1. Електричний струм

1.1 Введення

Електричним струмом називають впорядкований (спрямований) рух вільних заряджених частинок. Щоб отримати електричний струм у провіднику, треба створити в ньому електричне поле. Для того, щоб електричний струм якнайдовше існував у провіднику, необхідно весь час підтримувати в ньому електричне поле, яке створюється і підтримується джерелами електричного струму. В сучасному світі людство використовує чотири види джерела струму:

• теплові (фото- і термоелементи);

• хімічні (гальванічні елементи);

• механічні (генератори);

• світлові (сонячні батареї).

У будь – якому з цих джерел відбувається перерозподіл позитивних і негативних зарядів. Розділені частки накопичуються на полюсах джерела струму. Один полюс джерела струму заряджається позитивно, інший - негативно. Якщо полюси з'єднати провідниками, то під дією поля вільні заряджені частинки в провіднику будуть рухатися, і виникне електричний струм.

1.2 Основні визначення

Електричний струм – це упорядкований рух вільних заряджених частинок під впливом електричного поля. Такими частками можуть бути:

• у провідниках - електрони,

• в електролітах - іони (катіони і аніони);

• у газах - іони і електрони;

• у вакуумі при певних умовах - електрони, що виникли в результаті термоелектричної емісії;

• в напівпровідниках - електрони і дірки.

Розрізняють два типи електричного струму:

• постійний струм - струм, напрямок і величина якого слабо змінюється в часі;

• змінний струм - це струм, напрямок і величина якого змінюється в часі.

Основним струмом змінного типу є струм, величина якого змінюється за косинусоїдальним законом. У цьому випадку потенціал кожного кінця провідника змінюється по відношенню до потенціалу іншого кінця провідника поперемінно - з позитивного на негативний і навпаки, проходячи при цьому через всі проміжні потенціали. В результаті виникає струм, який безперервно змінює напрямок: при русі в одному напрямку він зростає, досягаючи максимуму, який називають амплітудним значенням, потім спадає, на якийсь момент стає рівним нулю, потім зростає і також досягає максимального значення, після чого цикл всіх змін відновлюється.

Час, за який відбувається один такий цикл (час, що включає зміну струму в обидві сторони), називається періодом змінного струму. Кількість періодів, які зробив струм за одиницю часу, носить назву частота.

1.3 Змінний струм

Як ми вже знаємо, електричний струм буває постійним і змінним. Але широко застосовується тільки змінний струм. Це пов’язано з тим, що напругу і силу змінного струму можна змінювати практично без втрат енергії.

Змінний струм, на відміну від струму постійного, безперервно змінюється як за величиною, так і за напрямком. Причому ці зміни відбуваються періодично, тобто всі його зміни повторюються через рівні проміжки часу. Це характеризується двома параметрами - періодом і амплітудою, знаючи які ми можемо судити, який це змінний струм, і побудувати графік струму.

Змінний струм отримують за допомогою генераторів змінного струму з використанням явищ електромагнітної індукції (Мал. 1).

Принцип дії установки простий. Дротяна рамка обертається в однорідному магнітному полі з постійною швидкістю. Своїми кінцями рамка закріплена на кільцях, які обертаються разом з нею. До кілець щільно прилягають пружини, що виконують роль контактів. Через поверхню рамки безперервно буде протікати мінливий магнітний потік, але потік, який створюваний електромагніт, залишиться постійним. У зв'язку з цим в рамці виникне ЕРС індукції. Для того щоб визначити, чи змінюється магнітний потік, що проходить по поверхні рамки, потрібно всього лише порівняти становище рамки в певні періоди часу. Для цього потрібно уважно подивитися на малюнок.