Az áramkörben lévő elektromos áram mindig valamilyen módon megnyilvánul. Ez lehet bizonyos terhelés mellett végzett munka vagy az áram kísérő hatása. Így az áram hatása alapján meg lehet ítélni annak jelenlétét vagy hiányát egy adott áramkörben: ha a terhelés működik, van áram. Ha az áramot kísérő tipikus jelenség figyelhető meg, van áram az áramkörben stb.

Általánosságban elmondható, hogy az elektromos áram különféle hatásokat képes kiváltani: termikus, kémiai, mágneses (elektromágneses), fény- vagy mechanikai hatásokat, és gyakran egyidejűleg lépnek fel különböző típusú áramhatások. Az áramnak ezekkel a jelenségeivel és hatásaival foglalkozunk ebben a cikkben.

Az elektromos áram hőhatása

Amikor egyen vagy váltakozó elektromos áram halad át egy vezetőn, a vezető felmelegszik. Ilyen fűtővezetők különböző körülmények között és felhasználás esetén lehetnek: fémek, elektrolitok, plazma, olvadt fémek, félvezetők, félfémek.

A legegyszerűbb esetben, ha mondjuk elektromos áramot vezetnek át egy nikróm vezetéken, az felmelegszik. Ezt a jelenséget fűtőberendezéseknél alkalmazzák: elektromos vízforralókban, kazánokban, melegítőkben, elektromos tűzhelyekben stb. Az elektromos ívhegesztésnél az elektromos ív hőmérséklete általában eléri a 7000 °C-ot, és a fém könnyen megolvad - ez a hőhatás is az áramból.

Az áramkör egy szakaszában felszabaduló hőmennyiség függ az erre a szakaszra adott feszültségtől, az átfolyó áram értékétől és az áramlási időtől ().

Az Ohm-törvényt az áramkör egy szakaszára átalakítva a hőmennyiség kiszámításához használhatja a feszültséget vagy az áramerősséget, de akkor ismernie kell az áramkör ellenállását is, mert ez korlátozza az áramot, és valójában okozza. fűtés. Vagy az áramkörben lévő áram és feszültség ismeretében ugyanolyan könnyen megtalálhatja a keletkező hő mennyiségét.

Az elektromos áram kémiai hatása

Az ionokat tartalmazó elektrolitok egyenáram hatására - ez az áram kémiai hatása. Az elektrolízis során a negatív ionokat (anionokat) a pozitív elektród (anód), a pozitív ionok (kationok) pedig a negatív elektród (katód) vonzzák. Azaz az elektrolitban lévő anyagok az áramforrás elektródáin szabadulnak fel az elektrolízis folyamata során.

Például egy pár elektródát egy bizonyos sav, lúg vagy só oldatába merítenek, és amikor elektromos áram folyik át az áramkörön, az egyik elektródán pozitív, a másikon negatív töltés jön létre. Az oldatban lévő ionok ellentétes töltéssel kezdenek lerakódni az elektródára.

Például a réz-szulfát (CuSO4) elektrolízise során a pozitív töltésű rézkationok Cu2+ a negatív töltésű katódra költöznek, ahol megkapják a hiányzó töltést és semleges rézatomokká válnak, leülepedve az elektród felületén. Az -OH hidroxilcsoport elektronokat ad fel az anódnál, ami oxigén felszabadulását eredményezi. A pozitív töltésű hidrogénkationok H+ és a negatív töltésű SO42- anionok az oldatban maradnak.

Az elektromos áram kémiai hatását az iparban használják, például a víz alkotórészekre (hidrogénre és oxigénre) történő lebontására. Az elektrolízis lehetővé teszi egyes fémek tiszta formában történő előállítását is. Elektrolízissel egy bizonyos fém (nikkel, króm) vékony rétegét vonják be a felületre - ez stb.

1832-ben Michael Faraday megállapította, hogy az elektródán felszabaduló anyag m tömege egyenesen arányos az elektroliton áthaladó q elektromos töltéssel. Ha I egyenáramot vezetünk át az elektroliton t ideig, akkor érvényes Faraday elektrolízis első törvénye:

Itt a k arányossági együtthatót az anyag elektrokémiai megfelelőjének nevezzük. Számszerűen megegyezik a felszabaduló anyag tömegével, amikor egyetlen elektromos töltés áthalad az elektroliton, és az anyag kémiai természetétől függ.

Bármely (szilárd, folyékony vagy gáznemű) vezetőben elektromos áram jelenlétében a vezető körül mágneses mező figyelhető meg, vagyis az áramot hordozó vezető mágneses tulajdonságokat szerez.

Tehát, ha mágnest viszel egy vezetőhöz, amelyen áram folyik, például mágneses iránytű formájában, akkor a tű merőlegesen fog elfordulni a vezetőre, és ha a vezetőt egy vasmag köré tekered, és egy egyenáram a vezetőn keresztül, a mag elektromágnes lesz.

1820-ban Oersted felfedezte az áram mágneses hatását egy mágnestűre, Ampere pedig megállapította a vezetők és az áram közötti mágneses kölcsönhatás mennyiségi törvényeit.

Mágneses mezőt mindig áram, azaz elektromos töltések mozgatása, különösen töltött részecskék (elektronok, ionok) hoznak létre. Az ellentétes irányú áramok taszítják egymást, az egyirányú áramok vonzzák egymást.

Az ilyen mechanikai kölcsönhatás az áramok mágneses mezőinek kölcsönhatása miatt következik be, vagyis először is mágneses kölcsönhatásról van szó, és csak ezután mechanikusról. Így az áramok mágneses kölcsönhatása elsődleges.

1831-ben Faraday megállapította, hogy az egyik áramkörből származó változó mágneses mező áramot generál egy másik áramkörben: a generált emf arányos a mágneses fluxus változásának sebességével. Logikus, hogy az áramok mágneses hatását a mai napig használják minden transzformátorban, és nem csak az elektromágnesekben (például az ipari transzformátorokban).

Legegyszerűbb formájában az elektromos áram világító hatása egy izzólámpában figyelhető meg, amelynek spirálját a rajta áthaladó áram fehérhővé melegíti és fényt bocsát ki.

Egy izzólámpa esetében a fényenergia a szolgáltatott villamos energia körülbelül 5%-át teszi ki, a fennmaradó 95%-ot hővé alakítják.

A fénycsövek hatékonyabban alakítják át az áramenergiát fénnyé – az elektromosság akár 20%-a is látható fénnyé alakul a foszfornak köszönhetően, amely higanygőzben vagy inert gázban, például neonban kap elektromos kisülést.

Az elektromos áram fényhatása a LED-ekben hatékonyabban valósul meg. Amikor az elektromos áramot pn átmeneten halad át előrefelé, a töltéshordozók - elektronok és lyukak - rekombinálódnak a fotonok kibocsátásával (az elektronok egyik energiaszintről a másikra való átmenete miatt).

A legjobb fénysugárzók a közvetlen rés félvezetők (vagyis azok, amelyek közvetlen optikai sáv-átmenetet tesznek lehetővé), mint például a GaAs, InP, ZnSe vagy CdTe. A félvezetők összetételének változtatásával lehetőség nyílik különböző hullámhosszú LED-ek létrehozására az ultraibolya sugárzástól (GaN) a közép-infravörösig (PbS). A LED, mint fényforrás hatásfoka átlagosan eléri az 50%-ot.

Mint fentebb megjegyeztük, minden egyes vezető, amelyen elektromos áram folyik, kört alkot maga körül. A mágneses hatások mozgássá alakulnak át például villanymotorokban, mágneses emelőeszközökben, mágnesszelepekben, relékben stb.

Az egyik áram mechanikai hatását a másikra az Ampere-törvény írja le. Ezt a törvényt először André Marie Ampère hozta létre 1820-ban az egyenáramra. Ebből következik, hogy az egy irányban áramló párhuzamos vezetők vonzzák, ellenkező irányban pedig taszítják.

Az Ampere törvénye az a törvény is, amely meghatározza azt az erőt, amellyel a mágneses tér az áramot hordozó vezető kis szegmensére hat. Az az erő, amellyel a mágneses tér egy áramvezető vezető mágneses térben lévő elemére hat, egyenesen arányos a vezetőben lévő árammal, valamint a vezető hosszának és a mágneses indukciónak a vektorszorzatával.

Ezen az elven alapul, ahol a forgórész egy árammal működő keret szerepét tölti be, amely M nyomatékkal az állórész külső mágneses mezőjébe orientálódik.