Elektros srovė, tai kryptingas elektros krūvį turinčių dalelių (pvz., elektronų) judėjimas laidininku. Metaluose elektros srovę sudaro laisvieji elektronai, kurie tvarkingai juda laidininku, kai prie jo prijungiamas elektros laukas. Toks tvarkingas elektronų judėjimas ir vadinamas elektros srove. Srovės stipris yra fizikinė величину, apibūdinanti elektros srovės intensyvumą.
Kintamoji elektros srovė ir jos charakteristikos
Kintamoji elektros srovė (i) yra tokia srovė, kurios stipris ir kryptis periodiškai kinta laiko atžvilgiu, t. y., i = i(t). Jei elektros srovės bet kurio parametro vertės nuosekliai pasikartoja per lygius laiko tarpus T, kintamoji elektros srovė yra periodinė. Laiko tarpas T vadinamas periodu. Kintamosios elektros srovės dažnis (f) yra atvirkštinis periodui dydis: f = 1/T. Kampinis dažnis (ω) yra susijęs su dažniu formule 2πf = ω.
Jei grandinė yra tiesinė, t. y., jos elementų varža, induktyvumas ir talpa yra pastovūs, o prie grandinės gnybtų prijungta įtampa arba elektrovara kinta sinuso dėsniu, tai ir srovės stipris kinta sinuso dėsniu. Didžiausia sinusinės srovės stiprio vertė per periodą vadinama amplitude (Im arba Imax). Efektinė srovės stiprio vertė atitinka nuolatinės srovės stiprį, kuris toje pačioje varžoje išskiria tiek pat šilumos, kiek ir tiriama kintamoji elektros srovė.
Akimirkinis sinusinės kintamosios elektros srovės stipris išreiškiamas formule: i = Im sin(ωt + α), kur t - laikas, α - pradinė kintamosios elektros srovės fazė, priklausanti nuo grandinės parametrų (induktyvumo, talpos ir aktyviosios varžos). Sinusinės kintamosios elektros srovės stiprį ir įtampą galima vaizduoti vektoriais (jų tarpusavio ryšius - vektorine diagrama) arba kompleksiniais skaičiais (simbolinis metodas), atitinkančiais diagramos vektorius. Nesinusinę kintamąją elektros srovę galima išskaidyti į daugelį sinusinių dedamųjų, todėl kintamosios elektros srovės teorija tinka ir nesinusinėms kintamosioms elektros srovėms. Daugumos šalių, įskaitant ir Lietuvą, energetikos sistemų standartinis kintamosios elektros srovės dažnis yra 50 Hz (Jungtinėse Amerikos Valstijose ir Japonijoje - 60 Hz). Kintamąją elektros srovę gaminti pradėta jau XIX amžiuje.
Srovės stiprio priklausomybė nuo dažnio įvairiose grandinėse
Srovės stiprio priklausomybė nuo dažnio priklauso nuo grandinės elementų: rezistoriaus, kondensatoriaus ir ritės.
Taip pat skaitykite: Srovės stiprio priklausomybė
Rezistorius
Rezistoriaus varža nekinta priklausomai nuo dažnio. Todėl srovės stipris rezistoriuje yra tiesiogiai proporcingas įtampai ir atvirkščiai proporcingas varžai, pagal Omo dėsnį: I = U/R.
Kondensatorius
Kondensatoriaus varža (XC) kinta priklausomai nuo dažnio: XC = 1/(ωC), kur C - talpa. Didėjant dažniui, kondensatoriaus varža mažėja, todėl srovės stipris didėja.
Ritė
Ritės varža (XL) taip pat kinta priklausomai nuo dažnio: XL = ωL, kur L - induktyvumas. Didėjant dažniui, ritės varža didėja, todėl srovės stipris mažėja.
Kintamosios srovės grandinės su rezistoriumi, kondensatoriumi ir rite
Kintamosios srovės grandinėse su rezistoriumi, kondensatoriumi ir rite srovės stiprio priklausomybė nuo dažnio yra sudėtingesnė ir priklauso nuo šių elementų tarpusavio ryšio (nuoseklusis, lygiagretusis). Rezonanso atveju, kai kondensatoriaus ir ritės varžos yra lygios, srovės stipris grandinėje būna didžiausias.
Gunno reiškinys ir jo įtaka srovės stipriui
Gunno reiškinys - tai savaiminis mikrobangų dažnio elektros srovės virpesių atsiradimas puslaidininkiuose, kurių srovės priklausomybė nuo elektrinio lauko stiprio turi neigiamojo diferencialinio laidumo sritį. Ši sritis atsiranda dėl krūvininkų dreifo greičio mažėjimo didėjant elektrinio lauko stipriui, kai elektrinio lauko reikšmė viršija tam tikrą slenkstinę reikšmę Es. Gana stipriuose elektriniuose laukuose (E > Es), kai šalutiniuose slėniuose gerokai padidėja elektronų tankis, jų dreifo greitis pradeda mažėti didėjant elektrinio lauko stipriui - atsiranda neigiamojo diferencialinio laidumo sritis. Ši būsena yra elektriškai nestabili - prasideda savaiminis erdvinio krūvio kaupimasis ten, kur elektrinis laidumas nevienalytis. Dėl šios priežasties prie katodo formuojasi ir labai stipraus elektrinio lauko (iki 100 kV/cm) siaura sritis - elektrinis domenas. Per elektrinio domeno formavimosi laiką (apie 10-12 s) kitoje puslaidininkinio kristalo dalyje elektrinio lauko stipris ir per kristalą tekanti srovė mažėja, kol nusistovi tam tikra stabili būsena. Elektrinis domenas, veikiamas elektrinio lauko, juda išilgai kristalo apie 107 cm/s greičiu. Domenui pasiekus anodą srovė padidėja, bet prie katodo iš karto pradeda formuotis kitas elektrinis domenas ir srovė vėl sumažėja. Šių elektros srovės virpesių dažnis f = v/l; čia v - elektrinio domeno greitis, l - kristalo ilgis (atstumas tarp katodo ir anodo). Jei l = 10 µm, f = 10 GHz. Gunno reiškinys naudojamas 3-100 GHz dažnių ruožo elektriniams virpesiams žadinti ir stiprinti.
Taip pat skaitykite: Srovės ir įtampos analizė
Elektrosauga ir srovės stiprio ribojimas
Elektrosauga - tai techninių, organizacinių priemonių ir teisinių normų visuma, skirta žmonėms apsaugoti nuo pavojingo ir kenksmingo elektros srovės, elektros lanko, elektromagnetinio lauko ir statinės elektros poveikio. Saugikliai apsaugo elektros grandinę nuo trumpojo jungimo ir didelio šilumos kiekio, bet neapsaugo žmogaus nuo elektros smūgio. Todėl būtina pasirūpinti griežtesnėmis srovės stiprį ribojančiomis priemonėmis.
Elektroniniai prietaisai ir srovės stiprio reguliavimas
Elektroniniuose prietaisuose, tokiuose kaip vakuuminiai diodai ir triodai, srovės stiprį galima reguliuoti keičiant įtampą tarp elektrodų. Vakuuminis diodas turi du elektrodus: katodą ir anodą. Anodui esant teigiamam, elektronai juda nuo katodo link anodo, sukurdami elektros srovę. Anodui esant neigiamam, elektronai nepasiekia anodo, todėl srovė neteka. Vakuuminis triodas turi tris elektrodus: katodą, anodą ir tinklelį. Tinklelio įtampa gali būti naudojama srovės stipriui tarp katodo ir anodo reguliuoti.
Taip pat skaitykite: Sužinokite apie ribinį srovės tankį