Elektriline vool: Mida see on?

Electrical4u

Väli: Põhiline Elekter

China

Mis on elektriline vool?

Elektriline vool defineeritakse kui laetud osakeste, näiteks elektronide või ionide, voogu läbi elektrilise juhtija või ruumi. See on elektrilaadiga aja suhtes läbiviiv lõik. Elektriline vool väljendatakse matemaatiliselt (nt valemides) sümboliga “I” või “i”. Voolu ühik on ampeer või amp. See esitatakse tähega A.

Matemaatiliselt saab laadiga aja suhtes läbiviiva lõiku väljendada kui,

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

Muidugi, laetud osakeste voog läbi elektrilist juhtijat või ruumi on teada kui elektriline vool. Liiguvad laetud osakesed on nimetatud laadiandjateks, mis võivad olla elektronid, auke, ionid jne.

Voolu voog sõltub juhtivast keskmest. Näiteks:

Juhtijas on voolu voog põhjustatud elektronide poolt.
Semikonduktorites on voolu voog põhjustatud elektronide või auke poolt.
Elektrolüüsiga on voolu voog põhjustatud ionide poolt ja
Plasma – ioniseeritud gaas, voolu voog on põhjustatud ionide ja elektronide poolt.

Kui elektrilise potentsiaalvahe rakendatakse kahe punkti vahel juhtivas keskkonnas, hakkab elektriline vool voolama kõrgemast potentsiaalist madalamasse. Mida suurem on pinge või potentsiaalvahe, seda rohkem voolu tekib kahe punkti vahel.

Kui ringis kaks punkti on sama potentsiaalil, siis vool ei saa voolata. Voolu suurus sõltub pingest või potentsiaalvahest kahe punkti vahel. Seega, võime öelda, et vool on pingest tingitud efekt.

Elektriline vool võib tekitada elektromagnetilised väljad, mida kasutatakse induktorites, transformatoorides, generaatorites ja mootorites. Elektrilistes joontes põhjustab vool vastuvooliku soojenemise või joule soojenemise, mis tekitab valgust lambis.

Aegalis muutuv elektrivool tekitab elektromagnetilisi laini, mida telekommunikatsioonis kasutatakse andmete edastamiseks.

AC vs DC vool

Ladunga liikumise alusel klassifitseeritakse elektrivool kahe tüübi kategooriasse, nimelt vahelduv vool (AC) ja otsevool (DC).

Vahelduv vool (AC)

Ladunga perioodiliselt vastupidises suunas liikumist nimetatakse vahelduvaks vooluks (AC). Vahelduv vool on ka tuntud kui "AC vool". Kuigi see tehniliselt ütleb sama asja kaks korda "AC vool vooluks".

Vahelduv vool muudab oma suunda perioodiliselt.

Vahelduv vool alustab nullist, tõuseb maksimumini, langab nullini, pöörab vastupidises suunas ja jõuab maksimumini, siis tagastub algsele väärtusele ja kordab seda tsüklit lõpmatult.

Vahelduv voolu lainekuju võib olla sinusoidaalne, kolmnurklik, ruut, piirjoon, jne.

Lainekuju spetsiifilisus ei ole oluline – nii kaua, kuni see on korduv lainekuju.

Siiski on enamikele elektrilistele tsüütidele tipiline lainekuju vahelduv vooluks sinusoidaalne lainekuju. Tipiline sinusoidaalne lainekuju, mida sa võiksid näha vahelduv vooluna, on näidatud järgmisel pildil.

Alternatiivgenerator võib luua vahelduvvoolu. Alternatiivgenerator on eriline tüüp elektrigeneraatorit, mis on mõeldud vahelduvvoolu tootmiseks.

Vahelduvvooluline elektriliikub laialdaselt tööstuslikus ja elamukeskkonnas.

Otsesuunaline vool

Elektriladungute liikumine ühes suunas on tuntud kui otsesuunaline vool (DC). DC nimetatakse ka "otsesuunaliseks vooluks". Kuigi see tehniliselt tähendab sama asja kaks korda "Otsesuunaline Vool Vool".

Kuna otsesuunaline vool liigub vaid ühes suunas, siis seda nimetatakse ka ühesuunaliseks vooluks. Otsesuunalise voolu lainekuju on näha järgnevates pildides.

Otsesuunalist voolu saab luua akkudest, päikesepaneelidest, süttimiskogutest, termopaaridest, kommutaatoriga elektrigeneraatoritest jne. Vahelduvvoolu saab teisendada otsesuunaliseks vooluks kasutades rektifikaatorit.

Otsesuunalist elektriliikumist kasutatakse tavaliselt madalvoltilistes rakendustes. Enamik elektronikakirjeid vajab otsesuunalist elektriliikumist.

Mis on elektrivoolu mõõtühik (vooluühik)?

SI-süsteemi ühik vooluks on ampeer või amp. See tähistatakse A-ga. Ampeer on SI-süsteemi põhijuhtiv elektrivoolu ühik. Ühiku ampeer on nimetatud suure füüsiku Andrew Marie Ampere'i auks.

SI-süsteemis on 1 ampeer elektriladungute liikumine kahe punkti vahel umbes 1 kulombi sekundis. Seega,

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

Seega mõõdetakse ka elektriliikutis kulunud kuluametikus sekundis või C/S.

Elektriliikutise valem

Põhiline valem elektriliikutise jaoks on:

Vool, pingeline ja vastupidavuse suhe (Ohmi seadus)
Vool, võimsuse ja pinge suhe
Vool, võimsuse ja vastupidavuse suhe

Need suhted on kokku võttes järgmisel joonisel näidatud.

Vooli valem 1 (Ohmi seadus)

Kui lähtuda Ohmi seadusest,

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

Nii et,

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

Näide

Allpool näidatud ringis on pinge $24\,\,V$ rakendatud vastavusele $12\,\,\Omega$ . Määra vool, mis läbib vastust.

Lahendus:

Antud andmed: $V=24\,\,V ,\,\, R=12\,\,\Omega$

Ohmi seaduse kohaselt,

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

Nii, võttes kasutusele võrrandi, saame vastavalt voolu kaudu lülitiku, mis on $2\,\,A$ .

Voolu valem 2 (Tehing ja pingeline

Ülekanne tehingu on toodet pinge ja elektrivoolu.

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

Nii, et saame voolu, mis on tehingu jagatud pingega. Matemaatiliselt,

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

Kus $A$ tähistab ampeerit või amperi (elektrivoolu ühik).

Näide

Näidatud jooniselt on $24\,\,V$ pinge rakendatud $48\,\,W$ lampi. Määra $48\,\,W$ lampa võetav vool.Lahendus:

Antud andmed: $V=24\,\,V ,\,\, P=48\,\,W$

Valemist saame,

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

Seega, kasutades ülaltoodud võrrandit, saame $48\,\,W$ lampa võetava voolu koguseks $2\,\,A$ .

Vooli valem 3 (Töövoog ja vastupidavus, ohmiline kaotus, vastupidavusest tulenev küte)

Teame, et $P = V * I$

Nüüd asendades Ohmi seaduse $V = I * R$ ülaltoodud võrrandisse, saame,

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

Nii, et vool on jõud ja vastus vastastikku jagatud ruutjuur. Matemaatiliselt on sellele vastav valem:

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

Näide

Allpool näidatud ringis, määra $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ lampi võttuv vool

Lahendus:

Antud andmed: $P=100\,\,W ,\,\, R=20\,\,\Omega$

Kasutades ülal toodud seost voolu, võimsuse ja vastenduse vahel:

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

Näiteks, kasutades valemit, saame voolu, mida tarbib $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ lampa, on $2.24\,\,A$ .

Voolu dimensioonid

Voolu dimensioonid massi (M), pikkuse (L), aja (T) ja ampera (A) suhtes on antud kujul $M^0L^0T^-^1Q$ .

Vool (I) on kuluv elektrivool sekundis. Seega,

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

Traditsiooniline vool vs elektronide vool

Traditsioonilise voolu ja elektronide voolu suhtes on vähe veendunud. Püüame mõista nende kahe erinevust.

Vooluvedajad kondaktorites on liikuvad või vabad elektronid. Elektrivälja suund sirkvis on definitsiooni järgi seadus, mis tuletab positiivsetest testlaadudest. Seega, need negatiivsed laetud osakesed, st elektronid, voolavad vastupidises suunas elektriväljale.

Elektronite teooria kohaselt, kui späini või potentsiaalne erinevus rakendatakse kondaktori üle, siis laetud osakesed voolavad lüliti, mis moodustab elektrivoolu.

Need laetud osakesed voolavad kõrgemast potentsiaalist madalamasse potentsiaali, st positiivsest terminaalist aku negatiivse terminaali läbi välise sirkvi.

Kuid metallikondaktoris on positiivselt laetud osakesed fikseeritud asendis ja negatiivselt laetud osakesed, st elektronid, on vabad liikuma. Pooljuhtides võib laetud osakesed voolata positiivselt või negatiivselt.

Positiivsete laetusevedajate ja negatiivsete laetusevedajate vastupidine vool elektrisirgvis on sama. Kuna voolu põhjustavad kas positiivsed või negatiivsed laetused, või mõlemad, on vaja konventsiooni, mis ei sõltu laetusevedajate tüübist.

Traditsioonilise voolu suund peetakse positiivsete laetusevedajate voolu suunaks, st kõrgemast potentsiaalist madalamasse potentsiaali. Seega, negatiivsete laetusevedajate, st elektronide vool on vastupidine traditsioonilise voolu suunaga, st madalamast potentsiaalist kõrgemasse potentsiaali. Seega, traditsiooniline vool ja elektronide vool voolavad vastupidises suunas, mis on näidatud allpool olevas pildil.

traditsioonilise voolu ja elektronide voolu suund — Traditsioonilise voolu ja elektronide voolu suund

Tavaline vool: Positiivsete laengutäidete vool positiivsest poolust negatiivse poole kuni aku negatiivsele poolule on tuntud kui tavaline vool.
Elektronide vool: Elektronide vool on nimetatud elektroni vooluks. Negatiivsete laengutäidete – ehk elektronide – vool negatiivsest poolust positiivse poole kuni aku positiivsele poolule on tuntud kui elektronide vool. Elektronide vool on vastand tavalise voolu suunaga.

Tavalise voolu ja elektronide voolu suund on näidatud järgmisel joonisel.

Konvektioonivool vs juhtimisvool

Konvektioonivool

Konvektioonivool viitab voolule, mis liigub isolatsioonimeediumi, nagu vedeliku, gaasi või vakuumi kaudu.

Konvektioonivool ei nõua juhtijat, seega see ei täida Ohmi seadust. Konvektioonivoolu näide on vakuumtubi, kus katodi poolt väljaheitud elektronid liiguvad anoodi kaudu vakuumis.

Juhtimisvool

Vool, mis liigub igas juhtijas, on teada kui juhtimisvool. Juhtimisvool nõuab juhtijat, seega see täidab Ohmi seadust.

Asendusvool

Kujutlege, et vastus ja kapasitor on ühendatud paralleelselt pingeallikaga V, nagu on näidatud järgmisel joonisel. Kapasitori kaudu liikuva voolu olemus on erinev vastuse kaudu liikuva voolu omast.

Vastuse kaudu liikuva voolu pinge või potentsiaalne erinevus toob kaasa pideva voolu, mis annab võrrandi,

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

Sellel võimal on nimi “juhtimisvool”.

Nüüd voolab vool kondensaator läbi ainult siis, kui kondensaatoril oleva pingega muutub, mis antakse järgmise võrrandiga,

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

Sellel võimal on nimi “asendamisvool”.

Füüsiliselt ei ole asendamisvool vool, sest seal ei ole füüsilise suuruse, näiteks laetega, liikumist.

Kuidas mõõta voolu

Elektrilises ja elektronilises ringis on voolu mõõtmine oluline parameeter, mida mõõta tuleb.

Seade, mis saab mõõta elektrivoolu, nimetatakse ammeteriks. Voolu mõõtmiseks peab ammeter ühendama sarireegliga ringiga, mille voolu soovitakse mõõta.

Voolu mõõtmist vastendis ammetriga on näha järgmisel joonisel.

Elektrivoolu saab mõõta ka galvanomeetriga. Galvanomeeter annab nii voolu suuna kui ka suuruse.

Voolu saab mõõta tuvastades vooluga seotud magnetväli ilma, et ringi katkestataks. On olemas erinevaid seadmeid, mida kasutatakse voolu mõõtmiseks ilma, et ringi katkestataks.

Halli efektiga põhinevad elektrivooluandurid
Elektrivoolu muundaja (CT) (mõõdab ainult vaikevoolu)
Klambimõõtmed
Shunt-päringud
Magnetooleele vastased andurid

Üldised küsimused elektrivoolu kohta

Vaatame mõnda üldist küsimust, mis on seotud elektrivooluga.

Mis kasutab elektroagnetit elektrivoolu mõõtmiseks?

Galvanomeeter on mõõteseadus, mis kasutab elektroagnetit elektrivoolu mõõtmiseks.

Galvanomeeter on absoluutne seade; see mõõdab elektrivoolu tangensi deflekteerimiskulma järgi.

Galvanomeeter võib mõõta elektrivoolu otse, kuid see nõuab ringi katkestamist; seega on see mõnikord ebatõenäoline.

Kuidas toodab elektrivool magnetilise jõu?

Magnetvääl asuv voolu kandev johtur kogeb jõudu, sest vool on mitte muud kui laengude liikumine.

Vaatame voolu kandejohturit, kus vool liigub, nagu näidatakse allpool olevas joonisel (a). Flemingi parempära reegli järgi toob see vool esile magnetväli päripäeva suunas.

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

Elektrivoolu poolt toodetud magnetiline jõud

Johturi magnetväli tulemusena taastakse johturi üleval pool ja hevvatakse allpool.

Magnetväli joontel on nagu venitatud kummipaelad; seetõttu tõmbavad need johturit alla, st jõud on alla, nagu näidatakse joonisel (b).

See näide ütleb, et elektrivoolu kandev johtja magnetväljas kogeb jõudu. Järgmine võrrand määrab elektroonikavoolu kandva johtja magnetjõu suuruse.

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

Elektrivoolu tekkesse saamiseks on vaja

Elektrivoolu tekkesse saamiseks on vaja järgmist:

Potentsiaalne erinevus, mis eksisteerib kahe punkti vahel. Kui ringikujulised punktid on samas potentsiaalis, ei saa vool tekkida.
Vooluallikas või vooluallikas, näiteks aku või element, mis sundib vabad elektronid, mis moodustavad elektrivoolu.
Juhur või viis, mis kannab elektrilisi laengi.
Ring peab olema kinni või täielik. Kui ringid on avatud, ei saa voolu tekkida.

Need on tingimused, mis on vajalikud elektrivoolu tekkesse saamiseks. Allpool olev pilt näitab voolu, mis liigub kinnises ringis.

Mis Kirjeldab Parima Viisil Elektrivoolu ja Staardielektri Erinevust

Elektrivoolu ja staardielektri peamine erinevus seisneb selles, et elektronid või laengud voolavad juhuri kaudu elektrivoolus.

Selle asemel, et staardielektris laengud on paigal ja kogunevad ainete pinna kohal.

Elektrivool tekib elektronide voolamisel, samas kui staardielekter tekib negatiivsete laengute ülekandmise kaudu ühest objektist teise.

Elektrivool genereeritakse ainult juhurus, samas kui staardielekter genereeritakse nii juhurus kui ka isoleerus.

Kuidas Mõjutab Elektrivool Magnetpolku?

Teame, et kui elektrivool voolab, st elektrilaeng on liikumisel, siis see tekitab magnetvälja. Kui me paneme magneeti magnetväljasse, siis see kogeb jõudu.

Elektrilised laengud, st elektrivool, võivad mõjutada magnetpooleid magneetväli kaudu. Seega võib öelda, et elektrivool mõjutab magneetpooleid magneetvälja kaudu.