Wat is elektrische stroom?

Elektrische stroom is een van de meest basale concepten die bestaan ​​in elektrische en elektronische wetenschap - elektrische stroom vormt de kern van de wetenschap van elektriciteitOf het nu gaat om een ​​elektrische verwarming, een groot elektriciteitsnet, een mobiele telefoon, een computer, een sensorknooppunt op afstand of wat dan ook, het concept van elektrische stroom staat centraal in de werking ervan.

Wat is elektrische stroom?

Elektrische stroom is een elektrische lading in bewegingHet kan de vorm aannemen van een plotselinge ontlading van statische elektriciteit, zoals een bliksemschicht of een vonk tussen uw vinger en een grondlichtschakelaarplaatAls we het echter over elektrische stroom hebben, bedoelen we vaker de meer gecontroleerde vorm van elektriciteit uit generatoren, batterijen, zonnecellen of brandstofcellen.

De meeste elektrische ladingen worden gedragen door de elektronen en protonen in atomenTerwijl het proton een positieve lading heeft, heeft het elektron een negatieve ladingProtonen zijn echter meestal geïmmobiliseerd in atoomkernen, dus het transporteren van lading van de ene plaats naar de andere wordt afgehandeld door elektronenElektronen in een geleidend materiaal zoals een metaal zijn grotendeels vrij om van het ene atoom naar het andere te bewegen langs deze geleidingsbanden, die de hoogste elektronenbanen zijnEen voldoende elektromotorische kracht (EMF) of spanning genereert een ladingsonbalans waardoor elektronen als een elektrische stroom door een geleider kunnen bewegen

Wat maakt elektriciteit snel?

Wat elektriciteit SNEL maakt, is de snelheid waarmee het elektrische veld interageert met het elektron en de snelheid waarmee dit elektrische veld door de draad beweegtZodra het elektrische circuit bijvoorbeeld is voltooid, is de kracht die aan het elektron in het circuit trekt vrijwel onmiddellijk en bewegen alle elektronen ongeveer tegelijkertijdTerwijl een elektron de batterij verlaat via de negatieve pool, gaat een ander de positieve pool binnen aan de andere kant van het circuit; Daarom kan de huidige stroom als onmiddellijk worden beschouwd

De elektrische stroom

Als we naar circuits kijken, zijn er twee soorten stromen die de stroom van elektriciteit kunnen demonstreren; de conventionele stroom en de elektronenstroomDeze twee bewegen in tegengestelde richtingen, de conventionele stroom stroomt van positief naar negatief terwijl elektronen stromen, zijnde negatieve ladingen, van negatief naar positiefHoewel elektronenstroom als meer WETENSCHAPPELIJK kan worden beschouwd, kan het behoorlijk verwarrend zijn bij het werken met complexe componenten zoals logische poorten en transistors

Hoewel het een beetje onvoorspelbaar is om de elektrische stroom te vergelijken met de stroming van water in een pijp, zijn er enkele overeenkomsten die het misschien gemakkelijker te begrijpen makenMichael Dobson, een professor in de natuurkunde aan de Universiteit van Colorado in Boulder, zei dat we de stroom van elektronen in een draad kunnen zien als de stroom van water in een pijp. Het voorbehoud is dat in dit geval de pijp altijd vol water zit.Als we de klep aan het ene uiteinde openen om water in de leiding te laten, hoeven we niet te wachten tot het water helemaal naar het einde van de leiding is gekomenWe kunnen het water bijna onmiddellijk aan de andere kant zien komen terwijl het binnenkomende water het water dat al in de pijp zit naar het einde duwt

Dit is wat er gebeurt met de stroom in de draadDe geleidingselektronen bestaan ​​al in de draad; we hoeven alleen maar elektronen aan het ene uiteinde te duwen, en ze stromen bijna onmiddellijk aan het andere uiteinde

Geschiedenis van stroom

Elektrische stromen zijn vernoemd naar Andre-Marie Ampere die werd beschouwd als de vader van de elektrodynamica en hij heeft de effecten aangetoond van parallelle draden en de krachten die op elk worden uitgeoefend, afhankelijk van de stroom die erdoor wordt gevoerdElektrische stroom wordt gemeten in ampère, en hoewel er meerdere definities bestaan, wordt een ampère gedefinieerd als wanneer één coulomb lading gedurende één seconde stroomtDe oude definitie voor ampère is gerelateerd aan de kracht die wordt ervaren op twee draden die op een bepaalde afstand uit elkaar zijn geplaatst

Huidige meettype

Meting van elektrische stroom kent vele typen, maar ze vallen allemaal in een van de volgende twee categorieën; analoog en digitaalAnaloge meters gebruiken een spoel die afbuigt als er een stroom doorheen vloeit, en de mate van afbuiging is evenredig met de stroom die er doorheen vloeitDe digitale versie gebruikt in plaats daarvan een weerstand om de elektrische stroom om te zetten in een laagspanning die vervolgens wordt omgezet in een digitaal getal

Wet van Ohm

Van alle vergelijkingen in elektronica is de meest gebruikte en misschien wel belangrijkste formule V (Spanning) = I (Stroom) x R (Weerstand)Het laat zien hoe spanning, stroom en weerstand allemaal met elkaar verband houdenHoewel deze formule correct is, is deze niet correct geschreven zoals de oorspronkelijke vergelijking aangeeft

Het is erg belangrijk om de wet van Ohm te begrijpen, omdat deze ons iets vertelt over de elektrische stroom waardoor deze verschilt van spanning en weerstand; een elektrische stroom is het resultaat van een spanning en weerstand(Spanning beïnvloedt de stroomsnelheid en weerstand beïnvloedt de hoeveelheid elektrische stroom die wordt afgegeven)Spanning en weerstand zijn kenmerken zijn eigenschappen van een object, terwijl de elektrische stroom wordt gecreëerd

Elektrische stroom regeert

Elektrische stroom volgt een reeks regels, net als spanning en weerstand, afhankelijk van parallelle en serieschakelingenAangezien dezelfde waarde van elektrische stroomsterkte voor een serieschakeling en dezelfde waarde van spanningswaarde voor een parallelle verbindingDus als de elektrische stroom door componenten stroomt, is de elektrische stroom die door een serieschakeling vloeit altijd overal hetzelfde en heeft de stroom dezelfde waardeDus als een A elektrische stroom de positieve pool van de batterij verlaat, moet er een A stroom terugvloeien naar de negatieve pool

In parallel zal de elektrische stroom zich proportioneel splitsen, afhankelijk van de weerstand van elk padHet is een algemene mythe dat elektrische stroom altijd de weg van de minste weerstand kiestIn plaats daarvan neemt de elektrische stroom ALLE paden, maar de hoeveelheid stroom in elk pad wordt bepaald door de algehele weerstandDit leidt ons naar de parallelle stroomregel, die stelt dat de som van de stromen die een knoop binnenkomen gelijk is aan de som van de stromen die dezelfde knoop verlatenAls bijvoorbeeld 3A elektrische stroom in een driewegweerstandsnetwerk gaat, dan is de som van de stromen van elk weerstandsnetwerk 3A

De snelheid van elektrische stroom

Volgens de Hyperphysics-website van Georgia State University ligt de werkelijke snelheid van elektronen in draden in de orde van grootte van een paar miljoen meter per seconde, maar ze bewegen zich niet in een rechte lijn langs dradenZe stuiteren bijna willekeurig rond en boeken slechts enkele millimeters per seconde vooruitgangDit wordt de driftsnelheid van het elektron genoemdDe transmissiesnelheid van het signaal, wanneer elektronen uit het andere uiteinde van de draden worden geduwd nadat we de schakelaar hebben omgedraaid, wat bijna de snelheid van het licht is, is ongeveer 300 miljoen meter per seconde (186.000 mijl per seconde).In het geval van wisselstroom verandert de elektrische stroom 50 of 60 keer per seconde van richting, en de meeste elektronen komen nooit uit de draad

Wat is een elektrische stroomonbalans?

Elektrische ladingsonevenwichtigheden kunnen op vele manieren worden gecreëerdDe eerste bekende methode is het opwekken van een statische lading door twee verschillende materialen tegen elkaar te wrijven, zoals dierenvacht wrijven met een stukje barnsteenEen elektrische stroom kan dan worden geproduceerd door de barnsteen aan te raken met een lichaam met minder lading of met de grondDeze elektrische stroom heeft echter zeer hoge spanningen, zeer lage stroomsterktes en duurde slechts een fractie van een seconde, dus het kon niet worden gemaakt om enig nuttig werk te doen.

Gelijkstroom

De volgende bekende methode om een ​​elektrische ladingsonbalans te creëren was de elektrochemische batterij, deze is in 1800 uitgevonden door de Italiaanse natuurkundige Alessandro Volta naar wie de eenheid voor elektromotorische kracht, de volt (V) werd genoemdZijn Voltaic Pile bestond uit een stapel alternerende zink- en koperplaten gescheiden door lagen papier gedrenkt in zout water en genereerde een constante bron van gelijkstroom (DC)Hij en andere wetenschappers verbeterden en verfijnden zijn uitvinding in de komende decenniaVolgens het National Museum of American History trokken batterijen de aandacht van veel wetenschappers en uitvinders, en tegen de jaren 1840 leverden batterijen elektrische stromen voor nieuwe elektrische apparaten zoals de elektromagneten van Joseph Henry en de telegraaf van Samuel Morse.

Andere gelijkstroombronnen zijn brandstofcellen, die zuurstof en waterstof combineren tot water en daarbij elektrische energie opwekkenDe zuurstof en de waterstof kunnen worden geleverd als zuivere gassen of uit de lucht en een chemische brandstof zoals alcoholEen andere elektrische bron van gelijkstroom (DC) zijn fotovoltaïsche of zonnecellenIn deze apparaten is de fotonische energie afkomstig van het zonlicht dat door elektronen wordt geabsorbeerd en omgezet in elektrische energie

Wisselstroom

Tegenwoordig weten we misschien allemaal dat de meeste elektriciteit die we gebruiken afkomstig is van wisselstroom (AC) die afkomstig is van het elektriciteitsnetWisselstroom (AC) wordt gecreëerd door elektrische generatoren die werken volgens de inductiewet van Faraday, waardoor een veranderend magnetisch veld een elektrische stroom in een geleider kan opwekkenEen generator heeft roterende spoelen van een draad die tijdens het draaien door een magnetisch veld gaanTerwijl de spoelen draaien, schakelen ze in en uit ten opzichte van het magnetische veld en genereren ze een elektrische stroom die elke halve slag van richting verandertDe elektrische stroom kan 60 keer per seconde een volledige voorwaartse en achterwaartse cyclus doorlopen, of 60 hertz (Hz) (50 Hz in sommige landen)De generator kan worden aangedreven door stoomturbines die worden verwarmd door kolen, aardgas, olie of een kernreactorHet kan ook worden aangedreven door windturbines of waterturbines in waterkrachtcentrales

De elektrische stroom vloeit van de generator door een reeks transformatoren, waar het wordt opgevoerd naar een veel hogere spanning voor transmissieDit komt omdat de diameter van de draden de hoeveelheid stroom of stroomsterkte bepaalt die ze aankunnen zonder oververhitting en energieverlies, maar de spanning is slechts beperkt draagvermogen door hoe goed de draad is geïsoleerd van de grondHet is interessant om op te merken dat de elektrische stroom door slechts één draad wordt geleid in plaats van tweeBeide zijden van gelijkstroom (DC) worden aangeduid als positief en negatiefAangezien de polariteit van AC echter 60 keer per seconde verandert, worden beide zijden van de wisselstroom (AC) aangeduid als heet en geaardIn hoogspanningslijnen over lange afstanden dragen de draden het hete uiteinde en het aarduiteinde reist door de aarde om het circuit te voltooien

Aangezien vermogen gelijk is aan spanning maal stroomsterkte, kunt u een hogere spanning gebruiken om meer vermogen naar de lijn te sturen met dezelfde stroomsterkteDe hoogspanning wordt vervolgens verlaagd terwijl deze wordt gedistribueerd via een netwerk van onderstations totdat deze de transformator bij u in de buurt bereikt, waar deze uiteindelijk wordt verlaagd naar 110 V(In de VS werken stopcontacten en lampen op 110 V bij 60 HzIn Europa draait bijna alles op 230 V bij 50 Hz)

Zodra de stroom het einde van de lijn bereikt, wordt het grootste deel van de stroom op twee manieren gebruikt: ofwel om warmte en licht te leveren door middel van elektrische weerstand, of om mechanische beweging te creëren door middel van elektrische inductieEr zijn een paar andere toepassingen, zoals tl-lampen en magnetrons, die volgens verschillende principes werken, maar het leeuwendeel van de stroom gaat naar apparaten op basis van weerstand en/of inductantieEen haardroger gebruikt bijvoorbeeld beide tegelijkertijd

Conclusie

De elektrische stroom speelt een aanzienlijk belangrijke rol in ons leven: het kan werk doenHij kan je huis verlichten, je kleren wassen en drogen, je apparaten van stroom voorzien en zelfs je garagedeur openen met een druk op de knopWat echter steeds belangrijker wordt, is het vermogen van elektrische stroom om informatie over te brengen, vooral in de vorm van binaire gegevens.Hoewel de internetverbinding naar uw computer slechts een klein deel van de elektrische stroom van een elektrische verwarming gebruikt, wordt het steeds belangrijker voor het moderne leven