Elettricità

Cos'è la corrente elettrica

Elettricità: movimento diretto di particelle elettricamente cariche sotto l'impatto campo elettrico... Tali particelle possono essere: nei conduttori - elettroni, negli elettroliti - ioni (cationi e anioni), nei semiconduttori - elettroni e i cosiddetti "buchi" ("conduttività dei buchi elettronici"). Esiste anche una «corrente di polarizzazione», il cui flusso è dovuto al processo di carica della capacità, cioè da una variazione della differenza di potenziale tra le armature. Non si verifica alcun movimento di particelle tra le piastre, ma la corrente scorre attraverso il condensatore.

Nella teoria dei circuiti elettrici, la corrente è considerata il movimento diretto dei portatori di carica in un mezzo conduttivo sotto l'azione di un campo elettrico.

La corrente di conduzione (solo corrente) nella teoria dei circuiti elettrici è la quantità di elettricità che scorre per unità di tempo attraverso la sezione trasversale di un filo: i = q /T, dove i — corrente. UN; q = 1.6·109 — carica elettronica, С; t — tempo, s.

Questa espressione è valida per i circuiti DC. Per circuiti a corrente alternata, il cosiddetto Valore di corrente istantanea pari al tasso di variazione della carica nel tempo: i (t) = dq /dt.

La prima condizione per l'esistenza a lungo termine di una corrente elettrica del tipo considerato è la presenza di una sorgente o generatore che mantenga la differenza di potenziale tra i portatori di carica. La seconda condizione è la chiusura della strada. In particolare, perché esista una corrente continua, è necessario disporre di un percorso chiuso lungo il quale le cariche possano muoversi nel circuito senza modificarne il valore.

Come sai, secondo la legge di conservazione delle cariche elettriche, non possono essere create o distrutte. Pertanto, se un qualsiasi volume di spazio in cui scorrono le correnti elettriche è circondato da una superficie chiusa, la corrente che scorre in quel volume deve essere uguale alla corrente che ne esce.

Altro su questo: Condizioni per l'esistenza della corrente elettrica

Il percorso chiuso attraverso il quale scorre una corrente elettrica è chiamato circuito elettrico o circuito elettrico. Circuito elettrico — diviso in due parti: la parte interna, in cui le particelle elettricamente cariche si muovono contro la direzione delle forze elettrostatiche, e la parte esterna, in cui queste particelle si muovono nella direzione delle forze elettrostatiche. Le estremità degli elettrodi a cui è collegato il circuito esterno sono chiamate morsetti.

Quindi, una corrente elettrica si verifica quando un campo elettrico appare su una sezione di un circuito elettrico, o una differenza di potenziale tra due punti su un filo. Differenza di potenziale tra due punti circuito elettrico sono chiamati tensione o caduta di tensione in quella sezione del circuito.

Invece del termine "corrente" ("quantità corrente"), viene spesso utilizzato il termine "forza attuale".Tuttavia, quest'ultimo non può essere definito riuscito, poiché la forza attuale non è una forza nel senso letterale della parola, ma solo l'intensità del movimento delle cariche elettriche nel conduttore, la quantità di elettricità che passa per unità di tempo attraverso l'incrocio sezione del conduttore.
La corrente è caratterizzata amperaggio, che nel sistema SI si misura in ampere (A), e densità di corrente, che nel sistema SI si misura in ampere per metro quadro.

Un ampere corrisponde al movimento attraverso la sezione trasversale del filo in un secondo (s) di una carica di elettricità nella quantità di un coulomb (C):

1A = 1C/s.

Nel caso generale, indicando la corrente con la lettera i e la carica q, otteniamo:

io = dq / dt.

L'unità di misura della corrente si chiama ampere (A).

Ampere (A) — l'intensità di una corrente continua che, passando attraverso due conduttori rettilinei paralleli di lunghezza infinita e sezione trascurabile, posti nel vuoto a una distanza di 1 m l'uno dall'altro, crea tra questi conduttori 2·10 -7 H per ogni metro di lunghezza .

La corrente nel filo è 1 A se una carica elettrica pari a 1 coulomb attraversa la sezione trasversale del filo in 1 s.

Riso. 1. Movimento direzionale di elettroni in un conduttore

Se una tensione agisce sul filo, si crea un campo elettrico all'interno del filo. Con un'intensità di campo E, una forza f = Ee agisce sugli elettroni di carica e. Le grandezze e ed E sono grandezze vettoriali. Durante il percorso libero, gli elettroni acquisiscono un movimento diretto insieme a uno caotico. Ogni elettrone ha carica negativa e riceve la componente di velocità opposta al vettore E (Fig. 1). Il moto ordinato, caratterizzato da una certa velocità media degli elettroni vcp, determina il flusso di corrente elettrica.

Gli elettroni possono avere un movimento diretto nei gas rarefatti. Negli elettroliti e nei gas ionizzati, la corrente è dovuta principalmente al movimento degli ioni. Coerentemente con il fatto che gli ioni caricati positivamente si spostano dal polo positivo al polo negativo negli elettroliti, storicamente si è ipotizzato che la direzione della corrente fosse opposta alla direzione del flusso di elettroni.

La direzione della corrente è presa come la direzione in cui si muovono le particelle caricate positivamente, cioè direzione opposta al movimento dell'elettrone.
Nella teoria dei circuiti elettrici, la direzione della corrente in un circuito passivo (al di fuori delle fonti di energia) è considerata come la direzione del movimento delle particelle caricate positivamente da un potenziale più alto a uno più basso. Questa direzione è stata presa proprio all'inizio dello sviluppo dell'ingegneria elettrica e contraddice la vera direzione del movimento dei portatori di carica: gli elettroni che si muovono nei mezzi conduttivi da meno a più.

La direzione della corrente elettrica nell'elettrolita e degli elettroni liberi nel conduttore

La quantità uguale al rapporto tra la corrente e l'area della sezione trasversale S è chiamata densità di corrente: I / S

In questo caso, si presume che la corrente sia distribuita uniformemente sulla sezione trasversale del filo. La densità di corrente nei fili viene solitamente misurata in A / mm2.

A seconda del tipo di portatori di cariche elettriche e del mezzo del loro movimento, sono divisi in correnti conduttive e correnti di spostamento... La conduttività è divisa in elettronica e ionica. Per le modalità stazionarie si distinguono due tipi di correnti: diretta e alternata.

Il trasferimento di scosse elettriche è chiamato il fenomeno del trasferimento di cariche elettriche da particelle cariche o corpi che si muovono nello spazio libero.Il tipo principale di trasferimento di corrente elettrica è il movimento nella cavità delle particelle cariche elementari (il movimento degli elettroni liberi nei tubi elettronici), il movimento degli ioni liberi nei dispositivi di scarica del gas.

Corrente di spostamento (corrente di polarizzazione) chiamato il movimento ordinato dei portatori associati di cariche elettriche. Questo tipo di corrente può essere osservato nei dielettrici.

Corrente elettrica totale — un valore scalare pari alla somma della corrente di conduzione elettrica, della corrente di trasferimento elettrico e della corrente di spostamento elettrico attraverso la superficie considerata.

Costante è chiamata una corrente che può cambiare di grandezza, ma non cambia segno per un tempo arbitrariamente lungo. Per saperne di più qui: CC

Corrente magnetizzante — una corrente microscopica (ampere) costante, che è la ragione dell'esistenza di un campo magnetico intrinseco di sostanze magnetizzate.

Variabili chiamate correnti che cambiano periodicamente sia in grandezza che in segno. La grandezza che caratterizza la corrente alternata è la frequenza (nel sistema SI si misura in hertz), nel caso in cui la sua intensità cambi periodicamente.

Una corrente alternata ad alta frequenza viene spostata sulla superficie del filo. Le correnti ad alta frequenza sono utilizzate nell'ingegneria meccanica per il trattamento termico delle superfici delle parti e la saldatura, nella metallurgia per la fusione dei metalli. Le correnti alternate si dividono in sinusoidali e non sinusoidali… Una corrente sinusoidale è una corrente che cambia secondo una legge armonica:

i = peso del peccato,

dove sono, - valore di corrente di picco (più alto)., Ah,

Il tasso di variazione della corrente alternata è caratterizzato dal suo frequenza, definito come il numero di oscillazioni ripetitive complete per unità di tempo.La frequenza è indicata dalla lettera f ed è misurata in hertz (Hz). Quindi una frequenza della corrente di rete di 50 Hz corrisponde a 50 oscillazioni complete al secondo. La frequenza angolare w è la velocità di variazione della corrente in radianti al secondo ed è correlata alla frequenza mediante una semplice relazione:

w = 2pi f

Valori stazionari (fissi) di correnti continue e alternate significano con la lettera maiuscola I valori non stazionari (istantanei) - con la lettera i. Di solito la direzione positiva della corrente è la direzione del movimento delle cariche positive.

Corrente alternata È una corrente che cambia secondo la legge sinusoidale nel tempo.

Corrente alternata significa anche corrente nelle reti convenzionali monofase e trifase. In questo caso, i parametri della corrente alternata cambiano secondo la legge armonica.

Poiché la corrente alternata cambia nel tempo, le soluzioni semplici adatte ai circuiti CC non sono direttamente applicabili in questo caso. A frequenze molto elevate, le cariche possono oscillare, fluire da un punto all'altro del circuito e viceversa. In questo caso, a differenza dei circuiti CC, le correnti nei fili collegati in serie possono essere disuguali.

Le capacità presenti nei circuiti CA aumentano questo effetto. Inoltre, al variare della corrente, si avvertono effetti di autoinduzione, che diventano significativi anche alle basse frequenze se si utilizzano bobine ad alta induttanza.

A frequenze relativamente basse, il circuito CA può ancora essere calcolato utilizzando Regole di Kirchhoffche, tuttavia, deve essere modificato di conseguenza.

Un circuito contenente vari resistori, induttori e condensatori può essere pensato come un resistore generalizzato, un condensatore e un induttore collegati in serie.

Considera le proprietà di un tale circuito collegato a un generatore di corrente alternata sinusoidale. Per formulare le regole per il calcolo dei circuiti alternati, è necessario trovare la relazione tra la caduta di tensione e la corrente per ciascuno dei componenti di tale circuito.

Condensatore svolge ruoli completamente diversi nei circuiti CA e CC. Se, ad esempio, una cella elettrochimica è collegata al circuito, allora il condensatore inizierà a caricarsifinché la tensione in esso non diventa uguale alla fem dell'elemento. Quindi la ricarica si interromperà e la corrente scenderà a zero.

Se il circuito è collegato a un alternatore, in un semiciclo gli elettroni fluiranno dalla piastra sinistra del condensatore e si accumuleranno a destra, e nell'altro - viceversa.

Questi elettroni in movimento costituiscono una corrente alternata la cui forza è uguale su entrambi i lati del condensatore. Finché la frequenza CA non è molto elevata, anche la corrente attraverso il resistore e l'induttore è la stessa.

Nei dispositivi che consumano corrente alternata, la corrente alternata viene spesso rettificata raddrizzatori per ottenere corrente continua.

Conduttori per corrente elettrica

La corrente elettrica in tutte le sue forme è un fenomeno cinetico, analogo al flusso di fluidi in sistemi idraulici chiusi. Per analogia, il processo di movimento corrente è chiamato «flusso» (flusso di corrente).

Viene chiamato il materiale in cui scorre la corrente conduttore… Alcuni materiali entrano in superconduttività a basse temperature. In questo stato non mostrano quasi nessuna resistenza alla corrente, la loro resistenza tende a zero.

In tutti gli altri casi, il conduttore resiste al flusso di corrente e, di conseguenza, parte dell'energia delle particelle elettriche viene convertita in calore.L'amperaggio può essere calcolato da Legge di Ohm per la sezione trasversale del circuito e la legge di Ohm per l'intero circuito.

La velocità di movimento delle particelle nei fili dipende dal materiale del filo, dalla massa e dalla carica della particella, dalla temperatura dell'ambiente, dalla differenza di potenziale applicata ed è molto inferiore alla velocità della luce. Tuttavia, la velocità di propagazione della corrente elettrica stessa è uguale alla velocità della luce in un dato mezzo, cioè la velocità di propagazione del fronte di un'onda elettromagnetica.

Come l'elettricità influisce sul corpo umano

La corrente che passa attraverso il corpo umano o animale può causare ustioni elettriche, fibrillazione o morte. D'altra parte, la corrente elettrica viene utilizzata in terapia intensiva, per curare malattie mentali, in particolare la depressione, la stimolazione elettrica di alcune aree del cervello viene utilizzata per curare malattie come il morbo di Parkinson e l'epilessia, un pacemaker che stimola un muscolo cardiaco con pulsazioni la corrente viene utilizzata per la bradicardia. Nell'uomo e negli animali, la corrente viene utilizzata per trasmettere gli impulsi nervosi.

Per motivi di sicurezza, la corrente ricettiva minima per una persona è di 1 mA. La corrente diventa pericolosa per la vita di una persona a partire da un'intensità di circa 0,01 A. La corrente diventa letale per una persona a partire da un'intensità di circa 0,1 A. Una tensione inferiore a 42 V è considerata sicura.