Elektrický prúd v obvode sa vždy nejakým spôsobom prejavuje. Môže to byť buď práca pri určitom zaťažení alebo sprievodný efekt prúdu. Podľa účinku prúdu je teda možné posúdiť jeho prítomnosť alebo neprítomnosť v danom obvode: ak záťaž funguje, existuje prúd. Ak je pozorovaný typický jav sprevádzajúci prúd, v obvode je prúd atď.

Vo všeobecnosti je elektrický prúd schopný vyvolať rôzne účinky: tepelné, chemické, magnetické (elektromagnetické), svetelné alebo mechanické a často sa vyskytujú súčasne rôzne typy prúdových účinkov. O týchto javoch a účinkoch prúdu sa bude diskutovať v tomto článku.

Tepelný účinok elektrického prúdu

Pri prechode jednosmerného alebo striedavého elektrického prúdu vodičom sa vodič zahrieva. Takéto vykurovacie vodiče v rôznych podmienkach a aplikáciách môžu byť: kovy, elektrolyty, plazma, roztavené kovy, polovodiče, polokovy.

V najjednoduchšom prípade, ak, povedzme, elektrický prúd prechádza nichrómovým drôtom, zahreje sa. Tento jav sa používa vo vykurovacích zariadeniach: v rýchlovarných kanvicách, bojleroch, ohrievačoch, elektrických sporákoch atď. Pri zváraní elektrickým oblúkom teplota elektrického oblúka vo všeobecnosti dosahuje 7000 ° C a kov sa ľahko topí - to je tiež tepelný efekt prúdu.

Množstvo tepla uvoľneného v sekcii obvodu závisí od napätia aplikovaného na túto sekciu, hodnoty pretekajúceho prúdu a času, kedy preteká ().

Po transformácii Ohmovho zákona pre časť obvodu môžete použiť buď napätie alebo prúd na výpočet množstva tepla, ale potom musíte poznať aj odpor obvodu, pretože to je to, čo obmedzuje prúd a v skutočnosti spôsobuje kúrenie. Alebo ak poznáte prúd a napätie v obvode, môžete rovnako ľahko zistiť množstvo generovaného tepla.

Chemické pôsobenie elektrického prúdu

Elektrolyty obsahujúce ióny pod vplyvom jednosmerného elektrického prúdu - to je chemický účinok prúdu. Počas elektrolýzy sú záporné ióny (anióny) priťahované k pozitívnej elektróde (anóde) a kladné ióny (katióny) sú priťahované k zápornej elektróde (katóde). To znamená, že látky obsiahnuté v elektrolyte sa počas procesu elektrolýzy uvoľňujú na elektródach zdroja prúdu.

Napríklad pár elektród je ponorený do roztoku určitej kyseliny, zásady alebo soli a keď obvodom prechádza elektrický prúd, na jednej elektróde sa vytvorí kladný náboj a na druhej záporný náboj. Ióny obsiahnuté v roztoku sa začnú ukladať na elektródu s opačným nábojom.

Napríklad pri elektrolýze síranu meďnatého (CuSO4) sa katióny medi Cu2+ s kladným nábojom presunú na záporne nabitú katódu, kde dostanú chýbajúci náboj a stanú sa neutrálnymi atómami medi, ktoré sa usadia na povrchu elektródy. Hydroxylová skupina -OH odovzdá elektróny na anóde, čo vedie k uvoľneniu kyslíka. Kladne nabité vodíkové katióny H+ a záporne nabité anióny SO42- zostanú v roztoku.

Chemické pôsobenie elektrického prúdu sa využíva v priemysle napríklad na rozklad vody na jej zložky (vodík a kyslík). Elektrolýza tiež umožňuje získať niektoré kovy v ich čistej forme. Pomocou elektrolýzy sa na povrch nanesie tenká vrstva určitého kovu (nikel, chróm) - tento atď.

V roku 1832 Michael Faraday zistil, že hmotnosť m látky uvoľnenej na elektróde je priamo úmerná elektrickému náboju q prechádzajúcemu cez elektrolyt. Ak elektrolytom prechádza jednosmerný prúd I po dobu t, potom platí prvý Faradayov zákon elektrolýzy:

Tu sa koeficient úmernosti k nazýva elektrochemický ekvivalent látky. Číselne sa rovná hmotnosti látky uvoľnenej pri prechode jediného elektrického náboja cez elektrolyt a závisí od chemickej povahy látky.

V prítomnosti elektrického prúdu v akomkoľvek vodiči (pevnom, kvapalnom alebo plynnom) sa okolo vodiča pozoruje magnetické pole, to znamená, že vodič prenášajúci prúd získava magnetické vlastnosti.

Ak teda privediete magnet k vodiču, cez ktorý preteká prúd, napríklad vo forme strelky magnetického kompasu, strelka sa otočí kolmo na vodič a ak vodič oviniete okolo železného jadra a prejdete cez jednosmerný prúd cez vodič, jadro sa stane elektromagnetom.

V roku 1820 objavil Oersted magnetický účinok prúdu na magnetickú ihlu a Ampere stanovil kvantitatívne zákony magnetickej interakcie vodičov s prúdom.

Magnetické pole je vždy generované prúdom, to znamená pohybom elektrických nábojov, najmä nabitých častíc (elektrónov, iónov). Opačné prúdy sa navzájom odpudzujú, jednosmerné prúdy sa priťahujú.

Takáto mechanická interakcia nastáva v dôsledku interakcie magnetických polí prúdov, to znamená, že je to predovšetkým magnetická interakcia a až potom mechanická. Primárna je teda magnetická interakcia prúdov.

V roku 1831 Faraday zistil, že meniace sa magnetické pole z jedného obvodu generuje prúd v inom obvode: generované emf je úmerné rýchlosti zmeny magnetického toku. Je logické, že práve magnetické pôsobenie prúdov sa dodnes používa vo všetkých transformátoroch, a nielen v elektromagnetoch (napríklad v priemyselných).

V najjednoduchšej forme možno svetelný efekt elektrického prúdu pozorovať v žiarovke, ktorej špirála sa prúdom, ktorý ňou prechádza, zahrieva na biele teplo a vyžaruje svetlo.

V prípade žiarovky predstavuje svetelná energia asi 5 % dodanej elektriny, zvyšných 95 % sa premení na teplo.

Žiarivky efektívnejšie premieňajú prúdovú energiu na svetlo – až 20 % elektriny sa premení na viditeľné svetlo vďaka fosforu, ktorý získava z elektrického výboja v ortuťových parách alebo v inertnom plyne, akým je neón.

Svetelný efekt elektrického prúdu sa efektívnejšie realizuje v LED diódach. Keď elektrický prúd prechádza cez pn prechod v doprednom smere, nosiče náboja - elektróny a diery - sa rekombinujú s emisiou fotónov (v dôsledku prechodu elektrónov z jednej energetickej úrovne na druhú).

Najlepšie svetelné žiariče sú polovodiče s priamou medzerou (teda také, ktoré umožňujú priame prechody optických pásiem), ako sú GaAs, InP, ZnSe alebo CdTe. Zmenou zloženia polovodičov je možné vytvárať LED diódy pre rôzne vlnové dĺžky od ultrafialovej (GaN) po strednú infračervenú (PbS). Účinnosť LED ako svetelného zdroja dosahuje v priemere 50 %.

Ako je uvedené vyššie, každý vodič, ktorým preteká elektrický prúd, tvorí okolo seba kruh. Magnetické pôsobenie sa mení na pohyb napríklad v elektromotoroch, magnetických zdvíhacích zariadeniach, magnetických ventiloch, relé atď.

Mechanické pôsobenie jedného prúdu na druhý popisuje Amperov zákon. Tento zákon prvýkrát zaviedol André Marie Ampère v roku 1820 pre jednosmerný prúd. Z toho vyplýva, že paralelné vodiče s elektrickými prúdmi tečúcimi v jednom smere sa priťahujú a v opačných sa odpudzujú.

Ampérov zákon je tiež zákonom, ktorý určuje silu, ktorou magnetické pole pôsobí na malý segment vodiča, ktorým prechádza prúd. Sila, ktorou magnetické pole pôsobí na prvok vodiča s prúdom, ktorý sa nachádza v magnetickom poli, je priamo úmerná prúdu vo vodiči a vektorovému súčinu prvku dĺžky vodiča a magnetickej indukcie.

Je založený na tomto princípe, kde rotor hrá rolu rámu s prúdom, orientovaného vo vonkajšom magnetickom poli statora s krútiacim momentom M.