jie pradėti vadinti elektrifikuotais, iš graikų kalbos žodžio „electron“, reiškiančio gintarą.

Elektros jėga gali būti stipri arba silpna. Priklauso nuo krūvio, tekančio elektros grandine per tam tikrą laikotarpį, kiekio. Kuo daugiau elektronų perkeliama iš poliaus į polių, tuo didesnė elektronų perduodamo krūvio vertė. Bendras įkrovos kiekis taip pat vadinamas elektros energijos kiekiu, praeinančiu per laidininką.

Pirmąjį srovės stiprumo apibrėžimą pateikė prancūzų mokslininkas Andre-Marie Ampère'as (1775-1836). fizikas ir matematikas. Jo apibrėžimas sudarė srovės stiprumo sąvokos, kurią naudojame šiandien, pagrindą.

Matavimo vienetas

Srovės stipris yra dydis, lygus laidininko skerspjūvį einančio krūvio kiekio ir jo praėjimo laiko santykiui. Krūvis, einantis per laidininką, matuojamas kulonais (C), tranzito laikas – sekundėmis (s). Srovės vieneto vertė yra (C/s). Prancūzų mokslininko garbei šis vienetas buvo pavadintas (A) ir šiuo metu yra pagrindinis srovės matavimo vienetas.

Srovei matuoti naudojamas specialus matavimo prietaisas. Jis įsijungia tiesiai per grandinės pertrauką toje vietoje, kur reikia išmatuoti jėgą. Prietaisai, matuojantys mažas sroves, vadinami miliampermetru arba mikroampermetru.

Laidininkų tipai

Medžiagos, kuriose įkrautos dalelės (elektronai) laisvai juda tarpusavyje, vadinamos laidininkais. Tai beveik visi metalai, rūgščių ir druskų tirpalai. Kitose medžiagose elektronai tarpusavyje juda labai silpnai arba visai nejuda. Ši medžiagų grupė vadinama dielektrikais arba izoliatoriais. Tai ebonitas, gintaras, kvarcas ir dujos be pakitusios būsenos. Šiuo metu yra daug dirbtinių medžiagų, kurios veikia kaip izoliatoriai ir yra plačiai naudojamos elektrotechnikoje.

Elektros srovė yra nukreiptas įkrautų dalelių judėjimas tam tikra kryptimi išilgai laidininko.

Laidininko srovė

Kad laidininke atsirastų srovė, reikia, kad kurioje nors terpėje būtų laisvi elektros krūviai. Šiuos krūvius verčia judėti tam tikra jėga F, lygi krūvio q dydžiui, padaugintam iš lauko stiprio E.

Teigiamų krūvių judėjimo kryptis laikoma srovės kryptimi.

Elektrinis laukas egzistuoja, jei potencialų skirtumas tarp bet kurių dviejų šiame lauke esančių laidininko taškų nėra lygus nuliui.

Tačiau tokiame lauke nukreiptas elektros krūvių judėjimas lems, kad potencialai laidininko galuose taps vienodi. Mokesčių judėjimas sustos. Vadinasi, elektrinis laukas taip pat išnyks. Norint išlaikyti elektrinio lauko egzistavimą, reikalingas prietaisas, vadinamas srovės šaltiniu. Srovės šaltinis gali būti baterijos, akumuliatoriai, elektros generatoriai, saulės baterijos.

Nuolatinė ir kintamoji srovė

D.C

Pastovi srovė – tai srovė, kurios kryptis ir dydis laikui bėgant nekinta. Nuolatinės srovės grafikas laiko ašies atžvilgiu yra tiesi linija.

Elektrinis laukas, kurio pagalba laidininke sukuriama nuolatinė srovė, vadinamas stacionariu.

Paprasčiausias nuolatinės srovės šaltinis yra cheminis elementas (baterija arba galvaninis elementas). Srovės kryptis tokiame šaltinyje negali spontaniškai keistis.

AC

Kintamoji srovė – tai srovė, kurios dydis ir kryptis, skirtingai nuo nuolatinės srovės, laikui bėgant kinta pagal tam tikrą modelį. Be to, šie pokyčiai kartojasi po tam tikro laiko.

Jei nubraižysime kintamos srovės grafiką, pamatysime, kad jis turi sinusoidės formą.

Laikotarpis, per kurį vyksta visas srovės pokyčio ciklas, vadinamas laikotarpį. Ir vadinamas pilnų laikotarpių skaičius per 1 sekundę AC dažnis. Vadinama maksimali srovės vertė per visą laikotarpį amplitudės srovės vertė. Iškviečiama dabartinė vertė bet kuriuo pasirinktu laiko momentu momentinė srovės vertė.

Kintamosios srovės šaltiniai yra kintamosios srovės generatoriai.

Apšvietimui ir pramoniniams tikslams kintamąją srovę gamina galingi generatoriai, varomi vidaus degimo variklių, garo ar vandens turbinų.

Srovės stiprumas

Srovės stiprumas yra dydis, lygus krūviui, pratekančiam laidininko skerspjūviu per laiko vienetą.

Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) srovė matuojama amperais.

Grandinės sekcijos srovės stipris pagal Ampero dėsnį yra tiesiogiai proporcingas grandinės sekcijai taikomai įtampai U ir atvirkščiai proporcingas šios sekcijos R laidininko varžai.

Ši formulė galioja nuolatinei srovei.

Srovės stiprumas matuojamas specialiu prietaisu – ampermetru.

kintamoji įtampa keičiasi pagal harmonikų dėsnį

U = U m cos ωt

Kintamoji elektros srovė laidininke atsiranda veikiant kintamam elektriniam laukui. Kintamosios srovės svyravimų dažnis ir fazė sutampa su įtampos svyravimų dažniu ir faze.

Kintamosios srovės momentinė vertė išreiškiama formule

i = I m cos ωt

Kur i– momentinė srovės vertė

aš m- srovės amplitudės vertė

ω – kampinis dažnis

ω = 2πf

f– kintamosios srovės dažnis

Srovės amplitudės reikšmė lygi I m = U m /R

Efektyvioji kintamosios srovės vertė yra ta vertė, kuriai esant vidutinė galia kintamosios srovės grandinėje yra lygi galiai tame pačiame laidininke nuolatinės srovės grandinėje.

I D = 1,44 I m

Beveik visi pramonės įmonių elektros įrenginiai ir buitinė technika maitinami kintamosios srovės tinklais.

Srovės stiprumo samprata yra šiuolaikinės elektrotechnikos pagrindas. Be šių pagrindinių žinių neįmanoma atlikti grandinių skaičiavimų, atlikti elektros operacijų, užkirsti kelią, nustatyti ir pašalinti grandinės pažeidimus.

Kaip tai atsiranda

Norėdami suprasti, kas yra srovės stiprumas, turėtumėte žinoti jos atsiradimo sąlygą - dalelių su nemokamu įkrovimu egzistavimą. Jis juda per laidininką (jo skerspjūvį) iš vieno taško į kitą. Srovės fizika susideda iš sutvarkyto elektronų judėjimo, kuriuos veikia elektros laukas iš energijos šaltinio. Kuo daugiau įkrautų dalelių perkeliama ir kuo greičiau juda viena kryptimi, tuo daugiau krūvio pasieks tikslą.

Be maitinimo šaltinio, uždaros grandinės elementai yra jungiamieji laidai, per kuriuos praeina elektra, ir energijos vartotojai (instaliacijos, rezistoriai).

Papildoma informacija. Metaliniuose laiduose elektronai veikia kaip krūvio siųstuvas, skystuose laiduose, įkrautų dalelių perkėlimas atliekamas naudojant abiejų tipų daleles; Praėjimo tvarkos pažeidimas rodo chaotišką krūvių judėjimą, kurio metu grandinė bus išjungta.

Apibrėžimas

Srovės stipris laidininke yra elektros kiekis, perkeliamas per skerspjūvį per laiko vienetą. Norėdami padidinti šią vertę, turite išimti lempą iš grandinės arba padidinti akumuliatoriaus sukurtą magnetinį lauką.

Elektros srovės matavimo vienetas pagal SI sistemą (Systeme International) yra amperas (A), pavadintas iškilaus XIX amžiaus prancūzų mokslininko Andre-Marie Ampere vardu.

Papildoma informacija. Amperas yra gana įspūdingas elektrinis matas. Srovės vertė iki 0,1A kelia mirtiną pavojų žmogaus gyvybei. Deganti 100 W buitinė lemputė elektros energiją perduoda maždaug 0,5 A. Kambario šildytuve ši vertė siekia 10 A nešiojamam skaičiuotuvui reikės tūkstantosios ampero.

Elektrotechnikos praktikoje mažų kiekių matavimai gali būti išreikšti mikro ir miliamperais.

Srovės stiprumas nustatomas matavimo prietaisu (amperu arba galvanometru), nuosekliai prijungiant jį prie norimos grandinės atkarpos. Maži kiekiai matuojami mikro- arba miliametru. Pagrindiniai elektros energijos kiekio nustatymo metodai naudojant prietaisus yra šie:

• Magnetoelektrinis – su pastovia srovės verte. Šis metodas pasižymi padidintu tikslumu ir mažomis energijos sąnaudomis;
• Elektromagnetinis – stacionariems ir besikeičiantiems dydžiams. Naudojant šį metodą, srovė grandinėje randama dėl magnetinio lauko pavertimo moduliacijos jutiklio išvesties signalu;
• Netiesioginis – pagrįstas įtampos matavimu esant žinomai varžai. Tada apskaičiuokite norimą vertę naudodami Ohmo dėsnį, parodytą žemiau.

Pagal apibrėžimą srovės stiprumas (aš) galima rasti naudojant formulę:

I = q/t, kur:

• q – laidą einantis krūvis (C);
• t – laikas, per kurį dalelės (-ės) judinamos.

Srovės stiprumo formulė skamba taip: reikalinga vertė I yra laidininko pratekėjusio krūvio ir sunaudoto laiko periodo santykis.

Atkreipkite dėmesį! Srovės stiprumas nustatomas ne tik per krūvį, bet ir skaičiavimo formules pagal Ohmo dėsnį, kuris teigia: elektros stipris yra tiesiogiai proporcingas laidininko įtampai ir atvirkščiai proporcingas jo varžai.

Ohmo dėsnio formulė padės rasti srovės stiprumą, kuris atrodo kaip santykis:

I = U/R, čia:

• U – įtampa (V);
• R – pasipriešinimas (Ohm).

Šis nustatytas fizikinių dydžių santykis naudojamas įvairiems skaičiavimams:

• atsižvelgiant į maitinimo šaltinio charakteristikas;
• skaičiavimams bet kurios krypties srovės grandinėse;
• daugiafazėms grandinėms.

Atkreipkite dėmesį! Jei laidininkai sujungti nuosekliai, tai kiekvieno iš jų elektros energija yra lygi. Lygiagretus ryšys suteikia amperų skaičių, kuris yra kiekvieno laidininko srovės verčių suma.

Kaip rasti galią (energijos perdavimo ar konversijos greitį) naudojant dabartinę vertę? Norėdami tai padaryti, turite naudoti formulę:

P = U*I, kur padaugintos vertės buvo nurodytos aukščiau.

Rūšis

Esant pastoviai ir kintamajai elektrai, jos stiprumas skiriasi. Grandinei, kurios dalelės juda pastovia kryptimi, visi parametrai lieka nepakitę. Kintamoji rūšis gali keisti savo dydį ta pačia arba besikeičiančia kryptimi. Šiuo atveju elektros energijos kiekis yra:

• momentinis, priklausomai nuo svyravimų, susijusių su kampiniu dažniu, amplitudės ir dažnio;
• amplitudė - didžiausia tam tikro laikotarpio momentinės srovės vertė;
• efektyvus - konvertuojant energiją, šilumos kiekis iš abiejų tipų srovės yra vienodas.

Buitiniuose elektros tinkluose teka kintamoji srovė, kuri pereinant per elektros prietaiso (kompiuterio, televizoriaus) maitinimo šaltinį, paverčiama nuolatine srove.

Srovės dydis yra su elektros energija glaudžiai susijusi sąvoka, kuri turi didelę reikšmę kasdieniniam gyvenimui, šalies ekonomikai, strateginiams objektams. Be to, elektros energetika yra valstybės ekonominis pagrindas ir lemiamas vystymosi vektorius šalies viduje ir tarptautiniu lygiu.

Vaizdo įrašas

Jei izoliuotas laidininkas dedamas į elektrinį lauką \(\overrightarrow(E)\), tada jėga \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) veiks laisvuosius krūvius \(q\) laidininke \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) Dėl to laidininke vyksta trumpalaikis laisvųjų krūvių judėjimas. Šis procesas baigsis, kai laidininko paviršiuje susidarančių krūvių elektrinis laukas visiškai kompensuos išorinį lauką. Gautas elektrostatinis laukas laidininko viduje bus lygus nuliui.

Tačiau laidininkuose tam tikromis sąlygomis gali vykti nuolatinis tvarkingas laisvųjų elektros krūvininkų judėjimas.

Įkrautų dalelių kryptingas judėjimas vadinamas elektros srove.

Elektros srovės kryptis laikoma teigiamų laisvųjų krūvių judėjimo kryptimi. Kad laidininke egzistuotų elektros srovė, jame turi būti sukurtas elektrinis laukas.

Kiekybinis elektros srovės matas yra srovės stiprumas\(I\) – skaliarinis fizikinis dydis, lygus krūvio \(\Delta q\), perkelto per laidininko skerspjūvį (1.8.1 pav.) santykiui per laiko intervalą \(\Delta t\) iki šio laiko intervalo:

$$I = \frac(\Delta q)(\Delta t) $$

Jeigu srovės stiprumas ir jos kryptis laikui bėgant nekinta, tai tokia srovė vadinama nuolatinis .

Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) srovė matuojama amperais (A). 1 A srovės vienetas nustatomas pagal dviejų lygiagrečių laidininkų magnetinę sąveiką su srove.

Tiesioginė elektros srovė gali būti sukuriama tik viduje uždara grandinė , kuriame laisvieji krūvininkai cirkuliuoja uždaromis trajektorijomis. Elektrinis laukas skirtinguose tokios grandinės taškuose laikui bėgant yra pastovus. Vadinasi, elektrinis laukas nuolatinės srovės grandinėje turi šaldyto elektrostatinio lauko pobūdį. Bet kai elektros krūvis elektrostatiniame lauke juda uždaru keliu, elektrinių jėgų atliktas darbas yra lygus nuliui. Todėl, kad egzistuotų nuolatinė srovė, elektros grandinėje būtina turėti įtaisą, galintį sukurti ir išlaikyti potencialų skirtumus grandinės atkarpose dėl jėgų darbo. neelektrostatinės kilmės. Tokie įrenginiai vadinami DC šaltiniai . Vadinamos neelektrostatinės kilmės jėgos, veikiančios laisvuosius krūvininkus iš srovės šaltinių išorės jėgos .

Išorinių jėgų pobūdis gali skirtis. Galvaniniuose elementuose ar baterijose jos atsiranda dėl elektrocheminių procesų nuolatinės srovės generatoriuose, laidininkams judant magnetiniame lauke atsiranda išorinių jėgų. Srovės šaltinis elektros grandinėje atlieka tą patį vaidmenį kaip ir siurblys, būtinas skysčiui siurbti uždaroje hidraulinėje sistemoje. Veikiami išorinių jėgų, elektros krūviai juda srovės šaltinio viduje prieš elektrostatinio lauko jėgos, dėl kurių uždaroje grandinėje galima palaikyti pastovią elektros srovę.

Kai elektros krūviai juda nuolatinės srovės grandine, išorinės jėgos, veikiančios srovės šaltinių viduje, atlieka darbą.

Fizinis dydis, lygus išorinių jėgų darbo \(A_(st)\) santykiui, perkeliant krūvį \(q\) iš neigiamo srovės šaltinio poliaus į teigiamą, ir šio krūvio vertės vadinamas šaltinio elektrovaros jėga (EMF):

$$EMF=\varepsilon=\frac(A_(st))(q). $$

Taigi EML lemia išorinių jėgų darbas, judant vieną teigiamą krūvį. Elektrovaros jėga, kaip ir potencialų skirtumas, matuojama Voltai (V).

Kai vienas teigiamas krūvis juda išilgai uždaros nuolatinės srovės grandinės, išorinių jėgų atliktas darbas lygus šioje grandinėje veikiančio emf sumai, o elektrostatinio lauko atliktas darbas lygus nuliui.

Nuolatinės srovės grandinę galima suskirstyti į atskiras dalis. Vadinamos tos sritys, kuriose neveikia išorinės jėgos (t. y. zonos, kuriose nėra srovės šaltinių). vienalytis . Sritys, kuriose yra srovės šaltinių, vadinamos nevienalytis .

Kai vienas teigiamas krūvis juda tam tikra grandinės atkarpa, darbą atlieka ir elektrostatinės (kulono), ir išorinės jėgos. Elektrostatinių jėgų darbas lygus potencialų skirtumui \(\Delta \phi_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)\) tarp nehomogeninės atkarpos pradinio (1) ir galutinio (2) taškų. . Išorinių jėgų darbas pagal apibrėžimą yra lygus tam tikroje srityje veikiančiai elektrovaros jėgai \(\mathcal(E)\). Todėl bendras darbas yra lygus

$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E)$$

Dydis U 12 paprastai vadinamas įtampa grandinės 1-2 skyriuje. Vienalytės srities atveju įtampa lygi potencialų skirtumui:

$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)$$

Vokiečių fizikas G. Ohmas 1826 metais eksperimentiškai nustatė, kad srovės stipris \(I\), tekantis vienalyčiu metaliniu laidininku (t.y. laidininku, kuriame neveikia išorinės jėgos), yra proporcinga įtampai \(U\) galuose. dirigento:

$$I = \frac(1)(R) U; \: U = IR$$

kur \(R\) = konst.

Dydis R paprastai vadinamas elektrinė varža . Vadinamas laidininkas su elektrine varža rezistorius . Šis santykis išreiškia Omo dėsnis už vienalytė grandinės dalis: Srovė laidininke yra tiesiogiai proporcinga naudojamai įtampai ir atvirkščiai proporcinga laidininko varžai.

Laidininkų elektrinės varžos SI vienetas yra Om (Ohom). 1 omo varža turi grandinės atkarpą, kurioje, esant 1 V įtampai, atsiranda 1 A srovė.

Vadinami laidininkai, kurie paklūsta Ohmo dėsniui linijinis . Grafinė srovės \(I\) priklausomybė nuo įtampos \(U\) (tokie grafikai vadinami voltų amperų charakteristikos , sutrumpintai CVC) pavaizduota tiesia linija, einančia per kilmę. Reikėtų pažymėti, kad yra daug medžiagų ir prietaisų, kurie nepaklūsta Ohmo dėsniui, pavyzdžiui, puslaidininkinis diodas arba dujų išlydžio lempa. Net su metaliniais laidininkais, esant pakankamai didelėms srovėms, pastebimas nukrypimas nuo tiesinio Ohmo dėsnio, nes metalinių laidininkų elektrinė varža didėja didėjant temperatūrai.

Grandinės atkarpai, kurioje yra emf, Ohmo dėsnis parašytas tokia forma:

$$IR = U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E) = \Delta \phi_(12) + \mathcal(E)$$
$$\spalva(mėlyna)(I = \frac(U)(R))$$

Šis santykis paprastai vadinamas apibendrintas Ohmo įstatymas arba Omo dėsnis nevienodai grandinės atkarpai.

Fig. 1.8.2 rodo uždarą nuolatinės srovės grandinę. Grandinės dalis ( CD) yra vienalytis.

1.8.2 pav. DC grandinė

Pagal Ohmo dėsnį

$$IR = \Delta\phi_(cd)$$

Sklypas ( ab) yra srovės šaltinis, kurio emf lygi \(\mathcal(E)\).

Pagal Omo dėsnį nevienalytei sričiai,

$$Ir = \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$

Sudėjus abi lygybes, gauname:

$$I(R+r) = \Delta\phi_(cd) + \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$

Bet \(\Delta\phi_(cd) = \Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab)\).

$$\spalva(mėlyna)(I=\frac(\mathcal(E))(R + r))$$

Ši formulė išreiškia Omo dėsnis visai grandinei : srovės stipris visoje grandinėje yra lygus šaltinio elektrovaros jėgai, padalytai iš vienalytės ir nehomogeninės grandinės atkarpų varžų sumos (šaltinio vidinė varža).

Atsparumas r nevienalytė sritis pav. 1.8.2 gali būti laikomas srovės šaltinio vidinė varža . Šiuo atveju sritis ( ab) pav. 1.8.2 yra vidinė šaltinio dalis. Jei taškai a Ir b trumpas su laidininku, kurio varža yra maža, palyginti su šaltinio vidine varža (\(R\ \ll r\)), tada grandinė tekės trumpojo jungimo srovė

$$I_(kz)=\frac(\mathcal(E))(r)$$

Trumpojo jungimo srovė yra didžiausia srovė, kurią galima gauti iš tam tikro šaltinio su elektrovaros jėga \(\mathcal(E)\) ir vidine varža \(r\). Šaltinių, kurių vidinė varža maža, trumpojo jungimo srovė gali būti labai didelė ir sukelti elektros grandinės ar šaltinio sunaikinimą. Pavyzdžiui, automobiliuose naudojamų švino rūgšties akumuliatorių trumpojo jungimo srovė gali siekti kelis šimtus amperų. Ypač pavojingi trumpieji jungimai apšvietimo tinkluose, maitinamuose iš pastočių (tūkstančiai amperų). Siekiant išvengti tokių didelių srovių destruktyvaus poveikio, į grandinę įtraukiami saugikliai arba specialūs grandinės pertraukikliai.

Kai kuriais atvejais, siekiant išvengti pavojingų trumpojo jungimo srovės verčių, tam tikra išorinė varža yra nuosekliai prijungta prie šaltinio. Tada pasipriešinimas r yra lygi šaltinio vidinės varžos ir išorinės varžos sumai, o trumpojo jungimo metu srovės stipris nebus per didelis.

Jei išorinė grandinė yra atvira, tada \(\Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab) = \mathcal(E)\), ty potencialų skirtumas atviros baterijos poliuose yra lygus jo emf.

Jei išorinės apkrovos pasipriešinimas Rįjungtas ir per akumuliatorių teka srovė aš, jo polių potencialų skirtumas tampa lygus

$$\Delta \phi_(ba) = \mathcal(E) – Ir$$

Fig. 1.8.3 parodytas schematiškai pavaizduotas nuolatinės srovės šaltinis, kurio emf lygi \(\mathcal(E)\) ir vidinė varža r trimis režimais: „tuščioji eiga“, apkrovos veikimas ir trumpojo jungimo režimas (trumpasis jungimas). Nurodomas akumuliatoriaus viduje esančio elektrinio lauko intensyvumas \(\overrightarrow(E)\) ir teigiamus krūvius veikiančios jėgos:\(\overrightarrow(F)_(e)\) - elektrinė jėga ir \(\overrightarrow( F)_(st )\) yra išorinė jėga. Trumpojo jungimo režimu elektrinis laukas akumuliatoriaus viduje išnyksta.

Įtampai ir srovei nuolatinės srovės elektros grandinėse matuoti naudojami specialūs prietaisai - voltmetrai Ir ampermetrai.

Voltmetras skirtas matuoti potencialų skirtumą, taikomą jo gnybtams. Jis jungiasi lygiagrečiai grandinės atkarpa, kurioje matuojamas potencialų skirtumas. Bet kuris voltmetras turi tam tikrą vidinę varžą \(R_(V)\). Kad voltmetras nesukeltų pastebimo srovių perskirstymo, kai jis prijungtas prie matuojamos grandinės, jo vidinė varža turi būti didelė, palyginti su grandinės sekcijos, prie kurios jis yra prijungtas, varža. Dėl grandinės, parodytos fig. 1.8.4, ši sąlyga parašyta taip:

$$R_(B)\gg R_(1)$$

Ši sąlyga reiškia, kad srovė \(I_(V) = \Delta \phi_(cd) / R_(V)\), tekanti per voltmetrą, yra daug mažesnė nei srovė \(I = \Delta \phi_(cd) / R_ (1 )\), kuris teka per patikrintą grandinės atkarpą.

Kadangi voltmetro viduje nėra jokių išorinių jėgų, potencialų skirtumas jo gnybtuose pagal apibrėžimą sutampa su įtampa. Todėl galime pasakyti, kad voltmetras matuoja įtampą.

Ampermetras skirtas matuoti srovę grandinėje. Ampermetras yra nuosekliai prijungtas prie atviros elektros grandinės grandinės, kad visa išmatuota srovė praeina per ją. Ampermetras taip pat turi tam tikrą vidinę varžą \(R_(A)\). Skirtingai nuo voltmetro, ampermetro vidinė varža turi būti gana maža, palyginti su visa visos grandinės varža. Dėl grandinės pav. 1.8.4 Ampermetro varža turi atitikti sąlygą

$$R_(A) \ll (r + R_(1) + R(2))$$

kad įjungus ampermetrą srovė grandinėje nepasikeistų.

Matavimo priemonės – voltmetrai ir ampermetrai – būna dviejų tipų: rodyklės (analoginės) ir skaitmeninės. Skaitmeniniai elektros skaitikliai yra sudėtingi elektroniniai prietaisai. Paprastai skaitmeniniai prietaisai užtikrina didesnį matavimo tikslumą.