Наша сеть партнеров Banwar
Електричний струм в ланцюзі завжди проявляється якимось своїм дією. Це може бути як робота в певному навантаженні, так і супутнє дію струму. Таким чином, за дією струму можна судити про її наявність або відсутність в даному колі: якщо навантаження працює - струм є. Якщо типове супутнє току явище спостерігається - струм в ланцюзі є, і т. Д.
Взагалі, електричний струм здатний викликати різні дії: теплове, хімічне, магнітне (електромагнітне), світлове або механічне, причому різного роду дії струму найчастіше проявляються одночасно. Про ці явища і процеси струму і піде мова в даній статті.
Теплова дія електричного струму
При проходженні постійного або змінного електричного струму по провіднику, провідник нагрівається. Такими нагріваються провідниками в різних умовах і додатках можуть виступати: метали, електроліти, плазма, розплави металів, напівпровідники, напівметали.
У найпростішому випадку, якщо, скажімо, через ніхромовий дріт пропустити електричний струм, то вона нагріється. Дане явище використовується в нагрівальних приладах: в електрочайника, в кип'ятильниках, в обігрівачах, електроплитках і т. Д. У зварці температура електричної дуги взагалі доходить до 7000 ° С, і метал легко плавиться, - це теж теплову дію струму.
Виділяється на ділянці ланцюга кількість теплоти залежить від прикладеного до цієї ділянки напруги, значення струму, що протікає і від часу його протікання ( Закон Джоуля - Ленца ).
Перетворивши закон Ома для ділянки кола, можна для обчислення кількості теплоти використовувати або напруга, або силу струму, але тоді обов'язково необхідно знати і опір ланцюга, адже саме воно обмежує струм, і викликає, по суті, нагрів. Або, знаючи струм і напруга в ланцюзі, можна так само легко знайти кількість виділеної теплоти.
Хімічна дія електричного струму
Електроліти, що містять іони, під дією постійного електричного струму піддаються електролізу - це і є хімічне дію струму. До позитивного електрода (анода) в процесі електролізу притягуються негативні іони (аніони), а до негативного електроду (катоду) - позитивні іони (катіони). Тобто речовини, що містяться в електроліті, в процесі електролізу виділяються на електродах джерела струму.
Наприклад, в розчин певної кислоти, луги або солі занурюють пару електродів, і при пропущенні електричного струму по ланцюгу на одному електроді створюється позитивний заряд, на іншому - негативний. Іони містяться в розчині починають відкладатися на електроді з протилежним зарядом.
Скажімо, при електролізі мідного купоросу (CuSO4), катіони міді Cu2 + з позитивним зарядом рухаються до негативно зарядженого катода, де вони отримують відсутній заряд, і стають нейтральними атомами міді, осідаючи на поверхні електрода. Гідроксильна група -OH віддасть електрони на аноді, і в результаті виділиться кисень. Позитивно заряджені катіони водню H + і негативно заряджені аніони SO42- залишаться в розчині.
Хімічна дія електричного струму використовується в промисловості, наприклад, для розкладання води на складові її частини (водень і кисень). Також електроліз дозволяє отримувати деякі метали в чистому вигляді. За допомогою електролізу покривають тонким шаром певного металу (нікелю, хрому) поверхні - це нанесення гальванічних покриттів і т.д.
У 1832 році Майкл Фарадей встановив, що маса m речовини, яка виділяється на електроді, прямо пропорційна електричному заряду q, що пройшов через електроліт. Якщо через електроліт пропускається протягом часу t постійний струм I, то справедливий перший закон електролізу Фарадея:
Тут коефіцієнт пропорційності k називається електрохімічним еквівалентом речовини. Він чисельно дорівнює масі речовини, яка виділяється при проходженні через електроліт одиничного електричного заряду, і залежить від хімічної природи речовини.
Магнітна дія електричного струму
При наявності електричного струму в будь-якому провіднику (в твердому, рідкому або газоподібному) спостерігається магнітне поле навколо провідника, тобто провідник зі струмом набуває магнітні властивості.
Так, якщо до провідника, по якому тече струм, піднести магніт, наприклад у вигляді магнітної стрілки компаса, то стрілка повернеться перпендикулярно провіднику, а якщо намотати провідник на залізний сердечник, і пропустити по провіднику постійний струм, то сердечник стане електромагнітом.
У 1820 році Ерстед відкрив магнітне дію струму на магнітну стрілку, а Ампер встановив кількісні закономірності магнітного взаємодії провідників зі струмом.
Магнітне поле завжди породжується струмом, тобто рухомими електричними зарядами, зокрема - зарядженими частинками (електронами, іонами). Протилежно спрямовані струми взаємно відштовхуються, односпрямовані струми взаємно притягуються.
Таке механічне взаємодія відбувається завдяки взаємодії магнітних полів струмів, тобто це, в першу чергу, - магнітна взаємодія, а вже потім - механічне. Таким чином, магнітне взаємодія струмів первинно.
У 1831 році, Фарадей встановив, що змінюється магнітне поле від одного контуру породжує струм в іншому контурі: генерується ЕРС пропорційна швидкості зміни магнітного потоку. Логічно, що саме магнітне дію струмів використовується донині і у всіх трансформаторах, а не тільки в електромагнітах (наприклад, в промислових).
Світлове дію електричного струму
У найпростішому вигляді світлове дію електричного струму можна спостерігати в лампі розжарювання, спіраль якої розігрівається що проходить через неї струмом до сказу і випромінює світло.
Для лампи розжарювання на світлову енергію припадає близько 5% від підведеної електроенергії, решта 95% якої перетворюється в тепло.
Люмінесцентні лампи більш ефективно перетворюють енергію струму в світло - до 20% електроенергії перетвориться у видиме світло завдяки люмінофора, що приймає ультрафіолетове випромінювання від електричного розряду в парах ртуті або в інертному газі типу неону.
Більш ефективно світлове дію електричного струму реалізується в світлодіодах. При пропущенні електричного струму через pn перехід в прямому напрямку, носії заряду - електрони і дірки - рекомбинируют з випромінюванням фотонів (через перехід електронів з одного енергетичного рівня на інший).
Кращі випромінювачі світла відносяться до прямозонних напівпровідників (тобто до таких, в яких дозволені прямі оптичні переходи зона-зона), наприклад GaAs, InP, ZnSe або CdTe. Варіюючи склад напівпровідників, можна створювати світлодіоди для всіляких довжин хвиль від ультрафіолету (GaN) до середнього інфрачервоного діапазону (PbS). ККД світлодіода як джерела світла доходить в середньому до 50%.
Механічна дія електричного струму
Як було зазначено вище, кожен провідник, по якому тече електричний струм, утворює навколо себе магнітне поле . Магнітні дії перетворюються в рух, наприклад, в електродвигунах, в магнітних підйомних пристроях, в магнітних вентилях, в реле і т. Д.
Механічна дія одного струму на інший описує закон Ампера. Вперше цей закон був встановлений Андре Марі Ампером в 1820 для постійного струму. з закону Ампера випливає, що паралельні провідники з електричними струмами, поточними в одному напрямку, притягуються, а в протилежних - відштовхуються.
Законом Ампера називається також закон, що визначає силу, з якою магнітне поле діє на малий відрізок провідника зі струмом. Сила, з якою магнітне поле діє на елемент провідника зі струмом, що знаходиться в магнітному полі, прямо пропорційна току в провіднику і векторному добутку елемента довжини провідника на магнітну індукцію.
На цьому принципі заснована робота електродвигунів , Де ротор грає роль рамки зі струмом, що орієнтується в зовнішньому магнітному полі статора обертовим моментом M.