Wat zijn spanning, stroom en weerstand: hoe ze in de praktijk worden gebruikt

In de elektrotechniek worden de termen "stroom", "spanning" en "weerstand" gebruikt om de processen te beschrijven die plaatsvinden in elektrische circuits. Elk van hen heeft zijn eigen doel met specifieke kenmerken.

Elektriciteit

Het woord wordt gebruikt om de beweging van geladen deeltjes (elektronen, gaten, kationen en anionen) door een bepaald medium van een stof te karakteriseren. De richting en het aantal ladingsdragers bepaalt het type en de sterkte van de stroom.

De belangrijkste kenmerken van stroom zijn van invloed op de praktische toepassing ervan

Een voorwaarde voor de stroom van ladingen is de aanwezigheid van een circuit of, met andere woorden, een gesloten lus die voorwaarden schept voor hun beweging. Als zich een leegte vormt in de bewegende deeltjes, stopt hun gerichte beweging onmiddellijk.

Alle schakelaars en beveiligingen die in elektriciteit worden gebruikt, werken volgens dit principe.Ze creëren een scheiding tussen de bewegende contacten van de geleidende delen en onderbreken door deze actie de stroom van elektrische stroom, waardoor het apparaat wordt uitgeschakeld.

In energie is de meest gebruikelijke methode het creëren van een elektrische stroom door de beweging van elektronen in metalen gemaakt in de vorm van draden, banden of andere geleidende onderdelen.

Naast deze methode wordt ook het creëren van stroom binnen gebruikt:

1. gassen en elektrolytische vloeistoffen als gevolg van de beweging van elektronen of kationen en anionen — ionen met positieve en negatieve ladingstekens;

2. een omgeving van vacuüm, lucht en gassen onderworpen aan de beweging van elektronen veroorzaakt door het fenomeen van thermische straling;

3. halfgeleidermaterialen door de beweging van elektronen en gaten.

Een elektrische schok kan optreden wanneer:

• toepassen van een extern elektrisch potentiaalverschil op geladen deeltjes;

• verwarmingsdraden die momenteel geen supergeleiders zijn;

• het verloop van chemische reacties gerelateerd aan het vrijkomen van nieuwe stoffen;

• het effect van een magnetisch veld op de draad.

De golfvorm van de elektrische stroom kan zijn:

1. een constante in de vorm van een rechte lijn op de tijdlijn;

2. een variabele sinusvormige harmonische goed beschreven door de basisgoniometrische relaties;

3. meander, ongeveer gelijkend op een sinusgolf, maar met scherpe, uitgesproken hoeken, die in sommige gevallen goed kunnen worden afgevlakt;

4. pulserend, wanneer de richting ongewijzigd blijft en de amplitude periodiek fluctueert van nul tot de maximale waarde volgens een welomschreven wet.

Elektrische stroom kan nuttig zijn voor een persoon wanneer:

• omgezet in lichtstraling;

• creëert verwarming van thermische elementen;

• voert mechanisch werk uit door het aantrekken of afstoten van beweegbare ankers of de rotatie van rotoren met in lagers gefixeerde aandrijvingen;

• genereert in sommige andere gevallen elektromagnetische straling.

Wanneer elektrische stroom door draden gaat, kan schade worden veroorzaakt door:

• overmatige verhitting van stroomvoerende circuits en contacten;

• onderwijs wervelstromen in de magnetische circuits van elektrische machines;

• straling van elektriciteit elektromagnetische golven in het milieu en enkele soortgelijke verschijnselen.

Ontwerpers van elektrische apparaten en ontwikkelaars van verschillende circuits houden rekening met de genoemde mogelijkheden van elektrische stroom in hun apparaten. De schadelijke effecten van wervelstromen in transformatoren, motoren en generatoren worden bijvoorbeeld verzacht door de kernen te mengen die worden gebruikt om magnetische fluxen over te dragen. Tegelijkertijd wordt de wervelstroom met succes gebruikt om het medium te verwarmen in elektrische ovens en magnetrons die werken volgens het inductieprincipe.

Een elektrische wisselstroom met een sinusvormige golfvorm kan een verschillende oscillatiefrequentie hebben per tijdseenheid - een seconde. De industriële frequentie van elektrische installaties in verschillende landen is gestandaardiseerd met de getallen 50 of 60 hertz. Voor andere doeleinden van elektrotechniek en radiozaken worden signalen gebruikt:

• laagfrequent, met lagere waarden;

• hoge frequentie, die het bereik van industriële apparaten aanzienlijk overschrijdt.

Het is algemeen aanvaard dat een elektrische stroom wordt gecreëerd door de beweging van geladen deeltjes in een bepaald macroscopisch medium en een geleidingsstroom wordt genoemd... Een ander type stroom, convectie genaamd, kan echter optreden wanneer macroscopisch geladen lichamen bewegen, bijvoorbeeld regendruppels .

Hoe elektrische stroom wordt gevormd in metalen

De beweging van elektronen onder invloed van een constante kracht die erop wordt uitgeoefend, kan worden vergeleken met de afdaling van een parachutist met een open kap. In beide gevallen wordt een gelijkmatig versnelde beweging verkregen.

De skydiver beweegt als gevolg van de zwaartekracht naar de grond, die wordt tegengewerkt door de kracht van luchtweerstand. Elektronen worden beïnvloed door de kracht die erop wordt uitgeoefend elektrisch veld, en zijn beweging wordt belemmerd door voortdurende botsingen met andere deeltjes - ionen van kristalroosters, waardoor een deel van het effect van de uitgeoefende kracht wordt gedoofd.

In beide gevallen bereiken de gemiddelde snelheid van de parachutist en de elektronenbeweging een constante waarde.

Dit creëert een vrij unieke situatie waarbij de snelheid:

• de eigenbeweging van een elektron wordt bepaald door een waarde in de orde van grootte van 0,1 millimeter per seconde;

• de stroom van elektrische stroom komt overeen met een veel hogere waarde - de voortplantingssnelheid van lichtgolven: ongeveer 300 duizend kilometer per seconde.

Dus, stroom van elektrische stroom wordt gecreëerd waar een spanning wordt aangelegd op de elektronen, en als resultaat beginnen ze te bewegen met de snelheid van het licht in het geleidende medium.

Wanneer elektronen in het kristalrooster van een metaal bewegen, ontstaat er nog een interessante regelmaat: het botst met ongeveer elke tiende tegenion.Dat wil zeggen, het vermijdt met succes ongeveer 90% van de ionenbotsingen.

Dit fenomeen kan niet alleen worden verklaard door de wetten van de fundamentele klassieke fysica, zoals algemeen door de meeste mensen wordt begrepen, maar ook door de aanvullende werkingswetten die worden beschreven door de theorie van de kwantummechanica.

Als we kort hun actie uitdrukken, dan kunnen we ons voorstellen dat de beweging van elektronen in metalen wordt belemmerd door zware "zwaaiende" grote ionen die voor extra weerstand zorgen.

Dit effect is vooral merkbaar bij het verwarmen van metalen, wanneer de "zwaai" van zware ionen toeneemt en de elektrische geleidbaarheid van de kristalroosters van de draden vermindert.

Daarom, wanneer metalen worden verwarmd, neemt hun elektrische weerstand altijd toe, en wanneer ze worden afgekoeld, neemt hun geleidbaarheid toe. Wanneer de temperatuur van het metaal daalt tot kritische waarden die dicht bij de waarde van het absolute nulpunt liggen, treedt in veel van hen het fenomeen van supergeleiding op.

Elektrische stroom kan, afhankelijk van de waarde ervan, verschillende dingen doen. Voor een kwantitatieve beoordeling van zijn mogelijkheden wordt een waarde genomen die stroomsterkte wordt genoemd. De grootte in het internationale meetsysteem is 1 A. Om de huidige sterkte in de technische literatuur aan te geven, wordt de index «I» gebruikt.

Spanning

Deze term wordt gebruikt als een kenmerk van een fysieke grootheid die het werk uitdrukt dat wordt besteed aan het overbrengen van een elektrische lading van een testeenheid van het ene punt naar het andere zonder de aard van de plaatsing van de resterende ladingen op de actieve veldbronnen te veranderen.

Omdat de start- en eindpunten verschillende energiepotentialen hebben, is de arbeid die wordt verricht om de lading of spanning te verplaatsen gelijk aan de verhouding van het verschil tussen deze potentialen.

Er worden verschillende termen en methoden gebruikt om de spanning te berekenen, afhankelijk van de stromen die vloeien. Kan niet zijn:

1. constant - in elektrostatische en constante stroomcircuits;

2. wisselstroom - in circuits met wisselstroom en sinusvormige stroom.

Voor het tweede geval worden dergelijke aanvullende kenmerken en soorten stress gebruikt als:

• amplitude — de grootste afwijking van de nulpositie van de abscis-as;

• momentane waarde, die op een bepaald moment wordt uitgedrukt;

• effectieve, effectieve of, anders genaamd, wortelgemiddelde kwadraatwaarde, bepaald door de actieve arbeid die gedurende een halve periode is verricht;

• gelijkgerichte gemiddelde waarde berekend modulo de gelijkgerichte waarde van één harmonische periode.

Voor de kwantitatieve beoordeling van spanning werd de internationale eenheid van 1 volt geïntroduceerd en werd het symbool «U» de aanduiding.

Bij het transporteren van elektrische energie door bovengrondse lijnen zijn het ontwerp van de steunen en hun afmetingen afhankelijk van de waarde van de gebruikte spanning. De waarde tussen de geleiders van de fasen wordt lineair genoemd en is relatief ten opzichte van elke geleider en aardfase.

Deze regel geldt voor alle soorten luchtvaartmaatschappijen.

In huishoudelijke elektrische netwerken van ons land is de standaard een driefasige spanning van 380/220 volt.

Elektrische weerstand

De term wordt gebruikt om de eigenschappen van een stof te karakteriseren om de doorgang van een elektrische stroom er doorheen te verzwakken.In dit geval kunnen verschillende omgevingen worden gekozen, de temperatuur van de stof of de afmetingen ervan worden gewijzigd.

In gelijkstroomcircuits doet de weerstand actief werk en wordt daarom actief genoemd. Voor elke sectie is deze recht evenredig met de aangelegde spanning en omgekeerd evenredig met de passerende stroom.

In wisselstroomschema's worden de volgende begrippen geïntroduceerd:

• impedantie;

• golf weerstand.

Elektrische impedantie wordt ook wel complexe impedantie of componentimpedantie genoemd:

• actief;

• reactief.

Reactiviteit kan op zijn beurt zijn:

• capacitief;

• inductief.

De verbindingen tussen de impedantiecomponenten van de weerstandsdriehoek worden beschreven.

In een elektrodynamische berekening wordt de golfimpedantie van een hoogspanningslijn bepaald door de verhouding van de spanning van de invallende golf tot de waarde van de stroom die langs de golflijn gaat.

De weerstandswaarde wordt genomen als een internationale meeteenheid van 1 Ohm.

De relatie van stroom, spanning, weerstand

Een klassiek voorbeeld van het uitdrukken van de relatie tussen deze kenmerken is een vergelijking met een hydraulisch circuit, waar de bewegingskracht van de levensstroom (analoog - de grootte van de stroom) afhangt van de waarde van de kracht uitgeoefend op de zuiger (gecreëerde spanning) en het karakter van de stroomlijnen, gemaakt van vernauwingen (weerstand).

De wiskundige wetten die de relatie tussen elektrische weerstand, stroom en spanning beschrijven, werden voor het eerst gepubliceerd en gepatenteerd door Georg Ohm. Hij leidde de wetten af ​​voor het hele circuit van het elektrische circuit en zijn sectie. Zie hier voor meer details: Toepassing van de wet van Ohm in de praktijk

Ampèremeters, voltmeters en ohmmeters worden gebruikt om de fundamentele elektrische hoeveelheden elektriciteit te meten.

Een ampèremeter meet de stroom die door het circuit vloeit.Omdat deze in het hele gesloten gebied niet verandert, wordt de ampèremeter ergens tussen de spanningsbron en de gebruiker geplaatst, waardoor een ladingsdoorgang door de meetkop van het apparaat ontstaat.

Een voltmeter wordt gebruikt om de spanning te meten op de terminals van de gebruiker die op de stroombron zijn aangesloten.

Weerstandsmetingen met een ohmmeter kunnen alleen worden uitgevoerd als de gebruiker is uitgeschakeld. Dit komt doordat de ohmmeter een gekalibreerde spanning afgeeft en de stroom meet die door de testkop vloeit, die wordt omgezet in ohm door de spanning te delen door de stroomwaarde.

Elke aansluiting van een externe laagspanning tijdens de meting veroorzaakt extra stromen en vervormt het resultaat. Aangezien de interne circuits van de ohmmeter een laag vermogen hebben, faalt het apparaat in het geval van foutieve weerstandsmetingen bij het aanleggen van een externe spanning vrij vaak vanwege het feit dat het interne circuit doorbrandt.

Door de basiskenmerken van stroom, spanning, weerstand en de relaties daartussen te kennen, kunnen elektriciens hun werk met succes uitvoeren en elektrische systemen betrouwbaar bedienen, en gemaakte fouten eindigen vaak in ongevallen en verwondingen.