Jednosmerný prúd — všeobecné pojmy, definícia, merná jednotka, označenie, parametre

DC - elektrický prúd, ktorý sa nemení v čase a smere. Za smer prúdu mať smer pohybu kladne nabitých častíc. V prípade, že prúd vzniká pohybom záporne nabitých častíc, jeho smer sa považuje za opačný ako smer pohybu častíc.

Presne povedané, „jednosmerný elektrický prúd“ by sa mal chápať ako „konštantný elektrický prúd“ v súlade s matematickým konceptom „konštantnej hodnoty“. Ale v elektrotechnike bol tento termín zavedený v zmysle "elektrického prúdu konštantného smeru a takmer konštantnej veľkosti."

Pod pojmom "elektrický prúd prakticky konštantnej veľkosti" sa rozumie prúd, ktorého zmeny v priebehu času sú tak nevýznamné, že pri uvažovaní o javoch v elektrickom obvode, ktorým takýto elektrický prúd prechádza, možno tieto zmeny úplne zanedbať a preto , nie je možné ignorovať ani indukčnosť, ani kapacitu obvodu.

Najčastejšie zdroje jednosmerného prúdu — galvanické články, batérie, DC generátory a usmerňovače.

V elektrotechnike sa na získanie jednosmerného prúdu využívajú kontaktné javy, chemické procesy (primárne články a batérie), elektromagnetické navádzanie (generátory elektrických strojov). Široko používané je aj usmerňovanie striedavého prúdu alebo napätia.

Zo všetkých zdrojov napr. atď. c) ideálne zdroje jednosmerného prúdu sú chemické a termoelektrické zdroje, ako aj takzvané unipolárne stroje. Zostávajúce zariadenia dávajú pulzujúci prúd, ktorý sa pomocou špeciálnych zariadení vo väčšej alebo menšej miere vyhladzuje, len sa blíži k ideálnemu jednosmernému prúdu.

Na kvantifikáciu prúdu v elektrickom obvode sa používa prúdová koncepcia.

Prúdová sila Je množstvo elektriny Q, ktorá pretečie prierezom vodiča za jednotku času.

Ak počas času I prešlo množstvo elektriny Q cez prierez drôtu, potom sila prúdu I = Q /T

Jednotkou merania prúdu je ampér (A).

Prúdová hustota Ide o pomer prúdu I k ploche prierezu F vodiča — I / F. (12)

Jednotkou merania prúdovej hustoty je ampér na štvorcový milimeter (A / mm)2).

V uzavretom elektrickom obvode vzniká jednosmerný prúd pôsobením zdroja elektrickej energie, ktorý vytvára a udržiava potenciálny rozdiel na svojich svorkách, meraný vo voltoch (V).

Vzťah medzi rozdielom potenciálov (napätím) na svorkách elektrického obvodu, odporom a prúdom v obvode je vyjadrený Ohmovým zákonom... Podľa tohto zákona je pre úsek homogénneho obvodu sila prúdu. je priamo úmerná hodnote použitého napätia a nepriamo úmerná odporu I = U /R,

kde som — prúd. A, U — napätie na svorkách obvodu B, R — odpor, ohmy

Toto je najdôležitejší zákon elektrotechniky. Viac podrobností nájdete tu: Ohmov zákon pre časť obvodu

Práca vykonaná elektrickým prúdom za jednotku času (sekundu) sa nazýva výkon a označuje sa písmenom P. Táto hodnota charakterizuje intenzitu práce vykonanej prúdom.

Výkon P = W / t = UI

Napájací zdroj - watty (W).

Výraz pre silu elektrického prúdu možno transformovať nahradením, na základe Ohmovho zákona, súčinom napätia U IR. V dôsledku toho dostaneme tri výrazy pre silu elektrického prúdu P = UI = I2R = U2/ R

Veľký praktický význam má skutočnosť, že rovnaký výkon elektrického prúdu je možné získať pri nízkom napätí a vysokom prúde, alebo pri vysokom napätí a nízkom prúde. Tento princíp sa využíva pri prenose elektrickej energie na veľké vzdialenosti.

Prúd pretekajúci drôtom vytvára teplo a ohrieva ho. Množstvo tepla Q uvoľneného vo vodiči je určené vzorcom Q = Az2Rt.

Táto závislosť sa nazýva Joule-Lenzov zákon.

Pozri tiež: Základné zákony elektrotechniky

Na základe Ohmových a Joule-Lenzových zákonov môžete analyzovať nebezpečný jav, ktorý sa často vyskytuje, keď sú vodiče priamo navzájom spojené a dodávajú elektrický prúd do záťaže (elektrický prijímač). Tento jav sa nazýva skrat, pretože prúd začne prúdiť kratším spôsobom a obíde záťaž. Tento režim je núdzový.

Na obrázku je znázornená schéma pripojenia EL žiarovky k elektrickej sieti. Ak je odpor žiarovky R 500 ohmov a napätie v sieti je U = 220 V, prúd v obvode žiarovky bude A = 220/500 = 0,44 A.

Diagram vysvetľujúci výskyt skratu

Zvážte prípad, keď sú vodiče k žiarovke pripojené cez veľmi nízky odpor (Rst - 0,01 Ohm), napríklad hrubá kovová tyč. V tomto prípade sa obvodový prúd blížiaci sa k bodu A bude rozvetvovať v dvoch smeroch: väčšina z neho pôjde po dráhe s nízkym odporom – pozdĺž kovovej tyče a malá časť prúdu Azln – po dráhe s vysokým odporom – do žiarovka.

Určte prúd, ktorý preteká kovovou tyčou: I = 220 / 0,01 = 22 000 A.

V prípade skratu (skratu) bude sieťové napätie menšie ako 220 V, pretože veľký prúd v obvode spôsobí veľkú stratu napätia a prúd pretekajúci kovovou tyčou bude o niečo menší, ale prekročí však predtým spotrebovanú žiarovku.

Ako viete, v súlade so zákonom Joule-Lenz prúd prechádzajúci drôtmi uvoľňuje teplo a drôty sa zahrievajú. V našom príklade je plocha prierezu vodičov navrhnutá pre malý prúd 0,44 A.

Keď sú vodiče zapojené kratšie, obchádzajúc záťaž, obvodom preteká veľmi veľký prúd - 22000 A. Takýto prúd povedie k uvoľneniu veľkého množstva tepla, čo povedie k zuhoľnateniu a zapáleniu izolácia, roztavenie materiálu drôtu, poškodenie elektromerov, roztavenie cez kontakt spínačov, lámač nožov a pod.

Zdroj elektrickej energie napájajúci takýto obvod môže byť poškodený. Prehriatie vodičov môže spôsobiť požiar. V dôsledku toho je potrebné počas inštalácie a prevádzky elektrických inštalácií, aby sa predišlo nenapraviteľným následkom skratu, dodržať nasledujúce podmienky: izolácia vodičov musí zodpovedať sieťovému napätiu a prevádzkovým podmienkam.

Plocha prierezu vodičov musí byť taká, aby ich zahrievanie pri normálnom zaťažení nedosiahlo nebezpečnú hodnotu. Spojovacie miesta a drôtené vetvy musia byť kvalitné a dobre izolované. Vnútorné vodiče musia byť uložené tak, aby boli chránené pred mechanickým a chemickým poškodením a pred vlhkosťou.

Aby sa zabránilo náhlemu nebezpečnému zvýšeniu prúdu v elektrickom obvode počas skratu, je chránený poistkami alebo ističmi.

Významnou nevýhodou jednosmerného prúdu je, že jeho napätie sa ťažko zvyšuje. To sťažuje prenos konštantnej elektrickej energie na veľké vzdialenosti.

Pozri tiež: Čo je to striedavý prúd a ako sa líši od jednosmerného prúdu