Ηλεκτρικό ρεύμα

Φορά του ηλεκτρικού ρεύματος

Επειδή η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος έχει φορά, για τη μέτρησή του σε ένα σημείο θεωρούμε μία θετική φορά. Έτσι, αν το μέγεθος είναι θετικό σημαίνει ότι το δυναμικό μειώνεται κατά τη φορά που επιλέξαμε, ενώ αν το μέγεθος είναι αρνητικό σημαίνει ότι το δυναμικό αυξάνεται κατά την κατεύθυνση που επιλέξαμε. Όταν σημειώνουμε γραφικά τη φορά της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος με βέλος, τότε δείχνει κατά τη φορά μείωσης του δυναμικού.
Η φορά του ηλεκτρικού ρεύματος είναι η φορά κίνησης των ηλεκτρικών φορτίων, η οποία δεν ταυτίζεται απαραίτητα με τη φορά της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος. Η φορά της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ταυτόσημη με τη φορά κίνησης των ηλεκτρικών φορτίων, όταν το ηλεκτρικό ρεύμα οφείλεται αποκλειστικά στην κίνηση θετικών φορτίων στον αγωγό. Παλιότερα πίστευαν ότι τα ελεύθερα κινούμενα φορτία στα μέταλλα ήταν θετικά, δηλαδή ότι οι δύο φορές, της έντασης και της κίνησης των φορτίων στους αγωγούς αυτούς, ταυτίζονταν.

Ρεύμα ηλεκτρονίων

Αργότερα, αποδείχθηκε ότι στα μέταλλα, όπου γίνονταν οι παρατηρήσεις, κυκλοφορούν ελεύθερα τα αρνητικά φορτία (τα ηλεκτρόνια), τα οποία είχαν φορά κίνησης αντίθετη από τη φορά της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος δημιουργώντας σύγχυση στην κατανόηση της φοράς του ηλεκτρικού ρεύματος.

Ρεύμα θετικών οπών

Πιο μετά ανακαλύφθηκε πως κάποιοι κακοί αγωγοί του ηλεκτρισμού (μονωτές), όταν περιείχαν κάποιο μικρό ποσοστό προσμίξεων, άλλαζαν ηλεκτρικές ιδιότητες και μπορούσαν να συμπεριφέρονται υπό προϋποθέσεις ως καλοί αγωγοί. Τα υλικά αυτής της κατηγορίας ονομάζονται ημιαγωγοί και στους ημιαγωγούς αποδίδεται ρεύμα ίδιας φοράς με του εφαρμοζόμενου ηλεκτρικού πεδίου, που οφείλεται σε κίνηση φαινόμενων θετικών φορτίων που ονομάζονται θετικές οπές. Στην πραγματικότητα το ρεύμα των θετικών οπών οφείλεται πάλι σε κίνηση ηλεκτρονίων, που είναι οι μόνοι, υπό προϋποθέσεις, κινούμενοι φορείς ηλεκτρικού φορτίου μέσα στους ημιαγωγούς. Η κίνηση των ηλεκτρονίων στους ημιαγωγούς όμως δεν είναι ελεύθερη, όπως στα μέταλλα που λειτουργούν ως νέφος που παρασύρεται από τις διαφορές του ηλεκτρικού δυναμικού. Στους ημιαγωγούς τα ηλεκτρόνια είναι δεσμευμένα και η κίνησή τους είναι, στην ουσία, μετατόπιση μεταξύ επιτρεπτών θέσεων μέσα στο υλικό. Όταν εφαρμόζουμε στον ημιαγωγό διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού (ηλεκτρική τάση), το κενό που αφήνεται από ένα ηλεκτρόνιο που αλλάζει θέση, μετατοπιζόμενο σε μια επιτρεπτή διπλανή, περιγράφεται ως θετική οπή, η οποία μάλιστα εμφανίζεται ακριβώς στα σημεία που έχουν παγιδευτεί οι προσμίξεις μέσα στο υλικό. Επειδή η επιτρεπτή θέση που καταλαμβάνει το ηλεκτρόνιο με τη μεταπήδηση είναι επίσης μια οπή, η οποία πλέον χάνεται, φαίνεται τελικά σα να έχουμε μετατόπιση της θετικής αυτής οπής στην προηγούμενη θέση του ηλεκτρονίου. Επειδή το ρεύμα αυτό δεν είναι αποτέλεσμα της ελεύθερης κίνησης των ηλεκτρονίων ως νέφος, παρά εξαρτάται άμεσα από τις ιδιότητες του υλικού του ημιαγωγού, προτιμούμε να μιλάμε για ρεύμα που οφείλεται σε θετικούς φορείς, τις θετικές οπές, που αντικατοπτρίζουν καλύτερα το μηχανισμό της κίνησης του ρεύματος στους ημιαγωγούς και θεωρούμε ως φορά του ρεύματος σε αυτούς το ρεύμα της κίνησης των θετικών οπών, που έχει ανάστροφη φορά από αυτό της μετατόπισης των ηλεκτρονίων.

Είδη ηλεκτρικού ρεύματος

Ανάλογα με την εξάρτηση της έντασης του ηλεκτρικού ρεύματος με το χρόνο διακρίνουμε το ηλεκτρικό ρεύμα σε διάφορα είδη. Υπάρχουν δύο κύρια είδη ηλεκτρικού ρεύματος:

Συνεχές ρεύμα

Συνεχές ρεύμα είναι το ηλεκτρικό ρεύμα που έχει μία συγκεκριμένη φορά.
Συνήθως το συνεχές ρεύμα έχει σταθερό μέτρο έντασης, με το οποίο λειτουργούν τα περισσότερα κυκλώματα και το οποίο παράγουν οι μπαταρίες. Αυτά τα κυκλώματα είναι μικρά ηλεκτρικά κυκλώματα ή ηλεκτρονικά κυκλώματα. Επειδή έχει σταθερή ένταση, υποχρεωτικά παράγεται από σταθερή τάση, δεδομένου ότι το κύκλωμα δεν αλλάζει σημαντικά με την πάροδο του χρόνου.

Εναλλασσόμενο ρεύμα

Εναλλασσόμενο ρεύμα είναι το ρεύμα στο οποίο εναλλάσσεται η φορά, δηλαδή η φορά αλλάζει περιοδικά με το χρόνο.
Συνήθως αυτή η μεταβολή είναι αρμονική συνάρτηση του χρόνου, οπότε έχει περίοδο και φάση, και με το οποίο λειτουργούν μεγάλα δίκτυα ηλεκτροδότησης. Η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος είναι μεταβλητή σε σχέση με το χρόνο και κατά (αριθμητικό) μέσον όρο είναι μηδέν. Όμως το μέτρο της έντασης είναι κατά (αριθμητικό) μέσον όρο διάφορο του μηδενός και μπορεί να χαρακτηρίσει μονόμετρα το ηλεκτρικό ρεύμα, αυτός ο μέσος όρος ονομάζεται ενεργός ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος. Δεδομένου ότι το κύκλωμα δεν αλλάζει σημαντικά, η τάση μεταβάλλεται με τον ίδιο τρόπο, για αυτό περιγράφεται από την ενεργό τάση.

Παλμικό συνεχές ρεύμα

Το παλμικό συνεχές ρεύμα βρίσκει εφαρμογή στην ηλεκτρική διέγερση των μυών. Χαρακτηρίζεται από μεταβαλλόμενη ένταση, είναι μονοφασικό και έχει σταθερή πολικότητα.