電流の作用: 熱、化学、磁気、光、機械

回路内の電流は、常に何らかの作用を通じて現れます。これは、特定の負荷での動作とそれに伴う電流の影響の両方が考えられます。したがって、電流の作用によって、特定の回路における電流の有無を判断できます。負荷が動作している場合、電流が存在します。電流を伴う典型的な現象が観察される場合、回路などに電流が流れています。

原則として、電流はさまざまな作用（熱、化学、磁気（電磁）、光、機械）を引き起こすことができ、さまざまな種類の電流作用が同時に発生することがよくあります。この記事では、これらの現在の現象とアクションについて説明します。

電流の熱効果

直流または交流がワイヤに流れると、ワイヤが発熱します。さまざまな条件や用途におけるこのような電熱線には、金属、電解質、プラズマ、溶融金属、半導体、半金属などがあります。

最も単純なケースでは、たとえばニクロム線に電流が流れると、ニクロム線が発熱します。この現象は、電気ケトル、ボイラー、ヒーター、電気ストーブなどの加熱装置に使用されます。電気アーク溶接では、電気アークの温度は通常7000℃に達し、金属は容易に溶けますが、これも電流の熱影響です。

回路のその部分で放出される熱の量は、この部分に印加される電圧、流れる電流の値、および流れる時間によって決まります(ジュール・レンツの法則).

回路の一部のオームの法則を変換したら、電圧または電流のいずれかを使用して熱量を計算できますが、回路の抵抗を知る必要があります。抵抗は電流を制限し、実際に加熱を引き起こすためです。あるいは、回路内の電流と電圧がわかれば、発生する熱量も同様に簡単に求めることができます。

電流の化学作用

直流電流によるイオンを含む電解質 電気分解された — これは電流の化学作用です。電気分解中、マイナスイオン（アニオン）はプラス電極（アノード）に引き寄せられ、プラスイオン（カチオン）はマイナス電極（カソード）に引き寄せられます。つまり、電解質に含まれる物質は、電流源の電極での電気分解中に放出されます。

たとえば、一対の電極を特定の酸、アルカリ、または塩の溶液に浸し、回路に電流が流れると、一方の電極にはプラスの電荷が発生し、もう一方の電極にはマイナスの電荷が発生します。溶液に含まれるイオンは、逆電荷を伴って電極上に堆積し始めます。

たとえば、硫酸銅 (CuSO4) の電気分解中、正電荷を持った銅陽イオン Cu2+ は負電荷を帯びた陰極に移動し、そこで不足した電荷を受け取り、中性の銅原子に変わり、電極の表面に沈着します。ヒドロキシル基 -OH はアノードに電子を供与し、その結果酸素が放出されます。正に帯電した水素陽イオン H + と負に帯電した SO42- 陰イオンは溶液中に残ります。

電流の化学作用は、たとえば水をその構成要素 (水素と酸素) に分解するために産業で使用されます。また、電気分解により、一部の金属を純粋な形で得ることができます。電気分解の助けを借りて、特定の金属 (ニッケル、クロム) の薄い層が表面に適用されます。それだけです。 ガルバニックコーティング 等

1832 年、マイケル ファラデーは、電極で放出される物質の質量 m が電解質を通過した電荷 q に正比例することを確立しました。直流電流 I が時間 t の間電解質を流れる場合、ファラデーの電気分解の第一法則が適用されます。

ここで、比例係数 k は物質の電気化学当量と呼ばれます。これは、電荷が電解質を通過するときに放出される物質の質量に数値的に等しく、物質の化学的性質に依存します。

電流の磁気作用

任意の導体（固体、液体、または気体の状態）に電流が流れると、導体の周囲に磁場が観察されます。つまり、電流が流れる導体は磁気特性を獲得します。

したがって、たとえば磁気コンパスの針の形で、電流が流れるワイヤに磁石を近づけると、針はワイヤに対して垂直に回転します。また、ワイヤを鉄心に巻いて直接電流を通すと、ワイヤに電流を流すと、コアが電磁石になります。

1820 年にエルステッドは磁針に対する電流の磁気効果を発見し、アンペールは電流が流れるワイヤの磁気相互作用の定量的法則を確立しました。

磁場は常に電流、つまり移動する電荷、特に荷電粒子（電子、イオン）によって生成されます。逆向きの電流は互いに反発し、一方向の電流は互いに引き付け合います。

このような機械的相互作用は、電流の磁場の相互作用によって発生します。つまり、それはまず第一に磁気相互作用であり、その後でのみ機械的相互作用になります。したがって、電流の磁気相互作用が主要です。

1831 年、ファラデーは、ある回路からの磁場の変化が別の回路に電流を生成することを発見しました。生成される EMF は磁束の変化率に比例します。電磁石 (たとえば、工業用) だけでなく、今日まですべての変圧器で使用されているのは、電流の磁気作用であることは論理的です。

電流による光の効果

最も単純な形では、電流の発光効果は白熱灯で観察でき、白熱灯のコイルはそこを流れる電流によって加熱されて白熱し、発光します。

白熱灯の場合、光エネルギーは供給される電力の約 5% を占め、残りの 95% は熱に変換されます。

蛍光灯は、電流エネルギーをより効率的に光に変換します。電気の最大 20% は、受光した蛍光体のおかげで可視光に変換されます。 紫外線 水銀蒸気やネオンなどの不活性ガス中での放電によるもの。

電流による光の効果は、LED でより効果的に実現されます。電流が順方向に pn 接合を通過すると、電荷キャリア (電子と正孔) が光子の放出と再結合します (あるエネルギー レベルから別のエネルギー レベルへの電子の遷移による)。

最適な発光体は、GaAs、InP、ZnSe、または CdTe などのダイレクトギャップ半導体 (つまり、直接光遷移が許可される半導体) です。半導体の組成を変えることで、紫外（GaN）から中赤外（PbS）までのあらゆる波長に対応したLEDを製造できます。光源としての LED の効率は平均 50% に達します。

電流の機械的作用

上で述べたように、電流が流れる導体はそれ自体の周囲に形成されます。 磁場… 磁気作用は、たとえば電気モーター、磁気リフティング装置、磁気バルブ、リレーなどで運動に変換されます。

ある電流が別の電流に及ぼす機械的作用は、アンペールの法則によって説明されます。この法律は、1820 年にアンドレ マリー アンペールによって直流に関して初めて確立されました。から アンペールの法則 したがって、一方向に電流が流れる平行ワイヤは引き付けられ、反対方向の電流は反発することになります。

アンペールの法則は、電流が流れる導体の小さな部分に磁場が作用する力を決定する法則とも呼ばれます。磁場内で電流が流れるワイヤの要素に磁場が作用する力は、ワイヤ内の電流、およびワイヤの長さと磁気誘導の要素ベクトル積に直接比例します。

この原則は以下に基づいています 電気モーターの動作、ここで、回転子は、トルク M によって固定子の外部磁界に向けられた電流を流すフレームの役割を果たします。