Τι είναι το ηλεκτρικό ρεύμα; Προϋποθέσεις ύπαρξης ηλεκτρικού ρεύματος: χαρακτηριστικά και δράσεις

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι ένα ηλεκτρικό φορτίο 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 το 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 διέρχονται από μαγνητικά πεδία καθώςπεριστροφή. 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 περνάει από έναν πλήρη κύκλο προς τα εμπρός και προς τα πίσω 60 φορές ανά 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 ισχύ του ρεύματος που μπορούν να μεταφέρουν χωρίς υπερθέρμανση και σπατάλη ισχύος, και η τάση περιορίζεται μόνο από το πόσο καλά είναι μονωμένα τα καλώδια από τη γείωση.

Είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι το ρεύμα μεταφέρεται μόνο από ένα καλώδιο, όχι από δύο. Οι δύο πλευρές του χαρακτηρίζονται θετικές και αρνητικές. Ωστόσο, δεδομένου ότι η πολικότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος αλλάζει 60 φορές το δευτερόλεπτο, έχουν άλλες ονομασίες - hot (γραμμές ηλεκτρικού ρεύματος κορμού) και γειωμένοι (περνώντας υπόγεια για να ολοκληρωθεί το κύκλωμα).

Γιατί χρειαζόμαστε ηλεκτρισμό;

Υπάρχουν πολλές χρήσεις του ηλεκτρισμού: μπορεί να φωτίσει το σπίτι σας, να πλύνει και να στεγνώσει τα ρούχα σας, να σηκώσει την πόρτα του γκαράζ σας, να βράσει νερό σε έναν βραστήρα και να τροφοδοτήσει άλλα είδη οικιακής χρήσης που κάνουν τη ζωή μας πολύ πιο εύκολη. Ωστόσο, η ικανότητα του ρεύματος να μεταδίδει πληροφορίες γίνεται ολοένα 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 ένας σύγχρονος άνθρωποςδεν μπορώ να φανταστώ τη ζωή του.

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 ροή, τι σκέφτεστε; Ίσως θα είναι ποτάμι. Είναι καλός συνειρμός, γιατί αυτός είναι ο λόγος που πήρε το όνομά του το ηλεκτρικό ρεύμα. Μοιάζει πολύ με τη ροή του νερού, μόνο που αντί να κινούνται μόρια νερού κατά μήκος του καναλιού, φορτισμένα σωματίδια κινούνται κατά μήκος του αγωγού.

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

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

Περιέργεια για το ηλεκτρικό ρεύμα

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

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 παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας έχουν σχεδιαστεί για να παράγουν εναλλασσόμενο ρεύμα. Πιθανότατα δεν έχετε παρατηρήσει ποτέ ότι το φως στο σπίτι σας τρεμοπαίζει καθώς αλλάζει η τρέχουσα κατεύθυνση, αλλά συμβαίνει πολύ γρήγορα για να το αναγνωρίσουν τα μάτια.

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. Ήδη από τον 19ο αιώνα, ήταν σαφές ότι η αποτελεσματική μετάδοση ισχύος σε μεγάλες αποστάσεις μεταξύ ενός σταθμού 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 το άγχος έξω από το σπίτι πριν το στείλετε μέσα. Μέχρι σήμερα, το συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα χρησιμοποιείται για τη μετάδοση μεγάλωναπόσταση, 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 βρήκαν ότι υπάρχουν δύο τύποι του: ο στατικός και ο ρεύματος.

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

Τι είναι ηλεκτρικό ρεύμα;

Όταν τα ηλεκτρικά φορτία κυκλοφορούν σε ένα κύκλωμα από το ένα μέρος στο άλλο, παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα. Οι προϋποθέσεις για την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος περιλαμβάνουν, εκτός από τα φορτισμένα σωματίδια, την παρουσία αγωγού. Τις περισσότερες φορές είναι ένα σύρμα. Το κύκλωμά του είναι ένα κλειστό κύκλωμα στο οποίο ρέει ρεύμα από μια 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 ένα τέτοιο χαρακτηριστικό τάσης όπως η ισχύς. Αυτό είναι ένα μέτρο της ποσότητας ισχύος που χρησιμοποιείται σε μια χρονική περίοδο.

Υπάρχουν πολλές διαφορετικές μονάδες για τις οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούνεκφράσεις αυτού του χαρακτηριστικού. Ωστόσο, η ηλεκτρική ισχύς μετριέται σχεδόν σε watt. Ένα βατ ισούται με ένα τζάουλ ανά δευτερόλεπτο.

Ηλεκτρική φόρτιση 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 ένα μάλλινο πανί. Πιο συχνά, όμως, όταν μιλάμε για ηλεκτρικό ρεύμα, εννοούμε μια πιο ελεγχόμενη μορφή ηλεκτρισμού που κάνει τα φώτα και τις συσκευές να λειτουργούν. Το μεγαλύτερο μέρος του ηλεκτρικού φορτίου μεταφέρεται από τα αρνητικά ηλεκτρόνια και τα θετικά πρωτόνια μέσα στο άτομο. Ωστόσο, οι τελευταίοι είναι ως επί το πλείστον 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, που είναι οι υψηλότερες τροχιές ηλεκτρονίων. Μια επαρκής ηλεκτροκινητική δύναμη ή τάση δημιουργεί μια ανισορροπία φορτίου που μπορεί να προκαλέσει την κίνηση ηλεκτρονίων μέσω ενός αγωγού ως ηλεκτρικό ρεύμα.

Αν σχεδιάσουμε μια αναλογία με το νερό, τότε πάρτε, για παράδειγμα, έναν σωλήνα. Όταν ανοίγουμε μια βαλβίδα στο ένα άκρο για να αφήσουμε το νερό να εισέλθει στον σωλήνα, δεν χρειάζεται να περιμένουμε να πάει αυτό το νερό μέχρι το τέλος του σωλήνα. 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 στο καλώδιο.

Ηλεκτρικό ρεύμα: προϋποθέσεις για την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος

Το ηλεκτρικό ρεύμα θεωρείται συνήθως ως ροή ηλεκτρονίων. Όταν τα δύο άκρα της μπαταρίας συνδέονται μεταξύ τους με ένα μεταλλικό σύρμα, αυτή η φορτισμένη μάζα ρέει μέσω του σύρματος από το ένα άκρο (ηλεκτρόδιο ή πόλο) της μπαταρίας προς το αντίθετο. Ας ονομάσουμε λοιπόν τις προϋποθέσεις για την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος:

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

Ωστόσο, δεν είναι όλα τόσο απλά. Ποιες προϋποθέσεις είναι απαραίτητες για την ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος; Αυτή η ερώτηση μπορεί να απαντηθεί με περισσότερες λεπτομέρειες εξετάζοντας τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

• Διαφορά δυναμικού (τάση). Αυτό είναι ένα από τα προαπαιτούμενα. Ανάμεσα στα 2 σημεία πρέπει να υπάρχει διαφορά δυναμικού, δηλαδή η απωστική δύναμη που δημιουργείται από 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 μπορούν να συσσωρευτούν αυτά τα φορτισμένα σωματίδια, 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 φορτισμένα σωματίδια. Μόνο εκείνα τα υλικά που επιτρέπουν στα ηλεκτρόνια να κινούνται ελεύθερα λειτουργούν ως αγωγοί. Τα ίδια στοπου 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.