3 Haupteffekte, von denen die Elektrotechnik abhängt

Dieser Artikel beleuchtet die drei Haupteffekte, von denen die Elektrotechnik abhängt. Die Auswirkungen sind: 1. Magnetischer Effekt 2. Erhitzungseffekt von elektrischem Strom 3. Chemischer Effekt.

Elektrotechnik: Effekt # 1. Magnetischer Effekt:

Aus unserer Erfahrung wissen wir: Wenn ein elektrischer Strom fließt, wird der Raum unmittelbar um seinen Weg zu einem Magnetfeld. Fig. 3.1 zeigt hier einen Querschnitt eines kreisförmigen Drahtes, dem ein elektrischer Strom folgt.

Die gestrichelte Linie stellt ein zylindrisches Magnetfeld dar, das den Leiter über seine Länge einschließt. Die Intensität dieses Magnetfelds und seine Ausdehnung variieren mit der Stärke des im Draht fließenden Stroms.

Je stärker der Strom ist, desto breiter und intensiver ist das Feld. Daher ist eine wichtige Eigenschaft eines elektrischen Stroms, dass er ein Magnetfeld erzeugen kann, und diese Eigenschaft der Elektrizität wird in der Praxis in Motoren, Transformatoren, Relais, Telefonen usw. verwendet. Tatsächlich aufgrund dieses Magnetfelds und durch elektromagnetische Induktion Eine Potentialdifferenz in einem Leiter entwickelt sich aufgrund der Änderungsrate des Magnetfelds.

e = Blv …………… (Gleichung 3.1)

wo e -emf in Volt.

B - Webers pro Quadratmeter.

I - Länge des Schaffners in Meter.

v - Geschwindigkeit (Bewegung) in Meter pro Sekunde.

Elektromagnetische Induktion kann nur so lange auftreten, bis die Änderung fortgesetzt wird. Das heißt, wenn diese Änderung aufhört, hört auch die Induktion sofort auf.

In der Tat gibt es zwei klare Methoden, bei denen die Bedingungen für die Induktion erfüllt werden können:

(1) Durch die relative Bewegung zwischen dem Leiter und dem Feld bewegt sich entweder der Leiter im Feld oder das Feld bewegt sich über den Leiter. und / oder

(2) Durch Ändern der Intensität des Magnetfelds. Wenn sich also ein Leiter, beispielsweise ein Drahtstück, in einem sich ändernden Magnetfeld befindet, wird in ihm eine elektromotorische Kraft (EMK) induziert, die eine Potentialdifferenz zwischen ihren Enden entwickelt, wie in der Formel 3.1 erläutert.

Wenn ein Draht in einen Stromkreis geschaltet wird, treibt die induzierte EMK einen Strom um den Stromkreis, solange sich das Magnetfeld weiter ändert. Der Leiter, in dem EMF induziert wird, ist jetzt die Energiequelle für die Schaltung, in die er geschaltet ist, so dass der Strom von negativ nach positiv entlang des Leiters fließt, während er um den Rest der Schaltung von positiv nach negativ fließt.

Die Stärke des im Draht induzierten EMK hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der er durch das Magnetfeld bewegt wird, und der Intensität des Magnetfelds. Dies wird auch durch die Basisformel 3.1 erklärt.

Dies bedeutet, dass nur eine kleine EMK durch eine langsame Bewegung in einem schwachen Feld hervorgerufen wird, und in ähnlicher Weise würde eine stärkere EMK durch eine schnelle Bewegung in einem schwachen Feld oder eine langsame Bewegung in einem intensiveren Feld hervorgerufen. Und auch eine noch stärkere EMK würde durch eine schnelle Bewegung in einem intensiven Feld ausgelöst. Tatsächlich ist dieses Grundprinzip das Grundprinzip der Elektrotechnik.

Lassen Sie uns nun die zwei wichtigen Prinzipien auf sehr einfache Weise betrachten:

(a) Generatorprinzip und

(b) Motorprinzip.

(a) Generatorprinzip:

Ein Generator besteht aus Kupferleitern, die auf einen Anker gewickelt sind, der in einem Magnetfeld entweder durch eine mit Dampf oder Wasser angetriebene Turbine oder durch einen Verbrennungsmotor oder durch einen Elektromotor gedreht wird.

Wenn sich der Anker kontinuierlich dreht, bewegen sich die darauf aufgewickelten Drähte kontinuierlich durch das Magnetfeld, und es wird ständig eine EMK induziert. Daher wird in jedem Leiter, der sich durch das Feld bewegt, eine EMK induziert, die proportional zur Rotationsgeschwindigkeit und zur Intensität des Feldes ist.

Die Leiter im Anker sind in Reihe geschaltet. Wenn viele Leiter verwendet werden, beträgt die im Anker entwickelte Potentialdifferenz ein Vielfaches der Potentialdifferenz zwischen den Enden eines einzelnen Leiters. Daher sind Geschwindigkeit, Feldstärke und die Anzahl der in Reihe geschalteten Leiter in der Armatur Hauptfaktoren, die die von einem Generator gelieferte Spannung bestimmen.

Wenn sich nun der Anker dreht, durchläuft jede Wicklung abwechselnd einen Nordpol und einen Südpol. Bei Anwendung der rechten Handregel von Fleming, wie in Abb. 3.2 gezeigt, ist zu sehen, dass die Richtung des in einer Wicklung induzierten Stroms jedes Mal umgekehrt wird, wenn er über einen Pol mit entgegengesetzter Polarität läuft.

Wenn die Wicklungen direkt mit einem Stromkreis verbunden sind, würde in diesem Stromkreis ein Wechselstrom fließen, wie in Abb. 3.3 dargestellt. Ein Wechselstromgenerator wird als Generator bezeichnet.

In dieser Abbildung sehen wir, dass ein Generator auf natürliche Weise eine alternierende EMK erzeugt und dass jede Klemme abwechselnd positiv und negativ ist. Die Frequenz hängt von der Drehzahl ab. Bei dem gezeigten einfachen zweipoligen Feld entspricht die Frequenz der Anzahl der Umdrehungen, die die Leiterschleife pro Sekunde vollendet.

Die Frequenz der erzeugten Spannung hängt von der Rate ab, mit der die Leiter Pole mit entgegengesetzter Polarität passieren. In Abb. 3.3 ist ein zweipoliges Feld dargestellt, das Feld des Generators könnte jedoch mehr Pole haben.

Ein Generatorfeld kann eine beliebige gerade Anzahl von Polen haben; Im Allgemeinen sind vier und sechs und acht Pole gemeinsam. Bei jeder Rotationsgeschwindigkeit passieren Ankerleiter Pole mit entgegengesetzter Polarität im Verhältnis zur Polzahl häufiger.

In einer zweipoligen Maschine passiert beispielsweise jeder Leiter einen Nord- und einen Südpol pro Umdrehung, während in einer vierpoligen Maschine jeder Leiter zwei Nord- und zwei Südpole pro Umdrehung passiert.

Für jede gegebene Geschwindigkeit hat daher der von einer Vierpolmaschine erzeugte Wechselstrom die doppelte Frequenz der von einer Zweipolmaschine erzeugten Frequenz; eine achte Polmaschine hat die doppelte Frequenz einer vierpoligen Maschine und so weiter. Die Frequenz wird daher durch die Geschwindigkeit, mit der der Generator angetrieben wird, und die Anzahl der Pole im Feld bestimmt. Dies muss immer in Erinnerung bleiben.

Gleichstromgenerator:

Wenn der Generator einen Gleichstrom liefern soll, muss ein Gerät verwendet werden, um die Verbindung zwischen der Wicklung und dem Rest der Schaltung jedes Mal umzukehren, wenn sich die Richtung der in der Wicklung induzierten EMK ändert. Ein solches Gerät wird als Kommutator bezeichnet.

Ein Kommutator ist eine Trommel, die an der Welle der Ankerwicklungen angebracht ist. Die Oberfläche der Trommel ist in Metallsegmente unterteilt, die jeweils von den anderen isoliert sind. Feste Kontakte, Bürsten genannt, die direkt in den äußeren Stromkreis geschaltet sind, liegen auf der zylindrischen Oberfläche des Kommutators auf, so dass jeder Kontakt mit den Metallsegmenten macht, wenn sich die Trommel dreht.

Die Ankerwicklung ist mit den Segmenten des Kommutators so verbunden, daß unabhängig von der Polarität der in der Ankerwicklung induzierten Potentialdifferenz Strom in gleicher Richtung um den äußeren Stromkreis fließt. In Abb. 3.4 sehen wir einen sehr einfachen Kommutator.

In Fig. 3.4 (a) bewegt sich der Leiter A über den Nordpol und der Leiter B über den Südpol; daher fließt Strom von Segmenten B zu Segment A des Kommutators, dh von der negativen Bürste zur positiven Bürste innerhalb des Ankers. Wenn sich der Anker wie in Abb. 3.4 (b) um 180 ° gedreht hat, bewegt sich der Leiter A am Südpol und der Leiter B am Nordpol vorbei.

Generatorfeld:

Ein Generator kann mit einem konstanten Magnetfeld arbeiten, so dass entweder Permanentmagnete oder Feldwicklungen (in denen ein konstanter Erregerstrom ein konstantes Magnetfeld erzeugt) verwendet werden könnten.

Die meisten Generatoren verwenden Feldwicklungen, jedoch werden Permanentmagnetfelder für einige kleine Generatoren verwendet, die nur eine geringe Leistung liefern sollen, z. B. solche, die in Telefonschaltungen verwendet werden. Generatoren, die ein Permanentmagnetfeld verwenden, werden normalerweise als Magnetos bezeichnet.

Drehfeldgenerator:

In einigen Wechselstromgeneratoren und Wechselstrommagneten sind die Rollen der rotierenden und der stationären Teile vertauscht, wobei der bestromte Magnet in dem Anker (oder dem Rotor, wie der rotierende Teil einer Wechselstrommaschine genannt wird) ist. Beim Umfahren des Rotors streicht das Magnetfeld an allen Leitern im feststehenden Teil des Ständers der Maschine vorbei.

Der Effekt ist genau der gleiche, als würden die Drahtspulen im Magnetfeld gedreht, wie in Abb. 3.5 dargestellt.

(b) Motorprinzip:

Aus unserer Erfahrung und unserem theoretischen Wissen wussten wir, dass der enge Zusammenhang zwischen elektrischem Strom, magnetischem Feld und Bewegung nicht auf die Erzeugung von elektrischem Strom beschränkt ist. Aus dieser engen Verbindung ergibt sich auch das Motorprinzip, das Prinzip, auf das alle Elektromotoren wirken, dh die elektrische Energie kann kontinuierlich in Bewegung umgewandelt werden.

Tatsächlich ist das Motorprinzip umgekehrt zum Generatorprinzip. Wenn sich ein Leiter in einem Magnetfeld befindet, wie in Abb. Wenn der Strom durchfließt, neigt der Leiter dazu, sich über das Magnetfeld zu bewegen.

Wenn der Draht an einem Anker montiert ist, der sich frei drehen kann, neigt die auf den Leiter wirkende Kraft dazu, den Rotor zu drehen. Während sich diese magnetische Aktion wiederholt fortsetzt, bewegt sich der Rotor weiter und dies wird als motorische Aktion bezeichnet.

Ein Motor ist jedoch fast wie ein Generator aufgebaut, wobei die Leiter auf einen Anker gewickelt und in einem Magnetfeld angeordnet sind. Strom fließt durch die Ankerwicklung und der Anker dreht sich. Wenn jeder Leiter das Magnetfeld durchläuft, hält der in ihm fließende Strom die den Anker drehende Kraft aufrecht, so dass ein kontinuierliches Drehmoment (das als Drehkraft bezeichnet werden kann) aufrechterhalten wird.

Die Bewegungsrichtung eines stromführenden Leiters in einem Magnetfeld kann durch die Linke Handregel von Fleming dargestellt werden, wie in Abb. 3.7 dargestellt. Genauso wie Generatoren Wechsel- oder Gleichstrom liefern können, können Motoren so ausgelegt werden, dass sie entweder mit Wechselstrom oder Gleichstrom betrieben werden.

(c) Induktion durch Änderung der Feldintensität:

Wenn ein Leiter in einem Magnetfeld stationär gehalten wird, das entweder stärker oder schwächer wird, wird in diesem Leiter eine EMK induziert. Wenn der Leiter dann an einen Stromkreis angeschlossen ist, fließt der Strom.

Die Stärke des Feldes eines Permanentmagneten ist unveränderlich, so dass in einem in einem solchen Feld stationären Leiter keine EMK induziert werden kann. Die Intensität des von einer Spule erzeugten Magnetfelds kann jedoch durch Ändern der Stärke des durch sie fließenden Stroms erhöht oder verringert werden.

Eine EMK kann daher in einem Leiter induziert werden, der in einem elektromagnetischen Feld angeordnet ist, indem die Stärke des Stroms geändert wird, der in der Spule fließt, die das Feld erzeugt. Die EMK wird daher nur dann induziert, wenn sich die Stromstärke tatsächlich ändert.

Gegenseitige Induktion:

Wenn der Leiter, in dem EMK induziert wird, in einen Stromkreis geschaltet wird, der vom Wicklungskreis elektrisch unabhängig ist, fließt ein Strom. In der restlichen Schaltung fließt Strom von negativ nach positiv. Der Prozess, durch den der Strom durch Ändern der Stromstärke in einem anderen Stromkreis in einem Stromkreis fließen kann, wird als gegenseitige Induktion bezeichnet.

Die Stärke der induzierten EMK hängt von der Rate ab, mit der sich der das Feld erzeugende Strom ändert. Je größer die Änderungsrate ist, desto größer ist die induzierte EMK. Die größtmögliche Änderungsrate in einem Gleichstromkreis tritt auf, wenn die Versorgung einer Spule ein- oder ausgeschaltet wird, da sich in diesen Momenten der Stromfluss nahezu augenblicklich ändert nichts zu seinem Maximum oder von Maximum zu nichts.

In all diesen Momenten wird in einem in der Nähe der Spule angeordneten Leiter eine messbare EMK induziert. Wenn nun eine Spule in ein sich änderndes Magnetfeld gebracht wird und die EMK in jeder Windung separat induziert wird, ist die in der Spule induzierte Gesamt-EMK größer als diejenige, die in einer einzelnen Windung induziert wird, da alle Windungen in der Spule in Reihe liegen. Nach diesem Prinzip kann eine Spule mit einer großen Anzahl von Windungen zur Induktion einer hohen Spannung verwendet werden.

Induktionsspule:

Gegenseitige Induktion ist das Prinzip der Induktionsspule, einer Vorrichtung zur Erzeugung von Impulsen mit sehr hoher Spannung aus einer Niederspannungsversorgung, wie in Abb. 3.8 dargestellt. Die Induktionsspule besteht aus einer Primärspule, die auf einen Weicheisenkern aufgewickelt und über einen Schalter mit einer Niederspannungsversorgung verbunden ist.

Wenn die Versorgung durch Schließen des Schalters an die Primärwicklung angeschlossen wird, wird die Wicklung erregt und in der Sekundärwicklung wird kurzzeitig eine sehr hohe Spannung induziert. In ähnlicher Weise wird, wenn der Stromkreis zur Primärwicklung unterbrochen wird, auch eine sehr hohe Spannung in der Sekundärwicklung induziert, diesmal jedoch in entgegengesetzter Richtung.

Die Sekundärwicklung der Induktionsspule kann daher dazu gebracht werden, eine Impulsfolge mit sehr hohem Potential zu entwickeln. Tatsächlich werden durch dieses sehr einfache Prinzip die Zündfunken in Kraftfahrzeugmotoren durch eine Induktionsspule erzeugt, die von der Autobatterie aus arbeitet. Der Primärkreislauf wird im Takt der Umdrehung des Motors hergestellt und unterbrochen.

Gegenseitige Induktion durch Wechselstrom:

Die tatsächliche Stärke eines Wechselstroms ändert sich aufgrund seiner Charakteristik ständig von Moment zu Moment. Das durch einen Wechselstrom erzeugte Magnetfeld ist daher ein sich ständig änderndes. Wenn sich ein Leiter im Feld befindet, wird ständig eine EMK in das Feld eingeleitet.

Wenn der Leiter an einen Stromkreis angeschlossen ist, fließt in diesem Stromkreis ständig Strom. Der induzierte Strom hängt sehr genau mit dem angelegten Strom zusammen.

Während des ersten Viertelviertels eines Zyklus steigt die Stärke des angelegten Stroms von null auf das Maximum. Die Intensität des Feldes steigt daher von Null bis zum Maximum, und das Ende "A" der Spule hat Nordpolarität. In dem Leiter wird daher eine EMK induziert, die dazu neigt, den Strom von links nach rechts zu leiten.

Die Änderungsrate der Feldstärke (dargestellt durch die Steigung der Kurve) ist am Beginn eines Zyklus am größten und wird an dem Punkt, an dem die maximale Stromstärke erreicht wird, auf Null gesetzt. Die induzierte EMK, die von der Änderungsrate abhängt, ist daher zu Beginn des Zyklus maximal und fällt am Ende des ersten Viertelviertels des Zyklus auf Null ab.

Während des zweiten Viertelviertels nimmt die Stärke des angelegten Stroms vom Maximum auf Null ab. Wie im ersten Quartal ist die Polarität des Endes A der Spule nördlich. Es wird also wieder eine EMK im Leiter induziert, diesmal tendiert der Strom jedoch von rechts nach links.

Während dieses Viertel eines Zyklus beginnt die Änderungsrate der Feldintensität bei null, wenn das Feld am intensivsten ist, und nimmt mit abnehmender Intensität allmählich zu. Die EMK im Leiter steigt daher von Null zu Beginn des zweiten Viertelzyklus bis zu einem Maximum am Ende des zweiten Viertelzyklus.

Die zweite Hälfte des Zyklus folgt einem ähnlichen Muster wie die erste Hälfte, wobei alle Richtungen umgekehrt sind. Während des dritten Viertels steigt das Feld auf ein Maximum, wobei das Ende A der Spule nach Süden gerichtet ist. Die induzierte EMK fällt von ihrem Maximum auf null und neigt dazu, den Strom von rechts nach links zu treiben.

Während des vierten Viertels fällt die Feldintensität vom Maximum mit dem Ende 'A' der Spule mit Südpolarität auf Null, und die induzierte EMK steigt von Null auf ein Maximum, wobei der Strom von links nach rechts fließt.

Die im Leiter induzierte EMK ist daher eine alternierende EMK der gleichen Frequenz wie der angelegte Strom. Wenn der angelegte Strom eine Sinuswellenform hat, hat die induzierte EMK genau dieselbe Wellenform.

Die Peaks der induzierten EMK treten genau ein Viertel eines Zyklus nach den Peaks des angelegten Stroms auf, dh sie liegen um 90 ° hinter dem angelegten Strom. Die Fähigkeit eines Wechselstroms, eine Wechselstrom-EMK in einem elektrisch unabhängigen Stromkreis durch ein Magnetfeld zu induzieren, führt zu dem Prinzip des Transformators.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Sinuswelle die einzige Wellenform ist, die durch gegenseitige Induktion exakt reproduziert wird. Wenn ein Wechselstrom mit einer anderen Wellenform an die Spule angelegt würde, würde die gegenseitige Induktion als kontinuierlicher Prozess stattfinden, aber die Wellenform der induzierten EMK würde der des angelegten Stroms nicht ähneln.

Selbstinduktion:

Innerhalb dieses Feldes liegt jede Spule, in der ein Strom selbst ein elektromagnetisches Feld erzeugt. Immer wenn sich die Stärke des in der Spule fließenden Stroms ändert und eine Änderung der Feldintensität bewirkt, wird in der Spule selbst eine EMK induziert. Eine EMK wird nur in der Spule induziert, wenn sich die Stromstärke ändert.

In der Tat widerspricht und induziert die induzierte EMK immer die Änderung der Stromstärke, die sie induziert. Wenn und wenn der Strom zunimmt, der induzierte EMK tendenziell die Erhöhung verhindert, widersetzt er sich dem an die Spule angelegten EMK und ist daher ein Gegen-EMK. um den Stromfluss aufrechtzuerhalten, indem er in die gleiche Richtung wie die angelegte EMK ausgeübt wird

Wenn die Schaltung unterbrochen wird, induziert der plötzliche Abfall des Stroms auf Null eine große EMK, die dazu neigt, den Strom nach dem Auftreten des Bruchs weiterfließen zu lassen. In der Tat ist dies der Grund für den Funken, den wir sehen, wenn der Strom momentan alle Lücken durchfließt.

Energie in einem Induktionskreislauf:

Das von einer Spule erzeugte Magnetfeld ist ein Energiespeicher, der von der elektrischen Schaltung geliefert wird. Wenn der durch die Spule fließende Strom ansteigt, nimmt auch die Intensität des Magnetfelds zu.

Ein Teil der von der Batterie oder dem Generator gelieferten Energie wird zur Überwindung der induzierten Gegen-EMK verwendet, und diese Energie geht in das Magnetfeld über. Während in der Spule ein Strom konstanter Stärke fließt, wird das Magnetfeld aufrechterhalten und die ihm zugeführte Energie hält.

Wenn der in der Spule fließende Strom verringert wird, verliert das Magnetfeld an Intensität und gibt Energie ab. Diese Energie wird in die Schaltung zurückgeführt, da die induzierte EMK dazu neigt, den Stromfluss aufrechtzuerhalten. Diese zurückgewonnene Energie kann dazu führen, dass ein Funke ausgelöst wird, wenn der Stromkreis unterbrochen wird.

Funken, die durch die Freisetzung von Energie aus einem induktiven Kreis entstehen, sind eine potenzielle Gefahr im Untergrund eines Bergwerks. Wenn eine solche Funkenbildung auftritt, wenn eine explosive Konzentration von Feuerdämpfen oder Kohlenstaub in der Atmosphäre vorhanden ist, wird die Konzentration wahrscheinlich gezündet und es kann sehr leicht eine Explosion auftreten.

Aus diesem Grund muss jedes unterirdische elektrische Gerät so ausgelegt werden, dass Funkenbildung nicht dazu führt, dass Feuer oder Kohlestaub gezündet wird. Dies sind zwei Methoden, um die Gefahr durch Funkenbildung zu überwinden, und diese werden in den Kapiteln beschrieben, die sich mit flammenfester Ausrüstung und eigensicherem Stromkreis befassen.

Induktivität:

Der Prozess der Selbstinduktion findet in jeder Spule statt, unabhängig davon, ob es sich um ein Solenoid oder um eine kleine Wicklung oder um eine Transformatorwicklung handelt, wenn sich die Stärke des darin fließenden Stroms ändert. In jedem Fall verzögert die induzierte EMK die Änderung der Stromstärke, wodurch sie induziert wird. Die Wirkung einer Spule auf den Stromkreis, in den sie geschaltet ist, ähnelt der Wirkung eines Schwungrades auf ein mechanisches System.

Diese Eigenschaft einer Spule, Änderungen in ihrem Schaltkreis zu verzögern, wird als Induktivität bezeichnet. Jede Schaltung hat eine leichte Induktivität, aber für die meisten praktischen Zwecke muss nur die Induktivität der Spulen berücksichtigt werden. Eine Schaltung, die Spulen enthält, wird als induktive Schaltung bezeichnet.

Die Induktivität einer Spule hängt hauptsächlich von der Anzahl der Windungen ab. Eine Spule mit einer großen Anzahl von Windungen erzeugt ein starkes Magnetfeld, so dass in jeder Windung eine relativ starke Gegen-EMK induziert wird. Da alle Windungen der Spule in Reihe sind, ist die gesamte in der Spule induzierte Gegen-EMK beträchtlich.

Eine Spule mit nur wenigen Windungen kann dagegen nur ein schwaches Magnetfeld erzeugen, und die gesamte Gegen-EMK ist nur ein paar Mal so groß wie eine einzelne Windung, so dass ihre Induktivität sehr klein ist. Die Induktivität wird auch durch andere Faktoren beeinflusst, wie die Nähe und Größe der Windungen und die Eigenschaften eines beliebigen Kerns, den die Spule haben kann. Im Allgemeinen hat jedoch jede Spule, die zur Erzeugung eines starken Magnetfelds ausgelegt ist, eine hohe Induktivität.

(d) Wechselstromkreis und Eigeninduktivität:

Ein Wechselstrom ändert sich ständig, so dass in jeder Spule, in der ein Wechselstrom fließt, die Gegen-EMK kontinuierlich induziert wird. Die selbstinduzierte EMK (wie eine gegenseitig induzierte EMK) ist eine alternierende EMK und liegt genau 90 ° hinter den induzierenden Stromkurven A und B in Abb. 3.9 (a).

Zu Beginn des ersten Viertelviertels eines Zyklus steigt der Strom in positiver Richtung am schnellsten an, so dass eine maximale EMK in negativer Richtung induziert wird.

Wenn der Strom auf ein Maximum steigt, nimmt seine Änderungsrate ab und die induzierte EMK fällt auf null. Während im zweiten Viertel eines Zyklus der Strom in positiver Richtung abnimmt, wirkt die Gegen-EMK auch in positiver Richtung (entgegen der Stromänderung, dh sie neigt dazu, den Strom weiter fließen zu lassen). Mit zunehmender Änderungsrate steigt die induzierte EMK an und erreicht ein Maximum in dem Moment, in dem der Strom tatsächlich Null ist.

Die zweite Hälfte des Zyklus ähnelt der ersten Hälfte, wobei alle Richtungen umgekehrt sind. Im dritten Quartal steigt der Strom in die negativen Richtungen und die Gegen-EMK wird in die positive Richtung induziert. Wenn die Änderungsrate des Stroms abnimmt, fällt die induzierte EMK auf null.

Im vierten Quartal fällt der Strom in negativer Richtung auf null und die EMK wird in negativer Richtung induziert. Wenn die Stromänderungsrate zunimmt, steigt die induzierte EMK auf ein Maximum.

Wechselstromverhalten:

Wenn eine Wechselspannung an eine induktive Schaltung angelegt wird und ein Wechselstrom fließt, arbeiten zwei Wechselstrom-EMKs gleichzeitig in derselben Schaltung, d. H. Die Versorgungs-EMK und die selbstinduzierte EMK

Zu jedem Zeitpunkt, zu dem die beiden EMK in entgegengesetzten Richtungen arbeiten, ist die resultierende EMK, die dazu neigt, den Strom um die Schaltung zu treiben, die Differenz zwischen den beiden EMF zu diesem Zeitpunkt. Zu jedem Zeitpunkt, zu dem die beiden EMK in die gleiche Richtung arbeiten, ist die resultierende EMK, die dazu neigt, den Strom um die Schaltung herum zu steuern, die Summe der beiden EMF zu diesem Zeitpunkt.

Wenn also zwei alternierende EMK mit Sinuswellenform zusammen in einer Schaltung arbeiten, ist die resultierende EMK immer eine alternierende EMK, auch in Sinuswellenform. Die einzige Ausnahme ist jedoch, wenn die beiden alternierenden EMK gleich und genau gegenphasig sind.

Dann gibt es überhaupt keine resultierende EMK. Wenn die beiden alternierenden EMK nicht genau in Phase oder in Gegenphase sind, ist die resultierende EMK sowohl mit der Versorgungs-EMK als auch mit der selbstinduzierten EMK außer Phase

Bei jedem Stromkreis nach dem Ohmschen Gesetz fließt der tatsächliche Strom zu einem beliebigen Zeitpunkt proportional zu der Spannung, die tatsächlich dazu neigt, den Strom zu diesem Zeitpunkt um den Stromkreis zu steuern. Da bei Auftreten einer Eigeninduktivität die Spannung, die tatsächlich dazu neigt, den Strom um die Schaltung herum zu treiben, die resultierende EMK ist, muss ein Wechselstrom in einer induktiven Schaltung mit einer sich daraus ergebenden alternierenden EMK in Phase sein

Es hat sich gezeigt, dass die selbstinduzierte EMK dem induzierenden Strom um genau 90 ° nacheilt, so dass die resultierende EMK die induzierte EMK um 90 ° vorauseilt. Die resultierende EMK kann auch nur dann in Phase mit der Versorgungs-EMK sein, wenn die selbstinduzierte EMK genau in Phase oder gegenphasig ist.

Da die resultierende EMK um 90 ° gegenüber der selbstinduzierten EMK verschoben ist, folgt daraus, dass die resultierende EMK notwendigerweise außer Phase mit der Versorgungs-EMF ist. Der in der Schaltung fließende Wechselstrom ist daher auch mit der Versorgungs-EMK außer Phase

In fig. 3.9 (b) Die obigen Punkte sind dargestellt. Die resultierende EMK (gekrümmt) wird mit dem Strom (Kurve A) in Phase gezeichnet. Die selbstinduzierte EMK (Kurve B) ist um 90 ° hinter dem Strom nacheilend dargestellt. Wie im Diagramm zu sehen ist, treten Spitzen des aktuellen Zyklus nach Spitzen im Versorgungs-EMK-Zyklus auf.

In jeder induktiven Schaltung bleibt der Wechselstrom daher der Wechselspannung der Versorgung hinterher. Die Beziehung zwischen Strom und Versorgungsspannung in der Schaltung kann veranschaulicht werden, indem die Kurven von beiden mit derselben Achse wie in Abb. 3.10 gezeichnet werden. Der Betrag, um den der Strom nacheilt, hängt von dem Induktivitätsbetrag und dem Widerstandswert in der Schaltung ab.

In jeder Schaltung erhöht eine Erhöhung der Induktivität oder eine Abnahme des Widerstands die Stromverzögerung. Umgekehrt verringert eine Verringerung der Induktivität oder eine Erhöhung des Widerstands die Stromverzögerung. Im extremen theoretischen Fall einer Schaltung, die reine Induktivität enthält und keinen Widerstand hat, würde der Strom um genau ein Viertel des Zyklus nachlaufen, das um 90 ° hinter der Versorgungsspannung liegt, wie in Abb. 30.10 (b) dargestellt.

In jeder praktischen Schaltung gibt es jedoch immer einen gewissen Widerstand (zumindest den Widerstand der Leiter), so dass der Strom immer weniger als 90 ° nacheilt, wie in 3.10 (c) erläutert.

Reaktanz:

Wenn eine Wechselstromversorgung an eine induktive Schaltung angeschlossen wird, wird der Effektivwert des fließenden Stroms unabhängig von einem beliebigen Widerstand durch den Prozess der Selbstinduktion begrenzt. Theoretisch kann davon ausgegangen werden, dass eine Schaltung ohne Widerstand, aber nur Induktivität existieren kann.

Wenn eine Gleichspannungspotentialdifferenz an eine solche Schaltung angelegt würde, wäre die Stärke des Gleichstroms, der fließen würde, nicht begrenzt. Aus dem ersten Prinzip der Elektrizität wissen wir, dass

Strom = Spannung / Widerstand,

aber da Widerstand = 0 Ohm,

Strom = Spannung / 0 oder unendlich.

Wenn eine Wechselstromversorgung angeschlossen wäre, würde der Strom durch die selbstinduzierte EMK begrenzt. Der Strom jagt genau um 90 ° hinter der angelegten Spannung und die induzierte EMK ist genau gegenphasig zur angelegten Spannung.

Die induzierte EMK kann niemals größer als die angelegte Spannung sein, da sonst der induzierende Strom nicht fließen kann. Die Größe der induzierten EMK zu jedem Zeitpunkt des Zyklus hängt von der Änderungsrate des Stroms zu diesem Zeitpunkt ab. Da die induzierte EMK begrenzt ist, ist die Änderungsrate des Stroms begrenzt, so dass auch die Maximal- und Effektivwerte des Stroms begrenzt sind.

Nun hängt die tatsächliche Stärke des Stroms in der Schaltung davon ab,

(a) die Induktivität der Schaltung; und wir wissen, je größer die Induktivität ist, desto größer ist die für jede gegebene Änderungsrate des Stroms induzierte EMK

(b) Frequenz; und wir wissen auch, dass je höher die Frequenz ist, desto größer ist die Änderungsrate, die innerhalb eines Zyklus für einen bestimmten Effektivwert erforderlich ist.

Abb. 3.11 veranschaulicht die obigen Aussagen. Die Eigenschaft einer Spule (oder eines gesamten Induktionskreises), die Stärke eines darin fließenden Wechselstroms zu begrenzen, wird als Reaktanz bezeichnet.

Impedanz:

Jede praktische Schaltung, die eine Spule enthält, hat sowohl Widerstand als auch Reaktanz, und der Wert eines in der Schaltung fließenden Wechselstroms wird durch den kombinierten Effekt der beiden Eigenschaften bestimmt. Dieser kombinierte Effekt wird als Impedanz bezeichnet.

Eine Spule kann beispielsweise so aufgebaut sein, dass sie eine hohe Induktivität, aber einen sehr geringen Widerstand aufweist. Wenn dann ein Gleichspannungspotential von beispielsweise 100 Volt angelegt wird, fließt ein starker Gleichstrom.

Wenn andererseits eine Wechselspannung von 100 Volt effektiv angelegt wird, begrenzt die Reaktanz der Spule den Wechselstrom auf einen sehr niedrigen Wert. Die Schaltung hat daher eine hohe Impedanz. Eine Schaltung, die einen hohen Widerstand und nur eine geringe Induktivität enthält, lässt auch nur einen geringen Wechselstrom fließen und weist ebenfalls eine hohe Impedanz auf.

Obwohl die Impedanz einer Schaltung wie der Reaktanz allein mit der Frequenz der Wechselstromversorgung variiert, hängt die Impedanz für jede gegebene Frequenz genau wie der Widerstand allein mit dem Strom und der Potentialdifferenz zusammen, d. H

Da diese Formeln genau denjenigen des Ohmschen Gesetzes entsprechen, wird die Impedanz in Ohm gemessen. In der Tat sind dies die Grundprinzipien, die für die Lösung eines elektrotechnischen Anwendungsproblems immer von entscheidender Bedeutung sind.

Kapazität:

Ein Kondensator oder Kondensator ist eine elektrische Komponente, die eine bestimmte elektrische Ladung aufnimmt. Kondensatoren werden in elektrischen Schaltungen für viele Zwecke verwendet. In Bergwerken und in der Industrie werden diese am häufigsten für die Blindleistungskompensation und Eigensicherheit verwendet.

Tatsächlich besteht ein einfacher Kondensator aus zwei dicht nebeneinander gehaltenen Metallplatten, die jedoch voneinander isoliert sind, wie in Abb. 3.12 (a) gezeigt. Das Isoliermaterial, das die Platten trennt, wird als Dielektrikum bezeichnet.

Wenn eine Batterie zwischen den beiden Platten angeschlossen werden sollte, wie in Abb. 3.12 (b) gezeigt, würde die an das Batterieplus angeschlossene Platte eine positive Ladung annehmen, während die an das negative Batterie angeschlossene Platte eine negative Ladung annehmen würde.

Wenn jede Platte aufgeladen wird, entsteht eine Potentialdifferenz zwischen den beiden Platten, die aufgrund der Isolation zwischen ihnen nicht verringert werden kann. Bei voller Ladung ist die Potentialdifferenz zwischen den beiden Platten jedoch gleich der Potentialdifferenz an den Klemmen der Batterie.

Einheit der Kapazität:

Die Kapazität kann gemessen werden und die Basiseinheit ist der Farad. Ein Objekt hat eine Kapazität von einem Farad, wenn es für eine Sekunde einen Stromfluss von einem Ampere benötigt, um sein Potential um ein Volt zu ändern.

Die Grundeinheit der Kapazität ist jedoch für praktische Messungen viel zu groß, da niemand jemals ein Objekt mit einer Kapazität von mehr als einem kleinen Bruchteil eines Farad konstruiert hat. Tatsächlich wurde berechnet, dass eine Metallkugel mit einer Kapazität von einem Farad um ein Vielfaches größer sein würde als die Erde.

Die Kapazitätseinheiten, die für praktische Zwecke verwendet werden, sind Mikrofarad, was einem Millionstel eines Farad entspricht. und der Pico farad (oder Mikro-Mikrofarad), der einem Millionstel eines Mikrofarad entspricht. Wir wissen jedoch, dass wenn ein Leiter eine Ladung von einer Versorgungsquelle erhält, der Stromfluss darauf hinweist, dass beim Erzeugen der Ladung Energie übertragen wurde.

Solange der Leiter die statische Ladung behält, kann er als starke elektrische Energie angesehen werden. Die Energie wird abgebaut, wenn der Leiter entladen wird. Die Eigenschaft, eine statische Ladung annehmen und behalten zu können, wird als Kapazität bezeichnet.

Kapazität eines Kondensators:

Die Kapazität eines Kondensators ist um ein Vielfaches größer als die Kapazität der Platten als isolierte Objekte. Diese starke Zunahme der Kapazität wird durch den Effekt bewirkt, den die zwei geladenen Platten aufeinander haben. Lassen Sie uns nun sehen, was passiert, wenn der Kondensator sich auflädt, wobei eine Platte eine negative Ladung erhält, während die andere eine positive Ladung erhält.

Die positiv geladene Platte neigt dazu, eine weitere negative Ladung an die gegenüberliegende Oberfläche der negativen Platte anzuziehen, und in ähnlicher Weise zieht die negativ geladene Platte eine weitere positive Ladung an die positive Platte an. Der Effekt ist, dass der Strom weiter fließt, wenn Ladungen sich konzentrieren oder kondensieren (tatsächlich kam der Name Kondensator aufgrund von Kondensation der Ladung) sich auf den Oberflächen der Platten gegenüber.

Die auf diese Weise entgegengesetzte Ladungskonzentration wird als elektrostatische Induktion bezeichnet. Ihre Wirkung besteht darin, der Entstehung einer Potentialdifferenz zwischen den Platten entgegenzuwirken, da die auf die Platten gezogenen Ladungen dazu neigen, sich gegenseitig zu neutralisieren.

Wenn ein Kondensator aufgeladen wird, wird daher der Großteil der den Platten zugeführten Ladung auf die gegenüberliegenden Seiten angesaugt, wo er neutralisiert wird, und es ist nur ein sehr geringer Anteil verfügbar, um die Potentialdifferenz zwischen den Platten zu erzeugen.

Daher muss den Platten des Kondensators eine große Ladungsmenge zugeführt werden, um eine kleine Potentialdifferenz zwischen den Platten zu erzeugen, dh die Kapazität des Kondensators ist groß.

Ein Kondensator mit einer Kapazität von 10 Mikrofarad ist leicht herzustellen, dessen Platten, wenn sie getrennt sind, eine Kapazität haben, die unermesslich klein ist. Tatsächlich hängt die tatsächliche Kapazität eines Kondensators von einer Reihe von Faktoren ab.

Die wichtigsten Faktoren sind:

(i) Gesamtfläche der Platten:

Da sich die neutralisierten Ladungen im Kondensator auf den gegenüberliegenden Flächen der Platten konzentrieren, hängt die Ladungsmenge, die absorbiert und neutralisiert werden kann, von der Fläche der Oberfläche ab, die sich direkt gegenüberliegt.

Je größer dieser Bereich ist, desto größer ist die Kapazität des Kondensators. In der Praxis werden große Plattenbereiche aufgenommen, indem die Platten zu einer Spule gewalzt werden, indem Plattenbänke aufgebaut werden, die abwechselnd positiv und negativ sind.

(ii) Abstand zwischen den Platten:

Die Kraft der elektrostatischen Induktion, die zwischen den Platten ausgeübt wird, nimmt zu, wenn sie näher zusammengebracht werden. Je näher sich die Platten befinden, desto größer ist daher die Ladungsmenge, die auf ihren Oberflächen konzentriert und neutralisiert werden kann, und desto größer ist die Kapazität des Kondensators.

Das Dielektrikum zwischen den Platten muss dick und elektrisch stark genug sein, um der anliegenden Spannung standzuhalten, andernfalls fällt das Ganze viel früher aus.

(iii) Eigentum des Dielektrikums:

Ein einfacher Kondensator, wie der in Abb. 3.12 (a) dargestellte, kann Luft als Dielektrikum haben. Einige feste Dielektrika wie Glimmer, Wachspapier oder Isolieröl verleihen einem Kondensator mit ähnlichen Abmessungen eine größere Kapazität. Der Grund dafür ist, dass die Ladung auf den Platten dazu neigt, Ladungen auf der Oberfläche des Dielektrikums zu induzieren, mit der sie in Kontakt stehen.

Die Oberfläche des Dielektrikums in Kontakt mit der positiven Platte erhält eine negative Ladung und umgekehrt. Die Ladungen auf den Oberflächen des Dielektrikums wirken daher als zusätzliche neutralisierende Kraft gegen die Ladung auf den Oberflächen der Platten, so dass der Kondensator noch mehr Ladung absorbieren muss, um eine gegebene Potentialdifferenz zwischen den Platten herzustellen.

(e) Kondensatoren im Gleichstromkreis:

Da zwischen den Platten eines Kondensators keine elektrische Verbindung besteht, kann ein Gleichstromkreis dadurch nicht hergestellt werden. Wenn ein Kondensator in Reihe mit einer Lampe mit einer Lampe verbunden ist, ist kein Stromkreis geschlossen und die Lampe funktioniert nicht. Wenn der Kondensator jedoch nicht geladen wird, während die Verbindungen hergestellt werden, fließt ein Strom in den Leitern, bis der Kondensator geladen ist.

Wenn der Ladestrom stark genug ist, blinkt die Lampe kurz auf. Obwohl während der kurzen Zeitdauer, während der der Kondensator geladen wird, kein Strom durch das Dielektrikum des Kondensators fließt, fließt der Strom so, als ob eine Schaltung durch ihn geführt wäre. Die Stärke des Stroms ist im Moment des ersten Anschließens der Batterie am größten, fällt jedoch schnell ab, wenn sich die Ladung am Kondensator aufbaut.

Wenn die volle Potentialdifferenz zwischen den Platten erreicht ist, hört der Stromfluss auf. Der Stromfluss zeigt an, dass die Batterie elektrische Energie zum Kondensator geliefert hat. Diese Energie wird nun in der Ladung gespeichert. Wenn die Batterie abgeklemmt wird, bleibt der Kondensator aufgeladen und speichert seinen elektrischen Energiespeicher.

Wenn nun eine Verbindung zwischen den beiden Platten hergestellt wird, fließt ein Strom von der positiv geladenen Platte zu der negativ geladenen Platte, bis der Kondensator entladen ist und die beiden Platten auf dem gleichen Potential liegen. Dieser Stromfluss ist wieder am größten, wenn die Verbindung hergestellt wird, und fällt schnell ab, wenn die Potentialdifferenz abnimmt.

Kondensator und Wechselstromkreis:

Die Wirkung eines Kondensators auf einen Wechselstromkreis unterscheidet sich stark von seiner Wirkung auf einen Gleichstromkreis. Bitte schauen Sie in die Abb. 3.13. Die Polarität der Wechselstromversorgung wird ständig umgekehrt, so dass der Kondensator nicht wie in einem Gleichstromkreis statisch aufgeladen werden kann.

Wenn die Wechselstromversorgung zum ersten Mal angeschlossen wird, beginnt der erste Zyklus mit dem Aufkochen einer Potentialdifferenz zwischen den Platten des Kondensators. Beim ersten Anschließen einer Gleichstromquelle fließt ein Strom kurzzeitig und fällt schnell ab, wenn die Spannung zwischen den Platten steigt. Am Ende eines Viertels eines Zyklus hat die Spannung eine Spitze erreicht und der Strom hat aufgehört zu fließen.

During the second quarter of the cycle, the voltage of the supply is decreasing. When the voltage of the supply has fallen to a lower value than the potential difference between the plates of the condenser, the condenser begins to discharge.

As the condenser discharges, current begins to flow in the opposite direction to that of initial current. Since the voltage of the supply still opposes the discharging current, the discharge current is at first very small: It reaches a maximum value only when the supply voltage is at zero.

Then, when the second half begins, current continues flowing in the same direction and the condenser begins to charge with a reverse polarity. At the end of the third quarter cycle, voltage again reaches a peak and current ceases to flow. During the fourth quarter of the cycle, the condenser begins to discharge again, the discharge current flowing in the same direction as the first charging current.

When an alternating supply is connected to a condenser, an alternating current actually flows in the conductors connecting the source of supply to the plates of the condenser. Although no current actually flows through the dielectric between the plates, the circuit behaves as though it were complete, and, for practical purposes, a condenser may be regarded as allowing an alternating current to flow through it.

Now again from Fig. 3.13 we can show that an alternating current circuit cycle would occur when the voltage is at zero, and vice versa. The current cycle therefore leads the voltage cycle by 90°.

However as we know that any practical circuit necessarily contains some resistance as well as capacitance, the current never actually leads the voltage by a full 90°. The actual amount by which the current cycle leads the voltage cycle depends upon how much resistance and how much capacitance the circuit contains. The vector diagram in Fig. 3.13 explains the above statements vectorially.

Capacitance Reaction and Impedances:

When an alternating voltage is applied across a condenser, the strength of the alternating current which flows is determined by the capacitances of the condenser. For any given voltage a condenser of a large capacitance absorbs a large amount of charge, so that a heavy current flows.

But a condenser of small capacitance absorbs a small amount of charge, so that only a small current flows. The property which a condenser has of limiting alternating current is called capacitive reactance.

The capacitance and resistance of a circuit together offer an impedance to the passage of alternating current. As with inductive impedance, for any given frequency, capacitive impedance is related to alternating voltage and current in exactly the same way as pure resistance. Impedance is therefore also measured is ohms.

The impedance of a capacitive circuit varies with frequency of the alternating supply. The higher the frequency of the supply, the lower is the impedance of circuit. When the frequency of the supply is increased, the rate at which the condenser must be charged during each half cycle is also increased so that a heavier current must flow.

Unless otherwise stated, the impedance of capacitive circuit is always measured at 50 c/s, USA (and the countries influenced by USA system) has their frequency as 60 cycles per second.

Comparison of Capacitance & Inductance:

The effect of a condenser on an alternating current circuit is in many ways the reverse of the effect of a coil.

The effect of capacitance and inductance are compared as below:

Capacitance of Circuit Conductor:

Every electrical circuit has a certain amount of capacitance irrespective of whether a condenser is connected into it. It is not usually possible to calculate what the capacitance of a circuit will be, and the capacitance of many circuits is too small to be measured, but the capacitance of a power circuit may be large enough to present a danger if its effects are not guarded against.

Therefore it is always advisable to discharge the power circuits to earth ever after they are switched off, before working on the line.

The cable conductors, switchgear connections, and motor windings of, for example, a coalface circuit contains a considerable amount of metal connected together. This mass of metal has, of itself, a certain capacity for retaining a charge of electricity.

It is, however, surrounded by the earth screen of the cable and the metal casings of the motor and switchgear. The casing and the conductors together act as a condenser, so that the capacitance of the metal parts of the circuit is greatly increased.

Now when the supply is switched off from the motor after it has been working, the metal parts of the circuit could retain a charge of electricity for a time even though the current is not flowing. The electrical energy contained in the charge would be very little compared with the energy carried by the system when working, but it could be sufficient to give anyone touching a conductor in the circuit a severe shock.

Further, the accidental discharge of the conductor when exposed could cause a spark which might ignite any fire damp present in the atmosphere. It is, therefore, possible to receive a severe shock or produce an incendive spark from a conductor even though the conductor is isolated from the source of supply.

In order to eliminate the danger of shock or sparking from a charged conductor, isolator switches are usually provided with an 'earth' position which enables all the conductors isolated by the switch to be connected directly to earth, so that they can be discharged.

It is therefore must, and important when working on any high or medium voltage electrical equipment, to ensure that any conductor to be exposed have been both isolated and discharged before any cover is removed. Conductors should be connected directly to earth for at least one minute in order to ensure that these are fully discharged.

Electrical Engineering: Effect # 2. Heating Effect of Electric Current:

Whenever an electric current flows it meets with resistances. If the current is flowing in a good conductor, such as copper, the resistance is very slight, but some other materials which conduct electricity offer much more resistance. Whenever an electromotive force drives a current round an electric circuit, energy is expended in overcoming the resistance in the circuit.

The electrical energy expended is given out in the form of heat. The amount of heat produced at any point in an electric circuit depends upon the resistance of the material of which the circuit is made at that point, and upon the strength of the current flowing.

Some heat is produced at every point of every circuit in which current is flowing, but throughout most of the circuit, eg the cables, the amount of heat produced is normally very small and is readily dispersed.

Some parts of a circuit have higher resistance than the rest and, in these parts, more heat is- produced. For that reason, electric motors, generators, transformers and other equipment, have to be cooled while in operation.

Similarly, a bad connection in a circuit eg a poorly made plug, offers a higher resistance, and excessive heat may be produced at that point. The heating could be sufficient to damage the equipment and possibly start a fire.

However, the heating of an electric current is used in electric light bulbs and electric fires. In an electric light bulb current passing through a fine wire produces sufficient heat to raise the temperature wire very high so that it glows brilliantly. This useful aspect of electricity is explained and illustrated in the chapter dealing with Electric Lighting.

Electrical Engineering: Effect # 3. Chemical Effect:

Some liquids also conduct electricity, but when they do so, some chemical reactions occurs. Fig. 3.14 illustrates how such liquids conduct electricity.

A potential difference is applied across the liquid by connecting a source of energy to two solid conductors (called electrodes) immersed in the liquid. The positive electrode is called the anode and the negative electrode is called the cathode. The liquid is called the electrolyte, and the process by which a liquid conducts electricity is called electrolysis.

Most conducting liquids consist of a solution of solid (eg washing soda, or copper sulphate) or liquid (eg sulphuric acid) in water. When the substance dissolves it splits chemically into two electrically charged parts, called ions.

One ion consists of positively charged particles whilst the other consists of negatively charged particles. In its normal state, the solution is electrically neutral, because the negatively and positively charged ions completely neutralize one another.

When a potential difference exists between the electrodes, the positively charged ions (cations) are attracted towards the cathode and the negatively charged ions (anions) are attracted towards the anode. In this way, a two way flow of ions is set up in the liquid. This movement of ions constitutes the passage of current through the liquid.

When the ions reach the electrodes they lose their electric charge and are released, either as a gas, or as a coating on the electrode. Some ions, however, are incapable of existing independently as substances, and they therefore combine chemically with the material of the electrode.

Ein Beispiel für die Verwendung der chemischen Wirkung eines elektrischen Stroms ist die Kupfergalvanisierung. Eine Kupferanode wird in eine Kupfersulfatlösung getaucht. Jeder Metallgegenstand, der in diese Lösung eintaucht, wenn die Kathode mit Kupfer plattiert wird, wenn ein Strom durch die Lösung fließt. Das Kupfersulfat wird chemisch in ein Kupferion (positiv) und ein negatives Sulfion (den Sulfatanteil des Kupfersulfats) gespalten.

Das Kupfer wird von den Kathoden angezogen und abgelagert, die Sulfionen werden von der Anode angezogen, wo es sich mit dem Kupfer verbindet und Kupfersulfat bildet. Der Gesamteffekt besteht darin, dass Kupfer von der Anode zur Kathode übertragen wird, wobei der Elektrolyt tatsächlich unverändert bleibt.

Die chemische Wirkung eines elektrischen Stroms tritt häufig in Zechen auf, wo Elektrolyse Korrosion elektrischer Geräte verursacht, z. B. die Panzerung von Kabeln.

Saures Grubenwasser aus dem Elektrolyten und im Fall eines leichten Streustroms, der aus dem Gerät zur Erde austritt, findet eine chemische Einwirkung zwischen dem Wasser und dem Metall der Ausrüstung statt. Es wird auch angemerkt, dass der Elektrolyseprozess umgekehrt werden kann.

Eine chemische Einwirkung zwischen einem Elektrolyten und zwei Elektroden kann elektrischen Strom erzeugen. Die Erzeugung von Elektrizität durch chemische Einwirkung ist das Prinzip der Batterie, die auch im Kapitel über Batterien erläutert und veranschaulicht wurde.

Gase leiten:

Gase und Dämpfe leiten wie Flüssigkeiten auch Strom durch einen bidirektionalen Ionenstrom. Neon ist ein Beispiel für leitendes Gas. Dämpfe, die Elektrizität leiten, umfassen Quecksilberdampf und Natriumdampf. Das Gas oder der Dampf ist üblicherweise in einem Gehäuse enthalten, wie z. B. einem Glasrohr, aus dem zuerst Luft abgelassen wurde.

Zwei Elektroden, eine Anode und eine Kathode, sind im Gehäuse eingeschlossen. Wenn eine ausreichende Potentialdifferenz zwischen den Elektroden angelegt wird, wird das Gas ionisiert und die positiven und negativen Ionen werden jeweils von der Kathode und der Anode angezogen, so dass das Gas zu leiten beginnt.

Durch den bidirektionalen Fluss von Ionen strahlen einige Gase und Dämpfe während der Leitung glänzend aus. Für jedes Gas oder Dampf gibt es jedoch eine bestimmte Mindestspannung, die vor Beginn der Ionisierung an die Elektroden angelegt werden muss.

Unter dieser Spannung werden keine Ionen erzeugt und das Gas leitet überhaupt nicht. Die minimale Spannung, bei der ein Gas oder Dampf leitet, wird Schlagspannung genannt. Bei bestimmten Beleuchtungsarten und bei Gleichrichtern werden leitfähige Gase und Dämpfe verwendet. Einige Anwendungen von leitfähigen Gasen in der Industrie werden im Kapitel über elektrische Beleuchtung gezeigt.