Що таке електричний струм

Електричний струм — направлений рух електрично заряджених частинок під впливом електричного поля. Такими частинками можуть бути: у провідниках – електрони, в електролітах – іони (катіони і аніони), в напівпровідниках – електрони і, так звані, "дірки" ("електронно-діркова провідність"). Також існує "струм зсуву", протікання якого обумовлене процесом заряду ємності, тобто зміною різниці потенціалів між обкладками. Між обкладками ніякого руху частинок не відбувається, але струм через конденсатор протікає.

Струм характеризується силою струму, яка в системі СІ вимірюється в амперах (А), і щільністю струму, яка в системі СІ вимірюється в амперах на квадратний метр. Один ампер відповідає переміщенню через поперечний перетин провідника протягом однієї секунди (с) заряду електрики величиною в один кулон (Кл):

1А = 1Кл / с.

У загальному випадку, позначивши струм буквою i, а заряд q, отримаємо:

i = dq / dt.

Одиниця струму називається ампер (А). Струм в провіднику дорівнює 1 А, якщо через поперечний перетин провідника за 1 сік проходить електричний заряд, рівний 1 кулон.

За напрям струму береться напрям, в якому переміщаються позитивно заряджені частинки, тобто напрям, протилежний переміщенню електронів.
Величина, рівна відношенню струму до площі поперечного перетину S, називаються щільністю струму (позначається δ): δ = I / S

При цьому передбачається, що струм рівномірно розподілений по перетину провідника. Щільність струму в проводах зазвичай вимірюється в А/мм2.
За типом носіїв електричних зарядів і середовища їх переміщення розрізняють струми провідності і струми зсуву. Провідність ділять на електронну і іонну. Для сталих режимів розрізняють два види струмів: постійний і змінний.

Постійним називають струм, який може змінюватися по величині, але не змінює свого знаку скільки завгодно довгий час.

Змінним називають струм, який періодично змінюється як по величині, так і по знаку. Величиною, що характеризує змінний струм, є частота (у системі СІ вимірюється в герцах), у тому випадку, коли його сила змінюється періодично. Змінний струм високої частоти витісняється на поверхню провідника. Струми високої частоти застосовується в машинобудуванні для термообробки поверхонь деталей і зварки, в металургії для плавки металів. Змінні струми підрозділяють на синусоїдальні та несинусоїдальні.

Синусоїдальним називають струм, що змінюється за гармонійним законом:
i = Im sin ωt,

де Im, - амплітудне найбільще значення струму А,

Швидкість зміни змінного струму характеризується його частотою, яка визначається як число повних коливань, що повторюються за одиницю часу. Частота позначається буквою f і вимірюється в герцах (Гц). Так, частота струму в мережі 50 Гц відповідає 50 повним коливанням в секунду. Кутова частота ω- швидкість зміни струму в радіанах в секунду і пов'язана з частотою простим співвідношенням:
ω = 2πf

Сталі (фіксовані) значення постійного і змінного струмів позначають прописною буквою I несталі (миттєві) значення - буквою i. Умовно за позитивний напрям струму вважають напрям руху позитивних зарядів.
Змінний стум — це струм, який змінюється за законом синуса з часом.
Під змінному струмові також мають на увазі струм в звичайних одно- і трифазних мережах. В цьому випадку параметри змінного струму змінюються за гармонійним законом.

Оскільки змінний струм змінюється в часі, прості способи вирішення задач, які застосовуються для кіл постійного струму, тут безпосередньо непридатні. При дуже високих частотах заряди можуть здійснювати коливальний рух — перетікати з одних місць кола в інших і назад. При цьому, на відміну від кіл постійного струму, струми в послідовно сполучених провідниках можуть виявитися неоднаковими. Ємності, присутні в колах змінного струму, підсилюють цей ефект. Крім того, при зміні струму позначаються ефекти самоіндукції, які стають істотними навіть при низьких частотах, якщо використовуються котушки з великою індуктивністю. При порівняно низьких частотах кола змінного струму можна як і раніше розраховувати з допомогою правил Кірхгофа які, проте, необхідно відповідним чином модифікувати.

У пристроях-споживачах змінного струму змінний струм часто випрямляється випрямлячами для отримання постійного струму.

Провідники електричного струму

Матеріал, в якому тече струм, називається провідником. Деякі матеріали при низьких температурах переходять в стан надпровідності. У такому стані вони не чинять майже ніякого опору струму, їх опір прямує до нуля. У решті всіх випадків провідник чинить опір перебігу струму і в результаті частина енергії електричних частинок перетворюється на тепло. Силу струму можна розрахувати за законом Ома для ділянки кола і закону Ома для повного кола.

Швидкість руху частинок в провідниках залежить від матеріалу провідника, маси і заряду частинки, навколишньої температури, прикладеній різниці потенціалів і складає величину, набагато меншу швидкості світла. Не дивлячись на це, швидкість розповсюдження власне електричного струму дорівнює швидкості світла в даному середовищі, тобто швидкості розповсюдження фронту електромагнітної хвилі.

Як струм впливає на організм людини

Струм, пропущений через організм людини або тварини, може викликати електричні опіки, фібриляцію або смерть. З іншого боку, електричний струм використовують в реанімації, для лікування психічних захворювань, особливо депресії, електростимуляцію певних областей головного мозку застосовують для лікування таких захворювань, як хвороба Паркінсона і епілепсія, водій ритму, стимулюючий серцевий м'яз імпульсним струмом, використовують при брадикардії. В організмі людини і тварин струм використовується для передачі нервових імпульсів.

По техніці безпеки, мінімально відчутний людиною струм складає 1 мА. Небезпечним для життя людини струм стає починаючи з сили приблизно 0,01 А. Смертельним для людини струм стає починаючи з сили приблизно 0,1 А. Безпечною вважається напруга менше 42 В.