Struja: Što je to?

Electrical4u

Polje: Osnovna elektrotehnika

China

Što je električni tok?

Električni tok definiran je kao struja nabojenih čestica—poput elektrona ili iona—koja se kreće kroz električnog voditelja ili prostor. To je stopa protoka električnog naboja kroz vodljiv sredstvo u odnosu na vrijeme. Električni tok matematički (na primjer, u formulama) izražen je simbolom „I“ ili „i“. Jedinica za tok je amper. Ovo se označava sa A.

Matematički, stopa protoka naboja u odnosu na vrijeme može se izraziti kao,

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

Drugim riječima, struja nabojenih čestica koja teče kroz električni voditelj ili prostor poznata je kao električni tok. Pokretni nabojeni nositelji mogu biti elektroni, luke,ioni itd.

Protok toka ovisi o vodljivom sredstvu. Na primjer:

U voditelju, protok toka je zahvaljujući elektronima.
U poluprovodnicima, protok toka je zahvaljujući elektronima ili lukama.
U elektrolitu, protok toka je zahvaljujući ionima i
U plazmi—joniziranom plinu, protok toka je zahvaljujući ionima i elektronima.

Kada se električna razlika potencijala primijeni između dvije točke u vodljivom sredstvu, električni tok počinje teći od više potencijale do niže potencijale. Što je veća napon ili razlika potencijala, toliko veći tok teče između dvije točke.

Ako su dvije točke u krugu na istom potencijalu, tada tok ne može teći. Magnituda toka ovisi o naponu ili razlici potencijala između dvije točke. Stoga možemo reći da je tok posljedica napona.

Električni tok može proizvesti elektromagnetska polja, koja se koriste u induktorima, transformatorima, generatorima i motorima. U električnim vodnicima, tok uzrokuje otporni zagrijavanje ili jouleovo zagrijavanje, što stvara svjetlo u žarulji.

Vremenski varijabilan električni tok proizvodi elektromagnetske valove, koji se koriste u telekomunikacijama za emitiranje podataka.

Napojni tok nasuprot strujnom toku

Na temelju toka naboja, električni tok se klasificira u dvije vrste, odnosno napojni tok (AC) i strujni tok (DC).

Napojni tok

Tok električnog naboja u periodično promjenjivom smjeru poznat je kao napojni tok (AC). Napojni tok također se naziva "napojni tok". Iako se ovo tehnički isto govori dva puta "napojni tok napojni tok".

Napojni tok mijenja svoj smjer u periodičnim intervalima.

Napojni tok započinje od nule, raste do maksimuma, smanjuje se do nule, zatim se obrne i dostigne maksimum u suprotnom smjeru, zatim se opet vrati na originalnu vrijednost i ponavlja ovaj ciklus beskonačno.

Tip talasa napojnog toka može biti sinusni, trokutasti, kvadratni, pilaobrazni itd.

Posebnost talasa nije važna - onoliko dugo je to ponavljajući talas.

Ipak, u većini električnih krugova, tipičan talas napojnog toka je sinusni talas. Tipičan sinusni talas koji možete vidjeti kao napojni tok prikazan je na slici ispod.

Alternatoralternator može generirati izmjenični strujni tok. Alternator je specijalna vrsta električnog generatora dizajniran za generiranje izmjeničnog strujnog toka.

Izmjenični električni strujaš siroko se koristi u industrijskim i stambenim primjenama.

Struja DC

Tok električnog naboja samo u jednom smjeru poznat je kao jednosmjerna struja (DC). DC se također naziva "DC Current". Iako ovo tehnički znači isto dva puta "Direct Current Current".

Budući da DC teče samo u jednom smjeru, stoga se također naziva unidirektna struja. Valovni oblik jednosmjerne struje prikazan je na sljedećoj slici.

DC može biti generiran od baterija, solarnih celija, gorivnih celija, termoparova, komutatorskih elektrogeneratara itd. Izmjenični strujni tok može se pretvoriti u jednosmjerni strujni tok upotrebom rektifikatora.

Jednosmjerna električna energija općenito se koristi u niskonaponskim aplikacijama. Većina elektroničkih krugova zahtijeva napajanje jednosmjerne struje.

U čemu se mjeri električni strujni tok (jedinice struje)?

SI jedinica za struju je amper ili amp. To se označava slovom A. Amper, ili amp, je osnovna SI jedinica električne struje. Jedinica amper dobiti je ime u čast velikog fizičara Andrew Marie Ampere-a.

U SI sustavu, 1 amper predstavlja tok električnog naboja između dvije točke brzinom od jednog kulomba po sekundi. Stoga,

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

Stoga se struja mjeri u coulombovima po sekundi ili C/S.

Formula za električnu struju

Osnovne formule za struju su:

Veza između struje, napona i otpora (Ohmov zakon)
Veza između struje, snage i napon
Veza između struje, snage i otpora

Te veze su sažete na sljedećoj slici.

Formula 1 (Ohmov zakon)

Prema Ohmovom zakonu,

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

Dakle,

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

Primjer

Kao što je prikazano u sljedećem krugu, naponska opskrb od $24\,\,V$ primjenjena je na otpornik od $12\,\,\Omega$ . Odredite struja koja teče kroz otpornik.

Rješenje:

Dati podaci: $V=24\,\,V ,\,\, R=12\,\,\Omega$

Prema Ohmovom zakonu,

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

Tako, koristeći jednadžbu, dobivamo struja koja teče kroz otpornik je $2\,\,A$ .

Formula struje 2 (Snaga i napona)

Prijenos snage je umnožak naponskog nivoa i električne struje.

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

Dakle, dobivamo da je struja jednak prijenosu snage podijeljenom s napajanjem. Matematički,

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

Gdje $A$ označava amperi ili amper (jedinice za električnu struju).

Primjer

Kao što je prikazano u strujnom krugu ispod, naponska opskrb od $24\,\,V$ primjenjuje se na svjetiljku od $48\,\,W$ . Odredite struju koju uzima svjetiljka od $48\,\,W$ .Rješenje:

Dana podatka: $V=24\,\,V ,\,\, P=48\,\,W$

Prema formuli,

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

Tako, koristeći gornju formulu, dobivamo da je struja koju uzima svjetiljka od $48\,\,W$ jednaka $2\,\,A$ .

Formula struje 3 (Snaga i otpor, Ohmov gubitak, toplinsko zagrijavanje)

Znamo da, $P = V * I$

Sada zamjenjujući Ohmov zakon $V = I * R$ u gornju jednadžbu dobivamo,

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

Dakle, struja je kvadratni korijen omjera snage i otpora. Matematički, formula za to glasi:

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

Primjer

Kao što je prikazano na sljedećem shemi, odredite struju koju uzima $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ svjetiljka

Rješenje:

Dati: $P=100\,\,W ,\,\, R=20\,\,\Omega$

Prema odnosu između struje snage i otpora prikazanom iznad:

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

Tako, koristeći jednadžbu, dobivamo struju koju uzima $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ svjetiljka je $2.24\,\,A$ .

Dimenzije struje

Dimenzije struje u smislu mase (M), duljine (L), vremena (T) i ampera (A) dana su s $M^0L^0T^-^1Q$ .

Struja (I) je predstavljanje kolumba po sekundi. Stoga,

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

Strojna struja usporedno s protokom elektrona

Postoji mala nesporazumijeva o strojnom protoku struje i protoku elektrona. Pokušajmo razumjeti razliku između ova dva pojma.

Čestice koje nosile električni naboj kroz vodljive materijale su mobilni ili slobodni elektroni. Smjer električnog polja unutar kruga, prema definiciji, je smjer u kojem pozitivne testne naboje gurne. Stoga, ove čestice s negativnim nabojem, odnosno elektroni, teku u suprotnom smjeru od električnog polja.

Prema teoriji elektrona, kada se napon ili potencijalna razlika primijeni na vodljivi materijal, nabijene čestice teku kroz krug, što čini električnu struju.

Ove nabijene čestice teku od više potencijale do niže potencijale, odnosno od pozitivnog završetka baterije do njegova negativnog završetka kroz vanjski krug.

Međutim, u metaličkim vodilima, pozitivno nabijene čestice su fiksirane, a negativno nabijene čestice, odnosno elektroni, slobodni su da se kreću. U poluvodilima, protok nabijenih čestica može biti pozitivan ili negativan.

Protok pozitivnih nositelja naboja i negativnih nositelja naboja u suprotnim smjerovima ima isti učinak u električnom krugu. Budući da je protok struje posljedica pozitivnih ili negativnih nositelja naboja, ili oba, potrebna je konvencija za smjer struje koji je neovisan o vrsti nositelja naboja.

Smjer konvencionalne struje smatra se smjerom u kojem teku pozitivni nositelji naboja, odnosno od više potencijale do niže potencijale. Stoga, negativni nositelji naboja, odnosno elektroni, teku u suprotnom smjeru od konvencionalnog protoka struje, odnosno od niže potencijale do više potencijale. Stoga, konvencionalni protok struje i protok elektrona idu u suprotnim smjerovima, što je prikazano na slici ispod.

smjer strojne struje i protoka elektrona — Smjer strojne struje i protoka elektrona

Konvencionalni struja: Tok pozitivnih nositelja naboja od pozitivnog do negativnog pola baterije poznat je kao konvencionalni tok struje.
Tok elektrona: Tok elektrona naziva se elektronski tok. Tok negativnih nositelja naboja – to jest, elektrona – od negativnog do pozitivnog pola baterije poznat je kao tok elektrona. Tok elektrona je suprotan toku konvencionalne struje.

Smjer konvencionalne struje i toka elektrona prikazan je na sljedećoj slici.

Konvencionalni tok struje i tok elektrona

Konvektivni tok vs. tok vodljivosti

Konvektivni tok

Konvektivni tok odnosi se na tok struje kroz izolirajući medij poput tekućine, plina ili vakua.

Konvektivni tok ne zahtijeva vodljive materijale da bi protjecao; stoga ne zadovoljava Ohmov zakon. Primjer konvektivnog toka je vakuumski cjev u kojem elektroni emitirani od katode teku prema anodi u vakuumu.

Tok vodljivosti

Struja koja teče kroz vodljivi materijal poznata je kao tok vodljivosti. Tok vodljivosti zahtijeva vodljive materijale da bi protjecao; stoga zadovoljava Ohmov zakon.

Struja pomaka

Razmotrimo otpornik i kapacitor koji su spojeni paralelno s napajanjem V, kao što je prikazano na donjoj slici. Priroda toka struje kroz kapacitor razlikuje se od toka struje kroz otpornik.

Napon ili potencijalna razlika na otporniku proizvodi kontinuirani tok struje koji je dat jednadžbom,

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

Ovaj struja se naziva “provodna struja.”

Sada struja kroz kondenzator teče samo kada se napon na kondenzatoru mijenja, što je opisano sljedećom jednadžbom,

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

Ova struja se naziva “dislokacijska struja.”

Fizički, dislokacijska struja nije struja jer nema toka fizičke veličine poput toka naboja.

Kako mjeriti struju

U električnim i elektroničkim krugovima, mjerenje struje je bitan parametar koji treba mjeriti.

Prijenos koji može mjeriti električnu struju zove se ampermetar. Da bi se mjerila struja, ampermetar mora biti spojen serijalno s krugom čija se struja mjeri.

Mjerenje struje kroz otpornik pomoću ampermetra prikazano je na donjoj slici.

Električnu struju također je moguće mjeriti pomoću galvanometra. Galvanometar daje kako smjer tako i magnitudu električne struje.

Struja se može mjeriti detektiranjem magnetskog polja povezanog s strujom bez prekida kruga. Postoji mnogo instrumenta koji se koriste za mjerenje struje bez prekida kruga.

Senzori struje Hall-ovog učinka
Strujni transformator (CT) (mjeri samo izmjeničnu struju)
Šljivice za mjeru struje
Shunt otpornici
Magneto rezistentni senzori polja

Uobičajena pitanja o struji

Proučimo neka uobičajena pitanja vezana uz električnu struju.

Što koristi elektromagnet za mjerenje električne struje?

Galvanometar je mjerni instrument koji koristi elektromagnet za mjerenje električne struje.

Galvanometar je apsolutni instrument; on mjeri električnu struju u smislu tangensa kuta odstupanja.

Galvanometar može direktno mjeriti električnu struju, ali to podrazumijeva prekid kruga; stoga je ponekad nepraktično.

Kako električna struja proizvodi magnetnu silu?

Vodilac s strujom postavljen u magnetsko polje iskusit će silu jer je struja ništa drugo do tok naboja.

Promotrimo vodilac s strujom kroz njega, kao što je prikazano na sljedećoj slici (a). Prema Flemingovom desnom pravilu; ova struja će proizvesti magnetsko polje u smjeru kazaljke na satu.

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

Magnetska sila proizvedena električnom strujom

Rezultat magnetskog polja vodilca jest da će prisiliti magnetsko polje iznad vodilca i oslabiti ga ispod.

Linije polja su poput rastežnih gumenih traka; stoga će vodilac gurnuti u smjeru dolje, tj. sila je prema dolje, kako je prikazano na slici (b).

Ovaj primjer kaže da vodilac struje u magnetskom polju iskušava silu. Sljedeća jednadžba određuje magnitudu magnetske sile na vodilac struje.

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

Da bi se električna struja provela, potrebno je imati

Da bi se električna struja provela, potrebno je imati sljedeće:

Potencijalnu razliku koja postoji između dvije točke. Ako su dvije točke u krugu na istom potencijalu, struja ne može teći.
Izvor napona ili izvor struje, poput baterije ili čelice, koji prisiljava slobodne elektrone, što čini električnu struju.
Vodilac ili žica koja nosi električne nabojne čestice.
Krug mora biti zatvoren ili potpun. Ako su krugovi otvoreni, struja ne može teći.

To su uvjeti potrebni za provođenje električne struje. Slika ispod pokazuje struju koja prolazi kroz zatvoreni krug.

Što najbolje opisuje razliku između električne struje i statične elektrostatike

Glavna razlika između električne struje i statične elektrostatike je ta što elektroni ili naboji teku kroz vodilac u električnoj struji.

S druge strane, u statičnoj elektrostatici, naboji su u mirovanju i akumulirani na površini tvari.

Električna struja nastaje zbog toka elektrona, dok statična elektrostatika nastaje zbog negativnih naboja sa jednog predmeta na drugi.

Električna struja generira se samo u vodičima, dok statična elektrostatika generira se kako u vodičima, tako i u izolatorima.

Kako električna struja utječe na magnetski pol?

Znamo da kada teče električna struja, tj. kada se električni naboj kreće, stvara se magnetsko polje. Ako magnet stavimo u magnetsko polje, on iskušava silu.

Za električne naboje, tj. električni tok, slični magnetni polovi privlače, a suprotni odbijaju. Dakle, možemo reći da električni tok utječe na magnetni pol putem magnetskog polja.

Koji instrument se koristi za mjerenje električnog toka

Instrument koji može mjeriti električni tok zove se ampermetar. Ampermetar mora biti spojen u seriju s krugom čiji tok treba mjeriti.

Drugi razni instrumenti također se koriste za mjerenje električnog toka.

Transduseri senzora toka Hall-ovog efekta
Trafotransformator (CT) (Mjere samo AC)
Štapna mjerača
Shunt otpornici
Magnetoresistivni senzori polja

Izvor: Electrical4u

Izjava: Poštovanje originala, dobre članke vrijede podijeliti, ako postoji kršenje autorskih prava molimo kontaktirajte za brisanje.