Elektriskā strāva: definīcija, formula un SI mērvienība (ampērs)
Uzzini, kas ir elektriskā strāva, tās formula I=ΔQ/Δt un SI mērvienība ampērs (A) — skaidrojumi, piemēri un pielietojumi vadā, baterijās un zibens.
Elektriskā strāva ir elektriskā lādiņa plūsma. Strāvas vienādība ir:
I = Δ Q Δ t {\displaystyle I={\frac {\Delta Q}{\Delta t}}} 
kur
I {\displaystyle I}
ir tekošā strāva
Δ Q {\displaystyle \Delta Q}
ir elektriskā lādiņa izmaiņas
Δ t {\displaystyle \Delta t}
ir izmaiņas laikā
Kas nozīmē formula
Vienkāršiem vārdiem, strāva I ir lādiņa daudzuma ΔQ, kas plūst caur ķēdes šķērsgriezumu, dalīta ar laika intervālu Δt. Ja pārvietojas konstants lādiņš Q laika t, strāva var tikt raksturota kā Q/t. Strāvu, kas nemainās laikā, sauc par pastāvīgo (stacionāro) strāvu; ja tā mainās, runā par mainīgo vai pulsējošu strāvu.
SI mērvienība un skaitliska atbilstība
Elektriskās strāvas SI mērvienība ir ampērs (A). Tas ir vienāds ar vienu kulonu lādiņa vienā sekundē. Praksē tas nozīmē:
- 1 A = 1 C/s
- Šī definīcija ir saistīta ar lādiņa daudzumu — 1 A nozīmē, ka aptuveni 6,241509074×10^18 (t.i., apmēram 6,24 kvintiljoni) elementāro lādiņu, piemēram, elektronu, plūst sekundē.
- Modernajā SI sistēmā ampērs ir saistīts ar elementārā lādiņa (e) fiksēto vērtību; tas nodrošina precīzu definīciju izmantošanai mūsdienīgā metrologijā.
Strāvas virziens un lādiņu nesēji
Tradicionālā elektrotehnikas konvencija nosaka, ka strāvas virziens ir no pozitīvā uz negatīvo polu. Reālajā materiālā lādiņu pārnēsāšanai var piedalīties dažādi nesēji:
- metālos — brīvie elektroni
- elektrolītos — pozitīvie un negatīvie joni
- pusvadītājos — elektroni un "caurumi" (pozitīvie lādiņu nesēji)
Elektronu kustības virziens parasti ir pretējs konvencionālajam strāvas virzienam, jo elektroni ir negatīvi lādiņi.
Strāvas veidi un avoti
Strāvas var klasificēt pēc formas un izcelsmes:
- Pastāvīgā strāva (DC) — konstantā vērtība laika gaitā (piem., baterijas izlāde).
- Mainīgā strāva (AC) — periodiski mainās gan virzienā, gan lielumā (piem., sadzīves elektrība tīklā).
Strāvu var atrast vados, baterijās un zibens strāvās, kā arī elektroniskajās ierīcēs, ķīmiskās reakcijās (elektrolīze) un bioloģiskos audos.
Mērīšana un instrumenti
Strāvu mēra ar ampērmetru (ampermetru). Lai izmērītu ķēdē plūstošu strāvu, ierīci parasti ievieto ķēdē sērijā ar slodzi, vai izmanto shuntos vai strāvas transformatorus lielām strāvām. Bieži tiek izmantoti arī multimetrs un kloķmetri (ampērāmetri ar apkārtējo tinumu) plūsmas noteikšanai bez tiešas ķēdes pārtraukšanas.
Sarežģītākas attiecības
Praktiskos un teorētiskos aprēķinos strāvu saista ar citiem elektriskiem lielumiem:
- Omas likums: I = V / R, kur V ir spriegums un R — pretestība. Tas raksturo lineāru vadītāju uzvedību.
- Strāvas blīvums: j = I / A, kur A ir šķērsgriezuma laukums; tas apraksta, cik liels lādiņa plūsmas intensitātes blīvums ir materiālā.
Drošība un efektu piemēri
Strāva rada vairākus praktiskus efektus:
- elektriskais siltums (Joula siltums) — sildīšana, kas var izraisīt degšanas risku vai ierīču bojājumus;
- magnētiskie lauki — elektromagnētiskās ierīces, elektromotori, releji;
- elektrolītiskais efekts — ķīmiskas izmaiņas šķīdumos.
Jebkura strāva var būt bīstama cilvēkam; pat nelieli ampēri caur cilvēka ķermeni var izraisīt elektrošoku. Drošības pasākumi ietver pareizu izolāciju, apzīmējumus, aizsardzības ierīces (drošinātāji, automātiskie slēdži) un atbilstošu aprīkojumu darbam ar augstu spriegumu vai strāvu.
Mikroskopiskā skaidrojumā
Molekulāri un kvantu līmenī strāva rodas, kad lādiņu nesējiem ir nobīde vai neto kustība, radot elektrisko plūsmu. Pusvadītājos šo kustību var kontrolēt ar dopingu un laukiem, kas ļauj veidot pusvadītāju ierīces, piemēram, diodes un tranzistorus.
Kopsavilkumā, elektriskā strāva ir fundamentāls elektrības jēdziens, ko saprot kā lādiņu plūsmu laika vienībā, to mēra ampēros, un tā ir pamats gan inženierzinātņu, gan ikdienas elektrotehnikas pielietojumiem.
Strāvas avots
Elektrovadošajos materiālos daži elektroni ir ļoti vāji saistīti ar materiāla atomiem. Kad liels daudzums šo atomu saplūst kopā, veidojas sava veida elektronu mākonis, kas "karājas" pie materiāla atomiem. Ja aplūkojat strāvu vadoša materiāla gabala šķērsgriezumu, elektroni pa to pārvietojas ļoti ātri. Šo kustību izraisa temperatūra, un elektroniem, kas plūst vienā virzienā, ir tendence izlīdzināties ar elektroniem, kas plūst no otra virziena, tāpēc tas nav tas, kas izraisa strāvas plūsmu. Elektroni plūst no viena atoma uz otru, un šis process tiek salīdzināts ar ūdens spaiņu nodošanu no viena cilvēka otram spaiņa brigādē.
Kad vadam tiek pielikts elektriskais lauks, elektroni reaģē gandrīz uzreiz, nedaudz dreifējot pretējā virzienā laukam. Tie iegūst enerģiju no lauka, kas ļoti ātri tiek zaudēta, kad tie saduras ar citiem elektroniem materiālā. Tomēr, kamēr vien lauks darbojas, elektroni atgūst zaudēto enerģiju, un process turpināsies. Šis "trieciens", ko elektroni saņem no elektriskā lauka, ir strāvas avots, nevis vispārējā elektronu plūsma. No šīs diskusijas mēs redzam divas lietas, kas nav strāva:
- Tā nav faktiska elektronu "plūsma" šī vārda ikdienas izpratnē: ja mēs pārbaudām, kādu ātrumu elektroniem piešķir lauks, tas parasti ir ļoti mazs, milimetru sekundē. Lai elektroni ar šādu ātrumu šķērsotu 10 pēdu (3 m) lielu telpu, būtu nepieciešama pusstunda. Tā kā spuldzīte ieslēdzas gandrīz uzreiz pēc slēdža nospiešanas, ir jādarbojas kaut kam citam.
- Tas arī nav "domino efekts", lai gan šī analoģija ir tuvāka nekā plūsma. Tā kā elektroni ir tik mazi, pat tad, kad tie pārvietojas ļoti ātri, tos nevirza liels spēks.
Strāva ķēdēs
Kad strāva plūst vadu ķēdē, tā paātrinās, ja ķēdē nav pretestības. Lai palielinātu pretestību ķēdē, tiek izmantoti rezistori, kas palēnina strāvas plūsmu. Attiecību starp pretestību, strāvu un spriegumu (citu ķēdes daļu) parāda Oma likums.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir elektriskā strāva?
A: Elektriskā strāva ir elektriskā lādiņa plūsma.
J: Kāds ir strāvas vienādojums?
A: Strāvas vienādojums ir I = ΔQ/Δt, kur I ir strāva, ΔQ ir elektriskā lādiņa izmaiņas, bet Δt ir laika izmaiņas.
J: Kādā mērvienībā mēra elektrisko strāvu?
A: Elektriskajai strāvai izmanto SI mērvienību ampēru (A), kas ir vienāds ar vienu kulonu lādiņa sekundē.
J: Kur var atrast elektriskās strāvas piemērus?
A: Elektriskās strāvas piemērus var atrast vados, baterijās un zibens.
J: Ko apzīmē "I" strāvas vienādojumā?
A: Strāvas vienādojumā "I" apzīmē strāvas daudzumu, kas plūst.
J: Ko apzīmē "ΔQ" strāvas vienādojumā?
A: Strāvas vienādojumā "ΔQ" apzīmē elektriskā lādiņa izmaiņas.
Meklēt