זרם ישר - מושגים כלליים, הגדרה, יחידת מדידה, ייעוד, פרמטרים
DC - זרם חשמלי שאינו משתנה בזמן ובכיוון. לְכָל כיוון הנוכחי לקחת את כיוון התנועה של חלקיקים טעונים חיובית. במקרה שהזרם נוצר על ידי תנועה של חלקיקים בעלי מטען שלילי, הכיוון שלו נחשב מנוגד לכיוון התנועה של החלקיקים.
באופן קפדני, יש להבין את "זרם חשמלי ישר" כ"זרם חשמלי קבוע", בהתאם למושג המתמטי של "ערך קבוע". אבל בהנדסת חשמל, המונח הזה הוצג במובן של "קבוע זרם חשמלי בכיוון וכמעט קבוע בגודלו".
ב"זרם חשמלי כמעט קבוע בגודלו" הכוונה לזרם ששינוייו עם חלוף הזמן הם כל כך חסרי גודל, עד שכאשר בוחנים את התופעות במעגל החשמלי שדרכו עובר זרם חשמלי כזה, ניתן להזניח את השינויים הללו לחלוטין ולפיכך. , לא ניתן להתעלם לא מההשראות ולא מהקיבול של המעגל.
לרוב מקורות לזרם ישר - תאים גלווניים, סוללות, גנרטורים ומיישרים DC.
בהנדסת חשמל משתמשים בתופעות מגע, תהליכים כימיים (תאים ראשוניים וסוללות), הנחייה אלקטרומגנטית (מחוללי מכונות חשמליות) להשגת זרם ישר. גם תיקון AC או מתח נמצא בשימוש נרחב.
מכל המקורות של ה. וכו ' ג מקורות כימיים ותרמו-אלקטריים, כמו גם מה שנקרא מכונות חד-קוטביות, הם מקורות אידיאליים לזרם ישר. המכשירים הנותרים נותנים זרם פועם, שבעזרת מכשירים מיוחדים מוחלק במידה רבה או פחותה, רק מתקרב לזרם הישר האידיאלי.
כדי לכמת את הזרם במעגל החשמלי משמש מושג אמפר.
זרם הוא כמות החשמל Q הזורם בחתך הרוחב של החוט ליחידת זמן.
אם במהלך הזמן I כמות החשמל Q עברה בחתך הרוחב של החוט, אזי עוצמת הזרם I = Q /T
יחידת המדידה לזרם היא האמפר (A).
צפיפות זרם זהו יחס הזרם I לשטח החתך F של המוליך - I / F. (12)
יחידת המדידה של צפיפות הזרם היא האמפר למילימטר רבוע (A / mm)2).
במעגל חשמלי סגור, זרם ישר מתרחש תחת פעולתו של מקור אנרגיה חשמלית היוצר ושומר על הפרש פוטנציאלים על פני המסופים שלו, הנמדד בוולט (V).
הקשר בין הפרש הפוטנציאלים (מתח) במסופי המעגל החשמלי, ההתנגדות והזרם במעגל בא לידי ביטוי חוק אוהם... לפי חוק זה, עבור קטע של מעגל הומוגני, עוצמת הזרם הוא פרופורציונלי ישיר לערך המתח המופעל ופרופורציונלי הפוך להתנגדות I = U /R,
שבו אני - אמפראז'. A, U - מתח במסופי המעגל B, R - התנגדות, אוהם
זהו החוק החשוב ביותר של הנדסת חשמל. לפרטים נוספים ראה כאן: חוק אוהם לקטע של מעגל
העבודה שעושה הזרם החשמלי ליחידת זמן (שנייה) נקראת הספק ומסומנת באות P. ערך זה מאפיין את עוצמת העבודה שעושה הזרם.
הספק P = W / t = UI
יחידת אספקת חשמל - וואט (W).
ניתן לשנות את הביטוי לחוזק של זרם חשמלי על ידי החלפת, בהתבסס על חוק אוהם, של המתח U תוצר IR. כתוצאה מכך, נקבל שלושה ביטויים לחוזק הזרם החשמלי P = UI = I2R = U2/ R
ישנה חשיבות מעשית רבה לעובדה שניתן לקבל את אותו הספק של זרם חשמלי במתח נמוך ובאמפרז' גבוה, או במתח גבוה ובאמפרז' נמוך. עיקרון זה משמש בהעברת אנרגיה חשמלית למרחקים.
הזרם העובר דרך החוט מייצר חום ומחמם אותו. כמות החום Q המשתחררת במוליך נקבעת על ידי הנוסחה Q = Az2Rt.
תלות זו נקראת חוק ג'ול-לנץ.
ראה גם: חוקי יסוד של הנדסת חשמל
בהתבסס על חוקים של אוהם וג'ול-לנץ, ניתן לנתח תופעה מסוכנת המתרחשת לעיתים קרובות כאשר חוטים מחוברים ישירות זה לזה, ומספקים זרם חשמלי לעומס (מקלט חשמלי). תופעה זו נקראת קצר, כשהזרם מתחיל לזרום בצורה קצרה יותר, עוקף את העומס. מצב זה הוא חירום.
האיור מציג תוכנית לחיבור מנורת ליבון EL לרשת החשמל. אם ההתנגדות של המנורה R היא 500 אוהם, ומתח החשמל הוא U = 220 V, הזרם במעגל המנורה יהיה A = 220/500 = 0.44 A.
תרשים המסביר את התרחשות קצר חשמלי
שקול את המקרה שבו החוטים למנורת הליבון מחוברים באמצעות התנגדות נמוכה מאוד (Rst - 0.01 אוהם), למשל, מוט מתכת עבה. במקרה זה, זרם המעגל המתקרב לנקודה A יסתעף לשני כיוונים: רובו ילך בנתיב של התנגדות נמוכה - לאורך מוט מתכת, וחלק קטן מהזרם Azln - לאורך נתיב של התנגדות גבוהה - ל- מנורת ליבון.
קבע את הזרם הזורם דרך מוט המתכת: I = 220 / 0.01 = 22,000 A.
במקרה של קצר חשמלי (קצר), מתח הרשת יהיה נמוך מ-220 וולט, מכיוון שזרם גדול במעגל יגרום לאובדן מתח גדול, והזרם העובר דרך מוט המתכת יהיה מעט יותר קטן, אך עם זאת, הוא יעלה על מנורת הליבון שנצרכה בעבר.
כידוע, בהתאם לחוק ג'ול-לנץ, הזרם העובר דרך החוטים פולט חום, והחוטים מתחממים. בדוגמה שלנו, שטח החתך של החוטים מיועד לזרם קטן של 0.44 A.
כאשר החוטים מחוברים בצורה קצרה יותר, עוקפים את העומס, יזרום זרם גדול מאוד במעגל - 22000 A. זרם כזה יוביל לשחרור כמות גדולה של חום, מה שיוביל לחריכה והצתה של בידוד, המסת חומר החוט, נזק למוני חשמל, התכה באמצעות מגע של מתגים, מפסק סכינים וכו'.
מקור האנרגיה החשמלית המספק מעגל כזה עלול להינזק. התחממות יתר של חוטים עלולה לגרום לשריפה. כתוצאה מכך, במהלך ההתקנה וההפעלה של מתקנים חשמליים, על מנת למנוע את ההשלכות הבלתי הפיכות של קצר חשמלי, יש להקפיד על התנאים הבאים: בידוד החוטים חייב להתאים למתח החשמל ולתנאי ההפעלה.
שטח החתך של החוטים חייב להיות כזה שהחימום שלהם בעומס רגיל לא יגיע לערך מסוכן. נקודות חיבור וענפי תיל חייבים להיות באיכות טובה ומבודדים היטב. יש להניח חוטים פנימיים בצורה כזו שהם מוגנים מפני נזקים מכניים וכימיים ומפני רטיבות.
כדי למנוע עלייה פתאומית ומסוכנת בזרם במעגל חשמלי במהלך קצר חשמלי, הוא מוגן על ידי נתיכים או מפסקים.
חסרון משמעותי של זרם ישר הוא שקשה להעלות את המתח שלו. זה מקשה על העברת אנרגיה חשמלית קבועה למרחקים ארוכים.