Το φαινόμενο της εμφάνισης ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα κλειστό αγώγιμο κύκλωμα όταν αλλάζει η μαγνητική ροή που καλύπτεται από αυτό το κύκλωμα ονομάζεται ηλεκτρομαγνητική επαγωγή.

Ανακαλύφθηκε από τον Joseph Henry (παρατηρήσεις που έγιναν το 1830, αποτελέσματα που δημοσιεύθηκαν το 1832) και τον Michael Faraday (παρατηρήσεις και αποτελέσματα που δημοσιεύθηκαν το 1831).

Τα πειράματα του Faraday πραγματοποιήθηκαν με δύο πηνία τοποθετημένα το ένα μέσα στο άλλο (το εξωτερικό πηνίο συνδέεται συνεχώς με το αμπερόμετρο και το εσωτερικό, μέσω ενός κλειδιού, στην μπαταρία). Το ρεύμα επαγωγής στο εξωτερικό πηνίο παρατηρείται:

ΕΝΑ

V

σι

Κατά το κλείσιμο και το άνοιγμα του κυκλώματος του εσωτερικού πηνίου, ακίνητο σε σχέση με το εξωτερικό (Εικ. α).

Όταν μετακινείτε το εσωτερικό πηνίο με συνεχές ρεύμα σε σχέση με το εξωτερικό (Εικ. β).

Όταν κινείται σε σχέση με το εξωτερικό πηνίο ενός μόνιμου μαγνήτη (Εικ. γ).

Ο Faraday έδειξε ότι σε όλες τις περιπτώσεις εμφάνισης επαγόμενου ρεύματος στο εξωτερικό πηνίο, η μαγνητική ροή μέσω αυτού αλλάζει. Στο Σχ. Το εξωτερικό πηνίο εμφανίζεται ως μία στροφή. Στην πρώτη περίπτωση (Εικ. α), όταν το κύκλωμα είναι κλειστό, ένα ρεύμα ρέει μέσω του εσωτερικού πηνίου, ένα μαγνητικό πεδίο προκύπτει (αλλάζει) και, κατά συνέπεια, μια μαγνητική ροή μέσω του εξωτερικού πηνίου. Στη δεύτερη (Εικ. β) και στην τρίτη (Εικ. γ) περιπτώσεις, η μαγνητική ροή μέσω του εξωτερικού πηνίου αλλάζει λόγω αλλαγής της απόστασης από αυτό στο εσωτερικό πηνίο με ρεύμα ή στον μόνιμο μαγνήτη, κατά τη διάρκεια της κίνησης. .

ΕΝΑ

V

σι

Εγώ

Εγώ

Εγώ

Το 1834, ο Emilius Christianovich Lenz καθιέρωσε πειραματικά έναν κανόνα που επιτρέπει σε κάποιον να προσδιορίσει την κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής: το ρεύμα επαγωγής κατευθύνεται πάντα έτσι ώστε να εξουδετερώνει την αιτία που το προκαλεί. το επαγόμενο ρεύμα έχει πάντα τέτοια κατεύθυνση ώστε η αύξηση της μαγνητικής ροής που δημιουργεί και η αύξηση της μαγνητικής ροής που προκάλεσε αυτό το επαγόμενο ρεύμα να έχουν αντίθετο πρόσημο. Αυτός ο κανόνας ονομάζεται κανόνας του Lenz.

Νόμος της Ηλεκτρομαγνητικής Επαγωγής μπορεί να διατυπωθεί με την ακόλουθη μορφή: το emf της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής σε ένα κύκλωμα είναι ίσο με το ρυθμό μεταβολής με το χρόνο της μαγνητικής ροής διαμέσου της επιφάνειας που οριοθετείται από αυτό το κύκλωμα, που λαμβάνεται με το πρόσημο μείον

Εδώ dΦ = είναι το βαθμωτό γινόμενο του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής και του διανύσματος της επιφάνειας. Διάνυσμα, όπου είναι το μοναδιαίο διάνυσμα () της κανονικής έως απειροελάχιστης επιφάνειας εμβαδού.

Το σύμβολο μείον στην έκφραση σχετίζεται με τον κανόνα για την επιλογή της κατεύθυνσης του κανονικού προς το περίγραμμα που οριοθετεί την επιφάνεια και τη θετική κατεύθυνση διέλευσης κατά μήκος αυτής. Σύμφωνα με τον ορισμό, η μαγνητική ροή Ф διαμέσου μιας επιφάνειας εμβαδού S

εξαρτάται από το χρόνο εάν τα ακόλουθα αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου: εμβαδόν επιφάνειας S;

διανυσματική μονάδα μαγνητικής επαγωγής B; γωνία μεταξύ διανυσμάτων και κανονικός .

Εάν ένας κλειστός βρόχος (πηνίο) αποτελείται από στροφές, τότε η συνολική ροή μέσω της επιφάνειας που οριοθετείται από ένα τέτοιο περίπλοκο περίγραμμα ονομάζεται σύνδεση ροής και ορίζεται ως

όπου Ф i είναι η μαγνητική ροή που διασχίζει τη στροφή i. Αν όλες οι στροφές είναι ίδιες, τότε

όπου Φ είναι η μαγνητική ροή σε οποιαδήποτε στροφή. Σε αυτήν την περίπτωση

Εγώ

Εγώ

Εγώ

Ν στροφές

1 στροφή

2 στροφές

Η έκφραση σάς επιτρέπει να προσδιορίσετε όχι μόνο το μέγεθος, αλλά και την κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής. Εάν οι τιμές του emf και, επομένως, του επαγόμενου ρεύματος είναι θετικές τιμές, τότε το ρεύμα κατευθύνεται κατά μήκος της θετικής κατεύθυνσης του κυκλώματος, εάν είναι αρνητικό - στην αντίθετη κατεύθυνση (η κατεύθυνση του θετικού κυκλώματος καθορίζεται επιλέγοντας η κάθετη προς την επιφάνεια που οριοθετείται από το κύκλωμα)

Δοκιμή 11-1 (ηλεκτρομαγνητική επαγωγή)

Επιλογή 1

1. Ποιος ανακάλυψε το φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής;

ΕΝΑ. Χ. Oersted. B. Sh. Μενταγιόν. V. A. Volta. G. A. Ampere. D. M. Faraday. μι . D. Maxwell.

2. Οι αγωγοί του πηνίου χάλκινου σύρματος συνδέονται με ένα ευαίσθητο γαλβανόμετρο. Σε ποιο από τα παρακάτω πειράματα θα ανιχνεύσει το γαλβανόμετρο την εμφάνιση ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής στο πηνίο;

Ένας μόνιμος μαγνήτης αφαιρείται από το πηνίο.

Ένας μόνιμος μαγνήτης περιστρέφεται γύρω από τον διαμήκη άξονά του μέσα στο πηνίο.

Α. Μόνο στην περίπτωση 1. Β. Μόνο στην περίπτωση 2. Γ. Μόνο στην περίπτωση 3. Δ. Στις περιπτώσεις 1 και 2. Ε. Στις περιπτώσεις 1, 2 και 3.

3.Πώς ονομάζεται η φυσική ποσότητα ίση με το γινόμενο της ενότητας Β της επαγωγής του μαγνητικού πεδίου από την περιοχή S της επιφάνειας που διαπερνά το μαγνητικό πεδίο και το συνημίτονο
γωνία α μεταξύ του διανύσματος Β της επαγωγής και του κανονικού n σε αυτή την επιφάνεια;

Α. Επαγωγή. Β. Μαγνητική ροή. Β. Μαγνητική επαγωγή. Δ. Αυτοεπαγωγή. Δ. Ενέργεια μαγνητικού πεδίου.

4. Ποια από τις παρακάτω εκφράσεις καθορίζει το επαγόμενο emf σε κλειστό βρόχο;

ΕΝΑ. ΣΙ. ΣΕ. ΣΟΛ. ΡΕ.

5. Όταν ένας μαγνήτης λωρίδας ωθείται μέσα και έξω από έναν μεταλλικό δακτύλιο, εμφανίζεται ένα επαγόμενο ρεύμα στον δακτύλιο. Αυτό το ρεύμα δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο. Ποιος πόλος βλέπει το μαγνητικό πεδίο του ρεύματος στον δακτύλιο προς: 1) τον ανασυρόμενο βόρειο πόλο του μαγνήτη και 2) τον ανασυρόμενο βόρειο πόλο του μαγνήτη.

6. Πώς ονομάζεται η μονάδα μέτρησης της μαγνητικής ροής;

7. Η μονάδα μέτρησης ποιου φυσικού μεγέθους είναι το 1 Henry;

Α. Επαγωγή μαγνητικού πεδίου. Β. Ηλεκτρικές χωρητικότητες. Β. Αυτοεπαγωγή. Δ. Μαγνητική ροή. Δ. Επαγωγή.

8. Ποια έκφραση καθορίζει τη σύνδεση μεταξύ της μαγνητικής ροής μέσω ενός κυκλώματος και της επαγωγής μεγάλο ισχύς κυκλώματος και ρεύματος Εγώστο κύκλωμα;

ΕΝΑ. LI . Β. . ΣΕ. LI ‘ . ΣΟΛ. LI 2 . ΡΕ.

9. Ποια έκφραση καθορίζει τη σχέση μεταξύ του emf αυτοεπαγωγής και της ισχύος ρεύματος στο πηνίο;

ΕΝΑ. σι . ΣΕ . LI . σολ . . ΡΕ. LI ‘ .

10. Οι ιδιότητες διαφόρων πεδίων παρατίθενται παρακάτω. Ποιο από αυτά έχει ηλεκτροστατικό πεδίο;

Οι γραμμές τάσης δεν συνδέονται με ηλεκτρικά φορτία.

Το πεδίο έχει ενέργεια.

Το πεδίο δεν έχει ενέργεια.

ΕΝΑ. 1, 4, 6. ΣΙ. 1, 3, 5. ΣΕ. 1, 3, 6. ΣΟΛ. 2, 3, 5. ΡΕ. 2, 3, 6. ΜΙ. 2, 4, 6.

11. Ένα κύκλωμα με εμβαδόν 1000 cm 2 βρίσκεται σε ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο με επαγωγή 0,5 T, τη γωνία μεταξύ του διανύσματος ΣΕ

ΕΝΑ. 250 Wb. ΣΙ. 1000 Wb. ΣΕ. 0,1 Wb. ΣΟΛ. 2,5 · 10 -2 Wb. ΡΕ. 2,5 Wb.

12. Ποια ένταση ρεύματος σε ένα κύκλωμα με αυτεπαγωγή 5 mH δημιουργεί μαγνητική ροή 2· 10 -2 Wb;

Α. 4 mA. B. 4 A. C. 250 A. D. 250 mA. D. 0,1 A. E. 0,1 mA.

13. Η μαγνητική ροή μέσω του κυκλώματος σε 5 · 10 -2 s μειώθηκε ομοιόμορφα από 10 mWb σε 0 mWb. Ποια είναι η τιμή του EMF στο κύκλωμα αυτή τη στιγμή;

Α. 5 · 10 -4 V.B. 0.1 V.V. 0.2 V.G. 0.4 V.D. 1 V.E. 2 V.

14. Ποια είναι η τιμή της ενέργειας του μαγνητικού πεδίου ενός πηνίου με αυτεπαγωγή 5 H όταν το ρεύμα σε αυτό είναι 400 mA;

A. 2 J. B. 1 J. B. 0.8 J. G. 0.4 J. D. 1000 J. E. 4 10 5 J.

15. Ένα πηνίο που περιέχει n στροφές σύρματος συνδέεται σε μια πηγή συνεχούς ρεύματος με τάση U στην έξοδο. Ποια είναι η μέγιστη τιμή του αυτοεπαγωγικού emf στο πηνίο όταν η τάση στα άκρα του αυξάνεται από 0 V σε UΣΕ?

ΕΝΑ, U V, B. nU V.V. U /Π U ,

16. Δύο πανομοιότυποι λαμπτήρες συνδέονται σε κύκλωμα πηγής DC, ο πρώτος σε σειρά με αντίσταση, ο δεύτερος σε σειρά με πηνίο. Σε ποιον από τους λαμπτήρες (Εικ. 1) η ισχύς του ρεύματος, όταν ο διακόπτης Κ είναι κλειστός, θα φτάσει τη μέγιστη τιμή του αργότερα από τον άλλο;

Α. Στο πρώτο. Β. Στο δεύτερο. Β. Στο πρώτο και δεύτερο ταυτόχρονα. Δ. Στο πρώτο, αν η αντίσταση της αντίστασης είναι μεγαλύτερη από την αντίσταση του πηνίου. Δ. Στη δεύτερη, αν η αντίσταση του πηνίου είναι μεγαλύτερη από την αντίσταση της αντίστασης.

17. Ένα πηνίο με αυτεπαγωγή 2 H συνδέεται παράλληλα με μια αντίσταση με ηλεκτρική αντίσταση 900 Ohms, το ρεύμα στο πηνίο είναι 0,5 A, η ηλεκτρική αντίσταση του πηνίου είναι 100 Ohms. Τι ηλεκτρικό φορτίο θα ρέει στο κύκλωμα του πηνίου και της αντίστασης όταν αποσυνδεθούν από την πηγή ρεύματος (Εικ. 2);

Α. 4000 Cl. Β. 1000 Cl. V. 250 Cl. G. 1 10 -2 Cl. Δ. 1,1 10 -3 Κλ. Ε. 1 10 -3 Cl.

18. Ένα αεροπλάνο πετά με ταχύτητα 900 km/h, το δομοστοιχείο της κάθετης συνιστώσας του διανύσματος επαγωγής του μαγνητικού πεδίου της Γης είναι 4 10 5 Tesla. Ποια είναι η διαφορά δυναμικού μεταξύ των άκρων των φτερών του αεροπλάνου εάν το άνοιγμα των φτερών είναι 50 m;

Α. 1,8 Β. Β. 0,9 Γ. Γ. 0,5 Γ. Δ. 0,25 Γ.

19. Ποια πρέπει να είναι η ισχύς ρεύματος στην περιέλιξη του οπλισμού ενός ηλεκτροκινητήρα για να ασκήσει δύναμη 120 N σε ένα τμήμα της περιέλιξης 20 στροφών μήκους 10 cm, που βρίσκεται κάθετα στο διάνυσμα επαγωγής σε μαγνητικό πεδίο με επαγωγή 1,5 Tesla;

A. 90 A. B. 40 A. C. 0.9 A. D. 0.4 A.

20. Ποια δύναμη πρέπει να ασκηθεί σε ένα μεταλλικό βραχυκυκλωτήρα για να κινηθεί ομοιόμορφα με ταχύτητα 8 m/s κατά μήκος δύο παράλληλων αγωγών που βρίσκονται σε απόσταση 25 cm ο ένας από τον άλλο σε ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο με επαγωγή 2 Tesla; Το διάνυσμα επαγωγής είναι κάθετο στο επίπεδο στο οποίο βρίσκονται οι ράγες. Οι αγωγοί κλείνονται από μια αντίσταση με ηλεκτρική αντίσταση 2 Ohms.

A. 10000 N. B. 400 N. C. 200 N. G. 4 N. D. 2 N. E. 1 N.

Δοκιμή 11-1 (ηλεκτρομαγνητική επαγωγή)

Επιλογή 2

1. Πώς ονομάζεται το φαινόμενο της εμφάνισης ηλεκτρικού ρεύματος σε ένα κλειστό κύκλωμα όταν αλλάζει η μαγνητική ροή που διέρχεται από το κύκλωμα;

Α. Ηλεκτροστατική επαγωγή. Β. Το φαινόμενο της μαγνήτισης. Β. Δύναμη αμπέρ. Δύναμη G. Lorentz. Δ. Ηλεκτρόλυση. Ε. Ηλεκτρομαγνητική επαγωγή.

2. Οι αγωγοί του πηνίου χάλκινου σύρματος συνδέονται με ένα ευαίσθητο γαλβανόμετρο. Σε ποιο από τα παρακάτω πειράματα θα ανιχνεύσει το γαλβανόμετρο την εμφάνιση ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής στο πηνίο;

Ένας μόνιμος μαγνήτης εισάγεται στο πηνίο.

Το πηνίο τοποθετείται σε μαγνήτη.

3) Το πηνίο περιστρέφεται γύρω από έναν μαγνήτη που βρίσκεται
μέσα της.

Α. Στις περιπτώσεις 1, 2 και 3. Β. Στις περιπτώσεις 1 και 2. Γ. Μόνο στην περίπτωση 1. Δ. Μόνο στην περίπτωση 2. Ε. Μόνο στην περίπτωση 3.

3. Ποια από τις παρακάτω εκφράσεις καθορίζει τη μαγνητική ροή;

ΕΝΑ. BScosα. Β. . ΣΕ. qvBsinα. ΣΟΛ. qvBI.ΡΕ. IBlsina .

4. Τι εκφράζει η ακόλουθη δήλωση: το επαγόμενο emf σε έναν κλειστό βρόχο είναι ανάλογο με το ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής μέσω της επιφάνειας που οριοθετείται από τον βρόχο;

Α. Ο νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Β. Κανόνας Lenz. Β. Νόμος του Ohm για ένα πλήρες κύκλωμα. Δ. Το φαινόμενο της αυτεπαγωγής. Δ. Νόμος της ηλεκτρόλυσης.

5. Όταν ένας μαγνήτης λωρίδας ωθείται μέσα και έξω από έναν μεταλλικό δακτύλιο, εμφανίζεται ένα επαγόμενο ρεύμα στον δακτύλιο. Αυτό το ρεύμα δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο. Ποιος πόλος βλέπει το μαγνητικό πεδίο του ρεύματος στον δακτύλιο προς: 1) τον ανασυρόμενο νότιο πόλο του μαγνήτη και 2) τον ανασυρόμενο νότιο πόλο του μαγνήτη.

Α. 1 - βόρεια, 2 - βόρεια. Β. 1 - νότια, 2 - νότια.

Β. 1 - νότια, 2 - βόρεια. Ζ. 1 - βόρεια, 2 - νότια.

6. Η μονάδα μέτρησης ποιου φυσικού μεγέθους είναι το 1 Weber;

Α. Επαγωγή μαγνητικού πεδίου. Β. Ηλεκτρικές χωρητικότητες. Β. Αυτοεπαγωγή. Δ. Μαγνητική ροή. Δ. Επαγωγή.

7. Πώς ονομάζεται η μονάδα μέτρησης της αυτεπαγωγής;

Α. Τέσλα. Β. Βέμπερ. V. Gauss. Γ. Φαράντ. D. Henry.

8. Ποια έκφραση καθορίζει τη σχέση μεταξύ της ενέργειας της μαγνητικής ροής στο κύκλωμα και της επαγωγής μεγάλο ισχύς κυκλώματος και ρεύματος Εγώστο κύκλωμα;

ΕΝΑ . . σι . . ΣΕ . LI 2 , σολ . LI ‘ . ρε . LI.

9.Τι είναι η φυσική ποσότητα Χ καθορίζεται από την έκφραση x= για ένα πηνίο του Π στροφές .

Α. Επαγωγή emf. Β. Μαγνητική ροή. Β. Επαγωγή. Δ. EMF αυτοεπαγωγής. Δ. Ενέργεια μαγνητικού πεδίου. Ε. Μαγνητική επαγωγή.

10. Οι ιδιότητες διαφόρων πεδίων παρατίθενται παρακάτω. Ποιο από αυτά έχει ένα ηλεκτρικό πεδίο επαγωγής δίνης;

Οι γραμμές τάσης συνδέονται απαραίτητα με ηλεκτρικά φορτία.

Οι γραμμές τάσης δεν συνδέονται με ηλεκτρικά φορτία.

Το πεδίο έχει ενέργεια.

Το πεδίο δεν έχει ενέργεια.

Το έργο που γίνεται από τις δυνάμεις για τη μετακίνηση ενός ηλεκτρικού φορτίου κατά μήκος μιας κλειστής διαδρομής μπορεί να μην είναι ίσο με μηδέν.

Το έργο που γίνεται από τις δυνάμεις για τη μετακίνηση ενός ηλεκτρικού φορτίου κατά μήκος οποιασδήποτε κλειστής διαδρομής είναι μηδέν.

Α. 1, 4, 6. Β. 1, 3, 5. Γ. 1, 3, γ. Ζ. 2, 3, 5. Δ. 2, 3, 6. Ε. 2, 4, 6.

11. Ένα κύκλωμα με εμβαδόν 200 cm 2 βρίσκεται σε ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο με επαγωγή 0,5 T, τη γωνία μεταξύ του διανύσματος ΣΕεπαγωγή και μια κανονική προς το περίγραμμα επιφάνεια 60°. Ποια είναι η μαγνητική ροή μέσω του βρόχου;

Α. 50 Wb. Β. 2 · 10 -2 Wb. V. 5 · 10 -3 Wb. Ζ. 200 Wb. Δ. 5 Wb.

12. Ρεύμα 4 Α δημιουργεί μαγνητική ροή 20 mWb στο κύκλωμα Ποια είναι η αυτεπαγωγή του κυκλώματος;

Α. 5 Γν. Β. 5 mH. V. 80 Gn. Ζ. 80 mH. Δ. 0,2 Γν. Ε. 200 Γν.

13. Η μαγνητική ροή μέσω του κυκλώματος σε 0,5 s μειώθηκε ομοιόμορφα από 10 mWb σε 0 mWb. Ποια είναι η τιμή του EMF στο κύκλωμα αυτή τη στιγμή;

A. 5 10 -3 B. B. 5 C. C. 10 C. D. 20 V. D. 0.02 V. E. 0.01 V.

14. Ποια είναι η τιμή της ενέργειας του μαγνητικού πεδίου ενός πηνίου με αυτεπαγωγή 500 mH όταν το ρεύμα σε αυτό είναι 4 Α;

A. 2 J. B. 1 J. C. 8 J. D. 4 J. D. 1000 J. E. 4000 J.

15. Πηνίο που περιέχει Πστροφές καλωδίου, συνδεδεμένες σε πηγή DC με τάση U κατά την έξοδο. Ποια είναι η μέγιστη τιμή του αυτοεπαγωγικού emf στο πηνίο όταν η τάση στα άκρα του μειώνεται από U V έως 0 V;

ΕΝΑ. U V.B. nU V.V. U / n V.G. Ίσως πολλές φορές περισσότερο U , εξαρτάται από το ρυθμό μεταβολής του ρεύματος και από την αυτεπαγωγή του πηνίου.

16. Στο ηλεκτρικό κύκλωμα που φαίνεται στο σχήμα 1, υπάρχουν τέσσερα κλειδιά 1, 2, 3 Και 4 κλειστό. Ανοίγοντας ποιο από τα τέσσερα θα δώσει την καλύτερη ευκαιρία για τον εντοπισμό του φαινομένου της αυτεπαγωγής;

ΕΝΑ. 1. ΣΙ. 2. V. 3. G. 4. Δ. Οποιοδήποτε από τα τέσσερα.

17. Ένα πηνίο με αυτεπαγωγή 2 H συνδέεται παράλληλα με μια αντίσταση με ηλεκτρική αντίσταση 100 Ohms, το ρεύμα στο πηνίο είναι 0,5 A, η ηλεκτρική αντίσταση του πηνίου είναι 900 Ohms. Τι ηλεκτρικό φορτίο θα ρέει στο κύκλωμα του πηνίου και της αντίστασης όταν αποσυνδεθούν από την πηγή ρεύματος (Εικ. 2);

Α. 4000 Cl. Β. 1000 Cl. V. 250 Cl. G. 1 10 -2 Cl. Δ. 1,1 10 -3 Κλ. Ε. 1 10 -3 Cl.

18. Ένα αεροπλάνο πετά με ταχύτητα 1800 km/h, το δομοστοιχείο της κατακόρυφης συνιστώσας του διανύσματος επαγωγής του μαγνητικού πεδίου της Γης είναι 4 10 -5 Tesla. Ποια είναι η διαφορά δυναμικού μεταξύ των άκρων των φτερών του αεροπλάνου εάν το άνοιγμα των φτερών είναι 25 m;

A. 1.8 B. B. 0.5 B. C. 0.9 V. D. 0.25 V.

19. Ορθογώνιο πλαίσιο με εμβαδόνμικρόΜε ηλεκτροπληξίαΕγώ τοποθετημένημαγνητικός πεδίο επαγωγήςΣΕ . Ποια είναι η στιγμή της δύναμης που ασκείται στο πλαίσιο εάν η γωνία μεταξύ του διανύσματοςΣΕ και το κανονικό στο πλαίσιο είναι ένα;

ΕΝΑ. IBSαμαρτία α. ΣΙ. IBS.ΣΕ. IBS cos α. ΣΟΛ. Εγώ 2 B.S.αμαρτία α. ΡΕ. Εγώ 2 B.S. cos α. .

Επιλογή 2

Πρώτα απ 'όλα, αξίζει να μάθετε τι είναι το ηλεκτρικό ρεύμα. Ηλεκτρικό ρεύμα είναι η διατεταγμένη κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων σε έναν αγωγό. Για να προκύψει πρέπει πρώτα να δημιουργηθεί ένα ηλεκτρικό πεδίο, υπό την επίδραση του οποίου θα αρχίσουν να κινούνται τα προαναφερθέντα φορτισμένα σωματίδια.

Η πρώτη γνώση του ηλεκτρισμού, πριν από πολλούς αιώνες, αφορούσε τα ηλεκτρικά «φορτίσματα» που παράγονται μέσω της τριβής. Ήδη από την αρχαιότητα, οι άνθρωποι γνώριζαν ότι το κεχριμπάρι, τριμμένο με μαλλί, απέκτησε την ικανότητα να προσελκύει ελαφριά αντικείμενα. Αλλά μόνο στα τέλη του 16ου αιώνα, ο Άγγλος γιατρός Gilbert μελέτησε λεπτομερώς αυτό το φαινόμενο και ανακάλυψε ότι πολλές άλλες ουσίες είχαν ακριβώς τις ίδιες ιδιότητες. Σώματα που, όπως το κεχριμπάρι, μετά το τρίψιμο, μπορούν να προσελκύσουν ελαφριά αντικείμενα, τα ονόμασε ηλεκτρισμένα. Αυτή η λέξη προέρχεται από το ελληνικό ηλεκτρόνιο - "κεχριμπαρένιο". Επί του παρόντος, λέμε ότι τα σώματα σε αυτή την κατάσταση έχουν ηλεκτρικά φορτία και τα ίδια τα σώματα ονομάζονται «φορτισμένα».

Ηλεκτρικά φορτία προκύπτουν πάντα όταν διαφορετικές ουσίες έρχονται σε στενή επαφή. Εάν τα σώματα είναι συμπαγή, τότε η στενή επαφή τους εμποδίζεται από μικροσκοπικές προεξοχές και ανωμαλίες που υπάρχουν στην επιφάνειά τους. Πιέζοντας τέτοια σώματα και τρίβοντάς τα μεταξύ τους, συγκεντρώνουμε τις επιφάνειές τους, οι οποίες χωρίς πίεση θα ακουμπούσαν μόνο σε λίγα σημεία. Σε ορισμένα σώματα, τα ηλεκτρικά φορτία μπορούν να κινούνται ελεύθερα μεταξύ διαφορετικών μερών, αλλά σε άλλα αυτό είναι αδύνατο. Στην πρώτη περίπτωση, τα σώματα ονομάζονται "αγωγοί" και στη δεύτερη - "διηλεκτρικά ή μονωτές". Αγωγοί είναι όλα τα μέταλλα, τα υδατικά διαλύματα αλάτων και οξέων κ.λπ. Παραδείγματα μονωτών είναι το κεχριμπάρι, ο χαλαζίας, ο εβονίτης και όλα τα αέρια που βρίσκονται υπό κανονικές συνθήκες.

Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι η διαίρεση των σωμάτων σε αγωγούς και διηλεκτρικά είναι πολύ αυθαίρετη. Όλες οι ουσίες άγουν τον ηλεκτρισμό σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό. Τα ηλεκτρικά φορτία είναι θετικά και αρνητικά. Αυτό το είδος ρεύματος δεν θα διαρκέσει πολύ, γιατί το ηλεκτρισμένο σώμα θα εξαντληθεί. Για τη συνεχή ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος σε έναν αγωγό, είναι απαραίτητο να διατηρηθεί ένα ηλεκτρικό πεδίο. Για τους σκοπούς αυτούς, χρησιμοποιούνται πηγές ηλεκτρικού ρεύματος. Η απλούστερη περίπτωση εμφάνισης ηλεκτρικού ρεύματος είναι όταν το ένα άκρο του σύρματος συνδέεται με ένα ηλεκτρισμένο σώμα και το άλλο με το έδαφος.

Τα ηλεκτρικά κυκλώματα που παρέχουν ρεύμα σε λαμπτήρες και ηλεκτρικούς κινητήρες δεν εμφανίστηκαν μέχρι την εφεύρεση των μπαταριών, η οποία χρονολογείται γύρω στο 1800. Μετά από αυτό, η ανάπτυξη του δόγματος του ηλεκτρισμού προχώρησε τόσο γρήγορα που σε λιγότερο από έναν αιώνα έγινε όχι μόνο μέρος της φυσικής, αλλά αποτέλεσε τη βάση ενός νέου ηλεκτρικού πολιτισμού.

Βασικά μεγέθη ηλεκτρικού ρεύματος

Ποσότητα ρεύματος και ρεύματος. Οι επιπτώσεις του ηλεκτρικού ρεύματος μπορεί να είναι ισχυρές ή αδύναμες. Η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος εξαρτάται από την ποσότητα φορτίου που ρέει μέσα από το κύκλωμα σε μια συγκεκριμένη μονάδα χρόνου. Όσο περισσότερα ηλεκτρόνια μετακινούνται από τον έναν πόλο της πηγής στον άλλο, τόσο μεγαλύτερο είναι το συνολικό φορτίο που μεταφέρεται από τα ηλεκτρόνια. Αυτό το καθαρό φορτίο ονομάζεται η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που διέρχεται από έναν αγωγό.

Συγκεκριμένα, η χημική επίδραση του ηλεκτρικού ρεύματος εξαρτάται από την ποσότητα του ηλεκτρισμού, δηλαδή, όσο μεγαλύτερο είναι το φορτίο που διέρχεται από το διάλυμα ηλεκτρολύτη, τόσο περισσότερη ουσία θα εναποτίθεται στην κάθοδο και την άνοδο. Από αυτή την άποψη, η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί να υπολογιστεί ζυγίζοντας τη μάζα της ουσίας που εναποτίθεται στο ηλεκτρόδιο και γνωρίζοντας τη μάζα και το φορτίο ενός ιόντος αυτής της ουσίας.

Η ένταση ρεύματος είναι μια ποσότητα που ισούται με την αναλογία του ηλεκτρικού φορτίου που διέρχεται από τη διατομή του αγωγού προς το χρόνο ροής του. Η μονάδα φόρτισης είναι το κουλόμπ (C), ο χρόνος μετριέται σε δευτερόλεπτα (s). Στην περίπτωση αυτή, η μονάδα ρεύματος εκφράζεται σε C/s. Αυτή η μονάδα ονομάζεται αμπέρ (Α). Για τη μέτρηση του ρεύματος σε ένα κύκλωμα, χρησιμοποιείται μια ηλεκτρική συσκευή μέτρησης που ονομάζεται αμπερόμετρο. Για συμπερίληψη στο κύκλωμα, το αμπερόμετρο είναι εξοπλισμένο με δύο ακροδέκτες. Συνδέεται σε σειρά με το κύκλωμα.

Ηλεκτρική τάση. Γνωρίζουμε ήδη ότι ηλεκτρικό ρεύμα είναι η διατεταγμένη κίνηση φορτισμένων σωματιδίων – ηλεκτρονίων. Αυτή η κίνηση δημιουργείται χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο κάνει μια συγκεκριμένη ποσότητα εργασίας. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται έργο ηλεκτρικού ρεύματος. Για να μετακινηθεί περισσότερο φορτίο μέσα από ένα ηλεκτρικό κύκλωμα σε 1 s, το ηλεκτρικό πεδίο πρέπει να κάνει περισσότερη δουλειά. Με βάση αυτό, αποδεικνύεται ότι το έργο του ηλεκτρικού ρεύματος πρέπει να εξαρτάται από την ισχύ του ρεύματος. Αλλά υπάρχει μια ακόμη αξία από την οποία εξαρτάται το έργο του ρεύματος. Αυτή η ποσότητα ονομάζεται τάση.

Η τάση είναι ο λόγος του έργου που εκτελείται από το ρεύμα σε ένα συγκεκριμένο τμήμα ενός ηλεκτρικού κυκλώματος προς το φορτίο που ρέει μέσω του ίδιου τμήματος του κυκλώματος. Το τρέχον έργο μετράται σε τζάουλ (J), φορτίο - σε κουλόμπ (C). Από αυτή την άποψη, η μονάδα μέτρησης για την τάση θα γίνει 1 J/C. Αυτή η μονάδα ονομαζόταν βολτ (V).

Για να προκύψει τάση σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, χρειάζεται μια πηγή ρεύματος. Όταν το κύκλωμα είναι ανοιχτό, η τάση υπάρχει μόνο στους ακροδέκτες της πηγής ρεύματος. Εάν αυτή η πηγή ρεύματος περιλαμβάνεται στο κύκλωμα, θα προκύψει τάση και σε μεμονωμένα τμήματα του κυκλώματος. Από αυτή την άποψη, ένα ρεύμα θα εμφανιστεί στο κύκλωμα. Δηλαδή, μπορούμε να πούμε εν συντομία το εξής: αν δεν υπάρχει τάση στο κύκλωμα, δεν υπάρχει ρεύμα. Για τη μέτρηση της τάσης, χρησιμοποιείται ένα ηλεκτρικό όργανο μέτρησης που ονομάζεται βολτόμετρο. Στην εμφάνισή του μοιάζει με το αμπερόμετρο που αναφέραμε προηγουμένως, με τη μόνη διαφορά ότι το γράμμα V αναγράφεται στην κλίμακα του βολτόμετρου (αντί για το Α στο αμπερόμετρο). Το βολτόμετρο έχει δύο ακροδέκτες, με τη βοήθεια των οποίων συνδέεται παράλληλα με το ηλεκτρικό κύκλωμα.

Ηλεκτρική αντίσταση. Αφού συνδέσετε διάφορους αγωγούς και ένα αμπερόμετρο στο ηλεκτρικό κύκλωμα, μπορείτε να παρατηρήσετε ότι όταν χρησιμοποιείτε διαφορετικούς αγωγούς, το αμπερόμετρο δίνει διαφορετικές ενδείξεις, δηλαδή σε αυτήν την περίπτωση, η ισχύς ρεύματος που είναι διαθέσιμη στο ηλεκτρικό κύκλωμα είναι διαφορετική. Αυτό το φαινόμενο μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι διαφορετικοί αγωγοί έχουν διαφορετική ηλεκτρική αντίσταση, που είναι φυσικό μέγεθος. Ονομάστηκε Ohm προς τιμήν του Γερμανού φυσικού. Κατά κανόνα, στη φυσική χρησιμοποιούνται μεγαλύτερες μονάδες: kilo-ohm, mega-ohm, κ.λπ. Η αντίσταση ενός αγωγού συνήθως συμβολίζεται με το γράμμα R, το μήκος του αγωγού είναι L και η περιοχή διατομής είναι S Σε αυτήν την περίπτωση, η αντίσταση μπορεί να γραφτεί ως τύπος:

R = r * L/S

όπου ο συντελεστής p ονομάζεται ειδική αντίσταση. Αυτός ο συντελεστής εκφράζει την αντίσταση ενός αγωγού μήκους 1 m με επιφάνεια διατομής ίση με 1 m2. Η ειδική αντίσταση εκφράζεται σε Ohms x m. Δεδομένου ότι τα σύρματα, κατά κανόνα, έχουν μάλλον μικρή διατομή, οι περιοχές τους συνήθως εκφράζονται σε τετραγωνικά χιλιοστά. Σε αυτή την περίπτωση, η μονάδα αντίστασης θα είναι Ohm x mm2/m. Στον παρακάτω πίνακα. Το σχήμα 1 δείχνει την ειδική αντίσταση ορισμένων υλικών.

Πίνακας 1. Ηλεκτρική ειδική αντίσταση ορισμένων υλικών
Υλικό	p, Ohm x m2/m	Υλικό	p, Ohm x m2/m
Χαλκός	0,017	Κράμα πλατίνας-ιριδίου	0,25
Χρυσός	0,024	Γραφίτης	13
Ορείχαλκος	0,071	Κάρβουνο	40
Κασσίτερος	0,12	Πορσελάνη	1019
Οδηγω	0,21	Εβονίτης	1020
Μέταλλο ή κράμα
Ασήμι	0,016	Μαγγανίνη (κράμα)	0,43
Αλουμίνιο	0,028	Constantan (κράμα)	0,50
Βολφράμιο	0,055	Ερμής	0,96
Σίδερο	0,1	Νικρώμιο (κράμα)	1,1
Νικελίνη (κράμα)	0,40	Fechral (κράμα)	1,3
		Chromel (κράμα)	1,5

Σύμφωνα με τον πίνακα. 1 γίνεται σαφές ότι ο χαλκός έχει τη χαμηλότερη ηλεκτρική ειδική αντίσταση και το κράμα μετάλλων την υψηλότερη. Επιπλέον, τα διηλεκτρικά (μονωτικά) έχουν υψηλή ειδική αντίσταση.

Ηλεκτρική χωρητικότητα. Γνωρίζουμε ήδη ότι δύο αγωγοί που είναι απομονωμένοι μεταξύ τους μπορούν να συσσωρεύσουν ηλεκτρικά φορτία. Αυτό το φαινόμενο χαρακτηρίζεται από ένα φυσικό μέγεθος που ονομάζεται ηλεκτρική χωρητικότητα. Η ηλεκτρική χωρητικότητα δύο αγωγών δεν είναι τίποτα άλλο από τον λόγο του φορτίου ενός από αυτούς προς τη διαφορά δυναμικού μεταξύ αυτού του αγωγού και του γειτονικού. Όσο χαμηλότερη είναι η τάση όταν φορτίζονται οι αγωγοί, τόσο μεγαλύτερη είναι η χωρητικότητά τους. Η μονάδα ηλεκτρικής χωρητικότητας είναι το φαράντ (F). Στην πράξη, χρησιμοποιούνται κλάσματα αυτής της μονάδας: microfarad (μF) και picofarad (pF).

Εάν πάρετε δύο αγωγούς που είναι απομονωμένοι μεταξύ τους και τους τοποθετήσετε σε μικρή απόσταση ο ένας από τον άλλο, θα λάβετε έναν πυκνωτή. Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή εξαρτάται από το πάχος των πλακών του και το πάχος του διηλεκτρικού και τη διαπερατότητά του. Μειώνοντας το πάχος του διηλεκτρικού μεταξύ των πλακών του πυκνωτή, η χωρητικότητα του τελευταίου μπορεί να αυξηθεί σημαντικά. Σε όλους τους πυκνωτές, εκτός από τη χωρητικότητά τους, πρέπει να αναφέρεται και η τάση για την οποία έχουν σχεδιαστεί αυτές οι συσκευές.

Εργασία και ισχύς ηλεκτρικού ρεύματος. Από τα παραπάνω είναι σαφές ότι το ηλεκτρικό ρεύμα κάνει κάποια δουλειά. Όταν συνδέετε ηλεκτρικούς κινητήρες, το ηλεκτρικό ρεύμα κάνει όλα τα είδη εξοπλισμού να λειτουργούν, μετακινεί τα τρένα κατά μήκος των σιδηροτροχιών, φωτίζει τους δρόμους, θερμαίνει το σπίτι και επίσης παράγει ένα χημικό αποτέλεσμα, δηλαδή επιτρέπει την ηλεκτρόλυση κ.λπ. Μπορούμε να πούμε ότι η εργασία που έγινε από το ρεύμα σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του κυκλώματος είναι ίσο με το ρεύμα προϊόντος, την τάση και το χρόνο κατά τον οποίο εκτελέστηκε η εργασία. Η εργασία μετριέται σε τζάουλ, η τάση σε βολτ, το ρεύμα σε αμπέρ, ο χρόνος σε δευτερόλεπτα. Από αυτή την άποψη, 1 J = 1B x 1A x 1s. Από αυτό αποδεικνύεται ότι για να μετρηθεί το έργο του ηλεκτρικού ρεύματος, πρέπει να χρησιμοποιηθούν τρία όργανα ταυτόχρονα: ένα αμπερόμετρο, ένα βολτόμετρο και ένα ρολόι. Αλλά αυτό είναι δυσκίνητο και αναποτελεσματικό. Επομένως, συνήθως, το έργο του ηλεκτρικού ρεύματος μετριέται με ηλεκτρικούς μετρητές. Αυτή η συσκευή περιέχει όλες τις παραπάνω συσκευές.

Η ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ίση με την αναλογία του έργου του ρεύματος προς το χρόνο κατά τον οποίο εκτελέστηκε. Η ισχύς δηλώνεται με το γράμμα "P" και εκφράζεται σε watt (W). Στην πράξη χρησιμοποιούνται κιλοβάτ, μεγαβάτ, εκτοβάτ κλπ. Για να μετρήσετε την ισχύ του κυκλώματος πρέπει να πάρετε ένα βατόμετρο. Οι ηλεκτρολόγοι μηχανικοί εκφράζουν το έργο του ρεύματος σε κιλοβατώρες (kWh).

Βασικοί νόμοι του ηλεκτρικού ρεύματος

Ο νόμος του Ohm. Η τάση και το ρεύμα θεωρούνται τα πιο χρήσιμα χαρακτηριστικά των ηλεκτρικών κυκλωμάτων. Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά της χρήσης της ηλεκτρικής ενέργειας είναι η ταχεία μεταφορά ενέργειας από το ένα μέρος στο άλλο και η μεταφορά της στον καταναλωτή με την απαιτούμενη μορφή. Το γινόμενο της διαφοράς δυναμικού και του ρεύματος δίνει ισχύ, δηλ. την ποσότητα ενέργειας που εκπέμπεται στο κύκλωμα ανά μονάδα χρόνου. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, για τη μέτρηση της ισχύος σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, θα χρειάζονταν 3 συσκευές. Είναι δυνατόν να τα βγάλεις πέρα ​​μόνο με ένα και να υπολογίσεις την ισχύ από τις ενδείξεις του και κάποιο χαρακτηριστικό του κυκλώματος, όπως η αντίστασή του; Αυτή η ιδέα άρεσε σε πολλούς και τη βρήκαν γόνιμη.

Ποια είναι λοιπόν η αντίσταση ενός σύρματος ή ενός κυκλώματος στο σύνολό του; Έχει ένα καλώδιο, όπως οι σωλήνες νερού ή οι σωλήνες συστήματος κενού, μια μόνιμη ιδιότητα που θα μπορούσε να ονομαστεί αντίσταση; Για παράδειγμα, στους σωλήνες, ο λόγος της διαφοράς πίεσης που παράγει ροή διαιρεμένος με τον ρυθμό ροής είναι συνήθως ένα σταθερό χαρακτηριστικό του σωλήνα. Ομοίως, η ροή θερμότητας σε ένα σύρμα διέπεται από μια απλή σχέση που περιλαμβάνει τη διαφορά θερμοκρασίας, την περιοχή διατομής του σύρματος και το μήκος του. Η ανακάλυψη μιας τέτοιας σχέσης για τα ηλεκτρικά κυκλώματα ήταν το αποτέλεσμα μιας επιτυχημένης αναζήτησης.

Στη δεκαετία του 1820, ο Γερμανός δάσκαλος Georg Ohm ήταν ο πρώτος που άρχισε να αναζητά την παραπάνω σχέση. Πρώτα απ 'όλα, προσπάθησε για φήμη και φήμη, που θα του επέτρεπε να διδάξει στο πανεπιστήμιο. Γι' αυτό επέλεξε έναν τομέα έρευνας που υποσχόταν ιδιαίτερα πλεονεκτήματα.

Ο Ομ ήταν γιος μηχανικού, οπότε ήξερε να σχεδιάζει μεταλλικό σύρμα διαφορετικού πάχους, το οποίο χρειαζόταν για πειράματα. Δεδομένου ότι ήταν αδύνατο να αγοράσει το κατάλληλο σύρμα εκείνη την εποχή, ο Om το έφτιαξε μόνος του. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων του, δοκίμασε διαφορετικά μήκη, διαφορετικά πάχη, διαφορετικά μέταλλα και ακόμη και διαφορετικές θερμοκρασίες. Που άλλαξε όλους αυτούς τους παράγοντες έναν προς έναν. Την εποχή του Ohm, οι μπαταρίες ήταν ακόμα αδύναμες και παρήγαγαν ασυνεπές ρεύμα. Από αυτή την άποψη, ο ερευνητής χρησιμοποίησε ένα θερμοστοιχείο ως γεννήτρια, η θερμή διασταύρωση του οποίου τοποθετήθηκε σε φλόγα. Επιπλέον, χρησιμοποίησε ένα ακατέργαστο μαγνητικό αμπερόμετρο και μέτρησε τις διαφορές δυναμικού (το Ohm τις ονόμασε «τάσεις») αλλάζοντας τη θερμοκρασία ή τον αριθμό των θερμικών ενώσεων.

Η μελέτη των ηλεκτρικών κυκλωμάτων μόλις άρχισε να αναπτύσσεται. Αφού εφευρέθηκαν οι μπαταρίες γύρω στο 1800, άρχισε να αναπτύσσεται πολύ πιο γρήγορα. Σχεδιάστηκαν και κατασκευάστηκαν διάφορες συσκευές (πολύ συχνά με το χέρι), ανακαλύφθηκαν νέοι νόμοι, εμφανίστηκαν έννοιες και όροι κ.λπ. Όλα αυτά οδήγησαν σε μια βαθύτερη κατανόηση των ηλεκτρικών φαινομένων και παραγόντων.

Η ενημέρωση των γνώσεων σχετικά με την ηλεκτρική ενέργεια, αφενός, έγινε η αιτία για την εμφάνιση ενός νέου πεδίου της φυσικής, αφετέρου, ήταν η βάση για την ταχεία ανάπτυξη της ηλεκτρικής μηχανικής, δηλαδή μπαταρίες, γεννήτριες, συστήματα παροχής ρεύματος για φωτισμό και εφευρέθηκαν ηλεκτρική κίνηση, ηλεκτρικοί φούρνοι, ηλεκτροκινητήρες κ.λπ., άλλα.

Οι ανακαλύψεις του Ohm είχαν μεγάλη σημασία τόσο για την ανάπτυξη της μελέτης της ηλεκτρικής ενέργειας όσο και για την ανάπτυξη της εφαρμοσμένης ηλεκτρικής μηχανικής. Κατέστησαν δυνατή την εύκολη πρόβλεψη των ιδιοτήτων των ηλεκτρικών κυκλωμάτων για συνεχές ρεύμα και στη συνέχεια για εναλλασσόμενο ρεύμα. Το 1826, ο Ohm δημοσίευσε ένα βιβλίο στο οποίο περιέγραψε θεωρητικά συμπεράσματα και πειραματικά αποτελέσματα. Αλλά οι ελπίδες του δεν δικαιώθηκαν· το βιβλίο χαιρετίστηκε με γελοιοποίηση. Αυτό συνέβη επειδή η μέθοδος του ακατέργαστου πειραματισμού φαινόταν μη ελκυστική σε μια εποχή που πολλοί ενδιαφέρονταν για τη φιλοσοφία.

Δεν είχε άλλη επιλογή από το να εγκαταλείψει τη θέση του καθηγητή. Δεν πέτυχε ραντεβού στο πανεπιστήμιο για τον ίδιο λόγο. Για 6 χρόνια, ο επιστήμονας έζησε στη φτώχεια, χωρίς εμπιστοσύνη στο μέλλον, βιώνοντας ένα αίσθημα πικρής απογοήτευσης.

Σταδιακά όμως τα έργα του απέκτησαν φήμη, πρώτα εκτός Γερμανίας. Ο Ομ ήταν σεβαστός στο εξωτερικό και επωφελήθηκε από την έρευνά του. Από αυτή την άποψη, οι συμπατριώτες του αναγκάστηκαν να τον αναγνωρίσουν στην πατρίδα του. Το 1849 έλαβε θέση καθηγητή στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου.

Ο Ohm ανακάλυψε έναν απλό νόμο που καθιερώνει τη σχέση μεταξύ ρεύματος και τάσης για ένα κομμάτι σύρματος (για μέρος ενός κυκλώματος, για ολόκληρο το κύκλωμα). Επιπλέον, συνέταξε κανόνες που σας επιτρέπουν να προσδιορίσετε τι θα αλλάξει αν πάρετε ένα καλώδιο διαφορετικού μεγέθους. Ο νόμος του Ohm διατυπώνεται ως εξής: η ισχύς του ρεύματος σε ένα τμήμα ενός κυκλώματος είναι ευθέως ανάλογη με την τάση σε αυτό το τμήμα και αντιστρόφως ανάλογη με την αντίσταση του τμήματος.

Νόμος Joule-Lenz. Το ηλεκτρικό ρεύμα σε οποιοδήποτε μέρος του κυκλώματος κάνει κάποια δουλειά. Για παράδειγμα, ας πάρουμε οποιοδήποτε τμήμα του κυκλώματος μεταξύ των άκρων του οποίου υπάρχει τάση (U). Εξ ορισμού της ηλεκτρικής τάσης, η εργασία που γίνεται όταν μετακινείται μια μονάδα φορτίου μεταξύ δύο σημείων είναι ίση με U. Εάν η ισχύς του ρεύματος σε ένα δεδομένο τμήμα του κυκλώματος είναι ίση με i, τότε σε χρόνο t το φορτίο θα περάσει και επομένως το έργο του ηλεκτρικού ρεύματος σε αυτό το τμήμα θα είναι:

Α = Μονάδα

Αυτή η έκφραση ισχύει για συνεχές ρεύμα σε κάθε περίπτωση, για οποιοδήποτε τμήμα του κυκλώματος, το οποίο μπορεί να περιέχει αγωγούς, ηλεκτρικούς κινητήρες κ.λπ. Η τρέχουσα ισχύς, δηλαδή η εργασία ανά μονάδα χρόνου, είναι ίση με:

P = A/t = Ui

Αυτός ο τύπος χρησιμοποιείται στο σύστημα SI για τον προσδιορισμό της μονάδας τάσης.

Ας υποθέσουμε ότι το τμήμα του κυκλώματος είναι ένας ακίνητος αγωγός. Σε αυτή την περίπτωση, όλη η εργασία θα μετατραπεί σε θερμότητα, η οποία θα απελευθερωθεί σε αυτόν τον αγωγό. Εάν ο αγωγός είναι ομοιογενής και υπακούει στο νόμο του Ohm (αυτός περιλαμβάνει όλα τα μέταλλα και τους ηλεκτρολύτες), τότε:

U = ir

όπου r είναι η αντίσταση του αγωγού. Σε αυτήν την περίπτωση:

A = rt2i

Αυτός ο νόμος συνήχθη για πρώτη φορά πειραματικά από τον E. Lenz και, ανεξάρτητα από αυτόν, από τον Joule.

Πρέπει να σημειωθεί ότι οι αγωγοί θέρμανσης έχουν πολυάριθμες εφαρμογές στην τεχνολογία. Οι πιο συνηθισμένοι και σημαντικότεροι μεταξύ τους είναι οι λαμπτήρες πυρακτώσεως.

Νόμος της Ηλεκτρομαγνητικής Επαγωγής. Στο πρώτο μισό του 19ου αιώνα, ο Άγγλος φυσικός M. Faraday ανακάλυψε το φαινόμενο της μαγνητικής επαγωγής. Το γεγονός αυτό, έχοντας γίνει ιδιοκτησία πολλών ερευνητών, έδωσε ισχυρή ώθηση στην ανάπτυξη της ηλεκτρολογικής και ραδιομηχανικής.

Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων, ο Faraday ανακάλυψε ότι όταν αλλάζει ο αριθμός των γραμμών μαγνητικής επαγωγής που διαπερνούν μια επιφάνεια που οριοθετείται από έναν κλειστό βρόχο, δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα σε αυτήν. Αυτή είναι η βάση του ίσως πιο σημαντικού νόμου της φυσικής - του νόμου της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Το ρεύμα που εμφανίζεται στο κύκλωμα ονομάζεται επαγωγή. Λόγω του γεγονότος ότι ένα ηλεκτρικό ρεύμα προκύπτει σε ένα κύκλωμα μόνο όταν τα ελεύθερα φορτία εκτίθενται σε εξωτερικές δυνάμεις, τότε με μια μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή που διέρχεται κατά μήκος της επιφάνειας ενός κλειστού κυκλώματος, εμφανίζονται αυτές οι ίδιες εξωτερικές δυνάμεις σε αυτό. Η δράση των εξωτερικών δυνάμεων στη φυσική ονομάζεται ηλεκτροκινητική δύναμη ή επαγόμενη εμφ.

Η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή εμφανίζεται και σε ανοιχτούς αγωγούς. Όταν ένας αγωγός διασχίζει μαγνητικές γραμμές δύναμης, εμφανίζεται τάση στα άκρα του. Ο λόγος για την εμφάνιση μιας τέτοιας τάσης είναι το επαγόμενο emf. Εάν η μαγνητική ροή που διέρχεται από έναν κλειστό βρόχο δεν αλλάξει, δεν εμφανίζεται επαγόμενο ρεύμα.

Χρησιμοποιώντας την έννοια του "επαγωγικού emf", μπορούμε να μιλήσουμε για τον νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, δηλαδή, το επαγωγικό emf σε έναν κλειστό βρόχο είναι ίσο σε μέγεθος με το ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής μέσω της επιφάνειας που οριοθετείται από τον βρόχο.

Ο κανόνας του Lenz. Όπως ήδη γνωρίζουμε, ένα επαγόμενο ρεύμα προκύπτει σε έναν αγωγό. Ανάλογα με τις συνθήκες εμφάνισής του, έχει διαφορετική κατεύθυνση. Με την ευκαιρία αυτή, ο Ρώσος φυσικός Lenz διατύπωσε τον ακόλουθο κανόνα: το επαγόμενο ρεύμα που προκύπτει σε ένα κλειστό κύκλωμα έχει πάντα τέτοια κατεύθυνση ώστε το μαγνητικό πεδίο που δημιουργεί να μην επιτρέπει τη μεταβολή της μαγνητικής ροής. Όλα αυτά προκαλούν την εμφάνιση ρεύματος επαγωγής.

Το ρεύμα επαγωγής, όπως κάθε άλλο, έχει ενέργεια. Αυτό σημαίνει ότι σε περίπτωση ρεύματος επαγωγής εμφανίζεται ηλεκτρική ενέργεια. Σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης και του μετασχηματισμού της ενέργειας, η προαναφερθείσα ενέργεια μπορεί να προκύψει μόνο λόγω της ποσότητας ενέργειας κάποιου άλλου τύπου ενέργειας. Έτσι, ο κανόνας του Lenz αντιστοιχεί πλήρως στον νόμο της διατήρησης και του μετασχηματισμού της ενέργειας.

Εκτός από την επαγωγή, στο πηνίο μπορεί να εμφανιστεί η λεγόμενη αυτοεπαγωγή. Η ουσία του είναι η εξής. Εάν προκύψει ρεύμα στο πηνίο ή αλλάξει η ισχύς του, εμφανίζεται ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Και αν η μαγνητική ροή που διέρχεται από το πηνίο αλλάξει, τότε εμφανίζεται μια ηλεκτροκινητική δύναμη, η οποία ονομάζεται emf αυτοεπαγωγής.

Σύμφωνα με τον κανόνα του Lenz, το αυτοεπαγωγικό EMF όταν κλείνει ένα κύκλωμα παρεμβαίνει στην ισχύ του ρεύματος και το εμποδίζει να αυξηθεί. Όταν το κύκλωμα είναι απενεργοποιημένο, το αυτοεπαγωγικό EMF μειώνει την ισχύ του ρεύματος. Στην περίπτωση που η ισχύς του ρεύματος στο πηνίο φτάσει σε μια ορισμένη τιμή, το μαγνητικό πεδίο σταματά να αλλάζει και το emf αυτοεπαγωγής μηδενίζεται.

Φόρτιση σε κίνηση. Μπορεί να πάρει τη μορφή ξαφνικής εκκένωσης στατικού ηλεκτρισμού, όπως κεραυνός. Ή θα μπορούσε να είναι μια ελεγχόμενη διαδικασία σε γεννήτριες, μπαταρίες, ηλιακές κυψέλες ή κυψέλες καυσίμου. Σήμερα θα εξετάσουμε την ίδια την έννοια του «ηλεκτρικού ρεύματος» και τις προϋποθέσεις για την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος.

Ηλεκτρική ενέργεια

Το μεγαλύτερο μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιούμε προέρχεται με τη μορφή εναλλασσόμενου ρεύματος από το ηλεκτρικό δίκτυο. Δημιουργείται από γεννήτριες που λειτουργούν σύμφωνα με τον νόμο επαγωγής του Faraday, λόγω του οποίου ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο μπορεί να προκαλέσει ηλεκτρικό ρεύμα σε έναν αγωγό.

Οι γεννήτριες έχουν περιστρεφόμενα πηνία σύρματος που περνούν μέσα από μαγνητικά πεδία καθώς περιστρέφονται. Καθώς τα πηνία περιστρέφονται, ανοίγουν και κλείνουν σε σχέση με το μαγνητικό πεδίο και δημιουργούν ένα ηλεκτρικό ρεύμα που αλλάζει κατεύθυνση με κάθε στροφή. Το ρεύμα διέρχεται από έναν πλήρη κύκλο μπρος-πίσω 60 φορές το δευτερόλεπτο.

Οι γεννήτριες μπορούν να τροφοδοτούνται από ατμοστρόβιλους που θερμαίνονται με άνθρακα, φυσικό αέριο, πετρέλαιο ή πυρηνικό αντιδραστήρα. Από τη γεννήτρια, το ρεύμα διέρχεται από μια σειρά μετασχηματιστών, όπου αυξάνεται η τάση της. Η διάμετρος των καλωδίων καθορίζει την ποσότητα και την ένταση του ρεύματος που μπορούν να μεταφέρουν χωρίς υπερθέρμανση και απώλεια ενέργειας και η τάση περιορίζεται μόνο από το πόσο καλά είναι μονωμένα οι γραμμές από τη γείωση.

Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι το ρεύμα μεταφέρεται μόνο από ένα καλώδιο και όχι από δύο. Οι δύο πλευρές του χαρακτηρίζονται ως θετικές και αρνητικές. Ωστόσο, δεδομένου ότι η πολικότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος αλλάζει 60 φορές το δευτερόλεπτο, έχουν άλλα ονόματα - hot (κύρια καλώδια ρεύματος) και γείωση (τρέχουν υπόγεια για να ολοκληρώσουν το κύκλωμα).

Γιατί χρειάζεται ηλεκτρικό ρεύμα;

Υπάρχουν πολλές χρήσεις του ηλεκτρικού ρεύματος: μπορεί να φωτίσει το σπίτι σας, να πλύνει και να στεγνώσει τα ρούχα σας, να σηκώσει την πόρτα του γκαράζ σας, να κάνει το νερό να βράζει σε έναν βραστήρα και να επιτρέψει άλλα είδη οικιακής χρήσης που κάνουν τη ζωή μας πολύ πιο εύκολη. Ωστόσο, η ικανότητα του ρεύματος να μεταδίδει πληροφορίες γίνεται όλο και πιο σημαντική.

Κατά τη σύνδεση στο Διαδίκτυο, ένας υπολογιστής χρησιμοποιεί μόνο ένα μικρό μέρος του ηλεκτρικού ρεύματος, αλλά αυτό είναι κάτι χωρίς το οποίο οι σύγχρονοι άνθρωποι δεν μπορούν να φανταστούν τη ζωή τους.

Η έννοια του ηλεκτρικού ρεύματος

Όπως μια ροή ποταμού, μια ροή μορίων νερού, ένα ηλεκτρικό ρεύμα είναι μια ροή φορτισμένων σωματιδίων. Τι είναι αυτό που την προκαλεί και γιατί δεν πηγαίνει πάντα προς την ίδια κατεύθυνση; Όταν ακούτε τη λέξη «ρέει», τι σκέφτεστε; Ίσως θα είναι ποτάμι. Αυτός είναι ένας καλός συσχετισμός γιατί για αυτόν τον λόγο πήρε το όνομά του το ηλεκτρικό ρεύμα. Μοιάζει πολύ με τη ροή του νερού, αλλά αντί για μόρια νερού να κινούνται κατά μήκος ενός καναλιού, φορτισμένα σωματίδια κινούνται κατά μήκος ενός αγωγού.

Ανάμεσα στις απαραίτητες προϋποθέσεις για την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος, υπάρχει ένα σημείο που απαιτεί την παρουσία ηλεκτρονίων. Τα άτομα σε ένα αγώγιμο υλικό έχουν πολλά από αυτά τα ελεύθερα φορτισμένα σωματίδια να επιπλέουν γύρω και μεταξύ των ατόμων. Η κίνησή τους είναι τυχαία, επομένως δεν υπάρχει ροή προς οποιαδήποτε δεδομένη κατεύθυνση. Τι χρειάζεται για να υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα;

Προϋποθέσεις για την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος περιλαμβάνουν την παρουσία τάσης. Όταν εφαρμόζεται σε έναν αγωγό, όλα τα ελεύθερα ηλεκτρόνια θα κινούνται προς την ίδια κατεύθυνση, δημιουργώντας ένα ρεύμα.

Περίεργος για το ηλεκτρικό ρεύμα

Αυτό που είναι ενδιαφέρον είναι ότι όταν η ηλεκτρική ενέργεια μεταφέρεται μέσω ενός αγωγού με την ταχύτητα του φωτός, τα ίδια τα ηλεκτρόνια κινούνται πολύ πιο αργά. Στην πραγματικότητα, αν περπατούσατε αργά δίπλα σε ένα αγώγιμο καλώδιο, η ταχύτητά σας θα ήταν 100 φορές μεγαλύτερη από τα ηλεκτρόνια. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι δεν χρειάζεται να διανύσουν τεράστιες αποστάσεις για να μεταφέρουν ενέργεια ο ένας στον άλλο.

Συνεχές και εναλλασσόμενο ρεύμα

Σήμερα, δύο διαφορετικοί τύποι ρεύματος χρησιμοποιούνται ευρέως - άμεσο και εναλλασσόμενο. Στην πρώτη, τα ηλεκτρόνια κινούνται προς μία κατεύθυνση, από την «αρνητική» πλευρά προς τη «θετική». Το εναλλασσόμενο ρεύμα σπρώχνει τα ηλεκτρόνια μπρος-πίσω, αλλάζοντας την κατεύθυνση της ροής πολλές φορές ανά δευτερόλεπτο.

Οι γεννήτριες που χρησιμοποιούνται σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας έχουν σχεδιαστεί για να παράγουν εναλλασσόμενο ρεύμα. Πιθανότατα δεν έχετε παρατηρήσει ποτέ ότι τα φώτα στο σπίτι σας πραγματικά τρεμοπαίζουν επειδή αλλάζει η τρέχουσα κατεύθυνση, αλλά συμβαίνει πολύ γρήγορα για να το ανιχνεύσουν τα μάτια σας.

Ποιες είναι οι προϋποθέσεις για την ύπαρξη συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος; Γιατί χρειαζόμαστε και τους δύο τύπους και ποιος είναι καλύτερος; Αυτές είναι καλές ερωτήσεις. Το γεγονός ότι εξακολουθούμε να χρησιμοποιούμε και τους δύο τύπους ρεύματος υποδηλώνει ότι και οι δύο εξυπηρετούν συγκεκριμένους σκοπούς. Πίσω στον 19ο αιώνα, ήταν σαφές ότι η αποτελεσματική μετάδοση ισχύος σε μεγάλες αποστάσεις μεταξύ ενός εργοστασίου παραγωγής ενέργειας και ενός σπιτιού ήταν δυνατή μόνο σε πολύ υψηλές τάσεις. Αλλά το πρόβλημα ήταν ότι η αποστολή πραγματικά υψηλής τάσης ήταν εξαιρετικά επικίνδυνη για τους ανθρώπους.

Η λύση σε αυτό το πρόβλημα ήταν να μειώσετε την ένταση έξω από το σπίτι πριν το στείλετε μέσα. Μέχρι σήμερα, το συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα χρησιμοποιείται για μετάδοση μεγάλων αποστάσεων, κυρίως λόγω της ικανότητάς του να μετατρέπεται εύκολα σε άλλες τάσεις.

Πώς λειτουργεί το ηλεκτρικό ρεύμα;

Οι συνθήκες για την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος περιλαμβάνουν την παρουσία φορτισμένων σωματιδίων, αγωγού και τάσης. Πολλοί επιστήμονες έχουν μελετήσει τον ηλεκτρισμό και ανακάλυψαν ότι υπάρχουν δύο είδη ηλεκτρισμού: ο στατικός και ο ρεύματος.

Είναι το δεύτερο που παίζει τεράστιο ρόλο στην καθημερινότητα κάθε ανθρώπου, αφού αντιπροσωπεύει ένα ηλεκτρικό ρεύμα που περνά μέσα από το κύκλωμα. Το χρησιμοποιούμε καθημερινά για να τροφοδοτούμε τα σπίτια μας και πολλά άλλα.

Τι είναι το ηλεκτρικό ρεύμα;

Όταν τα ηλεκτρικά φορτία κυκλοφορούν σε ένα κύκλωμα από το ένα μέρος στο άλλο, δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα. Οι προϋποθέσεις για την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος περιλαμβάνουν, εκτός από τα φορτισμένα σωματίδια, την παρουσία αγωγού. Τις περισσότερες φορές αυτό είναι ένα σύρμα. Το κύκλωμά του είναι ένα κλειστό κύκλωμα στο οποίο διέρχεται ρεύμα από την πηγή ισχύος. Όταν το κύκλωμα είναι ανοιχτό, δεν μπορεί να ολοκληρώσει το ταξίδι. Για παράδειγμα, όταν το φως στο δωμάτιό σας είναι σβηστό, το κύκλωμα είναι ανοιχτό, αλλά όταν το κύκλωμα είναι κλειστό, το φως είναι αναμμένο.

Τρέχουσα ισχύς

Οι συνθήκες για την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος σε έναν αγωγό επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό από τα χαρακτηριστικά τάσης όπως η ισχύς. Αυτό είναι ένα μέτρο της ποσότητας ενέργειας που χρησιμοποιείται για μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο.

Υπάρχουν πολλές διαφορετικές μονάδες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να εκφράσουν αυτό το χαρακτηριστικό. Ωστόσο, η ηλεκτρική ισχύς μετριέται σχεδόν σε watt. Ένα βατ ισούται με ένα τζάουλ ανά δευτερόλεπτο.

Ηλεκτρικό φορτίο σε κίνηση

Ποιες είναι οι προϋποθέσεις για την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος; Μπορεί να πάρει τη μορφή ξαφνικής εκκένωσης στατικού ηλεκτρισμού, όπως κεραυνός ή σπινθήρα από τριβή με μάλλινο ύφασμα. Πιο συχνά, ωστόσο, όταν μιλάμε για ηλεκτρικό ρεύμα, μιλάμε για μια πιο ελεγχόμενη μορφή ηλεκτρισμού που κάνει τα φώτα να καίνε και τις συσκευές να λειτουργούν. Το μεγαλύτερο μέρος του ηλεκτρικού φορτίου μεταφέρεται από αρνητικά ηλεκτρόνια και θετικά πρωτόνια μέσα σε ένα άτομο. Ωστόσο, οι τελευταίοι είναι κυρίως ακινητοποιημένοι μέσα στους ατομικούς πυρήνες, επομένως το έργο της μεταφοράς φορτίου από το ένα μέρος στο άλλο γίνεται από ηλεκτρόνια.

Τα ηλεκτρόνια σε ένα αγώγιμο υλικό όπως ένα μέταλλο είναι σε μεγάλο βαθμό ελεύθερα να μετακινηθούν από το ένα άτομο στο άλλο κατά μήκος των ζωνών αγωγής τους, οι οποίες είναι οι υψηλότερες τροχιές ηλεκτρονίων. Η επαρκής ηλεκτροκινητική δύναμη ή τάση δημιουργεί μια ανισορροπία φορτίου που μπορεί να προκαλέσει τη ροή ηλεκτρονίων μέσω ενός αγωγού με τη μορφή ηλεκτρικού ρεύματος.

Εάν σχεδιάσουμε μια αναλογία με το νερό, τότε πάρτε, για παράδειγμα, έναν σωλήνα. Όταν ανοίγουμε τη βαλβίδα στο ένα άκρο για να επιτρέψουμε στο νερό να ρέει στον σωλήνα, δεν χρειάζεται να περιμένουμε αυτό το νερό να φτάσει μέχρι το τέλος. Παίρνουμε νερό στο άλλο άκρο σχεδόν αμέσως γιατί το εισερχόμενο νερό σπρώχνει το νερό που βρίσκεται ήδη στον σωλήνα. Αυτό συμβαίνει όταν υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα καλώδιο.

Ηλεκτρικό ρεύμα: προϋποθέσεις για την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος

Το ηλεκτρικό ρεύμα θεωρείται συνήθως ως ροή ηλεκτρονίων. Όταν τα δύο άκρα μιας μπαταρίας συνδέονται μεταξύ τους χρησιμοποιώντας ένα μεταλλικό σύρμα, αυτή η φορτισμένη μάζα περνά μέσα από το καλώδιο από το ένα άκρο (ηλεκτρόδιο ή πόλο) της μπαταρίας στο αντίθετο. Ας ονομάσουμε λοιπόν τις προϋποθέσεις για την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος:

1. Φορτισμένα σωματίδια.
2. Αγωγός.
3. Πηγή τάσης.

Ωστόσο, δεν είναι όλα τόσο απλά. Ποιες προϋποθέσεις είναι απαραίτητες για την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος; Αυτή η ερώτηση μπορεί να απαντηθεί λεπτομερέστερα λαμβάνοντας υπόψη τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

• Δυναμική διαφορά (τάση).Αυτή είναι μια από τις υποχρεωτικές προϋποθέσεις. Πρέπει να υπάρχει διαφορά δυναμικού μεταξύ των 2 σημείων, που σημαίνει ότι η απωστική δύναμη που δημιουργείται από τα φορτισμένα σωματίδια σε ένα σημείο πρέπει να είναι μεγαλύτερη από τη δύναμή τους σε άλλο σημείο. Οι πηγές τάσης, κατά κανόνα, δεν εμφανίζονται στη φύση και τα ηλεκτρόνια κατανέμονται αρκετά ομοιόμορφα στο περιβάλλον. Ωστόσο, οι επιστήμονες κατάφεραν να εφεύρουν ορισμένους τύπους συσκευών όπου αυτά τα φορτισμένα σωματίδια μπορούν να συσσωρευτούν, δημιουργώντας έτσι την πολύ απαραίτητη τάση (για παράδειγμα, στις μπαταρίες).
• Ηλεκτρική αντίσταση (αγωγός).Αυτή είναι η δεύτερη σημαντική προϋπόθεση που είναι απαραίτητη για την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος. Αυτή είναι η διαδρομή κατά μήκος της οποίας ταξιδεύουν τα φορτισμένα σωματίδια. Μόνο εκείνα τα υλικά που επιτρέπουν στα ηλεκτρόνια να κινούνται ελεύθερα λειτουργούν ως αγωγοί. Όσοι δεν έχουν αυτή την ικανότητα ονομάζονται μονωτές. Για παράδειγμα, ένα μεταλλικό σύρμα θα είναι ένας εξαιρετικός αγωγός, ενώ η λαστιχένια θήκη του θα είναι ένας εξαιρετικός μονωτήρας.

Έχοντας μελετήσει προσεκτικά τις συνθήκες για την εμφάνιση και την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος, οι άνθρωποι μπόρεσαν να δαμάσουν αυτό το ισχυρό και επικίνδυνο στοιχείο και να το κατευθύνουν προς όφελος της ανθρωπότητας.

Η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή ανακαλύφθηκε από τον Michael Faraday το 1831. Ανακάλυψε ότι η ηλεκτροκινητική δύναμη που προκύπτει σε ένα κλειστό αγώγιμο κύκλωμα είναι ανάλογη με τον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής μέσω της επιφάνειας που οριοθετείται από αυτό το κύκλωμα. Το μέγεθος του EMF δεν εξαρτάται από το αν η αιτία της αλλαγής της ροής είναι μια αλλαγή στο ίδιο το μαγνητικό πεδίο ή η κίνηση του κυκλώματος (ή μέρους του) στο μαγνητικό πεδίο. Το ηλεκτρικό ρεύμα που προκαλείται από αυτό το emf ονομάζεται επαγόμενο ρεύμα.

Ο νόμος του Faraday Σύμφωνα με το νόμο του Faraday για την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, η ηλεκτροκινητική δύναμη που ενεργεί κατά μήκος ενός αυθαίρετα επιλεγμένου κυκλώματος Το σύμβολο μείον στον τύπο αντικατοπτρίζει τον κανόνα του Lenz, που πήρε το όνομά του από τον Ρώσο φυσικό E. H. Lenz: Το ρεύμα επαγωγής που προκύπτει σε ένα κλειστό αγώγιμο κύκλωμα έχει την ακόλουθη κατεύθυνση , ότι το μαγνητικό πεδίο που δημιουργεί αντισταθμίζει την αλλαγή της μαγνητικής ροής που προκάλεσε το ρεύμα.

Μαγνητική ροή Σε ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο, το μέγεθος του διανύσματος επαγωγής είναι ίσο με Β, τοποθετείται ένας επίπεδος κλειστός βρόχος της περιοχής S. Το κανονικό n στο επίπεδο του περιγράμματος κάνει μια γωνία α με την κατεύθυνση του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής Β ( βλέπε Εικ. 1). Η μαγνητική ροή διαμέσου της επιφάνειας είναι η ποσότητα Ф, που προσδιορίζεται από τη σχέση: Ф = В·S·cos a. Η μονάδα μέτρησης της μαγνητικής ροής στο σύστημα SI είναι 1 Weber (1 Wb).

Επαγωγή emf σε κινούμενο αγωγό Αφήστε έναν αγωγό μήκους L να κινηθεί με ταχύτητα V σε ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο, διασχίζοντας γραμμές δύναμης. Τα φορτία στον αγωγό κινούνται μαζί με τον αγωγό. Ένα φορτίο που κινείται σε ένα μαγνητικό πεδίο ασκείται από τη δύναμη Lorentz. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια μετατοπίζονται στο ένα άκρο του αγωγού και τα μη αντισταθμισμένα θετικά φορτία παραμένουν στο άλλο. Προκύπτει μια διαφορά δυναμικού, η οποία είναι η επαγόμενη emf ei. Η τιμή του μπορεί να προσδιοριστεί με τον υπολογισμό του έργου που επιτελεί η δύναμη Lorentz όταν μετακινείται ένα φορτίο κατά μήκος ενός αγωγού: ei = A/q = F·L/q. Έπεται ότι ei = B·V·L·sin a.

Αυτοεπαγωγή Η αυτοεπαγωγή είναι μια ειδική περίπτωση διαφόρων εκδηλώσεων ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Ας εξετάσουμε ένα κύκλωμα συνδεδεμένο σε μια πηγή ρεύματος (Εικ. 6). Κατά μήκος του κυκλώματος ρέει ηλεκτρικό ρεύμα I. Αυτό το ρεύμα δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο στον περιβάλλοντα χώρο. Ως αποτέλεσμα, το κύκλωμα διαπερνά τη δική του μαγνητική ροή F. Προφανώς, η δική του μαγνητική ροή είναι ανάλογη με το ρεύμα στο κύκλωμα που δημιούργησε το μαγνητικό πεδίο: Ф = L·I. Ο συντελεστής αναλογικότητας L ονομάζεται επαγωγή βρόχου. Η επαγωγή εξαρτάται από το μέγεθος, το σχήμα του αγωγού και τις μαγνητικές ιδιότητες του μέσου. Η μονάδα επαγωγής SI είναι 1 Henry (H). Εάν το ρεύμα στο κύκλωμα αλλάξει, τότε αλλάζει και η εγγενής μαγνητική ροή Fs. Μια αλλαγή στην τιμή του Fs οδηγεί στην εμφάνιση ενός επαγωγικού emf στο κύκλωμα. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται αυτοεπαγωγή και η αντίστοιχη τιμή είναι η αυτοεπαγωγή emf eiс. Από τον νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής προκύπτει ότι eiс = dФс/dt. Αν L = const, τότε eiс= - L·dI/dt.

Μετασχηματιστής Ένας μετασχηματιστής είναι μια στατική ηλεκτρομαγνητική συσκευή με δύο (ή περισσότερες) περιελίξεις, που τις περισσότερες φορές έχει σχεδιαστεί για να μετατρέπει το εναλλασσόμενο ρεύμα μιας τάσης σε εναλλασσόμενο ρεύμα μιας άλλης τάσης. Η μετατροπή ενέργειας σε έναν μετασχηματιστή πραγματοποιείται από ένα εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο. Οι μετασχηματιστές χρησιμοποιούνται ευρέως για τη μετάδοση ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις, τη διανομή της μεταξύ των δεκτών, καθώς και σε διάφορες συσκευές ανόρθωσης, ενίσχυσης, σηματοδότησης και άλλες συσκευές.

Μετασχηματιστές ισχύος Οι μετασχηματιστές ισχύος μετατρέπουν το εναλλασσόμενο ρεύμα μιας τάσης σε εναλλασσόμενο ρεύμα μιας άλλης τάσης για να τροφοδοτούν τους καταναλωτές με ηλεκτρική ενέργεια. Ανάλογα με τον σκοπό, μπορεί να αυξάνονται ή να μειώνονται. Στα δίκτυα διανομής, κατά κανόνα, χρησιμοποιούνται τριφασικοί μετασχηματιστές με δύο περιελίξεις, οι οποίοι μετατρέπουν τάσεις 6 και 10 kV σε τάση 0,4 kV.

Μετασχηματιστής ρεύματος Ο μετασχηματιστής ρεύματος είναι μια βοηθητική συσκευή στην οποία το δευτερεύον ρεύμα είναι πρακτικά ανάλογο με το πρωτεύον ρεύμα και έχει σχεδιαστεί για να συνδέει όργανα μέτρησης και ρελέ σε ηλεκτρικά κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος. Οι μετασχηματιστές ρεύματος χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή ρεύματος οποιασδήποτε τιμής και τάσης σε ρεύμα κατάλληλο για μέτρηση με τυπικά όργανα (5 A), τροφοδοσία περιελίξεων ρεύματος ρελέ, συσκευών αποσύνδεσης, καθώς και για την απομόνωση συσκευών και του προσωπικού λειτουργίας τους από την υψηλή τάση.

Μετασχηματιστές τάσης οργάνων Οι μετασχηματιστές τάσης οργάνων είναι ενδιάμεσοι μετασχηματιστές μέσω των οποίων ενεργοποιούνται τα όργανα μέτρησης σε υψηλές τάσεις. Χάρη σε αυτό, τα όργανα μέτρησης απομονώνονται από το δίκτυο, γεγονός που καθιστά δυνατή τη χρήση τυπικών οργάνων (με αναβαθμισμένη κλίμακα) και επεκτείνει έτσι τα όρια των μετρούμενων τάσεων. Οι μετασχηματιστές τάσης χρησιμοποιούνται τόσο για τη μέτρηση τάσης, ισχύος, ενέργειας, όσο και για την τροφοδοσία κυκλωμάτων αυτοματισμού, συναγερμών και προστασίας ρελέ των γραμμών ισχύος από σφάλματα γείωσης. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι μετασχηματιστές τάσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως μετασχηματιστές χαμηλής ισχύος χαμηλής ισχύος ή ως μετασχηματιστές δοκιμής κλιμάκωσης (για τη δοκιμή της μόνωσης ηλεκτρικών συσκευών)

Ταξινόμηση μετασχηματιστών τάσης Οι μετασχηματιστές τάσης διαφέρουν: α) από τον αριθμό των φάσεων - μονοφασικοί και τριφασικοί. β) σύμφωνα με τον αριθμό των περιελίξεων, δύο περιελίξεων και τριών περιελίξεων. γ) σύμφωνα με την κατηγορία ακρίβειας, δηλαδή σύμφωνα με τις επιτρεπόμενες τιμές σφάλματος· δ) με μέθοδο ψύξης, μετασχηματιστές με ψύξη λαδιού (πετρέλαιο), με ψύξη με φυσικό αέρα (ξηρό και με χυτό μόνωση). ε) ανά τύπο εγκατάστασης για εσωτερική εγκατάσταση, για εξωτερική εγκατάσταση και για πλήρη εξοπλισμό διανομής (διακόπτη)

Ταξινόμηση μετασχηματιστών ρεύματος Οι μετασχηματιστές ρεύματος ταξινομούνται σύμφωνα με διάφορα κριτήρια: 1. Σύμφωνα με τον σκοπό τους, οι μετασχηματιστές ρεύματος μπορούν να χωριστούν σε μετρητές, προστατευτικούς, ενδιάμεσους (για τη συμπερίληψη οργάνων μέτρησης σε κυκλώματα ρεύματος προστασίας ρελέ, για εξισορρόπηση ρευμάτων σε κυκλώματα διαφορικής προστασίας, κ.λπ.) και εργαστηρίου (υψηλής ακρίβειας, καθώς και με πολλές αναλογίες μετασχηματισμού). 2. Ανάλογα με το είδος της εγκατάστασης, οι μετασχηματιστές ρεύματος διακρίνονται: α) για εγκατάσταση σε εξωτερικό χώρο (σε ανοιχτούς διακόπτες). β) για εσωτερική εγκατάσταση. γ) ενσωματωμένο σε ηλεκτρικές συσκευές και μηχανές: διακόπτες, μετασχηματιστές, γεννήτριες κ.λπ. δ) εναέρια καλύμματα τοποθετημένα στην κορυφή του δακτυλίου (για παράδειγμα, στην είσοδο υψηλής τάσης ενός μετασχηματιστή ισχύος). ε) φορητό (για μετρήσεις ελέγχου και εργαστηριακές δοκιμές). 3. Σύμφωνα με το σχεδιασμό της κύριας περιέλιξης, οι μετασχηματιστές ρεύματος χωρίζονται σε: α) πολλαπλών στροφών (πηνίο, περιέλιξη βρόχου και περιέλιξη αριθμού οκτώ). β) μονή στροφή (ράβδος). γ) ελαστικά.

4. Σύμφωνα με τη μέθοδο εγκατάστασης, οι μετασχηματιστές ρεύματος για εσωτερική και εξωτερική εγκατάσταση χωρίζονται σε: α) τροφοδοσία. β) υποστηρικτικό. 5. Με βάση τη μόνωση, οι μετασχηματιστές ρεύματος μπορούν να χωριστούν σε ομάδες: α) με ξηρή μόνωση (πορσελάνη, βακελίτης, χυτή εποξειδική μόνωση κ.λπ.); β) με μόνωση χαρτιού-ελαίου και με μόνωση χαρτιού-λαδιού πυκνωτή. γ) γεμάτο με ένωση. 6. Σύμφωνα με τον αριθμό των σταδίων μετασχηματισμού, υπάρχουν μετασχηματιστές ρεύματος: α) μονοβάθμιοι. β) δύο σταδίων (cascade). 7. Οι μετασχηματιστές διακρίνονται από την τάση λειτουργίας: α) για ονομαστική τάση άνω των 1000 V. β) για ονομαστική τάση έως 1000 V.

Γεννήτριες ηλεκτρικής ενέργειας Το ηλεκτρικό ρεύμα παράγεται σε γεννήτριες - συσκευές που μετατρέπουν την ενέργεια του ενός ή του άλλου είδους σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι γεννήτριες περιλαμβάνουν γαλβανικές κυψέλες, ηλεκτροστατικές μηχανές, θερμοπίσκους, ηλιακούς συλλέκτες κ.λπ. Το πεδίο εφαρμογής καθενός από τους αναφερόμενους τύπους γεννητριών ηλεκτρικής ενέργειας καθορίζεται από τα χαρακτηριστικά τους. Έτσι, οι ηλεκτροστατικές μηχανές δημιουργούν μεγάλη διαφορά δυναμικού, αλλά δεν μπορούν να δημιουργήσουν κάποιο σημαντικό ρεύμα στο κύκλωμα. Τα γαλβανικά κύτταρα μπορούν να παράγουν μεγάλο ρεύμα, αλλά η διάρκεια δράσης τους είναι μικρή. Κυρίαρχο ρόλο στην εποχή μας παίζουν οι ηλεκτρομηχανικές γεννήτριες εναλλασσόμενου ρεύματος επαγωγής. Σε αυτές τις γεννήτριες, η μηχανική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Η δράση τους βασίζεται στο φαινόμενο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Τέτοιες γεννήτριες έχουν σχετικά απλό σχεδιασμό και καθιστούν δυνατή τη λήψη μεγάλων ρευμάτων σε αρκετά υψηλή τάση

Γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος Μια γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος (εναλλάκτης) είναι μια ηλεκτρομηχανική συσκευή που μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια εναλλασσόμενου ρεύματος. Οι γεννήτριες περιλαμβάνουν γαλβανικές κυψέλες, ηλεκτροστατικές μηχανές, θερμοπίσκους, ηλιακούς συλλέκτες κ.λπ. Το πεδίο εφαρμογής καθενός από τους αναφερόμενους τύπους γεννητριών ηλεκτρικής ενέργειας καθορίζεται από τα χαρακτηριστικά τους. Έτσι, οι ηλεκτροστατικές μηχανές δημιουργούν μεγάλη διαφορά δυναμικού, αλλά δεν μπορούν να δημιουργήσουν κάποιο σημαντικό ρεύμα στο κύκλωμα.