Modernu udobnost našeg života dugujemo električnoj struji. Osvjetljava naše domove generirajući zračenje u vidljivom rasponu svjetlosnih valova, kuha i zagrijava hranu u raznim uređajima kao što su električni štednjaci, mikrovalne pećnice, tosteri, eliminirajući potrebu za traženjem goriva za vatru. Zahvaljujući njemu, brzo se krećemo u horizontalnoj ravni u električnim vlakovima, podzemnim željeznicama i vlakovima, krećemo se u vertikalnoj ravni na pokretnim stepenicama i u liftovima. Toplinu i udobnost u našim domovima dugujemo električnoj struji koja teče u klima uređajima, ventilatorima i električnim grijačima. Raznovrsne električne mašine, napajane električnom strujom, olakšavaju nam rad, kako kod kuće, tako i na poslu. Zaista, živimo u električnom dobu, jer zahvaljujući električnoj struji rade naši kompjuteri i pametni telefoni, internet i televizija i drugi pametni elektronski uređaji. Nije uzalud što se čovječanstvo toliko trudi da proizvede električnu energiju u termo, nuklearnim i hidroelektranama - električna energija je sama po sebi najpogodniji oblik energije.
Koliko god paradoksalno zvučalo, ideje o praktičnoj upotrebi električne struje među prvima je usvojio najkonzervativniji dio društva - mornarički oficiri. Jasno je da se u ovoj zatvorenoj kasti bilo teško probiti do vrha, bilo je teško dokazati admiralima, koji su kao kabinski momci u jedriličarskoj floti počeli, potrebu prelaska na potpuno metalne brodove sa parnim mašinama, pa su se mlađi oficiri uvijek oslanjali na inovacije. Upravo je uspjeh upotrebe vatrogasnih brodova tokom rusko-turskog rata 1770. godine, koji je odlučio o ishodu bitke u zalivu Česme, pokrenuo pitanje zaštite luka ne samo obalskim baterijama, već i modernijim sredstva zaštite za taj dan - minska polja.
Razvoj podvodnih rudnika različitih sistema odvijao se od početka 19. stoljeća, autonomni rudnici na struju postali su najuspješniji projekti. 70-ih godina. U 19. stoljeću njemački fizičar Heinrich Hertz izumio je uređaj za električnu detonaciju sidrenih mina s dubinom postavljanja do 40 m. Njegove modifikacije su nam poznate iz povijesnih filmova o pomorskim temama - ovo je zloglasni "rogat" mina, u kojoj je olovni "rog" koji je sadržavao ampulu napunjenu elektrolitom, zgnječen pri dodiru s trupom broda, uslijed čega je počela raditi jednostavna baterija, čija je energija bila dovoljna da detonira mine.
Mornari su prvi procijenili potencijal tada još nesavršenih moćnih izvora svjetlosti - modifikacije Jabločkovih svijeća, u kojima je izvor svjetlosti bio električni luk i svjetleća vruća pozitivna ugljična elektroda - za upotrebu u signalizaciji i osvjetljavanju bojnog polja. Upotreba reflektora dala je ogromnu prednost strani koja ih je koristila u noćnim borbama ili ih je jednostavno koristila kao sredstvo signalizacije za prenošenje informacija i koordinaciju akcija pomorskih formacija. A farovi opremljeni snažnim reflektorima pojednostavili su navigaciju u opasnim obalnim vodama.
Nije iznenađujuće da je flota s treskom prihvatila metode bežičnog prijenosa informacija - mornare nije postidjela velika veličina prvih radio stanica, jer su prostorije brodova omogućile postavljanje tako savršenog , iako u to vrijeme vrlo glomazni, komunikacioni uređaji.
Električne mašine su pomogle da se pojednostavi punjenje brodskih topova, a električni agregati za okretanje topovskih kupola povećali su manevarsku sposobnost udara topova. Komande koje se prenose brodskim telegrafom povećavale su efikasnost interakcije čitavog tima, što je davalo znatnu prednost u borbenim okršajima.
Najstrašnija upotreba električne struje u pomorskoj istoriji bila je upotreba dizel-električnih podmornica U-klase od strane Trećeg Rajha. Hitlerove podmornice "Wolf Pack" potopile su mnoge brodove savezničke transportne flote - sjetite se samo tužne sudbine konvoja PQ-17.
Britanski mornari uspjeli su nabaviti nekoliko kopija mašina za šifriranje Enigma (Riddle), a britanska obavještajna služba je uspješno dešifrirala njen kod. Jedan od istaknutih naučnika koji je radio na tome je Alan Turing, poznat po svom doprinosu osnovama računarske nauke. Nakon što su dobili pristup radio porukama admirala Dönitza, saveznička flota i obalna avijacija uspjeli su otjerati Vukov čopor nazad do obale Norveške, Njemačke i Danske, tako da su operacije korištenjem podmornica od 1943. bile ograničene na kratkotrajne napade.
Hitler je planirao da opremi svoje podmornice raketama V-2 za napade na istočnu obalu Sjedinjenih Država. Srećom, brzi napadi saveznika na zapadnom i istočnom frontu nisu dozvolili da se ovi planovi ostvare.
Savremena flota je nezamisliva bez nosača aviona i nuklearnih podmornica, čiju energetsku nezavisnost osiguravaju nuklearni reaktori, koji uspješno kombinuju tehnologije pare 19. stoljeća, tehnologije 20. stoljeća električne energije i atomske tehnologije 21. veka. Reaktori brodova na nuklearni pogon generiraju električnu struju u količini dovoljnoj da osigura život cijelog grada.
Osim toga, mornari su ponovo skrenuli pažnju na električnu energiju i testiraju upotrebu željezničkih pušaka - električnih topova za ispaljivanje kinetičkih projektila koji imaju ogromnu razornu moć.
Sa pojavom pouzdanih elektrohemijskih izvora jednosmerna struja, koji je razvio italijanski fizičar Alessandro Volta, čitava galaksija izuzetnih naučnika iz različite zemlje bavi se proučavanjem pojava povezanih sa električnom strujom, te razvojem njene praktične primjene u mnogim oblastima nauke i tehnologije. Dovoljno je prisjetiti se njemačkog naučnika Georga Ohma, koji je formulirao zakon strujnog toka za elementarno električno kolo; njemački fizičar Gustav Robert Kirchhoff, koji je razvio metode za proračun složenih električnih kola; Francuski fizičar André Marie Ampere, koji je otkrio zakon interakcije za jednosmerne električne struje. Rad engleskog fizičara Džejmsa Preskota Džoula i ruskog naučnika Emila Kristijanoviča Lenza doveo je, nezavisno jedan od drugog, do otkrića zakona kvantitativne procene toplotnog dejstva električne struje.
Daljnji razvoj proučavanja svojstava električne struje bio je rad britanskog fizičara Jamesa Clarka Maxwella, koji je postavio temelje moderne elektrodinamike, koje su danas poznate kao Maxwellove jednadžbe. Maxwell je također razvio elektromagnetnu teoriju svjetlosti, predviđajući mnoge pojave (elektromagnetni talasi, pritisak elektromagnetnog zračenja). Kasnije je njemački naučnik Heinrich Rudolf Hertz eksperimentalno potvrdio postojanje elektromagnetnih valova; njegov rad na proučavanju refleksije, interferencije, difrakcije i polarizacije elektromagnetnih talasa formirao je osnovu za stvaranje radija.
Radovi francuskih fizičara Jean-Baptiste Biota i Felixa Savarda, koji su eksperimentalno otkrili manifestacije magnetizma tokom toka jednosmjerne struje, i izvanrednog francuskog matematičara Pierre-Simona Laplacea, koji je svoje rezultate uopštio u obliku matematičkog uzorka, po prvi put povezao dvije strane jednog fenomena, postavljajući temelje za elektromagnetizam. Palicu ovih naučnika preuzeo je briljantni britanski fizičar Michael Faraday, koji je otkrio fenomen elektromagnetne indukcije i postavio temelje moderne elektrotehnike.
Ogroman doprinos objašnjenju prirode električne struje dao je holandski teoretski fizičar Hendrik Anton Lorenc, koji je stvorio klasičnu elektronsku teoriju i dobio izraz za silu koja deluje na pokretno naelektrisanje iz elektromagnetnog polja.
Električna struja - usmjereno (uređeno) kretanje nabijenih čestica. Zbog toga se struja definira kao broj naboja koji su prošli kroz poprečni presjek vodiča u jedinici vremena:
I = q / t gdje je q naboj u kulonima, t je vrijeme u sekundama, I je struja u amperima
Druga definicija električne struje povezana je sa svojstvima provodnika i opisana je Ohmovim zakonom:
I = U/R gdje je U napon u voltima, R otpor u omima, I struja u amperima
Električna struja se mjeri u amperima (A) i njenim decimalnim višekratnicima i razlomnim jedinicama - nanoamperima (milijardini dio ampera, nA), mikroamperima (milioniti dio ampera, µA), miliamperima (hiljaditi dio ampera, mA), kiloamperima (hiljaditim dijelovima ampera, kA) i megaampera (milioni ampera, MA).
Dimenzija struje u SI sistemu je definisana kao
[A] = [C] / [sec]
Kada se razmatra pitanje protoka električne struje, potrebno je uzeti u obzir prisustvo različitih nosilaca struje – elementarnih naboja – karakterističnih za dato fizičko stanje materije. Sama supstanca može biti čvrsta, tečna ili gasovita. Jedinstven primjer takvih stanja uočenih u uobičajenim uvjetima mogu biti stanja dihidrogen monoksida, ili, drugim riječima, vodonik hidroksida, ili jednostavno obične vode. Njegovu čvrstu fazu posmatramo tako što vadimo kockice leda iz zamrzivača za hlađenje pića, od kojih je većina zasnovana na tečnoj vodi. A kada kuhamo čaj ili instant kafu, napunimo ga kipućom vodom, a spremnost potonje kontrolira se pojavom magle koja se sastoji od kapljica vode koje se kondenziraju u hladnom zraku iz plinovite vodene pare koja izlazi iz grla čajnika.
Postoji i četvrto stanje materije pod nazivom plazma, koje se sastoji od gornjih slojeva zvijezda, Zemljine jonosfere, plamena, električnih lukova i materije u fluorescentnim lampama. Plazmu visoke temperature teško je reproducirati u zemaljskim laboratorijama, jer su joj potrebne vrlo visoke temperature - više od 1.000.000 K.
U pogledu strukture, čvrste materije se dele na kristalne i amorfne. Kristalne supstance imaju uređenu geometrijsku strukturu; atomi ili molekuli takve supstance formiraju neobične trodimenzionalne ili ravne rešetke; kristalni materijali uključuju metale, njihove legure i poluvodiče. Ista voda u obliku pahuljica (kristali raznih oblika koji se ne ponavljaju) savršeno ilustruje koncept kristalnih supstanci. Amorfne supstance nemaju kristalnu rešetku; takva struktura je karakteristična za dielektrike.
U normalnim uslovima, struja u čvrstim materijalima teče usled kretanja slobodnih elektrona formiranih od valentnih elektrona atoma. Sa stanovišta ponašanja materijala kada se kroz njih propušta električna struja, potonji se dijele na vodiče, poluvodiče i izolatore. Svojstva različitih materijala, prema teoriji pojasne provodljivosti, određena su širinom pojasnog pojasa, u kojem se ne mogu locirati elektroni. Izolatori imaju najširi pojas pojasa, ponekad dostižući 15 eV. Na temperaturi od apsolutne nule, izolatori i poluvodiči nemaju elektrone u vodljivom pojasu, ali na sobnoj temperaturi će već postojati određena količina elektrona koji su izbačeni iz valentnog pojasa zbog toplinske energije. Kod provodnika (metala) vodljiva i valentna zona se preklapaju, pa se pri temperaturi apsolutne nule nalazi dovoljno veliki broj elektrona - strujnih vodiča, koji se čuva i pri višim temperaturama materijala, do njihovog potpunog topljenja. Poluprovodnici imaju male zazore, a njihova sposobnost da provode električnu energiju u velikoj meri zavisi od temperature, zračenja i drugih faktora, kao i od prisustva nečistoća.
Poseban slučaj je protok električne struje kroz takozvane supravodiče - materijale koji imaju nulti otpor protoku struje. Elektroni provodljivosti takvih materijala formiraju ansamble čestica međusobno povezanih zbog kvantnih efekata.
Izolatori su, kao što im ime kaže, izuzetno loši provodnici električne energije. Ovo svojstvo izolatora se koristi za ograničavanje protoka struje između vodljivih površina različitih materijala.
Pored postojanja struja u provodnicima sa konstantnim magnetskim poljem, u prisustvu naizmjenične struje i pridruženog naizmjeničnog magnetnog polja, nastaju efekti povezani s njenom promjenom ili tzv. vrtložne struje, inače zvane Foucaultove struje. Što se brže mijenja magnetski tok, to su jače vrtložne struje, koje ne teku određenim stazama u žicama, već, zatvarajući se u vodiču, formiraju vrtložne krugove.
Vrtložne struje pokazuju skin efekat, koji se svodi na činjenicu da se naizmjenična električna struja i magnetski tok šire uglavnom u površinskom sloju vodiča, što dovodi do gubitaka energije. Da bi se smanjili gubici energije zbog vrtložnih struja, koristi se podjela magnetskih krugova naizmjenične struje u zasebne, električni izolirane ploče.
Sve tečnosti, u jednom ili drugom stepenu, sposobne su da provode električnu struju kada se primeni električni napon. Takve tečnosti se nazivaju elektroliti. Nosioci struje u njima su pozitivno i negativno nabijeni joni - katjoni, odnosno anioni, koji postoje u otopini tvari uslijed elektrolitičke disocijacije. Struja u elektrolitima zbog kretanja jona, za razliku od struje zbog kretanja elektrona, karakteristična za metale, praćena je prijenosom materije na elektrode uz stvaranje novih kemijskih spojeva u njihovoj blizini ili taloženje ove supstance ili nova jedinjenja na elektrodama.
Ovaj fenomen je postavio temelje moderne elektrohemije, dajući kvantitativne definicije gramskih ekvivalenata raznih hemikalija, čime je neorgansku hemiju pretvorio u egzaktnu nauku. Daljnji razvoj kemije elektrolita omogućio je stvaranje jednom napunjenih i punjivih izvora kemijske struje (suhe baterije, akumulatori i gorivne ćelije), što je zauzvrat dalo ogroman poticaj razvoju tehnologije. Dovoljno je pogledati ispod haube svog automobila da vidite rezultate truda generacija naučnika i hemijskih inženjera u obliku akumulatora.
Veliki broj tehnoloških procesa zasnovanih na protoku struje u elektrolitima omogućavaju ne samo da se finalnim proizvodima (hromiranje i niklovanje) da spektakularan izgled, već i da se zaštite od korozije. Procesi elektrohemijskog taloženja i elektrohemijskog jetkanja čine osnovu proizvodnje moderne elektronike. Sada su to najtraženiji tehnološki procesi, broj komponenti proizvedenih po ovim tehnologijama iznosi desetine milijardi jedinica godišnje.
Električna struja u plinovima nastaje zbog prisustva slobodnih elektrona i jona u njima. Za plinove je, zbog njihovog razrjeđivanja, karakteristična velika dužina puta prije sudara molekula i jona; zbog toga je protok struje u normalnim uslovima kroz njih relativno težak. Isto se može reći i za mješavine plinova. Prirodna mješavina plinova je atmosferski zrak, koji se u elektrotehnici smatra dobrim izolatorom. Ovo je takođe karakteristično za druge gasove i njihove mešavine u normalnim fizičkim uslovima.
Protok struje u gasovima u velikoj meri zavisi od različitih fizičkih faktora, kao što su: pritisak, temperatura, sastav smeše. Osim toga, djeluju razne vrste jonizujućeg zračenja. Tako, na primjer, obasjani ultraljubičastim ili rendgenskim zracima, ili izloženi katodnim ili anodnim česticama ili česticama koje emituju radioaktivne supstance, ili, konačno, pod uticajem visoke temperature, gasovi dobijaju svojstvo bolje provodljivosti električne struje.
Endotermni proces stvaranja iona kao rezultat apsorpcije energije od strane električni neutralnih atoma ili molekula plina naziva se jonizacija. Nakon što je dobio dovoljno energije, elektron ili nekoliko elektrona vanjske elektronske ljuske, prevazilazeći potencijalnu barijeru, napuštaju atom ili molekulu, postajući slobodni elektroni. Atom ili molekul plina tada postaje pozitivno nabijeni ion. Slobodni elektroni se mogu vezati za neutralne atome ili molekule kako bi formirali negativno nabijene ione. Pozitivni ioni mogu ponovo uhvatiti slobodne elektrone nakon sudara i tako ponovo postati električno neutralni. Ovaj proces se naziva rekombinacija.
Prolazak struje kroz plinoviti medij praćen je promjenom stanja plina, što predodređuje složenu prirodu ovisnosti struje o primijenjenom naponu i, općenito, poštuje Ohmov zakon samo pri malim strujama.
Razlikovati nesamoodrživa i nezavisna pražnjenja u gasovima. Kod nesamoodrživog pražnjenja struja u plinu postoji samo u prisustvu vanjskih jonizujućih faktora; u njihovom odsustvu nema značajne struje u plinu. Kod samopražnjenja struja se održava zbog udarne ionizacije neutralnih atoma i molekula u sudaru sa slobodnim elektronima i ionima ubrzanim električnim poljem, čak i nakon uklanjanja vanjskih jonizujućih utjecaja.
Nesamoodrživo pražnjenje pri maloj vrijednosti razlike potencijala između anode i katode u plinu naziva se tiho pražnjenje. Sa povećanjem napona, jačina struje prvo raste proporcionalno naponu (presjek OA na strujno-naponskoj karakteristici tihog pražnjenja), zatim se rast struje usporava (dio krivulje AB). Kada sve čestice koje su nastale pod dejstvom ionizatora istovremeno odu na katodu i anodu, struja se ne povećava sa povećanjem napona (deo grafa BC). Sa daljim povećanjem napona, struja se ponovo povećava, a tiho pražnjenje se pretvara u nesamoodrživo lavinsko pražnjenje. Vrsta nesamoodrživog pražnjenja je usijano pražnjenje, koje stvara svjetlost u plinskim lampama različitih boja i namjena.
Prijelaz nesamoodrživog električnog pražnjenja u plinu u samoodrživo pražnjenje karakterizira naglo povećanje struje (tačka E na krivulji strujno-naponske karakteristike). To se zove električni raspad gasa.
Svi navedeni tipovi pražnjenja su stabilni tipovi pražnjenja, čije glavne karakteristike ne ovise o vremenu. Osim stabilnih pražnjenja, postoje i nestacionarna pražnjenja, koja obično nastaju u jakim nehomogenim električnim poljima, na primjer, u blizini šiljastih i zakrivljenih površina vodiča i elektroda. Postoje dvije vrste prolaznih pražnjenja: korona i iskri.
Kod koronskog pražnjenja, jonizacija ne dovodi do kvara, to je jednostavno ponavljajući proces paljenja nesamoodrživog pražnjenja u ograničenom prostoru u blizini provodnika. Primjer koronskog pražnjenja je sjaj atmosferskog zraka u blizini visoko uzdignutih antena, gromobrana ili visokonaponskih dalekovoda. Pojava koronskog pražnjenja na dalekovodima dovodi do gubitaka struje. Nekada je ovaj sjaj na vrhovima jarbola bio poznat mornarima jedriličarske flote kao svjetla Svetog Elma. Korona pražnjenje se koristi u laserski štampači i elektrografske kopirne aparate, gdje ga formira korotron - metalni niz na koji se primjenjuje visoki napon. Ovo je neophodno za jonizaciju gasa kako bi se fotoosetljivi bubanj napunio. U ovom slučaju koronsko pražnjenje je korisno.
Varničko pražnjenje, za razliku od koronskog, dovodi do kvara i ima oblik isprekidanih svijetlih razgranatih filamenata-kanala ispunjenih joniziranim plinom koji se pojavljuju i nestaju, praćeni oslobađanjem velike količine topline i jarkim sjajem. Primjer prirodnog varničnog pražnjenja je munja, gdje struja može doseći vrijednosti od nekoliko desetina kiloampera. Samom formiranju munje prethodi stvaranje provodnog kanala, takozvanog silaznog "tamnog" vođe, koji zajedno sa induciranim uzlaznim vođom čini provodni kanal. Munja je obično višestruko pražnjenje iskri u formiranom provodnom kanalu. Snažno varničko pražnjenje našlo je svoju tehničku primenu i u kompaktnim foto bljeskovima, kod kojih se pražnjenje javlja između elektroda kvarcne staklene cijevi ispunjene mješavinom joniziranih plemenitih plinova.
Trajni bljesak plina poznat je kao lučno pražnjenje i koristi se u tehnologiji zavarivanja, koja je kamen temeljac tehnologija čeličnih konstrukcija našeg vremena, od nebodera do nosača aviona i automobila. Koristi se i za zavarivanje i za rezanje metala; razlika u procesima je zbog jačine struje koja teče. Pri relativno nižim vrijednostima struje dolazi do zavarivanja metala, pri većim vrijednostima struje lučnog pražnjenja dolazi do rezanja metala zbog uklanjanja rastopljenog metala ispod električnog luka raznim metodama.
Druge primjene lučnog pražnjenja u plinovima su sijalice s plinskim pražnjenjem koje raspršuju mrak na našim ulicama, trgovima i stadionima (natrijumske sijalice) ili automobilske halogene sijalice, koje su sada zamijenile konvencionalne žarulje sa žarnom niti u automobilskim farovima.
Vakuum je idealan dielektrik, stoga je električna struja u vakuumu moguća samo u prisustvu slobodnih nosača u obliku elektrona ili iona, koji nastaju toplotnom ili fotoemisijom, ili drugim metodama.
Glavna metoda za dobijanje struje u vakuumu zbog elektrona je metoda termoionske emisije elektrona metalima. Oko zagrijane elektrode, nazvane katoda, formira se oblak slobodnih elektrona, koji obezbjeđuju protok električne struje u prisustvu druge elektrode, nazvane anoda, pod uslovom da između njih postoji odgovarajući napon potrebnog polariteta. Takvi elektrovakuumski uređaji nazivaju se diode i imaju svojstvo jednostranog provođenja struje, zaključavanje pri obrnutom naponu. Ovo svojstvo se koristi za ispravljanje naizmjenične struje, koju diodni sistem pretvara u impulsnu jednosmjernu struju.
Dodavanje dodatne elektrode, nazvane rešetka, koja se nalazi u blizini katode, omogućava dobijanje triodnog pojačala, u kojem male promjene napona na mreži u odnosu na katodu omogućavaju postizanje značajnih promjena u protoku. struja, i, shodno tome, značajne promjene napona na opterećenju spojenom serijski sa lampom u odnosu na izvor napajanja, koji se koristi za pojačavanje različitih signala.
Upotreba elektrovakuumskih uređaja u obliku trioda i uređaja s velikim brojem mreža za različite namjene (tetrode, pentode pa čak i heptode) revolucionirala je generiranje i pojačavanje radio frekvencijskih signala, te dovela do stvaranja modernog radio i televizijskog emitiranja. sistemima.
Istorijski gledano, razvoj radio-difuzije bio je prvi, budući da su metode za pretvaranje relativno niskofrekventnih signala i njihov prijenos, kao i sklopove prijemnih uređaja sa pojačavanjem i konverzijom radio frekvencije i pretvaranjem u akustični signal, relativno relativno. jednostavno.
Prilikom stvaranja televizije, za pretvaranje optičkih signala, korišteni su elektrovakumni uređaji - ikonoskopi, gdje su elektroni emitirani zbog fotoemisije upadne svjetlosti. Dalje pojačavanje signala vršeno je pomoću vakuumskih pojačivača. Za reverznu konverziju televizijskog signala korišćeni su kineskopi koji daju sliku usled fluorescencije materijala ekrana pod uticajem elektrona ubrzanih do visokih energija pod uticajem ubrzavajućeg napona. Sinhronizovani sistem za očitavanje signala ikonoskopa i sistem za skeniranje kineskopa stvorili su televizijsku sliku. Prvi kineskopi su bili jednobojni.
Kasnije su stvoreni televizijski sistemi u boji, u kojima su ikonoskopi za čitanje slike reagovali samo na svoju boju (crvenu, plavu ili zelenu). Elementi koji zrače kineskopa (obojeni fosfor), zbog protoka struje koju stvaraju takozvani "elektronski topovi", reagujući na ulazak ubrzanih elektrona u njih, emituju svetlost u određenom opsegu odgovarajućeg intenziteta. Da bi zraci iz pušaka svake boje pogodili vlastiti fosfor, korištene su posebne zaštitne maske.
Moderna oprema za televizijsko i radio emitovanje zasnovana je na progresivnijim elementima sa manjom potrošnjom energije - poluprovodnicima.
Jedna od široko korišćenih metoda za dobijanje slika unutrašnjih organa je metoda fluoroskopije, u kojoj elektroni koje emituje katoda dobijaju tako značajno ubrzanje da se, kada udare u anodu, stvaraju rendgenske zrake koje mogu prodrijeti u meka tkiva. ljudskog tela. Rendgenski snimci pružaju doktorima jedinstvene informacije o oštećenju kostiju, stanju zuba i nekih unutrašnjih organa, otkrivajući čak i tako strašnu bolest kao što je rak pluća.
Općenito, električne struje nastale kao rezultat kretanja elektrona u vakuumu imaju širok spektar primjena, što uključuje, bez izuzetka, radio cijevi, akceleratore čestica, masene spektrometre, elektronske mikroskope, mikrovalne vakuum generatore, u obliku cijevi putujućih valova, klistroni i magnetroni. Magnetroni, inače, zagrevaju ili kuvaju našu hranu u mikrotalasnim pećnicama.
U posljednje vrijeme od velike važnosti je tehnologija nanošenja filmskih premaza u vakuumu, koji imaju ulogu i zaštitno-dekorativnog i funkcionalnog premaza. Kao takvi premazi koriste se premazi s metalima i njihovim legurama, te njihovi spojevi s kisikom, dušikom i ugljikom. Takvi premazi mijenjaju električna, optička, mehanička, magnetska, korozivna i katalitička svojstva obloženih površina ili kombiniraju nekoliko svojstava odjednom.
Složeni hemijski sastav premaza može se dobiti samo tehnikama vakuumskog ionskog raspršivanja, čije su varijante katodno raspršivanje ili njegova industrijska modifikacija - magnetronsko raspršivanje. Na kraju krajeva električna struja zbog jona izaziva taloženje komponenti na nanesenoj površini dajući joj nova svojstva.
Na taj način se mogu dobiti tzv. ionske reaktivne prevlake (filmovi nitrida, karbida, metalnih oksida) koji imaju kompleks izvanrednih mehaničkih, termofizičkih i optičkih svojstava (sa velikom tvrdoćom, otpornošću na habanje, električnim i termičkim provodljivost, optička gustoća), koja se ne može dobiti drugim metodama.
Poznavanje ponašanja struja u biološkim objektima daje biolozima i liječnicima moćnu metodu istraživanja, dijagnoze i liječenja.
Sa stanovišta elektrohemije, svi biološki objekti sadrže elektrolite, bez obzira na strukturne karakteristike ovog objekta.
Kada se razmatra protok struje kroz biološke objekte, potrebno je uzeti u obzir njihovu ćelijsku strukturu. Bitan element ćelije je ćelijska membrana - spoljašnja ljuska koja štiti ćeliju od uticaja štetnih faktora okoline zbog svoje selektivne propusnosti za različite supstance. Sa stanovišta fizike, ćelijska membrana se može zamisliti kao paralelna veza kondenzator i nekoliko lanaca izvora struje i otpornika povezanih u seriju. Ovo unaprijed određuje ovisnost električne provodljivosti biološkog materijala o frekvenciji primijenjenog napona i obliku njegovih oscilacija.
Biološko tkivo se sastoji od ćelija samog organa, međustanične tečnosti (limfe), krvnih sudova i nervnih ćelija. Potonji, kao odgovor na djelovanje električne struje, reagiraju uzbuđenjem, uzrokujući da se mišići i krvni sudovi životinje skupljaju i opuštaju. Treba napomenuti da je struja u biološkom tkivu nelinearna.
Klasičan primjer djelovanja električne struje na biološki objekt je iskustvo talijanskog liječnika, anatoma, fiziologa i fizičara Luigija Galvanija, koji je postao jedan od osnivača elektrofiziologije. U njegovim eksperimentima, propuštanje električne struje kroz živce žablje noge dovelo je do kontrakcije mišića i trzanja noge. Godine 1791. Galvanijevo poznato otkriće opisano je u njegovom Traktatu o moćima elektriciteta u mišićnom kretanju. Same pojave, koje je otkrio Galvani, dugo su se u udžbenicima i naučnim člancima nazivale „galvanizmom“. Ovaj termin je još uvijek sačuvan u nazivima nekih uređaja i procesa.
Dalji razvoj elektrofiziologije usko je povezan sa neurofiziologijom. Godine 1875., nezavisno jedan od drugog, engleski hirurg i fiziolog Richard Caton i ruski fiziolog V. Ya. Danilevsky pokazali su da je mozak generator električne aktivnosti, odnosno otkrivene su moždane biostruje.
Biološki objekti u toku svoje životne aktivnosti stvaraju ne samo mikrostruje, već i velike napone i struje. Mnogo ranije od Galvanija, engleski anatom John Walsh dokazao je električnu prirodu udara raža, a škotski hirurg i anatom John Hunter dao je tačan opis električnog organa ove životinje. Walshovo i Hunterovo istraživanje objavljeno je 1773.
U modernoj biologiji i medicini koriste se različite metode proučavanja živih organizama, kako invazivnih tako i neinvazivnih.
Klasičan primjer invazivnih metoda je laboratorijski štakor sa snopom elektroda ugrađenim u mozak, koji trči kroz labirinte ili rješava druge probleme koje su mu zadali znanstvenici.
Neinvazivne metode uključuju poznate studije kao što je uklanjanje encefalograma ili elektrokardiograma. Istovremeno, elektrode koje očitavaju biostruje srca ili mozga uklanjaju struje direktno s kože subjekta. Da bi se poboljšao kontakt sa elektrodama, koža se navlaži fiziološkom otopinom, koja je dobar provodljivi elektrolit.
Pored upotrebe električne struje u naučnim istraživanjima i tehničkoj kontroli stanja različitih hemijskih procesa i reakcija, jedan od najdramatičnijih momenata njene upotrebe, poznatih široj javnosti, jeste lansiranje „zaustavljenog“ srca bilo koji junak modernog filma.
Zaista, protok kratkotrajnog impulsa značajne struje samo u izoliranim slučajevima može pokrenuti zaustavljeno srce. Najčešće se normalan ritam vraća iz stanja haotičnih konvulzivnih kontrakcija, koje se nazivaju fibrilacija srca. Uređaji koji se koriste za uspostavljanje normalnog ritma srčanih kontrakcija nazivaju se defibrilatori. Moderni automatski defibrilator sam snima kardiogram, utvrđuje ventrikularnu fibrilaciju srca i samostalno odlučuje hoće li udarati ili ne udarati - može biti dovoljno da kroz srce prođe mali pokretački impuls. Postoji trend postavljanja automatskih defibrilatora na javnim mjestima, što može značajno smanjiti broj umrlih uslijed neočekivanog zastoja srca.
EMS praktičari ne sumnjaju u primjenu metode defibrilacije – obučeni da brzo utvrde fizičko stanje pacijenta na kardiogramu, odluku donose mnogo brže od automatskog defibrilatora namijenjenog široj javnosti.
Bilo bi prikladno spomenuti i umjetne pejsmejkere, inače zvane pejsmejkere. Ovi uređaji se ugrađuju pod kožu ili ispod prsnog mišića osobe, a takav uređaj, putem elektroda, isporučuje impulse struje od oko 3 V u miokard (srčani mišić), stimulirajući normalno funkcionisanje srca. Savremeni pejsmejkeri su u stanju da obezbede nesmetan rad 6-14 godina.
Električna struja se odlikuje veličinom i oblikom. Prema njenom ponašanju tokom vremena razlikuje se jednosmerna (koja se ne menja tokom vremena), aperiodična (proizvoljno menjana tokom vremena) i naizmenična (koja se menja tokom vremena po određenom, po pravilu, periodičnom zakonu) . Ponekad je za rješavanje različitih problema potrebno istovremeno prisustvo istosmjerne i naizmjenične struje. U ovom slučaju govorimo o izmjeničnoj struji sa konstantnom komponentom.
Istorijski gledano, prvi se pojavio generator triboelektrične struje koji je stvarao struju trljanjem vune o komad ćilibara. Napredniji strujni generatori ovog tipa sada se nazivaju Van de Graaffovi generatori, prema izumitelju prvog tehničko rješenje takve mašine.
Kao što je već spomenuto, talijanski fizičar Alessandro Volta izumio je elektrohemijski generator jednosmjerne struje, koji je postao preteča suhih baterija, akumulatora i gorivnih ćelija, koje i danas koristimo kao pogodne izvore struje za razne uređaje - od ručni sat i pametne telefone samo na automobilske baterije i Tesla vučne baterije za električna vozila.
Pored ovih generatora istosmjerne struje, postoje i generatori struje bazirani na direktnom nuklearnom raspadu izotopa i generatori magnetohidrodinamičke struje (MHD generatori), koji su još uvijek ograničene upotrebe zbog male snage, slabe tehnološke osnove za široku primjenu i iz drugih razloga. . Ipak, radioizotopni izvori energije se široko koriste tamo gdje je potrebna potpuna autonomija: u svemiru, na dubokomorskim vozilima i hidroakustičkim stanicama, na svjetionicima, bovama, kao i na krajnjem sjeveru, na Arktiku i Antarktiku.
U elektrotehnici se generatori struje dijele na generatore jednosmjerne struje i generatore naizmjenične struje.
Svi ovi generatori su zasnovani na fenomenu elektromagnetne indukcije koji je otkrio Michael Faraday 1831. godine. Faraday je napravio prvi unipolarni generator male snage koji proizvodi jednosmjernu struju. Prvi alternator predložio je anonimni autor pod latinskim inicijalima R.M. u pismu Faradeju 1832. Nakon što je pismo objavljeno, Faraday je od istog anonimnog autora dobio zahvalnicu sa dijagramom poboljšanog generatora 1833. godine, koji je koristio dodatni čelični prsten (jaram) za zatvaranje magnetskih tokova jezgri namotaja.
Međutim, u to vrijeme naizmjenična struja nije bila koristi, jer su sve praktične primjene električne energije u to vrijeme (rudnička elektrotehnika, elektrohemija, novonastala elektromagnetna telegrafija, prvi elektromotori) zahtijevale jednosmjernu struju. Stoga su, kasnije, pronalazači usmjerili svoje napore na izgradnju generatora koji daju jednosmjernu električnu struju, razvijajući različite sklopne uređaje za te svrhe.
Jedan od prvih generatora koji je dobio praktičnu primjenu bio je magnetoelektrični generator ruskog akademika B.S. Yakobija. Ovaj generator usvojili su galvanski timovi ruske vojske, koji su ga koristili za paljenje minskih fitilja. Poboljšane modifikacije Jacobijevog generatora i dalje se koriste za daljinsko aktiviranje minskih punjenja, što je naširoko prikazano u vojno-povijesnim filmovima u kojima diverzanti ili partizani potkopavaju mostove, vozove ili druge objekte.
U budućnosti, borba između generiranja istosmjerne ili naizmjenične struje, s promjenjivim uspjehom, vođena je među izumiteljima i praktičnim inženjerima, što je dovelo do vrhunca konfrontacije između titana moderne elektroprivrede: Thomasa Edisona s generalom Električna kompanija s jedne strane, i Nikola Tesla sa kompanijom Westinghouse, s druge strane. Moćan kapital je pobedio, a Teslina dostignuća u oblasti proizvodnje, prenosa i transformacije naizmenične električne struje postala su nacionalno vlasništvo američkog društva, što je u velikoj meri doprinelo kasnijoj tehnološkoj dominaciji Sjedinjenih Država.
Pored stvarne proizvodnje električne energije za različite potrebe, na osnovu pretvaranja mehaničkog kretanja u električnu, zbog reverzibilnosti električnih mašina, postalo je moguće obrnuti konverziju električne struje u mehaničko kretanje, koju realizuju DC i AC električni motori. Možda su ovo najčešće mašine našeg vremena, uključujući startere za automobile i motocikle, pogone za industrijske mašine i razne kućne aparate. Koristeći razne modifikacije ovakvih uređaja, postali smo majstori svih zanata, sposobni smo da planiramo, testerišemo, bušimo i glodamo. A u našim računarima, zahvaljujući minijaturnim preciznim DC motorima, vrte se tvrdi diskovi i optički uređaji.
Pored uobičajenih elektromehaničkih motora, jonski motori rade zbog protoka električne struje, koristeći princip mlaznog pogona prilikom izbacivanja ubrzanih jona materije.Do sada su se uglavnom koristili u svemiru na malim satelitima da bi ih ubacili u željene orbite. A fotonski motori 22. vijeka, koji do sada postoje samo u projektu i koji će nositi naše buduće međuzvjezdane brodove subluminalnom brzinom, najvjerovatnije će raditi i na električnu struju.
Za stvaranje elektronskih elemenata i uzgoj kristala za različite namjene, iz tehnoloških razloga, potrebni su ultrastabilni DC generatori. Takvi precizni DC generatori na elektroničkim komponentama nazivaju se strujni stabilizatori.
Treba napomenuti da se uređaji za mjerenje struje (mikroampermetri, miliampermetri, ampermetri) međusobno jako razlikuju, prije svega po vrsti konstrukcije i principu rada - to mogu biti jednosmjerna, niskofrekventna izmjenična struja i visokofrekventna naizmjenična struja. trenutni uređaji.
Prema principu rada razlikuju se elektromehanički, magnetoelektrični, elektromagnetni, magnetodinamički, elektrodinamički, indukcijski, termoelektrični i elektronski uređaji. Većina pokazivača za mjerenje struje sastoji se od kombinacije pokretnog/fiksnog okvira sa namotanom zavojnicom i fiksnog/pokretnog magneta. Zbog ovog dizajna, tipični ampermetar ima ekvivalentno kolo induktivnosti i otpora spojeno u seriju, šantovano kapacitivnošću. Zbog toga, frekvencijski odziv pokazivača ampermetara ima blokadu na visokim frekvencijama.
Osnova za njih je minijaturni galvanometar, a različite granice mjerenja postižu se korištenjem dodatnih šantova - otpornika niskog otpora, koji je za redove veličine manji od otpora mjernog galvanometra. Tako se na bazi jednog uređaja mogu kreirati uređaji za mjerenje struja različitih opsega - mikroampermetri, miliametri, ampermetri, pa čak i kilometri.
Općenito, u mjernoj praksi je važno ponašanje mjerene struje - može biti funkcija vremena i imati drugačiji oblik - biti konstantna, harmonična, neharmonična, impulsna i tako dalje, a obično se koristi njena vrijednost karakterizirati režime rada radio kola i uređaja. Razlikuju se sljedeće vrijednosti struja:
Trenutna vrijednost struje I i je vrijednost struje u određenom trenutku. Može se posmatrati na ekranu osciloskopa i odrediti za svaki trenutak vremena iz oscilograma.
Amplitudna (vršna) vrijednost struje I m je najveća trenutna vrijednost struje za period.
Srednja kvadratna (efektivna) vrijednost struje I definirana je kao kvadratni korijen prosjeka za period kvadrata trenutnih vrijednosti struje.
Svi pokazivači ampermetri su obično kalibrirani u efektivnim trenutnim vrijednostima.
Prosječna vrijednost (konstantna komponenta) struje je aritmetički prosjek svih njenih trenutnih vrijednosti tokom mjerenja.
Razlika između maksimalne i minimalne vrijednosti struje signala naziva se ljuljanje signala.
Sada se, u osnovi, i multifunkcionalni digitalni instrumenti i osciloskopi koriste za mjerenje struje - njihovi ekrani ne prikazuju samo obrazac napon/struja, ali i bitne karakteristike signala. Ove karakteristike uključuju i frekvenciju promjene periodičnih signala, stoga je u tehnici mjerenja važna granica frekvencije mjerenja instrumenta.
Ilustracija navedenog će biti serija eksperimenata na mjerenju efektivnih i vršnih vrijednosti struje sinusoidnih i trokutnih signala pomoću generatora signala, osciloskopa i multifunkcionalnog digitalnog instrumenta (multimetra).
Opća šema eksperimenta br. 1 je predstavljena u nastavku:
Generator signala (FG) je opterećen na serijsku vezu multimetra (MM), otpor šanta R s =100 oma i otpor opterećenja R od 1 kOhm. Osciloskop OS je povezan paralelno sa otporom šanta Rs. Vrijednost otpora šanta se bira iz uvjeta R s< Na otpor opterećenja primjenjujemo sinusoidni signal iz generatora frekvencije od 60 Herca i amplitude od 9 Volti. Hajde da pritisnemo veoma zgodno dugme Auto Set i na ekranu ćemo videti signal prikazan na Sl. 1. Raspon signala je oko pet velikih podjela po cijeni podjele od 200 mV. Multimetar u isto vrijeme pokazuje trenutnu vrijednost od 3,1 mA. Osciloskop određuje RMS vrijednost napona signala na mjernom otporniku U=312 mV. Efektivna vrijednost struje kroz otpornik Rs određena je Ohmovim zakonom: I RMS = U RMS / R = 0,31 V / 100 Ohm = 3,1 mA, što odgovara očitanjima multimetra (3,10 mA). Imajte na umu da je strujni zamah kroz naš krug od dva serijski spojena otpornika i multimetra jednak I P-P = U P-P /R = 0,89 V / 100 Ω = 8,9 mA Poznato je da se vršne i efektivne vrijednosti struje i napona za sinusni signal razlikuju √2 puta. Ako I RMS = 3,1 mA pomnožimo sa √2, dobićemo 4,38. Udvostručite ovu vrijednost i dobijamo 8,8 mA, što je skoro isto kao i struja izmjerena osciloskopom (8,9 mA). Signal iz generatora smanjujemo za pola. Opseg slike na osciloskopu će se smanjiti tačno za otprilike polovinu (464 mV), a multimetar će pokazati približno polovinu trenutne vrijednosti od 1,55 mA. Odredimo očitanja efektivne vrijednosti struje na osciloskopu: I RMS = U RMS / R = 0,152 V / 100 Ohm = 1,52 mA, što približno odgovara očitanjima multimetra (1,55 mA). Povećajmo frekvenciju generatora na 10 kHz. U tom slučaju, slika na osciloskopu će se promijeniti, ali će amplituda signala ostati ista, a očitanja multimetra će se smanjiti - utječe na dopušteni radni frekvencijski raspon multimetra. Vratimo se na izvornu frekvenciju od 60 Herca i napon od 9 V generatora signala, ali promijenimo formu njegov talasni oblik od sinusoidnog do trouglastog. Obim slike na osciloskopu je ostao isti, a očitavanja multimetra su se smanjila u odnosu na trenutnu vrijednost koju je pokazala u eksperimentu br. 1, kako se mijenjala efektivna vrijednost struja signala. Osciloskop također pokazuje smanjenje efektivne vrijednosti napona izmjerenog na otporniku R s =100 oma. Domaći stalak za postolje sa potpuno funkcionalnim teleprompterom i monitorima za kućni video studio U elektrotehnici postoje mnoge mjerne jedinice koje se koriste u proračunima. Velike vrijednosti se dijele na manje, a one zauzvrat - na još manje. Stoga je, ovisno o okolnostima, potrebno jednu jedinicu pretvoriti u drugu. Tokom procesa prevođenja često se postavljaju različita pitanja, na primjer, koliko je miliampera izraženo u amperima ili vatima u kilovatima i megavatima. Iskusni profesionalci obavljaju takve operacije gotovo bez razmišljanja, ali električari početnici ponekad mogu pogriješiti, pogotovo ako se postavi pitanje, što je više ampera ili miliampera? Da biste uklonili takve greške, morate imati najpotpunije razumijevanje određene mjerne jedinice i svi problemi će se riješiti sami od sebe. U fizici i elektrotehnici, amper je veličina koja karakterizira jačinu struje u kvantitativnom smislu. Za određivanje se koriste različite metode. Među njima, metoda direktnih mjerenja najčešće se koristi kada se koristi tester ili multimetar. Prilikom izvođenja mjerenja, ovi uređaji se spajaju serijski u električni krug. Druga metoda se smatra indirektnom i zahtijeva posebne proračune. U ovom slučaju potrebno je znati napon koji se primjenjuje na datu dionicu strujnog kola i otpor ovog dijela. Nakon toga, jačina struje se lako određuje formulom I \u003d U / R, a rezultat se prikazuje u amperima. U praksi se amperi rijetko koriste, jer se ova jedinica smatra prevelikom za normalnu upotrebu. Stoga većina stručnjaka koristi više jedinica - miliampere (10-3A) i mikroampere (10-6A), koje se mogu različito označiti kao 0,001 A i 0,000001 A. Međutim, prilikom izvođenja proračuna potrebno je ponovo prevesti miliampere u ampere i u svim formulama već koriste ove jedinice. U ovoj fazi mnogi ljudi imaju pitanje kako pretvoriti miliampere u ampere. Za određivanje jačine struje u određenom dijelu strujnog kola koriste se gore navedeni mjerni instrumenti. Među njima je najprecizniji ampermetar koji mjeri samo jednu vrijednost, koristeći jednu skalu. Međutim, testeri i smatraju se prikladnijima, uz pomoć kojih se mjeri ne samo jačina struje, već i druge električne veličine u različitim rasponima. Ovi uređaji imaju mogućnost prebacivanja s jedne mjerne jedinice na drugu i precizno odrediti koliko je miliampera u amperu. U nekim slučajevima, mjerni uređaj može pokazati prekoračenje opsega. Da biste riješili ovaj problem, dovoljno je pretvoriti miliampere u ampere i dobiti potrebnu vrijednost. Unatoč velikim greškama mjerenja, multimetri i testeri se u praksi koriste mnogo češće od ampermetara, jer se uz njihovu pomoć većina kvarova vrlo brzo otkriva i otklanja. Osim toga, ovi uređaji ne zahtijevaju obavezni prekid strujnog kruga prilikom izvođenja mjerenja, a struja se može mjeriti na beskontaktni način. Najjednostavniji način je ručno pretvoriti jedinice, jasno pokazujući ampere i miliampere, razlika između kojih je 10-3. Kao primjer, razmotrite dio električnog kruga s naponom od 5 volti i otporom od 100 oma. Da biste odredili jačinu struje, potrebno je koristiti formulu i podijeliti vrijednost napona otporom I = U / R = 5/100 = 0,05 A. Dobijeni rezultat nije baš prikladan za korištenje, pa preporučuje se preračunavanje u više jedinica, odnosno u miliamperima. U ovom slučaju, 1 amper je jednak 1000 miliampera. Da biste pretvorili 0,05 A, morate pomnožiti sa 1000 i dobit ćete 50 mA. Na isti način radi se i obrnuti postupak kada se 50 mA podijeli sa 1000 i kao rezultat dobije se početnih 0,05 A. Dakle, rješavanjem problema za 1 amper, koliko je miliampera, iznos jednak 1000 je dobijeno. Kako bi se ubrzala konverzija jedinica, razvijene su posebne tabele koje prikazuju različite vrste veličina. Na primjer, ako je jedan miliamper 0,001 amper, tada će obrnutim redoslijedom jedan amper biti jednak 1000 miliampera. Na kućištima baterija, pored jačine struje, dodaje se i vrijeme tokom kojeg mogu dati ili primiti određeno punjenje. Na raznim punjačima se primjenjuje broj ampera ili miliampera, što dodatno znači njihovu snagu. U tabeli prikazanoj na slici, upotreba velikog broja nula je isključena. Umjesto toga, koriste se posebni prefiksi koji označavaju dio cijelih brojeva. Sve zajedno predstavljaju jednu riječ, u kojoj ne postoji samo prefiks, već i sama glavna jedinica. Da bismo odgovorili na ovo, općenito, jednostavno pitanje, moramo još jednom ukratko razmotriti fizičke veličine kao što su struja (A), napon (V) i snaga (W). Oni su veoma blisko povezani i ne mogu postojati jedno bez drugog. Svjesni smo da stvaranje i održavanje električne struje u potpunosti ovisi o električnom polju. direktno zavisi od veličine električnog polja. Za bolje razumijevanje ove ovisnosti, pokušajmo okarakterizirati ove koncepte u kvantitativnom smislu. Trenutna snaga nije baš dobro ime za ovaj proces. Pojavio se u trenutku kada nije bilo sasvim jasno šta je to. Na kraju krajeva, to uopće nije sila, kao takva, već broj elektrona (električnosti) koji prođe kroz poprečni presjek vodiča u jednoj sekundi. Ova vrijednost se može prikazati kao broj elektrona koji prolaze kroz provodnik u sekundi. Međutim, naboj elektrona je vrlo mala veličina. Neprikladan je za praktičnu upotrebu. Na primjer: 2 x 1018 elektrona prođu kroz nit obične sijalice u jednoj sekundi. Stoga se jedinicom mjerenja veličine električnog naboja počeo smatrati naboj koji imaju 6,25x1018 elektrona. Ovo punjenje se naziva privjesak. Stoga se, konačno, jedinicom smatra takva struja pri kojoj u jednoj sekundi naboj od 1 privjeska prođe kroz poprečni presjek vodiča. Ova jedinica se zove ampera i još uvijek se koristi u elektrotehnici za mjerenje jačine struje. Da bi se utvrdila zavisnost električne struje od električnog polja, potrebno je znati izmjeriti veličinu polja. Na kraju krajeva, polje je sila koja djeluje na bilo koji naboj, elektron ili privjesak. Upravo je prisutnost takve sile karakteristična za električno polje. Jako je teško izmjeriti jačinu polja, jer ona nije ista na različitim mjestima provodnika. Veliki broj komplikovanih mjerenja bi se morao izvršiti na različitim mjestima. S tim u vezi, veličinu polja karakterizira ne sila koja djeluje na naboje, već rad koji ona obavlja pri pomicanju jednog privjeska s jednog kraja vodiča na drugi. Rad električnog polja naziva se napon. Naziva se i razlika potencijala (+ i -) na krajevima vodiča. Jedinica za napon se zove volt. Dakle, možemo zaključiti da koncept električne struje karakteriziraju dvije glavne veličine: jačina struje je direktno električna struja, napon je veličina polja pri kojem se sama struja stvara. Ispada da sila direktno zavisi od napona. Na kraju, pogledajmo na brzinu šta je moć. Već znamo da je U (napon) rad koji se obavlja pri pomicanju 1 privjeska. I je trenutna snaga, ili broj kulona koji prođu u jednoj sekundi. Dakle, I x U je pokazatelj ukupnog posla obavljenog u 1 sekundi. U stvari, ovo je snaga električne struje. Jedinica snage je watt. Watt = Amper x Volt ili P = I x U Amp = Watts/Volt ili I = P/U 4,6 A = 1000W/220V 2,7 A = 600W/220V 1,8 A = 400W/220V 1,1 A = 250W/220V
Na kućanskim aparatima (mikser, fen, blender) proizvođači ispisuju potrošnju energije u vatima, na uređajima koji zahtijevaju velike količine električnog opterećenja (električni šporet, usisivač, bojler), u kilovatima. A na utičnicama ili prekidačima preko kojih su uređaji povezani na mrežu, uobičajeno je naznačiti jačinu struje u amperima. Da biste razumjeli hoće li utičnica izdržati povezani uređaj, morate znati kako pretvoriti ampere u vati. Pretvaranje vata u ampere i obrnuto je relativan koncept, jer su to različite mjerne jedinice. Amperi su fizička veličina električne struje, odnosno brzina kojom električna energija prolazi kroz kabel. Watt - količina električne energije, odnosno stopa potrošnje električne energije. Ali takav prevod je neophodan da bi se izračunalo da li vrednost jačine struje odgovara vrednosti njene snage. Znati kako izračunati korespondenciju između ampera i vata potrebno je kako bi se utvrdilo koji uređaj može izdržati snagu priključenih potrošača. Takvi uređaji uključuju zaštitnu opremu ili prekidače. Prije nego što odaberete koji prekidač ili zaštitni prekidač (RCD) instalirati, potrebno je izračunati potrošnju energije svih priključenih uređaja (pegla, lampe, veš mašina, računar, itd.). Ili obrnuto, znajući kakva mašina ili zaštitni uređaj vrijedi, odredite koja oprema će izdržati opterećenje, a koja neće. Za pretvaranje ampera u kilovate i obrnuto, postoji formula: I \u003d P / U, gdje je I - amperi, P - vati, U - volti. Volti su napon mreže. U stambenim prostorijama koristi se jednofazna mreža - 220 V. U proizvodnji se koristi električna trofazna mreža za povezivanje industrijske opreme čija je vrijednost 380 V. Na osnovu ove formule, znajući ampere, možete izračunajte korespondenciju u vatima i obrnuto - pretvorite vate u ampere. Situacija: Postoji prekidač. Tehnički parametri: nazivna struja 25 A, 1-polni. Potrebno je izračunati koju snagu uređaja mašina može izdržati. Najlakši način je da unesete tehničke podatke u kalkulator i izračunate snagu. A možete koristiti i formulu I = P / U, ispada: 25 A = x W / 220 V. x Š=5500 W. Da biste vatove pretvorili u kilovate, morate znati sljedeće mjere snage u vatima: Dakle, 5500 W \u003d 5,5 kW. Odgovor: automatska mašina nazivne struje od 25 A može izdržati opterećenje svih uređaja ukupne snage 5,5 kW, ne više. Primijenite formulu sa podacima o naponu i struji kako biste odabrali vrstu kabela u smislu snage i struje. Tabela prikazuje korespondenciju struje sa presjekom žice: Vate morate pretvoriti u ampere u situaciji kada trebate instalirati zaštitni uređaj i trebate odabrati koja bi nazivna struja trebala biti. Iz uputa za upotrebu jasno je koliko wata kućanski aparat troši kada je priključen na jednofaznu mrežu. Zadatak je izračunati koliko ampera u vatima ili koja utičnica odgovara priključku ako mikrovalna pećnica troši 1,5 kW. Za praktičnost izračunavanja kilovata, bolje je pretvoriti u vati: 1,5 kW = 1500 vati. Vrijednosti zamjenjujemo u formulu i dobivamo: 1500 W / 220 V = 6,81 A. Zaokružujemo vrijednosti i dobijemo 1500 W u amperima - potrošnja struje mikrovalne pećnice je najmanje 7 A. Ako na jedan zaštitni uređaj istovremeno povežete nekoliko uređaja, tada da biste izračunali koliko ampera u vatima, morate zbrojiti sve vrijednosti potrošnje zajedno. Na primjer, soba koristi rasvjetu sa 10 LED lampi. Po 6 W, peglu od 2 kW i TV od 30 W. Prvo, svi indikatori se moraju pretvoriti u vatove, ispada: 60+2000+30=2090 W. Sada možete pretvoriti ampere u vatove, za to vrijednosti zamjenjujemo u formulu 2090/220 V = 9,5 A ~ 10 A. Odgovor: trenutna potrošnja je oko 10 A. Morate znati kako pretvoriti ampere u vatove bez kalkulatora. U tabeli je prikazana korespondencija između stope potrošnje električne energije i jačine struje za jednofazne i trofazne mreže. Vrlo često u praksi postaje potrebno pretvoriti miliampere u ampere. Iskusni električari nemaju problema s tim. Ali stručnjaci početnici ovog profila možda neće odmah odgovoriti. U okviru ovog članka bit će opisani jednostavni i pristupačni načini za izvođenje ove operacije. Amper je jedinica koja kvantificira snagu struje. Njegova vrijednost se može odrediti direktnim mjerenjem multimetrom, testerom ili ampermetrom (direktna metoda). mjereno samo serijskim spajanjem na električni krug mjernog uređaja. U drugom slučaju, njegova vrijednost se može saznati provođenjem proračuna (indirektna metoda). Ako je poznat napon koji se primjenjuje na dio kruga, kao i njegov otpor, tada je dovoljno podijeliti prvi s drugim - i dobit ćemo potrebnu vrijednost. U praksi se amperi ne koriste često - to je velika vrijednost. Stoga je potrebno koristiti više jedinica - mikro (10 -6) i milli (10 -3). Ali da biste izvršili električne proračune, morate ih pretvoriti u osnovne mjerne jedinice (na primjer, miliampere u ampere). Razmotrite sljedeći primjer. Napon u dijelu kola je U = 6 V, a njegov otpor je R = 100 oma. Odredimo jačinu struje I na njemu prema Ohmovom zakonu: Kao rezultat proračuna, dobivamo I = U / R = 6/100 = 0,06 A. Nije baš prikladan broj za percepciju. Stoga se pretvara u više mjernih jedinica. U ovom slučaju, zgodno je ovu vrijednost predstaviti u miliamperima. Da bismo to učinili, pomnožimo dobivenu vrijednost od 0,06 A sa 1000 i dobijemo 60 mA. Možete napraviti i obrnutu konverziju - miliampere u ampere. Da biste to učinili, dovoljno je podijeliti 60 mA sa 1000, a dobit ćemo istih 0,06 A. Iz ove konverzije možete vidjeti koliko je miliampera u amperu - 1000. Stoga dijelimo ili množimo ovim brojem. Ako se koristi prefiks "mikro", onda da biste prešli s jedne mjerne jedinice na drugu, morate pomnožiti ili podijeliti sa 1.000.000. Kao što je ranije navedeno, ampermetri, multimetri i testeri se koriste za mjerenje jačine struje. Prvi od njih pružaju najveću preciznost mjerenja. Oni mjere samo jednu veličinu i samo jednu skalu. A ovo nije baš zgodno. Zauzvrat, multimetri i testeri omogućuju mjerenje gotovo svih električnih veličina, a ne samo u jednom rasponu. Također u ovim uređajima moguće je mijenjati mjerne jedinice. Na primjer, instrument pokazuje da je opseg prekoračen. U tom slučaju morate prebaciti miliampere na ampere i na taj način saznati potrebnu vrijednost. Glavni nedostatak testera i multimetara je što je, za razliku od ampermetara, njihova greška mnogo veća. Ali ipak, u praksi se često koriste, jer to olakšava i jednostavno pronalaženje kvara i njegovo otklanjanje. Još jedna važna nijansa povezana s ovim uređajima: ako je ranije bilo potrebno prekinuti strujni krug, sada su se pojavili testeri i multimetri koji vam omogućuju mjerenje struje na beskontaktni način, odnosno bez povezivanja. Ovo rješenje se sve više koristi u praksi. Postoje dva načina za pretvaranje miliampera u ampere. Prvi od njih je izvođenje aritmetičkih izračuna pomoću posebnog koeficijenta "1000" (broj miliampera u amperu). Druga metoda temelji se na upotrebi posebnih mjernih instrumenata - testera i multimetra. Imaju posebne prekidače koji vam omogućavaju da lako pretvorite miliampere u ampere i obrnuto. Koja od metoda je pogodnija, koja se koristi u praksi. Ako je moguće izračunati zadanu vrijednost, onda se koristi ova metoda. U suprotnom, vrši se mjerenje prema čijim je rezultatima poznata nepoznata vrijednost.Iskustvo 1
Iskustvo 2
Iskustvo 3
Iskustvo 4
Sigurnosne mjere pri mjerenju struje i napona
Amper u smislu fizike
Kako izmjeriti
Kako prevesti
Ovisnost o električnom polju
Mjerenje jačine polja
Šta je moć
Kako pretvoriti vate u ampere
Kao ilustrativni primjer, razmotrite ovu opciju
Power units
Pretvaranje ampera u vate i kilovate
Bakarni provodnici žica i kablova
Presjek provodnika, mm² Bakarni provodnici žica, kablova
Napon 220 V Napon 380 V
Current, A snaga, kWt Current, A snaga, kWt
1,5
19
4,1
16
10,5
2,5
27
5,9
25
16,5
4
38
8,3
30
19,8
6
46
10,1
40
26,4
10
70
15,4
50
33
16
85
18,7
75
49,5
25
115
25,3
90
59,4
35
135
29,7
115
75,9
50
175
38,5
145
95,7
70
215
47,3
180
118,8
95
260
57,2
220
145,2
120
300
66
260
171,6
Kako pretvoriti vat u amper
amper (A) Snaga, kWt)
220 V 380 V
2
0,4
1,3
6
1,3
3,9
10
2,2
6,6
16
3,5
10,5
20
4,4
13,2
25
5,5
16,4
32
7,0
21,1
40
8,8
26,3
50
11,0
32,9
63
13,9
41,4
Fizička količina
Tehnika mjerenja
Sažetak
