3 Główne efekty, z których korzysta elektrotechnika

Ten artykuł rzuca światło na trzy główne efekty, od których zależy elektrotechnika. Efekty są następujące: 1. Efekt magnetyczny 2. Efekt cieplny prądu elektrycznego 3. Efekt chemiczny.

Elektrotechnika: Efekt # 1. Efekt magnetyczny:

Z naszego doświadczenia wiemy, że za każdym razem, gdy przepływa prąd elektryczny, przestrzeń bezpośrednio wokół jego ścieżki staje się polem magnetycznym. Ryc. 3.1 pokazuje tutaj przekrój poprzeczny okrągłego drutu, do którego dociera prąd elektryczny.

Linia przerywana reprezentuje cylindryczne pole magnetyczne, które otacza przewodnika przez jego długość. Intensywność tego pola magnetycznego i jego zakres zmieniają się w zależności od natężenia prądu płynącego w drucie.

W rzeczywistości im silniejszy jest prąd, tym szerszy i bardziej intensywny jest pole. Dlatego ważną cechą prądu elektrycznego jest to, że może wytworzyć pole magnetyczne, a ta właściwość prądu elektrycznego jest stosowana w praktyce w silnikach, transformatorach, przekaźnikach, telefonach itp. W rzeczywistości, z powodu tego pola magnetycznego i indukcji elektromagnetycznej, potencjalna różnica w przewodniku jest rozwijana ze względu na szybkość zmiany pola magnetycznego.

e = Blv .................. (równanie 3.1)

gdzie e -emf w woltach.

B - Webers na metr kwadratowy.

I - Długość przewodu w metrach.

v - Prędkość (ruch) w metrach na sekundę.

Indukcja elektromagnetyczna może wystąpić tylko do czasu, gdy zmiana będzie kontynuowana. To jest, gdy ta zmiana zatrzymuje się, indukcja również ustaje natychmiast.

W rzeczywistości istnieją dwie jasne metody, w których można spełnić warunki indukcji:

(1) Poprzez względny ruch pomiędzy przewodnikiem a polem, albo przewodnik porusza się w polu, albo pole przechodzi przez przewód; i / lub

(2) Zmieniając natężenie pola magnetycznego. Dlatego, gdy przewodnik, na przykład kawałek drutu, jest umieszczony w zmieniającym się polu magnetycznym, wywoływana jest w nim siła elektromotoryczna, emf, i powstaje potencjalna różnica między jej końcami, jak wyjaśniono we wzorze 3.1.

Jeśli przewód jest podłączony do obwodu, wywołany emf napędza prąd wokół obwodu tak długo, jak długo pole magnetyczne nadal się zmienia. Przewód, w którym indukowany jest emf, jest teraz źródłem energii dla obwodu, do którego jest podłączony, tak że prąd przepływa od ujemnego do dodatniego wzdłuż przewodu, płynąc z dodatniej na ujemną wokół reszty obwodu.

Siła indukowanego w drucie siły elektromotorycznej zależy od prędkości, z jaką porusza się przez pole magnetyczne i od intensywności pola magnetycznego. Wyjaśnia to również podstawowy wzór 3.1.

A to oznacza, że ​​tylko mały emf byłby indukowany powolnym ruchem w słabym polu i podobnie silniejszy emf byłby indukowany przez szybki ruch w słabym polu lub powolny ruch w bardziej intensywnym polu. A także jeszcze silniejszy emf byłby indukowany szybkim ruchem w intensywnym polu. W rzeczywistości ta bardzo podstawowa zasada jest podstawową zasadą elektrotechniki.

Teraz spójrzmy w bardzo prosty sposób na dwie ważne zasady:

(a) Zasada generatora i

(b) Zasada działania silnika.

(a) Zasada generatora:

Generator składa się z przewodów miedzianych nawiniętych na zworę, która obraca się w polu magnetycznym, albo za pomocą turbiny parowej lub wodnej, albo przez silnik spalinowy, albo przez silnik elektryczny.

Gdy zwora obraca się w sposób ciągły, druty nawinięte na nią nieustannie przesuwają się przez pole magnetyczne i nieustannie wywoływany jest emf. Dlatego każdy przewodnik poruszający się po polu ma indukowany w nim wskaźnik proporcjonalny do prędkości obrotowej i intensywności pola.

Przewody w armaturze są połączone szeregowo. Jeżeli stosuje się wiele przewodów, różnica potencjałów opracowana w armaturze jest wielokrotnie większa od różnicy potencjałów między końcami jednego przewodnika. Dlatego prędkość, natężenie pola i liczba przewodów w szeregu w zworniku są głównymi czynnikami determinującymi napięcie dostarczane przez generator.

Teraz, gdy twornik obraca się, każde zwojnie przechodzi naprzemiennie przez biegun północny i biegun południowy. Stosując regułę prawej ręki Fleminga, jak pokazano na rys. 3.2, można zauważyć, że kierunek prądu indukowanego w uzwojeniu jest odwracany za każdym razem, gdy przechodzi przez biegun o przeciwnej polaryzacji.

Jeśli uzwojenia byłyby podłączone bezpośrednio do obwodu, prąd zmienny przepływałby w tym obwodzie, jak pokazano na rys. 3.3. Generator prądu przemiennego jest nazywany alternatorem.

Na tej figurze widać, że generator generuje naprzemiennie emf, a każdy terminal jest na przemian dodatni i ujemny. Częstotliwość zależy od prędkości obrotowej; z przedstawionym prostym polem dwubiegunowym częstotliwość jest równa liczbie obrotów wykonanych przez pętlę przewodzącą na sekundę.

Częstotliwość generowanego napięcia zależy od szybkości, z jaką przewodniki przechodzą bieguny o przeciwnej polaryzacji. Na Rys. 3.3 pokazano pole dwubiegunowe, ale pole generatora może mieć więcej biegunów.

Pole generatora może mieć dowolną parzystą liczbę biegunów; ogólnie cztery, sześć i osiem biegunów są powszechne. Dla dowolnej prędkości obrotowej przewody zwory przesuwają bieguny o przeciwnej polaryzacji częściej, proporcjonalnie do liczby biegunów.

Na przykład w maszynie dwubiegunowej każdy przewodnik przechodzi po jednym biegunie północnym i jednym biegunie południowym na obrót, podczas gdy w maszynie czterobiegunowej każdy przewodnik przechodzi po dwóch biegunach północnych i dwóch biegunach południowych na obrót.

Dla każdej określonej prędkości prąd zmienny generowany przez maszynę czterobiegunową ma częstotliwość dwukrotnie większą niż częstotliwość generowana przez dwubiegunową maszynę; ósma maszyna ma dwa razy więcej częstotliwości niż czterobiegunowa maszyna i tak dalej. Częstotliwość jest zatem określona przez prędkość, z jaką generowany jest generator i liczbę biegunów w polu. To zawsze należy pamiętać.

Generator prądu stałego:

Kiedy Generator musi dostarczać prąd stały, należy użyć urządzenia do odwrócenia połączenia między uzwojeniem a resztą obwodu za każdym razem, gdy zmienia się kierunek indukcji elektromotorycznej w uzwojeniu. Takie urządzenie nazywa się komutatorem.

Komutatorem jest bęben zamontowany na wale uzwojeń twornika. Powierzchnia bębna jest podzielona na metalowe segmenty, z których każdy jest odizolowany od pozostałych. Stałe kontakty zwane szczotki, podłączone bezpośrednio do obwodu zewnętrznego, opierają się na cylindrycznej powierzchni komutatora, tak że każdy z kolei wchodzi w kontakt z metalowymi segmentami po kolei, gdy bęben się obraca.

Uzwojenie twornika jest połączone z segmentami komutatora w taki sposób, że niezależnie od polaryzacji różnicy potencjałów indukowanej w uzwojeniu twornika, prąd płynie w tym samym kierunku wokół obwodu zewnętrznego. Na Rys. 3.4 widzimy bardzo prosty komutator.

Na rys. 3.4 (a) przewodnik A porusza się po biegunie północnym, a przewodnik B porusza się po biegunie południowym; dlatego prąd płynie z segmentów B do segmentu A komutatora, tj. od ujemnej szczotki do dodatniej szczotki w tworniku. Gdy zwora obraca się o 180 °, jak na Rys. 3.4 (b), przewodnik A przesuwa się za południowym biegunem, a przewodnik B przesuwa się poza biegun północny.

Pole generatora:

Generator może pracować ze stałym polem magnetycznym, dzięki czemu można stosować magnesy trwałe lub uzwojenia wzbudzające (w których stały prąd wzbudzający wytwarza stałe pole magnetyczne).

Większość generatorów wykorzystuje uzwojenia obiektowe, ale pola magnetyczne z magnesami trwałymi są używane w przypadku niewielkich generatorów, które mają zapewniać jedynie niską moc wyjściową, np. Te stosowane w obwodach telefonicznych. Generatory używające stałego pola magnetycznego są zwykle nazywane magnetosami.

Rotating Field Alternator:

W niektórych alternatorach i magnesach prądu przemiennego role części obrotowych i nieruchomych są odwrócone, a magnes wzbudzony znajduje się w zworniku (lub wirniku, jak nazywana jest część obrotowa maszyny prądu przemiennego). Gdy wirnik jest napędzany, pole magnetyczne omiata wszystkie przewody w stacjonarnej części stojana maszyny.

Efekt jest dokładnie taki sam, jak gdyby cewki drutu zostały obrócone w polu magnetycznym, jak pokazano na rys. 3.5.

(b) Zasada działania silnika:

Z naszego doświadczenia i wiedzy teoretycznej wiedzieliśmy, że bliskie połączenie prądu elektrycznego, pola magnetycznego i ruchu nie ogranicza się do wytwarzania prądu elektrycznego. To bliskie połączenie prowadzi również do zasady silnika, zasady, na której działają wszystkie silniki elektryczne, tj. Która umożliwia nieprzerwane przekształcanie energii elektrycznej w ruch.

W rzeczywistości zasada silnika jest odwrotnością zasady generatora. Jeżeli przewodnik jest umieszczony w polu magnetycznym, jak pokazano na rys. 3.6 i prąd przepływa przez niego, przewodnik będzie się poruszał w poprzek pola magnetycznego.

Jeżeli drut jest zamontowany na zworniku, który może swobodnie się obracać, siła działająca na przewodnik ma tendencję do obracania wirnika. Ponieważ działanie magnetyczne trwa nadal, wirnik nadal się porusza, co nazywa się działaniem silnika.

Jednak silnik jest zbudowany w sposób prawie podobny do generatora, z przewodami nawiniętymi na zworę i umieszczonymi w polu magnetycznym. Prąd przepływa przez uzwojenie twornika i obraca się. Gdy każdy przewodnik przechodzi przez pole magnetyczne, płynący w nim prąd utrzymuje siłę obracającą twornik tak, że utrzymywany jest ciągły moment obrotowy (który można nazwać siłą obrotową).

Kierunek ruchu przewodnika przenoszącego prąd w polu magnetycznym można wykazać za pomocą zasady lewej ręki Fleminga, jak pokazano na rysunku 3.7. Tak jak generatory mogą dostarczać prąd przemienny lub stały, tak więc silniki mogą być zaprojektowane do pracy z prądu zmiennego lub z zasilania prądem stałym.

(c) Indukcja przez zmianę intensywności pola:

Kiedy przewodnik pozostaje nieruchomy w polu magnetycznym, które albo staje się silniejsze, albo słabsze, w tym przewodniku indukowane jest emf. Jeśli przewód jest podłączony do obwodu elektrycznego, prąd płynie.

Intensywność pola magnesu trwałego jest niezmienna, tak że nie można indukować siły elektromotorycznej w przewodniku, który jest nieruchomy w takim polu. Ale natężenie pola magnetycznego wytwarzanego przez cewkę można jednak zwiększyć lub zmniejszyć, zmieniając siłę płynącego prądu.

Emf może zatem być indukowany w przewodniku, który jest umieszczony w polu elektromagnetycznym przez zmianę natężenia prądu płynącego w cewce, która wytwarza pole. Emf jest indukowany tylko wtedy, gdy aktualna siła faktycznie się zmienia.

Wzajemne indukcje:

Jeżeli przewodnik, w którym indukowany jest emf, jest podłączony do obwodu, który jest elektrycznie niezależny od obwodu zwiniętego, przepływa prąd. Prąd płynie z ujemnego do dodatniego w pozostałej części obwodu. Proces, w którym prąd może być doprowadzany do przepływu w obwodzie przez zmianę natężenia prądu w innym obwodzie nazywany jest indukcją wzajemną.

Siła indukowanego emf zależy od szybkości, z jaką zmienia się prąd wytwarzający pole. Im większa szybkość zmian, tym większe indukowane emf Największa możliwa zmiana w obwodzie prądu stałego występuje, gdy zasilanie cewki jest włączane lub wyłączane, ponieważ w tych momentach przepływ prądu zmienia się niemal natychmiast z nic do maksimum, ani od maksimum do zera.

We wszystkich tych momentach indukowany jest wymuszony emf w przewodzie umieszczonym blisko cewki. Teraz, jeśli cewka jest umieszczana w zmieniającym się polu magnetycznym, a emf jest indukowany osobno w każdym zwoju, całkowite emf indukowane w cewce jest większe niż indukowane w jednym ruchu, ponieważ wszystkie zwoje w cewce są połączone szeregowo. Zgodnie z tą zasadą do indukowania wysokiego napięcia można stosować cewkę o dużej liczbie zwojów.

Cewka indukcyjna:

Wzajemna indukcja jest zasadą cewki indukcyjnej, która jest urządzeniem do wytwarzania impulsów przy bardzo wysokim napięciu z niskiego napięcia, jak pokazano na Rys. 3.8. Cewka indukcyjna składa się z cewki pierwotnej, nawinięta na miękki żelazny rdzeń i podłączona do zasilania niskiego napięcia przez przełącznik.

Gdy zasilanie jest podłączone do uzwojenia pierwotnego przez zamknięcie przełącznika, uzwojenie jest zasilane, a bardzo wysokie napięcie jest chwilowo indukowane w uzwojeniu wtórnym. Podobnie, gdy obwód uzwojenia pierwotnego jest przerwany, bardzo wysokie napięcie jest również chwilowo indukowane w wtórnym uzwojeniu, ale tym razem działa w przeciwnym kierunku.

Uzwojenie wtórne cewki indukcyjnej można zatem wykonać w celu uzyskania ciągu impulsów o bardzo dużym potencjale. W rzeczywistości, dzięki tej bardzo prostej zasadzie, iskry zapłonowe w silnikach samochodów osobowych są wytwarzane przez cewkę indukcyjną działającą z akumulatora samochodowego. Obwód pierwotny jest tworzony i łamany, z czasem wraz z obrotem silnika.

Wzajemne indukowanie prądem przemiennym:

Rzeczywista siła prądu zmiennego ciągle zmienia się z chwili na chwilę ze względu na jego charakterystykę. Pole magnetyczne wytwarzane przez prąd zmienny jest zatem ciągle zmieniającym się. Jeśli przewodnik zostanie umieszczony w polu, będzie on stale wywoływał emf.

Jeżeli przewód jest podłączony do obwodu elektrycznego, prąd będzie płynął w sposób ciągły w tym obwodzie. Indukowany prąd związany jest z prądem w bardzo precyzyjny sposób.

W pierwszym kwartale cyklu siła przyłożonego prądu wzrasta od zera do maksimum. Intensywność pola wzrasta zatem od zera do maksimum, a koniec "A" cewki ma polarność północną. W ten sposób indukowany jest emf w przewodzie, który ma tendencję do napędzania prądu od lewej do prawej.

Szybkość zmiany natężenia pola (reprezentowana przez nachylenie krzywej) jest największa na samym początku cyklu i wypada do zera w punkcie, w którym osiąga się maksymalną siłę prądu. Indukowane emf, które zależy od szybkości zmiany, jest zatem maksymalne na początku cyklu i spada na zero na koniec pierwszego kwartału cyklu.

W drugim kwartale cyklu siła przyłożonego prądu spada z maksimum do zera. Podobnie jak w pierwszym kwartale, biegunowość końca A cewki jest na północ. W związku z tym emulator jest ponownie indukowany w przewodniku, ale tym razem dąży do doprowadzenia prądu od prawej do lewej.

W tym kwartale cyklu tempo zmiany natężenia pola zaczyna się od zera, gdy pole jest najbardziej intensywne i stopniowo wzrasta wraz ze spadkiem intensywności. Emf w przewodniku wzrasta zatem od zera na początku drugiego kwartału, do maksimum na koniec drugiego kwartału.

Druga połowa cyklu jest podobna do pierwszej połowy, ale z odwróceniem wszystkich kierunków. W trzecim kwartale pole wzrasta do maksimum, koniec A cewki ma polaryzację południową. Indukowany emf spada z maksimum do zera, z tendencją do napędzania prądu z prawej do lewej.

W czwartym kwartale natężenie pola spada z maksimum, a koniec "A" cewki ma polaryzację południową do zera, a indukowane emf wzrasta od zera do maksimum, z prądem płynącym od lewej do prawej.

Emf indukowany w przewodniku jest zatem napięciem przemiennym o tej samej częstotliwości co prąd przyłożony. Jeżeli zastosowany prąd ma postać fali sinusoidalnej, indukowany emf ma dokładnie taką samą formę fali.

Szczyty wzbudzonego impulsu elektromagnetycznego następują dokładnie jedną czwartą cyklu po szczytach przyłożonego prądu, tj. Opóźnienie o 90 ° za przyłożonym prądem. Zdolność prądu przemiennego do indukowania przemiennego emfu w obwodzie elektrycznie niezależnym przez pole magnetyczne powoduje powstanie zasady transformatora.

Ważne jest, aby zauważyć, że fala sinusoidalna jest jedyną falą, która jest odtwarzana dokładnie przez indukcję wzajemną. Gdyby do cewki zastosowano prąd przemienny o innej postaci fali, to indukcja wzajemna miałaby charakter ciągły, ale kształt fali indukowanego emf nie przypominałby prądu przyłożonego.

Self-Induction:

Każda cewka, w której prąd wytwarza samo pole elektromagnetyczne, leży w tym polu. Dlatego też, gdy zmienia się natężenie prądu płynącego w cewce i powoduje zmianę natężenia pola, emf jest indukowany w samej cewce. Emf jest indukowany w cewce tylko wtedy, gdy zmienia się aktualna siła.

W rzeczywistości indukowany emf zawsze przeciwstawia się i opóźnia zmianę obecnej siły, która ją indukuje. Jeśli i kiedy prąd wzrośnie indukowany emf ma tendencję do zapobiegania wzrostowi, to przeciwstawia się emfowi przyłożonemu do cewki, a zatem jest powrotem emf Jeśli prąd maleje, indukowany emf dąży; do podtrzymywania przepływu prądu, wywieranego w tym samym kierunku co zastosowany emf

Kiedy obwód jest przerwany, nagłe zmniejszenie prądu do zera wywołuje duże napięcie akustyczne, które ma tendencję do utrzymywania prądu płynącego po wystąpieniu przerwy. W rzeczywistości jest to przyczyna iskry, którą widzimy, gdy prąd chwilowo przepływa przez wszystkie szczeliny.

Energia w obwodzie indukcyjnym:

Pole magnetyczne wytwarzane przez cewkę jest magazynem energii dostarczanej przez obwód elektryczny; gdy prąd płynący przez cewkę wzrasta, intensywność pola magnetycznego również wzrasta.

Część energii dostarczanej przez baterię lub generator jest wykorzystywana do pokonania indukowanego tylnego impulsu i ta energia przechodzi do pola magnetycznego. Podczas gdy prąd o stałej sile płynie w cewce, pole magnetyczne jest utrzymywane i utrzymuje dostarczoną do niego energię.

Kiedy prąd płynący w cewce zostaje zmniejszony, pole magnetyczne traci intensywność i oddaje energię. Energia ta jest zwracana do obwodu, ponieważ indukowany emf dąży do utrwalenia przepływu prądu. Efektem tej zwróconej energii może być spowodowanie iskry, jeśli obwód zostanie przerwany.

Iskrzenie spowodowane uwolnieniem energii z obwodu indukcyjnego jest potencjalnym niebezpieczeństwem pod ziemią w kopalni. Jeżeli takie iskrzenie wystąpi, gdy w atmosferze pojawi się stężenie wybuchu pożarów lub pyłu węglowego, stężenie prawdopodobnie zostanie zapalone, a eksplozja może bardzo łatwo wystąpić.

Z tego powodu każde urządzenie elektryczne używane pod ziemią musi być zaprojektowane w taki sposób, aby zapobiec iskrzeniu ognia lub pyłu węglowego. Są to dwie metody przezwyciężania niebezpieczeństwa związanego z iskrzeniem, które opisano w rozdziałach dotyczących sprzętu przeciwpożarowego i obwodu iskrobezpiecznego.

Indukcyjność:

Proces samoindukcji zachodzi w każdej cewce, bez względu na to, czy jest to cewka elektromagnetyczna, czy też uzwojenie wtórne transformatora, gdy zmienia się natężenie prądu płynącego w nim. W każdym przypadku indukowany emf opóźnia zmianę natężenia prądu, które go indukuje. Wpływ jakiejkolwiek cewki na obwód, do którego jest podłączony, jest podobny do efektu kołowrotka na mechanicznym systemie.

Ta właściwość, którą cewka ma opóźniające zmiany w jej obwodzie nazywa się jego indukcyjności. Każdy obwód ma niewielką indukcyjność, ale w większości praktycznych zastosowań należy uwzględnić tylko indukcyjność cewek. Obwód zawierający cewki nazywany jest obwodem indukcyjnym.

Indukcyjność cewki zależy przede wszystkim od liczby zwojów. Cewka z dużą liczbą zwojów wytwarza silne pole magnetyczne, dzięki czemu w każdym ruchu indukowany jest stosunkowo silny emf. Ponieważ wszystkie zwoje cewki są połączone szeregowo, całkowite napięcie powrotne indukowane w cewce jest znaczne.

Cewka zawierająca tylko kilka zwojów z drugiej strony może wytwarzać tylko słabe pole magnetyczne, a całkowite napięcie powrotne jest tylko kilka razy większe od pojedynczego zwrotu, tak że jego indukcyjność jest bardzo mała. Indukcyjność ma również wpływ na inne czynniki, takie jak bliskość i wielkość zwojów oraz właściwości dowolnego rdzenia, jaki może posiadać cewka. Ogólnie jednak każda cewka zaprojektowana do wytwarzania silnego pola magnetycznego ma wysoką indukcyjność.

(d) Obwód prądu zmiennego i samoindukcja:

Prąd przemienny nieustannie się zmienia, tak że w każdej cewce, w której przepływa prąd przemienny, emisja siły wstecznej jest nieustannie indukowana. Self-induced emf (podobnie jak indukowany wspólnie emf) jest przemiennym emfem i pozostaje dokładnie 90 ° za indukującymi krzywymi prądu A i B z fig. 3.9 (a).

Na początku pierwszego kwartału cyklu prąd rośnie najszybciej w kierunku dodatnim, tak że indukowany jest maksymalny emf w kierunku ujemnym.

Gdy prąd wzrasta do maksimum, jego szybkość zmian maleje, a wywołany emf spada do zera. W drugim kwartale cyklu, podczas gdy prąd w kierunku dodatnim zmniejsza się, tylny impuls elektromagnetyczny działa również w kierunku dodatnim (przeciwstawiając się zmianie prądu, tj. Utrzymując bieżący przepływ). Wraz ze wzrostem tempa zmian indukowany emf wzrasta, osiągając maksimum w chwili, gdy prąd jest faktycznie zerowy.

Druga połowa cyklu jest podobna do pierwszej połowy, ale z odwróconymi wszystkimi kierunkami. W trzecim kwartale bieżące wzrosty w kierunkach ujemnych i emf z powrotem są indukowane w kierunku dodatnim. Wraz ze spadkiem tempa zmian prądu indukowany emf spada do zera.

W czwartym kwartale prąd w kierunku ujemnym spada do zera, a emf jest indukowany w kierunku ujemnym. Wraz ze wzrostem tempa zmian prądu indukowane emf zwiększa się do maksimum.

Prąd przemienny:

Kiedy napięcie zmienne jest przykładane do obwodu indukcyjnego, a przepływa prąd przemienny, dwa naprzemiennie działające w tym samym obwodzie, to znaczy, napięcie zasilające i samo-indukowane napięcie elektromotoryczne

W każdej chwili, gdy dwa emf działają w przeciwnych kierunkach, wynikowy emf zmierzający do napędzania prądu wokół obwodu jest różnicą między dwoma emfami w tej chwili. Ponownie, w każdej chwili, kiedy dwa emf'y działają w tym samym kierunku, wynikowy emf dążący do napędzania prądu wokół obwodu jest sumą dwóch emfów w tej chwili.

Tak więc, gdy dwa naprzemienne siły elektromagnetyczne posiadające falę sinusoidalną działają razem w obwodzie, wynikowe emf jest zawsze naprzemiennym emfem, również o kształcie fali sinusoidalnej. Jednak jedynym wyjątkiem jest sytuacja, w której dwa naprzemiennie emf są równe i dokładnie w przeciwfazie.

Wtedy wcale nie powstaje emf. O ile dwa naprzemienne emfy nie znajdują się dokładnie w fazie lub w fazie, powstały emf jest poza fazą zarówno z emfem zasilania, jak iz samo-indukowanym emfem

W każdym obwodzie, zgodnie z prawem Ohma, rzeczywisty prąd płynący w każdej chwili jest proporcjonalny do napięcia faktycznie zmierzającego do napędzania prądu wokół obwodu w tej chwili. Ponieważ w przypadku indukcji własnej napięcie odpowiadające prądowi sterującemu wokół obwodu jest wypadkową siły elektromotorycznej, prąd przemienny w obwodzie indukcyjnym musi być w fazie z wypadkowym naprzemiennym emfem

Wykazano, że samo-indukowane napięcie elektromagnetyczne opóźnia się w stosunku do prądu indukcyjnego o dokładnie 90 °, tak że wynikowy emf prowadzi indukowany emf o 90 °. Ponadto wynikowy emf może znajdować się w fazie z emfem zasilającym tylko wtedy, gdy samowzmacniany emf jest dokładnie w fazie lub w fazie.

Ponieważ wynikowy emf jest 90 ° poza fazą z samo-indukowanym emf, wynika z tego, że wynikowe emf jest z konieczności poza fazą z zasilaniem emf Prąd zmienny przepływający w obwodzie jest zatem również niefazowy z napięciem zasilającym

Na rys. 3.9 (b) powyższe punkty są zilustrowane. Wynikowy emf (zakrzywiony) jest narysowany w fazie z prądem (krzywa A). Samopowstałe emf (krzywa B) jest pokazane w odległości 90 ° za prądem. Jak widać na wykresie, szczytowe wartości bieżącego cyklu występują po szczytach w cyklu zaopatrzenia.

W każdym obwodzie indukcyjnym prąd zmienny pozostaje w tyle za zmiennym napięciem zasilania. Związek między napięciem prądu i napięcia w obwodzie można zilustrować rysując krzywe obu, używając tej samej osi, co na rys. 3.10. Ilość, o którą opóźnienia zależą od wielkości indukcyjności i rezystancji w obwodzie.

W każdym obwodzie wzrost indukcyjności lub spadek rezystancji zwiększa bieżące opóźnienie. Odwrotnie, spadek indukcyjności lub wzrost oporu, zmniejsza obecne opóźnienie. W skrajnym teoretycznym przypadku obwodu zawierającego czystą indukcyjność i bez żadnego oporu, prąd opóźniłby się dokładnie o ćwierć cyklu, który wynosi 90 ° za napięciem zasilającym, jak pokazano na rys. 30.10 (b).

Jednak w każdym obwodzie praktycznym zawsze występuje pewna rezystancja (przynajmniej opór przewodników), tak że prąd opóźnia się zawsze poniżej 90 °, jak wyjaśniono na rys. 3.10 (c).

Reactance:

Kiedy zasilanie prądem przemiennym jest podłączone do obwodu indukcyjnego, wartość skuteczna przepływającego prądu jest ograniczona, niezależnie od jakiegokolwiek oporu, przez proces samoindukcji, który występuje. Teoretycznie można założyć, że może istnieć obwód nie posiadający oporu, ale tylko indukcyjność.

Jeżeli różnica potencjałów prądu stałego byłaby zastosowana do takiego obwodu, nie byłoby ograniczenia natężenia prądu stałego, który mógłby płynąć. Od pierwszej zasady elektryczności wiemy, że

Current = Voltage / Resistance,

ale ponieważ opór = 0 omów,

Current = Voltage / 0 Lub nieskończoność.

Gdyby podłączono zasilanie prądem przemiennym, prąd byłby ograniczony przez samowzbudne emf. Prąd opóźniony dokładnie o 90 ° za przyłożonym napięciem, a wywołany emf jest dokładnie w przeciwfazie z przyłożonym napięciem.

Indukowane emf nigdy nie może być większe niż przyłożone napięcie, w przeciwnym razie prąd indukcyjny nie mógłby płynąć. Rozmiar indukowanego emf w każdym momencie cyklu zależy od szybkości zmiany prądu w tym momencie. Ponieważ indukowane emf jest ograniczone, szybkość zmiany prądu jest ograniczona, a zatem wartości maksymalne i skuteczne wartości prądu są również ograniczone.

Obecnie rzeczywiste natężenie prądu płynącego w obwodzie zależy od

(a) indukcyjność obwodu; i wiemy, że im większa indukcyjność, tym większy emf indukowany przy danej szybkości zmiany prądu, i

(b) częstotliwość; i wiemy również, że im wyższa częstotliwość, tym większy jest wymagany stopień zmian w cyklu dla danej wartości skutecznej.

Rys. 3.11 ilustruje powyższe stwierdzenia. Właściwość, którą cewka (lub obwód indukcyjny jako całość) ma ograniczać siłę przepływającego w niej prądu przemiennego, nazywa się jego reaktancją.

Impedancja:

Każdy praktyczny obwód zawierający cewkę ma zarówno oporność, jak i reaktancję, a wartość prądu przemiennego płynącego w obwodzie jest określona przez połączone działanie dwóch właściwości. Ten połączony efekt nazywany jest impedancją.

Cewka, na przykład, może być skonstruowana tak, że ma wysoką indukcyjność, ale bardzo małą rezystancję. Jeśli wtedy zostanie zastosowany potencjał napięcia stałego 100 woltów, przepłynie ciężki prąd stały.

Jeśli natomiast zostanie zastosowane napięcie przemienne o wartości 100 woltów, reaktancja cewki ograniczy prąd przemienny do bardzo niskiej wartości. Obwód ma wysoką impedancję. Obwód zawierający wysoką rezystancję i tylko niewielką indukcyjność umożliwi również przepływ tylko niewielkiego prądu przemiennego, a także ma wysoką impedancję.

Chociaż impedancja samej reaktancji podobnej do obwodu zmienia się wraz z częstotliwością naprzemiennego zasilania, dla dowolnej danej częstotliwości impedancja jest związana z różnicą prądu i potencjału w dokładnie taki sam sposób, jak sama rezystancja, tj.

Ponieważ te formuły są dokładnie takie, jak te określone przez Prawo Ohma, impedancja jest mierzona w omach. W rzeczywistości są to podstawowe zasady, które zawsze będą miały zasadnicze znaczenie dla rozwiązania dowolnego problemu związanego z inżynierią elektryczną.

Pojemność:

Skraplacz lub kondensator jest elementem elektrycznym zaprojektowanym do utrzymywania określonego ładunku elektrycznego. Skraplacze są wykorzystywane w obwodach elektrycznych do wielu celów. W kopalniach i przemyśle najczęściej wykorzystuje się je do korekcji współczynnika mocy i samoistnego bezpieczeństwa.

W rzeczywistości prosty skraplacz składa się z dwóch metalowych płyt trzymanych blisko siebie, ale izolowanych od siebie, jak pokazano na rys. 3.12 (a). Materiały izolacyjne, które oddzielają płytki, znane są jako dielektryk.

Jeżeli bateria miałaby być połączona przez dwie płyty, jak pokazano na Rys. 3.12 (b), płyta podłączona do akumulatora dodatniego przyjmowałaby ładunek dodatni, podczas gdy płyta podłączona do ujemnego akumulatora przyjmowałaby ładunek ujemny.

Kiedy każda płytka zostaje naładowana, powstaje różnica potencjałów między dwiema płytami, której nie można zmniejszyć z powodu izolacji między nimi. Jednak przy pełnym naładowaniu różnica potencjałów między dwiema płytami jest równa różnicy potencjałów na zaciskach akumulatora.

Jednostka pojemności:

Pojemność można zmierzyć, a podstawową jednostką jest farad. Obiekt ma pojemność jednej farady, jeśli wymaga przepływu prądu o jeden amper przez jedną sekundę, aby zmienić jej potencjał o jeden wolt.

Podstawowa jednostka pojemności jest jednak zbyt duża dla praktycznych pomiarów, ponieważ nikt nigdy nie skonstruował obiektu mającego pojemność większą niż mała część farady. Rzeczywiście obliczono, że gdyby metalowa kula została wykonana z pojemności jednego farada, byłaby wielokrotnie większa niż sama ziemia.

Jednostki pojemności wykorzystywane do celów praktycznych to mikrofarada, która jest równa milionowej części farady; oraz Pico farad (lub mikro mikrofarad), który jest równy milionowej części mikrofarady. Wiemy jednak, że gdy przewodnik otrzymuje ładunek ze źródła zasilania, przepływ prądu wskazuje, że energia została przekazana przy wytwarzaniu ładunku.

Dopóki przewód zachowuje ładunek statyczny, można go uznać za silną energię elektryczną. Energia jest rozpraszana, gdy przewodnik się rozładowuje. Właściwość przyjmowania i utrzymywania ładunku statycznego określana jest jako pojemność.

Pojemność skraplacza:

Pojemność skraplacza jest wielokrotnie większa niż pojemność płytek jako izolowanych obiektów. Ten wielki wzrost pojemności wynika z wpływu, jaki dwie naładowane płytki mają na siebie. Teraz zobaczmy, co się stanie, gdy kondensator zacznie się ładować, jedna płytka uzyska ładunek ujemny, a druga uzyska ładunek dodatni.

Dodatnio naładowana płyta ma tendencję do przyciągania dodatkowego ładunku ujemnego do przeciwległej powierzchni płytki ujemnej, i podobnie, ujemnie naładowana płyta ma tendencję do przyciągania dodatkowego dodatniego ładunku do płytki dodatniej. Efektem jest, że prąd nadal płynie, gdy ładunki koncentrują się lub kondensują (w rzeczywistości, kondensator nazw pochodził z powodu kondensacji ładunku) naprzeciw siebie na powierzchni płytek.

Stężenie ładunków przeciwnych w ten sposób nazywa się indukcją elektrostatyczną. Jego działanie polega na przeciwstawianiu się tworzeniu potencjalnej różnicy między płytami, ponieważ ładunki naniesione na płyty mają tendencję do neutralizowania się nawzajem.

Dlatego też, gdy kondensator jest naładowany, większość ładunku dostarczanego do płyt jest zasysana na przeciwległe powierzchnie, gdzie jest neutralizowana i dostępna jest tylko bardzo mała proporcja, aby utworzyć różnicę potencjałów między płytkami.

Tak więc do płytek skraplacza musi być dostarczona duża ilość ładunku, aby wytworzyć niewielką różnicę potencjałów między płytami, tj. Pojemność kondensatora jest duża.

Skraplacz o pojemności 10 mikrofaradów jest łatwy do skonstruowania, a jego płyty po rozdzieleniu mają pojemność, która jest niezmiernie mała. Rzeczywista pojemność skraplacza zależy od wielu czynników.

Najważniejsze czynniki to:

(i) Łączna powierzchnia płytek:

Ponieważ zneutralizowane ładunki w skraplaczu koncentrują się na przeciwległych powierzchniach płyt, ilość ładunku, który może zostać zaabsorbowany i zneutralizowany, zależy od powierzchni powierzchni, która znajduje się dokładnie naprzeciwko siebie.

Im większy jest ten obszar, tym większa jest pojemność skraplacza. W praktyce duże powierzchnie płyt są umieszczane przez zwijanie płytek w cewkę, przez budowanie brzegów płytek, naprzemiennie dodatnich i ujemnych.

(ii) Odległość między płytami:

Siła indukcji elektrostatycznej wywierana między płytami rośnie, gdy zbliżają się do siebie. Im bliżej talerzy, tym większa jest ilość ładunku, który może być skoncentrowany na ich powierzchniach i zneutralizowany, a większa jest pojemność kondensatora.

Dielektryk między płytkami musi być gruby i wystarczająco mocny elektrycznie, aby wytrzymać napięcie na nim nałożone, w przeciwnym razie cała sytuacja zawiodłaby dużo, znacznie wcześniej.

(iii) Własność dielektryka:

Prosty skraplacz, taki jak ten przedstawiony na Rys. 3.12 (a), może mieć powietrze jako dielektryk. Niektóre stałe dielektryki, takie jak mika, woskowany papier lub olej izolacyjny, nadają skraplaczowi o podobnych wymiarach większą pojemność. Powodem tego jest to, że ładunek na płytkach ma tendencję do indukowania ładunków na powierzchni dielektryka, z którą są w kontakcie.

Powierzchnia dielektryka w kontakcie z płytką dodatnią nabiera ujemnego ładunku i odwrotnie. Ładunki na powierzchniach dielektryka działają zatem jako dodatkowa siła neutralizująca przeciwko ładunkowi na powierzchni płyt, tak że kondensator musi absorbować jeszcze więcej ładunku w celu ustalenia danej potencjalnej różnicy między płytkami.

(e) Kondensatory w obwodzie prądu stałego:

Ponieważ nie ma połączenia elektrycznego między płytami skraplacza, obwód prądu stałego nie może być przez niego zakończony. Jeśli skraplacz jest podłączony do akumulatora szeregowo z lampą, żaden obwód nie jest zakończony, a lampa nie działa. Jeśli jednak skraplacz nie zostanie naładowany po wykonaniu połączeń, prąd przepłynie w przewodach, aż kondensator zostanie naładowany.

Jeśli prąd ładowania był wystarczająco silny, lampka zaświeciłaby się na chwilę. Chociaż prąd nie przepływa przez dielektryczne skraplacza, przez krótki czas podczas ładowania skraplacza, prąd płynie tak, jak gdyby obwód został przez niego zakończony. Natężenie prądu jest największe w momencie pierwszego podłączenia akumulatora, ale gwałtownie spada wraz ze wzrostem ładunku na skraplaczu.

Gdy zostanie osiągnięta pełna różnica potencjałów między płytkami, przepływ prądu ustaje. Przepływ prądu wskazuje, że bateria doprowadziła energię elektryczną do skraplacza. Ta energia jest teraz przechowywana w ładunku. Jeśli akumulator jest odłączony, kondensator pozostaje naładowany i zachowuje swój zapas energii elektrycznej.

Jeżeli połączenie pomiędzy dwiema płytami jest teraz wykonane, prąd płynie z dodatnio naładowanej płyty do ujemnie naładowanej płyty, dopóki kondensator nie zostanie rozładowany, a obie płytki mają ten sam potencjał. Ten przepływ prądu jest ponownie największy, gdy połączenie jest nawiązywane po raz pierwszy i gwałtownie spada wraz ze zmniejszaniem się różnicy potencjałów.

Skraplacz i obwód prądu zmiennego:

Wpływ skraplacza na obwód prądu przemiennego jest zupełnie inny niż jego wpływ na obwód prądu stałego. Proszę spojrzeć na rys. 3.13. Biegunowość zasilania prądem przemiennym jest ciągle odwracana, dzięki czemu skraplacz nie może utrzymać ładunku statycznego, tak jak ma to miejsce w obwodzie prądu stałego.

Po pierwszym podłączeniu zasilania prądem przemiennym, pierwszy cykl rozpoczyna się od zagotowania różnicy potencjałów na płytach skraplacza. Tak jak przy pierwszym podłączeniu źródła prądu stałego, prąd płynie chwilowo i gwałtownie spada wraz ze wzrostem napięcia między płytami. Pod koniec jednej czwartej cyklu napięcie osiągnęło szczyt, a prąd przestał płynąć.

W drugim kwartale cyklu napięcie zasilania maleje. Gdy napięcie zasilania spadnie poniżej wartości różnicy potencjałów między płytkami skraplacza, skraplacz zaczyna się rozładowywać.

W miarę wyładowywania skraplacza prąd zaczyna płynąć w kierunku przeciwnym do prądu początkowego. Ponieważ napięcie zasilania nadal jest przeciwne prądowi rozładowania, prąd rozładowania jest na początku bardzo mały: osiąga wartość maksymalną tylko wtedy, gdy napięcie zasilania jest zerowe.

Następnie, gdy rozpoczyna się druga połowa, prąd nadal płynie w tym samym kierunku, a kondensator zaczyna się ładować z odwrotną polaryzacją. Pod koniec trzeciego kwartału, napięcie ponownie osiąga szczyt, a prąd przestaje płynąć. Podczas czwartego kwartału cyklu skraplacz zaczyna ponownie się rozładowywać, a prąd rozładowania płynie w tym samym kierunku co pierwszy prąd ładowania.

Kiedy przemienne zasilanie jest podłączone do skraplacza, prąd zmienny przepływa w przewodach łączących źródło zasilania z płytami skraplacza. Chociaż żaden prąd faktycznie nie przepływa przez dielektryk między płytkami, obwód zachowuje się tak, jakby był kompletny, i, z praktycznego punktu widzenia, skraplacz może być uważany za umożliwiający przepływanie przez niego prądu przemiennego.

Teraz ponownie z rys. 3.13 możemy pokazać, że cykl obwodu prądu przemiennego wystąpiłby, gdy napięcie wynosi zero, i na odwrót. Cykl prądu prowadzi zatem cykl napięciowy o 90 °.

Jednakże, jak wiemy, że każdy praktyczny obwód musi zawierać pewną rezystancję, jak również pojemność, prąd nigdy faktycznie nie prowadzi napięcia o pełne 90 °. Rzeczywista ilość, o którą cykl bieżący prowadzi cykl napięciowy zależy od wielkości rezystancji i pojemności kondensatora. Schemat wektorowy na ryc. 3.13 objaśnia powyższe stwierdzenia w sposób wektorowy.

Reakcja i impedancja pojemnościowa:

Kiedy napięcie przemienne jest podawane w skraplaczu, natężenie prądu przemiennego, które przepływa, jest określone przez pojemności kondensatora. Dla dowolnego napięcia skraplacz o dużej pojemności pochłania dużą ilość ładunku, tak że przepływa ciężki prąd.

Ale kondensator o małej pojemności pochłania niewielką ilość ładunku, tak że przepływa tylko niewielki prąd. Właściwość, która ma skraplacz ograniczający prąd przemienny, nazywa się reaktancją pojemnościową.

Pojemność i rezystancja obwodu razem stanowią impedancję dla przepływu prądu przemiennego. Podobnie jak w przypadku impedancji indukcyjnej, dla dowolnej częstotliwości impedancja pojemnościowa jest powiązana z napięciem przemiennym i prądem dokładnie w taki sam sposób, jak czysta rezystancja. Impedancja jest więc również mierzona jest omami.

Impedancja obwodu pojemnościowego zmienia się z częstotliwością naprzemiennego zasilania. Im wyższa częstotliwość zasilania, tym niższa jest impedancja obwodu. Gdy częstotliwość zasilania jest zwiększona, szybkość, z jaką kondensator musi być ładowany podczas każdego półcyklu, również wzrasta, tak że musi płynąć cięższy prąd.

O ile nie podano inaczej, impedancja obwodu pojemnościowego jest zawsze mierzona przy 50 c / s, Stany Zjednoczone (i kraje, na które ma wpływ system USA) mają swoją częstotliwość jako 60 cykli na sekundę.

Porównanie pojemności i indukcyjności:

Wpływ skraplacza na obwód prądu przemiennego jest pod wieloma względami odwrotnością efektu cewki.

Wpływ pojemności i indukcyjności są porównywane jak poniżej:

Pojemność obwodu:

Każdy obwód elektryczny ma pewną pojemność, niezależnie od tego, czy do niego podłączony jest kondensator. Zwykle nie jest możliwe obliczenie, jaka będzie pojemność obwodu, a pojemność wielu obwodów jest zbyt mała do zmierzenia, ale pojemność obwodu mocy może być wystarczająco duża, aby stanowić zagrożenie, jeśli jej efekty nie są strzeżone przeciwko.

Dlatego zawsze zaleca się rozładowanie obwodów mocy na ziemię, nawet po ich wyłączeniu, przed rozpoczęciem pracy na linii.

Przewody żył, połączenia rozdzielnic i uzwojenia silnika, na przykład obwodu pokładowego, zawierają znaczną ilość metalu połączonego ze sobą. Ta masa metalu ma pewną zdolność zatrzymywania ładunku elektrycznego.

Jest on jednak otoczony ekranem ziemi kabla i metalowych obudów silnika i rozdzielnicy. Obudowa i przewody działają łącznie jako kondensator, dzięki czemu pojemność metalowych części obwodu jest znacznie zwiększona.

Teraz, gdy zasilanie zostanie wyłączone z silnika po jego uruchomieniu, metalowe części obwodu mogą zatrzymać ładunek energii na pewien czas, nawet jeśli prąd nie płynie. Energia elektryczna zawarta w ładunku byłaby bardzo niewielka w porównaniu z energią przenoszoną przez system podczas pracy, ale może wystarczyć każdemu dotknięciu przewodnika w obwodzie silnego wstrząsu.

Co więcej, przypadkowe rozładowanie przewodnika po odsłonięciu może spowodować iskrzenie, które może spowodować zapłon jakiejkolwiek wilgoci ogniowej obecnej w atmosferze. Możliwe jest zatem otrzymanie silnego wstrząsu lub wytworzenia iskry zapłonowej z przewodnika, nawet jeśli przewód jest odizolowany od źródła zasilania.

Aby wyeliminować niebezpieczeństwo wstrząsu lub iskrzenia z naładowanego przewodu, wyłączniki izolacyjne są zwykle wyposażone w pozycję "uziemiającą", która umożliwia bezpośrednie połączenie wszystkich przewodów izolowanych przez przełącznik z uziemieniem, aby umożliwić ich rozładowanie.

Dlatego też podczas prac nad jakimkolwiek sprzętem elektrycznym o wysokim i średnim napięciu należy upewnić się, że każdy narażony przewodnik został odizolowany i rozładowany przed zdjęciem jakiejkolwiek osłony. Przewody powinny być podłączone bezpośrednio do ziemi przez co najmniej jedną minutę, aby zapewnić ich całkowite rozładowanie.

Elektrotechnika: Efekt # 2. Efekt cieplny prądu elektrycznego:

Ilekroć przepływa prąd elektryczny, spotyka się z oporami. Jeśli prąd płynie w dobrym przewodniku, takim jak miedź, rezystancja jest bardzo niewielka, ale niektóre inne materiały przewodzące prąd oferują znacznie większy opór. Kiedy siła elektromotoryczna napędza prąd wokół obwodu elektrycznego, energia zostaje zużyta na przezwyciężenie oporu w obwodzie.

Wydana energia elektryczna jest wydawana w postaci ciepła. Ilość ciepła wytworzonego w dowolnym punkcie obwodu elektrycznego zależy od rezystancji materiału, z którego obwód jest wykonany w tym punkcie, i od natężenia płynącego prądu.

Pewne ciepło wytwarzane jest w każdym punkcie każdego obwodu, w którym płynie prąd, ale w większości obwodów, np. Kabli, ilość wytworzonego ciepła jest zwykle bardzo mała i łatwo rozprasza się.

Niektóre części obwodu mają wyższą rezystancję niż reszta i w tych częściach powstaje więcej ciepła. Z tego powodu silniki elektryczne, generatory, transformatory i inne urządzenia muszą być chłodzone podczas pracy.

Podobnie, złe połączenie w obwodzie, np. Źle wykonana wtyczka, oferuje wyższą rezystancję i w tym miejscu może powstać nadmierne ciepło. Ogrzewanie może być wystarczające, aby uszkodzić sprzęt i ewentualnie rozpalić ogień.

Ogrzewanie prądu elektrycznego jest jednak wykorzystywane w elektrycznych żarówkach i pożarach elektrycznych. W elektrycznym żarze prądu przepływającego przez cienki drut wytwarza wystarczającą ilość ciepła, aby podnieść przewód termiczny bardzo wysoko, tak że świeci on doskonale. Ten użyteczny aspekt elektryczności został wyjaśniony i zilustrowany w rozdziale poświęconym oświetleniu elektrycznemu.

Elektrotechnika: efekt # 3. Efekt chemiczny:

Niektóre płyny przewodzą elektryczność, ale kiedy to robią, zachodzą pewne reakcje chemiczne. Rys. 3.14 pokazuje, w jaki sposób takie ciecze przewodzą prąd.

Różnicę potencjałów nanosi się na ciecz, łącząc źródło energii z dwoma przewodami stałymi (zwanymi elektrodami) zanurzonymi w cieczy. Elektroda dodatnia nosi nazwę anody, a elektroda ujemna - katodę. Ciecz nazywa się elektrolitem, a proces, w którym ciecz przewodzi elektryczność, nazywa się elektrolizą.

Większość cieczy przewodzących składa się z roztworu substancji stałej (np. Sody oczyszczonej lub siarczanu miedzi) lub cieczy (np. Kwasu siarkowego) w wodzie. Kiedy substancja rozpuszcza się, dzieli się chemicznie na dwie naładowane elektrycznie części, zwane jonami.

Jeden jon składa się z dodatnio naładowanych cząstek, podczas gdy drugi składa się z cząstek naładowanych ujemnie. W stanie normalnym roztwór jest neutralny elektrycznie, ponieważ jony o ładunku ujemnym i dodatnim całkowicie neutralizują się nawzajem.

Gdy istnieje różnica potencjałów między elektrodami, dodatnio naładowane jony (kationy) są przyciągane w kierunku katody, a ujemnie naładowane jony (aniony) są przyciągane w kierunku anody. W ten sposób w cieczy powstaje dwukierunkowy przepływ jonów. Ten ruch jonów stanowi przepływ prądu przez ciecz.

Gdy jony dotrą do elektrod, tracą one ładunek elektryczny i są uwalniane, albo jako gaz, albo jako powłoka na elektrodzie. Niektóre jony są jednak niezdolne do istnienia niezależnie jako substancje i dlatego łączą się chemicznie z materiałem elektrody.

Przykładem zastosowania efektu chemicznego prądu elektrycznego jest elektro-powlekanie miedzią. Miedziana anoda jest zanurzona w roztworze siarczanu miedzi. Każdy metalowy obiekt zanurzony w tym roztworze, jak katoda, zostaje pokryty miedzią, gdy prąd przepływa przez roztwór. Siarczan miedzi jest chemicznie dzielony na jon miedzi (dodatni) i ujemny siarczek (siarczanowy siarczan miedzi).

Miedź jest przyciągana i osadzana na katodach, a siarczany są przyciągane do anody, gdzie łączy się z miedzią, odtwarzając siarczan miedzi. Ogólny efekt polega na tym, że miedź jest przenoszona z anody na katodę, a elektrolit w rzeczywistości pozostaje niezmieniony.

Chemiczny efekt prądu elektrycznego jest często spotykany w kopalniach, gdzie elektroliza powoduje korozję urządzeń elektrycznych, np. Opancerzenie kabli.

Kwaśna woda kopalniana z elektrolitu i, w przypadku niewielkiego wycieku prądu z urządzenia do ziemi, następuje chemiczne działanie między wodą a metalem urządzenia. Należy również zauważyć, że proces elektrolizy można odwrócić.

Działanie chemiczne między elektrolitem a dwiema elektrodami może wytworzyć prąd elektryczny. Wytwarzanie energii elektrycznej poprzez działanie chemiczne jest zasadą baterii, co również zostało wyjaśnione i zilustrowane w rozdziale dotyczącym baterii.

Prowadzenie gazów:

Gazy i opary, podobnie jak ciecze, również przewodzą prąd przez dwukierunkowy przepływ jonów. Neon jest przykładem gazu przewodzącego, opary przewodzące prąd obejmują parę rtęci i parę sodu. Gaz lub opary są zwykle zawarte w obudowie, takiej jak szklana rurka, z której powietrze zostało wcześniej wyczerpane.

Dwie elektrody, anoda i katoda są zamknięte w obudowie. Kiedy na elektrody zostanie zapewniona wystarczająca różnica potencjałów, gaz jest jonizowany, a jony dodatnie i ujemne są przyciągane odpowiednio do katody i anody, tak że gaz zaczyna się przewodzić.

Dwukierunkowy przepływ jonów powoduje, że niektóre gazy i opary emitują jasny blask podczas ich przewodzenia. Jednak dla każdego gazu lub pary istnieje pewne minimalne napięcie, które musi zostać przyłożone na elektrody przed rozpoczęciem jonizacji.

Poniżej tego napięcia nie powstają jony, a gaz w ogóle nie działa. Minimalne napięcie, przy którym gaz lub para będzie przewodzić, nazywa się jego uderzającym napięciem. Przewodzące gazy i opary są stosowane w niektórych rodzajach oświetlenia i w formie prostownika. Niektóre zastosowania gazów przewodzących w przemyśle przedstawiono w rozdziale dotyczącym oświetlenia elektrycznego.