電気

電流とは何ですか

電気 — 衝撃を受けた帯電粒子の方向性のある動き 電界... そのような粒子には、導体では電子、電解質ではイオン（陽イオンおよび陰イオン）、半導体では電子およびいわゆる「正孔」（「正孔の導電率」）が考えられます。また、「バイアス電流」もあり、その流れは静電容量の充電プロセス、つまりプレート間の電位差の変化によるものです。プレート間では粒子の移動は発生しませんが、コンデンサには電流が流れます。

電気回路の理論では、電流は、電界の作用下での導電性媒体内の電荷キャリアの方向性のある移動であると考えられます。

電気回路の理論における伝導電流 (正電流) は、ワイヤの断面を単位時間あたりに流れる電気の量です: i = q /T、ここで i — 電流。 A; q = 1.6·109 — 電子の電荷、С; t — 時間、s。

この式は DC 回路に有効です。交流回路の場合、いわゆる瞬間的な電流値は、時間の経過に伴う電荷の変化率に等しくなります: i (t) = dq /dt。

考慮されている種類の電流が長期間存在するための最初の条件は、電荷キャリア間の電位差を維持する電源または発電機の存在です。 2つ目の条件は道路の通行止めです。特に、直流電流が存在するには、電荷がその値を変えることなく回路内を移動できる閉じた経路が必要です。

ご存知のとおり、電荷保存の法則により、電荷を生成したり破壊したりすることはできません。したがって、電流が流れる空間の体積が閉じた表面で囲まれている場合、その体積内を流れる電流は、そこから流出する電流と等しくなければなりません。

さらに詳しく: 電流が存在する条件

電流が流れる閉じた経路を電気回路または電気回路と呼びます。電気回路 — 2 つの部分に分かれています。帯電した粒子が静電力の方向に逆らって移動する内側の部分と、これらの粒子が静電力の方向に移動する外側の部分です。外部回路が接続される電極の端はクランプと呼ばれます。

したがって、電気回路の一部に電界が現れるか、ワイヤ上の 2 点間に電位差が生じると、電流が発生します。 2 点間の電位差 電子回路 は、回路のその部分の電圧または電圧降下と呼ばれます。

「電流」（「電流量」）という用語の代わりに、「現在の強さ」という用語がよく使用されます。ただし、後者は成功したとは言えません。電流の強さは、文字通りの意味での力ではなく、導体内の電荷の移動の強さ、つまり単位時間当たりに交差を通過する電気の量だけであるためです。導体の断面積。
電流には特徴があります アンペア数SI システムではアンペア (A) で測定される電流密度と、SI システムでは平方メートルあたりのアンペアで測定される電流密度。

1 アンペアは、1 クーロン (C) の量の電気の充電が 1 秒 (s) でワイヤーの断面を通過する動きに対応します。

1A = 1C/秒。

一般的なケースでは、電流を文字 i、電荷 q で表すと、次のようになります。

i = dq / dt。

電流の単位はアンペア（A）と呼ばれます。

アンペア (A) — 互いに 1 m 離れた真空中に配置された、長さが無限で断面積が無視できる 2 本の平行な直線導体を通過するときに、これらの導体間に生じる直流電流の強度 2・10長さ 1 メートルごとに -7 H。

1 クーロンに等しい電荷が 1 秒以内にワイヤの断面を通過すると、ワイヤに流れる電流は 1 A になります。

米。 1. 導体中の電子の方向性の動き

ワイヤに電圧が作用すると、ワイヤ内に電界が発生します。場の強さが E の場合、力 f = Ee が電荷 e の電子に作用します。量 e と E はベクトル量です。自由行程中に、電子はカオス的な運動とともに方向性のある運動を獲得します。各電子は負の電荷を持ち、ベクトル E とは逆の速度成分を受けます (図 1)。電子の一定の平均速度 vcp によって特徴付けられる規則的な運動が、電流の流れを決定します。

電子は希薄ガス中で指向性運動をすることができます。電解質およびイオン化ガスでは、電流は主にイオンの移動によって発生します。正に荷電したイオンが電解質中で正極から負極に移動するという事実と一致して、歴史的には電流の方向は電子の流れの方向と反対であると考えられてきました。

電流の方向は、正に帯電した粒子が移動する方向、つまり、電子の動きとは逆の方向。
電気回路の理論では、受動回路（エネルギー源の外側）内の電流の方向は、正に荷電した粒子が高い電位から低い電位へ移動する方向と見なされます。この方向は電気工学の発展の初期に採用されたもので、電荷キャリアの移動の真の方向、つまり電子が導電性媒体中をマイナスからプラスに移動する方向と矛盾します。

電解液中の電流の方向と導体中の自由電子

電流と断面積 S の比に等しい量を電流密度といいます: I / S

この場合、電流はワイヤの断面全体に均一に分布すると仮定します。ワイヤ内の電流密度は通常、A / mm2 で測定されます。

電荷のキャリアの種類とその移動媒体に応じて、それらは伝導電流と変位電流に分けられます。 伝導性は電子とイオンに分けられます。定常モードの場合、直流と交流の 2 種類の電流が区別されます。

電気ショックの伝達は、自由空間を移動する荷電粒子または物体からの電荷の伝達現象と呼ばれます。電流伝達の主な種類は、空洞内の基本荷電粒子の移動 (電子管内の自由電子の移動)、ガス放電デバイス内の自由イオンの移動です。

変位電流 (分極電流) は、関連する電荷キャリアの規則正しい動きと呼ばれます。このタイプの電流は誘電体で観察できます。

総電流 — 考慮中の表面を通る伝導電流、電気移動電流、および電気変位電流の合計に等しいスカラー値。

定数とは、大きさは変化する可能性がありますが、任意の長時間にわたって符号が変化しない電流を指します。詳細については、こちらをご覧ください。 直流

励磁電流 - 一定の微視的（アンペア）電流。これが磁性物質の固有磁場の存在の理由です。

大きさと符号の両方が周期的に変化する電流と呼ばれる変数。交流の強さが周期的に変化する場合、交流を特徴づける量は周波数です（SI システムではヘルツで測定されます）。

高周波交流がワイヤの表面上を移動します。高周波電流は、部品表面の熱処理や溶接のための機械工学や、金属を溶かすための冶金学で使用されます。交流電流は、正弦波と非正弦波に分けられます。正弦波電流は、次の調和の法則に従って変化する電流です。

i = 罪重量、

わたしはどこにいますか、 - ピーク（最高）電流値、ああ、

交流電流の変化率は次のように特徴付けられます。 周波数、単位時間あたりの完全な反復振動の数として定義されます。周波数は文字 f で示され、ヘルツ (Hz) 単位で測定されます。したがって、50 Hz の主電源電流周波数は、1 秒あたり 50 回の完全な振動に相当します。角周波数 w は、電流の変化率 (ラジアン/秒) であり、次の簡単な関係によって周波数に関連付けられます。

w = 2pi f

直流および交流の定常（固定）値は、大文字のIで意味します。非定常（瞬間）値は、文字iで意味します。通常、電流の正方向は正電荷の移動方向です。

交流電流 時間の経過とともに正弦波則に従って変化する電流です。

交流とは、従来の単相および三相ネットワークの電流も意味します。この場合、交流電流のパラメータは高調波の法則に従って変化します。

AC 電流は時間の経過とともに変化するため、DC 回路に適した単純なソリューションはここでは直接適用できません。非常に高い周波数では、電荷が振動する可能性があり、回路内のある場所から別の場所に流れ、また元の場所に戻ります。この場合、DC 回路とは異なり、直列接続されたワイヤの電流は等しくない可能性があります。

AC 回路に存在する静電容量により、この効果が強化されます。さらに、電流が変化すると自己誘導効果が感じられ、高インダクタンスのコイルを使用すると低周波でも顕著になります。

比較的低い周波数でも、AC 回路は次のように計算できます。 キルヒホッフの法則ただし、それに応じて修正する必要があります。

さまざまな抵抗、インダクタ、およびコンデンサを含む回路は、直列に接続された一般化された抵抗、コンデンサ、およびインダクタとして考えることができます。

正弦波交流発電機に接続されたこのような回路の特性を考えてみましょう。交流回路を計算するためのルールを定式化するには、そのような回路の各コンポーネントの電圧降下と電流の関係を見つける必要があります。

コンデンサー AC回路とDC回路ではまったく異なる役割を果たします。たとえば、電気化学セルが回路に接続されている場合、 コンデンサーが充電を開始しますその中の電圧が素子の起電力と等しくなるまで。その後、充電が停止し、電流がゼロに下がります。

回路がオルタネーターに接続されている場合、半サイクルで電子はコンデンサの左側のプレートから流れて右側に蓄積され、もう一方の半サイクルではその逆になります。

これらの移動する電子は、コンデンサの両側で強度が等しい交流を構成します。 AC周波数がそれほど高くない限り、抵抗とインダクタを流れる電流も同じです。

交流を消費する機器では、多くの場合、交流は整流されます。 整流器 直流を得るために。

電流用導体

あらゆる形態の電流は、閉じた油圧システム内の流体の流れに似た運動現象です。同様に、電流の動きのプロセスは「流れ」（電流が流れる）と呼ばれます。

電流が流れる物質をといいます。 導体…材料によっては、低温で超伝導状態になるものもあります。この状態では、電流に対する抵抗はほとんどなくなり、抵抗はゼロになる傾向があります。

それ以外の場合はすべて、導体が電流の流れに抵抗し、その結果、電気粒子のエネルギーの一部が熱に変換されます。アンペア数は次のように計算できます。 オームの法則 回路の断面についてはオームの法則、回路全体についてはオームの法則です。

ワイヤ内の粒子の移動速度は、ワイヤの材質、粒子の質量と電荷、環境の温度、印加される電位差によって決まり、光の速度よりもはるかに小さいです。しかし、電流そのものの伝播速度は、媒質中の光の速度、つまり電磁波の先頭の伝播速度に等しい。

電気が人体に与える影響

人体や動物の体に電流が流れると、電気火傷、細動、または死亡を引き起こす可能性があります。一方、電流は集中治療で精神疾患、特にうつ病の治療に使用され、脳の特定領域の電気刺激はパーキンソン病やてんかんなどの疾患の治療に使用され、パルスで心筋を刺激するペースメーカーが使用されます。電流は徐脈に使用されます。人間や動物では、神経インパルスを伝達するために電流が使用されます。

安全上の理由から、人が受け入れる最小電流は 1 mA です。電流は約 0.01 A の強さから人の生命にとって危険になります。電流は約 0.1 A の強さから人にとって致死的になります。42 V 未満の電圧は安全であると考えられます。