Cosa sono tensione, corrente e resistenza: come vengono utilizzate nella pratica

Nell'ingegneria elettrica, i termini "corrente", "tensione" e "resistenza" sono usati per descrivere i processi che si verificano nei circuiti elettrici. Ognuno di loro ha il proprio scopo con caratteristiche specifiche.

Elettricità

La parola è usata per caratterizzare il movimento di particelle cariche (elettroni, lacune, cationi e anioni) attraverso un certo mezzo di una sostanza. La direzione e il numero di portatori di carica determinano il tipo e l'intensità della corrente.

Le principali caratteristiche della corrente influenzano la sua applicazione pratica

Un prerequisito per il flusso di cariche è la presenza di un circuito o, in altre parole, un anello chiuso che crea le condizioni per il loro movimento. Se si forma un vuoto all'interno delle particelle in movimento, il loro movimento direzionale si arresta immediatamente.

Tutti gli interruttori e le protezioni utilizzati nell'elettricità funzionano secondo questo principio.Creano una separazione tra i contatti mobili delle parti conduttrici e attraverso questa azione interrompono il flusso di corrente elettrica, spegnendo il dispositivo.

In energia, il metodo più comune è la creazione di una corrente elettrica dovuta al movimento di elettroni all'interno di metalli realizzati sotto forma di fili, pneumatici o altre parti conduttrici.

Oltre a questo metodo, viene utilizzata anche la creazione di corrente interna:

1. gas e liquidi elettrolitici dovuti al movimento di elettroni o cationi e anioni - ioni con segni di carica positivi e negativi;

2. un ambiente di vuoto, aria e gas soggetto al movimento di elettroni causato dal fenomeno della radiazione termoionica;

3. materiali semiconduttori dovuti al movimento di elettroni e lacune.

Una scossa elettrica può verificarsi quando:

• applicare una differenza di potenziale elettrico esterna a particelle cariche;

• fili di riscaldamento che attualmente non sono superconduttori;

• il corso delle reazioni chimiche legate al rilascio di nuove sostanze;

• l'effetto di un campo magnetico applicato al filo.

La forma d'onda della corrente elettrica può essere:

1. una costante sotto forma di una linea retta sulla linea del tempo;

2. un'armonica sinusoidale variabile ben descritta dalle relazioni trigonometriche di base;

3. meandro, grosso modo simile a un'onda sinusoidale, ma con angoli acuti e pronunciati, che in alcuni casi possono essere ben smussati;

4. pulsante, quando la direzione rimane la stessa senza variazioni e l'ampiezza oscilla periodicamente da zero al valore massimo secondo una legge ben definita.

La corrente elettrica può essere utile a una persona quando:

• convertito in radiazione luminosa;

• crea il riscaldamento di elementi termici;

• esegue lavori meccanici dovuti all'attrazione o alla repulsione di indotti mobili o alla rotazione di rotori con azionamenti fissati su cuscinetti;

• genera radiazioni elettromagnetiche in alcuni altri casi.

Quando la corrente elettrica passa attraverso i fili, il danno può essere causato da:

• riscaldamento eccessivo dei circuiti e dei contatti che trasportano corrente;

• formazione scolastica correnti parassite nei circuiti magnetici delle macchine elettriche;

• radiazione di elettricità onde elettromagnetiche nell'ambiente e alcuni fenomeni simili.

I progettisti di dispositivi elettrici e gli sviluppatori di vari circuiti tengono conto delle possibilità elencate di corrente elettrica nei loro dispositivi. Ad esempio, gli effetti nocivi delle correnti parassite nei trasformatori, nei motori e nei generatori vengono mitigati mescolando i nuclei utilizzati per trasmettere i flussi magnetici. Allo stesso tempo, la corrente parassita viene utilizzata con successo per riscaldare il fluido nei forni elettrici e nei forni a microonde che funzionano secondo il principio dell'induzione.

Una corrente elettrica alternata con una forma d'onda sinusoidale può avere una diversa frequenza di oscillazione per unità di tempo, un secondo. La frequenza industriale degli impianti elettrici in diversi paesi è standardizzata con i numeri 50 o 60 hertz. Per altri scopi di ingegneria elettrica e attività radiofoniche, vengono utilizzati i segnali:

• bassa frequenza, con valori più bassi;

• alta frequenza, superando notevolmente la gamma di dispositivi industriali.

È generalmente accettato che una corrente elettrica sia creata dal movimento di particelle cariche in un determinato mezzo macroscopico ed è chiamata corrente di conduzione... Tuttavia, un altro tipo di corrente chiamata convezione può verificarsi quando corpi caricati macroscopicamente si muovono, ad esempio gocce di pioggia .

Come si forma la corrente elettrica nei metalli

Il movimento degli elettroni sotto l'influenza di una forza costante applicata ad essi può essere paragonato alla discesa di un paracadutista con un baldacchino aperto. In entrambi i casi si ottiene un moto uniformemente accelerato.

Il paracadutista si sposta per gravità verso il suolo, a cui si oppone la forza della resistenza dell'aria. Gli elettroni sono influenzati dalla forza applicata a loro campo elettrico, e il suo movimento è ostacolato da continue collisioni con altre particelle - ioni di reticoli cristallini, a causa dei quali si estingue parte dell'effetto della forza applicata.

In entrambi i casi, la velocità media del paracadutista e il movimento dell'elettrone raggiungono un valore costante.

Questo crea una situazione piuttosto unica in cui la velocità:

• il moto proprio di un elettrone è determinato da un valore dell'ordine di 0,1 millimetri al secondo;

• il flusso di corrente elettrica corrisponde a un valore molto più alto — la velocità di propagazione delle onde luminose: circa 300 mila chilometri al secondo.

Così, flusso di corrente elettrica viene creato dove viene applicata una tensione agli elettroni e, di conseguenza, iniziano a muoversi alla velocità della luce all'interno del mezzo conduttore.

Quando gli elettroni si muovono nel reticolo cristallino di un metallo, sorge un'altra regolarità interessante: si scontra con circa ogni decimo controione.Cioè, evita con successo circa il 90% delle collisioni ioniche.

Questo fenomeno può essere spiegato non solo dalle leggi della fisica classica fondamentale, come comunemente inteso dalla maggior parte delle persone, ma anche dalle ulteriori leggi operative descritte dalla teoria della meccanica quantistica.

Se esprimiamo brevemente la loro azione, allora possiamo immaginare che il movimento degli elettroni all'interno dei metalli sia ostacolato da pesanti ioni grandi «oscillanti» che forniscono ulteriore resistenza.

Questo effetto è particolarmente evidente durante il riscaldamento dei metalli, quando l '"oscillazione" degli ioni pesanti aumenta e riduce la conduttività elettrica dei reticoli cristallini dei fili.

Pertanto, quando i metalli vengono riscaldati, la loro resistenza elettrica aumenta sempre e, quando vengono raffreddati, la loro conduttività aumenta. Quando la temperatura del metallo scende a valori critici prossimi al valore dello zero assoluto, in molti di essi si verifica il fenomeno della superconduttività.

La corrente elettrica, a seconda del suo valore, è in grado di fare cose diverse. Per una valutazione quantitativa delle sue capacità, viene preso un valore chiamato amperaggio. La sua dimensione nel sistema di misurazione internazionale è di 1 ampere Per indicare la forza attuale nella letteratura tecnica, viene adottato l'indice «I».

Voltaggio

Questo termine è usato come caratteristica di una grandezza fisica che esprime il lavoro speso nel trasferire una carica elettrica di un'unità di prova da un punto all'altro senza modificare la natura del posizionamento delle rimanenti cariche sulle sorgenti del campo attivo.

Poiché i punti iniziale e finale hanno potenziali energetici diversi, il lavoro svolto per spostare la carica, o tensione, è uguale al rapporto tra la differenza tra questi potenziali.

Termini e metodi diversi vengono utilizzati per calcolare la tensione a seconda delle correnti che scorrono. Non può essere:

1. costante — nei circuiti elettrostatici ea corrente costante;

2. alternato — in circuiti con corrente alternata e sinusoidale.

Per il secondo caso, vengono utilizzate caratteristiche e tipi di stress aggiuntivi come:

• ampiezza — la più grande deviazione dalla posizione zero dell'asse delle ascisse;

• valore istantaneo, che viene espresso in un determinato momento;

• effettivo, effettivo o, altrimenti chiamato, valore quadratico medio, determinato dal lavoro attivo svolto per un semiperiodo;

• valore medio rettificato calcolato modulo del valore rettificato di un periodo armonico.

Per la valutazione quantitativa della tensione fu introdotta l'unità internazionale di 1 volt e il simbolo «U» divenne la sua designazione.

Quando si trasporta energia elettrica attraverso linee aeree, il design dei supporti e le loro dimensioni dipendono dal valore della tensione utilizzata. Il suo valore tra i conduttori delle fasi è detto lineare e relativo a ciascun conduttore e fase di terra.

Questa regola si applica a tutti i tipi di compagnie aeree.

Nelle reti elettriche domestiche del nostro paese, lo standard è una tensione trifase di 380/220 volt.

Resistenza elettrica

Il termine è usato per caratterizzare le proprietà di una sostanza per indebolire il passaggio di una corrente elettrica attraverso di essa.In questo caso si possono scegliere ambienti diversi, si può modificare la temperatura della sostanza o le sue dimensioni.

Nei circuiti CC, la resistenza svolge un lavoro attivo, motivo per cui è chiamata attiva. Per ogni sezione è direttamente proporzionale alla tensione applicata e inversamente proporzionale alla corrente passante.

I seguenti concetti sono introdotti negli schemi a corrente alternata:

• impedenza;

• resistenza all'onda.

L'impedenza elettrica è anche chiamata impedenza complessa o componente:

• attivo;

• reattivo.

La reattività, a sua volta, può essere:

• capacitivo;

• induttivo.

Vengono descritte le connessioni tra i componenti di impedenza del triangolo di resistenza.

In un calcolo elettrodinamico, l'impedenza d'onda di una linea elettrica è determinata dal rapporto tra la tensione dall'onda incidente e il valore della corrente che passa lungo la linea d'onda.

Il valore della resistenza è preso come unità di misura internazionale di 1 Ohm.

Il rapporto di corrente, tensione, resistenza

Un classico esempio per esprimere la relazione tra queste caratteristiche è un confronto con un circuito idraulico, dove la forza di movimento del flusso della vita (analogico - l'entità della corrente) dipende dal valore della forza applicata al pistone (creato tensione) e il carattere delle linee di flusso, fatte di costrizioni (resistenza).

Le leggi matematiche che descrivono la relazione tra resistenza elettrica, corrente e tensione furono pubblicate per la prima volta e brevettate da Georg Ohm. Ha derivato le leggi per l'intero circuito del circuito elettrico e la sua sezione. Vedi qui per maggiori dettagli: Applicazione pratica della legge di Ohm

Amperometri, voltmetri e ohmmetri sono utilizzati per misurare le grandezze elettriche di base dell'elettricità.

Un amperometro misura la corrente che scorre attraverso il circuito e, poiché non cambia in tutta l'area chiusa, l'amperometro viene posizionato in qualsiasi punto tra la sorgente di tensione e l'utente, creando un passaggio di cariche attraverso la testina di misurazione del dispositivo.

Un voltmetro viene utilizzato per misurare la tensione ai terminali dell'utente collegati alla sorgente di corrente.

Le misure di resistenza con un ohmmetro possono essere effettuate solo con l'utente spento. Questo perché l'ohmmetro emette una tensione calibrata e misura la corrente che scorre attraverso la testina, che viene convertita in ohm dividendo la tensione per il valore corrente.

Qualsiasi collegamento di una tensione esterna a bassa potenza durante la misurazione creerà correnti aggiuntive e distorcerà il risultato. Considerando che i circuiti interni dell'ohmmetro sono di bassa potenza, in caso di misurazioni errate della resistenza quando si applica una tensione esterna, il dispositivo molto spesso si guasta a causa del fatto che il suo circuito interno si brucia.

Conoscere le caratteristiche di base di corrente, tensione, resistenza e le relazioni tra di esse consente agli elettricisti di svolgere con successo il proprio lavoro e di far funzionare in modo affidabile i sistemi elettrici, e gli errori commessi molto spesso portano a incidenti e infortuni.