Принцип работы электричества

Так как же работает электричество?

Кратко, электрический ток – это движение электронов под действием электромагнитного поля, которое создается двумя проводниками, о которых говорить далее. Это энергия, движения мельчайших заряженных частиц, которые движутся внутри проводника в заданном источником направлении.

Главные характеристики электрического тока это: сила тока, плотность тока и мощность тока, напряжение и сопротивление. Три из которых тесно связаны, и являются основой закона Ома.

Сам закон Ома имеет запись или более известную и распространенную . Где I – сила тока в цепи, измеряющаяся амперметром. R – сопротивление всех внешних элементов в цепи, измеряется в омах, ε - электродвижущая сила источника напряжения, измеряется в вольтах, r – внутреннее сопротивление источника напряжения, измеряется в омах, U – напряжение в цепи, измеряется в вольтах.

Сила тока (I) - физическая величина, равная отношению количества заряда, прошедшего за некоторое время через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени. Сила тока, кроме формулы закона Ома, считается по формуле: I= q/t, где q – заряд (выражается в кулонах), а t – время прохождения заряда.

Электрическое сопротивление (R) – физическая величина проводника, которая характеризует противодействие электрической цепи прохождению электрического тока по ней. Существует две основных формулы для нахождения сопротивления, это формула , выраженная из закона Ома и формула , где ρ — удельное сопротивление вещества проводника, l — длина проводника, а S — площадь сечения.

Напряжение тока (U) - физическая величина, значение которой равно отношению работы электрического поля, совершаемой при переносе пробного электрического заряда из точки A в точку B, к величине пробного заряда. Измеряется в вольтах. U = I · R.

Плотность тока – физическая величина, равная отношению силы тока I к площади поперечного сечения проводника S. Считается по формуле ј = I / S. Измеряется в А/м² (ампер на квадратный метр).

Мощность тока (Р) – физическая величина, которая характеризует скорость передачи или преобразования электрической энергии (измеряется в ваттах). Высчитывается мощность по формуле: , где А – это работа, совершенная током (джоуль), а ∆t – это изменение времени (секунда). Работа тока высчитывается по формуле A=U·I·t.

Ток различается на два главных подвида: постоянный и переменный.

Постоянный ток полностью неизменчив, то есть со временем он не меняет направление, свойства и величину. Заряд просто протекает от минуса к плюсу, пока полностью не иссякнет. В основном этот вид тока используется для передачи заряда напрямую от генератора до потребителя. Например, заряд от аккумулятора к потребителю или передача тока по проводам на небольшие расстояния.

Переменный ток со временем изменяет свою величину по модулю и свое направлении, происходит это через равные промежутки времени. Для создания переменного тока используют переменную электродвижущую систему, иначе говоря, применяют генераторы переменного тока, принцип действия которых основан на электромагнитной индукции. Переменный ток имеет большее распространение, чем постоянный. Его можно легко передавать на большие расстояния, его можно контролировать, т.е. уменьшать и увеличивать напряжение, при его перемещении тратится меньше энергии. С помощью трансформатора, теряется меньше энергии напряжение от высоковольтной линии для передачи в бытовую сеть и др. Большинство электроприборов работают с помощью переменного тока, т.к. для передачи по высоковольтным проводам используется именно переменный ток.

Итак, принцип работы тока понятен. Но передача тока до, например, жилого дома, это не просто подсоединенный к генератору провод, а целая сеть. Для объяснения надо понять такие определения как фаза и ноль. Любая электрическая цепь состоит из двух проводов. По одному ток идет к потребителю (например, к чайнику), а по- другому возвращается обратно. Если разомкнуть такую цепь, то ток идти не будет.

Вот и все описание однофазной цепи. Фаза, или фазовый провод – это провод, по которому идет ток, а ноль – провод по которому ток возвращается. И для передачи его, высоковольтные кабели состоят из алюминия.

Для передачи электричества в жилые дома используется трех фазная сеть. При подходе к потребителю провод разъединяется на три фазы, что позволяет сэкономить, так как нет необходимости для каждого из них делать отдельный «ноль».

В наше время используют провода из алюминия и меди, так как они обладают отличной электропроводностью и теплоемкостью. Ниже приведена таблица зависимости сечения проводов от материала и напряжения.

Сечения кабеля, проложенного открыто(см^2)	Однофазное включение 220В	Трехфазное включение 3х220/380	Сечение кабеля, проложенного в трубе(см^2)
Al	Cu	Длительно Допустимый ток А при нагревании кабеля до 60 С.	kBт	Длительно Допустимый ток А при нагревании кабеля до 60 С.	kBт	Cu	Al
	0.5		2.2
	0.75		2.8
			3.3			1.5	2.5
2.5	1.5		4.4			2.5
	2.5		6.6
			8.8
			16.5

Конечная схема пути переменного тока выглядит примерно так: Электростанция (генератор) → Трансформатор повышающий напряжение → Высоковольтные провода → Понижающий напряжение трансформатор → Потребитель.