Prąd stały — pojęcia ogólne, definicja, jednostka miary, oznaczenie, parametry

DC — prąd elektryczny, który nie zmienia się w czasie i kierunku. Za aktualny kierunek przyjąć kierunek ruchu cząstek naładowanych dodatnio. W przypadku, gdy prąd powstaje w wyniku ruchu cząstek naładowanych ujemnie, uważa się, że jego kierunek jest przeciwny do kierunku ruchu cząstek.

Ściśle mówiąc, „stały prąd elektryczny” należy rozumieć jako „stały prąd elektryczny”, zgodnie z matematyczną koncepcją „stałej wartości”. Ale w elektrotechnice termin ten został wprowadzony w znaczeniu „prądu elektrycznego o stałym kierunku i prawie stałej wielkości”.

Przez „prąd elektryczny o praktycznie stałej wartości” rozumie się prąd, którego zmiany w czasie są tak nieznaczne, że rozważając zjawiska w obwodzie elektrycznym, przez który przepływa taki prąd elektryczny, zmiany te można całkowicie pominąć i dlatego , nie można pominąć ani indukcyjności, ani pojemności obwodu.

Najczęściej źródła prądu stałego — ogniwa galwaniczne, baterie, generatory prądu stałego i prostowniki.

W elektrotechnice zjawiska kontaktowe, procesy chemiczne (ogniwa pierwotne i akumulatory), przewodnictwo elektromagnetyczne (generatory maszyn elektrycznych) są wykorzystywane do uzyskiwania prądu stałego. Szeroko stosowane jest również prostowanie prądem przemiennym lub napięciem.

Ze wszystkich źródeł e. itp. c. źródła chemiczne i termoelektryczne oraz tzw. maszyny unipolarne są idealnymi źródłami prądu stałego. Pozostałe urządzenia dają pulsujący prąd, który za pomocą specjalnych urządzeń jest w mniejszym lub większym stopniu wygładzany, zbliżając się jedynie do idealnego prądu stałego.

Służy do ilościowego określenia prądu w obwodzie elektrycznym koncepcja natężenia prądu.

Amperaż To ilość energii elektrycznej Q przepływającej przez przekrój poprzeczny drutu w jednostce czasu.

Jeżeli w czasie I ilość energii elektrycznej Q przepłynęła przez przekrój poprzeczny drutu, to natężenie prądu I = Q /T

Jednostką miary prądu jest amper (A).

Gęstość prądu Jest to stosunek prądu I do pola przekroju poprzecznego F przewodnika — I / F. (12)

Jednostką miary gęstości prądu jest amper na milimetr kwadratowy (A/mm)2).

W zamkniętym obwodzie elektrycznym prąd stały występuje pod działaniem źródła energii elektrycznej, które tworzy i utrzymuje różnicę potencjałów na swoich zaciskach, mierzoną w woltach (V).

Wyraża się zależność między różnicą potencjałów (napięciem) na zaciskach obwodu elektrycznego, rezystancją i prądem w obwodzie Prawo Ohma... Zgodnie z tym prawem dla odcinka jednorodnego obwodu siła prądu jest wprost proporcjonalna do wartości przyłożonego napięcia i odwrotnie proporcjonalna do rezystancji I = U /R,

gdzie I — amperaż. A, U — napięcie na zaciskach obwodu B, R — rezystancja, om

Jest to najważniejsze prawo elektrotechniki. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz tutaj: Prawo Ohma dla odcinka obwodu

Praca wykonywana przez prąd elektryczny na jednostkę czasu (sekundę) nazywana jest mocą i jest oznaczona literą P. Ta wartość charakteryzuje intensywność pracy wykonanej przez prąd.

Moc P = W / t = interfejs użytkownika

Zasilacz - waty (W).

Wyrażenie na natężenie prądu elektrycznego można przekształcić, zastępując, na podstawie prawa Ohma, iloczyn napięcia U IR. W rezultacie otrzymujemy trzy wyrażenia na natężenie prądu elektrycznego P = UI = I2R = U2/ R

Ogromne znaczenie praktyczne ma fakt, że tę samą moc prądu elektrycznego można uzyskać przy niskim napięciu i dużym natężeniu lub przy wysokim napięciu i małym natężeniu. Zasada ta jest wykorzystywana przy przesyłaniu energii elektrycznej na duże odległości.

Prąd przepływający przez drut wytwarza ciepło i ogrzewa je. Ilość ciepła Q wydzielanego w przewodniku określa wzór Q = Az2Rt.

Ta zależność nazywa się prawem Joule'a-Lenza.

Zobacz też: Podstawowe prawa elektrotechniki

Na podstawie praw Ohma i Joule'a-Lenza można przeanalizować niebezpieczne zjawisko, które często występuje, gdy przewody są bezpośrednio ze sobą połączone, dostarczając prąd elektryczny do obciążenia (odbiornika elektrycznego). Zjawisko to nazywa się zwarcie, ponieważ prąd zaczyna płynąć krócej, omijając obciążenie. Ten tryb jest awaryjny.

Rysunek przedstawia schemat podłączenia żarówki EL do sieci. Jeśli rezystancja lampy R wynosi 500 omów, a napięcie sieciowe wynosi U = 220 V, prąd w obwodzie lampy wyniesie A = 220/500 = 0,44 A.

Schemat wyjaśniający wystąpienie zwarcia

Rozważmy przypadek, w którym przewody do żarówki są połączone przez bardzo niską rezystancję (Rst — 0,01 oma), na przykład grubym metalowym prętem. W tym przypadku prąd w obwodzie zbliżający się do punktu A będzie rozgałęział się w dwóch kierunkach: większość będzie podążać ścieżką o niskim oporze — wzdłuż metalowego pręta, a niewielka część prądu Azln — wzdłuż ścieżki o dużym oporze — do żarówka.

Określ natężenie prądu płynącego przez metalowy pręt: I = 220 / 0,01 = 22 000 A.

W przypadku zwarcia (zwarcia) napięcie sieciowe będzie mniejsze niż 220 V, ponieważ duży prąd w obwodzie spowoduje duży spadek napięcia, a prąd płynący przez metalowy pręt będzie nieco mniejszy, ale przekroczy jednak wcześniej zużytą żarówkę.

Jak wiadomo, zgodnie z prawem Joule'a-Lenza prąd przepływający przez przewody wydziela ciepło, a przewody się nagrzewają. W naszym przykładzie pole przekroju poprzecznego drutów jest zaprojektowane dla małego prądu 0,44 A.

Gdy przewody zostaną połączone krócej, z pominięciem obciążenia, przez obwód popłynie bardzo duży prąd - 22000 A. Taki prąd doprowadzi do uwolnienia dużej ilości ciepła, co doprowadzi do zwęglenia i zapłonu izolacji, stopienie materiału przewodu, uszkodzenie mierników elektrycznych, stopienie poprzez styk wyłączników, łamacz noża itp.

Źródło energii elektrycznej zasilające taki obwód może ulec uszkodzeniu. Przegrzanie przewodów może spowodować pożar. W związku z tym podczas montażu i eksploatacji instalacji elektrycznych, aby zapobiec nieodwracalnym skutkom zwarcia, należy przestrzegać następujących warunków: izolacja przewodów musi odpowiadać napięciu sieciowemu i warunkom pracy.

Pole przekroju poprzecznego drutów musi być takie, aby ich nagrzewanie przy normalnym obciążeniu nie osiągało niebezpiecznej wartości. Punkty połączeń i odgałęzienia przewodów muszą być dobrej jakości i dobrze izolowane. Przewody wewnętrzne należy ułożyć w taki sposób, aby były zabezpieczone przed uszkodzeniami mechanicznymi i chemicznymi oraz wilgocią.

Aby uniknąć nagłego, niebezpiecznego wzrostu prądu w obwodzie elektrycznym podczas zwarcia, jest on chroniony przez bezpieczniki lub wyłączniki.

Istotną wadą prądu stałego jest to, że trudno jest zwiększyć jego napięcie. Utrudnia to przesyłanie stałej energii elektrycznej na duże odległości.

Zobacz też: Co to jest prąd przemienny i czym różni się od prądu stałego