Dòng điện một chiều - khái niệm chung, định nghĩa, đơn vị đo lường, ký hiệu, thông số
DC - dòng điện không thay đổi theo thời gian và hướng. Mỗi hướng hiện tại có hướng chuyển động của các hạt mang điện tích dương. Trong trường hợp dòng điện được hình thành do chuyển động của các hạt tích điện âm, thì hướng của nó được coi là ngược với hướng chuyển động của các hạt.
Nói đúng ra, "dòng điện một chiều" nên được hiểu là "dòng điện không đổi", theo đúng khái niệm toán học về "giá trị không đổi". Nhưng trong kỹ thuật điện, thuật ngữ này đã được đưa ra theo nghĩa "dòng điện không đổi về hướng và gần như không đổi về độ lớn."
"Dòng điện có cường độ thực tế không đổi" có nghĩa là dòng điện có cường độ thay đổi theo thời gian không đáng kể đến mức khi xem xét các hiện tượng trong mạch điện mà dòng điện đó chạy qua, những thay đổi này có thể bị bỏ qua hoàn toàn và do đó , có thể bỏ qua cả hệ số tự cảm và điện dung của mạch.
Hầu hết các nguồn của dòng điện trực tiếp - tế bào điện, pin, máy phát điện một chiều và bộ chỉnh lưu.
Trong kỹ thuật điện, hiện tượng tiếp xúc, quá trình hóa học (tế bào sơ cấp và pin), hướng dẫn điện từ (máy phát điện) được sử dụng để thu được dòng điện một chiều. Chỉnh lưu AC hoặc điện áp cũng được sử dụng rộng rãi.
Từ tất cả các nguồn của e. vân vân. c. nguồn hóa chất và nhiệt điện, cũng như cái gọi là máy đơn cực, là nguồn dòng điện một chiều lý tưởng. Các thiết bị còn lại cung cấp dòng điện dao động, với sự trợ giúp của các thiết bị đặc biệt, dòng điện này được làm mịn ở mức độ lớn hơn hoặc thấp hơn, chỉ tiếp cận dòng điện một chiều lý tưởng.
Để định lượng cường độ dòng điện trong mạch điện người ta dùng khái niệm cường độ dòng điện.
Cường độ dòng điện là cường độ dòng điện Q chạy qua tiết diện của dây dẫn trong một đơn vị thời gian.
Nếu trong khoảng thời gian I có điện lượng Q dịch chuyển qua tiết diện của dây dẫn thì cường độ dòng điện I = Q /T
Đơn vị đo cường độ dòng điện là ampe (A).
Mật độ dòng điện Đây là tỷ lệ dòng điện I trên diện tích mặt cắt ngang F của dây dẫn — I / F. (12)
Đơn vị đo mật độ dòng điện là ampe trên milimét vuông (A/mm)2).
Trong mạch điện kín, dòng điện một chiều xuất hiện dưới tác động của nguồn năng lượng điện tạo ra và duy trì hiệu điện thế giữa các cực của nó, được đo bằng vôn (V).
Mối quan hệ giữa hiệu điện thế (hiệu điện thế) ở hai đầu đoạn mạch điện, điện trở và cường độ dòng điện trong mạch được biểu diễn định luật Ôm... Theo định luật này, đối với một đoạn mạch đồng chất, cường độ dòng điện tỉ lệ thuận với giá trị hiệu điện thế đặt vào và tỉ lệ nghịch với điện trở I = U /R,
nơi tôi - cường độ dòng điện. A, U - điện áp ở các cực của mạch B, R - điện trở, ôm
Đây là định luật quan trọng nhất của kỹ thuật điện. Để biết thêm chi tiết xem tại đây: Định luật Ôm cho một đoạn mạch
Công do dòng điện thực hiện trong một đơn vị thời gian (giây) gọi là công suất và được ký hiệu là chữ P. Giá trị này đặc trưng cho cường độ của công do dòng điện thực hiện.
Công suất P = W / t = UI
Đơn vị cung cấp điện - watt (W).
Biểu thức cường độ dòng điện có thể được biến đổi bằng cách thay thế, dựa trên định luật Ohm, hiệu điện thế U tích IR. Kết quả là ta có ba biểu thức cường độ dòng điện P = UI = I2R = U2/ R
Thực tế có tầm quan trọng lớn về mặt thực tế là cùng một công suất dòng điện có thể thu được ở điện áp thấp và cường độ dòng điện cao, hoặc ở điện áp cao và cường độ dòng điện thấp. Nguyên tắc này được sử dụng trong việc truyền năng lượng điện qua khoảng cách.
Dòng điện chạy qua dây tạo ra nhiệt và làm nóng nó. Nhiệt lượng Q tỏa ra ở vật dẫn được xác định theo công thức Q = Az2Rt.
Sự phụ thuộc này được gọi là Định luật Joule-Lenz.
Xem thêm: Các định luật cơ bản của kỹ thuật điện
Dựa vào định luật Ôm và định luật Joule-Lenz, em hãy phân tích một hiện tượng nguy hiểm thường xảy ra khi các dây dẫn được mắc trực tiếp với nhau, cung cấp dòng điện cho tải (máy thu điện). Hiện tượng này được gọi là ngắn mạch, khi dòng điện bắt đầu chạy ngắn hơn, bỏ qua tải. Chế độ này là khẩn cấp.
Hình này cho thấy sơ đồ kết nối đèn sợi đốt EL với nguồn điện. Nếu điện trở của bóng đèn R là 500 ôm và hiệu điện thế nguồn là U = 220 V thì cường độ dòng điện chạy trong mạch đèn là A = 220/500 = 0,44 A.
Sơ đồ giải thích sự xuất hiện của một mạch ngắn
Hãy xem xét trường hợp các dây dẫn đến đèn sợi đốt được kết nối thông qua một điện trở rất thấp (Rst — 0,01 Ohm), chẳng hạn như một thanh kim loại dày. Trong trường hợp này, dòng điện mạch tiếp cận điểm A sẽ phân nhánh theo hai hướng: phần lớn nó sẽ đi theo đường có điện trở thấp - dọc theo một thanh kim loại và một phần nhỏ của dòng điện Azln - dọc theo đường có điện trở cao - đến một đèn sợi đốt.
Xác định cường độ dòng điện chạy qua thanh kim loại: I = 220/0,01 = 22000 A.
Trong trường hợp đoản mạch (đoản mạch), điện áp nguồn sẽ nhỏ hơn 220 V, vì dòng điện lớn trong mạch sẽ gây ra tổn thất điện áp lớn và dòng điện chạy qua thanh kim loại sẽ nhỏ hơn một chút, nhưng tuy nhiên, nó sẽ vượt xa đèn sợi đốt tiêu thụ trước đây.
Như bạn đã biết, theo định luật Joule-Lenz, dòng điện chạy qua dây dẫn tỏa nhiệt và dây nóng lên. Trong ví dụ của chúng tôi, diện tích mặt cắt ngang của dây được thiết kế cho dòng điện nhỏ 0,44 A.
Khi các dây được kết nối ngắn hơn, bỏ qua tải, một dòng điện rất lớn - 22000 A sẽ chạy qua mạch. Dòng điện như vậy sẽ dẫn đến giải phóng một lượng nhiệt lớn, dẫn đến đốt cháy và đánh lửa cách điện, chảy vật liệu dây điện, hư hỏng công tơ điện, chảy qua tiếp điểm của công tắc, cầu dao, v.v.
Nguồn năng lượng điện cung cấp cho mạch như vậy có thể bị hỏng. Dây điện quá nóng có thể gây cháy. Do đó, trong quá trình lắp đặt và vận hành lắp đặt điện, để ngăn ngừa hậu quả không thể khắc phục của ngắn mạch, phải tuân thủ các điều kiện sau: cách điện của dây phải tương ứng với điện áp nguồn và điều kiện vận hành.
Diện tích mặt cắt ngang của dây phải sao cho nhiệt độ của chúng dưới tải bình thường không đạt đến giá trị nguy hiểm. Các điểm đấu nối, nhánh dây phải đảm bảo chất lượng, cách điện tốt. Các dây bên trong phải được đặt theo cách sao cho chúng được bảo vệ khỏi hư hỏng cơ học và hóa học và khỏi hơi ẩm.
Để tránh dòng điện trong mạch điện tăng đột ngột, nguy hiểm khi bị đoản mạch, nó được bảo vệ bằng cầu chì hoặc bộ ngắt mạch.
Một nhược điểm đáng kể của dòng điện một chiều là điện áp của nó rất khó tăng. Điều này gây khó khăn cho việc truyền năng lượng điện liên tục trên một khoảng cách dài.
Xem thêm: Dòng điện xoay chiều là gì và nó khác với dòng điện một chiều như thế nào