Elektrisk strøm: Hva er det?

Electrical4u

Felt: Grunnleggende elektrisitet

China

Hva er elektrisk strøm?

Elektrisk strøm defineres som en strøm av ladete partikler—som elektroner eller ioner—som beveger seg gjennom en elektrisk leder eller rom. Det er flytetrykket av elektrisk ladning gjennom et ledende medium med hensyn på tid. Elektrisk strøm uttrykkes matematisk (f.eks. i formler) ved hjelp av symbolene “I” eller “i”. Enheten for strøm er ampere eller amp. Dette representeres ved A.

Matematisk kan flytetrykket av ladning med hensyn på tid uttrykkes som,

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

Med andre ord, en strøm av ladete partikler som flyter gjennom en elektrisk leder eller rom kalles elektrisk strøm. De bevegende ladete partiklene kalles ladningsbærere, som kan være elektroner, hull, ioner, osv.

Strømmens flyt avhenger av det ledende mediumet. For eksempel:

I ledere skyldes strømmens flyt elektroner.
I halvledere, skyldes strømmens flyt elektroner eller hull.
I elektrolyt, skyldes strømmens flyt ioner og
I plasma—en ionisert gass, skyldes strømmens flyt ioner og elektroner.

Når det er en elektrisk potensialforskjell mellom to punkter i et ledende medium, begynner en elektrisk strøm å flyte fra høyere potensial til lavere potensial. Jo større spenning eller potensialforskjell, jo mer strøm flyter mellom de to punktene.

Hvis to punkter i en krets er på samme potensial, så kan ikke strømmen flyte. Størrelsen på strømmen avhenger av spenningen eller potensialforskjellen mellom de to punktene. Derfor kan vi si at strømmen er effekten av spenningen.

Elektrisk strøm kan produsere elektromagnetiske felt, som brukes i induktorer, transformatorer, generatorer og motorer. I elektriske ledere forårsaker strømmen resistiv oppvarming eller joule-varme som gir lys i en glødelys.

En tidsavhengig elektrisk strøm produserer elektromagnetiske bølger, som brukes i telekommunikasjon for å sende data.

Vekselstrøm vs likestrøm

Basert på ladedrift, er elektrisk strøm inndelt i to typer, nemlig veksestrøm (AC) og likestrøm (DC).

Vekselstrøm

Strøm av elektrisk ladning i periodisk revers retning kalles vekselstrøm (AC). Vekselstrøm refereres også til som "AC-strøm". Selv om dette teknisk sett sier det samme to ganger "AC-strøm Strøm".

En vekselstrøm endrer retningen sin ved periodiske intervaller.

Vekselstrømmen starter fra null, stiger til maksimum, minker til null, snur deretter og når maksimum i motsatt retning, og returnerer igjen til den opprinnelige verdien og gjentar denne syklusen uendelig.

Typen vekselstrømbølgeform kan være sinusformet, trekantet, firkantet, savtannet, etc.

Spesiellheten av bølgeformen har ingen betydning—så lenge det er en gjentakende bølgeform.

Det må imidlertid nevnes at i de fleste elektriske kretser, er typisk bølgeformen for vekselstrøm en sinusbølge. En typisk sinusbølgeform som du kan se som en vekselstrøm, er vist i bildet nedenfor.

En generator kan generere vekselstrøm. Generatoren er en spesiell type elektrisk generator designet for å produsere vekselstrøm.

Vekselstrøm brukes vidt i industrielle og boligapplikasjoner.

Likestrøm

Strømflyt i bare én retning kalles likestrøm (DC). Likestrøm refereres også til som "DC Strøm". Selv om dette teknisk sett sier det samme to ganger "Likestrøm Strøm".

Siden likestrøm flyter kun i én retning, refereres den også til som unidireksjonell strøm. En bølgeform av likestrøm vises i bildet nedenfor.

Likestrøm kan genereres av batterier, solceller, brændselsceller, termokobler, kommutatorbaserte elektriske generatore mv. Vekselstrøm kan konverteres til likestrøm ved hjelp av en rettifier.

Likestrøm brukes generelt i lavspenningsapplikasjoner. De fleste elektroniske kretser trenger en likestrømsstrømforsyning.

Hva Måles Elektrisk Strøm I (Strømmenheter)?

SI-enheten for strøm er ampere eller amp. Dette representeres med A. Ampere, eller amp, er den grunnleggende SI-enheten for elektrisk strøm. Enheten ampere er oppkalt etter den store fysikeren André Marie Ampère.

I SI-systemet er 1 ampere flyt av elektrisk ladning mellom to punkter med en hastighet på én 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 grunnleggende formlene for strøm er:

Forholdet mellom Strøm, Spenningsforskjell og Motstand (Ohms lov)
Forholdet mellom Strøm, Effekt og Spenningsforskjell
Forholdet mellom Strøm, Effekt og Motstand

Disse forholdene er oppsummert i bildet under.

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 kretsen nedenfor, er det en spenningsforsyning på $24\,\,V$ som er lagt over motstanden på motstand på $12\,\,\Omega$ . Bestem strømmen som går gjennom motstanderen.

Løsning:

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

Ifølge Ohms lov,

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

Dermed får vi ved hjelp av ligningen at strømmen gjennom motstanden er $2\,\,A$ .

Strømformel 2 (Effekt og spenning)

Overførte effekt er produktet av spenningen og elektrisk strøm.

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

Dermed får vi at strømmen er lik effekten dividert med spenningen. Matematisk,

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

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

Eksempel

Som vist i kretsen nedenfor, er det en spenning på $24\,\,V$ som er brukt for en $48\,\,W$ lampe. Bestem strømmen som tas av $48\,\,W$ lampen.Løsning:

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

Ifølge formelen,

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

Dermed, ved å bruke formelen over, får vi strømmen tatt av $48\,\,W$ lampen er lik $2\,\,A$ .

Strømformel 3 (Effekt og motstand, ohmsk tap, resistivt varmeoppsamling)

Vi vet at, $P = V * I$

Nå ved vi å erstatte Ohms lov $V = I * R$ i den ovennevnte ligningen får vi,

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

Dermed er strømmen kvadratroten av forholdet mellom effekt og motstand. Matematisk sett er formelen for dette lik:

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

Eksempel

Som vist i kretsen nedenfor, bestem strømmen tatt av $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ lampe

Løsning:

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

Ifølge forholdet mellom strøm, effekt og motstand som vist over:

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

Dermed, ved å bruke ligningen, får vi strømmen tatt av $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ lampe er $2.24\,\,A$ .

Dimensjoner av strøm

Dimensjonene til strøm i forhold til masse (M), lengde (L), tid (T) og ampere (A) er gitt av $M^0L^0T^-^1Q$ .

Strøm (I) er en representasjon av coulomb per sekund. Derfor,

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

Konvensjonell strøm mot elektronstrøm

Det er en liten misforståelse om konvensjonell strøm og elektronstrøm. La oss prøve å forstå forskjellen mellom de to.

De partiklene som bærer elektrisk ladning gjennom ledere, er mobile eller frie elektroner. Retningen av et elektrisk felt i en krets er, ifølge definisjonen, loven som sier at positive testladninger blir presset. Dermed flyter disse negativt ladete partiklene, altså elektroner, i motsatt retning av elektrisk felt.

Ifølge elektronteorien, når spenning eller potensialforskjell blir påført over lederen, flyter ladde partikler gjennom kretsen, noe som utgjør en elektrisk strøm.

Disse ladde partiklene flyter fra høyere potensial til lavere potensial, altså fra den positive terminalen til batteriets negative terminal gjennom en ekstern krets.

Men, i metalliske ledere, er positivt ladete partikler holdt fast på en fast posisjon, mens negativt ladete partikler, altså elektroner, er frie til å bevege seg. I halvledere kan flyten av ladde partikler være positiv eller negativ.

En flyt av positive ladningsbærere og negative ladningsbærere i motsatt retning har samme effekt i elektrisk krets. Siden flyten av strøm er grunnet enten positive eller negative ladninger, eller begge, kreves det en konvensjon for strømretningen som er uavhengig av typen av ladningsbærere.

Retningen av konvensjonell strøm regnes som retningen som positive ladningsbærere flyter, altså fra høyere potensial til lavere potensial. Derfor flyter negative ladningsbærere, altså elektroner, i motsatt retning av konvensjonell strøm, altså fra lavere potensial til høyere potensial. Derfor går konvensjonell strøm og elektronflyt i motsatte retninger, som vist i bildet nedenfor.

retningslinje for konvensjonell strøm og elektronflyt — Retningen av Konvensjonell Strøm og Elektronflyt

Konvensjonell strøm: Flyt av positive ladningsbærere fra det positive terminalen til det negative terminalen på batteriet kalles konvensjonell strøm.
Elektronstrøm: Flyt av elektroner er kjent som elektronstrøm. Flyt av negative ladningsbærere – altså elektroner – fra det negative terminalen til det positive terminalen på batteriet kalles elektronstrøm. Elektronstrøm er motsatt av konvensjonell strømflyt.

Retningen av konvensjonell strøm og elektronstrøm vises i bildet nedenfor.

Konvensjonell Strømflyt og Elektronstrøm

Konveksjonsstrøm vs Konduksjonsstrøm

Konveksjonsstrøm

En konveksjonsstrøm refererer til strømflyt gjennom et isolerende medium som væske, gass eller vakuum.

Konveksjonsstrøm krever ikke ledere for å flyte; derfor oppfyller den ikke Ohms lov. Et eksempel på en konveksjonsstrøm er en vakuumrør hvor elektroner utsendt av katoden flyter til anoden i et vakuum.

Konduksjonsstrøm

Strømmen som flyter gjennom enhver leder kalles konduksjonsstrøm. Konduksjonsstrøm krever en leder for å flyte; derfor oppfyller den Ohms lov.

Flyttingsstrøm

La oss betrakte en motstand og en kondensator koblet parallelt med spenningskilde V som vist i figuren nedenfor. Naturen av strømflyten gjennom kondensatoren er forskjellig fra den gjennom motstanden.

Spenningsforskjellen over motstanden produserer en kontinuerlig strømflyt som er gitt ved ligningen,

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

Denne strømmen kalles for en “ledningsstrøm.”

Nå strømmer strømmen gjennom kondensatoren bare når spenningen over kondensatoren endres, som uttrykkes ved ligningen,

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

Denne strømmen kalles for en “forflytningstrøm.”

Fysisk er forflytningstrømmen ikke en strøm, da det ikke foregår noen flyt av fysisk størrelse som en flyt av ladninger.

Hvordan måle strøm

I elektriske og elektroniske kretser er måling av strøm en essensiell parameter som må måles.

Et instrument som kan måle elektrisk strøm, kalles et amperemålere. For å måle strøm, må amperemålere kobles i serie med kretsen hvis strøm skal måles.

Målingen av strøm gjennom motstanden ved hjelp av en amperemåler vises i figuren nedenfor.

Måling av strøm ved hjelp av en amperemåler

Elektrisk strøm kan også måles ved hjelp av en galvanometer. Galvanometert gir både retningen og størrelsen på elektrisk strøm.

Strømmen kan måles ved å oppdage magnetfeltet forbundet med strømmen uten å bryte kretsen. Det finnes ulike instrumenter som brukes til å måle strøm uten å bryte kretsen.

Vanlige spørsmål om strøm

La oss studere noen vanlige spørsmål knyttet til elektrisk strøm.

Hva bruker en elektromagnet for å måle elektrisk strøm?

En galvanometer er et måleenhet som bruker en elektromagnet for å måle elektrisk strøm.

En galvanometer er et absolutt instrument; den måler elektrisk strøm i forhold til tangens av avvikelsesvinkel.

En galvanometer kan måle elektrisk strøm direkte, men dette involverer å bryte kretsen; derfor er det noen ganger upraktisk.

Hvordan produserer en elektrisk strøm en magnetisk kraft?

En strømførende ledning plassert i et magnetfelt vil oppleve en kraft siden strømmen ikke er noe annet enn bevegelse av ladninger.

Tenk på en strømførende ledning med strøm som flyter gjennom den, som vist i figuren (a) nedenfor. Ifølge Flemings høyrehåndsregel; denne strømmen vil produsere et magnetfelt i klokkesirkelforhold.

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

Magnetisk kraft produsert av en elektrisk strøm

Resultatet av ledningens magnetfelt er at det vil tvinge magnetfeltet over ledningen og svekke det under.

Feltlinjene er som strekkede gummibånd; derfor vil de pushe ledningen nedover, altså kraften er nedover, som vist i figur (b).

Dette eksemplet sier at en strømfører i et magnetfelt opplever en kraft. Følgende ligning bestemmer størrelsen på den magnetiske kraften på en strømfører.

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

For å få elektrisk strøm til å flyte, er det nødvendig å ha

For å få elektrisk strøm til å flyte, er det nødvendig å ha følgende:

En potensialforskjell som eksisterer mellom de to punktene. Hvis de to punktene i et krets er på samme potensial, kan ikke strømmen flyte.
En spenningskilde eller strømkilde, som en batteri eller celle som tvinger frie elektroner som utgjør en elektrisk strøm.
En ledere eller tråd som bærer elektriske ladninger.
Kretsen må være lukket eller komplett. Hvis kretser er åpne, kan ikke strømmen flyte.

Disse er betingelsene som er nødvendige for å få elektrisk strøm til å flyte. Bildet nedenfor viser en strøm som passerer i en lukket krets.

Hva beskriver best forskjellen mellom elektrisk strøm og statisk elektrisitet

Den hovedforskjellen mellom elektrisk strøm og statisk elektrisitet er at elektronene eller ladningene flyter gjennom lederen i en elektrisk strøm.

Derimot, i statisk elektrisitet, er ladningene i hvile og akkumulert på overflaten av stoffet.

Elektrisk strøm skyldes flyt av elektroner, mens statisk elektrisitet skyldes negative ladninger fra ett objekt til et annet.

Elektrisk strøm genereres bare i leder, mens statisk elektrisitet genereres både i leder og isolator.

Hvordan påvirker en elektrisk strøm et magnetisk pol?

Vi vet at når elektrisk strøm flyter, altså elektrisk lading er i bevegelse, produseres et magnetfelt. Hvis vi holder magneten i et magnetfelt, opplever den en kraft.

For elektriske ladninger, altså elektrisk strøm, trekker like magnetiske poler på og repellerer motsatte magnetiske poler. Så kan vi si at elektrisk strøm påvirker den magnetiske polen gjennom det magnetiske feltet.