Elektrisk strøm: Hvad er det?

Electrical4u

Felt: Grundlæggende elektricitet

China

Hvad er elektrisk strøm?

Elektrisk strøm defineres som en strøm af ladete partikler – såsom elektroner eller ioner – der bevæger sig gennem en elektrisk leder eller rum. Det er flydende hastighed af elektrisk ladning gennem et ledelement med hensyn til tid. Elektrisk strøm udtrykkes matematisk (f.eks. i formler) ved hjælp af symbolerne “I” eller “i”. Enheden for strøm er ampere eller amp. Dette repræsenteres ved A.

Matematisk kan flydende hastighed af ladning med hensyn til tid udtrykkes som,

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

Med andre ord, en strøm af ladete partikler, der flyder gennem en elektrisk leder eller rum, kaldes en elektrisk strøm. De bevægende ladete partikler kaldes ladningsbærere, som kan være elektroner, huller, ioner osv.

Flyden af strøm afhænger af det ledelement. For eksempel:

I ledere skyldes flyden af strøm elektroner.
I halvledere, skyldes flyden af strøm elektroner eller huller.
I en elektrolyt skyldes flyden af strøm ioner og
I plasma – en ioniseret gas, skyldes flyden af strøm ioner og elektroner.

Når der anvendes en elektrisk spændingsforskel mellem to punkter i et ledelement, begynder en elektrisk strøm at flyde fra højere potentiale til lavere potentiale. Jo højere spænding eller potentiaforskel, jo mere strøm flyder mellem de to punkter.

Hvis to punkter i en kredsløb er på samme potentiale, kan strømmen ikke flyde. Størrelsen af strømmen afhænger af spændingen eller potentiaforskellen mellem de to punkter. Derfor kan vi sige, at strømmen er effekten af spændingen.

Elektrisk strøm kan producere elektromagnetiske felter, som anvendes i induktorer, transformatorer, generatorer og motorer. I elektriske ledere forårsager strømmen resistiv opvarmning eller joule-opvarmning, hvilket skaber lys i en glødelampe.

En tidsafhængig elektrisk strøm producerer elektromagnetiske bølger, som anvendes i telekommunikation til at sende data.

Vekselstrøm vs Gennemstrøm

Baseret på ladningsbevægelsen er elektrisk strøm inddeelt i to typer, nemlig vekselstrøm (AC) og gennemstrøm (DC).

Vekselstrøm

Bevægelsen af elektrisk ladning i periodisk omvendt retning kaldes vekselstrøm (AC). Vekselstrøm kendes også som "AC Strøm". Selvom dette teknisk set siger det samme to gange "AC Strøm Strøm".

En vekselstrøm ændrer sin retning ved periodiske interval.

Vekselstrømmen starter fra nul, stiger til maksimum, falder tilbage til nul, vendes derefter og når maksimum i den modsatte retning, og returnerer så til den oprindelige værdi og gentager denne cyklus uendeligt.

Typen af vekselstrømbølgeform kan være sinusformet, trekantet, kvadratisk, sagbundet osv.

Den specifikke bølgeform har ingen betydning—så længe det er en gentagende bølgeform.

Sagt med andre ord, i de fleste elektriske kredsløb er typisk bølgeformen for vekselstrøm en sinusbølge. En typisk sinusbølgeform, som du kan se som vekselstrøm, vises i billedet nedenfor.

En alternator kan generere en vekslende strøm. Alternatoren er en speciel type elektrisk generator, der er designet til at generere vekslende strøm.

AC-elstrøm anvendes bredt i industrielle og boligrelaterede applikationer.

DC-strøm

Strøm, der flyder i kun én retning, kaldes direkte strøm (DC). DC omtales også som "DC-strøm". Selvom dette teknisk set siger det samme to gange "Direkte Strøm Strøm".

Da DC kun flyder i én retning, kaldes det også unidirektionel strøm. En bølgeform for en direkte strøm vises på billedet nedenfor.

DC kan genereres af batterier, solceller, brændstofceller, termoelementer, kommutator-baserede elektriske generatører osv. En vekslende strøm kan konverteres til direkte strøm ved hjælp af en rektifier.

DC-elstrøm anvendes generelt i lavspændingsapplikationer. De fleste elektroniske kredsløb har brug for en DC-strømforsyning.

Hvad måles elektrisk strøm i (strøm enheder)?

SI-enheten for strøm er ampere eller amp. Dette repræsenteres med A. Ampere, eller amp, er den basale SI-enhed for elektrisk strøm. Enheden ampere er opkaldt efter den store fysiker André Marie Ampère.

I SI-systemet er 1 ampere flowet af elektrisk ladning mellem to punkter med en hastighed på en coulomb per sekund. Således,

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

Derfor måles strøm også i coulomb per sekund eller C/S.

Formel for elektrisk strøm

De grundlæggende formler for strøm er:

Forholdet mellem Strøm, Spænding og Modstand (Ohms lov)
Forholdet mellem Strøm, Effekt og Spænding
Forholdet mellem Strøm, Effekt og Modstand

Disse forhold er opsummeret i billedet nedenfor.

Strømformel 1 (Ohms lov)

Ifølge Ohms lov,

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

Dermed,

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

Eksempel

Som vist i nedenstående kredsløb, anvendes en spænding på $24\,\,V$ over modstanden på $12\,\,\Omega$ . Bestem strømmen, der løber gennem modstanden.

Løsning:

Givne data: $V=24\,\,V ,\,\, R=12\,\,\Omega$

Ifølge Ohms lov,

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

Derfor får vi ved brug af ligningen, at strømmen gennem modstanden er $2\,\,A$ .

Strømformel 2 (Effekt og spænding)

Den overførte effekt er produktet af forsyningsspænding og elektrisk strøm.

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

Dermed fås, at strømmen er lig med effekten divideret med spændingen. Matematisk,

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

Hvor $A$ står for amper eller ampere (enheden for elektrisk strøm).

Eksempel

Som vist i kredsløbet nedenfor, anvendes en spændingskilde på $24\,\,V$ til en $48\,\,W$ pære. Bestem strømmen, som tages af $48\,\,W$ pæren.Løsning:

Givne data: $V=24\,\,V ,\,\, P=48\,\,W$

Ifølge formlen,

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

Dermed får vi ved hjælp af den ovenstående formel, at strømmen, som tages af $48\,\,W$ pæren, er lig med $2\,\,A$ .

Strømformel 3 (Effekt og modstand, ohmsk tab, resistiv opvarmning)

Vi ved, at $P = V * I$

Nu erstatter vi Ohms lov $V = I * R$ i ovenstående ligning, og får,

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

Dermed er strømmen kvadratroden af forholdet mellem effekt og modstand. Matematisk set er formlen for dette lig med:

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

Eksempel

Som vist i nedenstående kredsløb, bestem strømmen taget af $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ lampe

Løsning:

Givne data: $P=100\,\,W ,\,\, R=20\,\,\Omega$

Ifølge forholdet mellem strøm, effekt og modstand, som vist ovenfor:

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

Dermed får vi ved hjælp af ligningen, at strømmen taget af $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ lampe er $2.24\,\,A$ .

Dimensioner for strøm

Dimensionerne for strøm i forhold til masse (M), længde (L), tid (T) og ampere (A) er givet ved $M^0L^0T^-^1Q$ .

Strøm (I) er en repræsentation af coulomb pr. sekund. Derfor,

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

Traditionel strøm vs. elektronstrøm

Der er en lille misforståelse om traditionel strøm og elektronstrøm. Lad os prøve at forstå forskellen mellem de to.

De partikler, der bærer elektrisk ladning gennem ledere, er mobile eller frie elektroner. Retningen af et elektrisk felt i en kredsløb er, ifølge definitionen, den retning, hvori positive testladninger bliver skubbede. Derfor flyder disse negative ladningspartikler, dvs. elektroner, i den modsatte retning til det elektriske felt.

Ifølge elektronteorien, når spænding eller potentiaforskelle anvendes på lederen, flyder ladet partikler gennem kredsløbet, hvilket udgør en elektrisk strøm.

Disse ladet partikler flyder fra højere potentiale til lavere potentiale, dvs. fra den positive terminal til batteriets negative terminal gennem en ekstern kredsløb.

Men i en metallisk leder er positivt ladet partikler fastholdt i en fast position, og negativt ladet partikler, dvs. elektroner, er frie til at bevæge sig. I halvledere kan flyden af ladet partikler være positiv eller negativ.

En flyd af positive ladecarrier og negative ladecarrier i modsat retning har samme effekt i det elektriske kredsløb. Da strømflyden er på grund af enten positive eller negative ladninger, eller begge, er en konvention nødvendig for strømretningen, der er uafhængig af typerne af ladecarrier.

Retningen af traditionel strøm betragtes som retningen, hvori positive ladecarrier flyder, dvs. fra højere potentiale til lavere potentiale. Derfor flyder negative ladecarrier, dvs. elektroner, i den modsatte retning af traditionel strøm, dvs. fra lavere potentiale til højere potentiale. Derfor går traditionel strøm og elektronstrøm i modsat retning, som vist på billedet nedenfor.

retning af traditionel strøm og elektronstrøm — Retningen af Traditionel Strøm og Elektronstrøm

Konventionel strøm: Strømmen af positive ladningsbærere fra den positive terminal til den negative terminal på en batteri kaldes konventionel strøm.
Elektronstrøm: Strømmen af elektroner kaldes elektronstrøm. Strømmen af negative ladningsbærere - dvs. elektroner - fra den negative terminal til den positive terminal på en batteri kaldes elektronstrøm. Elektronstrøm er det modsatte af konventionel strøm.

Retningen af konventionel strøm og elektronstrøm vises i billedet nedenfor.

Konvektionstrøm vs Ledningstrøm

Konvektionstrøm

En konvektionstrøm henviser til strøm, der flyder gennem et isolerende medium som f.eks. væsker, gasser eller vakuum.

Konvektionstrøm kræver ikke ledere for at flyde; derfor opfylder den ikke Ohms lov. Et eksempel på en konvektionstrøm er en vakuumrør, hvor elektroner udsendt af katoden flyder til anoden i et vakuum.

Ledningstrøm

Strømmen, der flyder gennem enhver leder, kaldes ledningstrøm. Ledningstrøm kræver en leder for at flyde; derfor opfylder den Ohms lov.

Forplacingsstrøm

Overvej, at en resistor og en kapacitator er forbundet parallel med spændingskilde V, som vist i figuren nedenfor. Naturen af strømmen, der flyder gennem kapacitator, er forskellig fra den, der flyder gennem resistoren.

Spændingen eller potentiaforskellen over resistoren producerer en kontinuerlig strøm, der er givet ved ligningen,

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

Denne strøm kaldes en “ledningsstrøm.”

Nu flyder strømmen gennem kondensatoren kun, når spændingen over kondensatoren ændres, hvilket er givet ved ligningen,

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

Denne strøm kaldes en “forplaceringstrøm.”

Fysisk set er forplaceringstrømmen ikke en strøm, da der ikke er nogen flytning af en fysisk størrelse som ladningsflytning.

Hvordan måle strøm

I elektriske og elektroniske kredsløb er strømmåling en afgørende parameter, der skal måles.

Et instrument, der kan måle den elektriske strøm, kaldes en amperemåler. For at måle strømmen skal amperemåleren være forbundet i serie med det kredsløb, hvis strøm skal måles.

Målingen af strømmen gennem resistoren ved hjælp af en amperemåler vises på figuren nedenfor.

Måling af en strøm ved hjælp af en amperemåler

Den elektriske strøm kan også måles ved hjælp af en galvanometer. Galvanometret giver både retningen og størrelsen på den elektriske strøm.

Strømmen kan måles ved at opdage det magnetiske felt, der er forbundet med strømmen, uden at bryde kredsløbet. Der findes forskellige instrumenter, der bruges til at måle strømmen uden at bryde kredsløbet.

Almindelige spørgsmål om strøm

Lad os studere nogle almindelige spørgsmål, der er relateret til elektrisk strøm.

Hvad bruger en elektromagnet til at måle elektrisk strøm?

En galvanometer er et måleinstrument, der bruger en elektromagnet til at måle elektrisk strøm.

En galvanometer er et absolut instrument; det måler den elektriske strøm i forhold til en tangens af avleningsvinkel.

En galvanometer kan måle den elektriske strøm direkte, men dette indebærer at bryde kredsløbet; derfor kan det nogle gange være ulempeligt.

Hvordan producerer en elektrisk strøm en magnetisk kraft?

En strømbærende ledning placeret i et magnetfelt vil opleve en kraft, da strømmen intet andet er end en flyd af ladninger.

Overvej en strømbærende ledning med strøm, der løber igennem den, som vist på nedenstående figur (a). Ifølge Flemings højrehåndsregel; vil denne strøm producere et magnetfelt i en uretsgangretning.

企业微信截图_17098660781451.png 企业微信截图_17098660847078.png

Magnetkraft produceret af en elektrisk strøm

Resultatet af ledningens magnetfelt er, at det vil tvinge magnetfeltet over ledningen og svække det under.

Magnetfeltlinjerne ligner strakte gummi-bånd; derfor vil de skubbe ledningen nedad, dvs. kraften er nedad, som vist på figur (b).

Dette eksempel siger, at en strømførende ledning i et magnetfelt oplever en kraft. Følgende ligning bestemmer størrelsen af den magnetiske kraft på en strømførende ledning.

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

For at få en elektrisk strøm til at flyde, er det nødvendigt at have

For at få en elektrisk strøm til at flyde, er det nødvendigt at have følgende:

En spændingsforskel, der findes mellem de to punkter. Hvis de to punkter i en kredsløb er ved samme potentiale, kan strømmen ikke flyde.
En spændingskilde eller strømkilde, som f.eks. en batteri eller celle, der tvinger de frie elektroner, der udgør en elektrisk strøm.
En leder eller tråd, der bærer elektriske ladninger.
En kredsløb skal være lukket eller komplet. Hvis kredsløbene er åbne, kan strømmen ikke flyde.

Disse er de betingelser, der er nødvendige for at få en elektrisk strøm til at flyde. Billedet nedenfor viser en strøm, der passerer i en lukket kredsløb.

Hvilket bedst beskriver en forskel mellem elektrisk strøm og statisk elektricitet

Den hovedforskelle mellem elektrisk strøm og statisk elektricitet er, at elektronerne eller ladningerne flyder gennem lederen i en elektrisk strøm.

Imens, i statisk elektricitet, er ladningerne i hvile og akkumuleret på overfladen af stoffet.

Elektrisk strøm skyldes flyden af elektroner, imens statisk elektricitet skyldes negative ladninger fra ét objekt til et andet.

Elektrisk strøm genereres kun i en leder, imens statisk elektricitet genereres både i en leder eller isolator.

Hvordan påvirker en elektrisk strøm en magnetpol?

Vi ved, at når en elektrisk strøm flyder, dvs. elektrisk ladning er i bevægelse, producerer det et magnetfelt. Hvis vi holder en magnet i et magnetfelt, oplever den en kraft.

For elektriske ladninger, dvs. elektrisk strøm, trækker lige magnetiske poler på hinanden, og modsatte magnetiske poler støder fra hinanden. Så kan vi sige, at elektrisk strøm påvirker magnetpolen gennem det magnetiske felt.