3.3. Ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος

Οι ηλεκτρικοί φορείς σε ένα ρευματοφόρο αγωγό μπορούν να κινούνται με διάφορους τρόπους, που εξαρτώνται από το είδος της πηγής που αναγκάζει τους φορείς σε ομαδική κίνηση. Σε κάθε περίπτωση χρειαζόμαστε ένα μέγεθος, το οποίο να περιγράφει το πόσο ισχυρό είναι το ηλεκτρικό ρεύμα. Το μέγεθος αυτό εξαρτάται από τον αριθμό των ελεύθερων ηλεκτρονίων (στην περίπτωση μεταλλικών αγωγών) που περνούν από διατομή του αγωγού στη μονάδα του χρόνου. Είναι λογικό να θεωρήσουμε ότι όταν αυξάνεται ο αριθμός των ηλεκτρονίων που περνούν σε κάθε δευτερόλεπτο από διατομή του αγωγού, το ρεύμα γίνεται ισχυρότερο. Γνωρίζουμε ότι όλα τα ηλεκτρόνια έχουν ηλεκτρικό φορτίο. Αυτό σημαίνει ότι το πέρασμα των ηλεκτρονίων από διατομή του αγωγού συνεπάγεται διακίνηση φορτίου από τη διατομή. Το μέγεθος που προσδιορίζει το πόσο ισχυρό είναι ένα ηλεκτρικό ρεύμα ονομάζεται ένταση Ι του ηλεκτρικού ρεύματος. Αν ο ρυθμός της ροής των ηλεκτρικών φορέων είναι σταθερός, με την έννοια ότι σε ίσα χρονικά διαστήματα διακινείται το ίδιο φορτίο από διατομή του αγωγού, η ένταση ορίζεται ως εξής:

Ένταση Ι του ηλεκτρικού ρεύματος είναι το σταθερό πηλίκο του φορτίου Q που περνάει από διατομή του αγωγού σε χρονικό διάστημα t με το αντίστοιχο χρονικό διάστημα t. I= Q/t (3.1)

Το μέγεθος "ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος" είναι θεμελιώδες μέγεθος στο S.I. Η μονάδα του ονομάζεται 1 Ampere (προς τιμήν του Γάλλου φυσικού Andre Ampere) και συντομογραφείται ως 1Α.

Από τη σχέση (3.1) μπορούμε να προσδιορίσουμε και τη μονάδα φορτίου στο S.I, η οποία είναι, όπως ήδη γνωρίζετε, το 1C. Έτσι, 1C = 1Α s.

Υποπολλαπλάσια της μονάδας 1Α είναι τα επόμενα: 1 mA = 10-3 A (μιλιαμπέρ) 1 μA = 10-6 A (μικροαμπέρ) 1 nΑ = 10-9 A (νανοαμπέρ) 1 pΑ = 10-12 A (πικοαμπέρ)

Τα ηλεκτρικά ρεύματα τα διακρίνουμε σε διάφορες κατηγορίες. Α. Συνεχή Β. Μεταβαλλόμενα

Στα συνεχή ρεύματα οι ηλεκτρικοί φορείς κινούνται συνεχώς προς την ίδια κατεύθυνση. Στην περίπτωση που η ταχύτητα των φορέων είναι σταθερή τα φορτία που διακινούνται από διατομή του αγωγού σε ίσα χρονικά διαστήματα θα είναι ίσα. Αυτό, σύμφωνα με τη σχέση (3.1), σημαίνει ότι η ένταση του ρεύματος θα είναι σταθερή. Αυτά τα ρεύματα ονομάζονται συνεχή σταθερής έντασης και είναι αυτά τα οποία θα μας απασχολήσουν σε αυτό το βιβλίο. Αν η ταχύτητα των ηλεκτρονίων μεταβάλλεται με το χρόνο (χωρίς όμως να αλλάζει φορά), το ρεύμα λέγεται συνεχές μεταβλητής έντασης (εικόνα 2)

Εικ. 2 Συνεχές ρεύμα σταθερής έντασης

Στα μεταβαλλόμενα ρεύματα μεταβάλλεται η κατεύθυνση κίνησης των φορέων. Αν η μεταβολή της κατεύθυνσης παρουσιάζει περιοδικότητα, έχουμε τα περιοδικά μεταβαλλόμενα ρεύματα. Στην ακόμα ειδικότερη περίπτωση όπου η χρονική εξέλιξη του ρεύματος περιγράφεται από ημιτονική ή από συνημιτονική συνάρτηση, όπως φαίνεται στην εικόνα 4, το ρεύμα ονομάζεται αρμονικά εναλλασσόμενο ή απλώς εναλλασσόμενο.

Εικ. 4 Το ρεύμα είναι εναλλασσόμενο ημιτονοειδές. Το φορτίο που διακινείται από διατομή του αγωγού σε χρονικό διάστημα μιας περιόδου είναι μηδέν.

Σήμερα έχει γενικευτεί η χρήση του εναλλασσόμενου ρεύματος τόσο στη βιομηχανική όσο και στην αστική κατανάλωση. Ο σπουδαιότερος λόγος σχετίζεται με την οικονομική μεταφορά του σε μεγάλες αποστάσεις. Όλα τα ηλεκτρικά όργανα που χρησιμοποιείτε στο σπίτι σας τροφοδοτούνται με εναλλασσόμενο ρεύμα, το οποίο μας προμηθεύει η ΔΕΗ. Το ρεύμα αυτό έχει συχνότητα 60 Hz.

Συχνότητα 60 Hz σημαίνει ότι σε κάθε δευτερόλεπτο αλλάζει η πολικότητα της τάσης 60 φορές, πράγμα που σημαίνει ότι σε κάθε δευτερόλεπτο αλλάζει 60 φορές η κατεύθυνση της κίνησης των ελεύθερων ηλεκτρονίων στους αγωγούς.