Gleichstrom – allgemeine Konzepte, Definition, Maßeinheit, Bezeichnung, Parameter
Gleichstrom – elektrischer Strom, der sich weder in der Zeit noch in der Richtung ändert. Pro aktuelle Richtung Nehmen Sie die Bewegungsrichtung positiv geladener Teilchen an. Für den Fall, dass der Strom durch die Bewegung negativ geladener Teilchen entsteht, wird davon ausgegangen, dass seine Richtung der Bewegungsrichtung der Teilchen entgegengesetzt ist.
Streng genommen ist unter „elektrischem Gleichstrom“ ein „konstanter elektrischer Strom“ zu verstehen, entsprechend dem mathematischen Konzept des „konstanten Wertes“. In der Elektrotechnik wurde dieser Begriff jedoch im Sinne eines „elektrischen Stroms mit konstanter Richtung und nahezu konstanter Größe“ eingeführt.
Mit „elektrischer Strom mit praktisch konstanter Stärke“ ist ein Strom gemeint, dessen Größenänderungen im Laufe der Zeit so unbedeutend sind, dass diese Änderungen bei der Betrachtung der Phänomene im Stromkreis, durch den ein solcher elektrischer Strom fließt, völlig vernachlässigt werden können und daher ist es möglich, weder die Induktivität noch die Kapazität des Stromkreises zu vernachlässigen.
Am häufigsten Gleichstromquellen – galvanische Zellen, Batterien, Gleichstromgeneratoren und Gleichrichter.
In der Elektrotechnik werden Kontaktphänomene, chemische Prozesse (Primärzellen und Batterien), elektromagnetische Führung (elektrische Maschinengeneratoren) zur Gewinnung von Gleichstrom genutzt. Weit verbreitet ist auch die Wechsel- oder Spannungsgleichrichtung.
Aus allen Quellen von z.B. usw. c. Chemische und thermoelektrische Quellen sowie sogenannte Unipolarmaschinen sind ideale Gleichstromquellen. Die übrigen Geräte geben einen pulsierenden Strom ab, der mit Hilfe spezieller Geräte mehr oder weniger geglättet wird und sich nur dem idealen Gleichstrom annähert.
Zur Quantifizierung wird der Strom im Stromkreis verwendet Stromstärkekonzept.
Stromstärke ist die Strommenge Q, die pro Zeiteinheit durch den Querschnitt des Drahtes fließt.
Wenn sich während der Zeit I die Strommenge Q durch den Querschnitt des Drahtes bewegt hat, dann ist die Stromstärke I = Q /T
Die Maßeinheit für Strom ist das Ampere (A).
Stromdichte Dies ist das Stromverhältnis I zur Querschnittsfläche F des Leiters – I / F. (12)
Die Maßeinheit der Stromdichte ist Ampere pro Quadratmillimeter (A / mm)2).
In einem geschlossenen Stromkreis entsteht Gleichstrom unter der Wirkung einer elektrischen Energiequelle, die an ihren Anschlüssen eine Potentialdifferenz, gemessen in Volt (V), erzeugt und aufrechterhält.
Der Zusammenhang zwischen der Potentialdifferenz (Spannung) an den Anschlüssen des Stromkreises, dem Widerstand und dem Strom im Stromkreis wird ausgedrückt durch das Ohmsche Gesetz... Nach diesem Gesetz wird für einen Abschnitt eines homogenen Stromkreises die Stärke des Stroms bestimmt ist direkt proportional zum Wert der angelegten Spannung und umgekehrt proportional zum Widerstand I = U /R,
wo ich – Stromstärke. A, U – Spannung an den Klemmen des Stromkreises B, R – Widerstand, Ohm
Dies ist das wichtigste Gesetz der Elektrotechnik. Weitere Details finden Sie hier: Ohmsches Gesetz für einen Abschnitt eines Stromkreises
Die vom elektrischen Strom pro Zeiteinheit (Sekunde) geleistete Arbeit wird als Leistung bezeichnet und mit dem Buchstaben P bezeichnet. Dieser Wert charakterisiert die Intensität der vom Strom geleisteten Arbeit.
Leistung P = W / t = UI
Netzteil - Watt (W).
Der Ausdruck für die Stärke eines elektrischen Stroms lässt sich umwandeln, indem man, basierend auf dem Ohmschen Gesetz, die Spannung U Produkt IR ersetzt. Als Ergebnis erhalten wir drei Ausdrücke für die Stärke des elektrischen Stroms P = UI = I2R = U2/ R
Von großer praktischer Bedeutung ist die Tatsache, dass die gleiche Stromstärke bei niedriger Spannung und hoher Stromstärke oder bei hoher Spannung und niedriger Stromstärke erreicht werden kann. Dieses Prinzip wird bei der Übertragung elektrischer Energie über Entfernungen genutzt.
Der durch den Draht fließende Strom erzeugt Wärme und erwärmt ihn. Die im Leiter freigesetzte Wärmemenge Q wird durch die Formel Q = Az2Rt bestimmt.
Diese Abhängigkeit wird Joule-Lenz-Gesetz genannt.
Siehe auch: Grundgesetze der Elektrotechnik
Basierend auf den Gesetzen von Ohm und Joule-Lenz können Sie ein gefährliches Phänomen analysieren, das häufig auftritt, wenn Drähte direkt miteinander verbunden sind und die Last (elektrischen Empfänger) mit elektrischem Strom versorgen. Dieses Phänomen nennt man Kurzschluss, da der Strom auf kürzerem Weg zu fließen beginnt und die Last umgeht. Dieser Modus ist ein Notfallmodus.
Die Abbildung zeigt ein Schema zum Anschluss einer EL-Glühlampe an das Stromnetz. Wenn der Widerstand der Lampe R 500 Ohm beträgt und die Netzspannung U = 220 V beträgt, beträgt der Strom im Lampenstromkreis A = 220/500 = 0,44 A.
Diagramm zur Erläuterung des Auftretens eines Kurzschlusses
Stellen Sie sich den Fall vor, dass die Drähte zur Glühlampe über einen sehr niedrigen Widerstand (Rst – 0,01 Ohm), beispielsweise einen dicken Metallstab, verbunden sind. In diesem Fall verzweigt sich der Schaltungsstrom, der sich dem Punkt A nähert, in zwei Richtungen: Der größte Teil davon folgt einem Pfad mit niedrigem Widerstand – entlang eines Metallstabs, und ein kleiner Teil des Stroms Azln – entlang eines Pfads mit hohem Widerstand – zu einem Glühlampe.
Bestimmen Sie den Strom, der durch den Metallstab fließt: I = 220 / 0,01 = 22.000 A.
Im Falle eines Kurzschlusses (Kurzschluss) beträgt die Netzspannung weniger als 220 V, da ein großer Strom im Stromkreis einen großen Spannungsverlust verursacht und der durch den Metallstab fließende Strom etwas kleiner ist, aber Sie wird jedoch die zuvor verbrauchte Glühlampe übersteigen.
Wie Sie wissen, gibt der durch die Drähte fließende Strom gemäß dem Joule-Lenz-Gesetz Wärme ab und die Drähte erwärmen sich. In unserem Beispiel ist die Querschnittsfläche der Drähte für einen kleinen Strom von 0,44 A ausgelegt.
Wenn die Drähte unter Umgehung der Last auf kürzere Weise verbunden werden, fließt ein sehr großer Strom durch den Stromkreis – 22000 A. Ein solcher Strom führt zur Freisetzung einer großen Wärmemenge, die zur Verkohlung und Entzündung führt Isolierung, Schmelzen des Drahtmaterials, Beschädigung von Stromzählern, Schmelzen durch den Kontakt von Schaltern, Messerbrechern usw.
Die elektrische Energiequelle, die einen solchen Stromkreis versorgt, kann beschädigt werden. Eine Überhitzung der Kabel kann einen Brand verursachen. Um die irreparablen Folgen eines Kurzschlusses zu verhindern, müssen daher bei der Installation und dem Betrieb elektrischer Anlagen folgende Bedingungen beachtet werden: Die Isolierung der Leitungen muss der Netzspannung und den Betriebsbedingungen entsprechen.
Die Querschnittsfläche der Drähte muss so bemessen sein, dass ihre Erwärmung bei normaler Belastung keinen gefährlichen Wert erreicht. Verbindungspunkte und Leitungsabzweigungen müssen von guter Qualität und gut isoliert sein. Interne Leitungen müssen so verlegt werden, dass sie vor mechanischer und chemischer Beschädigung sowie vor Feuchtigkeit geschützt sind.
Um einen plötzlichen, gefährlichen Stromanstieg in einem Stromkreis während eines Kurzschlusses zu vermeiden, wird dieser durch Sicherungen oder Leistungsschalter geschützt.
Ein wesentlicher Nachteil von Gleichstrom besteht darin, dass seine Spannung schwer zu erhöhen ist. Dies erschwert die Übertragung konstanter elektrischer Energie über große Entfernungen.
Siehe auch: Was ist Wechselstrom und wie unterscheidet er sich vom Gleichstrom?