電圧、電流、抵抗とは何ですか: 実際にどのように使用されるか
電気工学では、電気回路内で発生するプロセスを説明するために「電流」、「電圧」、「抵抗」という用語が使用されます。それぞれに独自の目的があり、特定の特徴があります。
電気
この言葉は、物質の特定の媒体を通る荷電粒子 (電子、正孔、陽イオン、陰イオン) の動きを特徴付けるために使用されます。電荷キャリアの方向と数によって、電流の種類と強さが決まります。
電流の主な特性が実用化に影響を与える
電荷の流れの前提条件は、電荷の移動条件を作り出す回路、言い換えれば閉ループの存在です。移動する粒子の内部に空隙が形成されると、その方向への移動は直ちに停止します。
電気で使用されるすべてのスイッチと保護装置は、この原理に基づいて動作します。導電性部品の可動接点間に分離が生じ、この動作により電流の流れが遮断され、デバイスがシャットダウンされます。
エネルギーにおいて、最も一般的な方法は、ワイヤー、タイヤ、またはその他の導電性部品の形で作られた金属内の電子の移動によって電流を生成することです。
この方法に加えて、現在の内部の作成も使用されます。
1. 電子または陽イオンおよび陰イオン (正および負の電荷符号を持つイオン) の移動による気体および電解液。
2. 熱電子放射現象によって引き起こされる電子の移動にさらされる真空、空気およびガスの環境。
3. 電子と正孔の移動による半導体材料。
次のような場合に感電が発生する可能性があります。
-
荷電粒子に外部電位差を印加する。
-
現在超電導体ではない電熱線。
-
新しい物質の放出に関連する化学反応の過程。
-
ワイヤーにかかる磁場の影響。
電流の波形は次のようになります。
1. タイムライン上の直線の形の定数。
2. 基本的な三角関数の関係によってよく記述される可変正弦波高調波。
3. 蛇行、ほぼ正弦波に似ていますが、鋭く顕著な角度を持ち、場合によっては十分に滑らかにすることができます。
4. 脈動。方向が変化せずに同じままで、明確に定義された法則に従って振幅がゼロから最大値まで周期的に変動する場合。
電流は次のような場合に役立ちます。
-
光放射に変換される。
-
熱要素を加熱します。
-
可動アーマチュアの引力または反発、またはベアリングに固定されたドライブによるローターの回転によって機械的仕事を実行します。
-
他の場合には電磁放射を発生します。
電流がワイヤを通過すると、次のような原因で損傷が発生する可能性があります。
電気機器の設計者やさまざまな回路の開発者は、機器内の電流のリストされた可能性を考慮します。たとえば、変圧器、モーター、発電機における渦電流の悪影響は、磁束の伝達に使用されるコアを混合することによって軽減されます。同時に、渦電流は、誘導原理で動作する電気オーブンや電子レンジで媒体を加熱するためにうまく使用されています。
正弦波形の交流電流は、単位時間 (1 秒) ごとに異なる振動周波数を持つことができます。さまざまな国の電気設備の工業用周波数は、50 ヘルツまたは 60 ヘルツという数字で標準化されています。電気工学や無線事業の他の目的でも、信号は次のように使用されます。
-
周波数が低く、値が低くなります。
-
産業用機器の範囲を大幅に超える高周波。
電流は、特定の巨視的な媒体中での荷電粒子の動きによって生成され、伝導電流と呼ばれることが一般に受け入れられています。しかし、巨視的に荷電した物体、たとえば雨滴が移動するときに、対流と呼ばれる別のタイプの電流が発生する可能性があります。 。
金属中で電流がどのように形成されるか
電子に加えられる一定の力の影響下での電子の動きは、天蓋を開いた落下傘兵の降下にたとえることができます。どちらの場合も等加速度運動が得られます。
スカイダイバーは重力によって地面に向かって移動しますが、空気抵抗の力に対抗します。電子はそれに加えられる力の影響を受ける 電界そして、その動きは他の粒子、つまり結晶格子のイオンとの継続的な衝突によって妨げられ、これにより加えられた力の影響の一部が消滅します。
どちらの場合も、落下傘兵の平均速度と電子の移動は一定値に達します。
これにより、速度が次のようなかなり特殊な状況が作成されます。
-
電子の固有運動は 1 秒あたり 0.1 ミリメートル程度の値によって決まります。
-
電流の流れは、はるかに高い値、つまり光波の伝播速度、つまり毎秒約 30 万キロメートルに相当します。
したがって、 電流の流れ 電子に電圧が印加されると、電子が生成され、その結果、電子は導電性媒体内で光の速度で動き始めます。
電子が金属の結晶格子内を移動すると、別の興味深い規則性が生じます。それは、約 10 個ごとの対イオンと衝突します。つまり、イオン衝突の約 90% を回避することに成功しています。
この現象は、ほとんどの人が一般的に理解している基本的な古典物理法則だけでなく、量子力学の理論によって説明される追加の作用法則によっても説明できます。
それらの作用を簡単に表現すると、金属内の電子の動きが、追加の抵抗をもたらす重く「揺れる」大きなイオンによって妨げられることが想像できます。
この効果は、重イオンの「スイング」が増加し、ワイヤの結晶格子の導電率が低下する金属を加熱するときに特に顕著です。
したがって、金属を加熱すると電気抵抗は常に増加し、冷却すると導電率が増加します。金属の温度が絶対零度に近い臨界値まで低下すると、多くの金属で超電導現象が発生します。
電流はその値に応じてさまざまなことができます。その能力を定量的に評価するには、アンペア数と呼ばれる値が使用されます。国際測定システムにおけるそのサイズは 1 アンペアであり、技術文献で電流の強さを示すために、インデックス «I» が採用されています。
電圧
この用語は、活性磁場源上の残りの電荷の配置の性質を変えることなく、テストユニットの電荷をある点から別の点に転送するのに費やされる仕事を表す物理量の特性として使用されます。
開始点と終了点のエネルギー ポテンシャルが異なるため、電荷または電圧を移動させるために行われる仕事は、これらのポテンシャル間の差の比率に等しくなります。
流れる電流に応じて、電圧の計算にはさまざまな用語と方法が使用されます。次のことはできません:
1. 定数 — 静電回路および定電流回路。
2. 交流 — 交流および正弦波電流を使用する回路。
2 番目のケースでは、追加の特性とストレスの種類が次のように使用されます。
-
振幅 — 横軸のゼロ位置からの最大偏差。
-
特定の時点で表現される瞬時値。
-
実効値、実効値、または別名二乗平均平方根値と呼ばれるもので、半期間に実行されたアクティブな作業によって決定されます。
-
1 つの高調波周期の整流値を法として計算された整流平均値。
電圧の定量的評価のために、1 ボルトの国際単位が導入され、記号「U」がその指定になりました。
架空線を介して電気エネルギーを輸送する場合、サポートの設計とその寸法は使用する電圧の値によって異なります。相の導体間の値は線形と呼ばれ、各導体とアース相に相対的です。
この規則はすべての種類の航空会社に適用されます。
我が国の家庭用電気ネットワークでは、標準は 380/220 ボルトの三相電圧です。
電気抵抗
この用語は、電流の通過を弱める物質の特性を特徴付けるために使用されます。この場合、さまざまな環境を選択したり、物質の温度や寸法を変更したりできます。
DC 回路では、抵抗がアクティブな働きをするため、アクティブと呼ばれます。各セクションでは、印加電圧に正比例し、通過電流に反比例します。
交流方式では次の概念が導入されています。
-
インピーダンス;
-
耐波性。
電気インピーダンスは、複素インピーダンスまたはコンポーネント インピーダンスとも呼ばれます。
-
アクティブ;
-
反応的な。
反応性は次のようになります。
-
容量性;
-
誘導的な。
三角形の抵抗のインピーダンス成分間の接続について説明します。
電気力学の計算では、電力線の波のインピーダンスは、入射波からの電圧と波線に沿って流れる電流の値の比によって決まります。
抵抗値は国際測定単位である 1 オームとして使用されます。
電流、電圧、抵抗の関係
これらの特性間の関係を表す典型的な例は、油圧回路との比較です。生命の流れの動きの力（アナログ - 電流の大きさ）は、ピストン（作成された）に加えられる力の値に依存します。張力）と、くびれ（抵抗）からなる動線の特徴。
電気抵抗、電流、電圧の関係を記述する数学的法則は、Georg Ohm によって初めて公開され、特許を取得しました。彼は電気回路の回路全体とその部分の法則を導き出しました。詳細については、ここを参照してください。 オームの法則の実際の適用
電流計、電圧計、抵抗計は、電気の基本的な電気量を測定するために使用されます。
電流計は回路を流れる電流を測定します。電流は密閉された領域全体では変化しないため、電流計は電圧源とユーザーの間の任意の場所に配置され、デバイスの測定ヘッドを通る電荷の流れが生じます。
電圧計は、電流源に接続されているユーザーの端末の電圧を測定するために使用されます。
オーム計による抵抗測定は、ユーザーの電源がオフの場合にのみ実行できます。これは、オーム計が校正された電圧を出力し、テスト ヘッドに流れる電流を測定し、電圧を電流値で割ることによってオームに変換されるためです。
測定中に外部低電力電圧を接続すると、追加の電流が発生し、結果が歪みます。オーム計の内部回路が低電力であることを考慮すると、外部電圧を印加したときに誤った抵抗測定が行われると、内部回路が焼損してデバイスが故障することがよくあります。
電流、電圧、抵抗の基本特性とそれらの関係を理解していれば、電気技師は作業を適切に遂行し、電気システムを確実に操作することができます。また、間違いが事故や怪我につながることもよくあります。