O que são tensão, corrente e resistência: como são usados ​​na prática

Na engenharia elétrica, os termos "corrente", "tensão" e "resistência" são usados ​​para descrever os processos que ocorrem nos circuitos elétricos. Cada um deles tem uma finalidade própria com características específicas.

Eletricidade

A palavra é usada para caracterizar o movimento de partículas carregadas (elétrons, lacunas, cátions e ânions) através de um determinado meio de uma substância. A direção e o número de portadores de carga determinam o tipo e a intensidade da corrente.

As principais características da corrente afetam sua aplicação prática

Um pré-requisito para o fluxo de cargas é a presença de um circuito ou, em outras palavras, um circuito fechado que crie condições para seu movimento. Se um vazio se formar dentro das partículas em movimento, seu movimento direcional para imediatamente.

Todos os interruptores e proteções usados ​​em eletricidade funcionam com base nesse princípio.Eles criam uma separação entre os contatos móveis das partes condutoras e, por meio dessa ação, interrompem o fluxo de corrente elétrica, desligando o dispositivo.

Em energia, o método mais comum é a criação de uma corrente elétrica devido ao movimento de elétrons dentro de metais feitos na forma de fios, pneus ou outras partes condutoras.

Além deste método, também é utilizada a criação de corrente interna:

1. gases e líquidos eletrolíticos devido ao movimento de elétrons ou cátions e ânions — íons com sinais de carga positivos e negativos;

2. um ambiente de vácuo, ar e gases submetidos ao movimento de elétrons causado pelo fenômeno da radiação termiônica;

3. Materiais semicondutores devido ao movimento de elétrons e buracos.

Um choque elétrico pode ocorrer quando:

• aplicação de uma diferença de potencial elétrico externo a partículas carregadas;

• fios de aquecimento que atualmente não são supercondutores;

• o curso das reações químicas relacionadas à liberação de novas substâncias;

• o efeito de um campo magnético aplicado ao fio.

A forma de onda da corrente elétrica pode ser:

1. uma constante na forma de uma linha reta na linha do tempo;

2. um harmônico senoidal variável bem descrito pelas relações trigonométricas básicas;

3. sinuoso, assemelhando-se aproximadamente a uma onda senoidal, mas com ângulos agudos e pronunciados, que em alguns casos podem ser bem suavizados;

4. pulsante, quando a direção permanece a mesma sem mudança, e a amplitude flutua periodicamente de zero ao valor máximo de acordo com uma lei bem definida.

A corrente elétrica pode ser útil para uma pessoa quando:

• convertido em radiação luminosa;

• cria aquecimento de elementos térmicos;

• executa trabalho mecânico devido à atração ou repulsão de armaduras móveis ou à rotação de rotores com acionamentos fixados em mancais;

• gera radiação eletromagnética em alguns outros casos.

Quando a corrente elétrica passa pelos fios, os danos podem ser causados ​​por:

• aquecimento excessivo de circuitos e contatos portadores de corrente;

• Educação correntes parasitas nos circuitos magnéticos de máquinas elétricas;

• radiação de eletricidade ondas eletromagnéticas no meio ambiente e alguns fenômenos semelhantes.

Designers de dispositivos elétricos e desenvolvedores de vários circuitos levam em consideração as possibilidades listadas de corrente elétrica em seus dispositivos. Por exemplo, os efeitos nocivos das correntes parasitas em transformadores, motores e geradores são mitigados pela mistura dos núcleos usados ​​para transmitir fluxos magnéticos. Ao mesmo tempo, a corrente parasita é usada com sucesso para aquecer o meio em fornos elétricos e fornos de microondas operando no princípio de indução.

Uma corrente elétrica alternada com uma forma de onda senoidal pode ter uma frequência diferente de oscilação por unidade de tempo - um segundo. A frequência industrial das instalações elétricas em diferentes países é padronizada com os números 50 ou 60 hertz. Para outros fins de engenharia elétrica e negócios de rádio, os sinais são usados:

• baixa frequência, com valores mais baixos;

• alta frequência, excedendo significativamente a gama de dispositivos industriais.

É geralmente aceito que uma corrente elétrica é criada pelo movimento de partículas carregadas em um determinado meio macroscópico e é chamada de corrente de condução... No entanto, outro tipo de corrente chamada convecção pode ocorrer quando corpos macroscopicamente carregados se movem, por exemplo, gotas de chuva .

Como a corrente elétrica é formada nos metais

O movimento dos elétrons sob a influência de uma força constante aplicada a eles pode ser comparado à descida de um pára-quedista com um velame aberto. Em ambos os casos, obtém-se um movimento uniformemente acelerado.

O pára-quedista se move devido à gravidade em direção ao solo, que se opõe à força de resistência do ar. Os elétrons são afetados pela força aplicada a eles campo elétrico, e seu movimento é impedido por colisões contínuas com outras partículas - íons de redes cristalinas, devido às quais parte do efeito da força aplicada é extinta.

Em ambos os casos, a velocidade média do paraquedista e o movimento do elétron atingem um valor constante.

Isso cria uma situação única em que a velocidade:

• o movimento próprio de um elétron é determinado por um valor da ordem de 0,1 milímetro por segundo;

• o fluxo de corrente elétrica corresponde a um valor muito maior — a velocidade de propagação das ondas de luz: cerca de 300 mil quilômetros por segundo.

Por isso, fluxo de corrente elétrica é criado onde uma tensão é aplicada aos elétrons e, como resultado, eles começam a se mover na velocidade da luz dentro do meio condutor.

Quando os elétrons se movem na rede cristalina de um metal, surge outra regularidade interessante: ele colide com aproximadamente a cada dez contraíons.Ou seja, evita com sucesso cerca de 90% das colisões de íons.

Esse fenômeno pode ser explicado não apenas pelas leis da física clássica fundamental, como comumente entendidas pela maioria das pessoas, mas também pelas leis operacionais adicionais descritas pela teoria da mecânica quântica.

Se expressarmos brevemente sua ação, podemos imaginar que o movimento dos elétrons dentro dos metais é impedido por íons pesados ​​\u200b\u200bgrandes "oscilantes" que fornecem resistência adicional.

Esse efeito é especialmente perceptível ao aquecer metais, quando o "swing" de íons pesados ​​​​aumenta e reduz a condutividade elétrica das redes cristalinas dos fios.

Portanto, quando os metais são aquecidos, sua resistência elétrica sempre aumenta e, quando resfriados, sua condutividade aumenta. Quando a temperatura do metal cai para valores críticos próximos ao valor do zero absoluto, o fenômeno da supercondutividade ocorre em muitos deles.

A corrente elétrica, dependendo do seu valor, é capaz de fazer coisas diferentes. Para uma avaliação quantitativa de suas capacidades, um valor chamado amperagem é obtido. Seu tamanho no sistema de medição internacional é de 1 A. Para indicar a intensidade da corrente na literatura técnica, o índice «I» é adotado.

Tensão

Este termo é usado como uma característica de uma quantidade física que expressa o trabalho gasto na transferência de uma carga elétrica de uma unidade de teste de um ponto para outro sem alterar a natureza da colocação das cargas restantes nas fontes de campo ativo.

Como os pontos inicial e final têm diferentes potenciais de energia, o trabalho realizado para mover a carga, ou voltagem, é igual à razão da diferença entre esses potenciais.

Diferentes termos e métodos são usados ​​para calcular a tensão, dependendo das correntes que circulam. Não pode ser:

1. constante — em circuitos eletrostáticos e de corrente constante;

2. alternada — em circuitos com corrente alternada e senoidal.

Para o segundo caso, tais características adicionais e tipos de estresse são usados ​​como:

• amplitude — o maior desvio da posição zero do eixo das abcissas;

• valor instantâneo, que é expresso em um determinado ponto no tempo;

• efetivo, efetivo ou, de outra forma, chamado de valor quadrático médio, determinado pelo trabalho ativo realizado por meio período;

• valor médio retificado módulo calculado o valor retificado de um período harmônico.

Para a avaliação quantitativa da tensão, foi introduzida a unidade internacional de 1 volt e o símbolo «U» tornou-se a sua designação.

No transporte de energia elétrica através de linhas aéreas, o desenho dos suportes e suas dimensões dependem do valor da tensão utilizada. Seu valor entre os condutores das fases é denominado linear e relativo a cada condutor e fase de terra.

Esta regra se aplica a todos os tipos de companhias aéreas.

Nas redes elétricas domésticas do nosso país, o padrão é uma tensão trifásica de 380/220 volts.

Resistência elétrica

O termo é usado para caracterizar as propriedades de uma substância para enfraquecer a passagem de uma corrente elétrica através dela.Neste caso, diferentes ambientes podem ser escolhidos, a temperatura da substância ou suas dimensões podem ser alteradas.

Nos circuitos CC, a resistência realiza um trabalho ativo, por isso é chamada de ativa. Para cada seção, é diretamente proporcional à tensão aplicada e inversamente proporcional à corrente que passa.

Os seguintes conceitos são introduzidos em esquemas de corrente alternada:

• impedância;

• resistência das ondas.

A impedância elétrica também é chamada de impedância complexa ou componente:

• ativo;

• reativo.

A reatividade, por sua vez, pode ser:

• capacidade;

• indutivo.

As conexões entre os componentes de impedância do triângulo de resistência são descritas.

Em um cálculo eletrodinâmico, a impedância de onda de uma linha de energia é determinada pela razão entre a tensão da onda incidente e o valor da corrente que passa ao longo da linha de onda.

O valor da resistência é tomado como uma unidade internacional de medida de 1 Ohm.

A relação de corrente, tensão, resistência

Um exemplo clássico de expressar a relação entre essas características é a comparação com um circuito hidráulico, onde a força de movimento do fluxo de vida (analógico - a magnitude da corrente) depende do valor da força aplicada ao pistão (criado tensão) e o caráter das linhas de fluxo, feitas de constrições (resistência).

As leis matemáticas que descrevem a relação entre resistência elétrica, corrente e tensão foram publicadas e patenteadas pela primeira vez por Georg Ohm. Ele derivou as leis para todo o circuito do circuito elétrico e sua seção. Veja aqui mais detalhes: Aplicação da lei de Ohm na prática

Amperímetros, voltímetros e ohmímetros são usados ​​para medir as grandezas elétricas básicas da eletricidade.

Um amperímetro mede a corrente que circula pelo circuito, como não varia em toda a área fechada, o amperímetro é colocado em qualquer ponto entre a fonte de tensão e o usuário, criando uma passagem de cargas pelo cabeçote de medição do aparelho.

Um voltímetro é usado para medir a tensão nos terminais do usuário conectados à fonte de corrente.

As medições de resistência com um ohmímetro só podem ser feitas com o usuário desligado. Isso ocorre porque o ohmímetro gera uma tensão calibrada e mede a corrente que passa pela cabeça de teste, que é convertida em ohms dividindo a tensão pelo valor da corrente.

Qualquer conexão de uma tensão externa de baixa potência durante a medição criará correntes adicionais e distorcerá o resultado. Considerando que os circuitos internos do ohmímetro são de baixa potência, no caso de medições incorretas de resistência ao aplicar uma tensão externa, o dispositivo muitas vezes falha devido ao fato de seu circuito interno queimar.

Conhecer as características básicas de corrente, tensão, resistência e as relações entre elas permite que os eletricistas executem seu trabalho com sucesso e operem sistemas elétricos de forma confiável, e os erros cometidos muitas vezes terminam em acidentes e lesões.