Handlinger av elektrisk strøm: termisk, kjemisk, magnetisk, lett og mekanisk

Elektrisk strøm i en krets manifesterer seg alltid gjennom en slags handling. Dette kan være både drift ved en viss belastning og samtidig effekt av strømmen. Således, ved virkningen av strømmen, kan dens tilstedeværelse eller fravær i en gitt krets bedømmes: hvis belastningen fungerer, er det strøm. Hvis et typisk fenomen som følger med strømmen observeres, er det en strøm i kretsen osv.

I prinsippet er elektrisk strøm i stand til å forårsake forskjellige handlinger: termiske, kjemiske, magnetiske (elektromagnetiske), lys eller mekaniske, og forskjellige typer strømhandlinger forekommer ofte samtidig. Disse aktuelle fenomenene og handlingene vil bli diskutert i denne artikkelen.

Termisk effekt av elektrisk strøm

Når det går likestrøm eller vekselstrøm gjennom en ledning, varmes ledningen opp. Slike varmetråder under forskjellige forhold og bruksområder kan være: metaller, elektrolytter, plasma, smeltede metaller, halvledere, halvmetaller.

I det enkleste tilfellet, hvis for eksempel en elektrisk strøm går gjennom en nikromtråd, vil den varmes opp. Dette fenomenet brukes i oppvarmingsenheter: i vannkoker, i kjeler, i varmeovner, elektriske komfyrer, etc. Ved elektrisk lysbuesveising når temperaturen på den elektriske lysbuen vanligvis 7000 ° C, og metallet smelter lett, dette er også en varmeeffekt av strømmen.

Mengden varme som frigjøres i seksjonen av kretsen avhenger av spenningen som påføres denne seksjonen, verdien av strømmen som flyter og tidspunktet for strømningen (Joule-Lenz-loven).

Når du har konvertert Ohms lov for en del av kretsen, kan du bruke enten spenning eller strøm for å beregne mengden varme, men da må du kjenne motstanden til kretsen fordi den begrenser strømmen og faktisk forårsaker oppvarming. Eller, når du kjenner strømmen og spenningen i en krets, kan du like gjerne finne mengden varme som genereres.

Kjemisk virkning av elektrisk strøm

Elektrolytter som inneholder ioner ved likestrøm elektrolyseres — dette er den kjemiske virkningen av strømmen. Negative ioner (anioner) blir tiltrukket av den positive elektroden (anode) under elektrolyse, og positive ioner (kationer) blir tiltrukket av den negative elektroden (katoden). Det vil si at stoffene i elektrolytten frigjøres under elektrolyse ved elektrodene til strømkilden.

For eksempel er et par elektroder nedsenket i en løsning av en viss syre, alkali eller salt, og når en elektrisk strøm passerer gjennom kretsen, skapes en positiv ladning på den ene elektrode og en negativ ladning på den andre. Ionene i løsningen begynner å avsettes på elektroden med en omvendt ladning.

For eksempel, under elektrolysen av kobbersulfat (CuSO4), flytter kobberkationer Cu2 + med en positiv ladning til den negativt ladede katoden, hvor de mottar den manglende ladningen, og blir til nøytrale kobberatomer, og legger seg på overflaten av elektroden. Hydroksylgruppen -OH vil donere elektroner til anoden og oksygen frigjøres som et resultat. De positivt ladede hydrogenkationene H+ og de negativt ladede SO42- anionene vil forbli i løsning.

Den kjemiske virkningen av en elektrisk strøm brukes i industrien, for eksempel for å bryte ned vann til dets komponenter (hydrogen og oksygen). Elektrolyse lar deg også få noen metaller i sin rene form. Ved hjelp av elektrolyse påføres et tynt lag av et bestemt metall (nikkel, krom) på overflaten - det er det galvanisk belegg etc.

I 1832 fastslo Michael Faraday at massen m av stoffet som frigjøres ved elektroden er direkte proporsjonal med den elektriske ladningen q som passerte gjennom elektrolytten. Hvis en likestrøm I flyter gjennom elektrolytten i tiden t, gjelder Faradays første lov om elektrolyse:

Her kalles proporsjonalitetsfaktoren k den elektrokjemiske ekvivalenten til stoffet. Det er numerisk lik massen til et stoff som frigjøres når en elektrisk ladning passerer gjennom elektrolytten, og avhenger av stoffets kjemiske natur.

Magnetisk virkning av elektrisk strøm

I nærvær av en elektrisk strøm i enhver leder (i fast, flytende eller gassform) observeres et magnetisk felt rundt lederen, det vil si at den strømførende lederen får magnetiske egenskaper.

Så hvis en magnet føres til ledningen som strømmen flyter gjennom, for eksempel i form av en magnetisk kompassnål, vil nålen dreie vinkelrett på ledningen, og hvis du vikler ledningen på en jernkjerne og passerer en direkte strøm gjennom ledningen, vil kjernen bli elektromagnet.

I 1820 oppdaget Oersted den magnetiske effekten av strøm på en magnetisk nål, og Ampere etablerte de kvantitative lovene for den magnetiske interaksjonen mellom strømførende ledninger.

Magnetfeltet genereres alltid av strøm, det vil si bevegelige elektriske ladninger, spesielt ladede partikler (elektroner, ioner). Motsatte strømmer frastøter hverandre, ensrettede strømmer tiltrekker hverandre.

En slik mekanisk interaksjon oppstår på grunn av samspillet mellom magnetiske felt av strømmer, det vil si at det først og fremst er en magnetisk interaksjon, og først da - mekanisk. Dermed er den magnetiske interaksjonen til strømmene primær.

I 1831 fant Faraday at et skiftende magnetfelt fra en krets genererer en strøm i en annen krets: EMF generert er proporsjonal med endringshastigheten til den magnetiske fluksen. Det er logisk at det er den magnetiske virkningen av strømmer som brukes til i dag i alle transformatorer, ikke bare i elektromagneter (for eksempel i industrielle).

Lyseffekt av elektrisk strøm

I sin enkleste form kan lyseffekten av en elektrisk strøm observeres i en glødelampe, hvis spole varmes opp av strømmen som går gjennom den til hvit varme og sender ut lys.

For en glødelampe utgjør lysenergien ca. 5 % av elektrisiteten som leveres, de resterende 95 % omdannes til varme.

Fluorescerende lamper konverterer mer effektivt strømenergi til lys — opptil 20 % av elektrisiteten omdannes til synlig lys takket være fosfor som mottar ultrafiolett stråling fra en elektrisk utladning i kvikksølvdamp eller i en inert gass som neon.

Lyseffekten av elektrisk strøm realiseres mer effektivt i LED. Når en elektrisk strøm passerer gjennom pn-krysset i foroverretningen, rekombinerer ladningsbærerne – elektroner og hull – med emisjon av fotoner (på grunn av overgangen av elektroner fra ett energinivå til et annet).

De beste lysemitterne er halvledere med direkte gap (det vil si de der direkte optiske overganger er tillatt), slik som GaAs, InP, ZnSe eller CdTe. Ved å endre sammensetningen av halvlederne kan lysdioder lages for alle slags bølgelengder fra ultrafiolett (GaN) til midt-infrarød (PbS). Effektiviteten til LED som lyskilde når et gjennomsnitt på 50%.

Mekanisk virkning av elektrisk strøm

Som nevnt ovenfor, dannes enhver leder som en elektrisk strøm flyter gjennom seg selv magnetfelt… Magnetiske handlinger omdannes til bevegelse, for eksempel i elektriske motorer, i magnetiske løfteanordninger, i magnetventiler, i releer, etc.

Den mekaniske virkningen av en strøm på en annen er beskrevet av Amperes lov. Denne loven ble først etablert av Andre Marie Ampere i 1820 for likestrøm. Fra Amperes lov det følger at parallelle ledninger med elektriske strømmer som flyter i én retning tiltrekker seg og de i motsatte retninger frastøter.

Amperes lov kalles også loven som bestemmer kraften som et magnetfelt virker på et lite segment av en strømførende leder. Kraften som et magnetfelt virker på et element i en strømførende ledning i et magnetfelt er direkte proporsjonal med strømmen i ledningen og elementvektorproduktet av ledningens lengde og den magnetiske induksjonen.

Dette prinsippet er basert på drift av elektriske motorer, hvor rotoren spiller rollen som en ramme med en strøm orientert i det ytre magnetfeltet til statoren med dreiemomentet M.