Efectele curentului electric: termice, chimice, magnetice, luminoase și mecanice. Care este efectul magnetic al curentului? Care este efectul magnetic al curentului electric?

Prezența curentului într-un circuit electric se manifestă întotdeauna printr-o anumită acțiune. De exemplu, lucrul sub o anumită sarcină sau un fenomen asociat. În consecință, acțiunea curentului electric este cea care indică prezența acestuia ca atare într-un anumit circuit electric. Adică, dacă sarcina funcționează, atunci are loc curentul.

Se știe că curentul electric provoacă diferite tipuri de efecte. De exemplu, acestea includ termice, chimice, magnetice, mecanice sau ușoare. În același timp, diverse acțiuni curent electric capabile să se exprime simultan. Vă vom spune mai detaliat despre toate manifestările din acest material.

Fenomen termic

Se știe că temperatura unui conductor crește atunci când trece curentul prin el. Astfel de conductori sunt diferite metale sau topituri ale acestora, semimetale sau semiconductori, precum și electroliți și plasmă. De exemplu, atunci când un curent electric este trecut printr-un fir de nicrom, acesta devine foarte fierbinte. Acest fenomen este folosit la aparatele de incalzire si anume: in ceainice electrice, cazane, radiatoare etc. Sudarea cu arc electric are cea mai mare temperatură și anume, încălzirea arcului electric poate ajunge până la 7.000 de grade Celsius. La această temperatură, se realizează o topire ușoară a metalului.

Cantitatea de căldură generată depinde direct de ce tensiune a fost aplicată unei anumite secțiuni, precum și de curentul electric și timpul în care trece prin circuit.

Pentru a calcula cantitatea de căldură generată, se utilizează fie tensiune, fie curent. În acest caz, este necesar să cunoașteți indicatorul de rezistență în circuitul electric, deoarece acesta este cel care provoacă încălzirea din cauza limitării curentului. De asemenea, cantitatea de căldură poate fi determinată folosind curent și tensiune.

fenomen chimic

Efectul chimic al curentului electric este electroliza ionilor din electrolit. În timpul electrolizei, anodul atașează anionii la sine, iar catodul – cationi.

Cu alte cuvinte, în timpul electrolizei, anumite substanțe sunt eliberate pe electrozii sursei de curent.

Să dăm un exemplu: doi electrozi sunt coborâți într-o soluție acidă, alcalină sau salină. Apoi, un curent este trecut prin circuitul electric, ceea ce provoacă crearea unei sarcini pozitive pe unul dintre electrozi și a unei sarcini negative pe celălalt. Ionii aflați în soluție se depun pe electrod cu o altă sarcină.

Acțiunea chimică a curentului electric este utilizată în industrie. Astfel, folosind acest fenomen, apa se descompune în oxigen și hidrogen. În plus, folosind electroliza, metalele sunt obținute în forma lor pură și, de asemenea, se efectuează galvanizare suprafete.

Fenomen magnetic

Curentul electric într-un conductor de orice stare de agregare creează un câmp magnetic. Cu alte cuvinte, un conductor cu curent electric este dotat cu proprietăți magnetice.

Astfel, dacă apropiați un ac de busolă magnetic de un conductor în care curge un curent electric, acesta va începe să se rotească și va lua o poziție perpendiculară pe conductor. Dacă înfășurați acest conductor în jurul unui miez de fier și treceți un curent continuu prin el, atunci acest miez va prelua proprietățile unui electromagnet.

Natură câmp magnetic implică întotdeauna prezența curentului electric. Să explicăm: sarcinile în mișcare (particulele încărcate) formează un câmp magnetic. În acest caz, curenții din direcții opuse se resping, iar curenții din aceeași direcție se atrag. Această interacțiune se bazează pe interacțiunea magnetică și mecanică a câmpurilor magnetice și a curenților electrici. Se dovedește că interacțiunea magnetică a curenților este primordială.

Acțiunea magnetică este utilizată în transformatoare și electromagneți.

Fenomenul luminii

Cel mai simplu exemplu de acțiune a luminii este o lampă cu incandescență. În această sursă de lumină, spirala atinge valoarea necesară a temperaturii prin curentul care trece prin ea până la o stare de căldură albă. Așa este emisă lumina. Într-un bec tradițional cu incandescență, doar cinci la sută din toată energia electrică este cheltuită cu lumină, în timp ce partea leului rămasă este transformată în căldură.

Analogii mai moderni, de exemplu, lămpile fluorescente, convertesc cel mai eficient electricitatea în lumină. Adică, aproximativ douăzeci la sută din toată energia se află la baza luminii. Fosforul primește radiații UV provenite de la o descărcare care are loc în vapori de mercur sau gaze inerte.

Cea mai eficientă implementare a acțiunii ușoare a curentului are loc în. Un curent electric care trece printr-o joncțiune pn provoacă recombinarea purtătorilor de sarcină cu emisia de fotoni. Cei mai buni emițători de lumină cu LED-uri sunt semiconductori cu spațiu direct. Prin modificarea compoziției acestor semiconductori, este posibil să se creeze LED-uri pentru diferite unde luminoase (lungimi și intervale diferite). Eficiența LED-ului ajunge la 50 la sută.

Fenomen mecanic

Amintiți-vă că un câmp magnetic apare în jurul unui conductor care transportă curent electric. Toate acțiunile magnetice sunt transformate în mișcare. Exemplele includ motoare electrice, unități de ridicare magnetice, relee etc.

În 1820, Andre Marie Ampère a derivat bine-cunoscuta „Legea lui Ampere”, care descrie efectul mecanic al unui curent electric asupra altuia.

Această lege afirmă că conductorii paraleli care transportă curent electric în aceeași direcție experimentează atracție unul față de celălalt, iar cei din direcția opusă, dimpotrivă, suferă repulsie.

De asemenea, legea amperului determină mărimea forței cu care acționează un câmp magnetic asupra unui segment mic al unui conductor care transportă curent electric. Această forță stă la baza funcționării unui motor electric.

Curentul electric dintr-un circuit se manifestă întotdeauna într-un fel. Acesta poate fi fie lucru sub o anumită sarcină, fie efectul însoțitor al curentului. Astfel, după efectul curentului se poate aprecia prezența sau absența acestuia într-un circuit dat: dacă sarcina funcționează, există curent. Dacă se observă un fenomen tipic însoțitor de curent, există curent în circuit etc.

În general, curentul electric este capabil să provoace diverse efecte: termice, chimice, magnetice (electromagnetice), luminoase sau mecanice, iar diferite tipuri de efecte de curent apar adesea simultan. Aceste fenomene și efecte ale curentului vor fi discutate în acest articol.

Efectul termic al curentului electric

Când curentul electric continuu sau alternativ trece printr-un conductor, conductorul se încălzește. Astfel de conductori de încălzire în diferite condiții și aplicații pot fi: metale, electroliți, plasmă, metale topite, semiconductori, semimetale.

În cel mai simplu caz, dacă, să zicem, un curent electric este trecut printr-un fir de nicrom, acesta se va încălzi. Acest fenomen este utilizat în dispozitivele de încălzire: în ceainice electrice, cazane, încălzitoare, sobe electrice etc. În sudarea cu arc electric, temperatura arcului electric ajunge în general la 7000 ° C, iar metalul se topește ușor - acesta este și efectul termic a curentului.

Cantitatea de căldură degajată într-o secțiune a circuitului depinde de tensiunea aplicată acestei secțiuni, de valoarea curentului care curge și de timpul în care curge ().

După ce ați transformat legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit, puteți utiliza fie tensiune, fie curent pentru a calcula cantitatea de căldură, dar apoi este necesar să cunoașteți rezistența circuitului, deoarece este ceea ce limitează curentul și, de fapt, provoacă încălzire. Sau, cunoscând curentul și tensiunea din circuit, puteți găsi la fel de ușor cantitatea de căldură generată.

Acțiunea chimică a curentului electric

Electroliți care conțin ioni sub influența curentului electric continuu - acesta este efectul chimic al curentului. În timpul electrolizei, ionii negativi (anionii) sunt atrași de electrodul pozitiv (anod), iar ionii pozitivi (cationii) sunt atrași de electrodul negativ (catod). Adică, substanțele conținute în electrolit sunt eliberate la electrozii sursei de curent în timpul procesului de electroliză.

De exemplu, o pereche de electrozi este scufundată într-o soluție dintr-un anumit acid, alcali sau sare, iar atunci când un curent electric este trecut prin circuit, se creează o sarcină pozitivă pe un electrod și o sarcină negativă pe celălalt. Ionii continuti in solutie incep sa se depuna pe electrod cu sarcina opusa.

De exemplu, în timpul electrolizei sulfatului de cupru (CuSO4), cationii de cupru Cu2+ cu sarcină pozitivă se deplasează la un catod încărcat negativ, unde primesc sarcina lipsă și devin atomi de cupru neutri, depunându-se pe suprafața electrodului. Gruparea hidroxil -OH va ceda electroni la anod, rezultând eliberarea de oxigen. Cationii de hidrogen H+ încărcați pozitiv și anionii SO42- încărcați negativ vor rămâne în soluție.

Acțiunea chimică a curentului electric este utilizată în industrie, de exemplu, pentru a descompune apa în părțile ei constitutive (hidrogen și oxigen). De asemenea, electroliza face posibilă obținerea unor metale în forma lor pură. Folosind electroliza, un strat subțire de un anumit metal (nichel, crom) este acoperit pe suprafață - acesta etc.

În 1832, Michael Faraday a stabilit că masa m a unei substanțe eliberate la electrod este direct proporțională cu sarcina electrică q care trece prin electrolit. Dacă un curent continuu I trece prin electrolit pentru un timp t, atunci prima lege a electrolizei a lui Faraday este valabilă:

Aici coeficientul de proporționalitate k se numește echivalentul electrochimic al substanței. Este numeric egal cu masa substanței eliberată atunci când o singură sarcină electrică trece prin electrolit și depinde de natura chimica substante.

În prezența unui curent electric în orice conductor (solid, lichid sau gazos), în jurul conductorului se observă un câmp magnetic, adică conductorul care poartă curentul capătă proprietăți magnetice.

Deci, dacă aduceți un magnet la un conductor prin care trece curentul, de exemplu, sub forma unui ac de busolă magnetică, atunci acul se va întoarce perpendicular pe conductor și dacă înfășurați conductorul în jurul unui miez de fier și treceți un curent continuu prin conductor, miezul va deveni un electromagnet.

În 1820, Oersted a descoperit efectul magnetic al curentului asupra unui ac magnetic, iar Ampere a stabilit legile cantitative ale interacțiunii magnetice a conductorilor cu curentul.

Un câmp magnetic este întotdeauna generat de curent, adică de sarcini electrice în mișcare, în special de particule încărcate (electroni, ioni). Curenții direcționați opus se resping reciproc, curenții unidirecționali se atrag reciproc.

O astfel de interacțiune mecanică are loc datorită interacțiunii câmpurilor magnetice ale curenților, adică este, în primul rând, interacțiune magnetică și abia apoi mecanică. Astfel, interacțiunea magnetică a curenților este primară.

În 1831, Faraday a stabilit că un câmp magnetic în schimbare dintr-un circuit generează un curent în celălalt circuit: FEM generată este proporțională cu rata de schimbare. flux magnetic. Este logic că acțiunea magnetică a curenților este folosită până astăzi în toate transformatoarele, și nu doar în electromagneți (de exemplu, în cei industriali).

În cea mai simplă formă, efectul luminos al curentului electric poate fi observat într-o lampă cu incandescență, a cărei spirală este încălzită de curentul care trece prin ea la căldură albă și emite lumină.

Pentru o lampă cu incandescență, energia luminoasă reprezintă aproximativ 5% din energia electrică furnizată, restul de 95% din care este transformată în căldură.

Lămpile fluorescente transformă mai eficient energia curentă în lumină - până la 20% din electricitate este transformată în lumină vizibilă datorită fosforului, care este primit de la o descărcare electrică în vapori de mercur sau gaz inert un fel de neon.

Efectul luminos al curentului electric este realizat mai eficient în LED-uri. Când trece un curent electric joncțiune p-nîn direcția înainte, purtătorii de sarcină - electroni și găuri - se recombină cu emisia de fotoni (datorită trecerii electronilor de la un nivel de energie la altul).

Cei mai buni emițători de lumină sunt semiconductori direct-gap (adică cei care permit tranziții directe ale benzii optice), precum GaAs, InP, ZnSe sau CdTe. Prin variarea compoziției semiconductorilor, este posibil să se creeze LED-uri pentru diferite lungimi de undă de la ultraviolet (GaN) la infraroșu mediu (PbS). Eficiența unui LED ca sursă de lumină atinge în medie 50%.

După cum sa menționat mai sus, fiecare conductor prin care curge curentul electric formează un cerc în jurul său. Acțiunile magnetice sunt transformate în mișcare, de exemplu, în motoare electrice, dispozitive magnetice de ridicare, supape magnetice, relee etc.

Acțiunea mecanică a unui curent asupra altuia este descrisă de legea lui Ampere. Această lege a fost stabilită pentru prima dată de André Marie Ampère în 1820 pentru curent continuu. Rezultă că conductorii paraleli cu curenți electrici care circulă într-o direcție se atrag, iar în direcții opuse se resping.

Legea lui Ampere este, de asemenea, legea care determină forța cu care acționează un câmp magnetic asupra unui segment mic al unui conductor care transportă curent. Forța cu care acționează un câmp magnetic asupra unui element al unui conductor purtător de curent situat într-un câmp magnetic este direct proporțională cu curentul din conductor și produs vectorial element de lungime a conductorului pentru inducția magnetică.

Se bazează pe acest principiu, în care rotorul joacă rolul unui cadru cu curent, orientat în câmpul magnetic extern al statorului cu un cuplu M.

Am examinat în detaliu proprietățile câmpului electrostatic generat de sarcinile electrice staționare. Când sarcinile electrice se mișcă, a o serie intreaga fenomene fizice noi pe care începem să le studiem.

Acum este cunoscut faptul că sarcinile electrice au o structură discretă, adică purtătorii de sarcină sunt particule elementare– electroni, protoni etc. Cu toate acestea, în cele mai multe cazuri practic semnificative, această discreție a sarcinilor nu se manifestă, prin urmare modelul unui mediu continuu încărcat electric descrie bine fenomenele asociate cu mișcarea particulelor încărcate, adică cu curentul electric.

Curentul electric este mișcarea direcțională a particulelor încărcate.

Sunteți foarte familiarizat cu utilizarea curentului electric, deoarece curentul electric este extrem de utilizat pe scară largă în viața noastră. Nu este un secret pentru nimeni că civilizația noastră actuală se bazează în principal pe producerea și utilizarea energiei electrice. Energie electrică Este suficient să produci pur și simplu, să transmită pe distanțe lungi și să se transforme în alte forme necesare.

Să ne oprim pe scurt asupra posibilelor manifestări ale acțiunii curentului electric.

Efect termic curentul electric se manifestă în aproape toate cazurile de curgere a curentului. Datorită prezenței rezistenței electrice, atunci când curge curentul, se eliberează căldură, a cărei cantitate este determinată de legea Joule-Lenz, cu care ar trebui să fii familiarizat. În unele cazuri, căldura degajată este utilă (într-o varietate de dispozitive de încălzire electrică, adesea, degajarea de căldură duce la pierderi inutile de energie în timpul transmiterii energiei electrice).

Acțiune magnetică curentul se manifestă prin crearea unui câmp magnetic, ducând la apariția interacțiunii între curenții electrici și particulele încărcate în mișcare.

Acțiune mecanică curentul este utilizat într-o varietate de motoare electrice care convertesc energia curentului electric în energie mecanică.

Acțiune chimică se manifestă prin faptul că un curent electric care curge poate iniția diverse reacții chimice. De exemplu, procesul de producere a aluminiului și a unui număr de alte metale se bazează pe fenomenul de electroliză - reacția de descompunere a oxizilor de metal topiți sub influența curentului electric.

Acțiune ușoară curentul electric se manifestă prin apariția radiațiilor luminoase la trecerea unui curent electric. În unele cazuri, strălucirea este o consecință a încălzirii termice (de exemplu, în becurile cu incandescență, în altele, particulele încărcate în mișcare provoacă direct apariția radiației luminoase).

În chiar numele fenomenului (curentul electric) se pot auzi ecouri ale vederilor fizice vechi, când totul proprietăți electrice au fost atribuite unui fluid electric ipotetic care umplea toate corpurile. Prin urmare, atunci când descrieți mișcarea particulelor încărcate, se folosește o terminologie similară cu cea utilizată atunci când descrieți mișcarea lichidelor obișnuite. Această analogie se extinde dincolo de o simplă coincidență de termeni multe dintre legile mișcării fluidului electric sunt similare cu legile mișcării fluidelor obișnuite, iar legile parțial familiare ale curentului electric direct prin fire sunt similare cu legile mișcării fluidului; prin conducte. Prin urmare, vă recomandăm insistent să repetați secțiunea care descrie aceste fenomene - hidrodinamică.

1. Care este efectul magnetic al curentului electric? Explicați-vă răspunsul.

Capacitatea unui curent electric care trece prin conductori de al doilea tip de a genera un câmp magnetic în jurul acestor fire

2. Cum puteți determina polii unui magnet folosind o busolă? Explicați-vă răspunsul.

Polul nord al săgeții este atras de polul sud al magnetului, polul sud spre nord.

3. Cum poți detecta prezența unui câmp magnetic în spațiu? Explicați-vă răspunsul.

De exemplu, folosind pilitura de fier. Sub influența câmpului magnetic al curentului, pilitura de fier se află în jurul conductorului nu la întâmplare, ci într-un cerc concentric.

4. Cum puteți folosi o busolă pentru a determina dacă curge curent într-un conductor? Explicați-vă răspunsul.

Dacă acul busolei este perpendicular pe fir, atunci curentul continuu curge în fir.

5. Este posibil să tăiați un magnet astfel încât unul dintre magneții rezultați să aibă doar Polul Nord, iar celălalt este doar sudic? Explicați-vă răspunsul.

Este imposibil să separați polii unul de celălalt prin tăiere. Poli magnetici exista doar in perechi.

6. Cum poți afla dacă există curent într-un fir fără a folosi un ampermetru?

• Folosind un ac magnetic care răspunde la curentul dintr-un fir.
• Folosind un voltmetru sensibil, conectându-l la capetele firului.