전류의 작용: 열, 화학, 자기, 빛 및 기계

회로의 전류는 항상 어떤 종류의 동작을 통해 나타납니다. 이것은 특정 부하에서의 작동과 전류의 부수적인 효과일 수 있습니다. 따라서 전류의 작용으로 주어진 회로에서 전류의 존재 여부를 판단할 수 있습니다. 부하가 작동하면 전류가 있는 것입니다. 전류에 수반하는 전형적인 현상이 관찰되면 회로 등에 전류가 흐르고 있는 것입니다.

원칙적으로 전류는 열적, 화학적, 자기적(전자기적), 빛 또는 기계적 등 다양한 작용을 유발할 수 있으며, 다양한 유형의 전류 작용이 동시에 발생하는 경우가 많습니다. 이러한 현재 현상과 조치는 이 기사에서 논의될 것입니다.

전류의 열 효과

직류 또는 교류가 전선을 통해 흐르면 전선이 가열됩니다. 다양한 조건 및 응용 분야에서 이러한 가열 와이어는 금속, 전해질, 플라즈마, 용융 금속, 반도체, 반금속일 수 있습니다.

가장 간단한 경우에 전류가 니크롬선을 통과하면 가열됩니다. 이 현상은 전기 주전자, 보일러, 히터, 전기 스토브 등 난방 장치에 사용됩니다. 전기 아크 용접에서 전기 아크의 온도는 일반적으로 7000 ° C에 도달하고 금속은 쉽게 녹습니다. 이것은 또한 전류의 열 효과입니다.

회로 섹션에서 방출되는 열의 양은 이 섹션에 적용된 전압, 흐르는 전류 값 및 흐름 시간(줄-렌츠 법칙).

회로의 한 부분에 대한 옴의 법칙을 변환한 후에는 전압 또는 전류를 사용하여 열량을 계산할 수 있지만 전류를 제한하고 실제로 가열을 유발하기 때문에 회로의 저항을 알아야 합니다. 또는 회로의 전류와 전압을 알면 생성된 열의 양을 쉽게 찾을 수 있습니다.

전류의 화학적 작용

직류에 의한 이온 함유 전해질 전해 — 이것은 전류의 화학적 작용입니다. 전기 분해 중에 음이온(음이온)은 양극(양극)에 끌리고 양이온(양이온)은 음극(음극)에 끌립니다. 즉, 전해질에 포함된 물질은 전류원의 전극에서 전기 분해 중에 방출됩니다.

예를 들어, 한 쌍의 전극을 특정 산, 알칼리 또는 염의 용액에 담그고 전류가 회로를 통과하면 한쪽 전극에는 양전하가, 다른 전극에는 음전하가 생성됩니다. 용액에 포함된 이온은 역전하로 전극에 침전되기 시작합니다.

예를 들어, 황산구리(CuSO4)의 전기 분해 중에 양전하를 띤 구리 양이온 Cu2 +는 음전하를 띤 음극으로 이동하여 누락된 전하를 받고 중성 구리 원자로 변하여 전극 표면에 정착합니다. 수산기 -OH는 양극에 전자를 제공하고 그 결과 산소가 방출됩니다. 양전하를 띤 수소 양이온 H+와 음전하를 띤 SO42- 음이온은 용액에 남게 됩니다.

전류의 화학적 작용은 예를 들어 산업에서 물을 구성 요소(수소와 산소)로 분해하는 데 사용됩니다. 또한 전기분해를 통해 일부 금속을 순수한 형태로 얻을 수 있습니다. 전기 분해의 도움으로 특정 금속(니켈, 크롬)의 얇은 층이 표면에 적용됩니다. 갈바닉 코팅 등.

1832년 마이클 패러데이는 전극에서 방출된 물질의 질량 m이 전해질을 통과한 전하 q에 정비례한다는 사실을 확립했습니다. 직류 I가 시간 t 동안 전해질을 통해 흐르면 패러데이의 첫 번째 전기 분해 법칙이 적용됩니다.

여기서 비례 계수 k는 물질의 전기화학적 등가물이라고 합니다. 전하가 전해질을 통과할 때 방출되는 물질의 질량과 수치적으로 동일하며 물질의 화학적 성질에 따라 달라집니다.

전류의 자기 작용

모든 도체(고체, 액체 또는 기체 상태)에 전류가 있는 경우 도체 주변에서 자기장이 관찰됩니다. 즉, 전류가 흐르는 도체가 자기 특성을 얻습니다.

예를 들어 자기 나침반 바늘 형태로 전류가 흐르는 전선에 자석을 가져 오면 바늘이 전선에 수직으로 회전하고 전선을 철심에 감고 직접 통과하면 와이어를 통한 전류, 코어는 전자석이 됩니다.

1820년 외르스테드는 자기 바늘에 대한 전류의 자기 효과를 발견했고, 암페어는 전류가 흐르는 전선의 자기적 상호 작용에 대한 정량적 법칙을 확립했습니다.

자기장은 항상 전류, 즉 움직이는 전하, 특히 하전 입자(전자, 이온)에 의해 생성됩니다. 반대 전류는 서로 밀어내고, 단방향 전류는 서로 끌어당긴다.

이러한 기계적 상호 작용은 전류 자기장의 상호 작용으로 인해 발생합니다. 즉, 먼저 자기 상호 작용이고 그 다음에는 기계적입니다. 따라서 전류의 자기 상호 작용이 기본입니다.

1831년 패러데이는 한 회로에서 변화하는 자기장이 다른 회로에서 전류를 생성한다는 사실을 발견했습니다. 생성된 EMF는 자속의 변화율에 비례합니다. 전자석 (예 : 산업용)뿐만 아니라 모든 변압기에서 오늘날까지 사용되는 전류의 자기 작용이라는 것은 논리적입니다.

전류의 조명 효과

가장 간단한 형태로 전류의 발광 효과는 백열등에서 관찰할 수 있으며, 백열 램프의 코일은 백열로 통과하는 전류에 의해 가열되어 빛을 방출합니다.

백열 램프의 경우 빛 에너지는 전달되는 전기의 약 5%를 나타내며 나머지 95%는 열로 변환됩니다.

형광등은 현재 에너지를 빛으로 보다 효율적으로 변환합니다. 자외선 수은 증기 또는 네온과 같은 불활성 가스의 전기 방전으로 인한 것입니다.

전류의 빛 효과는 LED에서 더 효과적으로 구현됩니다. 전류가 순방향으로 pn 접합을 통과할 때 전하 캐리어(전자 및 정공)는 광자의 방출과 재결합합니다(전자가 한 에너지 준위에서 다른 준위로 전이되기 때문에).

최고의 발광체는 GaAs, InP, ZnSe 또는 CdTe와 같은 직접 갭 반도체(즉, 직접 광전이가 허용되는 것)입니다. 반도체의 구성을 변경하면 자외선(GaN)에서 중적외선(PbS)까지 모든 종류의 파장에 대한 LED를 만들 수 있습니다. 광원으로서 LED의 효율은 평균 50%에 이릅니다.

전류의 기계적 작용

위에서 언급했듯이 전류가 흐르는 모든 도체는 그 주위에 형성됩니다. 자기장... 자기 작용은 예를 들어 전기 모터, 자기 리프팅 장치, 자기 밸브, 릴레이 등에서 동작으로 변환됩니다.

한 전류가 다른 전류에 미치는 기계적 작용은 암페어의 법칙으로 설명됩니다. 이 법칙은 1820년 Andre Marie Ampere가 직류에 대해 처음 제정했습니다. 에서 암페어의 법칙 전류가 한 방향으로 흐르는 병렬 도선은 끌어당기고 반대 방향의 도선은 밀어낸다.

암페어의 법칙은 자기장이 전류가 흐르는 도체의 작은 부분에 작용하는 힘을 결정하는 법칙이라고도 합니다. 자기장에서 전류가 흐르는 도선의 요소에 자기장이 작용하는 힘은 도선의 전류와 도선 길이와 자기 유도의 요소 벡터 곱에 정비례합니다.

이 원칙은 전기 모터의 작동, 여기서 회 전자는 토크 M에 의해 고정자의 외부 자기장으로 향하는 전류가 있는 프레임의 역할을 합니다.