Hvilke fenomener er ledsaget av elektrisk strøm? Hva er den magnetiske effekten av elektrisk strøm?

Tilstedeværelsen av strøm i en elektrisk krets manifesteres alltid av en eller annen handling. For eksempel arbeid under en bestemt belastning eller et relatert fenomen. Følgelig er det virkningen av elektrisk strøm som indikerer dens tilstedeværelse som sådan i en bestemt elektrisk krets. Det vil si at hvis belastningen fungerer, finner strømmen sted.

Det er kjent at elektrisk strøm forårsaker ulike typer effekter. For eksempel inkluderer disse termisk, kjemisk, magnetisk, mekanisk eller lys. I dette tilfellet kan ulike effekter av elektrisk strøm manifestere seg samtidig. Vi vil fortelle deg mer detaljert om alle manifestasjonene i dette materialet.

Termisk fenomen

Det er kjent at temperaturen til en leder øker når strømmen går gjennom den. Slike ledere er forskjellige metaller eller deres smelter, halvmetaller eller halvledere, samt elektrolytter og plasma. For eksempel, når en elektrisk strøm føres gjennom en nikromtråd, blir den veldig varm. Dette fenomenet brukes i oppvarmingsenheter, nemlig: i vannkoker, kjeler, varmeovner, etc. Elektrisk lysbuesveising har den høyeste temperaturen, nemlig oppvarmingen av lysbuen kan nå opp til 7000 grader Celsius. Ved denne temperaturen oppnås lett smelting av metallet.

Mengden varme som genereres direkte avhenger av hvilken spenning som ble påført en gitt seksjon, samt av den elektriske strømmen og tiden den passerer gjennom kretsen.

For å beregne mengden varme som genereres, brukes enten spenning eller strøm. I dette tilfellet er det nødvendig å kjenne motstandsindikatoren i den elektriske kretsen, siden det er dette som provoserer oppvarming på grunn av strømbegrensning. Også mengden varme kan bestemmes ved hjelp av strøm og spenning.

kjemisk fenomen

Den kjemiske effekten av elektrisk strøm er elektrolyse av ioner i elektrolytten. Under elektrolyse fester anoden anioner til seg selv, og katoden - kationer.

Med andre ord, under elektrolyse frigjøres visse stoffer på elektrodene til strømkilden.

La oss gi et eksempel: i sur, alkalisk eller saltvannsløsning to elektroder senkes. Deretter føres en strøm gjennom den elektriske kretsen, som provoserer dannelsen av en positiv ladning på en av elektrodene, og en negativ ladning på den andre. Ionene som er i løsning avsettes på elektroden med en annen ladning.

Den kjemiske virkningen av elektrisk strøm brukes i industrien. Ved å bruke dette fenomenet dekomponeres vann til oksygen og hydrogen. I tillegg, ved hjelp av elektrolyse, oppnås metaller i sin rene form, og overflater er også galvanisert.

Magnetisk fenomen

Elektrisk strøm i en leder av evt aggregeringstilstand skaper et magnetfelt. Med andre ord er en leder med elektrisk strøm utstyrt med magnetiske egenskaper.

Således, hvis du bringer en magnetisk kompassnål nærmere en leder der det flyter en elektrisk strøm, vil den begynne å rotere og ta en vinkelrett posisjon til lederen. Hvis du vikler denne lederen rundt en jernkjerne og sender en likestrøm gjennom den, vil denne kjernen ta på seg egenskapene til en elektromagnet.

Natur magnetfelt involverer alltid tilstedeværelsen av elektrisk strøm. La oss forklare: bevegelige ladninger (ladede partikler) danner et magnetfelt. I dette tilfellet frastøter strømmer i motsatte retninger, og strømmer i samme retning tiltrekker seg. Denne interaksjonen er rettferdiggjort av den magnetiske og mekaniske interaksjonen mellom magnetiske felt av elektriske strømmer. Det viser seg at den magnetiske interaksjonen av strømmer er avgjørende.

Magnetisk virkning brukes i transformatorer og elektromagneter.

Lysfenomen

Det enkleste eksemplet på lyshandling er en glødelampe. I denne lyskilden når spiralen ønsket temperaturverdi gjennom strømmen som går gjennom den til en tilstand av hvit varme. Dette er hvordan lys sendes ut. I en tradisjonell glødepære brukes bare fem prosent av all elektrisitet på lys, mens den resterende brorparten omdannes til varme.

Mer moderne analoger, for eksempel fluorescerende lamper, konverterer mest effektivt elektrisitet til lys. Det vil si at rundt tjue prosent av all energi ligger på grunnlag av lys. Fosforen mottar UV-stråling som kommer fra et utslipp som skjer i kvikksølvdamp eller inerte gasser.

Den mest effektive implementeringen av den lette virkningen av strømmen skjer i. En elektrisk strøm som går gjennom et pn-kryss provoserer rekombinasjonen av ladningsbærere med emisjon av fotoner. De beste LED-lysemitterne er halvledere med direkte gap. Ved å endre sammensetningen av disse halvlederne er det mulig å lage lysdioder for ulike lysbølger (ulike lengder og rekkevidde). Koeffisient nyttig handling LED når 50 prosent.

Mekanisk fenomen

Husk at et magnetfelt oppstår rundt en leder som fører elektrisk strøm. Alle magnetiske handlinger omdannes til bevegelse. Eksempler inkluderer elektriske motorer, magnetiske løfteenheter, releer, etc.

I 1820 avledet Andre Marie Ampère den velkjente "Amperes lov", som beskriver den mekaniske effekten av en elektrisk strøm på en annen.

Denne loven sier at parallelle ledere som fører elektrisk strøm i samme retning opplever tiltrekning til hverandre, og de i motsatt retning opplever tvert imot frastøtning.

Dessuten bestemmer amperens lov størrelsen på kraften som et magnetfelt virker på et lite segment av en leder som bærer en elektrisk strøm. Det er denne kraften som ligger til grunn for funksjonen til en elektrisk motor.

Vi så på eiendommene i detalj elektrostatisk felt, generert av stasjonære elektriske ladninger. Når elektriske ladninger beveger seg, oppstår en hel rekke nye fysiske fenomener, som vi begynner å studere.

Det er nå allment kjent at elektriske ladninger har en diskret struktur, det vil si at ladningsbærerne er det elementære partikler– elektroner, protoner osv. Imidlertid manifesterer ikke denne diskreten av ladninger seg i de fleste praktisk talt viktige tilfeller, derfor beskriver modellen av et kontinuerlig elektrisk ladet medium brønn fenomener knyttet til bevegelsen av ladede partikler, det vil si med elektrisk strøm.

Elektrisk strøm er retningsbevegelsen til ladede partikler.

Du er veldig kjent med bruken av elektrisk strøm, siden elektrisk strøm er ekstremt mye brukt i livene våre. Det er ingen hemmelighet at vår nåværende sivilisasjon hovedsakelig er basert på produksjon og bruk av elektrisk energi. Elektrisk energi er ganske enkel å produsere, overføre over lange avstander og konvertere til andre nødvendige former.

La oss kort dvele ved de mulige manifestasjonene av virkningen av elektrisk strøm.

Termisk effekt elektrisk strøm manifesterer seg i nesten alle tilfeller av strømflyt. Takket være tilgjengeligheten elektrisk motstand Når strømmen flyter, frigjøres varme, mengden som bestemmes av Joule-Lenz-loven, som du bør være kjent med. I noen tilfeller er varmen som frigjøres nyttig (i en rekke elektriske oppvarmingsenheter fører ofte varmeavgivelsen til ubrukelige energitap under overføring av elektrisitet).

Magnetisk virkning strøm manifesterer seg i dannelsen av et magnetisk felt, noe som fører til utseendet av interaksjon mellom elektriske strømmer og bevegelige ladede partikler.

Mekanisk handling strøm brukes i en rekke elektriske motorer som konverterer energien til elektrisk strøm til mekanisk energi.

Kjemisk virkning manifesterer seg i det faktum at den flytende elektriske strømmen kan sette i gang ulike kjemiske reaksjoner. For eksempel er prosessen med å produsere aluminium og en rekke andre metaller basert på fenomenet elektrolyse - nedbrytningsreaksjonen av smeltede metalloksider under påvirkning av elektrisk strøm.

Lett handling elektrisk strøm manifesterer seg i utseendet av lysstråling når en elektrisk strøm passerer. I noen tilfeller er gløden en konsekvens av termisk oppvarming (for eksempel i glødepærer, forårsaker bevegelige ladede partikler direkte utseendet av lysstråling).

I selve navnet på fenomenet (elektrisk strøm) kan man høre ekko av gamle fysiske syn, da alle elektriske egenskaper ble tilskrevet en hypotetisk elektrisk væske som fylte alle legemer. Derfor, når man beskriver bevegelsen til ladede partikler, brukes terminologi som ligner på den som brukes når man beskriver bevegelsen til vanlige væsker. Denne analogien strekker seg utover et enkelt sammentreff av begreper mange av bevegelseslovene til elektriske væsker ligner på bevegelseslovene til vanlige væsker, og de delvis kjente lovene for likestrøm gjennom ledninger ligner på bevegelseslovene til væsker; gjennom rør. Derfor anbefaler vi sterkt at du gjentar avsnittet som beskriver disse fenomenene - hydrodynamikk.

Elektrisk strøm i en krets manifesterer seg alltid på en eller annen måte. Dette kan enten være arbeid under en viss belastning eller den medfølgende effekten av strøm. Dermed kan man ved effekten av strøm bedømme dens tilstedeværelse eller fravær i en gitt krets: hvis belastningen fungerer, er det strøm. Hvis det observeres et typisk fenomen som følger med strøm, er det strøm i kretsen osv.

Generelt er elektrisk strøm i stand til å forårsake ulike effekter: termiske, kjemiske, magnetiske (elektromagnetiske), lys eller mekaniske, og forskjellige typer strømeffekter oppstår ofte samtidig. Om disse fenomenene og handlingene til gjeldende og vi vil snakke i denne artikkelen.

Termisk effekt av elektrisk strøm

Når likestrøm eller vekselstrøm går gjennom en leder, varmes lederen opp. Slike varmeledere i ulike forhold og applikasjoner kan inkludere: metaller, elektrolytter, plasma, smeltede metaller, halvledere, halvmetaller.

I det enkleste tilfellet, hvis for eksempel en elektrisk strøm føres gjennom en nikromtråd, vil den varmes opp. Dette fenomenet brukes i oppvarmingsenheter: i vannkoker, kjeler, varmeovner, elektriske komfyrer, etc. Ved elektrisk lysbuesveising når temperaturen på den elektriske lysbuen generelt 7000 ° C, og metallet smelter lett - dette er også den termiske effekten av strømmen.

Mengden varme som frigjøres i en del av kretsen avhenger av spenningen som påføres denne delen, verdien av den flytende strømmen og tiden den flyter ().

Etter å ha transformert Ohms lov for en del av en krets, kan du bruke enten spenning eller strøm for å beregne varmemengden, men da må du også kjenne motstanden til kretsen, fordi det er det som begrenser strømmen og faktisk forårsaker oppvarming. Eller, når du kjenner strømmen og spenningen i kretsen, kan du like gjerne finne mengden varme som genereres.

Kjemisk virkning av elektrisk strøm

Elektrolytter som inneholder ioner under påvirkning av likestrøm - dette er kjemisk virkning nåværende Under elektrolyse blir negative ioner (anioner) tiltrukket av den positive elektroden (anode), og positive ioner (kationer) blir tiltrukket av den negative elektroden (katoden). Det vil si at stoffene i elektrolytten frigjøres ved elektrodene til strømkilden under elektrolyseprosessen.

For eksempel er et par elektroder nedsenket i en løsning av en viss syre, alkali eller salt, og når en elektrisk strøm føres gjennom kretsen, skapes en positiv ladning på den ene elektrode og en negativ ladning på den andre. Ionene i løsningen begynner å bli avsatt på elektroden med motsatt ladning.

Si, med elektrolyse kobbersulfat(CuSO4), kobberkationer Cu2+ med positiv ladning beveger seg til den negativt ladede katoden, hvor de mottar den manglende ladningen og blir nøytrale kobberatomer, som legger seg på overflaten av elektroden. Hydroksylgruppen -OH vil gi fra seg elektroner ved anoden, noe som resulterer i frigjøring av oksygen. Positivt ladede hydrogenkationer H+ og negativt ladede anioner SO42- vil forbli i løsning.

Den kjemiske virkningen av elektrisk strøm brukes i industrien, for eksempel for å dekomponere vann til dets bestanddeler (hydrogen og oksygen). Elektrolyse gjør det også mulig å få noen metaller i ren form. Ved hjelp av elektrolyse blir et tynt lag av et bestemt metall (nikkel, krom) belagt på overflaten - dette osv.

I 1832 fastslo Michael Faraday at massen m av et stoff som frigjøres ved elektroden er direkte proporsjonal med den elektriske ladningen q som passerer gjennom elektrolytten. Hvis en likestrøm I føres gjennom elektrolytten i en tid t, er Faradays første lov om elektrolyse gyldig:

Her kalles proporsjonalitetskoeffisienten k den elektrokjemiske ekvivalenten til stoffet. Det er numerisk lik massen av stoffet som frigjøres når en enkelt elektrisk ladning passerer gjennom elektrolytten, og avhenger av kjemisk natur stoffer.

I nærvær av en elektrisk strøm i enhver leder (fast, flytende eller gassformig), observeres et magnetisk felt rundt lederen, det vil si at lederen som bærer strømmen får magnetiske egenskaper.

Så hvis du bringer en magnet til en leder som strøm flyter gjennom, for eksempel i form av en magnetisk kompassnål, vil nålen dreie vinkelrett på lederen, og hvis du vikler lederen rundt en jernkjerne og passerer en likestrøm gjennom lederen, vil kjernen bli en elektromagnet.

I 1820 oppdaget Oersted den magnetiske effekten av strøm på en magnetisk nål, og Ampere etablerte de kvantitative lovene for den magnetiske interaksjonen mellom ledere og strøm.

Et magnetfelt genereres alltid av strøm, det vil si ved å bevege elektriske ladninger, spesielt av ladede partikler (elektroner, ioner). Motsatt rettede strømmer frastøter hverandre, ensrettede strømmer tiltrekker hverandre.

Slik mekanisk interaksjon oppstår på grunn av samspillet mellom magnetiske felt av strømmer, det vil si at det først og fremst er magnetisk interaksjon, og først da mekanisk. Dermed er den magnetiske interaksjonen av strømmer primær.

I 1831 fastslo Faraday at et skiftende magnetfelt fra en krets genererer en strøm i en annen krets: den genererte emk er proporsjonal med endringshastigheten til den magnetiske fluksen. Det er logisk at det er den magnetiske virkningen av strømmer som brukes den dag i dag i alle transformatorer, og ikke bare i elektromagneter (for eksempel i industrielle).

I sin enkleste form kan den lysende effekten av elektrisk strøm observeres i en glødelampe, hvis spiral varmes opp av strømmen som går gjennom den til hvit varme og sender ut lys.

For en glødelampe utgjør lysenergi ca. 5 % av den tilførte elektrisiteten, hvorav de resterende 95 % omdannes til varme.

Fluorescerende lamper konverterer strømenergi til lys mer effektivt - opptil 20 % av elektrisiteten omdannes til synlig lys takket være fosforen, som mottar fra en elektrisk utladning i kvikksølvdamp eller i en inert gass som neon.

Den lysende effekten av elektrisk strøm realiseres mer effektivt i lysdioder. Når en elektrisk strøm går gjennom p-n-kryss i retning fremover rekombinerer ladningsbærere - elektroner og hull - med utslipp av fotoner (på grunn av overgangen av elektroner fra ett energinivå til et annet).

De beste lysemitterne er halvledere med direkte gap (det vil si de som tillater direkte optiske båndbåndoverganger), slik som GaAs, InP, ZnSe eller CdTe. Ved å variere sammensetningen av halvledere er det mulig å lage lysdioder for ulike bølgelengder fra ultrafiolett (GaN) til mid-infrarød (PbS). Effektiviteten til en LED som lyskilde når et gjennomsnitt på 50 %.

Som nevnt ovenfor, danner hver leder som elektrisk strøm flyter gjennom en sirkel rundt seg selv. Magnetiske handlinger omdannes til bevegelse, for eksempel i elektriske motorer, magnetiske løfteanordninger, magnetventiler, releer, etc.

Den mekaniske virkningen av en strøm på en annen er beskrevet av Amperes lov. Denne loven ble først opprettet av André Marie Ampère i 1820 for likestrøm. Det følger at parallelle ledere med elektriske strømmer som flyter i én retning tiltrekker seg, og i motsatte retninger frastøter de.

Amperes lov er også loven som bestemmer kraften som et magnetfelt virker på et lite segment av en leder som fører strøm. Kraften som magnetfeltet virker på et element i en strømførende leder som ligger i et magnetfelt er direkte proporsjonal med strømmen i lederen og vektorproduktet til elementet av lederens lengde og den magnetiske induksjonen.

Den er basert på dette prinsippet, der rotoren spiller rollen som en ramme med strøm, orientert i det ytre magnetfeltet til statoren med et dreiemoment M.

1. Hva er den magnetiske effekten av elektrisk strøm? Forklar svaret ditt.

Evnen til en elektrisk strøm som går gjennom ledere av den andre typen til å generere et magnetfelt rundt disse ledningene

2. Hvordan kan du bestemme polene til en magnet ved hjelp av et kompass? Forklar svaret ditt.

Pilens nordpol er tiltrukket av magnetens sørpol, sørpolen mot nord.

3. Hvordan kan du oppdage tilstedeværelsen av et magnetfelt i rommet? Forklar svaret ditt.

For eksempel ved bruk av jernspon. Under påvirkning av strømmens magnetiske felt er jernspåner plassert rundt lederen ikke tilfeldig, men i en konsentrisk sirkel.

4. Hvordan kan du bruke et kompass for å finne ut om det går strøm i en leder? Forklar svaret ditt.

Hvis kompassnålen er vinkelrett på ledningen, flyter det likestrøm i ledningen.

5. Er det mulig å kutte en magnet slik at en av de resulterende magnetene bare har en nordpol, og den andre bare har en sørpol? Forklar svaret ditt.

Det er umulig å skille stolpene fra hverandre ved å kutte. Magnetiske stolper finnes kun i par.

6. Hvordan kan du finne ut om det er strøm i en ledning uten å bruke amperemeter?

• Ved hjelp av en magnetisk nål som reagerer på strøm i en ledning.
• Ved å bruke et følsomt voltmeter, koble det til endene av ledningen.