200 Milliampere in Ampere. Watt-zu-Ampere-Konverter

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In der Elektrotechnik werden bei Berechnungen viele Maßeinheiten verwendet. Große Werte werden in kleinere aufgeteilt, diese wiederum in noch kleinere. Daher ist es je nach den Umständen erforderlich, eine Einheit in eine andere umzuwandeln. Bei der Übersetzung stellen sich häufig verschiedene Fragen, beispielsweise wie viel Milliampere in einem Ampere oder Watt in einem Kilowatt und Megawatt sind.

Erfahrene Spezialisten führen solche Operationen fast ohne nachzudenken durch, aber unerfahrene Elektriker können manchmal Fehler machen, insbesondere wenn sich die Frage stellt: Was ist mehr Ampere oder Milliampere? Um solche Fehler zu beseitigen, müssen Sie eine bestimmte Maßeinheit vollständig verstehen und alle Probleme werden von selbst gelöst.

Ampere aus physikalischer Sicht

Ampere ist in der Physik und Elektrotechnik eine Größe, die die Stromstärke quantitativ charakterisiert. Zur Bestimmung kommen verschiedene Methoden zum Einsatz. Unter diesen ist die am weitesten verbreitete Methode die direkte Messung, bei der ein Tester oder Multimeter verwendet wird. Bei Messungen werden diese Geräte in Reihe an den Stromkreis angeschlossen.

Eine andere Methode gilt als indirekt und erfordert spezielle Berechnungen. In diesem Fall ist es notwendig, die an einem bestimmten Abschnitt des Stromkreises anliegende Spannung und den Widerstand dieses Abschnitts zu kennen. Anschließend lässt sich die Stromstärke ganz einfach mit der Formel I = U/R ermitteln und das erhaltene Ergebnis in Ampere anzeigen.

In der Praxis werden Ampere eher selten verwendet, da diese Einheit für den normalen Gebrauch als zu groß angesehen wird. Daher verwenden die meisten Spezialisten mehrere Einheiten – Milliampere (10-3 A) und Mikroampere (10-6 A), die auch als 0,001 A und 0,000001 A bezeichnet werden können. Bei der Durchführung von Berechnungen ist es jedoch erforderlich, Milliampere erneut in Ampere umzurechnen In allen Formeln werden diese Einheiten verwendet. In diesem Stadium haben viele Menschen die Frage, wie man Milliampere in Ampere umrechnet.

So messen Sie

Um die Stromstärke in einem bestimmten Abschnitt des Stromkreises zu bestimmen, werden die oben aufgeführten Messgeräte verwendet. Am genauesten ist unter ihnen das Amperemeter, das nur einen Wert auf einer Skala misst. Als komfortabler gelten jedoch Tester, mit deren Hilfe sie nicht nur die Stromstärke, sondern auch andere elektrische Größen in verschiedenen Bereichen messen. Diese Geräte können von einer Maßeinheit auf eine andere umschalten und genau bestimmen, wie viele Milliampere ein Ampere hat.

In manchen Fällen kann das Messgerät eine Überschreitung des Messbereichs anzeigen. Um dieses Problem zu lösen, reicht es aus, Milliampere in Ampere umzurechnen und den erforderlichen Wert zu erhalten. Trotz der hohen Messfehler werden Multimeter und Tester in der Praxis deutlich häufiger eingesetzt als Amperemeter, da mit ihrer Hilfe die meisten Fehler sehr schnell erkannt und behoben werden. Darüber hinaus müssen diese Geräte bei der Messung nicht unbedingt den Stromkreis unterbrechen und die Stromstärke kann berührungslos gemessen werden.

So übersetzen Sie

Am meisten auf einfache Weise Es handelt sich um eine manuelle Umrechnung von Einheiten, bei der eindeutig Ampere und Milliampere angezeigt werden, wobei der Unterschied zwischen ihnen 10-3 beträgt. Als Beispiel können wir einen Abschnitt eines Stromkreises mit einer Spannung von 5 Volt und einem Widerstand von 100 Ohm betrachten. Um die Stromstärke zu bestimmen, müssen Sie die Formel verwenden und den Spannungswert durch den Widerstand I = U/R = 5/100 = 0,05 A dividieren. Das erhaltene Ergebnis ist nicht ganz bequem zu verwenden, daher wird es empfohlen Berechnen Sie es in mehreren Maßeinheiten, also in Milliampere.

In diesem Fall entspricht 1 Ampere 1000 Milliampere. Um 0,05 A neu zu berechnen, müssen Sie mit 1000 multiplizieren und erhalten 50 mA. Auf die gleiche Weise wird das umgekehrte Verfahren durchgeführt, wenn 50 mA durch 1000 geteilt werden und das Ergebnis die ursprünglichen 0,05 A sind. Somit wird das Problem für 1 Ampere gelöst: Wie viele Milliampere sind gleich 1000?

Um die Umrechnung von Einheiten zu beschleunigen, wurden spezielle Tabellen entwickelt, die verschiedene Arten von Größen anzeigen. Wenn beispielsweise ein Milliampere 0,001 Ampere beträgt, entspricht ein Ampere in umgekehrter Reihenfolge 1000 Milliampere. Bei Batteriegehäusen wird zusätzlich zur Stromstärke auch die Zeitspanne addiert, in der sie eine bestimmte Ladung abgeben oder empfangen können. Auf diversen Ladegeräte Aufgetragen ist die Anzahl der Ampere bzw. Milliampere, also zusätzlich deren Leistung.

In der in der Abbildung dargestellten Tabelle ist die Verwendung einer großen Anzahl von Nullen ausgeschlossen. Stattdessen werden spezielle Präfixe verwendet, um Teile von ganzen Zahlen zu bezeichnen. Zusammen stellen sie ein einziges Wort dar, das nicht nur ein Präfix, sondern auch die Haupteinheit selbst enthält.

Um diese im Allgemeinen einfache Frage zu beantworten, müssen wir noch einmal kurz auf physikalische Größen wie Strom (A), Spannung (V) und Leistung (W) eingehen. Sie sind sehr eng miteinander verbunden und können ohne einander nicht existieren.

Abhängigkeit vom elektrischen Feld

Wir sind uns bewusst, dass die Erzeugung und Aufrechterhaltung des elektrischen Stroms vollständig vom elektrischen Feld abhängt. hängt direkt von der Größe des elektrischen Feldes ab. Um diesen Zusammenhang besser zu verstehen, versuchen wir, diese Konzepte quantitativ zu charakterisieren.

Aktuelle Stärke ist kein sehr guter Name dafür diesen Prozess. Es erschien zu einer Zeit, als noch lange nicht ganz klar war, was es war. Dabei handelt es sich ja gar nicht um die Kraft als solche, sondern um die Anzahl der Elektronen (Strom), die in einer Sekunde durch den Querschnitt des Leiters fließen. Diese Größe könnte als Anzahl der Elektronen ausgedrückt werden, die pro Sekunde durch einen Leiter fließen. Allerdings ist die Ladung eines Elektrons ein sehr kleiner Wert. Für den praktischen Einsatz ist es nicht geeignet.

Zum Beispiel: 2 x 1018 Elektronen passieren in einer Sekunde den Glühfaden einer normalen Taschenlampe. Daher begann man als Maßeinheit für die Größe der elektrischen Ladung die Ladung von 6,25 x 1018 Elektronen zu betrachten. Diese Ladung wird Coulomb genannt. Als letzte Einheit gilt daher der Strom, bei dem eine Ladung von 1 Coulomb in einer Sekunde durch den Leiterquerschnitt fließt. Diese Einheit wurde aufgerufen Ampere und wird in der Elektrotechnik auch heute noch zur Strommessung eingesetzt.

Um die Abhängigkeit des elektrischen Stroms vom elektrischen Feld zu bestimmen, ist es notwendig, die Stärke des Feldes messen zu können. Schließlich ist ein Feld eine Kraft, die auf jede Ladung, jedes Elektron oder jeden Coulomb wirkt. Das Vorhandensein einer solchen Kraft ist charakteristisch für ein elektrisches Feld.

Feldstärkemessung

Es ist sehr schwierig, die Feldstärke zu messen, da sie an verschiedenen Stellen des Leiters nicht gleich ist. Es wäre notwendig, eine Vielzahl komplexer Messungen an verschiedenen Stellen durchzuführen. In dieser Hinsicht wird die Größe des Feldes nicht durch die auf die Ladungen wirkende Kraft charakterisiert, sondern durch die von ihnen geleistete Arbeit, wenn ein Anhänger von einem Ende des Leiters zum anderen bewegt wird. Die von einem elektrischen Feld geleistete Arbeit wird Spannung genannt. Sie wird auch Potenzialdifferenz (+ und -) an den Enden des Leiters genannt. Die Einheit der Spannung heißt Volt.

Daraus können wir schließen, dass das Konzept des elektrischen Stroms durch zwei Hauptgrößen gekennzeichnet ist: Die Stromstärke ist der elektrische Strom selbst, die Spannung ist die Größe des Feldes, bei dem der Strom selbst erzeugt wird. Es stellt sich heraus, dass die Kraft direkt von der Spannung abhängt.

Was ist Macht?

Und zum Schluss werfen wir noch einen kurzen Blick darauf, was Macht ist. Wir wissen bereits, dass U (Spannung) die Arbeit ist, die bei der Bewegung um 1 Coulomb geleistet wird. I ist die Stromstärke oder die Anzahl der Coulomb, die in einer Sekunde passieren. Somit ist I x U ein Indikator für die Gesamtarbeit, die in 1 Sekunde geleistet wird. Tatsächlich ist dies die Leistung des elektrischen Stroms. Die Einheit der Leistung ist Watt.

So konvertieren Sie Watt in Ampere

Watt = Ampere x Volt oder P = I x U

Ampere = Watt/Volt oder I = P/U

Betrachten Sie diese Option als anschauliches Beispiel

4,6 Ampere = 1000 W/220 V

2,7 Ampere = 600 W/220 V

1,8 Ampere = 400 W/220 V

1,1 Ampere = 250 W/220 V

Wenn man sich die Anzahl der Milliampere ansieht, ist es nicht schwer zu erraten, wie lange ein bestimmtes Gerät mit einer Ladung funktioniert. Allerdings wird die Autonomie des Gadgets von mehreren Faktoren beeinflusst, darunter natürlich auch vom berüchtigten mAh. In diesem Artikel erklären wir im Detail, was sie sind und welchen Zusammenhang sie mit der Bedienung des Geräts haben.

Was ist eine Milliamperestunde (mAh)?

Ohne zu sehr ins Detail zu gehen: mAh ist eine Standardeinheit für elektrische Ladung, mit der die Energiemenge gemessen wird, die eine Batterie einem Gerät eine Stunde lang liefern kann. Es ist klar, dass das Gerät seit dem letzten Aufladen umso länger funktioniert, je größer die Akkukapazität ist (die mehr Milliampere speichern kann).

Wie eingangs erwähnt, entscheidet jedoch nicht nur ein geräumiger Akku über den autonomen Betrieb des Geräts. Darüber hinaus sind noch einige andere Faktoren zu berücksichtigen.

Erstens ist der Batterietyp wichtig. Die meisten elektronischen Geräte verwenden jetzt Lithium-Ionen-Akku, das nicht unter dem sogenannten Memory-Effekt leidet, sodass das Gerät aufgeladen werden kann, ohne auf die vollständige Entladung warten zu müssen. Wie Sie sehen, unterscheiden sich die Geräte in diesem Parameter nicht voneinander.

Zweitens beeinflusst Eisen die Autonomie. Hier besteht natürlich ein direkter Zusammenhang: Je leistungsfähiger das Gerät, desto mehr Milliampere sollte der Akku enthalten. Beispielsweise hält das Nokia 3210 mit seinem 1250-mAh-Akku eine Woche ohne Aufladen durch, während das Nexus 6 mit 3220 mAh kaum einen Tag durchhält.

Der Bildschirm ist ein weiterer großer Energieverbraucher. Dabei ist hervorzuheben, dass die Display-Herstellungstechnologie eine Schlüsselrolle spielt. IPS-Bildschirme erfordern viel mehr als Super AMOLED, die sehr energieeffizient sind, wenn die Farbe des Bildschirms überwiegend schwarz ist, während IPS Schwarz wie jede andere Farbe erkennt. Auflösung und Helligkeit sollten ebenfalls nicht außer Acht gelassen werden.

Auf der anderen Seite, Software, oder besser gesagt Optimierung, ist nicht weniger wichtiger Parameter, die die Autonomie eines bestimmten Geräts bestimmt. Alle Arten von Muscheln, die Samsung und HTC so lieben, sind unnötig Hintergrundprozesse und Dienstleistungen wirken sich negativ auf die Anzahl der verbleibenden Stunden aus. Der Fairness halber ist jedoch anzumerken, dass Samsung und Sony in ihre Software spezielle Dienstprogramme zur Optimierung und Energieeinsparung integrieren, die den Verbrauch kompensieren.

Und schließlich benötigt auch das Herzstück eines jeden elektronischen Digitalgeräts, der Prozessor, ausreichend Leistung.

mAh bedeutet also nichts, es sei denn, Sie sehen sich die restlichen technischen Daten des Geräts an. Vergessen Sie beim Kauf generell nicht, sich auch mit dem Bildschirm, der Soft- und Hardware vertraut zu machen, um sich ein vollständiges Bild der Akkulaufzeit zu machen.

Basierend auf Materialien von AndroidPIT

Den modernen Komfort unseres Lebens verdanken wir dem elektrischen Strom. Es beleuchtet unsere Häuser, erzeugt Strahlung im sichtbaren Bereich von Lichtwellen, kocht und erhitzt Lebensmittel in einer Vielzahl von Geräten wie Elektroherden, Mikrowellenherden und Toastern und erspart uns die Suche nach Brennstoff für das Feuer. Dank dessen bewegen wir uns schnell in der horizontalen Ebene in elektrischen Zügen, U-Bahnen und Zügen und in der vertikalen Ebene auf Rolltreppen und in Aufzugskabinen. Die Wärme und Behaglichkeit in unseren Häusern verdanken wir dem elektrischen Strom, der in Klimaanlagen, Ventilatoren und Elektroheizungen fließt. Eine Vielzahl von elektrischen Maschinen, die mit elektrischem Strom betrieben werden, erleichtern uns die Arbeit, sowohl zu Hause als auch am Arbeitsplatz. Wir leben tatsächlich im Zeitalter der Elektrizität, denn dank elektrischem Strom funktionieren unsere Computer und Smartphones, das Internet, das Fernsehen und andere intelligente Geräte. elektronische Geräte. Nicht umsonst investiert die Menschheit so viel Aufwand in die Stromerzeugung in Wärme-, Kern- und Wasserkraftwerken – Strom an sich ist die bequemste Energieform.

Egal wie paradox es klingen mag, aber Ideen praktischer Nutzen Elektrischer Strom war einer der ersten, der vom konservativsten Teil der Gesellschaft, den Marineoffizieren, übernommen wurde. Es ist klar, dass es schwierig war, in dieser geschlossenen Kaste an die Spitze zu gelangen; es war schwierig, den Admiralen, die als Schiffsjungen in der Segelflotte begannen, die Notwendigkeit zu beweisen, auf Ganzmetallschiffe mit Dampfmaschinen umzusteigen Nachwuchsoffiziere setzten stets auf Innovationen. Es war der Erfolg des Einsatzes von Feuerschiffen während des Russisch-Türkischen Krieges im Jahr 1770, der über den Ausgang der Schlacht in der Tschesmenbucht entschied und die Frage aufwarf, Häfen nicht nur mit Küstenbatterien, sondern auch mit moderneren Mitteln zu schützen Verteidigung damals - Minenfelder.

Die Entwicklung von Unterwasserminen verschiedener Systeme erfolgte seit Beginn des 19. Jahrhunderts; die erfolgreichsten Entwürfe waren autonome Minen, die mit Strom betrieben wurden. In den 70ern Im 19. Jahrhundert erfand der deutsche Physiker Heinrich Hertz ein Gerät zur elektrischen Sprengung von Ankerminen mit einer Einsatztiefe von bis zu 40 m. Seine Modifikationen sind uns aus historischen Filmen zu Marinethemen bekannt – das ist die berüchtigte „Gehörnte“. Mine, bei der das Bleihorn, das eine mit Elektrolyt gefüllte Ampulle enthielt, beim Kontakt mit dem Schiffsrumpf zerdrückt wurde, wodurch eine einfache Batterie zu arbeiten begann, deren Energie ausreichte, um die Mine zur Detonation zu bringen .

Die Seeleute erkannten als erste das Potenzial der damals noch unvollkommenen leistungsstarken Lichtquellen – Modifikationen von Jablotschkow-Kerzen, bei denen die Lichtquelle ein Lichtbogen und eine glühend heiße positive Kohlenstoffelektrode waren – für den Einsatz bei der Signalisierung und Beleuchtung des Schlachtfeldes. Der Einsatz von Suchscheinwerfern verschaffte der Seite, die sie in Nachtschlachten einsetzte oder sie einfach als Signalmittel zur Übermittlung von Informationen und zur Koordinierung der Aktionen von Marineformationen einsetzte, einen überwältigenden Vorteil. Und ausgestattet leistungsstarke Scheinwerfer Leuchttürme erleichterten die Navigation in gefährlichen Küstengewässern.

Es ist nicht verwunderlich, dass es die Flotte war, die diese Methoden mit Bravour übernahm drahtlose Übertragung Informationen - den Matrosen war das nicht peinlich große Größen die ersten Radiosender, da die Räumlichkeiten der Schiffe die Unterbringung solch fortschrittlicher, wenn auch damals sehr umständlicher Kommunikationsgeräte ermöglichten.

Elektrische Maschinen trugen dazu bei, das Laden von Schiffsgeschützen zu vereinfachen, und elektrische Antriebseinheiten zum Drehen von Geschütztürmen erhöhten die Manövrierfähigkeit von Kanonenangriffen. Über den Schiffstelegraphen übermittelte Befehle erhöhten die Effizienz der Interaktion zwischen dem gesamten Team, was bei Kampfhandlungen einen erheblichen Vorteil verschaffte.

Der schrecklichste Einsatz von elektrischem Strom in der Geschichte der Marine war der Einsatz dieselelektrischer U-Boote der U-Klasse durch das Dritte Reich. Die U-Boote von Hitlers „Wolfsrudel“ versenkten viele Schiffe der alliierten Transportflotte – man erinnere sich nur an das traurige Schicksal des Konvois PQ-17.

Britischen Seeleuten gelang es, mehrere Kopien der Verschlüsselungsmaschinen Enigma (Riddle) zu beschaffen, und der britische Geheimdienst konnte ihren Code erfolgreich entschlüsseln. Einer der prominenten Wissenschaftler, die daran gearbeitet haben, ist Alan Turing, bekannt für seine Beiträge zu den Grundlagen der Informatik. Durch den Zugang zu den Funkmeldungen von Admiral Dönitz konnten die alliierte Marine und die Küstenluftwaffe das Wolfsrudel an die Küsten Norwegens, Deutschlands und Dänemarks zurücktreiben, so dass sich die U-Boot-Einsätze ab 1943 auf kurzfristige Angriffe beschränkten.

Hitler plante, seine U-Boote für Angriffe auf die Ostküste der USA mit V-2-Raketen auszurüsten. Glücklicherweise verhinderten schnelle Angriffe der Alliierten an der West- und Ostfront die Verwirklichung dieser Pläne.

Eine moderne Flotte ist ohne Flugzeugträger und Atom-U-Boote undenkbar, deren Energieunabhängigkeit durch Kernreaktoren gewährleistet wird, die Dampftechnologien des 19. Jahrhunderts, Elektrizitätstechnologien des 20. Jahrhunderts und Nukleartechnologien des 21. Jahrhunderts erfolgreich kombinieren. Kernreaktoren erzeugen genug Strom, um eine ganze Stadt mit Strom zu versorgen.

Darüber hinaus haben sich Seeleute wieder der Elektrizität zugewandt und testen den Einsatz von Railguns – elektrischen Geschützen zum Abfeuern kinetischer Projektile mit enormer Zerstörungskraft.

Historischer Hintergrund

Mit dem Aufkommen zuverlässiger elektrochemischer Quellen Gleichstrom, entwickelt vom italienischen Physiker Alessandro Volta, einer ganzen Galaxie wunderbarer Wissenschaftler verschiedene Länder beschäftigt sich mit der Untersuchung von Phänomenen im Zusammenhang mit elektrischem Strom und der Entwicklung seiner praktischen Anwendung in vielen Bereichen der Wissenschaft und Technologie. Es genügt, an den deutschen Wissenschaftler Georg Ohm zu erinnern, der das Gesetz des Stromflusses für einen elementaren Stromkreis formulierte; der deutsche Physiker Gustav Robert Kirchhoff, der Methoden zur Berechnung komplexer Stromkreise entwickelte; Der französische Physiker Andre Marie Ampere, der das Wechselwirkungsgesetz für konstante elektrische Ströme entdeckte. Die Arbeiten des englischen Physikers James Prescott Joule und des russischen Wissenschaftlers Emil Christianovich Lenz führten unabhängig voneinander zur Entdeckung des Gesetzes der quantitativen Bewertung der thermischen Wirkung von elektrischem Strom.

Eine Weiterentwicklung der Untersuchung der Eigenschaften des elektrischen Stroms war die Arbeit des britischen Physikers James Clarke Maxwell, der die Grundlagen der modernen Elektrodynamik legte, die heute als Maxwell-Gleichungen bekannt sind. Maxwell entwickelte auch die elektromagnetische Theorie des Lichts und sagte viele Phänomene voraus (elektromagnetische Wellen, Druck). elektromagnetische Strahlung). Später bestätigte der deutsche Wissenschaftler Heinrich Rudolf Hertz experimentell die Existenz elektromagnetischer Wellen; Seine Arbeiten zur Untersuchung der Reflexion, Interferenz, Beugung und Polarisation elektromagnetischer Wellen bildeten die Grundlage für die Entwicklung des Radios.

Die Arbeit der französischen Physiker Jean-Baptiste Biot und Felix Savard, die experimentell die Erscheinungsformen des Magnetismus beim Fließen von Gleichstrom entdeckten, und des bemerkenswerten französischen Mathematikers Pierre-Simon Laplace, der ihre Ergebnisse in Form eines mathematischen Gesetzes verallgemeinerte, für die verband erstmals die beiden Seiten eines Phänomens und legte damit den Grundstein für den Elektromagnetismus. Die Nachfolge dieser Wissenschaftler übernahm der brillante britische Physiker Michael Faraday, der das Phänomen der elektromagnetischen Induktion entdeckte und den Grundstein für die moderne Elektrotechnik legte.

Einen großen Beitrag zur Erklärung der Natur des elektrischen Stroms leistete der niederländische theoretische Physiker Hendrik Anton Lorentz, der die klassische elektronische Theorie entwickelte und einen Ausdruck für die Kraft erhielt, die aus dem elektromagnetischen Feld auf eine sich bewegende Ladung einwirkt.

Elektrischer Strom. Definitionen

Elektrischer Strom ist die gerichtete (geordnete) Bewegung geladener Teilchen. Aus diesem Grund wird Strom als die Anzahl der Ladungen definiert, die pro Zeiteinheit durch den Querschnitt eines Leiters fließen:

I = q / t wobei q die Ladung in Coulomb, t die Zeit in Sekunden und I der Strom in Ampere ist

Eine andere Definition des elektrischen Stroms hängt mit den Eigenschaften von Leitern zusammen und wird durch das Ohmsche Gesetz beschrieben:

I = U/R, wobei U die Spannung in Volt, R der Widerstand in Ohm und I der Strom in Ampere ist

Elektrischer Strom wird in Ampere (A) und seinen dezimalen Vielfachen und Teilern gemessen – Nanoampere (Milliardstel Ampere, nA), Mikroampere (Millionstel Ampere, μA), Milliampere (Tausendstel Ampere, mA), Kiloampere (Tausende). Ampere, kA) und Megaampere (Millionen Ampere, MA).

Die Größe des Stroms im SI-System ist definiert als

[A] = [Cl] / [Sek]

Merkmale des elektrischen Stromflusses in verschiedenen Umgebungen. Physik der Phänomene

Elektrischer Strom in Festkörpern: Metalle, Halbleiter und Dielektrika

Bei der Betrachtung der Frage des Stromflusses muss das Vorhandensein verschiedener Stromträger – Elementarladungen – berücksichtigt werden, die für einen bestimmten physikalischen Zustand eines Stoffes charakteristisch sind. Der Stoff selbst kann fest, flüssig oder gasförmig sein. Ein einzigartiges Beispiel für solche Zustände, die unter normalen Bedingungen beobachtet werden, ist der Zustand von Dihydrogenmonoxid, oder mit anderen Worten Hydrogenhydroxid, oder einfach gewöhnliches Wasser. Seine feste Phase beobachten wir, wenn wir Eisstücke aus dem Gefrierschrank nehmen, um Getränke, die meist auf flüssigem Wasser basieren, zu kühlen. Und wenn wir Tee oder Instantkaffee zubereiten, gießen wir kochendes Wasser darüber, und die Bereitschaft des letzteren wird durch das Auftreten eines Nebels kontrolliert, der aus Wassertröpfchen besteht, die in der kalten Luft aus gasförmigem Wasserdampf kondensieren, der aus dem Ausguss austritt der Wasserkocher.

Es gibt auch einen vierten Zustand der Materie, genannt Plasma, der die oberen Schichten von Sternen, die Ionosphäre der Erde, Flammen, Lichtbögen und Materie ausmacht Leuchtstofflampen. Hochtemperaturplasma lässt sich in terrestrischen Laboren nur schwer reproduzieren, da dafür sehr hohe Temperaturen erforderlich sind – mehr als 1.000.000 K.

Aus struktureller Sicht werden Feststoffe in kristalline und amorphe unterteilt. Kristalline Stoffe haben eine geordnete geometrische Struktur; Atome oder Moleküle einer solchen Substanz bilden eigentümliche volumetrische oder flache Gitter; Zu den kristallinen Materialien zählen Metalle, deren Legierungen und Halbleiter. Dasselbe Wasser in Form von Schneeflocken (Kristalle verschiedener, sich nicht wiederholender Formen) veranschaulicht perfekt die Idee kristalliner Substanzen. Amorphe Stoffe haben kein Kristallgitter; Dieser Aufbau ist typisch für Dielektrika.

Unter normalen Bedingungen fließt Strom in festen Materialien aufgrund der Bewegung freier Elektronen, die aus den Valenzelektronen von Atomen gebildet werden. Aus der Sicht des Verhaltens von Materialien beim Durchfließen von elektrischem Strom werden letztere in Leiter, Halbleiter und Isolatoren unterteilt. Die Eigenschaften verschiedener Materialien werden gemäß der Bandtheorie der Leitfähigkeit durch die Breite der Bandlücke bestimmt, in der sich Elektronen nicht befinden können. Isolatoren haben die größte Bandlücke und erreichen manchmal 15 eV. Beim absoluten Nullpunkt haben Isolatoren und Halbleiter keine Elektronen im Leitungsband, bei Raumtemperatur wird jedoch aufgrund der thermischen Energie bereits eine bestimmte Anzahl Elektronen aus dem Valenzband geschlagen. In Leitern (Metallen) überlappen sich Leitungsband und Valenzband, daher gibt es bei der absoluten Nulltemperatur eine ziemlich große Anzahl von Elektronen – Stromleiter, die bei höheren Temperaturen der Materialien bis zu ihrem vollständigen Schmelzen bestehen bleiben. Halbleiter haben kleine Bandlücken und ihre Fähigkeit, elektrischen Strom zu leiten, hängt stark von Temperatur, Strahlung und anderen Faktoren sowie dem Vorhandensein von Verunreinigungen ab.

Ein separater Fall ist der Fluss von elektrischem Strom durch sogenannte Supraleiter – Materialien, die dem Stromfluss keinen Widerstand entgegensetzen. Die Leitungselektronen solcher Materialien bilden Ensembles von Teilchen, die aufgrund von Quanteneffekten miteinander verbunden sind.

Isolatoren leiten Strom, wie der Name schon sagt, äußerst schlecht. Diese Eigenschaft von Isolatoren wird genutzt, um den Stromfluss zwischen leitenden Oberflächen unterschiedlicher Materialien zu begrenzen.

Zusätzlich zum Vorhandensein von Strömen in Leitern mit konstantem Magnetfeld in Gegenwart Wechselstrom und dem damit verbundenen magnetischen Wechselfeld entstehen im Zusammenhang mit dessen Veränderung Effekte oder sogenannte „Wirbelströme“, auch Foucault-Ströme genannt. Je schneller sich der magnetische Fluss ändert, desto stärker sind die Wirbelströme, die nicht entlang bestimmter Bahnen in den Drähten fließen, sondern sich im Leiter schließen und Wirbelkreise bilden.

Wirbelströme weisen einen Skin-Effekt auf, was bedeutet, dass sich elektrischer Wechselstrom und magnetischer Fluss hauptsächlich in der Oberflächenschicht des Leiters ausbreiten, was zu Energieverlusten führt. Um Energieverluste durch Wirbelströme zu reduzieren, wird die Aufteilung von Wechselstrom-Magnetkernen in separate, elektrisch isolierte Platten eingesetzt.

Elektrischer Strom in Flüssigkeiten (Elektrolyten)

Alle Flüssigkeiten sind in gewissem Maße in der Lage, elektrischen Strom zu leiten, wenn eine elektrische Spannung angelegt wird. Solche Flüssigkeiten werden Elektrolyte genannt. Die Stromträger in ihnen sind positiv und negativ geladene Ionen – Kationen bzw. Anionen, die aufgrund der elektrolytischen Dissoziation in einer Stofflösung vorliegen. Der Strom in Elektrolyten aufgrund der Bewegung von Ionen geht im Gegensatz zum Strom aufgrund der Bewegung von Elektronen, der für Metalle charakteristisch ist, mit der Übertragung von Substanzen auf die Elektroden unter Bildung neuer chemischer Verbindungen in deren Nähe oder deren Ablagerung einher diese Substanzen oder neue Verbindungen auf den Elektroden.

Dieses Phänomen legte den Grundstein für die moderne Elektrochemie, indem es quantitative Bestimmungen von Grammäquivalenten verschiedener chemischer Substanzen ermöglichte und so die anorganische Chemie zu einer exakten Wissenschaft machte. Die Weiterentwicklung der Chemie der Elektrolyte ermöglichte die Schaffung einmal aufladbarer und wiederaufladbarer chemischer Stromquellen (Trockenbatterien, Akkumulatoren und Brennstoffzellen), was wiederum der Entwicklung der Technologie enorme Impulse gab. Sie müssen nur unter die Motorhaube Ihres Autos schauen, um das Ergebnis der Bemühungen von Generationen von Wissenschaftlern und Chemieingenieuren in Form einer Autobatterie zu sehen.

Eine Vielzahl technologischer Prozesse, die auf dem Stromfluss in Elektrolyten basieren, ermöglichen nicht nur, den Endprodukten ein beeindruckendes Aussehen zu verleihen (Verchromung und Vernickelung), sondern sie auch vor Korrosion zu schützen. Elektrochemische Abscheidungs- und elektrochemische Ätzverfahren bilden die Grundlage der modernen Elektronikfertigung. Heutzutage sind dies die am weitesten verbreiteten technologischen Verfahren; die Anzahl der mit diesen Technologien hergestellten Komponenten beläuft sich auf mehrere zehn Milliarden Einheiten pro Jahr.

Elektrischer Strom in Gasen

Elektrischer Strom in Gasen beruht auf der Anwesenheit freier Elektronen und Ionen in ihnen. Gase zeichnen sich aufgrund ihrer Verdünnung durch eine lange Weglänge vor Kollisionen von Molekülen und Ionen aus; Aus diesem Grund ist der Stromfluss durch sie unter normalen Bedingungen relativ schwierig. Das Gleiche gilt auch für Gasgemische. Ein natürliches Gasgemisch ist atmosphärische Luft, die in der Elektrotechnik als guter Isolator gilt. Dies ist auch typisch für andere Gase und deren Gemische unter normalen physikalischen Bedingungen.

Der Stromfluss in Gasen hängt stark von verschiedenen physikalischen Faktoren wie Druck, Temperatur und Gemischzusammensetzung ab. Darüber hinaus wirken verschiedene Arten ionisierender Strahlung. So erhalten Gase zum Beispiel unter Einwirkung von Ultraviolett- oder Röntgenstrahlen, unter dem Einfluss von Kathoden- oder Anodenpartikeln oder von Partikeln, die von radioaktiven Stoffen emittiert werden, oder schließlich unter dem Einfluss hoher Temperaturen die Eigenschaft, den Strom besser zu leiten aktuell.

Der endotherme Prozess der Ionenbildung infolge der Energieaufnahme durch elektrisch neutrale Atome oder Gasmoleküle wird als Ionisierung bezeichnet. Nachdem sie ausreichend Energie erhalten haben, verlassen ein Elektron oder mehrere Elektronen der äußeren Elektronenhülle unter Überwindung der Potentialbarriere das Atom oder Molekül und werden zu freien Elektronen. Das Atom oder Molekül des Gases wird zu positiv geladenen Ionen. Freie Elektronen können sich an neutrale Atome oder Moleküle binden und so negativ geladene Ionen bilden. Positive Ionen können bei Kollision freie Elektronen zurückgewinnen und werden dadurch wieder elektrisch neutral. Dieser Vorgang wird Rekombination genannt.

Der Stromdurchgang durch ein gasförmiges Medium geht mit einer Zustandsänderung des Gases einher, die die komplexe Natur der Abhängigkeit des Stroms von der angelegten Spannung bestimmt und im Allgemeinen nur bei niedrigen Strömen dem Ohmschen Gesetz gehorcht.

Es gibt nicht selbsterhaltende und unabhängige Entladungen in Gasen. Bei einer nicht selbsterhaltenden Entladung existiert der Strom im Gas nur in Gegenwart externer ionisierender Faktoren; wenn diese nicht vorhanden sind, gibt es keinen nennenswerten Strom im Gas. Bei einer Selbstentladung bleibt der Strom aufgrund der Stoßionisation neutraler Atome und Moleküle beim Zusammenstoß mit freien Elektronen und durch das elektrische Feld beschleunigten Ionen auch nach Entfernung äußerer ionisierender Einflüsse erhalten.

Eine nicht selbsterhaltende Entladung mit einer kleinen Potentialdifferenz zwischen Anode und Kathode in einem Gas wird als stille Entladung bezeichnet. Mit steigender Spannung steigt zunächst die Stromstärke proportional zur Spannung (Abschnitt OA zur Strom-Spannungs-Kennlinie einer stillen Entladung), dann verlangsamt sich der Stromanstieg (Abschnitt der AB-Kurve). Wenn alle unter dem Einfluss des Ionisators erzeugten Partikel gleichzeitig zur Kathode und Anode gelangen, steigt der Strom nicht mit zunehmender Spannung (Abschnitt des BC-Diagramms). Bei weiterem Spannungsanstieg steigt der Strom wieder an und aus der stillen Entladung wird eine nicht selbsterhaltende Lawinenentladung. Eine Art nicht selbsterhaltende Entladung ist die Glimmentladung, die in Gasentladungslampen Licht unterschiedlicher Farbe und für verschiedene Zwecke erzeugt.

Der Übergang einer nicht selbsterhaltenden elektrischen Entladung in einem Gas in eine selbsterhaltende Entladung ist durch einen starken Stromanstieg gekennzeichnet (Punkt E auf der Strom-Spannungs-Kennlinie). Dies wird als elektrischer Gasdurchschlag bezeichnet.

Alle oben genannten Entladungsarten beziehen sich auf stationäre Entladungsarten, deren Hauptmerkmale nicht von der Zeit abhängen. Neben stationären Entladungen gibt es transiente Entladungen, die meist in starken inhomogenen elektrischen Feldern entstehen, beispielsweise in der Nähe von spitzen und gekrümmten Oberflächen von Leitern und Elektroden. Es gibt zwei Arten von transienten Entladungen: Korona- und Funkenentladungen.

Bei einer Koronaentladung führt die Ionisierung nicht zum Durchschlag; es handelt sich lediglich um einen sich wiederholenden Prozess der Zündung einer nicht selbsterhaltenden Entladung in einem begrenzten Raum in der Nähe der Leiter. Ein Beispiel für eine Koronaentladung ist das Leuchten atmosphärischer Luft in der Nähe hochgelegener Antennen, Blitzableiter oder Hochspannungsleitungen. Das Auftreten von Koronaentladungen auf Stromleitungen führt zu Stromverlusten. In früheren Zeiten war dieses Leuchten auf den Mastspitzen den Seeleuten der Segelflotte als die Lichter von St. Elmo bekannt. Koronaentladung wird in Laserdruckern und elektrografischen Kopierern verwendet, wo sie durch ein Korotron – einen Metalldraht, an den sie angelegt wird – gebildet wird Hochspannung. Dies ist notwendig, um das Gas zu ionisieren und die lichtempfindliche Trommel aufzuladen. In diesem Fall ist eine Koronaentladung von Vorteil.

Eine Funkenentladung führt im Gegensatz zu einer Koronaentladung zum Zusammenbruch und hat das Aussehen von intermittierenden hellen, verzweigten Fäden – Kanälen, die mit ionisiertem Gas gefüllt sind, die erscheinen und verschwinden, begleitet von der Freisetzung einer großen Wärmemenge und einem hellen Leuchten. Ein Beispiel für eine natürliche Funkenentladung ist der Blitz, bei dem der Strom mehrere zehn Kiloampere erreichen kann. Der Entstehung des Blitzes selbst geht die Bildung eines Leitungskanals voraus, des sogenannten absteigenden „dunklen“ Anführers, der zusammen mit dem induzierten aufsteigenden Anführer einen leitenden Kanal bildet. Ein Blitz ist normalerweise eine Mehrfachfunkenentladung im gebildeten Leitungskanal. Eine leistungsstarke Funkenentladung hat ihre technische Anwendung auch in kompakten Blitzgeräten gefunden, bei denen die Entladung zwischen den Elektroden eines Quarzglasrohrs erfolgt, das mit einer Mischung ionisierter Edelgase gefüllt ist.

Der über einen längeren Zeitraum anhaltende Gasabbau wird als Lichtbogenentladung bezeichnet und wird in der Schweißtechnik eingesetzt, die den Grundstein für die Technologie zur Herstellung von Stahlkonstruktionen unserer Zeit bildet, von Wolkenkratzern über Flugzeugträger bis hin zu Autos. Es wird sowohl zum Schweißen als auch zum Schneiden von Metallen verwendet. Der Unterschied in den Prozessen ist auf die Stärke des fließenden Stroms zurückzuführen. Bei relativ niedrigeren Stromwerten kommt es zum Metallschweißen; bei höheren Lichtbogenentladungsstromwerten kommt es zum Metallschneiden, da geschmolzenes Metall unter dem Lichtbogen mit verschiedenen Methoden entfernt wird.

Eine weitere Anwendung der Lichtbogenentladung in Gasen ist Gasentladungslampen Beleuchtung, die die Dunkelheit auf unseren Straßen, Plätzen und Stadien zerstreut (Natriumlampen) oder Auto-Halogenlampen, die mittlerweile herkömmliche Glühlampen in Autoscheinwerfern ersetzt haben.

Elektrischer Strom im Vakuum

Vakuum ist ein ideales Dielektrikum, daher ist elektrischer Strom im Vakuum nur in Gegenwart freier Ladungsträger in Form von Elektronen oder Ionen möglich, die durch thermische oder Photoemission oder andere Methoden erzeugt werden.

Die Hauptmethode zur Stromerzeugung im Vakuum durch Elektronen ist die Methode der thermionischen Elektronenemission durch Metalle. Um die erhitzte Elektrode, die sogenannte Kathode, bildet sich eine Wolke freier Elektronen, die in Gegenwart einer zweiten Elektrode, der sogenannten Anode, für den Fluss des elektrischen Stroms sorgen, sofern zwischen ihnen eine entsprechende Spannung der erforderlichen Polarität anliegt. Solche elektrischen Vakuumgeräte werden Dioden genannt und haben die Eigenschaft, den Strom in eine Richtung zu leiten und sich bei Spannungsumkehr auszuschalten. Diese Eigenschaft wird genutzt, um Wechselstrom durch ein Diodensystem in einen gepulsten Gleichstrom umzuwandeln.

Durch das Hinzufügen einer zusätzlichen Elektrode, eines sogenannten Gitters, die sich in der Nähe der Kathode befindet, können Sie ein Triodenverstärkungselement erhalten, bei dem Sie durch kleine Spannungsänderungen am Gitter relativ zur Kathode erhebliche Änderungen im fließenden Strom erzielen können , dementsprechend erhebliche Änderungen der Spannung an der Last, die in Reihe mit der Lampe relativ zur Stromquelle geschaltet ist, die zur Verstärkung verschiedener Signale verwendet wird.

Der Einsatz von Elektrovakuumgeräten in Form von Trioden und Geräten mit einer großen Anzahl von Gittern für verschiedene Zwecke (Tetroden, Pentoden und sogar Heptoden) revolutionierte die Erzeugung und Verstärkung von Hochfrequenzsignalen und führte zur Entstehung moderne Systeme Rundfunk- und Fernsehsendungen.

Historisch gesehen war die Entwicklung des Rundfunks die erste, da die Methoden zur Umwandlung relativ niederfrequenter Signale und deren Übertragung sowie die Schaltung von Empfangsgeräten mit Verstärkung und Umwandlung von Radiofrequenzen und deren Umwandlung in ein akustisches Signal relativ waren einfach.

Bei der Herstellung von Fernsehgeräten wurden elektrische Vakuumgeräte zur Umwandlung optischer Signale verwendet – Ikonoskope, bei denen Elektronen aufgrund der Photoemission von einfallendem Licht emittiert wurden. Die weitere Verstärkung des Signals erfolgte durch Verstärker Vakuumröhren. Zur Rückwandlung des Fernsehsignals wurden Bildröhren verwendet, die durch die Fluoreszenz des Bildschirmmaterials unter dem Einfluss von Elektronen, die unter dem Einfluss einer Beschleunigungsspannung auf hohe Energien beschleunigt wurden, ein Bild erzeugten. Ein synchronisiertes System zum Lesen von Ikonoskopsignalen und ein Bildscansystem für Bildröhren erzeugten ein Fernsehbild. Die ersten Bildröhren waren monochrom.

Anschließend wurden Farbfernsehsysteme geschaffen, bei denen Ikonoskope, die Bilder lesen, nur auf ihre eigene Farbe (Rot, Blau oder Grün) reagierten. Die emittierenden Elemente von Bildröhren (Farbleuchtstoff) emittierten aufgrund des von den sogenannten „Elektronenkanonen“ erzeugten Stromflusses, der auf das Eindringen beschleunigter Elektronen in sie reagierte, Licht in einem bestimmten Bereich entsprechender Intensität. Um sicherzustellen, dass die Strahlen der Kanonen jeder Farbe auf ihren eigenen Leuchtstoff treffen, wurden spezielle Abschirmmasken verwendet.

Moderne Fernseh- und Rundfunkgeräte basieren auf fortschrittlicheren Elementen mit geringerem Stromverbrauch – Halbleitern.

Eine der am weitesten verbreiteten Methoden zur Aufnahme von Bildern innerer Organe ist die Fluoroskopie-Methode, bei der die von der Kathode emittierten Elektronen eine so starke Beschleunigung erfahren, dass sie beim Auftreffen auf die Anode Röntgenstrahlen erzeugen, die die Weichteile der Organe durchdringen können menschlicher Körper. Röntgenaufnahmen liefern Ärzten einzigartige Informationen über Knochenschäden, den Zustand der Zähne und einiger innerer Organe und offenbaren sogar eine so schwere Krankheit wie Lungenkrebs.

Im Allgemeinen haben elektrische Ströme, die durch die Bewegung von Elektronen im Vakuum entstehen, ein breites Anwendungsspektrum, zu dem alle Radioröhren, Beschleuniger für geladene Teilchen, Massenspektrometer, Elektronenmikroskope und Ultrahochfrequenz-Vakuumgeneratoren in Form von Reisen gehören Wellenröhren, Klystrons und Magnetrons. Es sind übrigens Magnetrons, die unsere Lebensmittel in Mikrowellenherden erhitzen oder garen.

In jüngster Zeit hat die Technologie des Aufbringens von Filmbeschichtungen im Vakuum, die sowohl die Rolle einer schützenden und dekorativen als auch einer funktionellen Beschichtung spielt, große Bedeutung erlangt. Als solche Beschichtungen werden Beschichtungen mit Metallen und deren Legierungen sowie deren Verbindungen mit Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff eingesetzt. Solche Beschichtungen verändern die elektrischen, optischen, mechanischen, magnetischen, Korrosions- und katalytischen Eigenschaften der zu beschichtenden Oberflächen oder vereinen mehrere Eigenschaften auf einmal.

Die komplexe chemische Zusammensetzung von Beschichtungen kann nur mit der Technik des Ionensputterns im Vakuum erhalten werden, zu deren Varianten das Kathodenzerstäuben oder seine industrielle Modifikation – das Magnetronsputtern – gehört. Letztlich nämlich elektrischer Strom Durch Ionen lagert es Bestandteile auf der abgelagerten Oberfläche ab und verleiht ihr so neue Eigenschaften.

Auf diese Weise ist es möglich, sogenannte ionisch-reaktive Beschichtungen (Filme aus Nitriden, Karbiden, Metalloxiden) zu erhalten, die einen Komplex außergewöhnlicher mechanischer, thermophysikalischer und optischer Eigenschaften (mit hoher Härte, Verschleißfestigkeit, elektrischer usw.) aufweisen Wärmeleitfähigkeit, optische Dichte), die mit anderen Methoden nicht ermittelt werden kann.

Elektrischer Strom in Biologie und Medizin

Das Wissen über das Verhalten von Strömen in biologischen Objekten bietet Biologen und Ärzten eine leistungsstarke Methode für Forschung, Diagnose und Behandlung.

Aus elektrochemischer Sicht enthalten alle biologischen Objekte Elektrolyte, unabhängig von den Strukturmerkmalen des jeweiligen Objekts.

Bei der Betrachtung des Stromflusses durch biologische Objekte muss deren Zellstruktur berücksichtigt werden. Ein wesentliches Element der Zelle ist die Zellmembran – die äußere Hülle, die die Zelle aufgrund ihrer selektiven Durchlässigkeit für verschiedene Substanzen vor den Auswirkungen schädlicher Umweltfaktoren schützt. Aus physikalischer Sicht kann man sich eine Zellmembran als Parallelschaltung eines Kondensators und mehrerer in Reihe geschalteter Ketten einer Stromquelle und eines Widerstands vorstellen. Dadurch wird die Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit eines biologischen Materials von der Frequenz der angelegten Spannung und der Form seiner Schwingungen vorgegeben.

Biologisches Gewebe besteht aus Zellen des Organs selbst, Interzellularflüssigkeit (Lymphe), Blutgefäßen und Nervenzellen. Letztere reagieren auf den Einfluss von elektrischem Strom mit Erregung, wodurch sich die Muskeln und Blutgefäße des Tieres zusammenziehen und entspannen. Es ist zu beachten, dass der Stromfluss in biologischem Gewebe nichtlinear ist.

Ein klassisches Beispiel für die Wirkung von elektrischem Strom auf ein biologisches Objekt sind die Experimente des italienischen Arztes, Anatomen, Physiologen und Physikers Luigi Galvani, der zu einem der Begründer der Elektrophysiologie wurde. In seinen Experimenten führte das Leiten eines elektrischen Stroms durch die Nerven eines Froschschenkels zu Muskelkontraktionen und Zuckungen des Beins. Im Jahr 1791 wurde Galvanis berühmte Entdeckung in seiner Abhandlung über die Kräfte der Elektrizität in der Muskelbewegung beschrieben. Die von Galvani entdeckten Phänomene selbst für eine lange Zeit in Lehrbüchern und wissenschaftlichen Artikeln wurden sie als „Galvanismus“ bezeichnet. Dieser Begriff ist noch in den Namen einiger Geräte und Prozesse erhalten.

Die Weiterentwicklung der Elektrophysiologie steht in engem Zusammenhang mit der Neurophysiologie. Im Jahr 1875 zeigten der englische Chirurg und Physiologe Richard Caton und der russische Physiologe V. Ya Danilevsky, dass das Gehirn ein Generator elektrischer Aktivität ist, das heißt, es wurden Gehirnbioströme entdeckt.

Biologische Objekte erzeugen im Laufe ihrer Lebensaktivitäten nicht nur Mikroströme, sondern auch große Spannungen und Ströme. Viel früher als Galvani bewies der englische Anatom John Walsh die elektrische Natur des Stachelrochenschlags, und der schottische Chirurg und Anatom John Hunter gab eine genaue Beschreibung des elektrischen Organs dieses Tieres. Die Forschungen von Walsh und Hunter wurden 1773 veröffentlicht.

In der modernen Biologie und Medizin werden verschiedene Methoden zur Untersuchung lebender Organismen eingesetzt, sowohl invasive als auch nicht-invasive.

Ein klassisches Beispiel für invasive Methoden ist eine Laborratte, in deren Gehirn eine Reihe von Elektroden implantiert sind, die durch Labyrinthe rennt oder andere von Wissenschaftlern gestellte Probleme löst.

Zu den nicht-invasiven Methoden gehören bekannte Untersuchungen wie die Erstellung eines Enzephalogramms oder Elektrokardiogramms. In diesem Fall entfernen Elektroden, die die Bioströme des Herzens oder Gehirns messen, Ströme direkt von der Haut des Probanden. Um den Kontakt mit den Elektroden zu verbessern, wird die Haut mit Kochsalzlösung befeuchtet, einem gut leitenden Elektrolyten.

Neben der Verwendung von elektrischem Strom in der wissenschaftlichen Forschung und technische Kontrolle Zustände verschiedener chemischer Prozesse und Reaktionen, einer der dramatischsten Momente seiner Verwendung, der der breiten Öffentlichkeit bekannt ist, ist der Neustart des „stillstehenden“ Herzens einer Figur in einem modernen Film.

Tatsächlich ist der Fluss eines kurzfristigen Impulses mit erheblicher Stromstärke nur in Einzelfällen in der Lage, einen Herzstillstand auszulösen. Meistens wird der normale Rhythmus aus einem Zustand chaotischer konvulsiver Kontraktionen, dem sogenannten Herzflimmern, wiederhergestellt. Geräte zur Wiederherstellung des normalen Rhythmus der Herzkontraktionen werden Defibrillatoren genannt. Ein moderner automatischer Defibrillator erstellt selbst ein Kardiogramm, stellt das Flimmern der Herzkammern fest und entscheidet selbstständig, ob ein Schock verabreicht wird oder nicht – es kann ausreichen, einen kleinen Triggerimpuls durch das Herz zu leiten. Es gibt einen Trend zur Installation automatischer Defibrillatoren an öffentlichen Orten, wodurch die Zahl der Todesfälle aufgrund eines unerwarteten Herzstillstands erheblich reduziert werden kann.

Praktizierende Notärzte haben keinen Zweifel an der Verwendung der Defibrillation – sie sind darauf trainiert, anhand eines Elektrokardiogramms schnell den körperlichen Zustand eines Patienten zu bestimmen, und treffen eine Entscheidung viel schneller als ein automatischer Defibrillator, der für die breite Öffentlichkeit bestimmt ist.

Es wäre angebracht, künstliche Herzschrittmacher, auch Herzschrittmacher genannt, zu erwähnen. Diese Geräte werden unter die Haut oder unter den Brustmuskel einer Person implantiert und über Elektroden liefert ein solches Gerät Stromimpulse mit einer Spannung von etwa 3 V an das Myokard (Herzmuskel) und stimuliert es normale Arbeit Herzen. Moderne Herzschrittmacher können einen unterbrechungsfreien Betrieb von 6–14 Jahren gewährleisten.

Eigenschaften des elektrischen Stroms, seiner Erzeugung und Anwendung

Elektrischer Strom wird durch Größe und Form charakterisiert. Aufgrund seines zeitlichen Verhaltens unterscheidet man Gleichstrom (der sich zeitlich nicht ändert), aperiodischen Strom (der sich zeitlich zufällig ändert) und Wechselstrom (der sich zeitlich nach einem bestimmten, meist periodischen Gesetz ändert). Manchmal erfordert die Lösung verschiedener Probleme das gleichzeitige Vorhandensein von Gleich- und Wechselstrom. In diesem Fall sprechen wir von Wechselstrom mit Gleichanteil.

Historisch gesehen war das erste, was auftauchte, ein triboelektrischer Stromgenerator, der Strom erzeugte, indem er Wolle an einem Stück Bernstein rieb. Fortschrittlichere Stromgeneratoren dieses Typs werden heute Van-de-Graaff-Generatoren genannt, benannt nach dem Erfinder des ersten technische Lösung solche Maschinen.

Wie oben erwähnt, erfand der italienische Physiker Alessandro Volta einen elektrochemischen Gleichstromgenerator, der zum Vorläufer von Trockenbatterien, wiederaufladbaren Batterien und Brennstoffzellen wurde, die wir noch heute als praktische Stromquellen für eine Vielzahl von Geräten nutzen – von Armbanduhren bis hin zu Smartphones einfach Autobatterien und Traktionsbatterien für Tesla-Elektrofahrzeuge.

Zusätzlich zu diesen Gleichstromgeneratoren gibt es Stromgeneratoren, die auf dem direkten nuklearen Zerfall von Isotopen basieren, und magnetohydrodynamische Stromgeneratoren (MHD-Generatoren), die aufgrund ihrer geringen Leistung, der schwachen technologischen Basis für eine breite Nutzung und aus anderen Gründen bislang nur begrenzten Nutzen haben Gründe. Dennoch werden Radioisotopen-Energiequellen überall dort eingesetzt, wo völlige Autonomie erforderlich ist: im Weltraum, auf Tiefseefahrzeugen und hydroakustischen Stationen, auf Leuchttürmen, Bojen sowie im hohen Norden, in der Arktis und Antarktis.

In der Elektrotechnik werden Stromgeneratoren in Gleichstromgeneratoren und Wechselstromgeneratoren unterteilt.

Alle diese Generatoren basieren auf dem Phänomen der elektromagnetischen Induktion, das 1831 von Michael Faraday entdeckt wurde. Faraday baute den ersten unipolaren Generator mit geringer Leistung, der Gleichstrom erzeugte. Der erste Wechselstromgenerator wurde von einem anonymen Autor unter den lateinischen Initialen R.M. vorgeschlagen. in einem Brief an Faraday im Jahr 1832. Nach der Veröffentlichung des Briefes erhielt Faraday einen Dankesbrief desselben anonymen Autors mit einem Diagramm eines verbesserten Generators aus dem Jahr 1833, der einen zusätzlichen Stahlring (Joch) verwendete, um die magnetischen Flüsse der Wicklungskerne zu schließen.

Allerdings gab es zu dieser Zeit keine Verwendung für Wechselstrom, da alle praktischen Anwendungen der Elektrizität zu dieser Zeit (Bergbauelektrotechnik, Elektrochemie, die neu entstehende elektromagnetische Telegraphie, die ersten Elektromotoren) Gleichstrom erforderten. Daher konzentrierten sich spätere Erfinder auf den Bau von Generatoren, die Gleichstrom liefern, und entwickelten für diese Zwecke verschiedene Schaltgeräte.

Einer der ersten Generatoren, der praktische Anwendung fand, war der magnetoelektrische Generator des russischen Akademikers B. S. Jacobi. Dieser Generator wurde von den galvanischen Teams der russischen Armee übernommen, die damit Minensicherungen zündeten. Verbesserte Modifikationen des Jacobi-Generators werden immer noch verwendet, um Minenladungen aus der Ferne zu aktivieren, was häufig in militärhistorischen Filmen dargestellt wird, in denen Saboteure oder Partisanen Brücken, Züge oder andere Objekte in die Luft sprengen.

Anschließend wurde der Kampf zwischen der Erzeugung von Gleich- oder Wechselstrom mit unterschiedlichem Erfolg unter Erfindern und praktischen Ingenieuren geführt, was zum Höhepunkt der Konfrontation zwischen den Titanen der modernen Elektrizitätsindustrie führte: Thomas Edison einerseits und der General Electric Company andererseits einerseits und Nikola Tesla mit der Firma Westinghouse andererseits. Das mächtige Kapital siegte, und Teslas Entwicklungen auf dem Gebiet der Erzeugung, Übertragung und Umwandlung von Wechselstrom wurden zum nationalen Eigentum der amerikanischen Gesellschaft, was später zu einem großen Teil zur technologischen Dominanz der Vereinigten Staaten beitrug.

Zusätzlich zur eigentlichen Stromerzeugung für verschiedene Bedürfnisse, basierend auf der Umwandlung mechanischer Bewegung in Elektrizität, wurde aufgrund der Reversibilität elektrischer Maschinen die umgekehrte Umwandlung von elektrischem Strom in mechanische Bewegung möglich, realisiert durch Gleich- und Wechselstrom-Elektromotoren . Dies sind vielleicht die gebräuchlichsten Maschinen unserer Zeit, darunter Anlasser für Autos und Motorräder, Antriebe für Industriemaschinen und verschiedene Haushaltsgeräte. Mit verschiedenen Modifikationen solcher Geräte sind wir zu Alleskönnern geworden, wir können hobeln, sägen, bohren und fräsen. Und in unseren Computern drehen sich Festplatten und optische Laufwerke dank Miniatur-Präzisions-Gleichstrommotoren.

Zusätzlich zu den üblichen elektromechanischen Motoren arbeiten Ionenmotoren aufgrund des Flusses von elektrischem Strom und nutzen das Prinzip des Strahlantriebs beim Ausstoß beschleunigter Materieionen. Bisher werden sie hauptsächlich im Weltraum auf Kleinsatelliten eingesetzt, um diese zu starten in die gewünschten Umlaufbahnen. Und die Photonenmotoren des 22. Jahrhunderts, die es bisher nur in der Konstruktion gibt und die unsere zukünftigen interstellaren Schiffe mit Unterlichtgeschwindigkeit befördern werden, werden höchstwahrscheinlich auch mit elektrischem Strom betrieben.

Zu erschaffen elektronische Elemente und bei der Kristallzüchtung für verschiedene Zwecke sind aus technologischen Gründen hochstabile Gleichstromgeneratoren erforderlich. Solche Präzisions-Gleichstromgeneratoren mit elektronischen Bauteilen werden Stromstabilisatoren genannt.

Messung des elektrischen Stroms

Es ist zu beachten, dass sich Instrumente zur Strommessung (Mikroamperemeter, Milliamperemeter, Amperemeter) stark voneinander unterscheiden, vor allem in der Art der Konstruktion und den Funktionsprinzipien – dies können Geräte für Gleichstrom, niederfrequenten Wechselstrom und Hochfrequenzgeräte sein. Frequenz Wechselstrom.

Nach dem Funktionsprinzip gibt es elektromechanische, magnetoelektrische, elektromagnetische, magnetodynamische, elektrodynamische, induktive, thermoelektrische und elektronische Geräte. Die meisten Zeigerstrommessgeräte bestehen aus einer Kombination aus einem beweglichen/festen Rahmen mit gewickelter Spule und einem feststehenden/beweglichen Magneten. Aufgrund dieser Konstruktion verfügt ein typisches Amperemeter über einen Ersatzschaltkreis aus Induktivität und Widerstand, die in Reihe geschaltet sind und durch eine Kapazität überbrückt werden. Aus diesem Grund Frequenzgang Zeigerstrommessgeräte haben bei hohen Frequenzen eine Blockade.

Die Basis dafür ist ein Miniaturgalvanometer, verschiedene Messgrenzen werden durch den Einsatz zusätzlicher Shunts erreicht – Widerstände mit niedrigem Widerstand, der um Größenordnungen niedriger ist als der Widerstand des Messgalvanometers. So können auf Basis eines Geräts Instrumente zur Messung von Strömen verschiedener Bereiche erstellt werden – Mikroamperemeter, Milliamperemeter, Amperemeter und sogar Kiloamperemeter.

Im Allgemeinen ist in der Messpraxis das Verhalten des gemessenen Stroms wichtig – er kann eine Funktion der Zeit sein und eine andere Form haben – konstant, harmonisch, nicht harmonisch, gepulst usw., und normalerweise wird sein Wert verwendet Betriebsarten zu charakterisieren Funkschaltungen und Geräte. Folgende aktuelle Werte werden unterschieden:

sofort,
Amplitude,
Durchschnitt,
quadratischer Mittelwert (rms).

Der momentane Stromwert I i ist der Stromwert in bestimmter Moment Zeit. Sie kann auf dem Bildschirm des Oszilloskops beobachtet und anhand des Oszillogramms für jeden Zeitpunkt bestimmt werden.

Der Amplitudenwert (Spitzenwert) des Stroms I m ist der größte Momentanwert des Stroms über den Zeitraum.

Der quadratische Mittelwert (rms) des Stroms I wird als Quadratwurzel des quadrierten Durchschnitts der momentanen Stromwerte über den Zeitraum bestimmt.

Alle Zeigerstrommessgeräte werden normalerweise in Effektivstromwerten kalibriert.

Der Mittelwert (konstante Komponente) des Stroms ist das arithmetische Mittel aller seiner Momentanwerte während der Messzeit.

Die Differenz zwischen dem Maximal- und Minimalwert des Signalstroms wird als Signalhub bezeichnet.

Heutzutage werden hauptsächlich sowohl multifunktionale digitale Instrumente als auch Oszilloskope zur Strommessung verwendet – ihre Bildschirme zeigen nicht nur an bilden Spannung/Strom, aber auch wesentliche Signaleigenschaften. Zu diesen Eigenschaften gehört auch die Änderungsfrequenz periodischer Signale, daher ist in der Messtechnik die Frequenzgrenze der Messung des Gerätes wichtig.

Strommessung mit einem Oszilloskop

Eine Veranschaulichung des oben Gesagten wird eine Reihe von Experimenten zur Messung der Effektiv- und Spitzenstromwerte von Sinus- und Dreieckssignalen mit einem Signalgenerator, einem Oszilloskop und einem multifunktionalen digitalen Gerät (Multimeter) sein.

Das allgemeine Schema des Experiments Nr. 1 ist unten dargestellt:

Der Signalgenerator (FG) wird auf eine Reihenschaltung aus einem Multimeter (MM), einem Shunt-Widerstand von R s =100 Ohm und einem Lastwiderstand von R von 1 kOhm geladen. Das Oszilloskop OS ist parallel zum Shunt-Widerstand R s geschaltet. Der Wert des Shunt-Widerstands wird aus der Bedingung R s ausgewählt<

Erleben Sie 1

Lassen Sie uns ein sinusförmiges Signal von einem Generator mit einer Frequenz von 60 Hz und einer Amplitude von 9 Volt an den Lastwiderstand anlegen. Drücken wir die sehr praktische Auto-Set-Taste und wir sehen auf dem Bildschirm das in Abb. gezeigte Signal. 1. Der Signalhub beträgt etwa fünf große Teilungen mit einem Teilungswert von 200 mV. Das Multimeter zeigt einen Stromwert von 3,1 mA an. Das Oszilloskop ermittelt den Effektivwert der Signalspannung am Messwiderstand U=312 mV. Der Effektivwert des Stroms durch den Widerstand R s wird durch das Ohmsche Gesetz bestimmt:

I RMS = U RMS /R = 0,31 V / 100 Ohm = 3,1 mA,

was dem Multimeterwert (3,10 mA) entspricht. Beachten Sie, dass der Strombereich durch unsere Schaltung aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen und einem Multimeter gleich ist

I P-P = U P-P /R = 0,89 V / 100 Ohm = 8,9 mA

Es ist bekannt, dass sich die Spitzen- und Effektivwerte von Strom und Spannung bei einem Sinussignal um den Faktor √2 unterscheiden. Wenn ich I RMS = 3,1 mA mit √2 multipliziere, erhalten wir 4,38. Wenn wir diesen Wert verdoppeln, erhalten wir 8,8 mA, was fast dem mit einem Oszilloskop gemessenen Strom (8,9 mA) entspricht.

Erfahrung 2

Reduzieren wir das Signal vom Generator um die Hälfte. Der Umfang des Bildes auf dem Oszilloskop wird genau um die Hälfte reduziert (464 mV) und das Multimeter zeigt einen Stromwert von 1,55 mA an, der ungefähr halbiert ist. Lassen Sie uns die effektiven Stromwerte auf einem Oszilloskop ermitteln:

I RMS = U RMS /R = 0,152 V / 100 Ohm = 1,52 mA,

was ungefähr dem Multimeterwert (1,55 mA) entspricht.

Erleben Sie 3

Erhöhen wir die Generatorfrequenz auf 10 kHz. In diesem Fall ändert sich das Bild auf dem Oszilloskop, aber der Signalbereich bleibt gleich und die Messwerte des Multimeters nehmen ab – dies wirkt sich auf den zulässigen Betriebsfrequenzbereich des Multimeters aus.

Erleben Sie 4

Kehren wir zur ursprünglichen Frequenz von 60 Hertz und der Spannung von 9 V des Signalgenerators zurück, ändern sie jedoch bilden sein Signal von sinusförmig bis dreieckig. Der Umfang des Bildes auf dem Oszilloskop blieb gleich, aber die Messwerte des Multimeters verringerten sich im Vergleich zum Stromwert, den es in Experiment Nr. 1 anzeigte, da sich der Effektivwert des Signalstroms änderte. Das Oszilloskop zeigt auch einen Abfall der am Widerstand R s =100 Ohm gemessenen Effektivspannung.

Sicherheitsvorkehrungen beim Messen von Strom und Spannung

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Da bei der Messung von Strömen je nach Schutzklasse des Raumes und dessen Beschaffenheit bereits relativ niedrige Spannungen von 12–36 V lebensgefährlich sein können, sind folgende Regeln zu beachten:
Messen Sie keine Ströme, die bestimmte Fachkenntnisse erfordern (bei Spannungen über 1000 V).
Messen Sie Strömungen nicht an schwer zugänglichen Stellen oder in der Höhe.
Verwenden Sie bei Messungen in einem Haushaltsnetz besondere Schutzmaßnahmen gegen Stromschläge (Gummihandschuhe, Matten, Stiefel oder Stiefel).
Verwenden Sie ein geeignetes Messwerkzeug.
Stellen Sie bei der Verwendung von Multifunktionsgeräten (Multimetern) sicher, dass der zu messende Parameter und sein Wert vor der Messung korrekt eingestellt sind.
Verwenden Sie ein Messgerät mit funktionierenden Sonden.
Befolgen Sie strikt die Empfehlungen des Herstellers zur Verwendung des Messgeräts.

Den modernen Komfort unseres Lebens verdanken wir dem elektrischen Strom. Es beleuchtet unsere Häuser, erzeugt Strahlung im sichtbaren Bereich von Lichtwellen, kocht und erhitzt Lebensmittel in einer Vielzahl von Geräten wie Elektroherden, Mikrowellenherden und Toastern und erspart uns die Suche nach Brennstoff für das Feuer. Dank dessen bewegen wir uns schnell in der horizontalen Ebene in elektrischen Zügen, U-Bahnen und Zügen und in der vertikalen Ebene auf Rolltreppen und in Aufzugskabinen. Die Wärme und Behaglichkeit in unseren Häusern verdanken wir dem elektrischen Strom, der in Klimaanlagen, Ventilatoren und Elektroheizungen fließt. Eine Vielzahl von elektrischen Maschinen, die mit elektrischem Strom betrieben werden, erleichtern uns die Arbeit, sowohl zu Hause als auch am Arbeitsplatz. Wir leben tatsächlich im Zeitalter der Elektrizität, denn dank elektrischem Strom funktionieren unsere Computer und Smartphones, das Internet und das Fernsehen sowie andere intelligente elektronische Geräte. Nicht umsonst investiert die Menschheit so viel Aufwand in die Stromerzeugung in Wärme-, Kern- und Wasserkraftwerken – Strom an sich ist die bequemste Energieform.

So paradox es auch klingen mag, die Ideen der praktischen Nutzung von elektrischem Strom gehörten zu den ersten, die vom konservativsten Teil der Gesellschaft – den Marineoffizieren – übernommen wurden. Es ist klar, dass es schwierig war, in dieser geschlossenen Kaste an die Spitze zu gelangen; es war schwierig, den Admiralen, die als Schiffsjungen in der Segelflotte begannen, die Notwendigkeit zu beweisen, auf Ganzmetallschiffe mit Dampfmaschinen umzusteigen Nachwuchsoffiziere setzten stets auf Innovationen. Es war der Erfolg des Einsatzes von Feuerschiffen während des Russisch-Türkischen Krieges im Jahr 1770, der über den Ausgang der Schlacht in der Tschesmenbucht entschied und die Frage aufwarf, Häfen nicht nur mit Küstenbatterien, sondern auch mit moderneren Mitteln zu schützen Verteidigung damals - Minenfelder.

Die Seeleute erkannten als erste das Potenzial der damals noch unvollkommenen leistungsstarken Lichtquellen – Modifikationen von Jablotschkow-Kerzen, bei denen die Lichtquelle ein Lichtbogen und eine glühend heiße positive Kohlenstoffelektrode waren – für den Einsatz bei der Signalisierung und Beleuchtung des Schlachtfeldes. Der Einsatz von Suchscheinwerfern verschaffte der Seite, die sie in Nachtschlachten einsetzte oder sie einfach als Signalmittel zur Übermittlung von Informationen und zur Koordinierung der Aktionen von Marineformationen einsetzte, einen überwältigenden Vorteil. Und mit leistungsstarken Suchscheinwerfern ausgestattete Leuchttürme vereinfachten die Navigation in gefährlichen Küstengewässern.

Es ist nicht verwunderlich, dass es die Marine war, die die Methoden der drahtlosen Informationsübertragung mit einem Knall übernahm – die Größe der ersten Funkstationen war den Seeleuten nicht peinlich, da die Räumlichkeiten der Schiffe die Unterbringung solch fortschrittlicher, obwohl zu dieser Zeit sehr umständlich, Kommunikationsgeräte.

Historischer Hintergrund

Mit dem Aufkommen zuverlässiger elektrochemischer Gleichstromquellen, die vom italienischen Physiker Alessandro Volta entwickelt wurden, begann eine ganze Galaxie bemerkenswerter Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern, die mit elektrischem Strom verbundenen Phänomene zu untersuchen und seine praktischen Anwendungen in vielen Bereichen der Wissenschaft und Technologie zu entwickeln. Es genügt, an den deutschen Wissenschaftler Georg Ohm zu erinnern, der das Gesetz des Stromflusses für einen elementaren Stromkreis formulierte; der deutsche Physiker Gustav Robert Kirchhoff, der Methoden zur Berechnung komplexer Stromkreise entwickelte; Der französische Physiker Andre Marie Ampere, der das Wechselwirkungsgesetz für konstante elektrische Ströme entdeckte. Die Arbeiten des englischen Physikers James Prescott Joule und des russischen Wissenschaftlers Emil Christianovich Lenz führten unabhängig voneinander zur Entdeckung des Gesetzes der quantitativen Bewertung der thermischen Wirkung von elektrischem Strom.

Eine Weiterentwicklung der Untersuchung der Eigenschaften des elektrischen Stroms war die Arbeit des britischen Physikers James Clarke Maxwell, der die Grundlagen der modernen Elektrodynamik legte, die heute als Maxwell-Gleichungen bekannt sind. Maxwell entwickelte auch die elektromagnetische Theorie des Lichts und sagte viele Phänomene voraus (elektromagnetische Wellen, Druck elektromagnetischer Strahlung). Später bestätigte der deutsche Wissenschaftler Heinrich Rudolf Hertz experimentell die Existenz elektromagnetischer Wellen; Seine Arbeiten zur Untersuchung der Reflexion, Interferenz, Beugung und Polarisation elektromagnetischer Wellen bildeten die Grundlage für die Entwicklung des Radios.

Elektrischer Strom. Definitionen

I = q / t wobei q die Ladung in Coulomb, t die Zeit in Sekunden und I der Strom in Ampere ist

Eine andere Definition des elektrischen Stroms hängt mit den Eigenschaften von Leitern zusammen und wird durch das Ohmsche Gesetz beschrieben:

I = U/R, wobei U die Spannung in Volt, R der Widerstand in Ohm und I der Strom in Ampere ist

Die Größe des Stroms im SI-System ist definiert als

[A] = [Cl] / [Sek]

Merkmale des elektrischen Stromflusses in verschiedenen Umgebungen. Physik der Phänomene

Elektrischer Strom in Festkörpern: Metalle, Halbleiter und Dielektrika

Es gibt auch einen vierten Materiezustand namens Plasma, der die oberen Schichten von Sternen, die Ionosphäre der Erde, Flammen, Lichtbögen und die Materie in Leuchtstofflampen ausmacht. Hochtemperaturplasma lässt sich in terrestrischen Laboren nur schwer reproduzieren, da dafür sehr hohe Temperaturen erforderlich sind – mehr als 1.000.000 K.

Zusätzlich zum Vorhandensein von Strömen in Leitern mit konstantem Magnetfeld treten bei Vorhandensein von Wechselstrom und dem damit verbundenen magnetischen Wechselfeld Effekte auf, die mit seiner Änderung verbunden sind, sogenannte „Wirbelströme“, auch Foucault-Ströme genannt. Je schneller sich der magnetische Fluss ändert, desto stärker sind die Wirbelströme, die nicht entlang bestimmter Bahnen in den Drähten fließen, sondern sich im Leiter schließen und Wirbelkreise bilden.