Mitä ovat jännite, virta ja vastus: miten niitä käytetään käytännössä

Sähkötekniikassa termejä "virta", "jännite" ja "vastus" käytetään kuvaamaan sähköpiireissä tapahtuvia prosesseja. Jokaisella niistä on oma tarkoituksensa erityisine ominaisuuksineen.

Sähkö

Sanaa käytetään kuvaamaan varautuneiden hiukkasten (elektronien, reikien, kationien ja anionien) liikettä tietyn aineen väliaineen läpi. Varauksenkuljettajien suunta ja lukumäärä määrää virran tyypin ja voimakkuuden.

Virran pääominaisuudet vaikuttavat sen käytännön soveltamiseen

Varausten virtauksen edellytyksenä on piirin tai toisin sanoen suljetun silmukan olemassaolo, joka luo edellytykset niiden liikkumiselle. Jos liikkuvien hiukkasten sisään muodostuu tyhjiö, niiden suunnattu liike pysähtyy välittömästi.

Kaikki sähkössä käytettävät kytkimet ja suojat toimivat tällä periaatteella.Ne luovat eron johtavien osien liikkuvien koskettimien välille ja tämän toiminnan kautta katkaisevat sähkövirran virran sammuttaen laitteen.

Energiassa yleisin menetelmä on sähkövirran luominen johtuen elektronien liikkeestä metallien sisällä, jotka on valmistettu lankojen, renkaiden tai muiden johtavien osien muodossa.

Tämän menetelmän lisäksi käytetään myös virran luomista sisällä:

1. Kaasut ja elektrolyyttiset nesteet, jotka johtuvat elektronien tai kationien ja anionien liikkeestä — ionit, joilla on positiiviset ja negatiiviset varausmerkit;

2. Tyhjiön, ilman ja kaasujen ympäristö, joka on alttiina termionisen säteilyn ilmiön aiheuttamalle elektronien liikkeelle;

3. puolijohdemateriaalit, jotka johtuvat elektronien ja reikien liikkeestä.

Sähköisku voi tapahtua, kun:

• ulkoisen sähköisen potentiaalieron soveltaminen varautuneisiin hiukkasiin;

• lämmityslangat, jotka eivät tällä hetkellä ole suprajohtimia;

• uusien aineiden vapautumiseen liittyvien kemiallisten reaktioiden kulku;

• johtoon kohdistetun magneettikentän vaikutus.

Sähkövirran aaltomuoto voi olla:

1. vakio aikajanalla suoran viivan muodossa;

2. muuttuva siniharmoninen, joka on hyvin kuvattu trigonometristen perusrelaatioiden avulla;

3. mutka, joka muistuttaa karkeasti siniaaltoa, mutta jossa on terävät, korostuneet kulmat, jotka joissain tapauksissa voidaan tasoittaa hyvin;

4. sykkivä, kun suunta pysyy samana ilman muutosta ja amplitudi vaihtelee ajoittain nollasta maksimiarvoon hyvin määritellyn lain mukaan.

Sähkövirrasta voi olla hyötyä henkilölle, kun:

• muunnetaan valosäteilyksi;

• luo lämpöelementtien lämmityksen;

• suorittaa mekaanista työtä, joka johtuu liikkuvien ankkurien vetämisestä tai työntämisestä tai roottoreiden pyörimisestä laakereihin kiinnitetyillä käyttövoimalla;

• tuottaa sähkömagneettista säteilyä joissakin muissa tapauksissa.

Kun sähkövirta kulkee johtojen läpi, vaurioita voivat aiheuttaa:

• virtaa kuljettavien piirien ja koskettimien liiallinen kuumeneminen;

• koulutus pyörrevirrat sähkökoneiden magneettipiireissä;

• sähkön säteilyä elektromagneettiset aallot ympäristössä ja eräissä vastaavissa ilmiöissä.

Sähkölaitteiden suunnittelijat ja erilaisten piirien kehittäjät ottavat huomioon luetellut sähkövirran mahdollisuudet laitteissaan. Esimerkiksi muuntajien, moottoreiden ja generaattoreiden pyörrevirtojen haitallisia vaikutuksia lievennetään sekoittamalla magneettivuon välittämiseen käytettäviä sydämiä. Samalla pyörrevirtaa käytetään menestyksekkäästi väliaineen lämmittämiseen induktioperiaatteella toimivissa sähköuuneissa ja mikroaaltouuneissa.

Vaihtovirtasähkövirralla, jolla on siniaaltomuoto, voi olla erilainen värähtelytaajuus aikayksikköä kohti - sekunti. Sähköasennusten teollinen taajuus eri maissa on standardoitu numeroilla 50 tai 60 hertsiä. Muihin sähkötekniikan ja radioliiketoiminnan tarkoituksiin käytetään signaaleja:

• matalataajuinen, pienemmillä arvoilla;

• korkea taajuus, joka ylittää huomattavasti teollisuuslaitteiden valikoiman.

On yleisesti hyväksyttyä, että sähkövirta syntyy varautuneiden hiukkasten liikkeestä tietyssä makroskooppisessa väliaineessa ja sitä kutsutaan johtumisvirraksi... Toisen tyyppistä virtaa, jota kutsutaan konvektioksi, voi kuitenkin esiintyä, kun makroskooppisesti varautuneet kappaleet liikkuvat, esimerkiksi sadepisarat. .

Kuinka sähkövirta muodostuu metalleissa

Elektronien liikettä niihin kohdistetun vakiovoiman vaikutuksesta voidaan verrata avoimella kuomulla olevan laskuvarjohyppääjän laskeutumiseen. Molemmissa tapauksissa saadaan tasaisesti kiihtyvä liike.

Laskuvarjohyppääjä liikkuu painovoiman vaikutuksesta kohti maata, jota vastustaa ilmanvastus. Elektroneihin vaikuttaa niihin kohdistuva voima sähkökenttä, ja sen liikettä estävät jatkuvat törmäykset muiden hiukkasten - kidehilojen ionien - kanssa, joiden seurauksena osa käytetyn voiman vaikutuksesta sammuu.

Molemmissa tapauksissa laskuvarjohyppääjän ja elektronin liikkeen keskinopeus saavuttaa vakioarvon.

Tämä luo melko ainutlaatuisen tilanteen, jossa nopeus:

• elektronin oikea liike määräytyy arvolla, joka on suuruusluokkaa 0,1 millimetriä sekunnissa;

• sähkövirran virtaus vastaa paljon suurempaa arvoa - valoaaltojen etenemisnopeutta: noin 300 tuhatta kilometriä sekunnissa.

Täten, sähkövirran virtaus syntyy, kun elektroneihin kohdistetaan jännite, minkä seurauksena ne alkavat liikkua valon nopeudella johtavan väliaineen sisällä.

Kun elektronit liikkuvat metallin kidehilassa, syntyy toinen mielenkiintoinen säännönmukaisuus: se törmää noin joka kymmenenteen vastaioniin.Toisin sanoen se välttää onnistuneesti noin 90 % ionien törmäyksistä.

Tätä ilmiötä ei voida selittää pelkästään klassisen fysiikan peruslailla, kuten useimmat ihmiset yleisesti ymmärtävät, vaan myös kvanttimekaniikan teorian kuvaamilla lisätoimintalailla.

Jos ilmaisemme lyhyesti niiden toiminnan, voimme kuvitella, että elektronien liikkumista metallien sisällä estävät raskaat "heilaavat" suuret ionit, jotka tarjoavat lisävastusta.

Tämä vaikutus on erityisen havaittavissa metallien lämmittämisessä, kun raskaiden ionien "heilahdus" kasvaa ja vähentää johtimien kidehilojen sähkönjohtavuutta.

Siksi kun metalleja kuumennetaan, niiden sähkövastus kasvaa aina ja jäähdytettäessä niiden johtavuus kasvaa. Kun metallin lämpötila laskee kriittisiin arvoihin, jotka ovat lähellä absoluuttisen nollan arvoa, monissa niistä esiintyy suprajohtavuusilmiö.

Sähkövirta pystyy arvostaan ​​riippuen tekemään erilaisia ​​asioita. Sen ominaisuuksien kvantitatiivista arviointia varten otetaan arvo, jota kutsutaan ampeeriksi. Sen koko kansainvälisessä mittausjärjestelmässä on 1 ampeeri. Virran voimakkuuden osoittamiseksi teknisessä kirjallisuudessa käytetään indeksiä «I».

Jännite

Tätä termiä käytetään fysikaalisen suuren ominaisuutena, joka ilmaisee työtä, joka kuluu koeyksikön sähkövarauksen siirtämiseen pisteestä toiseen muuttamatta jäljellä olevien varausten sijoituksen luonnetta aktiivisiin kenttälähteisiin.

Koska aloitus- ja loppupisteillä on erilaiset energiapotentiaalit, varauksen tai jännitteen siirtämiseksi tehty työ on yhtä suuri kuin näiden potentiaalien välisen eron suhde.

Jännitteen laskemiseen käytetään erilaisia ​​termejä ja menetelmiä virtaavista virroista riippuen. Ei voi olla:

1. vakio — sähköstaattisissa ja vakiovirtapiireissä;

2. vaihtovirta - piireissä, joissa on vaihto- ja sinimuotoinen virta.

Toisessa tapauksessa käytetään sellaisia ​​lisäominaisuuksia ja jännitystyyppejä:

• amplitudi — suurin poikkeama abskissa-akselin nollapaikasta;

• hetkellinen arvo, joka ilmaistaan ​​tietyllä hetkellä;

• efektiivinen, efektiivinen tai muuten neliöjuuriarvo, joka määräytyy yhden puolijakson aktiivisen työn perusteella;

• tasasuunnattu keskiarvo, joka lasketaan modulo yhden harmonisen jakson korjausarvosta.

Jännitteen kvantitatiivista arviointia varten otettiin käyttöön kansainvälinen yksikkö 1 voltti ja symboli «U» tuli sen nimeksi.

Kun sähköenergiaa kuljetetaan ilmajohtojen kautta, tukien rakenne ja mitat riippuvat käytetyn jännitteen arvosta. Sen arvoa vaiheiden johtimien välillä kutsutaan lineaariseksi ja suhteessa kuhunkin johtimeen ja maavaiheeseen.

Tämä sääntö koskee kaikentyyppisiä lentoyhtiöitä.

Maamme kotimaan sähköverkoissa standardi on kolmivaiheinen jännite 380/220 volttia.

Sähkövastus

Termiä käytetään kuvaamaan aineen ominaisuuksia heikentää sähkövirran kulkemista sen läpi.Tällöin voidaan valita erilaisia ​​ympäristöjä, muuttaa aineen lämpötilaa tai sen mittoja.

Tasavirtapiireissä vastus toimii aktiivisesti, minkä vuoksi sitä kutsutaan aktiiviseksi. Jokaisen osan kohdalla se on suoraan verrannollinen syötettyyn jännitteeseen ja kääntäen verrannollinen ohivirtaan.

Seuraavat käsitteet otetaan käyttöön vaihtovirtajärjestelmissä:

• impedanssi;

• aallon vastus.

Sähköimpedanssia kutsutaan myös kompleksi- tai komponenttiimpedanssiksi:

• aktiivinen;

• reaktiivinen.

Reaktiivisuus voi puolestaan ​​olla:

• kapasitiivinen;

• induktiivinen.

Resistanssikolmion impedanssikomponenttien väliset kytkennät on kuvattu.

Sähködynamiikkalaskelmassa voimalinjan aaltoimpedanssi määräytyy tulevan aallon jännitteen suhteen aaltolinjaa pitkin kulkevan virran arvoon.

Resistanssiarvo on otettu kansainvälisenä mittayksikkönä 1 ohm.

Virran, jännitteen, vastuksen suhde

Klassinen esimerkki näiden ominaisuuksien välisen suhteen ilmaisemisesta on vertailu hydraulipiiriin, jossa elämänvirran liikevoima (analogi - virran suuruus) riippuu mäntään kohdistetun voiman arvosta (luodu jännitys) ja supistuksista muodostuvien virtauslinjojen luonne (vastus).

Sähkövastuksen, virran ja jännitteen suhdetta kuvaavat matemaattiset lait julkaisi ja patentoi ensimmäisenä Georg Ohm. Hän johti lait koko sähköpiirin piirille ja sen osalle. Katso lisätietoja täältä: Ohmin lain soveltaminen käytännössä

Sähkön perussuureiden mittaamiseen käytetään ampeerimittareita, volttimittareita ja ohmimetrejä.

Ampeerimittari mittaa piirin läpi kulkevaa virtaa, joka ei muutu koko suljetulla alueella, joten ampeerimittari sijoitetaan minne tahansa jännitelähteen ja käyttäjän väliin, jolloin syntyy varausten kulku laitteen mittapään läpi.

Volttimittarilla mitataan jännite käyttäjän liittimissä, jotka on kytketty virtalähteeseen.

Vastusmittaukset ohmimittarilla voidaan tehdä vain käyttäjän ollessa pois päältä. Tämä johtuu siitä, että ohmimittari tulostaa kalibroidun jännitteen ja mittaa testipään läpi kulkevan virran, joka muunnetaan ohmeiksi jakamalla jännite virran arvolla.

Kaikki ulkoisen pienitehoisen jännitteen kytkeminen mittauksen aikana luo lisävirtoja ja vääristää tulosta. Ottaen huomioon, että ohmimittarin sisäiset piirit ovat pienitehoisia, niin virheellisten vastusmittausten tapauksessa ulkoista jännitettä käytettäessä laite usein epäonnistuu, koska sen sisäinen piiri palaa.

Virran, jännitteen, resistanssin perusominaisuuksien ja niiden välisten suhteiden tunteminen mahdollistaa sähköasentajien työnsä onnistumisen ja sähköjärjestelmien luotettavan käytön, ja tehdyt virheet päätyvät hyvin usein tapaturmiin ja vammoihin.