Curentul electric sau curentul electric este o mișcare dirijată (ordonată) a particulelor sau cvasi -particulelor - purtători de sarcină electrică [1] [2] [3] . Interacțiunea electromagnetică ulterioară între particulele încărcate se realizează nu direct, ci printr- un câmp electromagnetic [4] . Viteza de propagare a interacțiunii (câmpului) electromagnetică sau viteza radiației electromagnetice atinge viteza luminii [5] , care este de multe ori mai mare decât viteza de mișcare a purtătorilor de sarcină electrică înșiși [6] .
Purtătorii de sarcină electrică pot fi: în metale - electroni , în electroliți - ioni ( cationi și anioni ), în gaze - ioni și electroni , în vid în anumite condiții - electroni , în semiconductori - electroni sau găuri ( conductivitate electron - gaură ). Din punctul de vedere al teoriei câmpului cuantic, purtătorul interacțiunii electromagnetice este un foton [7] .
Uneori, curentul electric se mai numește și curent de deplasare , rezultat din modificarea timpului a câmpului electric [8] .
Curentul electric are următoarele manifestări:
Dacă particulele încărcate se mișcă în interiorul corpurilor macroscopice în raport cu un anumit mediu, atunci un astfel de curent se numește curent electric de conducere . Dacă corpurile încărcate macroscopice se mișcă (de exemplu, picăturile de ploaie încărcate), atunci acest curent se numește curent de convecție [3] .
Există curenți electrici continui și alternativi, precum și tot felul de curent alternativ. În astfel de termeni, cuvântul „electric” este adesea omis.
Curenții turbionari (curenții Foucault) sunt „curenți electrici închisi într-un conductor masiv care apar atunci când fluxul magnetic care îl pătrunde se modifică ” [14] , prin urmare, curenții turbionari sunt curenți de inducție. Cu cât fluxul magnetic se modifică mai repede, cu atât curenții turbionari sunt mai puternici. Curenții turbionari nu curg de-a lungul anumitor căi în fire, dar, închizându-se în conductor, formează contururi asemănătoare vortexului.
Existența curenților turbionari duce la efectul de piele, adică la faptul că curentul electric alternativ și fluxul magnetic se propagă în principal în stratul superficial al conductorului. Încălzirea conductoarelor cu curent turbionar duce la pierderi de energie, în special în nucleele bobinelor AC. Pentru a reduce pierderile de energie din cauza curenților turbionari, circuitele magnetice de curent alternativ sunt împărțite în plăci separate, izolate între ele și situate perpendicular pe direcția curenților turbionari, ceea ce limitează contururile posibile ale traseului lor și reduce foarte mult magnitudinea acestor curenți. . La frecvențe foarte mari, în locul feromagneților, pentru circuitele magnetice se folosesc magnetodielectrici, în care, din cauza rezistenței foarte mari, practic nu apar curenți turbionari.
Este acceptat din punct de vedere istoric că direcția curentului coincide cu direcția de mișcare a sarcinilor pozitive într- un conductor . Mai mult, dacă singurii purtători de curent sunt particule încărcate negativ (de exemplu, electronii dintr-un metal ), atunci direcția curentului este opusă direcției de mișcare a particulelor încărcate [2] .
Viteza (deriva) mișcării direcționate a particulelor în conductoare cauzată de un câmp extern depinde de materialul conductorului, de masa și sarcina particulelor, de temperatura ambiantă , de diferența de potențial aplicată și este mult mai mică decât viteza de lumina . Timp de 1 secundă, electronii din conductor se mișcă datorită mișcării ordonate cu mai puțin de 0,1 mm [6] - de 20 de ori mai puțin decât viteza melcului . În ciuda acestui fapt, viteza de propagare a curentului electric real este egală cu viteza luminii (viteza de propagare a frontului undei electromagnetice ). Adică, locul în care electronii își schimbă viteza de mișcare după o modificare a tensiunii se mișcă cu viteza de propagare a oscilațiilor electromagnetice.
Curentul electric are caracteristici cantitative: scalar - puterea curentului și vectorul - densitatea curentului .
Puterea curentului este o mărime fizică egală cu raportul dintre cantitatea de sarcină care a trecut prin secțiunea transversală a conductorului într-un timp și valoarea acestui interval de timp.
Puterea curentă în Sistemul Internațional de Unități (SI) este măsurată în amperi (desemnare rusă: A; internațional: A).
Conform legii lui Ohm , puterea curentului într-o secțiune a circuitului este direct proporțională cu tensiunea aplicată acestei secțiuni a circuitului și invers proporțională cu rezistența acestuia :
Dacă curentul electric nu este constant în secțiunea circuitului, atunci tensiunea și puterea curentului se schimbă constant, în timp ce pentru curentul alternativ obișnuit valorile medii ale tensiunii și intensității curentului sunt egale cu zero. Cu toate acestea, puterea medie a căldurii degajate în acest caz nu este egală cu zero. Prin urmare, se folosesc următorii termeni:
Densitatea curentului este un vector , a cărui valoare absolută este egală cu raportul dintre curentul care curge printr-o anumită secțiune a conductorului, perpendicular pe direcția curentului, pe aria acestei secțiuni și direcția vectorul coincide cu direcția de mișcare a sarcinilor pozitive care formează curentul.
Conform legii lui Ohm în formă diferențială, densitatea de curent în mediu este proporțională cu intensitatea câmpului electric și conductivitatea mediului :
În prezența curentului în conductor , se lucrează împotriva forțelor de rezistență. Rezistența electrică a oricărui conductor constă din două componente:
În general, cea mai mare parte a muncii efectuate de un curent electric este eliberată sub formă de căldură . Puterea de pierdere de căldură este o valoare egală cu cantitatea de căldură eliberată pe unitatea de timp. Conform legii Joule-Lenz, puterea pierderii de căldură într-un conductor este proporțională cu puterea curentului care curge și cu tensiunea aplicată:
Puterea se măsoară în wați .
Într -un mediu continuu, pierderea de putere volumetrică este determinată de produsul scalar dintre vectorul de densitate de curent și vectorul intensității câmpului electric într-un punct dat:
Puterea volumetrică este măsurată în wați pe metru cub .
Rezistența la radiații este cauzată de formarea undelor electromagnetice în jurul conductorului. Această rezistență este în dependență complexă de forma și dimensiunile conductorului, de lungimea de undă a undei emise. Pentru un singur conductor rectiliniu, în care curentul este de aceeași direcție și putere peste tot și a cărui lungime L este mult mai mică decât lungimea undei electromagnetice emise de acesta , dependența rezistenței de lungimea de undă și conductor este relativ simplu:
Cel mai utilizat curent electric cu o frecvență standard de 50 Hz corespunde unei lungimi de undă de aproximativ 6 mii de kilometri, motiv pentru care puterea de radiație este de obicei neglijabil de mică în comparație cu puterea de pierdere a căldurii. Cu toate acestea, pe măsură ce frecvența curentului crește, lungimea undei emise scade, iar puterea radiației crește în consecință. Un conductor capabil să radieze energie apreciabilă se numește antenă .
Conceptul de frecvență se referă la un curent alternativ care își schimbă periodic puterea sau direcția. Acesta include, de asemenea, curentul cel mai frecvent utilizat, care variază în funcție de o lege sinusoidală .
O perioadă de curent alternativ este cea mai scurtă perioadă de timp (exprimată în secunde) după care se repetă modificări de curent (și tensiune) [15] . Numărul de perioade încheiate de curent pe unitatea de timp se numește frecvență. Frecvența este măsurată în herți , un herți (Hz) corespunde unui ciclu pe secundă.
Uneori, pentru comoditate, este introdus conceptul de curent de deplasare. În ecuațiile lui Maxwell , curentul de deplasare este prezent pe picior de egalitate cu curentul cauzat de mișcarea sarcinilor. Intensitatea câmpului magnetic depinde de curentul electric total, care este egal cu suma curentului de conducere și a curentului de deplasare. Prin definiție, densitatea curentului de deplasare este o mărime vectorială proporțională cu rata de modificare a câmpului electric :
,unde este constanta electrică și este permisivitatea . Când câmpul electric se modifică, la fel ca în cazul fluxului de curent, se generează un câmp magnetic , ceea ce face ca aceste două procese să fie asemănătoare între ele. În plus, o modificare a câmpului electric este de obicei însoțită de un transfer de energie . De exemplu, atunci când se încarcă și se descarcă un condensator , în ciuda faptului că nu există nicio mișcare a particulelor încărcate între plăcile sale, se vorbește despre un curent de deplasare care curge prin el, transportând ceva energie și închidend circuitul electric într-un mod deosebit . Curentul de deplasare în condensator este determinat de formula:
,unde este sarcina de pe plăcile condensatorului, este diferența de potențial dintre plăci, este capacitatea condensatorului.
Curentul de deplasare nu este un curent electric, deoarece nu are legătură cu mișcarea unei sarcini electrice.
Spre deosebire de dielectrici, conductorii conțin purtători liberi de sarcini necompensate, care, sub acțiunea unei forțe, de obicei o diferență de potențiale electrice, se pun în mișcare și creează un curent electric. Caracteristica curent-tensiune (dependența intensității curentului de tensiune) este cea mai importantă caracteristică a unui conductor. Pentru conductorii metalici și electroliți, are cea mai simplă formă: puterea curentului este direct proporțională cu tensiunea (legea lui Ohm).
Metale - aici purtătorii de curent sunt electronii de conducție, care sunt de obicei considerați ca un gaz de electroni, arătând în mod clar proprietățile cuantice ale unui gaz degenerat.
Plasma este un gaz ionizat. Sarcina electrică este transportată de ioni (pozitivi și negativi) și de electroni liberi, care se formează sub influența radiațiilor (ultraviolete, raze X și altele) și (sau) a încălzirii.
Electroliții sunt „substanțe și sisteme lichide sau solide în care ionii sunt prezenți în orice concentrație notabilă, provocând trecerea unui curent electric” [17] . Ionii se formează în procesul de disociere electrolitică. La încălzire, rezistența electroliților scade din cauza creșterii numărului de molecule descompuse în ioni. Ca urmare a trecerii curentului prin electrolit, ionii se apropie de electrozi și sunt neutralizați, depunându-se pe aceștia. Legile lui Faraday ale electrolizei determină masa substanței eliberate pe electrozi.
Există și un curent electric de electroni în vid, care este utilizat în dispozitivele cu raze catodice [3] .
Electricitatea atmosferică este electricitatea găsită în aer. Pentru prima dată a arătat prezența electricității în aer și a explicat cauza tunetelor și fulgerelor Benjamin Franklin [18] . Ulterior, s-a stabilit că electricitatea se acumulează în condensarea vaporilor din atmosfera superioară și s-au indicat următoarele legi, pe care electricitatea atmosferică le urmează:
Curentul total care curge pe întreaga suprafață a Pământului , în acest caz, este de aproximativ 1800 A [20] .
Fulgerul este o descărcare electrică naturală cu scântei. A fost stabilită natura electrică a aurorelor . Focurile lui Sf. Elmo sunt o descărcare electrică corona naturală.
Biocurenți - mișcarea ionilor și electronilor joacă un rol foarte important în toate procesele vieții. Biopotențialul creat în acest caz există atât la nivel intracelular, cât și în părți individuale ale corpului și organelor. Transmiterea impulsurilor nervoase are loc cu ajutorul semnalelor electrochimice. Unele animale ( raze electrice , anghilă electrică ) sunt capabile să acumuleze un potențial de câteva sute de volți și îl folosesc pentru autoapărare.
La studierea curentului electric au fost descoperite multe dintre proprietățile acestuia, ceea ce i-a permis să găsească aplicații practice în diverse domenii ale activității umane, ba chiar să creeze noi zone care nu ar fi posibile fără existența unui curent electric. După ce curentul electric și-a găsit aplicație practică și pentru că curentul electric poate fi obținut în diferite moduri, în domeniul industrial a apărut un nou concept - industria energiei electrice .
Curentul electric este folosit ca purtător de semnale de diferite complexități și tipuri în diferite zone (telefon, radio, panou de control, buton de blocare a ușii și așa mai departe).
În unele cazuri, apar curenți electrici nedoriți, cum ar fi curenții paraziți sau curentul de scurtcircuit.
Corpul uman este un conductor de curent electric. Rezistența umană cu pielea uscată și intactă variază de la 3 la 100 kOhm.
Curentul trecut prin corpul uman sau animal duce la următoarele efecte:
Principalul factor care determină rezultatul șocului electric este cantitatea de curent care trece prin corpul uman. Conform măsurilor de siguranță, curentul electric este clasificat după cum urmează:
Include măsuri legale, socio-economice, organizatorice și tehnice, sanitare și igienice, medicale și preventive, de reabilitare și alte măsuri. Regulile de securitate electrică sunt reglementate prin documente legale și tehnice, cadru normativ și tehnic. Cunoașterea elementelor de bază ale siguranței electrice este obligatorie pentru personalul care deservește instalațiile electrice și echipamentele electrice.
În Rusia, în conformitate cu Regulile pentru funcționarea tehnică a instalațiilor electrice ale consumatorilor [21] și Regulile pentru protecția muncii în timpul funcționării instalațiilor electrice [22] , au fost stabilite 5 grupuri de calificare pentru securitatea electrică, în funcție de calificări si experienta angajatului si tensiunea instalatiilor electrice.
În Rusia, documentele de reglementare care reglementează nivelurile maxime admisibile (MPL) de expunere la radiații electromagnetice sunt:
Nivelurile permise de radiație ale diferitelor echipamente radio de transmisie la frecvențe > 300 MHz în zona sanitar-rezidențială din unele țări diferă semnificativ:
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
|
Energie | |||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
structura pe produse si industrii | |||||||||||||||||||||||||||
Industria energetică : electricitate |
| ||||||||||||||||||||||||||
Furnizare de căldură : energie termică |
| ||||||||||||||||||||||||||
Industria combustibilului : combustibil |
| ||||||||||||||||||||||||||
Energie promițătoare : |
| ||||||||||||||||||||||||||
Portal: Energie |