Elektrisk ström: Vad är det?

Electrical4u

Fält: Grundläggande elteknik

China

Vad är elektrisk ström?

Elektrisk ström definieras som en ström av laddade partiklar—såsom elektroner eller jon—som rör sig genom en elektrisk ledare eller rymd. Det är flödeshastigheten av elektrisk laddning genom en ledande medium med avseende på tid. Elektrisk ström uttrycks matematiskt (t.ex. i formler) med symbolen "I" eller "i". Enheten för ström är ampere eller amp. Detta representeras av A.

Matematiskt kan flödeshastigheten av laddning med avseende på tid uttryckas som,

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

Med andra ord, en ström av laddade partiklar som flyter genom en elektrisk ledare eller rymd kallas för elektrisk ström. De rörliga laddade partiklarna kallas laddningsbärare och kan vara elektroner, hål, jon, etc.

Strömmens flöde beror på det ledande mediumet. Till exempel:

I ledaren är strömmens flöde orsakat av elektroner.
I halvledare är strömmens flöde orsakat av elektroner eller hål.
I en elektrolyt är strömmens flöde orsakat av jon och
I plasma—en ioniserad gas, är strömmens flöde orsakat av jon och elektroner.

När ett elektriskt potentialskillnad tillämpas mellan två punkter i ett ledande medium börjar en elektrisk ström flyta från högre potential till lägre potential. Ju större spänning eller potentialskillnad, desto mer ström flyter mellan två punkter.

Om två punkter i en krets har samma potential, så kan strömmen inte flyta. Strömmens storlek beror på spänningen eller potentialskillnaden mellan två punkter. Därför kan vi säga att ström är effekten av spänning.

Elektrisk ström kan producera elektromagnetiska fält, vilka används i spolar, transformatorer, generatorer och motorer. I elektriska ledare orsakar strömmen resistiv uppvärmning eller jouleuppvärmning som skapar ljus i en glödlampa.

En tidvarierande elektrisk ström producerar elektromagnetiska vågor, vilka används inom telekommunikation för att sända data.

Växelström vs likström

Baserat på laddningsflödet klassificeras elektrisk ström i två typer, nämligen växelström (AC) och likström (DC).

Växelström

Flödet av elektrisk laddning i periodiskt omvänd riktning kallas växelström (AC). Växelström benämns också som "AC Ström". Fastän detta tekniskt sett säger samma sak två gånger "AC Ström Ström".

En växelström ändrar sin riktning med jämna mellanrum.

Växelströmmen börjar från noll, stiger till ett maximum, minskar till noll, vänder sig sedan och når ett maximum i motsatt riktning, återvänder sedan till det ursprungliga värdet och upprepar denna cykel oändligt.

Typen av växelströmsform kan vara sinusformad, triangulär, kvadratisk, sågtandformad, etc.

Det specifika formen spelar ingen roll—så länge den är en upprepande form.

Sagt och gjort, i de flesta elektriska kretsar är den typiska formen av växelström en sinusvåg. En typisk sinusformad våg som du kan se som en växelström visas i bilden nedan.

En alternator kan generera en växelström. Alternatorn är en speciell typ av elektrisk generator designad för att generera växelström.

Växelström används vidt och brett i industriella och bostadsanvändningar.

DC-ström

Strömmen av elektriska laddningar i endast en riktning kallas direktström (DC). DC kallas också "DC-ström". Fastän detta tekniskt sett säger samma sak två gånger "Direct Current Current".

Eftersom DC strömmar bara i en riktning; därför kallas den också unidirektional ström. En vågform av en direktström visas i bilden nedan.

DC kan genereras av batterier, solceller, bränsleceller, termoelement, kommutatorbaserade elektriska generatorer, etc. En växelström kan omvandlas till direktström genom att använda en rektifierare.

DC-elström används vanligtvis i lågspänningsapplikationer. De flesta elektroniska kretsar behöver en DC-strömförsörjning.

Vilka enheter används för att mäta elektrisk ström (strömenheter)?

SI-enheten för ström är ampere eller amp. Detta representeras av A. Ampere, eller amp, är den grundläggande SI-enheten för elektrisk ström. Enheten ampere är uppkallad efter den stora fysikern André Marie Ampère.

I SI-systemet är 1 ampere flödet av elektrisk laddning mellan två punkter med hastigheten en coulomb per sekund. Således,

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

Därför mäts ström också i coulomb per sekund eller C/S.

Formel för elektrisk ström

De grundläggande formlerna för ström är:

Förhållandet mellan Ström, Spänning och Motstånd (Ohms lag)
Förhållandet mellan Ström, Effekt och Spänning
Förhållandet mellan Ström, Effekt och Motstånd

Dessa förhållanden sammanfattas i bilden nedan.

Strömsformel 1 (Ohms lag)

Enligt Ohms lag,

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

Alltså,

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

Exempel

Som visas i nedanstående krets, tillämpas en spänningskälla på $24\,\,V$ över motståndet på $12\,\,\Omega$ . Bestäm strömmen som flödar genom motståndet.

Lösning:

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

Enligt Ohms lag,

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

Genom att använda ekvationen får vi strömmen genom motståndet som $2\,\,A$ .

Strömförmel 2 (Effekt och spänning)

Överförd effekt är produkten av anslutningsspänning och elektrisk ström.

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

Således får vi strömmen lika med effekten dividerad med spänningen. Matematiskt,

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

Där $A$ står för amper eller amp (enheter för elektrisk ström).

Exempel

Som visas i kretsen nedan, tillämpas en spänningskälla på $24\,\,V$ på en $48\,\,W$ lampa. Bestäm strömmen som tas av $48\,\,W$ lampan.Lösning:

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

Enligt formeln,

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

Med hjälp av ovanstående ekvation får vi strömmen som tas av $48\,\,W$ lampan är lika med $2\,\,A$ .

Strömsformel 3 (Effekt och motstånd Ohmisk förlust Värmeutveckling genom resistans)

Vi vet att, $P = V * I$

Genom att substituera Ohms lag $V = I * R$ i ovanstående ekvation får vi,

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

Således är strömmen kvadratroten av förhållandet mellan effekt och resistans. Matematiskt uttryckt är formeln lika med:

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

Exempel

Som visas i nedanstående krets, bestäm strömmen som tas av $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ lampa

Lösning:

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

Enligt förhållandet mellan ström, effekt och resistans som visas ovan:

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

Med hjälp av ekvationen får vi strömmen som tas av $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ lampa är $2.24\,\,A$ .

Ströms dimensioner

Dimensionerna för ström i termer av massa (M), längd (L), tid (T) och ampere (A) ges av $M^0L^0T^-^1Q$ .

Ström (I) är en representation av coulomb per sekund. Således,

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

Traditionell ström jämfört med elektronflöde

Det finns en liten missuppfattning om traditionellt strömningsflöde och elektronflöde. Låt oss försöka förstå skillnaden mellan de två.

De partiklar som bär elektrisk laddning genom leder är mobil eller fria elektroner. Riktningen för ett elektriskt fält i en krets definieras av lagar som styr hur positiva provladdningar驱逐提示：根据要求，翻译中不应包含任何解释说明或非指定语种的内容。以下是按照要求翻译的瑞典语文本： ```html

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

Traditionell ström jämfört med elektronflöde

Det finns en liten missuppfattning om traditionellt strömningsflöde och elektronflöde. Låt oss försöka förstå skillnaden mellan de två.

De partiklar som bär elektrisk laddning genom leder är mobil eller fria elektroner. Riktningen för ett elektriskt fält i en krets definieras av lagar som styr hur positiva provladdningar drivs. Så dessa negativa laddningspartiklar, dvs. elektroner, flödar i motsatt riktning till det elektriska fältet.

Enligt elektronteorin, när spänning eller potentialskillnad appliceras över ledaren, flyttar sig laddade partiklar genom kretsen, vilket utgör en elektrisk ström.

Dessa laddade partiklar flödar från högre potential till lägre potential, dvs. från den positiva terminalen till batteriets negativa terminal genom en extern krets.

Men, i en metallisk ledare hålls de positivt laddade partiklarna i en fast position, medan de negativt laddade partiklarna, dvs. elektroner, är fria att röra sig. I halvledare kan flödet av laddade partiklar vara positivt eller negativt.

Ett flöde av positivt laddade bärare och negativt laddade bärare i motsatt riktning har samma effekt i den elektriska kretsen. Eftersom strömföret beror på antingen positiva eller negativa laddningar, eller båda, krävs en konvention för strömförets riktning som är oberoende av typerna av laddningsbärare.

Riktningen för traditionell ström anses vara riktningen i vilken positivt laddade bärare flödar, dvs. från högre potential till lägre potential. Därför flödar negativt laddade bärare, dvs. elektroner, i motsatt riktning till den traditionella strömföret, dvs. från lägre potential till högre potential. Alltså går den traditionella strömmen och elektronflödet i motsatta riktningar, vilket visas i bilden nedan.

direction of coventional current and electron flow — Riktningen för den traditionella strömmen och elektronflödet

```
Konventionell ström: Flödet av positiva laddningsbärare från en positiv terminal till en negativ terminal på batteriet kallas konventionell ström.
Elektronflöde: Flödet av elektroner kallas elektronström. Flödet av negativa laddningsbärare – det vill säga, elektroner – från en negativ terminal till en positiv terminal på batteriet kallas elektronflöde. Elektronflöde är motsatt riktning jämfört med konventionell strömflöde.

Riktningen för konventionell ström och elektronflöde visas i bilden nedan.

Konventionellt strömflöde och elektronflöde

Konvektionström vs Ledningsflöde

Konvektionström

En konvektionström hänvisar till strömförflyttning genom ett isolerande medium som vätska, gas eller vakuum.

Konvektionström kräver inte ledare för att flöda; därför uppfyller den inte Ohms lag. Ett exempel på en konvektionström är en vakuumrör där elektroner utsläppta av katoden flödar till anoden i ett vakuum.

Ledningsström

Strömmen som flödar genom någon ledare kallas ledningsström. Ledningsström kräver ledare för att flöda; därför uppfyller den Ohms lag.

Förskjutningsström

Betrakta en resistor och kapacitator som är kopplade parallellt med spänningskälla V som visas i figuren nedan. Naturen av strömförflyttningen genom kapacitatorn skiljer sig från den genom resistorn.

Spänningen eller potentialskillnaden över resistorn producerar ett kontinuerligt strömförflyttning som ges av ekvationen,

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

Denna ström kallas för en “ledningsström.”

Nu flödar strömmen genom kondensatorn endast när spänningen över kondensatorn ändras, vilket ges av ekvationen,

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

Denna ström kallas för en “förskjutningsström.”

Fysiskt sett är förskjutningsströmmen inte en ström eftersom det inte finns något flöde av en fysisk mängd som ett laddningsflöde.

Hur man mäter ström

I elektriska och elektroniska kretsar är mätning av ström en viktig parameter som måste mätas.

En instrument som kan mäta elektrisk ström kallas en amperometer. För att mäta ström måste amperometern anslutas i serie med den krets vars ström ska mätas.

Mätningen av ström genom resistorn med hjälp av en amperometer visas i figuren nedan.

Elektrisk ström kan också mätas med hjälp av en galvanometer. Galvanometern ger både riktning och storlek på elektrisk ström.

Strömmen kan mätas genom att upptäcka det magnetiska fält som är associerat med strömmen utan att bryta kretsen. Det finns olika instrument som används för att mäta ström utan att bryta kretsen.

Hall-effektstransformatorer för ström
Strömtransformator (CT) (mäter endast växelström)
Tångamperemeter
Shuntmotstånd
Magnetoresistiva fältsensorer

Vanliga frågor om ström

Låt oss studera några vanliga frågor relaterade till elektrisk ström.

Vad använder en elektromagnet för att mäta elektrisk ström?

En galvanometer är ett mätinstrument som använder en elektromagnet för att mäta elektrisk ström.

En galvanometer är ett absolut instrument; den mäter den elektriska strömmen i termer av tangenten för avvikelsevinkeln.

En galvanometer kan mäta den elektriska strömmen direkt, men detta kräver att kretsen bryts; därför kan det ibland vara besvärligt.

Hur producerar en elektrisk ström en magnetisk kraft?

En strömförande ledare placerad i ett magnetfält kommer att påverkas av en kraft eftersom strömmen inte är annat än flödet av laddningar.

Tänk på en strömförande ledare med ström som flödar genom den, som visas i figuren nedan (a). Enligt Flemings högerhandsregel kommer denna ström att skapa ett magnetfält i medurs riktning.

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

Magnetisk kraft producerad av en elektrisk ström

Resultatet av ledarens magnetfält är att det kommer att pressa samman det magnetiska fältet ovanför ledaren och försvaga det under.

Fältlinjerna beter sig som spända gummiband; därför kommer de att trycka ledaren i nedåtgående riktning, dvs. kraften är nedåt, som visas i figur (b).

Detta exempel säger att en strömledande konduktör i ett magnetfält upplever en kraft. Följande ekvation bestämmer storleken på den magnetiska kraften på en strömledande konduktör.

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

För att få en elektrisk ström att flöda måste följande finnas tillgängligt

För att få en elektrisk ström att flöda, måste följande finnas:

En potentialskillnad som existerar mellan de två punkterna. Om de två punkterna i en krets är vid samma potential, kan strömmen inte flöda.
En spänningskälla eller strömkälla, såsom en batteri eller cell som tvingar fria elektroner som utgör en elektrisk ström.
En ledare eller tråd som bär elektriska laddningar.
Kretsen måste vara stängd eller komplett. Om kretsarna är öppna, kan strömmen inte flöda.

Dessa är de villkor som krävs för att få en elektrisk ström att flöda. Bilden nedan visar en ström som passerar i en stängd krets.

Vilket bäst beskriver skillnaden mellan elektrisk ström och statisk elektricitet

Den viktigaste skillnaden mellan elektrisk ström och statisk elektricitet är att elektronerna eller laddningarna flödar genom ledaren i en elektrisk ström.

Medan, i statisk elektricitet, laddningarna är stilla och ackumulerade på ytan av ämnet.

Elektrisk ström beror på flödet av elektroner, medan statisk elektricitet beror på negativa laddningar från ett objekt till ett annat.

Elektrisk ström genereras endast i en ledare, medan statisk elektricitet genereras både i en ledare och isolator.

Hur påverkar en elektrisk ström en magnetpol?

Vi vet att när en elektrisk ström flödar, dvs. när elektriska laddningar är i rörelse, produceras ett magnetfält. Om vi håller magneten i ett magnetfält, upplever den en kraft.

För elektriska laddningar, det vill säga elektrisk ström, attraherar lika magnetpoler varandra och olika magnetpoler stöter bort varandra. Så kan vi säga att elektrisk ström påverkar magnetpolen genom magnetfältet.