Električni tok: Kaj je to?

Electrical4u

Polje: Osnovna elektrotehnika

China

Kaj je električni tok?

Električni tok se definira kot tok nabojenih delcev, kot so elektroni ali jonovi, ki teče skozi električnega vodilca ali prostora. To je hitrost pretoka električnega naboja skozi vodilni sredstvo glede na čas. Električni tok se matematično (na primer v formulah) izraža z oznako "I" ali "i". Enota za tok je amper ali amp. To se označuje z A.

Matematično se hitrost pretoka naboja glede na čas lahko izrazi kot,

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

Drugimi besedami, tok nabojenih delcev, ki teče skozi električnega vodilca ali prostora, se imenuje električni tok. Premikajoči se nabojeni delci se imenujejo nosilci naboja, ki so lahko elektroni, lukenjine, jonovi itd.

Pretok toka je odvisen od vodilnega sredstva. Na primer:

V vodilcu je pretok toka posledica elektronov.
V polprevodnikih je pretok toka posledica elektronov ali lukenjin.
V elektrolitu je pretok toka posledica jonov in
V plazmi – joniziranem plinu, je pretok toka posledica jonov in elektronov.

Ko je med dvema točkama v vodilnem sredstvu uporabljen električni potencialni razlik, začne tekoti električni tok od višjega potenciala do nižjega potenciala. Večji napetost ali potencialna razlika, večji tok teče med dvema točkama.

Če sta dve točki v vezju na enakem potencialu, tok ne more teči. Velikost toka je odvisna od napetosti ali potencialne razlike med dvema točkama. Torej, lahko rečemo, da je tok posledica napetosti.

Električni tok lahko ustvari elektromagnetska polja, ki se uporabljajo v induktorjih, transformatorjih, generatorjih in motorjih. V električnih vodnikih tok povzroča uporni segrevanje ali Joulovo segrevanje, ki ustvarja svetlobo v žarnici.

Časovno spremenljiv električni tok ustvari elektromagnetske valove, ki se uporabljajo v telekomunikacijah za oddajanje podatkov.

Napetostni tok (AC) vs. enosmeren tok (DC)

Glede na smer pretoka naboja je električni tok razdeljen na dva tipa, to je, napetostni tok (AC) in enosmeren tok (DC).

Napetostni tok (AC)

Pretok električnega naboja v periodično obratni smeri se imenuje napetostni tok (AC). Napetostni tok se tudi označuje kot "AC tok". Čeprav tehnično to pomeni isto stvar dvakrat "AC Tok Tok".

Napetostni tok spreminja svojo smer v periodičnih intervalih.

Napetostni tok se začne pri nič, narašča do maksimuma, zmanjša se do nič, nato se obrne in doseže maksimum v nasprotni smeri, nato se spet vrne na prvotno vrednost in ta cikel se neskončno ponavlja.

Oblika valovnice napetostnega toka lahko je sinusna, trikotna, pravokotna, pilasta itd.

Posebnost oblike valovnice ni pomembna – čeprav je ponavljajoča se valovnice.

Vendar pa je v večini električnih vezij tipična oblika valovnice napetostnega toka sinusna valovnica. Tipična sinusna valovnica, ki jo lahko vidite kot napetostni tok, je prikazana na spodnji sliki.

Alternatoralternator lahko generira napetost izmeničnega toka. Alternator je posebna vrsta električnega generatorja, zasnovan za generiranje izmeničnega toka.

Električna energija izmeničnega toka se široko uporablja v industrijskih in stanovanjskih aplikacijah.

Enosmeren tok

Tok električnega naboja v eni smeri se imenuje enosmeren tok (DC). Enosmeren tok se tudi označuje kot "DC tok". Čeprav tehnično dvakratnik pomeni isto stvar "Enosmeren tok toka".

Ker enosmeren tok teče samo v eni smeri, ga imenujemo tudi unidirektni tok. Valovna oblika enosmernega toka je prikazana na spodnji sliki.

Enosmeren tok lahko generirajo baterije, solarni črpalniki, gorivne celice, termopari, komutatorski električni generatorji itd. Izmenični tok lahko pretvorimo v enosmeren tok z uporabo pretvornika.

Električna energija enosmernega toka se običajno uporablja v nizkonapetostnih aplikacijah. Večina elektronskih vezij potrebuje DC strmo napajanje.

V katerih enotah se meri električni tok?

Enota za tok v SI sistemu je amper ali amp. To je označeno z A. Amper ali amp je osnovna enota električnega toka v SI sistemu. Enota amper je poimenovana po velikem fiziku Andreju Mariju Ampèru.

V SI sistemu je 1 amper tok električnega naboja med dvema točkama z hitrostjo enega kulomba na sekundo. Torej,

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

Torej je tok tudi merjen v koulombih na sekundo ali C/S.

Enačba za električni tok

Osnovne enačbe za tok so:

Odnos med tokom napetostjo in uporom (Ohmov zakon)
Odnos med tokom močjo in napetostjo
Odnos med tokom močjo in uporom

Ti odnosi so povzročeni na spodnji sliki.

Enačba za tok 1 (Ohmov zakon)

Glede na Ohmov zakon,

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

Torej,

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

Primer

Kot je prikazano na spodnjem električnem vezju, napetost $24\,\,V$ je povezana na upor z vrednostjo $12\,\,\Omega$ . Določite tok skozi upornik.

Rešitev:

Podani podatki: $V=24\,\,V ,\,\, R=12\,\,\Omega$

Glede na Ohmov zakon,

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

Tako, z uporabo enačbe, dobimo, da tok skozi upornik znaša $2\,\,A$ .

Enačba toka 2 (moč in napetost)

Prenešena moč je produkt priključne napetosti in električnega toka.

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

Tako dobimo, da je tok enak moči deljeno s napetostjo. Matematično,

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

Kjer $A$ pomeni amperi ali ampere (enote za električni tok).

Primer

Kot je prikazano v električnem krogu spodaj, se na $24\,\,V$ napajanje poveže s svetilom moči $48\,\,W$ . Določite tok, ki ga povzroča svetilo moči $48\,\,W$ .Rešitev:

Podani podatki: $V=24\,\,V ,\,\, P=48\,\,W$

Glede na enačbo,

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

Tako z uporabo zgornje enačbe dobimo tok, ki ga povzroča svetilo moči $48\,\,W$ in je enak $2\,\,A$ .

Enačba za tok 3 (Moč in upor, ohmični izgubi, toplinsko ograjevanje)

Vemo, da je $P = V * I$

Če zdaj v zgornjo enačbo vstavimo Ohmov zakon $V = I * R$ , dobimo

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

Torej, tok je kvadratni koren razmerja med močjo in uporom. Matematično se to izraža z formulo:

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

Primer

Kot je prikazano na spodnjem shemi, določite tok, ki ga prevzame $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ lampa

Rešitev:

Podani podatki: $P=100\,\,W ,\,\, R=20\,\,\Omega$

Glede na zvezo med tokom, močjo in upornostjo, prikazano zgoraj:

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

Tako, s pomočjo enačbe, dobimo tok, ki ga prevzame $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ lampa je $2.24\,\,A$ .

Dimenzije toka

Dimenzije toka v smislu mase (M), dolžine (L), časa (T) in ampera (A) so določene z $M^0L^0T^-^1Q$ .

Tok (I) je predstavitev koulomba na sekundo. Torej,

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

Pojmovni tok proti tokovemu pretoku elektronov

Obstaja nekaj nesporazumov o pojmovnem toku in toku elektronov. Poskusimo razumeti razliko med njima.

Častice, ki nosijo električni naboj skozi vodilne telesa, so mobilni ali prosti elektroni. Smer električnega polja znotraj vezja je, po definiciji, pravilo, da pozitivni testni naboji potujejo. Torej, ti negativni nabiti častice, torej elektroni, tečejo v nasprotni smeri električnega polja.

Po teoriji elektronov, ko se napetost ali potencialna razlika uporabi na vodič, nabiti častice tečejo skozi vezje, kar tvori električni tok.

Ti nabiti častice tečejo od višjega potenciala k nižjemu potencialu, torej od pozitivnega ključa baterije do negativnega ključa baterije skozi zunanji vezji.

V metalnih vodilih so pozitivno nabiti častice fiksirane, negativno nabiti častice, torej elektroni, pa so prosti za gibanje. V polprevodnikih lahko tečejo nabiti častice pozitivno ali negativno.

Tok pozitivnih in negativnih nabiti častic v nasprotni smeri ima enak učinek v električnem vezju. Ker je tok struje posledica pozitivnih ali negativnih nabitih častic ali obeh, je potrebna konvencija za smer toka, ki je neodvisna od vrste nabitih častic.

Smer pojmovnega toka je smiselna kot smer, v kateri tečejo pozitivni nabiti častice, torej od višjega potenciala k nižjemu potencialu. Zato tečejo negativni nabiti častice, torej elektroni, v nasprotni smeri pojmovnega toka, torej od nižjega potenciala k višjemu potencialu. Torej, pojmovni tok in tok elektronov tečejo v nasprotnih smerih, kar je prikazano na spodnji sliki.

smer pojmovnega toka in toka elektronov — Smer pojmovnega toka in toka elektronov

Konvencionalni tok: Tok pozitivnih nosilcev naboja od pozitivnega priključka do negativnega priključka baterije je znan kot konvencionalni tok.
Tok elektronov: Tok elektronov se imenuje elektronski tok. Tok negativnih nosilcev naboja – torej elektronov – od negativnega priključka do pozitivnega priključka baterije je znan kot tok elektronov. Tok elektronov je nasproten smeri konvencionalnega toka.

Smer konvencionalnega toka in toka elektronov je prikazana na spodnji sliki.

Konvekcijski tok nasproti prevodnemu toku

Konvekcijski tok

Konvekcijski tok se nanaša na tok skozi izolacijsko sredstvo, kot je tekočina, plin ali vakuum.

Konvekcijski tok ne zahteva prevodnikov za tok; zato ne velja Ohmov zakon. Primer konvekcijskega toka je vakuumski cev, v kateri elektroni, ki jih oddaja katoda, tečejo proti anodi v vakuumu.

Prevodni tok

Tok, ki teče skozi katerikoli prevodnik, se imenuje prevodni tok. Prevodni tok zahteva prevodnik za tok; zato velja Ohmov zakon.

Pomikalni tok

Predpostavimo, da sta upor in kondenzator povezana vzporedno z napetostnim vir V, kot je prikazano na spodnji sliki. Značilnost toka skozi kondenzator je drugačna od tiste skozi upor.

Napetost ali potencialna razlika na uporu povzroči neprekinjen tok, ki je podan z enačbo,

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

Ta tok se imenuje “tok vodilnosti.”

Tok skozi kondenzator teče le, ko se napetost na kondenzatorju spremeni, kar je podano z enačbo,

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

Ta tok se imenuje “premikni tok.”

Fizično gledano premikni tok ni tok, saj ni pretoka fizične količine, kot je pretok nabojev.

Kako meriti tok

V električnih in elektronskih vezjah je merjenje toka ključen parameter, ki ga je potrebno meriti.

Pripomoček, ki lahko meri električni tok, se imenuje amperметр. Za merjenje toka mora biti amperметр povezan v serijo s vezjo, katere tok želimo merit.

Merjenje toka skozi upor z uporabo amperметра je prikazano na spodnji sliki.

Električni tok je mogoče meriti tudi z galvanometrom. Galvanometer daje smer in velikost električnega toka.

Tok je mogoče meriti z detektiranjem magnetnega polja, povezanega s tokom, brez prekinitve vezje. Obstaja več instrumentov, ki se uporabljajo za merjenje toka brez prekinitve vezje.

- Preobrazovalniki toka s Hall-jevimi senzorji
- Trenirni preobrazovalnik (CT) (meri le AC tok)
- Šklopci
- Shunt odporniki
- Magnetoresistivni senzorji polja
Pogosta vprašanja o toku

Razpravljajmo o nekaterih pogostih vprašanjih, povezanih z električnim tokom.

Kaj uporablja elektromagnet za merjenje električnega toka?

Galvanometr je meritveni instrument, ki uporablja elektromagnet za merjenje električnega toka.
Galvanometr je apsoluten instrument; meri električni tok v smislu tangensa kota odmika.
Galvanometr lahko neposredno meri električni tok, toda to zahteva prekinitev kruga; zato je včasih neugodno.

Kako električni tok ustvarja magnetno silo?

Vodilo, skozi katerega teče tok, postavljeno v magnetno polje, bo izkušalo silo, ker je tok nič drugega kot pretok nabojev.
Razmislimo o vodilu, skozi katerega teče tok, kot je prikazano na spodnjem prikazu (a). Po Flemingovem desnosokem pravilu; ta tok bo ustvaril magnetno polje v smeri urinega kazalca.

Magnetna sila, ustvarjena z električnim tokom

Rezultat magnetnega polja vodila je, da bo prisililo magnetno polje nad vodilom in ga oslabilo pod njim.
Črte polja so podobne raztegnjenim gumenim obročem; zato bodo vodilo potiskale navzdol, torej je sila navzdol, kot je prikazano na prikazu (b).
Ta primer pravi, da prevodnik, po katerem teče tok, v magnetnem polju izkuša silo. Naslednja enačba določa velikost magnetne sile na prevodnik, po katerem teče električni tok.
$\begin{align*} F_B = BIL\,\,Sin\theta \end{align*}$

Za pretok električnega toka je potrebno imeti

Za pretok električnega toka je potrebno imeti naslednje:
- Potencialno razliko med dvema točkama. Če sta dve točki v tokokrogu na istem potencialu, tok ne more teči.
- Vir napetosti ali vir toka, kot je baterija ali člen, ki prisili proste elektrone, da tvorijo električni tok.
- Prevodnik ali žico, ki prenaša električne naboje.
- Tokokrog mora biti zaprt ali zaključen. Če je tokokrog odprt, tok ne more teči.
To so pogoji, ki so potrebni za pretok električnega toka. Spodnja slika prikazuje tok, ki teče skozi zaprt tokokrog.
Kaj najbolje opisuje razliko med električnim tokom in statično elektriko

Glavna razlika med električnim tokom in statično elektriko je v tem, da elektroni ali naboji tečejo skozi prevodnik pri električnem toku.
Medtem ko so pri statični elektriki naboji v mirovanju in nakopičeni na površini snovi.
Električni tok nastane zaradi pretoka elektronov, medtem ko statična elektrika nastane zaradi prenosa negativnih nabojev z enega predmeta na drugega.
Električni tok nastaja le v prevodniku, medtem ko statična elektrika nastaja tako v prevodniku kot v izolatorju.

Kako vpliva električni tok na magnetni pol?

Vemo, da ko teče električni tok, torej ko se električni naboj premika, ustvarja magnetno polje. Če damo magnet v magnetno polje, izkuša silo.
Za električne naboje, torej za električni tok, velja, da se podobna magnetna pola privlačijo in nasprotni se odpeljujejo. Torej lahko rečemo, da električni tok vpliva na magnetno polje skozi magnetno polje.

Kater instrument se uporablja za merjenje električnega toka

Instrument, ki meri električni tok, se imenuje amperметр. Amperметр mora biti povezan v serijo z vezjem, katerega tok želimo izmeriti.
Uporabljajo se tudi drugi različni instrumenti za merjenje električnega toka.
- Senzorji pretoka s Halljevim učinkom
- Preoblikovalnik toka (CT) (Meri samo NA)
- Klipski merilniki
- Shunt odporniki
- Magnetoresistivni senzorji polja
Vir: Electrical4u

Priporočilo: Spoštujte original, dobre članke je vredno deliti, če obstaja kršitev avtorskih pravic, se obrnite za brisanje.