Elektrische stroom: Wat is het?

Electrical4u

Veld: Basis Elektrotechniek

China

Wat is elektrische stroom?

Elektrische stroom wordt gedefinieerd als een stroom van geladen deeltjes—zoals elektronen of ionen—die door een elektrische geleider of ruimte bewegen. Het is de stroomsnelheid van elektrische lading door een geleidende medium met betrekking tot tijd. Elektrische stroom wordt wiskundig (bijvoorbeeld in formules) uitgedrukt met het symbool “I” of “i”. De eenheid voor stroom is ampère of amp. Dit wordt weergegeven door A.

Wiskundig kan de stroomsnelheid van lading met betrekking tot tijd worden uitgedrukt als,

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

Met andere woorden, een stroom van geladen deeltjes die door een elektrische geleider of ruimte stromen, wordt elektrische stroom genoemd. De bewegende geladen deeltjes worden ladingdragers genoemd en kunnen elektronen, holes, ionen, etc. zijn.

De stroomafloop hangt af van het geleidende medium. Bijvoorbeeld:

In de geleider is de stroomafloop te wijten aan elektronen.
In halfgeleiders is de stroomafloop te wijten aan elektronen of holes.
In een elektrolyt is de stroomafloop te wijten aan ionen en
In plasma—een geïoniseerd gas, is de stroomafloop te wijten aan ionen en elektronen.

Wanneer er een elektrisch potentiaalverschil wordt aangebracht tussen twee punten in een geleidend medium, begint er een elektrische stroom te stromen van hoger potentiaal naar lager potentiaal. Hoe groter het spanning of potentiaalverschil, hoe meer stroom er stroomt tussen de twee punten.

Als twee punten in een circuit op hetzelfde potentiaal staan, dan kan er geen stroom stromen. De grootte van de stroom hangt af van de spanning of het potentiaalverschil tussen de twee punten. Dus, we kunnen zeggen dat de stroom het effect is van de spanning.

Elektrische stroom kan elektromagnetische velden produceren, die worden gebruikt in spoelen, transformatoren, generatoren en motoren. In elektrische geleiders veroorzaakt de stroom resistieve verwarming of joule-verwarming, wat licht produceert in een glowlamp.

Een tijdsafhankelijke elektrische stroom produceert elektromagnetische golven, die in de telecommunicatie worden gebruikt om gegevens uit te zenden.

AC versus DC-stroom

Op basis van de ladingsoverdracht wordt de elektrische stroom ingedeeld in twee types, namelijk wisselstroom (AC) en gelijkstroom (DC).

Wisselstroom (AC)

De stroom van elektrische lading in periodiek omgekeerde richting wordt wisselstroom (AC) genoemd. AC wordt ook wel "AC-stroom" genoemd. Hoewel dit technisch gezien hetzelfde is als "AC-stroom-stroom".

Een wisselstroom verandert zijn richting op regelmatige tijdsintervallen.

De wisselstroom begint bij nul, stijgt naar een maximum, daalt terug naar nul, keert dan om en bereikt een maximum in de tegenovergestelde richting, en keert vervolgens weer terug naar de oorspronkelijke waarde en herhaalt dit cyclus oneindig.

Het type wisselstroomgolfvorm kan sinusvormig, driehoekig, vierkant, zaagtand, enz. zijn.

De specifieke vorm van de golfvorm doet er niet toe, zolang het een herhalende golfvorm is.

Dat gezegd zijnde, is in de meeste elektrische schakelingen de typische golfvorm van de wisselstroom een sinusgolf. Een typische sinusgolf die je zou kunnen zien als wisselstroom is getoond in de afbeelding hieronder.

Een wisselstroomgenerator kan een wisselstroom genereren. De wisselstroomgenerator is een speciaal type elektrische generator ontworpen om wisselstroom te genereren.

Wisselstroom-elektriciteit wordt breed gebruikt in industriële en residentiële toepassingen.

Gelijkstroom

De stroom van elektrische lading in slechts één richting wordt gelijkstroom (DC) genoemd. Gelijkstroom wordt ook wel "DC-stroom" genoemd. Hoewel dit technisch gezien twee keer hetzelfde zegt, namelijk "Gelijkstroom Stroom".

Aangezien gelijkstroom alleen in één richting stroomt, wordt hij ook unidirectionele stroom genoemd. Een golfformulier van gelijkstroom wordt hieronder weergegeven.

Gelijkstroom kan worden opgewekt door accu's, zonnecellen, brandstofcellen, thermokoppels, commutator-type elektrische generatoren, enz. Wisselstroom kan worden omgezet naar gelijkstroom door gebruik te maken van een rectifier.

Gelijkstroom-elektriciteit wordt over het algemeen gebruikt in laagspanningsapplicaties. De meeste elektronische schakelingen hebben een gelijkstroomvoeding nodig.

Waarin wordt elektrische stroom gemeten (Stroom-eenheden)?

De SI-eenheid voor stroom is ampère of amp. Dit wordt aangeduid met A. Ampère, of amp, is de basis SI-eenheid van elektrische stroom. De eenheid ampère is vernoemd naar de grote natuurkundige André Marie Ampère.

In het SI-systeem is 1 ampère de stroom van elektrische lading tussen twee punten met een snelheid van één coulomb per seconde. Dus,

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

Daarom wordt stroom ook gemeten in coulomb per seconde of C/S.

Formule voor elektrische stroom

De basisformules voor stroom zijn:

De relatie tussen stroom, spanning en weerstand (Ohm's Wet)
De relatie tussen stroom, vermogen en spanning
De relatie tussen stroom, vermogen en weerstand

Deze relaties worden samengevat in de afbeelding hieronder.

Stroomformule 1 (Ohm's Wet)

Volgens Ohm's wet,

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

Dus,

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

Voorbeeld

Zoals getoond in het onderstaande schema, wordt een voedingsspanning van $24\,\,V$ toegepast over de weerstand van $12\,\,\Omega$ . Bepaal de stroom die door de weerstand loopt.

Oplossing:

Gegeven gegevens: $V=24\,\,V ,\,\, R=12\,\,\Omega$

Volgens Ohm's wet,

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

Dus, door de vergelijking te gebruiken, krijgen we dat de stroom door de weerstand $2\,\,A$ is.

Stroomformule 2 (Vermogen en Spanning)

Het overgebrachte vermogen is het product van de voedingsspanning en de elektrische stroom.

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

Dus krijgen we dat de stroom gelijk is aan het vermogen gedeeld door de spanning. Wiskundig,

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

Waarbij $A$ staat voor amperes of ampères (de eenheden voor elektrische stroom).

Voorbeeld

Zo wordt in het onderstaande schema een spanning van $24\,\,V$ aangebracht op een $48\,\,W$ lamp. Bepaal de stroom die door de $48\,\,W$ lamp loopt.Oplossing:

Gegeven gegevens: $V=24\,\,V ,\,\, P=48\,\,W$

Volgens de formule,

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

Dus, met behulp van de bovenstaande vergelijking krijgen we dat de stroom die door de $48\,\,W$ lamp loopt gelijk is aan $2\,\,A$ .

Stroomformule 3 (Vermogen en weerstand, Ohmische verliezen, resistieve verwarming)

We weten dat, $P = V * I$

Nu substitueren we de wet van Ohm $V = I * R$ in de bovenstaande vergelijking, krijgen we,

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

Dus, de stroom is de vierkantswortel van het verhouding tussen vermogen en weerstand. Wiskundig gezien is de formule voor dit gelijk aan:

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

Voorbeeld

Zoals getoond in het onderstaande schema, bepaal de stroom die wordt opgenomen door $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ lamp

Oplossing:

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

Volgens de relatie tussen stroom, vermogen en weerstand zoals hierboven weergegeven:

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

Dus, met behulp van de vergelijking, krijgen we de stroom die wordt opgenomen door $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ lamp is $2.24\,\,A$ .

Dimensies van Stroom

De dimensies van stroom in termen van massa (M), lengte (L), tijd (T) en ampère (A) worden gegeven door $M^0L^0T^-^1Q$ .

Stroom (I) is een representatie van coulomb per seconde. Dus,

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

Traditionele stroom versus elektronenstroom

Er is een lichte misvatting over de traditionele stroom en de elektronenstroom. Laten we proberen het verschil tussen de twee te begrijpen.

De deeltjes die elektrische lading door geleiders dragen, zijn mobiele of vrije elektronen. De richting van een elektrisch veld binnen een circuit is per definitie de wet die positieve testladingen duwt. Dus deze negatief geladen deeltjes, namelijk elektronen, stromen in de tegenovergestelde richting van het elektrisch veld.

Volgens de elektronentheorie, wanneer spanning of potentiaalverschil wordt toegepast op de geleider, stromen geladen deeltjes door het circuit, wat elektrische stroom vormt.

Deze geladen deeltjes stromen van hoger potentiaal naar lager potentiaal, d.w.z. van de positieve aansluiting van de batterij naar de negatieve aansluiting van de batterij via een extern circuit.

Maar in een metaalgeleider zijn de positief geladen deeltjes op een vaste positie gehouden, en de negatief geladen deeltjes, namelijk elektronen, kunnen vrij bewegen. In halfgeleiders kan de stroom van geladen deeltjes positief of negatief zijn.

Een stroom van positief geladen dragers en negatief geladen dragers in tegengestelde richtingen heeft hetzelfde effect in het elektrische circuit. Aangezien de stroomstroom veroorzaakt wordt door zowel positieve als negatieve ladingen, of beide, is er een conventie vereist voor de richting van de stroom die onafhankelijk is van de types ladingdragers.

De richting van de traditionele stroom wordt beschouwd als de richting waarin positief geladen dragers stromen, d.w.z. van hoger potentiaal naar lager potentiaal. Daarom stromen negatief geladen dragers, namelijk elektronen, in de tegengestelde richting van de traditionele stroom, d.w.z. van lager potentiaal naar hoger potentiaal. Dus de traditionele stroom en de elektronenstroom gaan in tegengestelde richtingen, zoals getoond in de afbeelding hieronder.

richting van traditionele stroom en elektronenstroom — De Richting van Traditionele Stroom en Elektronenstroom

Gewone stroom: De stroom van positieve ladingdragers van de positieve naar de negatieve pool van de batterij wordt gewone stroom genoemd.
Elektronenstroom: De stroom van elektronen wordt elektronenstroom genoemd. De stroom van negatieve ladingdragers – namelijk elektronen – van de negatieve naar de positieve pool van de batterij wordt elektronenstroom genoemd. Elektronenstroom is het tegenovergestelde van de richting van de gewone stroom.

De richting van de gewone stroom en de elektronenstroom wordt weergegeven in de afbeelding hieronder.

Convectiestroom vs Geleidingsstroom

Convectiestroom

Een convectiestroom verwijst naar de stroom die door een isolerend medium stroomt, zoals vloeistof, gas of vacuüm.

Convectiestroom heeft geen geleiders nodig om te stromen; daarom voldoet het niet aan Ohm's wet. Een voorbeeld van een convectiestroom is een vacuümbuis, waarin elektronen die door de kathode worden uitgezonden, naar de anode stromen in een vacuüm.

Geleidingsstroom

De stroom die door een geleider stroomt, wordt geleidingsstroom genoemd. Geleidingsstroom vereist een geleider om te stromen; daarom voldoet het wel aan Ohm's wet.

Verschuivingstroom

Stel je voor dat een weerstand en een condensator parallel zijn aangesloten op een spanningbron V, zoals in de onderstaande figuur is weergegeven. De aard van de stroom door de condensator verschilt van die door de weerstand.

De spanning of potentiaalverschil over de weerstand produceert een continue stroom, die wordt gegeven door de vergelijking,

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

Deze stroom wordt een “geleidingsstroom” genoemd.

Nu stroomt de stroom door de condensator alleen wanneer de spanning over de condensator verandert, wat wordt gegeven door de vergelijking,

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

Deze stroom wordt een “verplaatsingsstroom” genoemd.

Fysiek is de verplaatsingsstroom geen stroom, omdat er geen stroom van een fysieke hoeveelheid zoals een ladingstroom is.

Hoe Stroom Meten

In een elektrisch en elektronisch circuit is het meten van stroom een essentieel parameter dat gemeten moet worden.

Een instrument dat elektrische stroom kan meten, heet een ammeter. Om stroom te meten, moet de ammeter in serie met het circuit zijn aangesloten waarvan de stroom gemeten moet worden.

Het meten van stroom door een weerstand met behulp van een ammeter wordt getoond in de onderstaande figuur.

Elektrische stroom kan ook gemeten worden met behulp van een galvanometer. De galvanometer geeft zowel de richting als de grootte van de elektrische stroom.

Stroom kan gemeten worden door het magnetisch veld dat bij de stroom hoort te detecteren, zonder het circuit te verbreken. Er zijn verschillende instrumenten om stroom te meten zonder het circuit te verbreken.

Hall-effect stroomsensor transducers
Stroomtransformator (CT) (meet alleen AC)
Klemmeters
Shuntweerstanden
Magnetoresistieve veldsensoren

Veelgestelde vragen over stroom

Laten we enkele veelgestelde vragen over elektrische stroom bekijken.

Wat gebruikt een elektromagneet om elektrische stroom te meten?

Een galvanometer is een meetinstrument dat een elektromagneet gebruikt om elektrische stroom te meten.

Een galvanometer is een absoluut instrument; het meet de elektrische stroom in termen van de tangens van de afwijkingshoek.

Een galvanometer kan de elektrische stroom direct meten, maar dit vereist het verbreken van het circuit; daarom is het soms onhandig.

Hoe produceert een elektrische stroom een magnetische kracht?

Een stroomvoerende geleider die in een magnetisch veld wordt geplaatst, zal een kracht ervaren, omdat stroom niets anders is dan de stroom van ladingen.

Overweeg een stroomvoerende geleider waar stroom doorheen stroomt, zoals getoond in figuur (a) hieronder. Volgens de rechterhandregel van Fleming; zal deze stroom een magnetisch veld in wijzerzin produceren.

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

Magnetische kracht geproduceerd door een elektrische stroom

Het resultaat van het magnetisch veld van de geleider is dat het het magnetisch veld boven de geleider versterkt en het onder de geleider verzwakt.

De veldlijnen zijn als opgerekte elastiekjes; ze zullen de geleider dus in omlaag duwen, d.w.z. de kracht is naar beneden, zoals getoond in figuur (b).

Dit voorbeeld zegt dat een stroomdrager in een magnetisch veld een kracht ervaart. De volgende vergelijking bepaalt de grootte van de magnetische kracht op een stroomdrager.

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

Om een elektrische stroom te laten stromen, is het nodig om het volgende te hebben

Om een elektrische stroom te laten stromen, is het nodig om het volgende te hebben:

Een potentiaalverschil dat bestaat tussen de twee punten. Als de twee punten in een circuit dezelfde potentieel hebben, kan de stroom niet stromen.
Een spanningsbron of stroombron, zoals een batterij of cel die de vrije elektronen dwingt die een elektrische stroom vormen.
Een geleider of draad die elektrische ladingen draagt.
Een circuit moet gesloten of compleet zijn. Als circuits open zijn, kan de stroom niet stromen.

Dit zijn de voorwaarden die nodig zijn om een elektrische stroom te laten stromen. De afbeelding hieronder toont een stroom die door een gesloten circuit loopt.

Welke Beschrijving Geeft het Beste het Verschil Tussen Elektrische Stroom en Statische Elektriciteit

Het belangrijkste verschil tussen elektrische stroom en statische elektriciteit is dat de elektronen of ladingen door de geleider stromen bij elektrische stroom.

Terwijl, bij statische elektriciteit, de ladingen rusten en zich ophopen op het oppervlak van de stof.

De elektrische stroom is het gevolg van de stroom van elektronen, terwijl statische elektriciteit het gevolg is van negatieve ladingen die van het ene object naar het andere gaan.

Elektrische stroom wordt alleen in een geleider gegenereerd, terwijl statische elektriciteit zowel in een geleider als in een isolator kan worden gegenereerd.

Hoe Beïnvloedt een Elektrische Stroom een Magnetische Pool?

We weten dat wanneer er elektrische stroom stroomt, d.w.z. elektrische lading in beweging is, dit een magnetisch veld produceert. Als we een magneet in een magnetisch veld plaatsen, ervaart deze een kracht.

Voor elektrische ladingen, dat wil zeggen elektrische stroom, trekken gelijke magnetische polen elkaar aan en stoten tegengestelde magnetische polen elkaar af. Dus kunnen we zeggen dat elektrische stroom de magnetische pool via het magnetisch veld beïnvloedt.

Welk instrument wordt gebruikt om elektrische stroom te meten

Een instrument dat elektrische stroom kan meten, heet een ammeter. De ammeter moet in serie verbonden zijn met het circuit waarvan de stroom gemeten moet worden.

Er worden ook andere verschillende instrumenten gebruikt om elektrische stroom te meten.

Hall-effect stroomsensor transductoren
Stroomtransformator (CT) (Alleen AC)
Klemmetertjes
Schuifweerstanden
Magnetoresistieve veldsensoren

Bron: Electrical4u

Verklaring: Respecteer het oorspronkelijke, goede artikelen zijn de moede gedeeld, indien er inbreuk is wordt gevraagd om te verwijderen.