Điện áp, dòng điện và điện trở là gì: chúng được sử dụng như thế nào trong thực tế

Trong kỹ thuật điện, các thuật ngữ "dòng điện", "điện áp" và "điện trở" được sử dụng để mô tả các quá trình xảy ra trong mạch điện. Mỗi người trong số họ có mục đích riêng với những đặc điểm cụ thể.

Điện

Từ này dùng để chỉ đặc điểm chuyển động của các hạt mang điện (electron, lỗ trống, cation và anion) qua một môi trường nhất định của một chất. Hướng và số lượng hạt mang điện xác định loại và cường độ của dòng điện.

Các đặc điểm chính của dòng điện ảnh hưởng đến ứng dụng thực tế của nó

Điều kiện tiên quyết cho dòng điện tích là sự hiện diện của một mạch hay nói cách khác là một vòng khép kín tạo điều kiện cho chuyển động của chúng. Nếu một khoảng trống hình thành bên trong các hạt đang chuyển động, chuyển động có hướng của chúng sẽ lập tức dừng lại.

Tất cả các thiết bị chuyển mạch và bảo vệ được sử dụng trong điện đều hoạt động theo nguyên tắc này.Chúng tạo ra sự tách biệt giữa các tiếp điểm chuyển động của các bộ phận dẫn điện và thông qua hành động này làm gián đoạn dòng điện, tắt thiết bị.

Về năng lượng, phương pháp phổ biến nhất là tạo ra dòng điện do sự chuyển động của các electron bên trong kim loại được chế tạo dưới dạng dây điện, lốp xe hoặc các bộ phận dẫn điện khác.

Ngoài phương pháp này, việc tạo dòng điện bên trong cũng được sử dụng:

1. chất khí và chất lỏng điện phân do sự chuyển động của các electron hoặc cation và anion - các ion có dấu điện tích dương và âm;

2. môi trường chân không, không khí và khí chịu sự chuyển động của các electron do hiện tượng bức xạ nhiệt;

3. vật liệu bán dẫn do có sự chuyển động của êlectron và lỗ trống.

Điện giật có thể xảy ra khi:

• áp dụng hiệu điện thế bên ngoài cho các hạt tích điện;

• dây đốt nóng hiện không phải là chất siêu dẫn;

• quá trình phản ứng hóa học liên quan đến việc giải phóng các chất mới;

• tác dụng của từ trường đặt vào ống dây.

Dạng sóng của dòng điện có thể là:

1. một hằng số ở dạng một đường thẳng trên dòng thời gian;

2. một biến hình sin điều hòa cũng được mô tả bởi các mối quan hệ lượng giác cơ bản;

3. uốn khúc, gần giống như sóng hình sin, nhưng có các góc sắc nét, rõ rệt, trong một số trường hợp có thể được làm mịn tốt;

4. dao động, khi hướng vẫn giữ nguyên không thay đổi và biên độ dao động định kỳ từ 0 đến giá trị cực đại theo một quy luật xác định rõ.

Dòng điện có thể hữu ích cho một người khi:

• chuyển đổi thành bức xạ ánh sáng;

• tạo ra sự gia nhiệt của các yếu tố nhiệt;

• thực hiện công cơ học do lực hút hoặc lực đẩy của các phần ứng chuyển động hoặc chuyển động quay của rôto với các ổ cố định trong ổ trục;

• tạo ra bức xạ điện từ trong một số trường hợp khác.

Khi dòng điện chạy qua dây dẫn, thiệt hại có thể được gây ra bởi:

• làm nóng quá mức các mạch và tiếp điểm mang dòng điện;

• giáo dục dòng điện xoáy trong mạch từ của máy điện;

• bức xạ điện sóng điện từ trong môi trường và một số hiện tượng tương tự.

Các nhà thiết kế thiết bị điện và nhà phát triển các mạch khác nhau tính đến các khả năng được liệt kê của dòng điện trong thiết bị của họ. Ví dụ, tác hại của dòng điện xoáy trong máy biến áp, động cơ và máy phát điện được giảm thiểu bằng cách trộn các lõi được sử dụng để truyền từ thông. Đồng thời, dòng điện xoáy được sử dụng thành công để làm nóng môi trường trong lò điện và lò vi sóng hoạt động theo nguyên lý cảm ứng.

Một dòng điện xoay chiều có dạng sóng hình sin có thể có tần số dao động khác nhau trên một đơn vị thời gian — một giây. Tần số lắp đặt điện công nghiệp ở các quốc gia khác nhau được tiêu chuẩn hóa với các số 50 hoặc 60 hertz. Đối với các mục đích khác của kỹ thuật điện và kinh doanh vô tuyến, các tín hiệu được sử dụng:

• tần số thấp, với giá trị thấp hơn;

• tần số cao, vượt quá đáng kể phạm vi của các thiết bị công nghiệp.

Người ta thường chấp nhận rằng dòng điện được tạo ra do chuyển động của các hạt tích điện trong một môi trường vĩ mô nhất định và được gọi là dòng dẫn... Tuy nhiên, một loại dòng điện khác gọi là đối lưu có thể xảy ra khi các vật tích điện vĩ mô chuyển động, chẳng hạn như hạt mưa .

Cách hình thành dòng điện trong kim loại

Chuyển động của các electron dưới tác dụng của một lực không đổi tác dụng lên chúng có thể được so sánh với sự hạ xuống của một người nhảy dù với mái vòm mở. Trong cả hai trường hợp đều thu được chuyển động có gia tốc đều.

Người nhảy dù di chuyển nhờ lực hấp dẫn đối với mặt đất, lực này chống lại lực cản của không khí. Electron chịu tác dụng của lực tác dụng lên chúng điện trường, và chuyển động của nó bị cản trở do va chạm liên tục với các hạt khác - các ion của mạng tinh thể, do đó một phần tác dụng của lực tác dụng bị dập tắt.

Trong cả hai trường hợp, vận tốc trung bình của người nhảy dù và chuyển động của êlectron đều đạt giá trị không đổi.

Điều này tạo ra một tình huống khá độc đáo khi tốc độ:

• chuyển động riêng của một electron được xác định bởi giá trị cỡ 0,1 milimét trên giây;

• dòng điện tương ứng với giá trị cao hơn nhiều - tốc độ lan truyền của sóng ánh sáng: khoảng 300 nghìn km mỗi giây.

Như vậy, dòng điện được tạo ra khi một điện áp được đặt vào các electron, và kết quả là chúng bắt đầu chuyển động với tốc độ ánh sáng bên trong môi trường dẫn điện.

Khi các electron chuyển động trong mạng tinh thể của một kim loại, một quy luật thú vị khác phát sinh: nó va chạm với khoảng mỗi phản ứng thứ mười.Nghĩa là, nó tránh được khoảng 90% va chạm ion.

Hiện tượng này có thể được giải thích không chỉ bằng các định luật vật lý cổ điển cơ bản, như hầu hết mọi người thường hiểu, mà còn bằng các định luật vận hành bổ sung được mô tả bởi lý thuyết cơ học lượng tử.

Nếu chúng ta trình bày ngắn gọn về hành động của chúng, thì chúng ta có thể hình dung rằng chuyển động của các electron bên trong kim loại bị cản trở bởi các ion lớn «lắc lư» nặng cung cấp thêm điện trở.

Hiệu ứng này đặc biệt đáng chú ý khi làm nóng kim loại, khi "sự dao động" của các ion nặng tăng lên và làm giảm tính dẫn điện của mạng tinh thể của dây dẫn.

Do đó, khi kim loại được nung nóng, điện trở của chúng luôn tăng và khi được làm lạnh, độ dẫn điện của chúng tăng. Khi nhiệt độ của kim loại giảm xuống các giá trị tới hạn gần với giá trị của độ không tuyệt đối, hiện tượng siêu dẫn xảy ra ở nhiều trong số chúng.

Dòng điện, tùy thuộc vào giá trị của nó, có thể làm những việc khác nhau. Để đánh giá định lượng về khả năng của nó, một giá trị gọi là cường độ dòng điện được lấy. Kích thước của nó trong hệ thống đo lường quốc tế là 1 ampe. Để biểu thị cường độ hiện tại trong tài liệu kỹ thuật, chỉ số «I» được thông qua.

Vôn

Thuật ngữ này được sử dụng như một đặc trưng của đại lượng vật lý biểu thị công tiêu tốn để truyền điện tích của đơn vị thử nghiệm từ điểm này sang điểm khác mà không làm thay đổi bản chất của việc đặt các điện tích còn lại trên các nguồn trường hoạt động.

Vì điểm đầu và điểm cuối có thế năng khác nhau, nên công thực hiện để di chuyển điện tích, hay điện thế, bằng tỷ số chênh lệch giữa các thế năng này.

Các thuật ngữ và phương pháp khác nhau được sử dụng để tính toán điện áp tùy thuộc vào dòng điện chạy qua. Không thể:

1. hằng số — trong các mạch tĩnh điện và dòng điện không đổi;

2. xoay chiều — trong mạch có dòng điện xoay chiều và hình sin.

Đối với trường hợp thứ hai, các đặc điểm và loại ứng suất bổ sung như vậy được sử dụng như:

• biên độ - độ lệch lớn nhất so với vị trí 0 của trục hoành;

• giá trị tức thời, được thể hiện tại một thời điểm nhất định;

• hiệu quả, hiệu quả hay còn được gọi là giá trị bình phương trung bình gốc, được xác định bởi công việc tích cực được thực hiện trong một nửa thời gian;

• giá trị trung bình hiệu chỉnh được tính theo modulo giá trị hiệu chỉnh của một chu kỳ sóng hài.

Để đánh giá định lượng điện áp, đơn vị quốc tế 1 volt đã được giới thiệu và ký hiệu «U» trở thành ký hiệu của nó.

Khi vận chuyển năng lượng điện qua đường dây trên không, thiết kế của các giá đỡ và kích thước của chúng phụ thuộc vào giá trị của điện áp được sử dụng. Giá trị của nó giữa các dây dẫn của các pha được gọi là tuyến tính và liên quan đến từng dây dẫn và pha đất.

Quy tắc này áp dụng cho tất cả các loại hãng hàng không.

Trong các mạng điện sinh hoạt của nước ta, tiêu chuẩn là điện áp ba pha 380/220 vôn.

điện trở

Thuật ngữ này được sử dụng để mô tả các tính chất của một chất để làm suy yếu dòng điện chạy qua nó.Trong trường hợp này, các môi trường khác nhau có thể được chọn, nhiệt độ của chất hoặc kích thước của nó có thể thay đổi.

Trong các mạch DC, điện trở hoạt động tích cực, đó là lý do tại sao nó được gọi là hoạt động. Đối với mỗi phần, nó tỷ lệ thuận với hiệu điện thế đặt vào và tỷ lệ nghịch với cường độ dòng điện đi qua.

Các khái niệm sau được giới thiệu trong sơ đồ dòng điện xoay chiều:

• trở kháng;

• cản sóng.

Trở kháng điện còn được gọi là trở kháng phức tạp hoặc thành phần:

• tích cực;

• hồi đáp nhanh.

Phản ứng, lần lượt, có thể là:

• điện dung;

• quy nạp.

Các kết nối giữa các thành phần trở kháng của tam giác điện trở được mô tả.

Trong tính toán điện động lực học, trở kháng sóng của một đường dây điện được xác định bằng tỷ số giữa điện áp từ sóng tới với giá trị của dòng điện chạy dọc theo đường sóng.

Giá trị điện trở được lấy theo đơn vị đo quốc tế là 1 Ohm.

Mối quan hệ của dòng điện, điện áp, điện trở

Một ví dụ cổ điển thể hiện mối quan hệ giữa các đặc tính này là so sánh với mạch thủy lực, trong đó lực chuyển động của dòng sinh công (tương tự - cường độ dòng điện) phụ thuộc vào giá trị của lực tác dụng lên pít-tông (tạo ra sức căng) và đặc tính của các dòng chảy, được tạo thành từ các điểm co thắt (sức đề kháng).

Các định luật toán học mô tả mối quan hệ của điện trở, dòng điện và điện áp lần đầu tiên được công bố và cấp bằng sáng chế bởi Georg Ohm. Ông rút ra các định luật cho toàn bộ mạch điện và tiết diện của nó. Xem tại đây để biết thêm chi tiết: Ứng dụng định luật Ôm trong thực tế

Ampe kế, vôn kế và ôm kế được sử dụng để đo các đại lượng điện cơ bản của điện.

Ampe kế đo cường độ dòng điện chạy qua mạch.Vì nó không thay đổi trong toàn bộ khu vực kín nên ampe kế được đặt ở bất kỳ đâu giữa nguồn điện áp và người dùng, tạo ra một dòng điện tích đi qua đầu đo của thiết bị.

Một vôn kế được sử dụng để đo điện áp tại các cực của người dùng được kết nối với nguồn hiện tại.

Các phép đo điện trở bằng ôm kế chỉ có thể được thực hiện khi người dùng đã tắt. Điều này là do ôm kế tạo ra điện áp đã hiệu chỉnh và đo dòng điện chạy qua đầu thử nghiệm, dòng điện này được chuyển đổi thành ôm bằng cách chia điện áp cho giá trị hiện tại.

Bất kỳ kết nối nào của điện áp nguồn thấp bên ngoài trong quá trình đo sẽ tạo ra dòng điện bổ sung và làm sai lệch kết quả. Xét rằng các mạch bên trong của ôm kế có công suất thấp, thì trong trường hợp đo sai điện trở khi đặt điện áp bên ngoài, thiết bị thường bị lỗi do mạch bên trong của nó bị cháy.

Biết các đặc tính cơ bản của dòng điện, điện áp, điện trở và mối quan hệ giữa chúng cho phép thợ điện thực hiện thành công công việc của họ và vận hành hệ thống điện một cách đáng tin cậy, và những sai lầm thường dẫn đến tai nạn và thương tích.