Corrent elèctric: Què és?

Electrical4u

Camp: Electricitat bàsica

China

Què és la corrent elèctrica?

La corrent elèctrica es defineix com un flux de partícules carregades, com els electrons o els ions, que es mou a través d'un conductor elèctric o l'espai. És la taxa de flux de càrrega elèctrica a través d'un mitjà conductor en relació amb el temps. La corrent elèctrica s'expressa matemàticament (per exemple, en fórmules) utilitzant el símbol “I” o “i”. La unitat de corrent és l'ampere o amp. Això es representa amb la lletra A.

Matemàticament, la taxa de flux de càrrega en relació amb el temps es pot expressar com,

$\begin{align*} I = \frac {dQ} {dt} \end{align*}$

D'una altra manera, un flux de partícules carregades que flueix a través d'un conductor elèctric o l'espai es coneix com a corrent elèctrica. Les partícules carregades en moviment s'anomenen portadors de càrrega i poden ser electrons, forats, ions, etc.

El flux de corrent depèn del mitjà conductor. Per exemple:

A un conductor, el flux de corrent es deu als electrons.
A un semiconductor, el flux de corrent es deu als electrons o als forats.
A un electròlit, el flux de corrent es deu als ions i
A un plasma—un gas ionitzat, el flux de corrent es deu als ions i als electrons.

Quan es fa passar una diferència de potencial elèctric entre dos punts en un mitjà conductor, comença a fluir una corrent elèctrica des del punt de major potencial cap al de menor potencial. Quan més gran sigui la tensió o diferència de potencial, més corrent fluirà entre dos punts.

Si dos punts en un circuit estan al mateix potencial, llavors la corrent no pot fluir. La magnitud d'una corrent depèn de la tensió o diferència de potencial entre dos punts. Per tant, podem dir que la corrent és l'efecte de la tensió.

La corrent elèctrica pot produir camps electromagnètics, que s'utilitzen en inductors, transformadors, generadors i motors. En conductors elèctrics, la corrent provoca un calentament resistiu o calentament joule que produeix llum en una llum incandescents.

Una corrent elèctrica variable amb el temps produeix ones electromagnètiques, que s'utilitzen en les telecomunicacions per emetre dades.

Corrent AC vs DC

Segons el flux de càrrega, la corrent elèctrica es classifica en dos tipus, és a dir, corrent alternada (AC) i corrent contínua (DC).

Corrent AC

El flux de càrrega elèctrica en una direcció periòdicament inversa es coneix com a corrent alternada (AC). La corrent AC també es coneix com a "corrent AC". Tot i que això tècnicament diu la mateixa cosa dues vegades "corrent AC Corrent".

Una corrent alternada canvia la seva direcció a intervals periòdics.

La corrent alternada comença a zero, augmenta fins a un màxim, disminueix a zero, després s'inverteix i arriba a un màxim en la direcció contrària, després torna al valor original i repeteix aquest cicle infinitament.

El tipus de forma d'ona de la corrent alternada pot ser sinusoïdal, triangular, quadrada, dents de sega, etc.

La particularitat de la forma d'ona no importa—siempre que sigui una forma d'ona repetitiva.

Dit això, en la majoria dels circuits elèctrics, la forma d'ona típica de la corrent alternada és una ona sinusoïdal. Una forma d'ona sinusoïdal típica que podries veure com a corrent alternada es mostra en la imatge a continuació.

Un alternador pot generar una corrent alternada. L'alternador és un tipus especial de generador elèctric dissenyat per generar corrent alternada.

La corrent elèctrica en corrent alternada s'utilitza àmpliament en aplicacions industrials i residencials.

Corrent contínua

El flux d'una càrrega elèctrica en només una direcció es coneix com a corrent contínua (CC). La CC també s'anomena "corrent contínua". Encara que tècnicament això està dient la mateixa cosa dues vegades "Corrent Contínua Corrent".

Com que la CC flueix només en una direcció; per tant, també se l'anomena corrent unidireccional. Una forma d'ona d'una corrent contínua es mostra a la imatge següent.

La CC pot ser generada per bateries, cèl·lules solars, piles de combustible, termopares, generadors elèctrics de tipus commutador, etc. Una corrent alternada es pot convertir en corrent contínua utilitzant un retificador.

La corrent elèctrica en corrent contínua s'utilitza generalment en aplicacions de baixa tensió. La majoria dels circuits electrònics necessiten un alimentador de corrent contínua.

En quins unitats es mesura la corrent elèctrica (unitats de corrent)?

L'unitat SI per a la corrent és l'ampere o amp. Això es representa amb A. L'ampere, o amp, és la unitat base de la corrent elèctrica en el sistema SI. L'unitat ampere reben el seu nom en honor del gran físic Andrew Marie Ampère.

En el sistema SI, 1 ampere és el flux de càrrega elèctrica entre dos punts a una velocitat d'un coulomb per segon. Per tant,

$\begin{align*} 1 \,\, Ampere = \frac {1\,\,Coulomb} {1\,\,Second} = \frac {C} {S} \end{align*}$

Per tant, la corrent també es mesura en coulombs per segon o C/S.

Fórmula de la corrent elèctrica

Les fórmules bàsiques per a la corrent són:

La relació entre Corrent, Voltatge i Resistència (Llei d'Ohm)
La relació entre Corrent, Potència i Voltatge
La relació entre Corrent, Potència i Resistència

Aquestes relacions es resumen a la imatge següent.

Fórmula de la corrent 1 (Llei d'Ohm)

Segons la Llei d'Ohm,

$\begin{align*} V = I*R \end{align*}$

Per tant,

$\begin{align*} I = \frac{V}{R}\,\,A \end{align*}$

Exemple

Com es mostra en el circuit següent, s'aplica una tensió d'alimentació de $24\,\,V$ a través de la resistència de $12\,\,\Omega$ . Determineu la corrent que passa a través del resistor.

Solució:

Dades donades: $V=24\,\,V ,\,\, R=12\,\,\Omega$

Segons la llei d'Ohm,

$\begin{align*} & I = \frac{V}{R} \\ & = \frac{24}{12} \\ & I = 2\,\,A \end{align*}$

Així, utilitzant l'equació, obtenim que la corrent que passa pel resistor és $2\,\,A$ .

Fórmula de corrent 2 (Potència i tensió)

La potència transferida és el producte de la tensió d'alimentació i la corrent elèctrica.

$\begin{align*} P = V*I \end{align*}$

Així, obtenim que la corrent és igual a la potència dividida per la tensió. Matemàticament,

$\begin{align*} I = \frac{P}{V}\,\,A \end{align*}$

On $A$ representa amperes o amps (les unitats de corrent elèctrica).

Exemple

Com es mostra al circuit següent, s'aplica una tensió d'alimentació de $24\,\,V$ a una llum de $48\,\,W$ . Determineu la corrent que pren la llum de $48\,\,W$ .Solució:

Dades donades: $V=24\,\,V ,\,\, P=48\,\,W$

Segons la fórmula,

$\begin{align*} & I = \frac{P}{V} \\ & = \frac{48}{24} \\ & I = 2\,\,A \end{align*}$

Així, utilitzant l'equació anterior, obtenim que la corrent que pren la llum de $48\,\,W$ és igual a $2\,\,A$ .

Fórmula de corrent 3 (Potència i resistència, pèrdues ohmiques, càlci per resistència)

Sabem que, $P = V * I$

Ara substituint la llei d'Ohm $V = I * R$ en l'equació anterior obtenim,

$\begin{align*} P = I^2*R \end{align*}$

Així, la corrent és l'arrel quadrada de la relació entre la potència i la resistència. Matemàticament, la fórmula per a això és igual a:

$\begin{align*} I = \sqrt{\frac{P}{R}}\,\,A \end{align*}$

Exemple

Com es mostra en el circuit següent, determina la corrent absorbida per $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ llum

Solució:

Dades donades: $P=100\,\,W ,\,\, R=20\,\,\Omega$

Segons la relació entre corrent, potència i resistència mostrada a dalt:

$\begin{align*} & I = \sqrt{\frac{P}{R}} \\ & = \sqrt{\frac{100}{20}} \\ & = \sqrt{5} \\ & I = 2.24\,\,A \end{align*}$

Així, utilitzant l'equació, obtenim que la corrent consumida per una llum de $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ és $2.24\,\,A$ .

Dimensions de la Corrent

Les dimensions de la corrent en termes de massa (M), longitud (L), temps (T) i ampere (A) es donen per $M^0L^0T^-^1Q$ .

La corrent (I) és una representació del coulomb per segon. Així,

$\begin{align*} I = \frac{Q}{t} = \frac{[Q]}{[T]} = QT^-^1 = M^0L^0T^-^1Q \end{align*}$

Corrent convencional vs flux de electrons

Hi ha una lleugera mala interpretació sobre el flux de corrent convencional i el flux d'electrons. Intentem entendre la diferència entre els dos.

Les partícules que porten càrrega elèctrica a través dels conductors són electrons mòbils o lliures. La direcció d'un camp elèctric dins d'un circuit, per definició, és la llei segons la qual les càrregues de prova positives són empesades. Així, aquestes partícules de càrrega negativa, és a dir, els electrons, flueixen en la direcció contrària al camp elèctric.

Segons la teoria dels electrons, quan es potencial o diferència de potencial a través del conductor, les partícules carregades flueixen pel circuit, constituint una corrent elèctrica.

Aquestes partícules carregades flueixen des del potencial més alt al més baix, és a dir, des del terminal positiu a l'extrem negatiu de la bateria a través d'un circuit extern.

Però, en un conductor metàl·lic, les partícules carregades positivament estan fixades en una posició i les partícules carregades negativament, és a dir, els electrons, són lliures per moure's. En els semiconductors, el flux de partícules carregades pot ser positiu o negatiu.

El flux de portadors de càrrega positiva i negativa en direccions oposades té el mateix efecte en el circuit elèctric. Com que el flux de corrent és degut a càrregues positives o negatives, o ambdues, es requereix una convenció per a la direcció de la corrent que sigui independent dels tipus de portadors de càrrega.

La direcció de la corrent convencional es considera la direcció en què flueixen els portadors de càrrega positiva, és a dir, des del potencial més alt al més baix. Per tant, els portadors de càrrega negativa, és a dir, els electrons, flueixen en la direcció contrària al flux de corrent convencional, és a dir, des del potencial més baix al més alt. Així, la corrent convencional i el flux d'electrons van en direccions oposades, com es mostra en la imatge a continuació.

Corrent convencional: El flux de portadors de càrrega positiva d'un terminal positiu a un terminal negatiu de la bateria es coneix com a corrent convencional.
Flux d'electrons: El flux d'electrons s'anomena corrent d'electrons. El flux de portadors de càrrega negativa, és a dir, electrons, d'un terminal negatiu a un terminal positiu de la bateria es coneix com a flux d'electrons. El flux d'electrons és el contrari del flux de corrent convencional.

La direcció de la corrent convencional i el flux d'electrons es mostra en la imatge següent.

Flux de corrent convencional i flux d'electrons

Corrent de convecció vs. Flux de conducció

Corrent de convecció

Un corrent de convecció fa referència al flux de corrent a través d'un mitjà aïllant com ara un líquid, un gas o un buit.

El corrent de convecció no requereix conductors per fluir; per tant, no compleix la Llei d'Ohm. Un exemple de corrent de convecció és un tubi de buit en el qual els electrons emissos pel catedre flueixen cap a l'ànode en un buit.

Corrent de conducció

La corrent que flueix a través de qualsevol conductor es coneix com a corrent de conducció. La corrent de conducció requereix un conductor per fluir; per tant, sí compleix la Llei d'Ohm.

Corrent de desplaçament

Considerem que un resistor i un capacitor estan connectats en paral·lel amb una font de tensió V tal com es mostra en la figura següent. La naturalesa del flux de corrent a través del capacitor és diferent de la del resistor.

La tensió o diferència de potencial a través del resistor produeix un flux continu de corrent que es dóna per l'equació,

$\begin{align*} I_1 = \frac{V}{R} \end{align*}$

Aquesta corrent es diu “corrent de conducció.”

Ara, la corrent flueix a través del condensador només quan el voltatge a través del condensador canvia, el que es dóna per l'equació,

$\begin{align*} I_2 = \frac{dQ}{dt} = C \frac{dV}{dt} \end{align*}$

Aquesta corrent es diu “corrent de desplaçament.”

Físicament, la corrent de desplaçament no és una corrent ja que no hi ha cap flux d'una quantitat física com un flux de càrregues.

Com Mesurar la Corrent

En un circuit elèctric i electrònic, la mesura de la corrent és un paràmetre essencial que cal mesurar.

Un instrument que pot mesurar la corrent elèctrica s'anomena amperímetre. Per mesurar la corrent, l'amperímetre ha de connectar-se en sèrie amb el circuit del qual es vol mesurar la corrent.

La mesura de la corrent a través d'un resistor utilitzant un amperímetre es mostra a la figura següent.

La corrent elèctrica també es pot mesurar utilitzant un galvanòmetre. El galvanòmetre proporciona tant la direcció com la magnitud de la corrent elèctrica.

La corrent es pot mesurar detectant el camp magnètic associat a la corrent sense trencar el circuit. Hi ha diversos instruments utilitzats per mesurar la corrent sense trencar el circuit.

Transductors de sensors d'efecte Hall
Transformador de corrent (CT) (només mesura CA)
Amperímetres a pinça
Resistències shunt
Sensors de camp magnètic resistivs

Preguntes freqüents sobre la corrent elèctrica

Estudiem algunes preguntes freqüents relacionades amb la corrent elèctrica.

Què utilitza un electroimant per mesurar la corrent elèctrica?

Un galvanòmetre és un instrument de mesura que utilitza un electroimant per mesurar la corrent elèctrica.

El galvanòmetre és un instrument absolut; mesura la corrent elèctrica en termes de la tangent de l'angle de desviació.

El galvanòmetre pot mesurar la corrent elèctrica directament, però això implica trencar el circuit; per tant, sovint no és convenient.

Com produeix una força magnètica una corrent elèctrica?

Un conductor portador de corrent col·locat en un camp magnètic experimentarà una força ja que la corrent no és res més que el flux de càrregues.

Considerem un conductor portador de corrent amb corrent que passa a través seu, com es mostra en la figura (a) següent. Segons la regla de la mà dreta de Fleming; aquesta corrent produirà un camp magnètic en sentit horari.

Captura de pantalla d'empresa WeChat_17098660781451.png

Força magnètica produïda per una corrent elèctrica

El resultat del camp magnètic del conductor és que forçarà el camp magnètic per sobre del conductor i l'endolcirà per sota.

Les línies de camp són com bandes de goma estirades; per tant, empurraran el conductor cap avall, és a dir, la força és cap avall, com es mostra en la figura (b).

Aquest exemple diu que el conductor que porta corrent en un camp magnètic experimenta una força. La següent equació determina la magnitud de la força magnètica en un conductor que porta corrent.

$\begin{align*} F_B = BIL\,\,Sin\theta \end{align*}$

Per fer que flueixi una corrent elèctrica, cal tenir

Per fer que flueixi una corrent elèctrica, cal tenir el següent:

Una diferència de potencial que existeix entre dos punts. Si els dos punts d'un circuit estan al mateix nivell de potencial, la corrent no pot fluir.
Una font de tensió o font de corrent, com una bateria o una pila que forci els electrons lliures que constitueixen una corrent elèctrica.
Un conductor o fil que porta càrregues elèctriques.
El circuit ha de ser tancat o complet. Si els circuits estan oberts, la corrent no pot fluir.

Aquests són els condicions necessàries per fer que flueixi una corrent elèctrica. La imatge inferior mostra una corrent passant en un circuit tancat.

Quin és el millor descripció de la diferència entre la corrent elèctrica i l'electricitat estàtica

La principal diferència entre la corrent elèctrica i l'electricitat estàtica és que els electrons o càrregues flueixen a través del conductor en una corrent elèctrica.

En canvi, en l'electricitat estàtica, les càrregues estan en repòs i s'acumulen a la superfície de la substància.

La corrent elèctrica es deu al flux d'electrons, mentre que l'electricitat estàtica es deu a les càrregues negatives que passen d'un objecte a un altre.

La corrent elèctrica només es genera en el conductor, mentre que l'electricitat estàtica es genera tant en el conductor com en l'aïllant.

Com afecta una corrent elèctrica a un pol magnètic?

Sabem que quan flueix una corrent elèctrica, és a dir, quan hi ha moviment de càrrega elèctrica, produeix un camp magnètic. Si col·loquem un imant en un camp magnètic, experimenta una força.

Per a les càrregues elèctriques, és a dir, la corrent elèctrica, els pols magnètics iguals s'atracten i els pols magnètics oposats es repelen. Així, podem dir que la corrent elèctrica afecta el pol magnètic a través del camp magnètic.

Quin instrument s'utilitza per mesurar la corrent elèctrica

Un instrument que pot mesurar la corrent elèctrica es diu amperímetre. L'amperímetre ha de connectar-se en sèrie amb el circuit la corrent del qual s'ha de mesurar.

Altres diversos instruments també s'utilitzen per mesurar la corrent elèctrica.