Що таке електричний струм? Умови існування електричного струму: характеристики та дії

Електричний струм - це електричний заряд в русі. Він може приймати форму раптового розряду статичної електрики, такого як, наприклад, блискавка. Або це може бути контрольований процес в генераторах, батареях, сонячних або паливних елементах. Сьогодні ми розглянемо саме поняття "електричний струм" та умови існування електричного струму.

Електрична енергія

Велика частина електроенергії, яку ми використовуємо, надходить у вигляді змінного струму з електричної мережі. Він створюється генераторами, що працюють за законом індукції Фарадея, завдяки якому змінюється магнітне поле може індукувати електричний струм в провіднику.


Генератори мають обертаються котушки дроту, які проходять через магнітні поля по мірі їх обертання. Коли котушки обертаються, вони відкриваються і закриваються відносно магнітного поля і створюють електричний струм, що міняє напрямок на кожному повороті. Струм проходить через повний цикл вперед і назад 60 разів в секунду. Генератори можуть харчуватися від парових турбін, нагрітих вугіллям, природним газом, нафтою або ядерним реактором. З генератора струм проходить через ряд трансформаторів, де росте його напруга. Діаметр проводів визначає величину і силу струму, яку вони можуть переносити без перегріву і втрати енергії, а напруга обмежено тільки тим, наскільки добре лінії ізольовані від землі. Цікаво відзначити, що струм переноситься тільки одним дротом, а не двома. Дві його сторони позначаються як позитивна і негативна. Однак, оскільки полярність змінного струму змінюється 60 разів в секунду, вони мають і інші назви - гарячі (магістральні лінії електропередач) і заземлені (що проходять під землею для замикання ланцюга).

Навіщо потрібен електричний струм?

Існує маса можливостей застосування електроструму: він може освітити ваш будинок, вимити і висушити одяг, підняти двері вашого гаража, змусити закипіти воду в чайнику і дати можливість працювати іншим побутових предметів, які значно полегшують нам життя. Тим не менш все більш важливою стає здатність струму передавати інформацію. При підключенні до Інтернету комп'ютером використовується лише невелика частина електричного струму, але це те, без чого сучасна людина не уявляє свого життя.

Поняття про електричному струмі

Подібно річкового течією потоку молекул води, електричний струм - це потік заряджених частинок. Що це таке, що його викликає, і чому він не завжди йде в одному напрямку? Коли ви чуєте слово «тече», про що ви думаєте? Можливо, це буде річка. Це хороша асоціація, тому що саме з цієї причини електричний струм отримав свою назву. Він дуже схожий на потік води, тільки замість молекул води, що рухаються по руслу, заряджені частинки рухаються по провіднику. Серед умов, необхідних для існування електричного струму, є пункт, що передбачає наявність електронів. Атоми в провідному матеріалі мають багато цих вільних заряджених частинок, які плавають навколо і між атомами. Їх рух є випадковим, тому потік в якомусь заданому напрямку відсутній. Що ж потрібно, щоб існував електричний струм?
Умови існування електричного струму включають в себе наявність напруги. Коли воно застосовується до провідника, всі вільні електрони будуть рухатися в одному напрямку, створюючи струм.

Цікаво про електричному струмі

Цікаво те, що коли електрична енергія передається через провідник зі швидкістю світла, самі електрони рухаються набагато повільніше. Насправді, якщо б ви не поспішаючи пройшли поруч з струмопровідної дротом, ваша швидкість була б в 100 разів швидше, ніж рухаються електрони. Це обумовлено тим, що їм не потрібно долати величезні відстані, щоб передавати енергію один одному.

Прямий і змінний струм

Сьогодні широко використовуються два різних типи струму - постійний і змінний. У першому електрони рухаються в одному напрямку, з «негативного» на «позитивний». Змінний струм штовхає електрони назад і вперед, змінюючи напрямок потоку кілька разів в секунду. Генератори, які використовуються на електростанціях для виробництва електроенергії, призначені для виробництва змінного струму. Ви, напевно, ніколи не звертали увагу на те, що світло у вашому домі насправді мерехтить, оскільки поточне напрям змінюється, але це відбувається занадто швидко, щоб очі змогли це розпізнати. Які умови існування постійного електричного струму? Навіщо нам потрібні обидва типи і який з них краще? Це хороші питання. Той факт, що ми все ще використовуємо обидва типу струму, говорить про те, що вони обидва служать певним цілям. Ще в XIX столітті було зрозуміло, що ефективна передача потужності на великі відстані між електростанцією і будинком була можлива лише при дуже високій напрузі. Але проблема полягала в тому, що відправка дійсно високої напруги була надзвичайно небезпечною для людей. Вирішення цієї проблеми полягала в тому, щоб зменшити напругу поза домом, перш ніж відправляти його всередину. І донині постійний електричний струм використовується для передачі на великі відстані, в основному із-за його здатності легко перетворюватися в інші напруги.

Як працює електричний струм

Умови існування електричного струму включають в себе наявність заряджених частинок, провідника і напруги. Багато вчених вивчали електрика і виявили, що існує два його типи: статичний і поточне. Саме друге відіграє величезну роль у повсякденному житті будь-якої людини, так як являє собою електричний струм, який проходить через ланцюг. Ми щодня використовуємо його для живлення наших будинків і багато чого іншого.

Що таке електричний струм?

Коли в ланцюзі циркулюють електричні заряди з одного місця в інше, виникає електричний струм. Умови існування електричного струму включають в себе, крім заряджених частинок, наявність провідника. Найчастіше це провід. Схема його являє собою замкнутий контур, в якому струм проходить від джерела живлення. Коли ж розімкнути ланцюг, він не може закінчити шлях. Наприклад, коли світло у вашій кімнаті вимкнений, розімкнути ланцюг, але коли ланцюг замкнута, світло горить.

Потужність струму

На умови існування електричного струму в провіднику великий вплив має така характеристика напруги, як потужність. Це показник того, скільки енергії використовується протягом певного періоду часу. Існує багато різних одиниць, які можуть використовуватися для вираження даної характеристики. Однак електрична потужність майже вимірюється у ватах. Один ват дорівнює одному джоулю на секунду.

Електричний заряд в русі

Які умови існування електричного струму? Він може приймати форму раптового розряду статичної електрики, такого як блискавка або іскра від тертя з вовняною тканиною. Однак найчастіше, коли ми говоримо про електричному струмі, ми маємо на увазі більш контрольовану форму електрики, завдяки якій горить світло і працюють прилади. Велика частина електричного заряду переноситься негативними електронами і позитивними протонами всередині атома. Однак другі в основному іммобілізовані всередині атомних ядер, тому робота з перенесення заряду з одного місця в інше виконується електронами. Електрони в провідному матеріалі, такому як метал, значною мірою вільні для переходу від одного атома до іншого уздовж їх зон провідності, які є вищими електронними орбітами. Достатня електрорушійна сила або напруга створює дисбаланс заряду, який може викликати рух електронів через провідник у вигляді електричного струму. Якщо провести аналогію з водою, то візьмемо, приміром, трубу. Коли ми відкриваємо клапан на одному кінці, щоб вода потрапила в трубу, то нам не потрібно чекати, поки ця вода прокладе весь шлях до кінця. Ми отримуємо воду на іншому кінці майже миттєво, тому що входить вода виштовхує воду, яка вже знаходиться в трубі. Це те, що відбувається у випадку електричного струму у проводі.

Електричний струм: умови існування електричного струму

Електричний струм зазвичай розглядається як потік електронів. Коли два кінця батареї з'єднані один з одним за допомогою металевого дроту, ця заряджена маса через дріт потрапляє з одного кінця (електрода або полюси) батареї на протилежний. Отже, назвемо умови існування електричного струму:

Заряджені частинки.

Провідник.

Джерело напруги.

Однак не все так просто. Які умови необхідні для існування електричного струму? На це питання можна відповісти більш докладно, розглянувши наступні характеристики:

Різниця потенціалів (напруга). Це одна з обов'язкових умов. Між 2 точками повинна бути різниця потенціалів, яка означає, що відразлива сила, яка створюється зарядженими частинками в одному місці, повинна бути більше, ніж їх сила в іншій точці. Джерела напруги, як правило, не зустрічаються в природі, і електрони розподіляються в навколишньому середовищі досить рівномірно. Все ж вченим вдалося винайти певні типи приладів, де ці заряджені частинки можуть накопичуватися, тим самим створюючи те саме необхідне напруга (наприклад, в батарейках).

Електричний опір (провідник). Це друга важлива умова, яка необхідна для існування електроструму. Це шлях, яким переміщуються заряджені частинки. В якості провідників виступають тільки ті матеріали, які дають можливість електронам вільно переміщатися. Ті ж, у яких цієї здатності немає, називаються ізоляторами. Наприклад, дріт з металу буде відмінним провідником, в той час як її гумова оболонка буде чудовим ізолятором.

Ретельно вивчивши умови виникнення та існування електричного струму, люди змогли приручити цю могутню і небезпечну стихію і направити її на благо людства.