Grundgrößen des elektrischen Stroms. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Strom für Anfänger

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Die Menge an Strom und Stromstärke. Die Auswirkungen von elektrischem Strom können stark oder schwach sein. Die Stärke des elektrischen Stroms hängt von der Ladungsmenge ab, die in einer bestimmten Zeiteinheit durch den Stromkreis fließt.

Je mehr Elektronen sich von einem Pol der Quelle zum anderen bewegen, desto größer ist die von den Elektronen übertragene Gesamtladung. Diese Nettoladung wird als Strommenge bezeichnet, die durch einen Leiter fließt.

Insbesondere hängt die chemische Wirkung des elektrischen Stroms von der Strommenge ab, d. h. je größer die durch die Elektrolytlösung geleitete Ladung, desto mehr Substanz wird an Kathode und Anode abgeschieden. In diesem Zusammenhang kann die Strommenge berechnet werden, indem die Masse der auf der Elektrode abgelagerten Substanz gewogen wird und die Masse und Ladung eines Ions dieser Substanz bekannt ist.

Die Stromstärke ist eine Größe, die dem Verhältnis der durch den Querschnitt des Leiters fließenden elektrischen Ladung zur Zeit ihres Fließens entspricht. Die Einheit der Ladung ist Coulomb (C), die Zeit wird in Sekunden (s) gemessen. In diesem Fall wird die Stromeinheit in C/s ausgedrückt. Diese Einheit heißt Ampere (A).

Um den Strom in einem Stromkreis zu messen, wird ein elektrisches Messgerät, ein sogenanntes Amperemeter, verwendet. Zur Einbindung in den Stromkreis ist das Amperemeter mit zwei Anschlüssen ausgestattet. Es ist in Reihe zum Stromkreis geschaltet.

Spannung. Wir wissen bereits, dass elektrischer Strom die geordnete Bewegung geladener Teilchen – Elektronen – ist. Das ist Bewegung. wird mithilfe eines elektrischen Feldes erzeugt, das eine gewisse Arbeit leistet. Dieses Phänomen wird als Arbeit des elektrischen Stroms bezeichnet.

Um in 1 s mehr Ladung durch einen Stromkreis zu bewegen, muss das elektrische Feld mehr Arbeit leisten. Auf dieser Grundlage stellt sich heraus, dass die Arbeit des elektrischen Stroms von der Stärke des Stroms abhängen sollte. Aber es gibt noch einen weiteren Wert, von dem die Arbeit des Stroms abhängt. Diese Größe wird Spannung genannt.

Spannung ist das Verhältnis der vom Strom in einem bestimmten Abschnitt eines Stromkreises geleisteten Arbeit zur Ladung, die durch denselben Abschnitt des Stromkreises fließt. Die aktuelle Arbeit wird in Joule (J) gemessen, die Ladung in Coulomb (C). In diesem Zusammenhang wird die Maßeinheit für die Spannung 1 J/C sein. Diese Einheit wurde Volt (V) genannt.

Damit in einem Stromkreis Spannung entsteht, ist eine Stromquelle erforderlich. Bei offenem Stromkreis liegt Spannung nur an den Anschlüssen der Stromquelle an. Wenn diese Stromquelle in den Stromkreis einbezogen wird, entsteht auch in einzelnen Abschnitten des Stromkreises Spannung.

In diesem Zusammenhang entsteht im Stromkreis ein Strom. Das heißt, wir können kurz Folgendes sagen: Wenn im Stromkreis keine Spannung vorhanden ist, fließt kein Strom.

Zur Messung der Spannung wird ein elektrisches Messgerät, ein sogenanntes Voltmeter, verwendet. Im Aussehen ähnelt es dem zuvor erwähnten Amperemeter, mit dem einzigen Unterschied, dass auf der Voltmeterskala der Buchstabe V steht (statt A auf dem Amperemeter). Das Voltmeter verfügt über zwei Anschlüsse, mit deren Hilfe es parallel zum Stromkreis geschaltet wird.

Elektrischer Widerstand. Nachdem Sie verschiedene Leiter und ein Amperemeter an den Stromkreis angeschlossen haben, können Sie feststellen, dass das Amperemeter bei Verwendung unterschiedlicher Leiter unterschiedliche Messwerte liefert, d. h. in diesem Fall ist die im Stromkreis verfügbare Stromstärke unterschiedlich.

Dieses Phänomen kann dadurch erklärt werden, dass verschiedene Leiter einen unterschiedlichen elektrischen Widerstand haben, der eine physikalische Größe ist. Zu Ehren des deutschen Physikers wurde es Ohm genannt. In der Physik werden in der Regel größere Einheiten verwendet: Kilo-Ohm, Mega-Ohm usw.

Der Widerstand eines Leiters wird normalerweise mit dem Buchstaben R bezeichnet, die Länge des Leiters ist L und die Querschnittsfläche ist S. In diesem Fall kann der Widerstand als Formel geschrieben werden:

R = R * L/S,

wobei der Koeffizient p als spezifischer Widerstand bezeichnet wird. Dieser Koeffizient drückt den Widerstand eines 1 m langen Leiters mit einer Querschnittsfläche von 1 m2 aus. Der spezifische Widerstand wird in Ohm x m ausgedrückt.

Da Drähte in der Regel einen eher kleinen Querschnitt haben, werden ihre Flächen meist in Quadratmillimetern angegeben. In diesem Fall ist die Einheit des spezifischen Widerstands Ohm x mm²/M. In der Tabelle unten. Abbildung 1 zeigt die spezifischen Widerstände einiger Materialien.

Laut Tabelle. 1 wird deutlich, dass Kupfer den niedrigsten elektrischen Widerstand und Metalllegierungen den höchsten haben. Darüber hinaus weisen Dielektrika (Isolatoren) einen hohen spezifischen Widerstand auf.

Elektrische Kapazität. Wir wissen bereits, dass zwei voneinander isolierte Leiter elektrische Ladungen ansammeln können. Dieses Phänomen wird durch eine physikalische Größe namens elektrische Kapazität charakterisiert.

Die elektrische Kapazität zweier Leiter ist nichts anderes als das Verhältnis der Ladung eines von ihnen zur Potentialdifferenz zwischen diesem Leiter und dem benachbarten. Je niedriger die Spannung ist, wenn die Leiter geladen werden, desto größer ist ihre Kapazität. Die Einheit der elektrischen Kapazität ist Farad (F). In der Praxis werden Bruchteile dieser Einheit verwendet: Mikrofarad (μF) und Picofarad (pF).

Nimmt man zwei voneinander isolierte Leiter und platziert sie in geringem Abstand zueinander, erhält man einen Kondensator.

Die Kapazität eines Kondensators hängt von der Dicke seiner Platten sowie der Dicke des Dielektrikums und seiner Permeabilität ab. Durch die Reduzierung der Dicke des Dielektrikums zwischen den Platten des Kondensators kann dessen Kapazität deutlich erhöht werden.

Auf allen Kondensatoren muss neben der Kapazität auch die Spannung angegeben werden, für die diese Geräte ausgelegt sind.

Tabelle 1. Elektrischer Widerstand einiger Materialien

Betrieb und Leistung von elektrischem Strom. Aus dem oben Gesagten geht hervor, dass elektrischer Strom eine gewisse Arbeit leistet. Wenn Elektromotoren angeschlossen sind, bringt der elektrische Strom alle Arten von Geräten zum Laufen, bewegt Züge entlang der Schienen, beleuchtet die Straßen, heizt das Haus und erzeugt auch einen chemischen Effekt, d. h. ermöglicht die Elektrolyse usw.

Wir können sagen, dass die Arbeit des Stroms in einem bestimmten Abschnitt des Stromkreises gleich dem Produkt aus Strom, Spannung und der Zeit ist, in der die Arbeit verrichtet wurde. Die Arbeit wird in Joule, die Spannung in Volt, der Strom in Ampere und die Zeit in Sekunden gemessen. In diesem Zusammenhang gilt: 1 J = 1 V x 1 A x 1 s. Daraus ergibt sich, dass zur Messung der Arbeit des elektrischen Stroms drei Instrumente gleichzeitig verwendet werden sollten: ein Amperemeter, ein Voltmeter und eine Uhr. Dies ist jedoch umständlich und ineffektiv. Daher wird die Arbeit des elektrischen Stroms normalerweise mit Stromzählern gemessen. Dieses Gerät enthält alle oben genannten Geräte.

Die Leistung des elektrischen Stroms ist gleich dem Verhältnis der Arbeit des Stroms zur Zeit, in der er verrichtet wurde. Die Leistung wird mit dem Buchstaben „P“ bezeichnet und in Watt (W) ausgedrückt. In der Praxis werden Kilowatt, Megawatt, Hektowatt usw. verwendet. Um die Leistung des Stromkreises zu messen, benötigen Sie ein Wattmeter. Elektroingenieure geben die Stromarbeit in Kilowattstunden (kWh) an.

Autor: Smirnova L.N.

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