Elektromos áram: Miben áll?

Electrical4u

Mező: Alapvető Elektrotechnika

China

Mi az áram?

Az áram olyan töltött részecskék, mint elektronok vagy iónok, áramlása egy elektromos vezetőben vagy térben. Ez a töltés folyamára utal egy vezető közegben idő szerint. Az áram matematikailag (pl. képletekben) a „I” vagy „i” szimbólummal fejezhető ki. Az áram mértékegysége az amper vagy amp, amit A-val jelölünk.

Matematikailag a töltés folyamát idő szerint így fejezhetjük ki:

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

Más szavakkal, a töltött részecskék áramlása egy elektromos vezetőben vagy térben az áramot jelenti. A mozgó töltött részecskéket töltésviszonyítóknek nevezzük, amelyek lehetnek elektronok, lyukak, iónok stb.

Az áram folyása a vezető közegtől függ. Például:

A vezetőben az áram folyása az elektronok miatt van.
A félvezetőkben az áram folyása az elektronok vagy lyukak miatt van.
Egy elektrolízisben az áram folyása az iónok miatt van, és
A plazmában—ionizált gázban az áram folyása az iónok és elektronok miatt van.

Amikor két pont között elektromos potenciálkülönbséget alkalmazunk egy vezető közegben, akkor az áram elkezd folydni a magasabb potenciáltól a alacsonyabb potenciál felé. Minél nagyobb a feszültség vagy potenciálkülönbség, annál nagyobb az áram, ami két pont között folyik.

Ha két pont ugyanazon potenciáln van, akkor az áram nem tud folydni. Az áram nagysága a feszültségtől vagy potenciálkülönbségtől függ. Tehát azt mondhatjuk, hogy az áram a feszültség hatása.

Az áram elektromágneses mezőket hozhat létre, amelyeket induktorokban, transzformátorokban, generátorként és motorokban használnak. Az elektromos vezetőkben az áram ellenállásos melegítést vagy joule-féle melegítést okoz, ami fényt termel egy incandescens lámpában.

A változó áram elektromágneses hullámokat hoz létre, amelyek a telekommunikációban adatok közvetítésére használhatók.

Váltó vs. egyirányú áram

A töltések áramlása alapján két típusba sorolható az áram, nevezetesen váltó áram (VA) és egyirányú áram (EI).

Váltó áram

A töltések periodikusan megforduló irányú folyamát váltó árannak (VA) nevezzük. A VA-t gyakran "VA áramnak" is emlízik, bár ez technikailag kétszer ismétli ugyanazt a fogalmat, mint "VA áram áram".

A váltó áram periódusan változik irányát.

A váltó áram nullától indul, eléri a maximumot, nullára csökken, majd megfordul, eléri a maximumot a fordított irányban, visszatér az eredeti értékhez, és ezt a ciklust végtelenül ismétli.

A váltó áram hullámforma lehet sinusoidális, háromszög, négyzet, születő, stb.

A hullámforma specifikus jellemzői nem játszanak szerepet, amíg ismétlődő hullámforma van.

Ezért a legtöbb elektrikus áramkörben a tipikus váltó áram hullámforma a szinusz hullám. A váltó áramra jellemző tipikus szinusz hullámformát látunk az alábbi képen.

Egy alternátor képes váltakozó áramot előállítani. Az alternátor egy speciális típusú elektrikus generátor, amely váltakozó áram előállítására van kialakítva.

A váltakozó áram széles körben használatos ipari és lakossági alkalmazásokban.

Egyszerűsíthető áram (DC)

Az elektromos töltés egy irányban történő áramlása egyszerűsíthető áramnak (DC) nevezik. A DC-t gyakran "DC áram" néven is emlegetik. Bár ez technikailag ugyanazt mondja meg kétszer, "egyszerűsíthető áram áram".

Mivel a DC csak egy irányban áramlik, ezért unidirecionalis árnak is hívják. Látható az alábbi képen egy egyszerűsíthető áram hullámformája.

A DC-et akkumulátorokkal, napelemelekkel, üzemanyagcellákkal, termopárakkal, kommutátortípusú elektrikus generátorokkal stb. lehet előállítani. Egy váltakozó áramot egy rektifikátorral lehet átalakítani egyszerűsíthető árammá.

A DC elektromos energia általában alacsony feszültségű alkalmazásokban használatos. A legtöbb elektronikai áramkör DC-n működik.

Miben mérhető az elektromos áram (áramegységek)?

Az SI-egység az áram esetében az amper vagy amp. Ez A-val jelölhető. Az amper, vagy amp, az elektromos áram alap SI-egysége. Az amper egység a nagy fizikus, Andrew Marie Ampere tiszteletére kapta a nevét.

Az SI rendszerben 1 amper az elektromos töltés két pont közötti áramlása, egy coulomb per másodperc sebességgel. Tehát,

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

Tehát az áramot coulomb per szekundum vagy C/S-ben is mérik.

Áramképlet

Az áram alapvető képletei a következők:

Az áram, feszültség és ellenállás közötti kapcsolat (Ohm törvénye)
Az áram, teljesítmény és feszültség közötti kapcsolat
Az áram, teljesítmény és ellenállás közötti kapcsolat

Ezek a kapcsolatok összefoglalóan láthatók az alábbi képen.

Áramképlet 1 (Ohm törvénye)

Az Ohm törvénye szerint,

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

Tehát,

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

Példa

Ahogy a következő áramkörben látható, egy $24\,\,V$ feszültség van alkalmazva a ellenállás felett, amelynek értéke $12\,\,\Omega$ . Határozza meg az áramot, amely áthalad a ellenállás felett.

Megoldás:

Adatok: $V=24\,\,V ,\,\, R=12\,\,\Omega$

Az Ohm törvénye szerint,

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

Így, az egyenlet használatával a rezisztorn keresztül áramló áramerősség $2\,\,A$ .

Áramerősség-képlet 2 (Teljesítmény és feszültség)

Az átadott teljesítmény a tápfeszültség és az áramerősség szorzata.

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

Így, az áramerősség megegyezik a teljesítménnyel osztva a feszültséggel. Matematikailag,

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

Ahol $A$ jelöli az amperet vagy ampere-t (az áramerősség mértékegysége).

Példa

A következő áramkörben egy $24\,\,V$ feszültség van alkalmazva egy $48\,\,W$ teljesítményű lámpára. Határozza meg a $48\,\,W$ teljesítményű lámpa által felvett áramot.Megoldás:

Adatok: $V=24\,\,V ,\,\, P=48\,\,W$

A képlet szerint,

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

Így, a fenti egyenlet alapján a $48\,\,W$ teljesítményű lámpa által felvett áram $2\,\,A$ .

Áramképlet 3 (Teljesítmény és ellenállás, ohmves veszteség, ellenállásos hőtétel)

Tudjuk, hogy, $P = V * I$

Most helyettesítsük be Ohm törvényét $V = I * R$ a fenti egyenletbe, és kapjuk,

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

Így, az áram a teljesítmény és az ellenállás hányadosának négyzetgyöke. Matematikailag, a képlet ekként írható:

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

Példa

Ahogy a lentebb látható ábrán is bemutatott, határozzuk meg a $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ lámpát átmenő áramot.

Megoldás:

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

A fenti kapcsolat alapján az áram, teljesítmény és ellenállás között:

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

Így, a képlet alapján, a $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ lámpát áthaladó áram $2.24\,\,A$ .

Aram dimenziói

Az aram dimenziói tömeg (M), hossz (L), idő (T) és amper (A) szerint: $M^0L^0T^-^1Q$ .

Az aram (I) a coulomb per másodperc mértékegységének megfelelően, így

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

Hagyományos áram és elektronáram

A hagyományos áram és az elektronáram között van egy kis tévedés. Próbáljuk meg megérteni a két jelenség különbségét.

Az áranyozó részecskék, amelyek elektromos töltést visznek vezetőkön, a mobil vagy szabad elektronok. Az elektromos mező iránya egy áramkörben, definíció szerint, a pozitív próbatöltések irányát határozza meg. Így ezek a negatív töltésű részecskék, azaz elektronok, ellentétes irányban folyik az elektromos mezővel szemben.

Az elektronelmélet szerint, amikor feszültséget vagy potenciált különbséget alkalmaznak a vezetőn, a töltött részecskék folyad át az áramkörön, ami elektromos áramot jelent.

Ezek a töltött részecskék a magasabb potenciáltól a alacsonyabb potenciál felé, azaz a bateriák pozitív termináljától a negatív termináljáig folyik az külső áramkörön keresztül.

De a fémetartalmas vezetőkben a pozitív töltésű részecskék rögzített helyzetben vannak, míg a negatív töltésű részecskék, azaz elektronok, szabadon mozoghatnak. A fémesvezetőkben a töltött részecskék folyása lehet pozitív vagy negatív is.

A pozitív töltésű részecskék és a negatív töltésű részecskék ellentétes irányú folyása ugyanolyan hatást gyakorol az elektromos áramkörön. Mivel az áram folyása pozitív vagy negatív töltések, vagy mindkettő miatt jön létre, egy konvencióra van szükség az áram irányának meghatározásához, ami független a töltésviszonytól.

A hagyományos áram iránya a pozitív töltésű részecskék folyásának irányát jelenti, azaz a magasabb potenciáltól a alacsonyabb potenciál felé. Tehát a negatív töltésű részecskék, azaz elektronok ellenkező irányban folyik a hagyományos áram folyásával szemben, azaz a alacsonyabb potenciáltól a magasabb potenciál felé. Így a hagyományos áram és az elektronáram ellentétes irányban halad, ahogy az alábbi képen látható.

irány a hagyományos áram és az elektronáram — A hagyományos áram és az elektronáram iránya

Hagyományos áram: A pozitív töltésviszonyítók folyása a batáriának a pozitív termináljától a negatív termináljáig hagyományos áramnak nevezik.
Elektronfolyás: Az elektronok folyása elektronáramnak nevezik. A negatív töltésviszonyítók – azaz elektronok – folyása a batáriának a negatív termináljától a pozitív termináljáig az elektronfolyás. Az elektronfolyás ellentétes irányú, mint a hagyományos áramfolyás.

A hagyományos áram és az elektronfolyás iránya látható az alábbi képen.

Hagyományos áramfolyás és elektronfolyás

Konvekciós áram vs. konduktív áramfolyás

Konvekciós áram

A konvekciós áram azt jelenti, amikor az áram egy izoláló közegben, például folyadékban, gázban vagy vákuumban folyik.

A konvekciós áram nem igényel vezetőt a folyásához; ezért nem teljesíti Ohm törvényét. A konvekciós áram példája a vákuumsztrála, ahol a katód által kibocsátott elektronok a vákuumban folyik az anód felé.

Konduktív áramfolyás

A bármilyen vezetőn keresztül folyó áramot konduktív áramfolyásnak nevezik. A konduktív áramfolyás vezetőre van szüksége a folyásához; ezért teljesíti Ohm törvényét.

Elmozdulási áram

Vegyük egy ellenállást és kondenzátort, amelyek párhuzamosan vannak csatlakoztatva egy V feszültségforrással, ahogy az alábbi ábrán látható. Az áramfolyás természete a kondenzátoron keresztül eltér az ellenálláson keresztüli folyástól.

Az ellenállásra eső feszültség vagy potenciális különbség folyamatos áramfolyást eredményez, amelyet a következő egyenlet ad meg,

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

Ez a áram „vezetékes áram”-nak nevezik.

Most az áram csak akkor folyik át a kondenzátoron, ha a kondenzátoron lévő feszültség változik, amit az alábbi egyenlet ad meg:

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

Ezt az áramot „elmozdulási áram”-nak hívják.

Fizikailag az elmozdulási áram nem áram, mivel nincs fizikai mennyiség, például töltés folyása.

Hogyan mérjük az áramot

Az elektromos és elektronikus áramkörökben az árammérés egy alapvető paraméter, amelyet meg kell mérni.

Egy olyan eszköz, amely mérni tudja az elektromos áramot, ammeternek nevezik. Az áramméréshez az ammetert sorban kell csatlakoztatni az áramkörrel, amelynek áramát mérni szeretnénk.

Az ellenállás által áthaladó áram mérése ammeterrel a következő ábrán látható.

Az elektromos áramot galvanométerrel is lehet mérni. A galvanométer mind az irányát, mind a nagyságát adja meg az elektromos áramnak.

Az áramot a hozzá kapcsolódó mágneses mező detektálásával is mérhetjük, anélkül hogy megszakítanánk az áramkört. Léteznek különböző eszközök, amelyekkel az áramot mérhetjük, anélkül hogy megszakítanánk az áramkört.

Hall-effektus alapú áramerősszensorok
Áruforrás (CT) (csak AC mérésre alkalmas)
Klipsztermérők
Szuntdíjak
Magneto-rezisztív mezősensorok

Gyakori kérdések az áramról

Nézzük meg néhány gyakori kérdést, ami az elektrikus árral kapcsolatos.

Mi használ elektromagnességűt az elektrikus áram mérésére?

A galvanométer egy mérőeszköz, amely elektromagnességet használ az elektrikus áram mérésére.

A galvanométer abszolút eszköz; az elektrikus áramot a deflektálási szög tangensével méri.

A galvanométer közvetlenül is mérheti az elektrikus áramot, de ez a körzet megszakítását jelenti; ezért néha nem praktikus.

Hogyan termelnek elektromos áram magneet erőt?

Egy áramvitt vezető egy mágneses mezőben helyezve erőt érez, mivel az áram valójában töltésekre vonatkozik.

Vegyünk egy áramvitt vezetőt, amelyen áram folyik, ahogy az alábbi ábra (a) mutatja. A Fleming jobbkezes szabály szerint ez az áram óramutató járásával ellentétes irányba fogja előidézni a mágneses mezőt.

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

Az elektrikus áram által előidézett mágneses erő

A vezető mágneses mezőjének hatására a vezető feletti mágneses mező erősödik, míg alatta gyengül.

A mezővonalak olyanok, mint a nyújtott gumicsíkok; ezért lefelé fogják toltni a vezetőt, azaz a közelítőleg lefelé irányuló erő lesz, ahogy az ábra (b) mutatja.

Ez a példa azt mondja, hogy a mágneses mezőben áramló vezető érez egy erőt. A következő egyenlet meghatározza a mágneses erő nagyságát egy áramló vezetőn.

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

Elektromos áram folytatásához szükségesek a következők

Az elektromos áram folytatásához szükségesek a következők:

Egy potenciális különbség, ami két pont között létezik. Ha a két pont ugyanazon a potenciális szinten van, az áram nem tud áramlani.
Egy feszültségi forrás vagy áramforrás, mint például egy elem, ami a szabad elektronokat, amik az elektromos áramot alkotják, kényszeríti mozgásba.
Egy vezető vagy drót, ami elektromos töltéseket visz.
A körzetnek zárt vagy teljesnek kell lennie. Ha a körzet nyitott, az áram nem tud áramlani.

Ezek a feltételek szükségesek az elektromos áram folytatásához. Az alábbi kép egy áramot mutat, ami zárt körzetben áramlik.

Melyik legjobban leírja az elektromos áram és a statikus elektromosság közötti különbséget?

Az elektromos áram és a statikus elektromosság közötti fő különbség az, hogy az elektronok vagy töltések áramlanak a vezetőn az elektromos áram esetén.

Míg a statikus elektromosság esetén a töltések pihennek és felhalmozódnak a anyag felületén.

Az elektromos áram az elektronok áramlása miatt keletkezik, míg a statikus elektromosság a negatív töltések áthelyezkedésével jön létre.

Az elektromos áram csak a vezetőben keletkezik, míg a statikus elektromosság a vezetőben és a izolátorban is keletkezhet.

Hogyan hat az elektromos áram a mágneses pólusra?

Tudjuk, hogy amikor elektromos áram folyik, azaz az elektromos töltések mozognak, akkor mágneses mezőt hoznak létre. Ha egy mágneset elhelyezünk egy mágneses mezőben, akkor erőt érz.

Az elektromos töltések, azaz az áram, a hasonló mágneses pólokat vonzza és az ellentéteseket eltolja. Tehát azt mondhatjuk, hogy az áram a mágneses mező révén befolyásolja a mágneses pólokat.

Milyen eszköz méri az áramot?

Egy olyan eszköz, amely mérni tudja az áramot, ampermeternak nevezik. Az ampermeter sorban kell kapcsolódjon a mérni kívánt áramú áramkörrel.

Egyéb különböző eszközök is használhatók az áram mérése érdekében.

Hall-effektus alapú áramerősségi transzducerek
Áramátalakító (CT) (Csak AC mérése)
Rögzíthető mérőszersorok
Paralellizált ellenállások
Mágneseresztvezetési mérőszersorok

Forrás: Electrical4u

Nyilatkozat: Tiszteletben tartsa az eredeti tartalmat, a jó cikkek megosztása értékes, ha sértést okoz, kérjük, lépjen velünk kapcsolatba a törlésért.