Tpo-gefest.ru

ТПО Гефест
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое электрический ток и каковы условия его существования

Что такое электрический ток и каковы условия его существования

Электрическим током является направленное движение носителей зарядов – это стандартная формулировка из учебника физики. В свою очередь носителями заряда называются определенные частицы вещества. Ими могут быть:

  • Электроны – отрицательные носители заряда.
  • Ионы – положительные носители заряда.

Направление движения частиц

Но откуда берутся носители заряда? Для ответа на этот вопрос нужно вспомнить базовые знания о строении вещества. Всё что нас окружает – вещество, оно состоит из молекул, мельчайших его частиц. Молекулы состоят из атомов. Атом состоит из ядра, вокруг которого движутся электроны на заданных орбитах. Молекулы также хаотично движутся. Движение и структура каждой из этих частиц зависят от самого вещества и влияния на него окружающей среды, например температуры, напряжения и прочего.

Частицы вещества

Ионом называют атом, у которого изменилось соотношение электронов и протонов. Если изначально атом нейтрален, то ионы в свою очередь делят на:

  • Анионы – положительный ион атома, потерявшего электроны.
  • Катионы – это атом с «лишними» электронами, присоединившиеся к атому.

Единица измерения тока – Ампер, согласно закону Ома он вычисляется по формуле:

I=U/R,

где U – напряжение, [В], а R – сопротивление, [Ом].

Или прямопропорционален количеству заряда, перенесенному за единицу времени:

I=Q/t,

где Q – заряд, [Кл], t – время, [с].

Разряды в газе могут быть самостоятельными и несамостоятельными. Ток начинает существовать, когда появляются свободные заряды. Несамостоятельные разряды существуют пока на него действует сила извне, то есть внешний ионизатор. То есть, если внешний ионизатор перестал действовать, то и ток прекращается.

Самостоятельный разряд электрического тока в газах существует даже после прекращения действия внешнего ионизатора. Самостоятельные разряды в физике подразделяются на тихий, тлеющий, дуговой, искровой, коронный.

  • Тихий– самый слабый из самостоятельных разрядов. Сила тока в нем очень мала (не более 1 мА). Он не сопровождается звуковыми или световыми явлениями.
  • Тлеющий– если увеличить напряжение в тихом разряде, он переходит на следующий уровень – в тлеющий разряд. В этом случае появляется свечение, которое сопровождается рекомбинацией. Рекомбинация– обратный процесс ионизации, встреча электрона и положительного иона. Применяется в бактерицидных и осветительных лампах.
  • Дуговой– сила тока колеблется от 10 А до 100 А. Ионизация при этом равна почти 100%. Этот тип разряда возникает, например, при работе сварочного аппарата.
  • Искровой– можно считать одним из видов дугового разряда. Во время такого разряда за очень короткое время протекает определенное количество электричества.
  • Коронный разряд – ионизация молекул происходит вблизи электродов с малыми радиусами кривизны. Этот вид заряда происходит тогда, когда напряженность электрического поля резко изменяется.
Читайте так же:
Как рассчитать силу тока для лампочки

Основа для коммутации ламп

То, что мы видим здесь, является основой для включения и выключения ламп дистанционными выключателями. Поскольку любое нарушение непрерывности цепи приводит к прекращению протекания тока по всей цепи, то для управления протеканием тока в цепи мы можем использовать устройство, предназначенное для преднамеренного нарушения этой непрерывности (называемое ключом, или выключателем, переключателем и т.п.) и установленное в любом удобном месте, к которому мы можем провести провода:

Рисунок 3 Добавление ключа в цепь из батареи и лампы Рисунок 3 – Добавление ключа в цепь из батареи и лампы

Таким образом, выключатель, установленный на стене дома, может управлять лампой, установленной в длинном коридоре или даже в другой комнате, далеко от выключателя. Сам ключ состоит из пары проводящих контактов (обычно сделанных из какого-то металла), соединенных механическим рычажным приводом или кнопкой. Когда контакты соприкасаются друг с другом, устанавливается непрерывность цепи, и ток может течь от одного контакта к другому. Когда контакты разделены, течению тока от одного к другому препятствует воздушная изоляция между ними, и непрерывность цепи нарушается.

Лампы накаливания

Тепловые источники света включают в себя все типы ламп накаливания, а также зеркальные и галогенные лампы.

С момента возникновения, около 130 лет назад, электрического источника освещения, имеющего накаливаемое тело в форме угольного стержня, минуло уже несколько этапов развития ламп:

  • оборудование ламп винтовым цоколем (1879 г.);
  • применение вольфрама для изготовления накаливаемого тела (1909 г.);
  • нагнетание в колбу лампы инертных газов и выполнение накаливаемого тела спиралевидной формы (1913 г.);
  • производство ламп с биспиральным накаливаемым телом с применением криптона (1936 г.);
  • изготовление ламп с использованием вольфрамово-галогенного цикла (1959 г.). Таким образом, к сегодняшнему дню технические характеристики ламп накаливания максимально приближены к своим теоретическим границам, и ждать каких-то коренных изменений или улучшений не приходится.

Почему лампы накаливания все еще достаточно востребованы

Сегодня в мире каждый год изготавливается больше четырех миллиардов ламп накаливания, приблизительно 5 000 разновидностей, что в большой степени превышает количество изготавливаемых газоразрядных ламп вместе взятых.

Возникает справедливый вопрос: а чем же обусловлена такая популярность ламп накаливания, технические показатели которых намного хуже, чем у, допустим, газоразрядных источников света? Светоотдача обычных ламп накаливания не поднимается выше 15 лм/Вт при продолжительности службы 1 000 часов, тогда как светоотдача новейших люминесцентных ламп превышает 100 лм/Вт при продолжительности службы 18 000 часов.

Основными обстоятельствами этого являются:

  • низкая стоимость ламп накаливания
  • и легкость их установки в светильники.
  • Для этих ламп нет необходимости в применении дополнительных пускорегулирующих приборов, использование которых с газоразрядными лампами является обязательным.

К другим отличительным свойствам ламп накаливания относятся:

  • небольшой размер, который обеспечивает простоту регулирования потока света;
  • моментальный запуск ламп, который формирует номинальный поток света мгновенно после подачи напряжения на лампы;
  • независимость характеристик ламп от температуры воздуха;
  • довольно высокая надежность работы ламп;
  • удароустойчивость;
  • широкий спектр излучаемого лампами светового потока, который обеспечивает самый высокий индекс цветопередачи среди всех остальных типов ламп, равный 100.
Читайте так же:
Моргает лампа дневного свет при выключенном выключателе

Главные недостатки ламп накаливания:

  • пониженная светоотдача;
  • сравнительно короткий срок службы;
  • неустойчивость к воздействиям перепадов напряжения в сети;
  • высокая степень теплоотдачи ламп;
  • ощутимые перепады тока в момент запуска.

Продукция

Подвесной светильник IP20, 100 Вт

Подвесной стеклянный светильник IP20, 75 Вт

Подвесной стеклянный светильник IP20, 180 Вт

Подвесной светильник, на кронштейне/штанге IP20, 75-150 Вт

Мы поможем подобрать светильники на ваш объект

Принцип работы ламп накаливания

Свет, излучаемый лампами накаливания, формируется за счет нагревания под воздействием тока накаливаемого тела до высокой температуры. Законы излучения тепла довольно сложны и изучались физиками разных поколений на примере условного «абсолютно черного тела» как простейшего излучателя. Вот основные нюансы, знание которых нужно для правильного понимания принципов работы ламп накаливания:

  1. Насыщенность излучения нагретого тела прямо пропорциональна четвертой степени температуры, до которой оно нагрето.
  2. Тепловое излучение имеет сплошной спектр.
  3. Максимальная насыщенность излучения нагретого тела определяется его температурой.

Из этих трех пунктов следует, что чем больше температура тела накаливания, тем насыщеннее, то есть ярче формируемый им световой поток.

Для максимальной эффективности формируемого излучения его максимум должен находиться в пределах видимой человеком части спектра, что достигается при температурах от 3 800 до 7 600 К. Но на Земле не существует металлов, способных оставаться твердыми при воздействии таких температур, так, температура плавления вольфрама, являющегося наиболее тугоплавким металлом, составляет около 3 600 К. Доказано, что светоотдача формируемого вольфрамом излучения при температуре его плавления составляет 53,5 лм/Вт, что является теоретическим пределом светоотдачи, которой могли бы достигнуть лампы накаливания при отсутствии потерь.

Накаливаемые тела всех ламп накаливания (чаще всего это нити накаливания) изготавливаются из вольфрама. При этом чем сильнее нагревается вольфрам, тем эффективнее будет лампа, и тем выше будет ее светоотдача. Однако при увеличении температуры вольфрам будет быстрее испаряться даже в твердом состоянии, сокращая при этом продолжительность службы лампы. По этой причине технические характеристики ламп накаливания, а также длина и толщина накаливаемого тела подбираются в виде компромисса между эффективностью и желаемым сроком службы лампы, вследствии чего лампы накаливания работают почти на пределе возможностей.
Увеличивая светоотдачу путем повышения напряжения, срок службы ламп заметно сокращается. Даже при увеличении напряжения на пять процентов, а подобные скачки напряжения в наших электросетях не редкость, продолжительность службы ламп накаливания сокращается в три раза.

Читайте так же:
Две лампы от двух проходных выключателей

Важно иметь в виду, что сопротивление вольфрама, как и других чистых металлов, повышается при нагревании и при достижении температуры 2500–3200 К отличается от сопротивления в охлажденном состоянии в 12–20 раз. Это обуславливает сильные скачки тока при запуске ламп, так как в момент запуска ток может в 20 раз превышать номинальное значение. Продолжительность такого скачка составляет всего 0,1–0,2 сек., однако формирует высокие нагрузки на электросеть. По причине таких скачков тока лампы накаливания выходят из строя чаще всего в момент запуска.

Лампы

Мы поможем подобрать светильники на ваш объект

Освещение магазинов на объектах

Статьи по теме #освещение магазинов

Освещение магазинов предполагает наличие общего и акцентного света. Важен дизайн и цветовое решение ОП, тип источника света и его мощность.

Вне зависимости от того, является ли магазин алкогольной продукции отдельным магазином или только частью супермаркета, при поиске световых решений должны быть соблюдены определенные правила. Так как же соединить функциональный и эстетичный свет?

Автосалоны – это объекты, которые должны в лучшем свете представить не только автомобили, но и производителя в целом. Идеальное качество цветопередачи, отсутствие бликов, разносторонняя подсветка – это то, в чем нуждаются экспонаты.

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция — явление возникновения тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его.

Явление электромагнитной индукции открыл Майкл Фарадей в ходе серии опытов.

Опыт раз. На одну непроводящую основу намотали две катушки таким образом, что витки одной катушки были расположены между витками второй. Витки первой катушки были замкнуты на гальванометр, а второй — подключены к источнику тока.

При замыкании ключа и протекании тока по второй катушке в первой возникал импульс тока. При размыкании ключа также наблюдался импульс тока, но ток через гальванометр тек в противоположном направлении.

Опыт два. Первую катушку подключили к источнику тока, а вторую — к гальванометру. При этом вторая катушка перемещалась относительно первой. При приближении или удалении катушки фиксировался ток.

Опыт три. Катушку замкнули на гальванометр, а магнит передвигали относительно катушки.

Опыт с катушкой и магнитом

Вот что показали эти опыты:

  1. Индукционный ток возникает только при изменении линий магнитной индукции.
  2. Направление тока различается при увеличении числа линий и при их уменьшении.
  3. Сила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока. При этом как само поле может изменяться, так и контур может перемещаться в неоднородном магнитном поле.

Почему возникает индукционный ток?

Ток в цепи может существовать, когда на свободные заряды действуют сторонние силы. Работа этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура равна электродвижущей силе (ЭДС).

Читайте так же:
Лампы светодиодные для регулируемый выключатель

Значит, при изменении числа магнитных линий через поверхность, ограниченную контуром, в нем появляется ЭДС, которую называют ЭДС индукции.

Как электрический ток поступает в дома?

как электричество попадает в дома

После того, как электростанции выработают ток, он по кабелю попадает на распределительную подстанцию для измерения и преобразования. Там же установленные трансформаторы повышают напряжение до 10000 вольт. Благодаря такому напряжению ток с минимальными потерями передается на дальние расстояния с невероятной скоростью, составляющей до 3000 км в секунду!

Потом ток поступает на понижающую подстанцию, где трансформаторы уменьшают напряжение до 220 вольт — стандарт, принятый в РФ. И далее электричество направляется на распределительные сети города, а оттуда — к вам в дом и квартиру. Вот такой непростой путь он проделывает, чтобы зарядить наш телефон, зажечь лампочку или заставить работать холодильник.

Пусковой ток. Типы и работа. Применение и особенности

Пусковой ток – представляет ток, который необходим для запуска электрического или электротехнического устройства. Он больше номинального тока в разы, вследствие чего при подборе оборудования так важно учитывать данный параметр. В качестве примера можно привести ситуацию, когда при разгоне автомобилю нужно на порядок больше топлива, чем при движении на автомагистрали с одинаковой скоростью. Таким же образом электрический двигатель потребляет больше электрического тока при «разгоне».

Подобные явления могут наблюдаться и в ином электрическом оборудовании: электрических магнитах, лампах и так далее. Пусковые процессы в устройствах определяются параметрами рабочих органов: намагниченностью катушки, накаливающейся нитью и тому подобное. Весьма часто производители ограничивают ток пуска при помощи пускового сопротивления.

Пусковой ток появляется на небольшой период времени, что в большинстве случаев составляет доли секунд. Однако по своему значению он может быть в несколько раз выше номинального значения. Этот параметр также зависит от вида применяемого оборудования. В различных приборах указанные токи могут составлять в 2-9 раз больше номинального.

Для примера можно привести следующее оборудование:

    имеют наиболее тяжелый запуск. Ток пуска здесь составляет порядка 7-9 кратного пика от номинального тока. имеет 7 кратный перевес тока пуска от номинального тока.
  • Бетономешалка или буровой пресс имеют 3,5 кратный перевес тока пуска от номинального тока. Это же касается бойлера, стиральной машины, обогревателей радиаторного типа. имеет ток пуска, который превосходит номинальный ток в 3,33 раза. и микроволновая печь имеют ток пуска, который превосходит номинальный ток в 2 раза. обычно имеет ток пуска, который превосходит номинальный ток в 1,32 раза.

В большинстве случаев производители практически не указывают данный параметр в спецификациях. Поэтому часто приходится довольствоваться ориентировочными параметрами. Измерительные приборы бытового значения выделяются инерционностью, поэтому при помощи них затруднительно измерить кратковременный всплеск тока пуска. Лучше всего уточнить параметр тока пуска у прибора непосредственно у дилера.

Читайте так же:
Ламповый фазоинвертор с источником тока в катоде схемы
Работа

При запуске любого вида электрического двигателя появляется пусковой ток, который может достигать 9 кратного значения от номинального тока. Характеристика тока пуска определяется типом двигателя, присутствием нагрузки на валу двигателя, схемы подключения, скорости вращения и тому подобное.

Ток пуска появляется вследствие того, что в период запуска требуется довольно сильное магнитное поле в обмотке, чтобы перевести ротор из статичного положения и раскрутить его. То есть это ток, который требуется, чтобы запустить электрический двигатель в рабочий режим. Именно поэтому его значение на порядок превышает рабочий ток.

В период включения мотора на обмотках наблюдается малое сопротивление, вследствие чего растет ток при постоянном напряжении. Как только двигатель начинает раскручиваться, то в обмотках появляется индуктивное сопротивление, вследствие чего ток начинает стремиться к номинальному значению.

Принцип действия

Puskovoi tok grafiki

Электрические двигатели обширно применяются в разных сферах промышленности. В результате этого знание параметров пусковых характеристик важно для правильного применения электрических приводов. Основными параметрами, которые влияют на ток пуска, являются момент и скольжение на валу.

При подаче тока в обмотки наблюдается рост насыщения сердечника ротора магнитным полем, появлению эдс самоиндукции. В результате растет индукционное сопротивление в цепи. При раскручивании ротора уменьшается степень скольжения. В результате ток пуска с ростом сопротивления уменьшается до рабочего параметра.

Ток пуска важен не только для электродвигателей, но и для источников питания. В частности, это касается аккумуляторных батарей. Параметры тока пуска характеризуют мощность в наивысшем значении, которую аккумулятор может выдавать в течение некоторого времени без значительной просадки напряжения. Ток пуска в большинстве случаев определяется емкостью батареи, в том числе условий климата. Так как при запуске движка летом требуется меньше энергии, чем зимой, то ток пуска при первом варианте будет несколько раз ниже, чем во втором. К примеру, для запуска современной машины аккумулятору в соответствии со стандартами необходимо выдавать ток на уровне 250-300 А минимум в течении 30 секунд.

Применение

Для правильной эксплуатации электрических приводов важно учитывать их пусковые характеристики. Если этого не учитывать и не пытаться нивелировать минусы тока пуска, то возможны неприятные последствия. Так ток пуска может негативно сказываться на другом оборудовании, которое одновременно работает с указанным электродвигателем на одной линии. При больших значениях ток пуска может приводить к падению напряжения сети и даже вызывать поломку оборудования.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector