เป็นไปไม่ได้เลยที่จะจินตนาการถึงชีวิตของคนยุคใหม่ที่ไม่มีไฟฟ้าใช้ โวลต์, แอมป์, วัตต์ - คำเหล่านี้จะได้ยินเมื่อพูดถึงอุปกรณ์ที่ทำงานด้วยไฟฟ้า แต่กระแสไฟฟ้าคืออะไรและมีเงื่อนไขในการดำรงอยู่ของมันอย่างไร? เราจะพูดถึงเรื่องนี้เพิ่มเติมโดยให้คำอธิบายสั้น ๆ สำหรับช่างไฟฟ้ามือใหม่

คำนิยาม

กระแสไฟฟ้าคือการเคลื่อนที่โดยตรงของตัวพาประจุ - นี่เป็นสูตรมาตรฐานจากหนังสือเรียนฟิสิกส์ ในทางกลับกัน ตัวพาประจุจะถูกเรียกว่าอนุภาคของสสาร พวกเขาอาจจะเป็น:

• อิเล็กตรอนเป็นพาหะประจุลบ
• ไอออนเป็นพาหะประจุบวก

แต่ผู้ให้บริการเรียกเก็บเงินมาจากไหน? ในการตอบคำถามนี้ คุณต้องจำความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับโครงสร้างของสสาร ทุกสิ่งที่อยู่รอบตัวเราล้วนแต่เป็นสสาร ประกอบด้วยโมเลกุล ซึ่งเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุด โมเลกุลประกอบด้วยอะตอม อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสซึ่งอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปในวงโคจรที่กำหนด โมเลกุลยังเคลื่อนที่แบบสุ่ม การเคลื่อนไหวและโครงสร้างของอนุภาคแต่ละอนุภาคขึ้นอยู่กับตัวสารเองและอิทธิพลของสภาพแวดล้อมที่ส่งผลต่อสารนั้น เช่น อุณหภูมิ ความเครียด และอื่นๆ

ไอออนคืออะตอมที่อัตราส่วนของอิเล็กตรอนและโปรตอนเปลี่ยนไป หากอะตอมเป็นกลางในตอนแรก ไอออนก็จะถูกแบ่งออกเป็น:

• ประจุลบเป็นไอออนบวกของอะตอมที่สูญเสียอิเล็กตรอน
• แคตไอออนเป็นอะตอมที่มีอิเล็กตรอน "พิเศษ" ติดอยู่กับอะตอม

หน่วยวัดกระแสคือแอมแปร์ตามการคำนวณโดยใช้สูตร:

โดยที่ U คือแรงดัน [V] และ R คือความต้านทาน [โอห์ม]

หรือเป็นสัดส่วนโดยตรงกับจำนวนค่าธรรมเนียมที่โอนต่อหน่วยเวลา:

โดยที่ Q – ประจุ, [C], t – เวลา, [s]

สภาวะการมีอยู่ของกระแสไฟฟ้า

เรารู้แล้วว่ากระแสไฟฟ้าคืออะไร ตอนนี้เรามาพูดถึงวิธีให้แน่ใจว่ากระแสไฟฟ้าไหลได้อย่างไร เพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลต้องเป็นไปตามเงื่อนไขสองประการ:

1. การแสดงตนของผู้ให้บริการที่คิดค่าบริการฟรี
2. สนามไฟฟ้า.

เงื่อนไขแรกสำหรับการดำรงอยู่และการไหลของกระแสไฟฟ้าขึ้นอยู่กับสารที่กระแสไหล (หรือไม่ไหล) รวมถึงสถานะของกระแสไฟฟ้าด้วย เงื่อนไขที่สองก็เป็นไปได้เช่นกัน: สำหรับการมีอยู่ของสนามไฟฟ้าจำเป็นต้องมีศักยภาพที่แตกต่างกันซึ่งจะมีตัวกลางที่พาหะประจุจะไหล

ให้เราเตือนคุณ:แรงดันไฟฟ้า EMF คือความต่างศักย์ เป็นไปตามนั้นเพื่อให้เป็นไปตามเงื่อนไขของการมีอยู่ของกระแส - การมีสนามไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าจำเป็นต้องใช้แรงดันไฟฟ้า สิ่งเหล่านี้อาจเป็นแผ่นของตัวเก็บประจุที่มีประจุ องค์ประกอบไฟฟ้า หรือ EMF ที่สร้างขึ้นภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็ก (เครื่องกำเนิดไฟฟ้า)

เราทราบแล้วว่ามันเกิดขึ้นได้อย่างไร เรามาพูดถึงทิศทางของมันกันดีกว่า กระแสไฟฟ้า ซึ่งส่วนใหญ่ในการใช้งานตามปกติของเรา จะมีการเคลื่อนตัวในตัวนำ (การเดินสายไฟฟ้าในอพาร์ทเมนต์ หลอดไส้) หรือในเซมิคอนดักเตอร์ (LED, โปรเซสเซอร์ของสมาร์ทโฟนและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ ของคุณ) ไม่ค่อยพบในก๊าซ (หลอดฟลูออเรสเซนต์)

ดังนั้น ในกรณีส่วนใหญ่พาหะประจุหลักจะเป็นอิเล็กตรอน โดยพวกมันจะย้ายจากลบ (จุดที่มีศักยภาพเป็นลบ) ไปเป็นบวก (จุดที่มีศักยภาพเชิงบวก คุณจะได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ด้านล่าง)

แต่ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจก็คือ ทิศทางของการเคลื่อนที่ในปัจจุบันถือเป็นการเคลื่อนที่ของประจุบวก - จากบวกไปลบ แม้ว่าในความเป็นจริงแล้วทุกอย่างจะเกิดขึ้นในทางกลับกันก็ตาม ความจริงก็คือการตัดสินใจเกี่ยวกับทิศทางของกระแสนั้นเกิดขึ้นก่อนที่จะศึกษาธรรมชาติของมันและก่อนที่จะพิจารณาว่ากระแสไหลและดำรงอยู่อย่างไร

กระแสไฟฟ้าในสภาพแวดล้อมต่างๆ

เราได้กล่าวไปแล้วว่าในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน กระแสไฟฟ้าอาจแตกต่างกันไปตามประเภทของตัวพาประจุ ตัวกลางสามารถแบ่งออกได้ตามธรรมชาติของค่าการนำไฟฟ้า (ตามลำดับค่าการนำไฟฟ้าจากมากไปน้อย):

1. ตัวนำ (โลหะ)
2. สารกึ่งตัวนำ (ซิลิคอน เจอร์เมเนียม แกลเลียมอาร์เซไนด์ ฯลฯ)
3. อิเล็กทริก (สุญญากาศ อากาศ น้ำกลั่น)

ในโลหะ

โลหะมีตัวพาประจุไฟฟ้าฟรี บางครั้งเรียกว่า "ก๊าซไฟฟ้า" ผู้ให้บริการชาร์จฟรีมาจากไหน? ความจริงก็คือโลหะนั้นก็เหมือนกับสสารใด ๆ ที่ประกอบด้วยอะตอม อะตอมเคลื่อนที่หรือสั่นสะเทือนไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง ยิ่งอุณหภูมิของโลหะสูงเท่าไร การเคลื่อนไหวก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น ในเวลาเดียวกัน อะตอมเองก็มักจะยังคงอยู่ในสถานที่ ซึ่งจริงๆ แล้วก่อตัวเป็นโครงสร้างของโลหะ

ในเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมมักจะมีอิเล็กตรอนหลายตัวที่มีการเชื่อมต่อกับนิวเคลียสค่อนข้างอ่อนแอ ภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิ ปฏิกิริยาเคมี และปฏิกิริยาของสิ่งเจือปนซึ่งไม่ว่าในกรณีใดก็ตามในโลหะ อิเล็กตรอนจะถูกฉีกออกจากอะตอมและไอออนที่มีประจุบวกจะเกิดขึ้น อิเล็กตรอนที่แยกออกมาจะถูกเรียกว่าอิสระและเคลื่อนที่อย่างวุ่นวาย

หากสิ่งเหล่านั้นได้รับผลกระทบจากสนามไฟฟ้า เช่น หากคุณเชื่อมต่อแบตเตอรี่เข้ากับชิ้นส่วนโลหะ การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่วุ่นวายจะเป็นระเบียบ อิเล็กตรอนจากจุดที่เชื่อมต่อศักย์ไฟฟ้าลบ (เช่น แคโทดของเซลล์กัลวานิก) จะเริ่มเคลื่อนที่ไปยังจุดที่มีศักยภาพเป็นบวก

ในสารกึ่งตัวนำ

เซมิคอนดักเตอร์เป็นวัสดุที่ในสภาวะปกติไม่มีตัวพาประจุฟรี พวกเขาอยู่ในเขตที่เรียกว่าเขตต้องห้าม แต่หากใช้แรงภายนอก เช่น สนามไฟฟ้า ความร้อน การแผ่รังสีต่างๆ (แสง การแผ่รังสี ฯลฯ) แรงเหล่านั้นจะเอาชนะช่องว่างของแถบความถี่และเคลื่อนเข้าสู่เขตอิสระหรือแถบการนำไฟฟ้า อิเล็กตรอนแยกตัวออกจากอะตอมและกลายเป็นอิสระ ก่อตัวเป็นไอออน - พาหะประจุบวก

ตัวพาเชิงบวกในเซมิคอนดักเตอร์เรียกว่ารู

หากคุณเพียงถ่ายโอนพลังงานไปยังเซมิคอนดักเตอร์ เช่น ให้ความร้อนแก่มัน การเคลื่อนที่ที่วุ่นวายของตัวพาประจุจะเริ่มขึ้น แต่ถ้าเรากำลังพูดถึงองค์ประกอบของเซมิคอนดักเตอร์ เช่น ไดโอดหรือทรานซิสเตอร์ EMF จะเกิดขึ้นที่ปลายด้านตรงข้ามของคริสตัล (มีการใช้ชั้นที่เป็นโลหะและตะกั่วจะถูกบัดกรี) แต่สิ่งนี้ไม่เกี่ยวข้องกับ หัวข้อของบทความของวันนี้

หากคุณใช้แหล่งกำเนิด EMF กับเซมิคอนดักเตอร์ ตัวพาประจุจะเคลื่อนไปยังแถบการนำไฟฟ้าด้วย และการเคลื่อนที่ตามทิศทางของพวกมันก็จะเริ่มขึ้นเช่นกัน - รูจะไปในทิศทางที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่า และอิเล็กตรอน - ไปในทิศทางที่มี อันที่สูงกว่า

ในสุญญากาศและแก๊ส

สุญญากาศเป็นตัวกลางที่ไม่มีก๊าซโดยสมบูรณ์ (ในอุดมคติ) หรือมีก๊าซเพียงเล็กน้อย (ในความเป็นจริง) เนื่องจากไม่มีสสารอยู่ในสุญญากาศ จึงไม่มีที่สำหรับตัวพาประจุไฟฟ้า อย่างไรก็ตามการไหลของกระแสในสุญญากาศถือเป็นจุดเริ่มต้นของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และยุคสมัยขององค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด - หลอดสุญญากาศ พวกเขาถูกใช้ในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ผ่านมาและในช่วงทศวรรษที่ 50 พวกเขาเริ่มค่อยๆ หลีกทางให้กับทรานซิสเตอร์ (ขึ้นอยู่กับสาขาอิเล็กทรอนิกส์เฉพาะ)

สมมติว่าเรามีภาชนะที่สูบก๊าซทั้งหมดออกไปนั่นคือ มีสุญญากาศที่สมบูรณ์อยู่ในนั้น วางอิเล็กโทรดสองตัวไว้ในภาชนะ เรียกว่าขั้วบวกและแคโทด ถ้าเราเชื่อมต่อศักย์ไฟฟ้าลบของแหล่งกำเนิด EMF กับแคโทด และศักย์ไฟฟ้าบวกกับขั้วบวก จะไม่มีอะไรเกิดขึ้นและไม่มีกระแสไฟฟ้าไหล แต่ถ้าเราเริ่มให้ความร้อนแก่แคโทด กระแสก็จะเริ่มไหล กระบวนการนี้เรียกว่าการปล่อยความร้อน - การปล่อยอิเล็กตรอนจากพื้นผิวอิเล็กตรอนที่ให้ความร้อน

รูปแสดงกระบวนการไหลของกระแสในหลอดสุญญากาศ ในหลอดสุญญากาศ แคโทดจะถูกให้ความร้อนโดยเส้นใยที่อยู่ใกล้ๆ บนรูป (H) เช่น ในหลอดไฟ

ในเวลาเดียวกันหากคุณเปลี่ยนขั้วของแหล่งจ่ายไฟ - ใช้ลบกับขั้วบวกและบวกกับแคโทด - จะไม่มีกระแสไหล นี่จะพิสูจน์ว่ากระแสในสุญญากาศไหลเนื่องจากการเคลื่อนตัวของอิเล็กตรอนจากแคโทดไปยังขั้วบวก

แก๊สเช่นเดียวกับสารใด ๆ ประกอบด้วยโมเลกุลและอะตอมซึ่งหมายความว่าหากก๊าซอยู่ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าอิเล็กตรอนจะแตกตัวออกจากอะตอมที่ความแรงบางอย่าง (แรงดันไอออไนเซชัน) จากนั้นทั้งสองสภาวะของการไหล ของกระแสไฟฟ้าก็จะพอใจ - สนามและสื่อเสรี

ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว กระบวนการนี้เรียกว่าการแตกตัวเป็นไอออน มันสามารถเกิดขึ้นได้ไม่เพียงแต่จากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้เท่านั้น แต่ยังมาจากการให้ความร้อนแก่ก๊าซ รังสีเอกซ์ ภายใต้อิทธิพลของรังสีอัลตราไวโอเลต และอื่นๆ

กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านอากาศ แม้ว่าจะมีการติดตั้งหัวเผาไว้ระหว่างขั้วไฟฟ้าก็ตาม

การไหลของกระแสในก๊าซเฉื่อยจะมาพร้อมกับการเรืองแสงของก๊าซปรากฏการณ์นี้ใช้อย่างแข็งขันในหลอดฟลูออเรสเซนต์ การไหลของกระแสไฟฟ้าในตัวกลางที่เป็นก๊าซเรียกว่าการปล่อยก๊าซ

ในของเหลว

สมมติว่าเรามีภาชนะที่มีน้ำซึ่งมีอิเล็กโทรดสองอันวางอยู่ซึ่งเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงาน หากน้ำกลั่น กล่าวคือ บริสุทธิ์และไม่มีสิ่งเจือปน มันจะเป็นอิเล็กทริก แต่ถ้าเราเติมเกลือ กรดซัลฟิวริก หรือสารอื่นใดลงในน้ำเล็กน้อย อิเล็กโทรไลต์จะถูกสร้างขึ้นและกระแสจะเริ่มไหลผ่าน

อิเล็กโทรไลต์เป็นสารที่นำกระแสไฟฟ้าเนื่องจากการแยกตัวออกเป็นไอออน

หากคุณเติมคอปเปอร์ซัลเฟตลงในน้ำชั้นของทองแดงจะสะสมอยู่บนอิเล็กโทรดตัวใดตัวหนึ่ง (แคโทด) ซึ่งเรียกว่าอิเล็กโทรไลซิสซึ่งพิสูจน์ว่ากระแสไฟฟ้าในของเหลวเกิดขึ้นเนื่องจากการเคลื่อนที่ของไอออน - บวกและลบ ผู้ให้บริการชาร์จ

อิเล็กโทรไลซิสเป็นกระบวนการทางกายภาพและเคมีที่เกี่ยวข้องกับการแยกส่วนประกอบที่ประกอบเป็นอิเล็กโทรไลต์บนอิเล็กโทรด

นี่คือวิธีการชุบทองแดง การปิดทอง และการเคลือบด้วยโลหะอื่นๆ ที่เกิดขึ้น

บทสรุป

โดยสรุป เพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลได้ จำเป็นต้องมีตัวพาประจุฟรี:

• อิเล็กตรอนในตัวนำ (โลหะ) และสุญญากาศ
• อิเล็กตรอนและรูในเซมิคอนดักเตอร์
• ไอออน (แอนไอออนและแคตไอออน) ในของเหลวและก๊าซ

เพื่อให้การเคลื่อนที่ของพาหะเหล่านี้เป็นระเบียบ จำเป็นต้องมีสนามไฟฟ้า พูดง่ายๆ ก็คือจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่ปลายตัวเครื่องหรือติดตั้งอิเล็กโทรดสองตัวในสภาพแวดล้อมที่คาดว่ากระแสไฟฟ้าจะไหล

เป็นที่น่าสังเกตว่ากระแสมีอิทธิพลต่อสสารในลักษณะใดลักษณะหนึ่ง อิทธิพลมีสามประเภท:

• ความร้อน;
• เคมี;
• ทางกายภาพ.

มีประโยชน์

เนื้อหา:

คนทั่วไปทุกคนคุ้นเคยกับปริมาณไฟฟ้า - กระแส, แรงดันไฟฟ้า - การทำงานของเครื่องใช้ในครัวเรือนขึ้นอยู่กับพวกเขา แต่มีเพียงไม่กี่คนที่เข้าใจความหมายของกระแสไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์ เป็นการบ่งชี้ให้เปรียบเทียบกระแสไฟฟ้ากับการไหลของแม่น้ำเฉพาะอนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่อยู่และในแม่น้ำ - น้ำ เราต้องเข้าใจว่ากระแสเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวเท่านั้น ต้องสร้างเงื่อนไขเพื่อการดำรงอยู่ พิจารณากระบวนการเหล่านี้โดยละเอียด

คำจำกัดความพื้นฐาน

ไฟฟ้าล้อมรอบเราทุกวัน แต่ไม่ใช่ทุกคนที่เข้าใจว่ากระแสไฟฟ้าคืออะไรและปริมาณที่เกี่ยวข้อง แต่กระแสไฟฟ้ามีความสำคัญต่อชีวิตประจำวัน มีการตีความแนวคิดเรื่องกระแสไฟฟ้าหลายประการ:

1. คำจำกัดความที่ยอมรับในตำราเรียนคือกระแสไฟฟ้าคือการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุเนื่องจากอิทธิพลของสนามไฟฟ้าที่มีต่ออนุภาคเหล่านั้น อนุภาคได้แก่ โปรตอน หลุม อิเล็กตรอน ไอออน
2. ในวรรณกรรมไฟฟ้าของสถาบันอุดมศึกษาเขียนไว้ว่ากระแสไฟฟ้าคืออัตราที่ประจุเปลี่ยนแปลงตามเวลา ประจุของอิเล็กตรอนถือเป็นลบ โปรตอนเป็นบวก และนิวตรอนเป็นกลาง

ในวิศวกรรมไฟฟ้าผู้เชี่ยวชาญทราบถึงความสำคัญของแนวคิดเช่นความแรงของกระแส - นี่คือจำนวนอนุภาคที่มีประจุซึ่งผ่านหน้าตัดของตัวนำเมื่อเวลาผ่านไป การเคลื่อนที่ของกระแสในตัวนำสามารถอธิบายได้ดังนี้: “ ... วัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าทั้งหมดมีโครงสร้างภายใน (โมเลกุล, อะตอม, นิวเคลียสที่มีอิเล็กตรอนหมุน) เมื่อปฏิกิริยาเคมีส่งผลกระทบต่อวัสดุ อิเล็กตรอนจากอะตอมหนึ่งจะเคลื่อนที่ไปยังอีกอะตอมหนึ่ง . สถานการณ์เกิดขึ้นเมื่ออะตอมบางอะตอมขาดอิเล็กตรอน ในขณะที่อะตอมบางตัวมีอิเล็กตรอนมากเกินไป ซึ่งแสดงประจุที่ตรงกันข้าม อิเล็กตรอนมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่จากสารหนึ่งไปยังอีกสารหนึ่ง การเคลื่อนที่นี้คือกระแสไฟฟ้า”

ผู้เชี่ยวชาญเน้นย้ำว่าในกรณีนี้ กระแสจะไหลจนกว่าประจุในสารทั้งสองจะเท่ากันเท่านั้น

เพื่อให้เข้าใจการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้า สิ่งสำคัญคือต้องทราบคำจำกัดความของแรงดันไฟฟ้า - นี่คือความต่างศักย์ที่เกิดขึ้นที่จุดสองจุดในสนามไฟฟ้าซึ่งวัดเป็นโวลต์

พลังงานไฟฟ้า

ในภูมิภาคต่าง ๆ โดยเฉพาะในยูเครน คนทั่วไปสนใจ: "ดีดไฟฟ้าคืออะไร" ใช้เพื่อวัตถุประสงค์อะไรและมาจากไหน? ทุกวันเราใช้พลังงานไฟฟ้าซึ่งแสดงโดยกระแสสลับในเครือข่ายไฟฟ้า

กระแสสลับในตัวนำคือเมื่ออนุภาคที่มีประจุในช่วงเวลาหนึ่งเปลี่ยนทิศทางและขนาด กราฟิกกระแสสลับจะแสดงเป็นไซน์ซอยด์ มันถูกสร้างขึ้นโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ขดลวดหมุนและข้ามสนามแม่เหล็กในขณะที่พวกมันหมุน ในระหว่างการหมุน ขดลวดสามารถเปิดและปิดโดยสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็ก ซึ่งจะสร้างกระแสไฟฟ้าที่เปลี่ยนทิศทางในตัวนำ และเกิดวงจรเต็มในหนึ่งนาที

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุนจากกังหันไอน้ำที่มีแหล่งพลังงานที่แตกต่างกัน ได้แก่ ถ่านหิน ก๊าซ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ น้ำมัน ถัดไปแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันจะเพิ่มขึ้นผ่านระบบหม้อแปลงและผ่านตัวนำที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่ต้องการจะถูกถ่ายโอนโดยไม่สูญเสียในระยะทางไกล เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นลวดที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านจะกำหนดความแข็งแรงและขนาดของมัน สายด่วนในภาคพลังงานเรียกว่าสายส่งพลังงานหลัก นอกจากนี้ยังมีตัวเลือกที่ต่อสายดินเมื่อมีการส่งไฟฟ้าใต้ดิน

กระแสไฟฟ้าใช้ที่ไหน?

เป็นกระแสที่ทำให้ชีวิตของเราง่ายขึ้นมากสร้างความสะดวกสบายในบ้าน ใช้สำหรับให้แสงสว่างในอาคาร, กลางแจ้ง, สำหรับการอบแห้งสิ่งของ, ในองค์ประกอบความร้อนของเตาไฟฟ้า, ในเครื่องใช้ในครัวเรือนและอุปกรณ์อื่น ๆ, ทำหน้าที่ยกประตูโรงรถ ฯลฯ

เงื่อนไขที่จำเป็นในการรับกระแสไฟฟ้า

สำหรับการมีอยู่ของกระแสไฟฟ้าจำเป็นต้องมีเงื่อนไขดังต่อไปนี้: การมีอยู่ของอนุภาคที่มีประจุวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าซึ่งอนุภาคจะเคลื่อนที่และแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า เงื่อนไขสำคัญในการรับกระแสไฟฟ้าคือการมีแรงดันไฟฟ้าซึ่งพิจารณาจากความต่างศักย์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง แรงที่สร้างขึ้นโดยอนุภาคที่มีประจุน่ารังเกียจจะมีค่ามากกว่าที่จุดหนึ่งมากกว่าที่อีกจุดหนึ่ง

ไม่มีแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าตามธรรมชาติ ด้วยเหตุนี้อิเล็กตรอนจึงกระจายรอบตัวเราอย่างสม่ำเสมอ แต่สิ่งประดิษฐ์ เช่น แบตเตอรี่ ทำให้สามารถกักเก็บพลังงานไฟฟ้าไว้ในตัวเราได้

เงื่อนไขที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือความต้านทานไฟฟ้าหรือตัวนำซึ่งอนุภาคที่มีประจุจะเคลื่อนที่ไป วัสดุที่เป็นไปได้ในการกระทำนี้เรียกว่าสื่อไฟฟ้าและวัสดุที่ไม่มีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอย่างอิสระเรียกว่าฉนวน ลวดธรรมดามีแกนโลหะเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและมีปลอกฉนวน

กระแสไฟฟ้าในตัวนำ

ตัวนำใดๆ มีพาหะประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรงสนามที่สร้างขึ้นโดยเครื่องจักรไฟฟ้า

ตัวนำโลหะถ่ายโอนประจุโดยใช้อิเล็กตรอน ยิ่งอุณหภูมิของตัวนำและความร้อนของลวดสูงขึ้นเท่าไร กระแสไฟฟ้าก็จะยิ่งแย่ลงเท่านั้น เนื่องจากการเคลื่อนที่ของอะตอมที่วุ่นวายเริ่มต้นขึ้นเนื่องจากอิทธิพลทางความร้อนและความต้านทานของวัสดุนำไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น ยิ่งอุณหภูมิของตัวนำต่ำลง (ตามหลักการแล้ว มีแนวโน้มเป็นศูนย์) ความต้านทานก็จะยิ่งต่ำลง

ของเหลวสามารถนำไฟฟ้าได้โดยใช้ไอออน (อิเล็กโทรไลต์) การเคลื่อนที่เกิดขึ้นกับอิเล็กโทรดซึ่งมีเครื่องหมายตรงกันข้ามกับไอออน และเมื่อตกลงบนอิออน ไอออนก็จะดำเนินกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส แอนไอออนเป็นไอออนที่มีประจุบวกซึ่งเคลื่อนที่ไปทางแคโทด แคตไอออน - ไอออนที่มีประจุลบเคลื่อนไปทางขั้วบวก เมื่ออิเล็กโทรไลต์ร้อนขึ้น ความต้านทานจะลดลง

แก๊สก็มีการนำไฟฟ้าเช่นกัน กระแสไฟฟ้าในนั้นคือพลาสมา การเคลื่อนไหวเกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือของไอออนที่มีประจุหรืออิเล็กตรอนอิสระซึ่งได้มาจากกระบวนการแผ่รังสี

หลอดรังสีแคโทดเป็นตัวอย่างหนึ่งของกระแสไฟฟ้าที่ไหลในสุญญากาศจากแท่งแคโทดไปยังแท่งแอโนด

กระแสไฟฟ้าในสารกึ่งตัวนำ

เพื่อให้เข้าใจถึงกระแสในเนื้อหานี้ ให้เราให้คำจำกัดความแก่มัน เซมิคอนดักเตอร์เป็นวัสดุตัวกลางระหว่างตัวนำและฉนวน ขึ้นอยู่กับค่าการนำไฟฟ้าเฉพาะ การมีสิ่งเจือปนอยู่ในนั้น สถานะอุณหภูมิ และการแผ่รังสีที่ส่งผลต่อมัน ยิ่งอุณหภูมิต่ำลงความต้านทานของเซมิคอนดักเตอร์ก็จะยิ่งมากขึ้นคุณสมบัติของมันส่งผลต่อการวัดลักษณะเฉพาะ กระแสไฟฟ้าในเซมิคอนดักเตอร์คือผลรวมของอิเล็กตรอนและกระแสรู

เมื่ออุณหภูมิของเซมิคอนดักเตอร์เพิ่มขึ้น พันธะโควาเลนต์จะถูกทำลายเนื่องจากการกระทำของพลังงานความร้อนบนเวเลนซ์อิเล็กตรอน อิเล็กตรอนอิสระจะเกิดขึ้น และเกิดรูที่จุดแตกหัก มันครอบครองเวเลนซ์อิเล็กตรอนของอีกคู่หนึ่ง และตัวมันเองจะเคลื่อนที่ต่อไปในคริสตัล เมื่ออิเล็กตรอนอิสระมาบรรจบกับรู การรวมตัวกันใหม่จะเกิดขึ้นระหว่างอิเล็กตรอนเหล่านั้น ซึ่งเป็นการฟื้นฟูพันธะอิเล็กทรอนิกส์ เมื่อเซมิคอนดักเตอร์สัมผัสกับพลังงานของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า คู่อิเล็กตรอนของรูจะปรากฏขึ้น

กฎของกระแสไฟฟ้า

ในวิศวกรรมไฟฟ้า มีการใช้กฎพื้นฐานที่กำหนดกระแสไฟฟ้า สิ่งที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งคือกฎของโอห์มซึ่งมีคุณลักษณะคือความเร็วของการถ่ายโอนพลังงานโดยไม่เปลี่ยนรูปร่างจากจุดหนึ่งไปอีกจุดหนึ่ง

กฎข้อนี้แสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันและกระแส ตลอดจนความต้านทานของตัวนำหรือส่วนของวงจร ความต้านทานวัดเป็นโอห์ม

การทำงานของกระแสไฟฟ้าถูกกำหนดโดยกฎของจูล-เลนซ์ ซึ่งระบุว่า ณ จุดใดๆ ในวงจร กระแสไฟฟ้าจะทำงาน

ฟาราเดย์ค้นพบการเหนี่ยวนำแม่เหล็กและยังได้ทดลองว่าเมื่อเส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กตัดผ่านพื้นผิวของตัวนำปิด กระแสไฟฟ้าจะปรากฏขึ้น เขาได้รับกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า:

ตัวนำเปิดที่ข้ามเส้นสนามแม่เหล็กจะได้รับแรงดันไฟฟ้าที่ปลาย ซึ่งบ่งบอกถึงลักษณะของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ หากฟลักซ์แม่เหล็กไม่เปลี่ยนแปลงและข้ามวงจรปิดก็จะไม่มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำของวงปิดเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กเปลี่ยนแปลงเท่ากับโมดูลัสของอัตราการเปลี่ยนแปลง

บทสรุป

เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำจะทำให้เกิดความร้อนขึ้นด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องปฏิบัติตามข้อควรระวังด้านความปลอดภัยเมื่อทำงานกับเครื่องมือและอุปกรณ์ไฟฟ้า สายส่งไฟฟ้าต้องไม่รับน้ำหนักเกินเพราะอาจร้อนและเกิดเพลิงไหม้ได้ กระแสไฟฟ้าจะวิ่งตามเส้นทางที่มีความต้านทานน้อยที่สุดเสมอ

ในขณะนี้เกิดการลัดวงจร (ไฟฟ้าลัดวงจร) กระแสจะเพิ่มขึ้นอย่างมากและค่าความร้อนมหาศาลจะถูกปล่อยออกมาทันทีซึ่งจะทำให้โลหะละลาย กระแสไฟฟ้าอาจทำให้เกิดการไหม้บนร่างกายของคนหรือสัตว์ได้ แต่ใช้ในหอผู้ป่วยหนัก เพื่อใช้รักษาโรคซึมเศร้าและการรักษาโรค

ตามกฎความปลอดภัยทางไฟฟ้ากระแสไฟฟ้าที่บุคคลรับรู้ได้เริ่มต้นด้วยค่าหนึ่งมิลลิแอมป์และกระแส 0.01 แอมแปร์ถือว่าเป็นอันตรายต่อสุขภาพ ความแรงของกระแสไฟฟ้า 0.1 แอมแปร์ถือว่าเป็นอันตรายถึงชีวิต แรงดันไฟฟ้าที่ปลอดภัยสำหรับมนุษย์คือ 12-24-32-42 โวลต์

เรารู้อะไรจริงๆ เกี่ยวกับไฟฟ้าในปัจจุบัน? ตามมุมมองสมัยใหม่ มีมากมาย แต่ถ้าเราเจาะลึกสาระสำคัญของปัญหานี้โดยละเอียดมากขึ้น ปรากฎว่ามนุษยชาติใช้ไฟฟ้าอย่างกว้างขวางโดยไม่เข้าใจธรรมชาติที่แท้จริงของปรากฏการณ์ทางกายภาพที่สำคัญนี้

วัตถุประสงค์ของบทความนี้ไม่ได้เพื่อหักล้างผลการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคที่ประสบความสำเร็จในสาขาปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในชีวิตประจำวันและอุตสาหกรรมของสังคมยุคใหม่ แต่มนุษยชาติต้องเผชิญกับปรากฏการณ์และความขัดแย้งหลายประการที่ไม่สอดคล้องกับกรอบแนวคิดทางทฤษฎีสมัยใหม่เกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าซึ่งบ่งชี้ว่าขาดความเข้าใจที่สมบูรณ์เกี่ยวกับฟิสิกส์ของปรากฏการณ์นี้

นอกจากนี้ วิทยาศาสตร์ในปัจจุบันยังรู้ข้อเท็จจริงเมื่อสารและวัสดุที่ดูเหมือนว่ามีการศึกษามีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าผิดปกติ ( ) .

ปรากฏการณ์ความเป็นตัวนำยิ่งยวดของวัสดุยังไม่มีทฤษฎีที่น่าพอใจอย่างสมบูรณ์ในปัจจุบัน มีเพียงข้อสันนิษฐานว่าความเป็นตัวนำยิ่งยวดคือ ปรากฏการณ์ควอนตัม ซึ่งศึกษาโดยกลศาสตร์ควอนตัม เมื่อศึกษาสมการพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัมอย่างรอบคอบ: สมการชโรดิงเงอร์ สมการฟอนนอยมันน์ สมการลินด์บลาด สมการไฮเซนเบิร์ก และสมการเพาลี ความไม่สอดคล้องกันของพวกมันจะชัดเจนขึ้น ความจริงก็คือว่าสมการชโรดิงเงอร์ไม่ได้มาจาก แต่ถูกตั้งสมมติฐานโดยวิธีการเปรียบเทียบกับทัศนศาสตร์แบบคลาสสิก โดยอาศัยข้อมูลทั่วไปของการทดลอง สมการของเพาลีอธิบายการเคลื่อนที่ของอนุภาคมีประจุด้วยการหมุน 1/2 (เช่น อิเล็กตรอน) ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก แต่แนวคิดเรื่องการหมุนไม่เกี่ยวข้องกับการหมุนที่แท้จริงของอนุภาคมูลฐาน และเกี่ยวข้องกับการหมุน มีการตั้งสมมติฐานว่ามีช่องว่างของรัฐที่ไม่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของอนุภาคมูลฐานในอวกาศธรรมดาแต่อย่างใด

ในหนังสือ Ezoosmos ของ Anastasia Novykh มีการกล่าวถึงความไม่สอดคล้องกันของทฤษฎีควอนตัม: "แต่ทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมของโครงสร้างของอะตอมซึ่งถือว่าอะตอมเป็นระบบของอนุภาคขนาดเล็กที่ไม่ปฏิบัติตามกฎของกลศาสตร์คลาสสิก ไม่เกี่ยวข้องเลย . เมื่อมองแวบแรกข้อโต้แย้งของนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Heisenberg และนักฟิสิกส์ชาวออสเตรียSchrödingerดูเหมือนจะน่าเชื่อสำหรับผู้คน แต่ถ้าทั้งหมดนี้พิจารณาจากมุมมองที่แตกต่างกันข้อสรุปของพวกเขาก็ถูกต้องเพียงบางส่วนเท่านั้นและโดยทั่วไปแล้วทั้งสองอย่างผิดทั้งหมด . ความจริงก็คือตัวแรกอธิบายว่าอิเล็กตรอนเป็นอนุภาคและอีกอันเป็นคลื่น อย่างไรก็ตาม หลักการของความเป็นคู่ของคลื่นและอนุภาคก็ไม่เกี่ยวข้องเช่นกัน เนื่องจากไม่ได้เปิดเผยการเปลี่ยนแปลงของอนุภาคเป็นคลื่นและในทางกลับกัน นั่นคือสุภาพบุรุษผู้รอบรู้กลับกลายเป็นคนขี้เหนียว ที่จริงแล้วทุกอย่างนั้นง่ายมาก โดยทั่วไปฉันอยากจะบอกว่าฟิสิกส์แห่งอนาคตนั้นเรียบง่ายและเข้าใจได้มาก สิ่งสำคัญคือการมีชีวิตอยู่เพื่อดูอนาคตนี้ ส่วนอิเล็กตรอนนั้นจะกลายเป็นคลื่นในสองกรณีเท่านั้น อย่างแรกคือเมื่อประจุภายนอกหายไป นั่นคือเมื่ออิเล็กตรอนไม่มีอันตรกิริยากับวัตถุวัตถุอื่น เช่น อะตอมเดียวกัน อย่างที่สองในสภาวะก่อนออสมิก นั่นคือเมื่อศักยภาพภายในลดลง"

แรงกระตุ้นไฟฟ้าแบบเดียวกันที่สร้างขึ้นโดยเซลล์ประสาทของระบบประสาทของมนุษย์สนับสนุนการทำงานของร่างกายที่กระตือรือร้น ซับซ้อน และหลากหลาย เป็นที่น่าสนใจที่จะทราบว่าศักยภาพในการกระทำของเซลล์ (คลื่นกระตุ้นที่เคลื่อนที่ไปตามเมมเบรนของเซลล์ที่มีชีวิตในรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงในระยะสั้นของศักยภาพของเมมเบรนในพื้นที่เล็ก ๆ ของเซลล์ที่ถูกกระตุ้น) อยู่ในค่าที่แน่นอน ช่วง (รูปที่ 1)

ขีดจำกัดล่างของศักยภาพในการออกฤทธิ์ของเซลล์ประสาทอยู่ที่ระดับ -75 mV ซึ่งใกล้เคียงกับค่าศักยภาพรีดอกซ์ของเลือดมนุษย์มาก หากเราวิเคราะห์ค่าสูงสุดและต่ำสุดของศักยภาพในการดำเนินการโดยสัมพันธ์กับศูนย์ ค่านั้นจะใกล้เคียงกับเปอร์เซ็นต์ที่ปัดเศษมาก ความหมาย อัตราส่วนทองคำ , เช่น. การแบ่งช่วงเวลาในอัตราส่วน 62% และ 38%:

\(\เดลต้า = 75 มิลลิโวลต์+40 มิลลิโวลต์ = 115 มิลลิโวลต์\)

115 มิลลิโวลต์ / 100% = 75 มิลลิโวลต์ / x 1 หรือ 115 มิลลิโวลต์ / 100% = 40 มิลลิโวลต์ / x 2

x 1 = 65.2%, x 2 = 34.8%

สารและวัสดุทั้งหมดที่วิทยาศาสตร์สมัยใหม่รู้จักสามารถนำไฟฟ้าได้ในระดับหนึ่งหรืออีกระดับหนึ่ง เนื่องจากมีอิเล็กตรอนที่ประกอบด้วยอนุภาค Phantom Po 13 อนุภาค ซึ่งในทางกลับกันเป็นกลุ่มเซปโตนิก (“PRIMORDIAL ALLATRA PHYSICS” หน้า 61) . คำถามเดียวคือแรงดันไฟฟ้าของกระแสไฟฟ้าที่จำเป็นในการเอาชนะความต้านทานไฟฟ้า

เนื่องจากปรากฏการณ์ทางไฟฟ้ามีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับอิเล็กตรอน รายงาน "PRIMODIUM ALLATRA PHYSICS" จึงให้ข้อมูลต่อไปนี้เกี่ยวกับอนุภาคมูลฐานที่สำคัญนี้: "อิเล็กตรอนเป็นส่วนประกอบของอะตอม ซึ่งเป็นหนึ่งในองค์ประกอบโครงสร้างหลักของสสาร อิเล็กตรอนก่อตัวเป็นเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีทั้งหมดที่รู้จักในปัจจุบัน พวกเขามีส่วนร่วมในปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าเกือบทั้งหมดที่นักวิทยาศาสตร์ตระหนักในปัจจุบัน แต่จริงๆ แล้วไฟฟ้าคืออะไร วิทยาศาสตร์อย่างเป็นทางการยังคงไม่สามารถอธิบายได้ โดยจำกัดตัวเองอยู่เพียงวลีทั่วไปที่เป็นเช่นนั้น เช่น “ชุดของปรากฏการณ์ที่เกิดจากการดำรงอยู่ การเคลื่อนไหว และปฏิสัมพันธ์ของวัตถุที่มีประจุหรืออนุภาคของตัวพาประจุไฟฟ้า” เป็นที่รู้กันว่าไฟฟ้าไม่ไหลอย่างต่อเนื่องแต่ถูกถ่ายโอน ในส่วน - รอบคอบ».

ตามแนวคิดสมัยใหม่: “ ไฟฟ้า “เป็นชุดของปรากฏการณ์ที่เกิดจากการดำรงอยู่ ปฏิสัมพันธ์ และการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า” แต่ประจุไฟฟ้าคืออะไร?

ค่าไฟฟ้า (ปริมาณไฟฟ้า) คือปริมาณสเกลาร์ทางกายภาพ (ปริมาณซึ่งแต่ละค่าสามารถแสดงได้ด้วยจำนวนจริงหนึ่งจำนวน) ที่กำหนดความสามารถของวัตถุในการเป็นแหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและมีส่วนร่วมในปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า ประจุไฟฟ้าแบ่งออกเป็นค่าบวกและค่าลบ (ตัวเลือกนี้ถือเป็นกฎเกณฑ์ทางวิทยาศาสตร์ล้วนๆ และแต่ละประจุจะมีเครื่องหมายเฉพาะเจาะจงมาก) วัตถุที่มีประจุเหมือนกันจะผลักกัน และวัตถุที่มีประจุตรงกันข้ามจะดึงดูดกัน เมื่อวัตถุที่มีประจุเคลื่อนที่ (ทั้งวัตถุที่มองเห็นด้วยตาเปล่าและอนุภาคที่มีประจุด้วยกล้องจุลทรรศน์ซึ่งมีกระแสไฟฟ้าในตัวนำ) สนามแม่เหล็กจะเกิดขึ้นและปรากฏการณ์เกิดขึ้นซึ่งทำให้สามารถสร้างความสัมพันธ์ระหว่างไฟฟ้าและแม่เหล็กได้ (แม่เหล็กไฟฟ้า)

ไฟฟ้ากระแส ศึกษาสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในกรณีทั่วไปส่วนใหญ่ (นั่นคือ พิจารณาสนามตัวแปรขึ้นอยู่กับเวลา) และอันตรกิริยากับวัตถุที่มีประจุไฟฟ้า พลศาสตร์ไฟฟ้าแบบคลาสสิกคำนึงถึงเฉพาะคุณสมบัติต่อเนื่องของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเท่านั้น

ไฟฟ้าพลศาสตร์ควอนตัม ศึกษาสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีคุณสมบัติไม่ต่อเนื่อง (ไม่ต่อเนื่อง) โดยมีพาหะคือสนามควอนตัม - โฟตอน ปฏิสัมพันธ์ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ากับอนุภาคที่มีประจุถือเป็นปฏิกิริยาทางไฟฟ้าพลศาสตร์ควอนตัมเนื่องจากการดูดซับและการปล่อยโฟตอนโดยอนุภาค

เป็นเรื่องที่ควรค่าแก่การพิจารณาว่าเหตุใดสนามแม่เหล็กจึงปรากฏรอบตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าหรือรอบอะตอมที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในวงโคจร ความจริงก็คือว่า " สิ่งที่เรียกว่าไฟฟ้าในปัจจุบัน จริงๆ แล้วเป็นสถานะพิเศษของสนามเซปตัน , ในกระบวนการที่อิเล็กตรอนส่วนใหญ่มีส่วนร่วมพร้อมกับ "ส่วนประกอบ" เพิ่มเติมอื่น ๆ "("พรีโมเดียม อัลลาตรา ฟิสิกส์" หน้า 90)

และรูปทรงวงแหวนของสนามแม่เหล็กนั้นถูกกำหนดโดยธรรมชาติของแหล่งกำเนิด ดังที่บทความกล่าวว่า: “เมื่อคำนึงถึงรูปแบบแฟร็กทัลในจักรวาล รวมถึงข้อเท็จจริงที่ว่าสนามเซปตอนในโลกวัตถุภายใน 6 มิตินั้นเป็นสนามพื้นฐานที่เป็นเอกภาพซึ่งมีพื้นฐานมาจากปฏิสัมพันธ์ทั้งหมดที่รู้จักในวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ จึงสามารถโต้แย้งได้ว่าพวกมัน ทั้งหมดก็มีรูปแบบโตราห์ด้วย และข้อความนี้อาจเป็นที่สนใจทางวิทยาศาสตร์โดยเฉพาะสำหรับนักวิจัยสมัยใหม่". ดังนั้น สนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะอยู่ในรูปของพรูเสมอ เช่นเดียวกับพรูของเซปตอน

ลองพิจารณาวงก้นหอยที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านและเกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าได้อย่างไร ( https://www.youtube.com/watch?v=0BgV-ST478M).

ข้าว. 2. เส้นสนามแม่เหล็กรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า

ข้าว. 3. เส้นสนามของเกลียวกับกระแส

ข้าว. 4. เส้นสนามของแต่ละส่วนของเกลียว

ข้าว. 5. การเปรียบเทียบระหว่างเส้นสนามของเกลียวกับอะตอมที่มีอิเล็กตรอนในวงโคจร

ข้าว. 6. ชิ้นส่วนที่แยกจากกันของเกลียวและอะตอมที่มีเส้นแรง

บทสรุป: มนุษยชาติยังไม่ได้เรียนรู้ความลับของปรากฏการณ์ลึกลับของไฟฟ้า

ปีเตอร์ โตตอฟ

คำสำคัญ:ฟิสิกส์อัลลาตราเบื้องต้น กระแสไฟฟ้า ไฟฟ้า ธรรมชาติของไฟฟ้า ประจุไฟฟ้า สนามแม่เหล็กไฟฟ้า กลศาสตร์ควอนตัม อิเล็กตรอน

วรรณกรรม:

อันใหม่. อ., Ezoosmos, K.: LOTOS, 2013. - 312 น. http://schambala.com.ua/book/ezoosmos

รายงาน “PRIMODIUM ALLATRA PHYSICS” โดยกลุ่มนักวิทยาศาสตร์นานาชาติของขบวนการสังคมระหว่างประเทศ “ALLATRA”, ed. อนาสตาเซีย โนวีค 2558;

ทุกวันนี้เป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการถึงชีวิตโดยปราศจากปรากฏการณ์เช่นไฟฟ้า แต่มนุษยชาติเรียนรู้ที่จะใช้มันเพื่อจุดประสงค์ของตัวเองเมื่อไม่นานมานี้ การศึกษาสาระสำคัญและลักษณะของสสารประเภทพิเศษนี้ใช้เวลาหลายศตวรรษ แต่ถึงตอนนี้เราไม่สามารถพูดได้อย่างมั่นใจว่าเรารู้ทุกอย่างเกี่ยวกับเรื่องนี้อย่างแน่นอน

แนวคิดและสาระสำคัญของกระแสไฟฟ้า

กระแสไฟฟ้า ดังที่ทราบกันในหลักสูตรฟิสิกส์ของโรงเรียน ไม่มีอะไรมากไปกว่าการเคลื่อนที่ตามคำสั่งของอนุภาคที่มีประจุใดๆ หลังสามารถเป็นได้ทั้งอิเล็กตรอนหรือไอออนที่มีประจุลบ เชื่อกันว่าสารประเภทนี้สามารถเกิดขึ้นได้เฉพาะในสิ่งที่เรียกว่าตัวนำเท่านั้น แต่สิ่งนี้ยังห่างไกลจากความจริง ประเด็นก็คือเมื่อวัตถุใดๆ สัมผัสกัน อนุภาคที่มีประจุตรงข้ามจำนวนหนึ่งจะเกิดขึ้นเสมอ ซึ่งสามารถเริ่มเคลื่อนที่ได้ ในไดอิเล็กทริก การเคลื่อนที่อย่างอิสระของอิเล็กตรอนตัวเดียวกันนั้นยากมากและต้องใช้แรงภายนอกมหาศาล ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมพวกเขาถึงบอกว่าพวกมันไม่นำกระแสไฟฟ้า

สภาวะการมีอยู่ของกระแสไฟฟ้าในวงจร

นักวิทยาศาสตร์สังเกตมานานแล้วว่าปรากฏการณ์ทางกายภาพนี้ไม่สามารถเกิดขึ้นและคงอยู่เป็นเวลานานได้ด้วยตัวเอง เงื่อนไขของการมีอยู่ของกระแสไฟฟ้านั้นมีข้อกำหนดที่สำคัญหลายประการ ประการแรก ปรากฏการณ์นี้เป็นไปไม่ได้หากไม่มีอิเล็กตรอนและไอออนอิสระซึ่งทำหน้าที่เป็นเครื่องส่งสัญญาณประจุ ประการที่สองเพื่อให้อนุภาคมูลฐานเหล่านี้เริ่มเคลื่อนที่อย่างเป็นระเบียบจำเป็นต้องสร้างสนามซึ่งมีลักษณะหลักคือความต่างศักย์ระหว่างจุดใด ๆ ของช่างไฟฟ้า ในที่สุด ประการที่สาม กระแสไฟฟ้าไม่สามารถดำรงอยู่ได้เป็นเวลานานภายใต้อิทธิพลของแรงคูลอมบ์เท่านั้น เนื่องจากศักยภาพจะค่อยๆเท่ากัน นั่นคือเหตุผลที่จำเป็นต้องมีส่วนประกอบบางอย่างซึ่งเป็นตัวแปลงพลังงานกลและพลังงานความร้อนประเภทต่างๆ มักเรียกว่าแหล่งที่มาปัจจุบัน

คำถามเกี่ยวกับแหล่งที่มาปัจจุบัน

แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์พิเศษที่สร้างสนามไฟฟ้า สิ่งที่สำคัญที่สุด ได้แก่ เซลล์กัลวานิก แผงโซลาร์เซลล์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และแบตเตอรี่ โดดเด่นด้วยกำลัง ผลผลิต และเวลาปฏิบัติงาน

กระแส แรงดัน ความต้านทาน

เช่นเดียวกับปรากฏการณ์ทางกายภาพอื่นๆ กระแสไฟฟ้ามีลักษณะเฉพาะหลายประการ สิ่งที่สำคัญที่สุด ได้แก่ ความแรง แรงดันไฟฟ้าของวงจร และความต้านทาน ประการแรกคือลักษณะเชิงปริมาณของประจุที่ผ่านหน้าตัดของตัวนำเฉพาะต่อหน่วยเวลา แรงดันไฟฟ้า (เรียกอีกอย่างว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้า) ไม่มีอะไรมากไปกว่าขนาดของความต่างศักย์เนื่องจากประจุที่ผ่านทำงานในปริมาณหนึ่ง ในที่สุด ความต้านทานเป็นคุณลักษณะภายในของตัวนำ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าประจุต้องใช้แรงเท่าใดจึงจะผ่านได้

ไฟฟ้าสถิต. หากอำพันสีเหลืองถูกถูด้วยขนสัตว์หรือขนสัตว์ อำพันก็จะมีคุณสมบัติในการดึงดูดเส้นผม ใบไม้ และฟางได้เป็นเวลานาน ความสามารถของอำพันในการดึงดูดสารอื่นๆ นั้นมีสาเหตุมาจากประจุของมัน ประจุของร่างกายหมายถึงประจุไฟฟ้า ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ประจุจะคงอยู่บนวัตถุที่มีประจุ จึงเรียกว่าไฟฟ้าสถิต

ปริมาณไฟฟ้าของวัตถุที่มีประจุและระยะห่างระหว่างวัตถุเหล่านี้มีอิทธิพลต่อปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน กฎที่ร่างกายปฏิบัติตามเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กันเรียกว่ากฎของคูลอมบ์ มีสูตรดังนี้ แรงที่กระทำระหว่างวัตถุที่มีประจุสองชิ้นจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณไฟฟ้าบนวัตถุแต่ละชิ้น และเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างประจุ

วัตถุที่มีประจุไฟฟ้าซึ่งอยู่ห่างจากกันจะประสบกับพลังบางอย่าง พื้นที่ที่แรงเหล่านี้กระทำเรียกว่าสนามแรงไฟฟ้า ภายในสนามไฟฟ้า แรงจะกระทำไปในทิศทางที่กำหนด เส้นที่แรงของสนามไฟฟ้ากระทำเรียกว่าเส้นแรง ทิศทางที่จุดใดๆ ในสนามถือเป็นทิศทางที่ประจุบวกจะเคลื่อนที่ในสนามนี้ ดังนั้น สนามไฟฟ้าของประจุลบที่แยกเดี่ยวจะมุ่งตรงไปยังประจุ (รูปที่ 1) และเส้นแรงที่กระทำระหว่างประจุบวกและประจุลบจะมุ่งตรงไปยังประจุลบ เส้นแรงของประจุที่คล้ายกันจะผลักกัน (รูปที่ 2)

ข้าว. 1
ข้าว. 2

กระแสไฟฟ้าและทิศทางการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน เมื่อศึกษากฎของกระแสไฟฟ้า ในตอนแรกสันนิษฐานว่ากระแสไฟฟ้าถูกส่งจากวัตถุที่มีประจุบวกไปยังวัตถุที่มีประจุลบ ด้วยความช่วยเหลือของการวิจัยในภายหลัง พบว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากวัตถุที่มีประจุลบไปยังวัตถุที่มีประจุบวกหรือเป็นกลาง

อย่างไรก็ตาม ตำแหน่งแรกหยั่งราก ซึ่งเป็นพื้นฐานของการวัดทางไฟฟ้าและการปฏิบัติงานด้านวิศวกรรมไฟฟ้าทั้งหมด แต่ถึงกระนั้นก็ตามในสภาวะสมัยใหม่ก็มีกฎที่กำหนดกระแสไฟฟ้าว่าเป็นการไหลของอิเล็กตรอนที่พุ่งจากลบไปบวก

ศักย์ไฟฟ้า. แรงที่กระทำต่อวัตถุมีแนวโน้มที่จะนำไปยังตำแหน่งที่พลังงานศักย์ของร่างกายจะมีน้อยที่สุด (เช่น น้ำที่หกไหลลงสู่จุดต่ำสุด ไอน้ำเคลื่อนที่ในท่อจากจุดที่น้อยกว่าไปยังจุดที่มี พลังงานศักย์มากขึ้น) หากต้องการให้พลังงานศักย์แก่น้ำ สามารถยกให้สูงขึ้นได้ ข้อกำหนดเหล่านี้ใช้กับกระแสไฟฟ้าด้วย

ศักย์ไฟฟ้าสามารถสร้างขึ้นได้โดยการเอาหรือเพิ่มอิเล็กตรอนเข้าไปในวัตถุที่เป็นกลาง ในกรณีแรกร่างกายได้รับประจุบวกเช่น ศักยภาพของร่างกายเพิ่มขึ้น (งานเพื่อกำจัดอิเล็กตรอน) ประการที่สอง - ประจุลบและศักยภาพของมันจะเป็นลบ ไฟฟ้าไหลจากศักย์สูงลงสู่ศักย์ต่ำ

คุณสามารถปลดประจุไฟฟ้าออกจากร่างกายได้โดยการต่อเข้ากับพื้น เช่น การต่อสายดินกับร่างกาย เนื่องจากการผลักกันซึ่งกันและกัน ประจุไฟฟ้าของร่างกายมีแนวโน้มที่จะกระจายเท่าๆ กันบนตัวประจุไฟฟ้าและพื้นดิน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากโลกมีขนาดใหญ่กว่าวัตถุที่มีประจุอย่างไม่มีใครเทียบ ประจุทั้งหมดจากนั้นจะลงสู่พื้นและร่างกายจะเป็นกลาง กล่าวคือ ปลอดภัยทางไฟฟ้า

วงจรไฟฟ้ากระแสตรง กระแสไฟฟ้าที่มีค่าไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไปเรียกว่าค่าคงที่ แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าที่มีสายไฟเชิงเส้นเชื่อมต่ออยู่และตัวจ่ายกระแสไฟจะสร้างวงจรไฟฟ้าแบบปิดซึ่งมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน วงจรไฟฟ้าที่ง่ายที่สุดมีแหล่งกำเนิดและผู้ใช้กระแสไฟฟ้าและมีสายไฟเชิงเส้นสองเส้นเชื่อมต่ออยู่ (รูปที่ 3) แบตเตอรี่ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า - เครื่องจักรไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์กล เซลล์กัลวานิก และอุปกรณ์อื่นๆ อีกจำนวนหนึ่งถูกใช้เป็นแหล่งกระแสไฟฟ้าตรง ผู้ใช้ไฟฟ้าสามารถเป็นอุปกรณ์ทำความร้อนไฟฟ้า อาร์คเชื่อม หลอดไฟ ฯลฯ

ข้าว. 3

ตัวเก็บประจุ ที่ความดันเท่ากัน ภาชนะที่มีปริมาตรมากขึ้นสามารถกักเก็บก๊าซได้มากขึ้น การเปรียบเทียบบางอย่างสามารถวาดได้ด้วยประจุไฟฟ้า ยิ่งตัวนำมีขนาดใหญ่เท่าใด ความจุไฟฟ้าก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น กล่าวคือ ความจุไฟฟ้าก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ตัวนำเดี่ยวมีความจุต่ำ ดังนั้นจึงใช้ตัวเก็บประจุเพื่อสร้างประจุไฟฟ้าสำรอง ตัวเก็บประจุเป็นอุปกรณ์ที่แม้จะมีขนาดค่อนข้างเล็ก แต่ก็สามารถสะสมประจุไฟฟ้าจำนวนมากได้ ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด ตัวเก็บประจุประกอบด้วยแผ่นโลหะสองแผ่นที่คั่นด้วยอิเล็กทริก (อากาศ ไมกา กระดาษแว็กซ์ ฯลฯ) ตัวเก็บประจุเรียกว่าอากาศกระดาษไมกา ฯลฯ ขึ้นอยู่กับประเภทของอิเล็กทริก ตัวเก็บประจุแผ่นหนึ่งมีประจุเป็นบวกและอีกแผ่นมีประจุลบ แรงดึงดูดซึ่งกันและกันที่แข็งแกร่งจะกักเก็บประจุ ทำให้ประจุจำนวนมากสะสมอยู่ในตัวเก็บประจุ

ความจุของตัวเก็บประจุขึ้นอยู่กับพื้นที่ของแผ่นของมัน ตัวเก็บประจุที่มีแผ่นมีพื้นที่ขนาดใหญ่สามารถรองรับประจุได้มากขึ้น

หน่วยพื้นฐานของการวัดความจุไฟฟ้าคือฟารัด (f) ในทางปฏิบัติจะใช้หน่วยที่เล็กกว่า: ไมโครฟารัด ( 1 µF = 0.000 001 ฉ ), พิโคฟารัด ( 1 พิโกฟา = 0.000 001 µF ).

ในเทคโนโลยี ตัวเก็บประจุถูกใช้ในวงจรไฟฟ้าและวิทยุต่างๆ

แรงเคลื่อนไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดกระแส แรงดันไฟฟ้า. หากคุณเชื่อมต่อภาชนะสองใบที่มีระดับน้ำต่างกันด้วยท่อ น้ำจะไหลเข้าสู่ถังที่มีระดับน้ำต่ำกว่า การเทน้ำลงในภาชนะใบใดใบหนึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าน้ำจะไหลผ่านท่ออย่างต่อเนื่อง ภาพที่คล้ายกันนี้พบได้ในวงจรไฟฟ้า ในระหว่างที่กระแสไฟฟ้าผ่านในวงจร จำเป็นต้องรักษาความต่างศักย์ที่ขั้วของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า

แรงที่รักษาความต่างศักย์เพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านวงจรไฟฟ้า เรียกว่า แรงเคลื่อนไฟฟ้า และถูกกำหนดตามอัตภาพ จ. d.s.ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่จำเป็นในการนำกระแสไฟฟ้าผ่านวงจรไฟฟ้าเรียกว่าแรงดันไฟฟ้าระหว่างปลายของเป้าหมายไฟฟ้า

แรงดันไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นโดยแหล่งจ่ายกระแส เมื่อวงจรเปิดอยู่ จะมีแรงดันไฟฟ้าอยู่ที่ขั้วหรือขั้วต่อของแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า เมื่อแหล่งจ่ายกระแสเชื่อมต่อกับวงจร แรงดันไฟฟ้าจะปรากฏในแต่ละส่วนของวงจรด้วย ซึ่งเป็นตัวกำหนดกระแสในวงจร ไม่มีแรงดัน ไม่มีกระแสในวงจร

ความต้านทานไฟฟ้า เมื่อกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นในวงจร อิเล็กตรอนอิสระจะเคลื่อนที่ไปตามตัวนำภายใต้อิทธิพลของแรงสนามไฟฟ้า การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนถูกขัดขวางโดยอะตอมและโมเลกุลของตัวนำที่พบเจอระหว่างทาง กล่าวคือ วงจรไฟฟ้าต้านทานการผ่านของกระแสไฟฟ้า ความต้านทานไฟฟ้าของตัวนำเป็นคุณสมบัติของวัตถุหรือตัวกลางในการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานความร้อนเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

สารต่าง ๆ มีจำนวนอิเล็กตรอนต่างกันและการจัดเรียงอะตอมต่างกัน ดังนั้นความต้านทานของตัวนำจึงขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ทำ ตัวนำที่ดีได้แก่ เงิน , ทองแดง, . พวกเขามีความต้านทานที่ดี เหล็ก, ถ่านหิน. นอกจากนี้ความต้านทานยังขึ้นอยู่กับความยาวและพื้นที่หน้าตัดของตัวนำด้วย ยิ่งตัวนำที่มีหน้าตัดเท่ากันนานเท่าใด ความต้านทานก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และในทางกลับกัน ยิ่งหน้าตัดของตัวนำที่มีความยาวเท่ากันมากขึ้นเท่าใด ความต้านทานก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

การให้ความร้อนจะเพิ่มความต้านทานของโลหะและโลหะผสมส่วนใหญ่ สำหรับโลหะบริสุทธิ์การเพิ่มขึ้นนี้ประมาณ 4% สำหรับทุกคน 10°อุณหภูมิสูงขึ้น. เฉพาะโลหะผสมชนิดพิเศษบางชนิดเท่านั้น ( แมงกานิน , ค่าคงที่ฯลฯ) แทบจะไม่เปลี่ยนความต้านทานเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น

ลิโน่. อุปกรณ์ที่สามารถใช้เพื่อควบคุมกระแสในวงจรโดยการเปลี่ยนความต้านทานเรียกว่ารีโอสแตต มีรีโอสแตตหลายประเภท เช่น รีโอสแตตหน้าสัมผัสแบบเลื่อน, รีโอสแตตแบบก้านโยก, รีโอสแตตหลอดไฟ ฯลฯ

ข้าว. 4

ลิโน่ที่มีหน้าสัมผัสแบบเลื่อนได้รับการออกแบบดังนี้ (รูปที่ 4) ลวดโลหะที่มีความต้านทานสูงพันรอบกระบอกสูบที่ทำจากฉนวน และขั้วต่อจะติดอยู่ที่ปลายสายไฟเพื่อเชื่อมต่อลิโน่กับวงจร แถบเลื่อนติดอยู่ที่ด้านบนของกระบอกสูบบนแท่งโลหะโดยสัมผัสกับเกลียวของลวดอย่างแน่นหนา ลิโน่เชื่อมต่อกับวงจรโดยใช้ขั้วใดขั้วหนึ่งบนลวดลิโน่และขั้วบนแกนโลหะของสไลด์ เมื่อเลื่อนแถบเลื่อนไปในทิศทางเดียวหรืออีกทางหนึ่ง ความยาวของสายที่เชื่อมต่อจะเพิ่มขึ้นหรือลดลง และด้วยเหตุนี้จึงเปลี่ยนความต้านทานของวงจร

ลิโน่แบบคันโยกประกอบด้วยชุดเกลียวลวดที่ติดตั้งอยู่บนโครงฉนวน ด้านหนึ่งของโครง ปลายเกลียวเชื่อมต่อกับชุดหน้าสัมผัสโลหะ ที่จับโลหะที่หมุนรอบแกนสามารถกดให้แน่นกับหน้าสัมผัสอย่างใดอย่างหนึ่ง อาจมีเกลียวจำนวนต่างกันรวมอยู่ในโซ่ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของด้ามจับ

การวัดกระแส แรงดัน และความต้านทาน การทดลองแสดงให้เห็นว่ายิ่งปริมาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำในเวลาเดียวกันมากเท่าไร ผลของกระแสก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น ดังนั้นกระแสไฟฟ้าจึงถูกกำหนดโดยปริมาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านหน้าตัดของตัวนำต่อหน่วยเวลา ปริมาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านหน้าตัดของตัวนำเข้า 1 วินาทีเรียกว่าความแรงของกระแสไฟฟ้า หน่วยของกระแสถูกนำมา 1 ก คือความแรงของกระแสดังกล่าวที่ 1 วินาทีผ่านหน้าตัดของตัวนำ จี้ 1 อันไฟฟ้า. แอมแปร์ระบุด้วยตัวอักษร ก . หน่วยของแอมแปร์ปัจจุบันตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสชื่อแอมแปร์

ฟาราเดย์นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษศึกษาปรากฏการณ์ของกระแสที่ไหลผ่านตัวนำของเหลวพบว่าปริมาณน้ำหนักของสารที่ปล่อยออกมาบนอิเล็กโทรดเป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านสารละลาย จึงได้มีการจัดตั้งหน่วยวัดปริมาณไฟฟ้าขึ้น

หน่วยปริมาณไฟฟ้าถือเป็นปริมาณไฟฟ้าที่เมื่อผ่านสารละลายเกลือเงินจะถูกปล่อยออกมาที่อิเล็กโทรด 1.118 มก เงิน. หน่วยนี้เรียกว่ากุลัน

ขึ้นอยู่กับคำจำกัดความของกระแสไฟฟ้า ความแรงของกระแสไฟฟ้าสามารถกำหนดได้โดยใช้สูตร

ฉัน - ความแรงของกระแสในวงจร

ถาม - ปริมาณไฟฟ้าที่ไหลเป็นมูลค่าเป็นคูลอมบ์

ต - เวลาไฟฟ้าผ่านในวงจร หน่วยเป็นวินาที

ในเทคโนโลยีก็มีแนวคิดเช่นความหนาแน่นกระแสเช่นกัน

ความหนาแน่นกระแส เรียกว่าอัตราส่วนของขนาดของกระแสไฟฟ้าต่อพื้นที่หน้าตัดของตัวนำ โดยปกติแล้ว พื้นที่หน้าตัดของตัวนำจะมีหน่วยเป็นตารางมิลลิเมตร ดังนั้นความหนาแน่นกระแสจึงวัดเป็น เป็น/มม.2 .

พิจารณาวงจรไฟฟ้าที่ประกอบด้วยแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า ตัวนำ และหลอดไฟที่ต่ออนุกรมกัน ความแรงของกระแสไฟฟ้าในทุกส่วนของวงจรนี้จะเท่ากันซึ่งหมายความว่าปริมาณไฟฟ้าที่ไหลผ่านสายไฟและหลอดไฟในเวลาเดียวกันจะเท่ากัน อย่างไรก็ตาม ปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาในแต่ละส่วนของโซ่จะแตกต่างกันไป คุณสามารถตรวจสอบสิ่งนี้ได้อย่างง่ายดายหากคุณสัมผัสสายไฟที่จ่ายกระแสให้กับหลอดไฟด้วยมือของคุณ - สายไฟนั้นเย็นในขณะที่เส้นผมของหลอดไฟยังร้อนอยู่ การปล่อยพลังงานในปริมาณที่แตกต่างกันในส่วนต่างๆ ของวงจรมีสาเหตุมาจากความจริงที่ว่าแรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันมีอยู่ในส่วนต่างๆ ของวงจร

แรงดันไฟฟ้าในส่วนที่กำหนดของวงจรจะแสดงปริมาณพลังงานที่จะถูกปล่อยออกมาในส่วนที่กำหนดเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านหนึ่งหน่วย

หน่วยของแรงดันไฟฟ้าถือเป็นแรงดันไฟฟ้าที่แรงดันไฟฟ้าถูกปล่อยออกมาในส่วนของวงจร 1 จูลพลังงาน ( 1 กิโลกรัม ม.=9.8 จูล ) ถ้ากระแสไฟฟ้า 1 คูลอมบ์ไหลผ่านบริเวณนี้ หน่วยของแรงดันไฟฟ้าเรียกว่า โวลต์อ้อม และย่อว่า วี . หน่วยแรงดันไฟฟ้า "โวลต์"ตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลี โวลตา

หากส่วนใดส่วนหนึ่งของวงจรมีแรงดันไฟฟ้าเท่ากับ 1 นิ้วซึ่งหมายความว่าเมื่อกระแสไฟฟ้าแต่ละคูลอมบ์ผ่านส่วนนี้ 1 จูลพลังงาน.

เมื่อทำการวัดแรงดันไฟฟ้าสูงจะมีหน่วยที่เรียกว่า กิโลโวลต์ และเรียกย่อว่า กิโลวัตต์ . กิโลโวลต์มีขนาดใหญ่กว่าโวลต์หนึ่งพันเท่า: 1 กิโลโวลต์=1,000 โวลต์ . ใช้สำหรับวัดแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็ก มิลลิโวลต์ (MV ) - หน่วยที่เล็กกว่าโวลต์หนึ่งพันเท่า: 1 มิลลิโวลต์ = 0.001 โวลต์ .

แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าที่รวมอยู่ในเป้าหมายทางไฟฟ้าจะใช้พลังงานเพื่อเอาชนะความต้านทานของวงจร หน่วยต้านทานเรียกว่า โอห์ม เพื่อเป็นเกียรติแก่นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน Ohm ผู้ค้นพบกฎของกระแสไฟฟ้า โอห์ม - ความต้านทานไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุดของตัวนำเชิงเส้นซึ่งมีความต่างศักย์อยู่ 1 นิ้ว ผลิตกระแสไฟฟ้าเข้า 1 ก . ความต้านทานไฟฟ้าระบุด้วยตัวอักษรสองตัว โอห์ม .

เมื่อวัดความต้านทานขนาดใหญ่ จะใช้หน่วยที่ใหญ่กว่ามาก โอห์ม : กิโลโอห์ม (ดอทคอม ) และ เมกะ (มะกอม ). 1 คอม = 1,000 โอห์ม ,1 มก. = 1,000,000 โอห์ม .

คุณสมบัติของตัวนำที่สัมพันธ์กับความต้านทานไฟฟ้านั้นประเมินโดยความต้านทาน ความต้านทานจำเพาะคือความต้านทานของตัวนำที่มีความยาว 1ม ด้วยภาพตัดขวางของ 1 มม. 2 . ความต้านทานยังวัดเป็นโอห์ม

หากคุณเชื่อมต่อองค์ประกอบกัลวานิกขนาดใหญ่หนึ่งตัวเข้ากับวงจรไฟฟ้าที่ประกอบด้วยหลอดไฟและแอมมิเตอร์ คุณจะสังเกตเห็นว่ากระแสไฟฟ้าที่อ่อนมากไหลผ่านวงจรและไส้หลอดไฟจะไม่เรืองแสง ทันทีที่เปลี่ยนองค์ประกอบกัลวานิกด้วยแบตเตอรี่ใหม่จากไฟฉาย กระแสในวงจรจะเพิ่มขึ้นและไส้หลอดของหลอดไฟจะสว่างจ้า เมื่อวัดแรงดันไฟฟ้าที่ปลายวงจรเมื่อเปิดองค์ประกอบและแบตเตอรี่เราจะเห็นว่าเมื่อเปิดแบตเตอรี่แรงดันไฟฟ้าจะสูงขึ้นมาก

ตามมาว่ากระแสไฟฟ้าในตัวนำเพิ่มขึ้นตามแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นที่ปลายตัวนำ ด้วยการเชื่อมต่อหลอดไฟสองดวงแบบอนุกรมแทนที่จะเป็นหลอดเดียว เราจะเพิ่มความต้านทานของวงจรเป็นสองเท่า ตอนนี้เราเห็นแล้วว่ากระแสไฟฟ้าในวงจรลดลง จากการศึกษาการพึ่งพาความแรงของกระแสกับความต้านทานและแรงดันไฟฟ้า นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน โอห์ม พบว่าความแรงของกระแสในตัวนำนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงดันไฟฟ้าที่ปลายของตัวนำและเป็นสัดส่วนผกผันกับความต้านทานของตัวนำ ความสัมพันธ์ระหว่างกระแส แรงดัน และความต้านทานนี้เรียกว่ากฎของโอห์ม ซึ่งเป็นหนึ่งในกฎพื้นฐานของกระแสไฟฟ้า

กฎของโอห์มแสดงโดยสูตรต่อไปนี้:

ที่ไหน ฉัน - ปัจจุบันเข้า ก ;

วี - แรงดันไฟฟ้าเข้า วี ;

ร - ความต้านทานใน โอห์ม .

กฎของโอห์มไม่ได้ใช้กับ dc เท่านั้น โซ่แต่ยังรวมถึงส่วนใดส่วนหนึ่งของมันด้วย กระแสไฟฟ้าในส่วนใดๆ ของวงจรไฟฟ้าจะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่ปลายส่วนนั้นหารด้วยความต้านทาน

การเชื่อมต่อแบบอนุกรมในวงจรไฟฟ้า ในกรณีส่วนใหญ่ วงจรไฟฟ้าประกอบด้วยผู้บริโภคปัจจุบันหลายราย (รูปที่ 5) การเชื่อมต่อของผู้บริโภคปัจจุบันซึ่งปลายของตัวนำหนึ่งเชื่อมต่อกับจุดเริ่มต้นของอีกอันหนึ่งการสิ้นสุดของอีกอันหนึ่งไปยังจุดเริ่มต้นของหนึ่งในสาม ฯลฯ เรียกว่าอนุกรม

ข้าว. 5

เนื่องจากความต้านทานเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความยาวของตัวนำ ความต้านทานของวงจรจึงเท่ากับผลรวมของความต้านทานของตัวนำแต่ละตัว เนื่องจากการรวมตัวนำหลายตัวเข้าด้วยกันจะทำให้ความยาวของเส้นทางกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้าในแต่ละส่วนของวงจรจะเท่ากัน ดังนั้นแรงดันไฟตกในแต่ละส่วนจะเป็นสัดส่วนกับความต้านทานของส่วนนี้

การต่อขนานในวงจรไฟฟ้า พวกเขาเรียกการเชื่อมต่อดังกล่าวเมื่อจุดเริ่มต้นของตัวนำทั้งหมดเชื่อมต่อที่จุดหนึ่งและสิ้นสุดที่จุดอื่น (รูปที่ 6) ด้วยการเชื่อมต่อแบบขนานมีหลายเส้นทางในการผ่านของกระแสไฟฟ้า (รูปที่ 6) กระแสไฟฟ้าระหว่างผู้บริโภคที่เชื่อมต่อแบบขนานมีการกระจายตามสัดส่วนผกผันกับความต้านทานของผู้บริโภค หากผู้บริโภคแต่ละรายมีความต้านทานเท่ากันก็จะมีกระแสไฟฟ้าเท่ากัน ยิ่งความต้านทานของผู้บริโภคแต่ละรายต่ำลง กระแสไฟฟ้าก็จะไหลผ่านได้มากขึ้นเท่านั้น

รูปที่ 6

ผลรวมของกระแสของแต่ละส่วนในวงจรขนานเท่ากับกระแสทั้งหมดที่จุดแยกของวงจร

ถ้าในวงจรที่ต่อแบบอนุกรม การเพิ่มผู้ใช้กระแสไฟฟ้ารายใหม่จะทำให้ความต้านทานของวงจรเพิ่มขึ้น เมื่อเชื่อมต่อแบบขนาน ความต้านทานใหม่ที่ถูกเชื่อมต่อจะเพิ่มหน้าตัดรวมของตัวนำ ซึ่งประกอบด้วยผลรวมของหน้าตัด - ส่วนของตัวนำของผู้บริโภคทั้งหมด และดังที่คุณทราบ ยิ่งหน้าตัดของตัวนำมีขนาดใหญ่ขึ้นและมีความยาวคงที่ ความต้านทานก็จะยิ่งต่ำลง

หากละเลยความต้านทานของสายเชื่อมต่อเราสามารถสรุปได้ว่าแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายกระแสนั้นถูกนำไปใช้กับผู้บริโภคแต่ละรายของวงจรขนาน ดังนั้นข้อดีของการเชื่อมต่อแบบขนานคือความเป็นอิสระในการดำเนินงานของผู้บริโภคแต่ละรายในปัจจุบัน คุณสามารถปิดผู้บริโภครายใดก็ได้โดยไม่รบกวนการไหลของกระแสผ่านผู้อื่น โดยการเปลี่ยนความต้านทานของผู้บริโภครายหนึ่งเราจะเปลี่ยนกระแสในวงจรของมัน สำหรับผู้บริโภครายอื่นกระแสจะไม่เปลี่ยนแปลง

ข้าว. 7

การเชื่อมต่อแบบผสมในวงจรไฟฟ้า บ่อยครั้งที่การเชื่อมต่อแบบผสมเกิดขึ้นในวงจรไฟฟ้า การเชื่อมต่อแบบผสมคือการเชื่อมต่อที่มีการเชื่อมต่อแบบอนุกรมและแบบขนานของผู้ใช้กระแสไฟฟ้า (รูปที่ 7) ในการหาค่าความต้านทานของตัวนำหลายตัวที่ต่ออยู่ในวงจรผสม ขั้นแรกให้ค้นหาความต้านทานของตัวนำที่ต่อแบบขนานหรือแบบอนุกรม แล้วแทนที่ด้วยตัวนำหนึ่งตัวที่มีความต้านทานเท่ากับตัวนำที่พบ ด้วยวิธีนี้วงจรจะง่ายขึ้นโดยลดลงเหลือตัวนำเดียวซึ่งมีความต้านทานเท่ากับความต้านทานรวมของวงจรที่ซับซ้อน

งานและกำลังของกระแสไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าสามารถผลิตงานได้ ความสามารถของร่างกายในการผลิตงานเรียกว่าพลังงานของร่างกายนั้น ผ่านมอเตอร์ไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าขับเคลื่อนรถไฟฟ้าและเครื่องมือกล เนื่องจากพลังงานของกระแสไฟฟ้าจึงมีการทำงานทางกล ถ้าตัวนำที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านถูกให้ความร้อน พลังงานของกระแสไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นความร้อน ด้วยการปรากฏตัวของกระแสต่าง ๆ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานประเภทอื่น

ในวงจรไฟฟ้าแบบปิด กระแสไฟฟ้าจะไหล ซึ่งแสดงถึงการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า ในการถ่ายโอนประจุในวงจรไฟฟ้า แหล่งพลังงานไฟฟ้าจะใช้พลังงานจำนวนหนึ่งหรือทำงานเท่ากับผลคูณของแรงดันไฟฟ้าของวงจรและปริมาณไฟฟ้าที่ถ่ายโอนผ่านวงจร

หากมีการรั่วในส่วนของวงจรไฟฟ้า ถาม คูลอมบ์ของไฟฟ้า และแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมมีค่าเท่ากับ วี แล้วงานที่ทำในส่วนนี้ของห่วงโซ่ ก จะเท่ากับ:

A = QV เจ

ในปัจจุบัน เอีย ในระหว่าง ต วินาทีผ่านหน้าตัดของตัวนำ ไอที = ถาม คูลอมบ์ของไฟฟ้า ดังนั้นการทำงานของกระแสอิน เอีย ภายใต้ความตึงเครียด วี ในระหว่าง ต วินาทีจะเท่ากับ:

ก = IVT

งานของกระแสไฟฟ้ามักจะประเมินตามกำลังของมัน กำลังปัจจุบันเป็นตัวเลขเท่ากับงานที่กระแสสร้างขึ้น 1 วินาที. ดังนั้นกำลังปัจจุบันจะเท่ากับ:

จูลใน 1 วินาที

หน่วยวัดกำลังคือ วัตต์ (อ ). หนึ่งวัตต์คือกำลังไฟฟ้าเข้าในปัจจุบัน 1 ก ที่แรงดันไฟฟ้าของ 1 นิ้ว . ดังนั้นเมื่อกระแสและแรงดันเพิ่มขึ้น พลังงานก็จะเพิ่มขึ้น ในการกำหนดกำลังของกระแสไฟฟ้า จำเป็นต้องคูณแรงดันไฟฟ้าเป็นโวลต์ด้วยกระแสเป็นแอมแปร์

นอกจากวัตต์แล้ว มักมีการวัดกำลังด้วย กิโลวัตต์ (1 กิโลวัตต์ = 1,000 วัตต์ ), เฮกโตวัตต์ (1 กิกะวัตต์ = 100 วัตต์ ), มิลลิวัตต์ (1 มิลลิวัตต์=0.001 วัตต์ ) และ ไมโครวัตต์ (1 ไมโครวัตต์ = 0.000 001 วัตต์ ).

การทำงานของกระแสไฟฟ้าสามารถกำหนดได้หากกำลังของกระแสไฟฟ้าคูณด้วยเวลาที่กระแสไฟฟ้าเดินทาง: กำลังงานใน 1 วินาที . ได้รับการยอมรับให้เป็นหน่วยงานหลักในการทำงาน วัตต์-วินาที (อ. ส.ค) กล่าวคือ งานของกำลังในปัจจุบัน 1 วัตต์ ในระหว่าง 1 วินาที . หน่วยที่ใหญ่กว่าคือ วัตต์ชั่วโมง (1 วัตต์-ชั่วโมง = 3600 วัตต์วินาที ), เฮกโตวัตต์-ชั่วโมง (1 กิกะวัตต์ชั่วโมง = 100 วัตต์ชั่วโมง ), กิโลวัตต์ชั่วโมง (1 กิโลวัตต์ชั่วโมง = 1,000 วัตต์ชั่วโมง ).

กฎเลนซ์-จูล Lenz นักวิชาการชาวรัสเซียและ Joule นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ซึ่งเป็นอิสระจากกัน ได้กำหนดไว้ว่าในระหว่างที่กระแสไฟฟ้าผ่านตัวนำ ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาจากตัวนำจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับกำลังสองของความแรงของกระแสไฟฟ้า ความต้านทานของตัวนำ และ เวลาที่ผ่านไปของกระแส รูปแบบนี้เรียกว่า วงจรเลนซ์-จูล และแสดงออกมาเป็นสูตร

Q = 0.24I 2 Rt ,

เดอ ถาม - ปริมาณความร้อนเข้า อุจจาระ ;

0,24 - ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่ากระแสไฟฟ้าจะถูกแสดงออกมา ก, แรงดันไฟฟ้าเข้า วีและแนวต้าน-เข้า โอห์ม ;

ฉัน - ปัจจุบันเข้า ก ;

ร - ความต้านทานของตัวนำใน โอห์ม ;

ที - เวลาที่กระแสไหลผ่านตัวนำเข้า วินาที .

อาร์คไฟฟ้า หากคุณนำปลายของตัวนำสองตัวที่เชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้ามาอยู่ใกล้กัน จะเกิดประกายไฟระหว่างตัวนำทั้งสอง เมื่อแยกส่วนปลายออก แทนที่จะเกิดประกายไฟ เราก็ได้ส่วนโค้งไฟฟ้า ทำให้เกิดแสงที่เจิดจ้าและพราว ถ้าแท่งคาร์บอนติดอยู่ที่ปลายตัวนำ จะมีส่วนโค้งไฟฟ้าเกิดขึ้นระหว่างแท่งเหล่านั้นด้วย การเกิดขึ้นของส่วนโค้งอธิบายได้ดังนี้

เมื่ออุณหภูมิของแท่งคาร์บอนเพิ่มขึ้น ความเร็วการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในถ่านหินจะเพิ่มขึ้น ด้วยความร้อนสูง ความเร็วของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระจะเพิ่มขึ้นมากจนเมื่อถ่านหินเคลื่อนตัวออกจากกัน อิเล็กตรอนจะลอยออกจากแท่งเข้าไปในช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรด อันเป็นผลมาจากการกระทำของอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาบนอะตอมที่เป็นกลางและการแผ่รังสีที่รุนแรงของแสงโดยปลายที่ได้รับความร้อนของอิเล็กโทรด อากาศระหว่างอิเล็กโทรดจะยุติความเป็นกลางทางไฟฟ้า กล่าวคือ ช่องว่างก๊าซถูกสร้างขึ้นระหว่างปลายของการแพร่กระจาย อิเล็กโทรดซึ่งนำกระแสไฟฟ้าได้ดีและมีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น

ความสามารถของกระแสในการสร้างอาร์คไฟฟ้านั้นถูกนำมาใช้ในการเชื่อมได้สำเร็จ โดยการแทนที่อิเล็กโทรดคาร์บอนตัวใดตัวหนึ่งด้วยผลิตภัณฑ์ที่กำลังเชื่อม เราจะเกิดการเผาไหม้อาร์คไฟฟ้าระหว่างผลิตภัณฑ์นี้กับอิเล็กโทรดคาร์บอนตัวที่สอง อย่างไรก็ตาม วิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบันคือการเชื่อมด้วยอิเล็กโทรดโลหะ ในกรณีนี้แทนที่จะใช้อิเล็กโทรดคาร์บอน จะใช้อิเล็กโทรดโลหะแทน ส่วนโค้งการเชื่อมจะไหม้ระหว่างชิ้นงานที่กำลังเชื่อมกับอิเล็กโทรดโลหะ หลังจากที่อิเล็กโทรดโลหะละลาย จะถูกแทนที่ด้วยอิเล็กโทรดใหม่

ไฟฟ้าลัดวงจร. โหมดฉุกเฉินของการทำงานของวงจรไฟฟ้าเมื่อเนื่องจากความต้านทานลดลงกระแสในนั้นจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อเทียบกับกระแสปกติเรียกว่าไฟฟ้าลัดวงจร ไฟฟ้าลัดวงจรเกิดขึ้นเมื่อตัวนำหรืออุปกรณ์ ฯลฯ เชื่อมต่อกับวงจรไฟฟ้า มีความต้านทานน้อยมากเมื่อเทียบกับความต้านทานของวงจร เนื่องจากความต้านทานเล็กน้อย กระแสจะไหลผ่านวงจร ซึ่งสูงกว่าที่วงจรได้รับการออกแบบไว้มาก กระแสดังกล่าวจะทำให้เกิดการปล่อยความร้อนจำนวนมากซึ่งจะนำไปสู่การไหม้ของฉนวนลวด, การละลายของวัสดุลวด, ความเสียหายต่อเครื่องมือวัดทางไฟฟ้า, การละลายของหน้าสัมผัสสวิตช์, สวิตช์มีด ฯลฯ แม้แต่แหล่งจ่ายไฟฟ้าก็อาจเสียหายได้ ดังนั้น (เนื่องจากผลกระทบที่เป็นอันตรายจากการลัดวงจรจึงจำเป็นต้องปฏิบัติตามเงื่อนไขบางประการเมื่อติดตั้งและใช้งานการติดตั้งระบบไฟฟ้า

เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันและเป็นอันตรายในวงจรไฟฟ้าระหว่างเกิดไฟฟ้าลัดวงจร วงจรจึงได้รับการป้องกันด้วยฟิวส์ ฟิวส์เป็นลวดหลอมละลายต่ำที่ต่ออนุกรมกับวงจร เมื่อกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเกินค่าที่กำหนด ลวดฟิวส์จะร้อนขึ้นและละลาย วงจรไฟฟ้าจะแตกโดยอัตโนมัติและกระแสไฟฟ้าในนั้นจะหยุดลง ข้อต่อฟิวส์ที่แตกต่างกันใช้สำหรับส่วนต่างๆ ของสายไฟที่มีการป้องกันและสำหรับผู้ใช้พลังงานที่แตกต่างกัน ฟิวส์สามารถทำงานได้หากเลือกอย่างถูกต้อง

ข้าว. 8

ตามการออกแบบฟิวส์จะแบ่งออกเป็นปลั๊ก (รูปที่ 8, a), แผ่น (รูปที่ 8, b) และท่อ (รูปที่ 8, c) ในฟิวส์ปลั๊กลวดที่หลอมละลายจะถูกวางไว้ภายในปลั๊กพอร์ซเลนและ จับจ้องอยู่ที่ฐานซึ่งต่อสายไฟของวงจรเปิดไว้ ในเพลทฟิวส์ ตัวฟิวส์จะยึดเข้ากับฐานฉนวนโดยใช้ปลายและสกรู สายไฟของวงจรที่จะเปิดนั้นต่อเข้ากับสกรู ในฟิวส์แบบท่อ ชิ้นส่วนที่หลอมได้จะถูกวางไว้ภายในหลอดพอร์ซเลนที่ถอดออกได้ง่าย

ในวงจรที่มีกระแสและแรงดันไฟฟ้าสูง ฟิวส์จะไม่ค่อยได้ใช้ ในกรณีเหล่านี้ จะมีการจัดเตรียมการป้องกันอัตโนมัติอื่นไว้