Електричний струм

Що таке електричний струм

Електронний струм - спрямоване рух електрично заряджених частинок під впливом електричного поля. Такими частинками можуть бути: в провідниках - електрони, в електролітах - іони (катіони і аніони), в напівпровідниках - електрони і, так звані, «дірки» ( «електронно-діркова провідність»). Також існує «струм зміщення», перебіг якого обгрунтовано процесом заряду ємності, тобто конфігурацією різниці потенціалів між обкладинками. Між обкладками ніякого руху частинок не відбувається, але струм через конденсатор протікає.

1А = 1Кл / с.

У загальному випадку, позначивши ток буквою i, а заряд q, отримаємо:

i = dq / dt.

Одиниця струму іменується ампер (А). Струм в провіднику дорівнює 1 А, якщо через поперечний переріз провідника за 1 сек проходить електричний заряд, рівний 1 кулон.

За напрямок струму приймається напрямок, в якому пересуваються позитивно заряджені частинки, тобто напрямок, зворотне переміщення електронів.

Величина, що дорівнює відношенню струму до площі поперечного перерізу S, іменуються щільністю струму (позначається
δ): δ = I / S

При цьому мається на увазі, що струм помірно розподілений по перетину провідника. Щільність струму в проводах зазвичай вимірюється в
А / мм2.

За типом носіїв електронних зарядів і середовища їх переміщення розрізняють струми провідності і струми зміщення. Провідність ділять на електричну та іонну. Для сталих режимів розрізняють два види струмів: незмінний і змінний.

Незмінним називають струм, який може змінюватися за величиною, але не змінює власного знака як завгодно тривалий час.

Змінним називають струм, який часом змінюється як за величиною, так і за знаком. Величиною, що характеризує змінний
ток, є частота (в системі СІ вимірюється в герцах), в цьому випадку,
коли його сила змінюється часом. Змінний струм високої частоти
витісняється на поверхню провідника.
Токи високої частоти застосовується в машинобудуванні для термічної обробки
поверхонь деталей і зварювання, в металургії для плавки металів. Змінні струми поділяють на синусоїдальні і Несинусоїдальні. Синусоїдальним називають струм, що змінюється за гармонійним законом:

i = Im sin ωt,

де Im, - амплітудне (найбільше) значення струму, А,

Швидкість конфігурації змінного струму характеризується його частотою, яка визначається як число повних циклічних коливань в одиницю часу. Частота позначається літерою f і вимірюється в герцах (Гц). Так, частота струму в мережі 50 Гц відповідає 50 повним коливань за секунду. Кутова частота ω - швидкість зміни струму в радіанах за секунду і пов`язана з частотою звичайним співвідношенням:

ω = 2πf

Сталі (фіксовані) значення постійного і перемінного струмів позначають рядковий буквою I несталі (секундні) значення - буквою i. Умовно позитивним напрямком струму вважають напрям руху позитивних зарядів.

Змінний струм - це струм, який змінюється за законом синуса з часом.

Під змінним струмом також припускають ток в звичайних одно- і трифазних мережах. В даному випадку характеристики змінного струму змінюються за гармонійним законом.

Так як змінний струм змінюється в часі, звичайні методи вирішення завдань, які застосовуються для ланцюгів постійного струму, тут конкретно незастосовні. При дуже високих частотах заряди можуть здійснювати коливальний рух - перетікати з одних місць ланцюга в інші і тому. При цьому, на відміну від ланцюгів постійного струму, струми в черзі з`єднаних провідниках можуть виявитися неоднаковими. Ємності, присутні в ланцюгах змінного струму, підсилюють цей ефект. Крім того, при зміні струму позначаються ефекти самоіндукції, які стають істотними навіть при низьких частотах, якщо вживаються котушки з великою індуктивністю. При порівняно низьких частотах ланцюга змінного струму можна як і раніше розраховувати за допомогою правил Кірхгофа, які, однак, необхідно відповідним чином видозмінювати.

Ланцюг, в яку входять різні резистори, котушки індуктивності і конденсатори, можна розглядати, як якщо б вона складалася з узагальнених резистора, конденсатора і котушки індуктивності, з`єднаних по черзі. Розглянемо характеристики такого ланцюга, підключеної до генератора синусоїдального змінного струму. Щоб сконструювати правила, що дозволяють розраховувати ланцюга змінного струму, необхідно відшукати співвідношення між падінням напруги і струмом для кожного з компонент такого ланцюга.

Конденсатор грає зовсім різні ролі в ланцюгах змінного і постійного струмів. Якщо, наприклад, до ланцюга підключити хімічний елемент, то конденсатор почне заряджатися, поки напруга на ньому не стане рівним ЕРС елемента. Потім зарядка закінчиться і ток впаде до нуля. Якщо ж ланцюг підключена до генератора змінного струму, то в один напівперіод електрони будуть випливати з лівої обкладки конденсатора і накопичуватися на правій, а в іншій - навпаки. Ці переміщаються електрони і являють собою змінний струм, сила якого схожа по обидві сторони конденсатора. Поки частота змінного струму не дуже велика, струм через резистор і котушку індуктивності також схожий.

У пристроях-споживачах змінного струму змінний струм нерідко випрямляється випрямлячем для отримання незмінного струму.

Провідники електронного струму

Матеріал, в якому тече струм, називається провідником. Деякі матеріали при низьких температурах переходять в стан надпровідності. У такому стані вони не роблять практично ніякого опору току, їх опір прагне до нуля. У всіх інших випадках провідник чинить опір течією струму і в підсумку частина енергії електронних частинок перетворюється в тепло. Силу струму можна вирахувати за законом Ома для ділянки кола і закону Ома для повного кола.

Швидкість руху частинок в провідниках залежить від матеріалу провідника, маси і заряду частинки, навколишньої температури, прикладеної різниці потенціалів і становить величину, набагато меншу швидкості світла. Незважаючи на це, швидкість поширення фактично електронного струму дорівнює швидкості світла в даному середовищі, іншими словами швидкості поширення фронту електричної хвилі.

Як ток впливає на людський організм

Струм, пропущений через людський організм або тваринного, може викликати електронні опіки, фібриляцію або смерть. З іншого боку, електричний струм вживають в реанімації, для зцілення психічних захворювань, особливо депресії, електростимуляцію певних областей мозку використовують для лікування таких хвороб, як хвороба Паркінсона і епілепсія, шофер ритму, стимулюючий серцевий м`яз імпульсним струмом, вживають при брадикардії. У людському організмі і тварин ток вживається для передачі нервових імпульсів.

За технікою безпеки, мало відчутний людиною ток становить 1 мА. Небезпечним для життя людини струм стає починаючи з сили приблизно 0,01 А. Смертельним для людини струм стає починаючи з сили приблизно 0,1 А. безпечних вважається напруга менш 42 В.