Istosmjerna struja — opći pojmovi, definicija, mjerna jedinica, oznaka, parametri

DC — električna struja koja se ne mijenja u vremenu i smjeru. Po strujni smjer uzeti smjer gibanja pozitivno nabijenih čestica. U slučaju da struja nastaje kretanjem negativno nabijenih čestica, smatra se da je njezin smjer suprotan smjeru gibanja čestica.

Strogo govoreći, "istosmjernu električnu struju" treba shvatiti kao "stalnu električnu struju", u skladu s matematičkim konceptom "konstantne vrijednosti". Ali u elektrotehnici je ovaj pojam uveden u smislu "električne struje konstantnog smjera i gotovo konstantne veličine."

Pod "električnom strujom praktički konstantne veličine" podrazumijeva se struja čije su promjene s protokom vremena tako beznačajne po veličini da se pri razmatranju pojava u električnom krugu kroz koji takva električna struja prolazi te promjene mogu potpuno zanemariti i stoga , moguće je zanemariti ni induktivitet ni kapacitivnost kruga.

Najčešći izvori istosmjerne struje — galvanske ćelije, baterije, DC generatori i ispravljači.

U elektrotehnici se za dobivanje istosmjerne struje koriste kontaktne pojave, kemijski procesi (primarne ćelije i baterije), elektromagnetsko vođenje (generatori električnih strojeva). Ispravljanje izmjenične struje ili napona također se široko koristi.

Iz svih izvora e. itd. c. kemijski i termoelektrični izvori, kao i tzv. unipolarni strojevi, idealni su izvori istosmjerne struje. Preostali uređaji daju pulsirajuću struju, koja se uz pomoć posebnih uređaja u većoj ili manjoj mjeri izglađuje, približavajući se samo idealnoj istosmjernoj struji.

Za kvantificiranje struje u električnom krugu koristi se koncept jakosti struje.

Amperaža je količina elektriciteta Q koja teče kroz presjek žice po jedinici vremena.

Ako je tijekom vremena I količina elektriciteta Q prošla kroz presjek žice, tada je jakost struje I = Q /T

Mjerna jedinica za struju je amper (A).

Gustoća struje Ovo je omjer struje I prema površini poprečnog presjeka F vodiča — I / F. (12)

Mjerna jedinica gustoće struje je amper po kvadratnom milimetru (A/mm)2).

U zatvorenom električnom krugu, istosmjerna struja javlja se pod djelovanjem izvora električne energije koji stvara i održava razliku potencijala na svojim stezaljkama, mjerenu u voltima (V).

Odnos između razlike potencijala (napona) na stezaljkama električnog strujnog kruga, otpora i struje u strujnom krugu izražava se Ohmovim zakonom... Prema ovom zakonu za dionicu homogenog strujnog kruga jakost struje je izravno proporcionalan vrijednosti primijenjenog napona i obrnuto proporcionalan otporu I = U /R,

gdje I — amperaža. A, U — napon na stezaljkama kruga B, R — otpor, ohmi

Ovo je najvažniji zakon elektrotehnike. Za više detalja pogledajte ovdje: Ohmov zakon za dio kruga

Rad električne struje u jedinici vremena (sekundi) naziva se snaga i označava se slovom P. Ova vrijednost karakterizira intenzitet rada struje.

Snaga P = W / t = UI

Jedinica napajanja - vati (W).

Izraz za jakost električne struje može se transformirati zamjenom, na temelju Ohmovog zakona, napona U produkta IR. Kao rezultat toga dobivamo tri izraza za jakost električne struje P = UI = I2R = U2/ R

Od velike praktične važnosti je činjenica da se ista snaga električne struje može dobiti pri niskom naponu i visokoj amperaži ili pri visokom naponu i maloj amperaži. Ovaj princip se koristi u prijenosu električne energije na udaljenosti.

Struja koja teče kroz žicu stvara toplinu i zagrijava je. Količina topline Q koja se oslobađa u vodiču određena je formulom Q = Az2Rt.

Ta se ovisnost naziva Joule-Lenzov zakon.

Vidi također: Osnovni zakoni elektrotehnike

Na temelju Ohmovih i Joule-Lenzovih zakona možete analizirati opasnu pojavu koja se često događa kada su žice izravno povezane jedna s drugom, opskrbljujući električnom strujom opterećenje (električni prijemnik). Ova pojava se zove kratki spoj, jer struja počinje teći kraćim putem, zaobilazeći opterećenje. Ovaj način je hitan.

Slika prikazuje shemu za spajanje EL žarulje sa žarnom niti na mrežu. Ako je otpor žarulje R 500 ohma, a mrežni napon U = 220 V, struja u krugu žarulje bit će A = 220/500 = 0,44 A.

Dijagram koji objašnjava pojavu kratkog spoja

Razmotrite slučaj kada su žice na žarulju sa žarnom niti spojene preko vrlo niskog otpora (Rst — 0,01 Ohm), na primjer, debele metalne šipke. U ovom slučaju, struja kruga koja se približava točki A granat će se u dva smjera: veći dio će slijediti put niskog otpora — duž metalne šipke, a mali dio struje Azln — duž puta visokog otpora — do žarulja sa žarnom niti.

Odredite struju koja teče kroz metalnu šipku: I = 220 / 0,01 = 22 000 A.

U slučaju kratkog spoja (kratkog spoja), mrežni napon će biti manji od 220 V, jer će velika struja u krugu izazvati veliki gubitak napona, a struja koja teče kroz metalnu šipku bit će nešto manja, ali međutim, premašit će prethodno potrošenu žarulju sa žarnom niti.

Kao što znate, u skladu s Joule-Lenzovim zakonom, struja koja prolazi kroz žice oslobađa toplinu, a žice se zagrijavaju. U našem primjeru, površina poprečnog presjeka žica je dizajnirana za malu struju od 0,44 A.

Kada su žice spojene na kraći način, zaobilazeći opterećenje, strujni krug će teći vrlo velika struja - 22000 A. Takva struja će dovesti do oslobađanja velike količine topline, što će dovesti do pougljenjenja i paljenja izolacija, taljenje materijala žice, oštećenje električnih brojila, topljenje kontaktom prekidača, nožem, itd.

Izvor električne energije koji opskrbljuje takav krug može biti oštećen. Pregrijavanje žica može izazvati požar. Kao rezultat toga, tijekom postavljanja i rada električnih instalacija, kako bi se spriječile nepopravljive posljedice kratkog spoja, moraju se poštivati ​​sljedeći uvjeti: izolacija žica mora odgovarati naponu mreže i radnim uvjetima.

Površina poprečnog presjeka žica mora biti takva da njihovo zagrijavanje pod normalnim opterećenjem ne dosegne opasnu vrijednost. Priključne točke i ogranci žice moraju biti kvalitetni i dobro izolirani. Unutarnje žice moraju biti položene tako da budu zaštićene od mehaničkih i kemijskih oštećenja te od vlage.

Kako bi se izbjeglo naglo, opasno povećanje struje u električnom krugu tijekom kratkog spoja, on je zaštićen osiguračima ili prekidačima.

Značajan nedostatak istosmjerne struje je što se njen napon teško povećava. To otežava prijenos stalne električne energije na velike udaljenosti.

Vidi također: Što je izmjenična struja i kako se razlikuje od istosmjerne struje