Que sont la tension, le courant et la résistance : comment sont-ils utilisés dans la pratique ?

En génie électrique, les termes « courant », « tension » et « résistance » sont utilisés pour décrire les processus qui se produisent dans les circuits électriques. Chacun d'eux a son propre but avec des caractéristiques spécifiques.

Électricité

Le mot est utilisé pour caractériser le mouvement des particules chargées (électrons, trous, cations et anions) à travers un certain milieu d'une substance. La direction et le nombre de porteurs de charge déterminent le type et l'intensité du courant.

Les principales caractéristiques du courant affectent son application pratique

Une condition préalable au flux de charges est la présence d'un circuit ou, en d'autres termes, d'une boucle fermée qui crée les conditions de leur mouvement. Si un vide se forme à l'intérieur des particules en mouvement, leur mouvement directionnel s'arrête immédiatement.

Tous les interrupteurs et protections utilisés en électricité fonctionnent sur ce principe.Ils créent une séparation entre les contacts mobiles des parties conductrices et par cette action interrompent la circulation du courant électrique, arrêtant l'appareil.

En énergie, la méthode la plus courante est la création d'un courant électrique dû au mouvement des électrons à l'intérieur des métaux réalisés sous forme de fils, de pneus ou d'autres pièces conductrices.

En plus de cette méthode, la création de courant à l'intérieur est également utilisée :

1. gaz et liquides électrolytiques dus au mouvement d'électrons ou de cations et d'anions - ions avec des signes de charge positifs et négatifs;

2. un environnement de vide, d'air et de gaz soumis au mouvement d'électrons provoqué par le phénomène de rayonnement thermionique ;

3. matériaux semi-conducteurs dus au mouvement des électrons et des trous.

Un choc électrique peut se produire lorsque :

• appliquer une différence de potentiel électrique externe aux particules chargées ;

• fils chauffants qui ne sont pas actuellement supraconducteurs ;

• le déroulement des réactions chimiques liées à la libération de nouvelles substances ;

• l'effet d'un champ magnétique appliqué au fil.

La forme d'onde du courant électrique peut être :

1. une constante sous forme de ligne droite sur la chronologie ;

2. une harmonique sinusoïdale variable bien décrite par les relations trigonométriques de base ;

3. méandre, ressemblant à peu près à une onde sinusoïdale, mais avec des angles vifs et prononcés, qui dans certains cas peuvent être bien lissés;

4. pulsatoire, lorsque la direction reste la même sans changement, et l'amplitude fluctue périodiquement de zéro à la valeur maximale selon une loi bien définie.

Le courant électrique peut être utile à une personne lorsque :

• converti en rayonnement lumineux;

• crée le chauffage des éléments thermiques;

• effectue des travaux mécaniques dus à l'attraction ou à la répulsion d'armatures mobiles ou à la rotation de rotors avec des entraînements fixés dans des paliers ;

• génère un rayonnement électromagnétique dans certains autres cas.

Lorsque le courant électrique passe à travers les fils, les dommages peuvent être causés par :

• échauffement excessif des circuits et contacts porteurs de courant ;

• éducation courants de Foucault dans les circuits magnétiques des machines électriques ;

• rayonnement de l'électricité ondes électromagnétiques dans l'environnement et certains phénomènes similaires.

Les concepteurs d'appareils électriques et les développeurs de divers circuits tiennent compte des possibilités répertoriées de courant électrique dans leurs appareils. Par exemple, les effets nocifs des courants de Foucault dans les transformateurs, les moteurs et les générateurs sont atténués en mélangeant les noyaux utilisés pour transmettre les flux magnétiques. Parallèlement, les courants de Foucault sont utilisés avec succès pour chauffer le milieu dans des fours électriques et des fours à micro-ondes fonctionnant selon le principe de l'induction.

Un courant électrique alternatif avec une forme d'onde sinusoïdale peut avoir une fréquence d'oscillation différente par unité de temps - une seconde. La fréquence industrielle des installations électriques dans différents pays est normalisée avec les nombres 50 ou 60 hertz. À d'autres fins d'électrotechnique et d'activité radio, les signaux sont utilisés :

• basse fréquence, avec des valeurs inférieures ;

• haute fréquence, dépassant largement la gamme des appareils industriels.

Il est généralement admis qu'un courant électrique est créé par le mouvement de particules chargées dans un certain milieu macroscopique et s'appelle un courant de conduction... Cependant, un autre type de courant appelé convection peut se produire lorsque des corps chargés macroscopiquement se déplacent, par exemple des gouttes de pluie .

Comment le courant électrique se forme dans les métaux

Le mouvement des électrons sous l'influence d'une force constante qui leur est appliquée peut être comparé à la descente d'un parachutiste avec une voilure ouverte. Dans les deux cas, un mouvement uniformément accéléré est obtenu.

Le parachutiste se déplace par gravité vers le sol, auquel s'oppose la force de résistance de l'air. Les électrons sont affectés par la force qui leur est appliquée champ électrique, et son mouvement est entravé par des collisions continues avec d'autres particules - des ions de réseaux cristallins, grâce auxquels une partie de l'effet de la force appliquée est éteinte.

Dans les deux cas, la vitesse moyenne du parachutiste et le mouvement des électrons atteignent une valeur constante.

Cela crée une situation assez unique où la vitesse :

• le mouvement propre d'un électron est déterminé par une valeur de l'ordre de 0,1 millimètre par seconde ;

• le flux de courant électrique correspond à une valeur beaucoup plus élevée — la vitesse de propagation des ondes lumineuses : environ 300 000 kilomètres par seconde.

Ainsi, flux de courant électrique est créé lorsqu'une tension est appliquée aux électrons et, par conséquent, ils commencent à se déplacer à la vitesse de la lumière à l'intérieur du milieu conducteur.

Lorsque les électrons se déplacent dans le réseau cristallin d'un métal, une autre régularité intéressante apparaît : il entre en collision avec environ un contre-ion sur dix.C'est-à-dire qu'il évite avec succès environ 90% des collisions d'ions.

Ce phénomène peut s'expliquer non seulement par les lois de la physique classique fondamentale, telles qu'elles sont communément comprises par la plupart des gens, mais aussi par les lois de fonctionnement supplémentaires décrites par la théorie de la mécanique quantique.

Si nous exprimons brièvement leur action, nous pouvons imaginer que le mouvement des électrons à l'intérieur des métaux est entravé par de gros ions lourds «oscillants» qui offrent une résistance supplémentaire.

Cet effet est particulièrement visible lors du chauffage des métaux, lorsque le "swing" des ions lourds augmente et réduit la conductivité électrique des réseaux cristallins des fils.

Par conséquent, lorsque les métaux sont chauffés, leur résistance électrique augmente toujours et lorsqu'ils sont refroidis, leur conductivité augmente. Lorsque la température du métal chute à des valeurs critiques proches de la valeur du zéro absolu, le phénomène de supraconductivité se produit dans nombre d'entre eux.

Le courant électrique, selon sa valeur, est capable de faire différentes choses. Pour une évaluation quantitative de ses capacités, une valeur appelée ampérage est prise. Sa taille dans le système de mesure international est de 1 A. Pour indiquer l'intensité du courant dans la littérature technique, l'indice «I» est adopté.

Tension

Ce terme est utilisé comme caractéristique d'une grandeur physique qui exprime le travail dépensé pour transférer une charge électrique d'une unité de test d'un point à un autre sans changer la nature du placement des charges restantes sur les sources de champ actives.

Étant donné que les points de départ et d'arrivée ont des potentiels d'énergie différents, le travail effectué pour déplacer la charge, ou la tension, est égal au rapport de la différence entre ces potentiels.

Différents termes et méthodes sont utilisés pour calculer la tension en fonction des courants circulant. C'est pas possible:

1. constant - dans les circuits à courant électrostatique et constant;

2. alternatif - dans les circuits à courant alternatif et sinusoïdal.

Pour le second cas, ces caractéristiques et types de contraintes supplémentaires sont utilisés comme:

• amplitude - le plus grand écart par rapport à la position zéro de l'axe des abscisses ;

• valeur instantanée, qui est exprimée à un certain moment dans le temps ;

• valeur efficace, effective ou, autrement appelée, valeur quadratique moyenne, déterminée par le travail actif effectué pendant une demi-période;

• valeur moyenne redressée calculée modulo la valeur redressée d'une période harmonique.

Pour l'évaluation quantitative de la tension, l'unité internationale de 1 volt a été introduite et le symbole «U» est devenu sa désignation.

Lors du transport d'énergie électrique par des lignes aériennes, la conception des supports et leurs dimensions dépendent de la valeur de la tension utilisée. Sa valeur entre les conducteurs des phases est dite linéaire et relative à chaque phase conducteur et terre.

Cette règle s'applique à tous les types de compagnies aériennes.

Dans les réseaux électriques domestiques de notre pays, la norme est une tension triphasée de 380/220 volts.

Résistance électrique

Le terme est utilisé pour caractériser les propriétés d'une substance à affaiblir le passage d'un courant électrique à travers elle.Dans ce cas, différents environnements peuvent être choisis, la température de la substance ou ses dimensions peuvent être modifiées.

Dans les circuits à courant continu, la résistance effectue un travail actif, c'est pourquoi elle est appelée active. Pour chaque section, elle est directement proportionnelle à la tension appliquée et inversement proportionnelle au courant passant.

Les concepts suivants sont introduits dans les schémas à courant alternatif :

• impédance;

• résistance aux vagues.

L'impédance électrique est aussi appelée impédance complexe ou composante :

• actif;

• réactif.

La réactivité, à son tour, peut être :

• capacitif ;

• inductif.

Les connexions entre les composants d'impédance du triangle de résistance sont décrites.

Dans un calcul électrodynamique, l'impédance d'onde d'une ligne électrique est déterminée par le rapport de la tension de l'onde incidente à la valeur du courant passant le long de la ligne d'onde.

La valeur de résistance est prise comme unité de mesure internationale de 1 Ohm.

La relation entre le courant, la tension, la résistance

Un exemple classique d'expression de la relation entre ces caractéristiques est une comparaison avec un circuit hydraulique, où la force de mouvement du flux de vie (analogique - l'amplitude du courant) dépend de la valeur de la force appliquée au piston (créée tension) et le caractère des lignes d'écoulement, faites de constrictions (résistance).

Les lois mathématiques décrivant la relation entre la résistance électrique, le courant et la tension ont été publiées et brevetées pour la première fois par Georg Ohm. Il a dérivé les lois pour l'ensemble du circuit du circuit électrique et sa section. Voir ici pour plus de détails : Application de la loi d'Ohm dans la pratique

Les ampèremètres, les voltmètres et les ohmmètres sont utilisés pour mesurer les quantités électriques de base de l'électricité.

Un ampèremètre mesure le courant circulant dans le circuit.Comme il ne varie pas dans l'espace clos, l'ampèremètre est placé n'importe où entre la source de tension et l'utilisateur, créant un passage de charges à travers la tête de mesure de l'appareil.

Un voltmètre est utilisé pour mesurer la tension aux bornes de l'utilisateur connectées à la source de courant.

Les mesures de résistance avec un ohmmètre ne peuvent être effectuées que lorsque l'utilisateur est éteint. En effet, l'ohmmètre délivre une tension calibrée et mesure le courant traversant la tête de test, qui est converti en ohms en divisant la tension par la valeur du courant.

Toute connexion d'une tension externe de faible puissance pendant la mesure créera des courants supplémentaires et faussera le résultat. Considérant que les circuits internes de l'ohmmètre sont de faible puissance, alors en cas de mesures de résistance erronées lors de l'application d'une tension externe, l'appareil échoue assez souvent en raison du fait que son circuit interne grille.

Connaître les caractéristiques de base du courant, de la tension, de la résistance et des relations entre elles permet aux électriciens d'effectuer leur travail avec succès et de faire fonctionner de manière fiable les systèmes électriques, et les erreurs commises se terminent très souvent par des accidents et des blessures.