Что такое электрический ток как он возникает: что это такое и как он возникает — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

что это такое и как он возникает

Без электричества невозможно представить жизнь современного человека. Вольты, Амперы, Ватты – эти слова звучат в разговоре об устройствах, которые работают от электричества. Но что это такое электрический ток и каковы условия его существования? Об этом мы расскажем далее, предоставив краткое объяснение для начинающих электриков.

Определение

Электрическим током является направленное движение носителей зарядов – это стандартная формулировка из учебника физики. В свою очередь носителями заряда называются определенные частицы вещества. Ими могут быть:

Электроны – отрицательные носители заряда.
Ионы – положительные носители заряда.

Но откуда берутся носители заряда? Для ответа на этот вопрос нужно вспомнить базовые знания о строении вещества. Всё что нас окружает – вещество, оно состоит из молекул, мельчайших его частиц. Молекулы состоят из атомов. Атом состоит из ядра, вокруг которого движутся электроны на заданных орбитах. Молекулы также хаотично движутся. Движение и структура каждой из этих частиц зависят от самого вещества и влияния на него окружающей среды, например температуры, напряжения и прочего.

Ионом называют атом, у которого изменилось соотношение электронов и протонов. Если изначально атом нейтрален, то ионы в свою очередь делят на:

Анионы – положительный ион атома, потерявшего электроны.
Катионы – это атом с «лишними» электронами, присоединившиеся к атому.

Единица измерения тока – Ампер, согласно закону Ома он вычисляется по формуле:

I=U/R,

где U – напряжение, [В], а R – сопротивление, [Ом].

Или прямопропорционален количеству заряда, перенесенному за единицу времени:

I=Q/t,

где Q – заряд, [Кл], t – время, [с].

Условия существования электрического тока

Что такое электрический ток мы разобрались, теперь давайте поговорим о том, как обеспечить его протекание. Для протекания электрического тока необходимо выполнение двух условий:

Наличие свободных носителей заряда.
Электрическое поле.

Первое условие существования и протекания электричества зависит от вещества, в котором протекает (или не протекает) ток, а также его состояния. Второе условие также выполнимо: для существования электрического поля обязательно наличие разных потенциалов, между которыми находится среда, в которой будут протекать носители заряда.

Напомним: Напряжение, ЭДС – это разность потенциалов. Отсюда следует, что для выполнения условий существования тока – наличия электрического поля и электрического тока, нужно напряжение. Это могут быть обкладки заряженного конденсатора, гальванический элемент, ЭДС возникшее под действием магнитного поля (генератор).

Как он возникает, мы разобрались, давайте поговорим о том, куда он направлен. Ток, в основном, в привычном для нас использовании, движется в проводниках (электропроводка в квартире, лампочки накаливания) или в полупроводниках (светодиоды, процессор вашего смартфона и другая электроника), реже в газах (люминесцентные лампы).

Так вот основными носителями заряда в большинстве случаев являются электроны, они движутся от минуса (точки с отрицательным потенциалом) к плюсу (точке с положительным потенциалом, подробнее об этом вы узнаете ниже).

Но интересен тот факт, что за направление движения тока было принято движение положительных зарядов – от плюса к минусу. Хотя фактически всё происходит наоборот. Дело в том, что решение о направлении тока было принято до изучения его природы, а также до того, как было определено за счет чего протекает и существует ток.

Электрический ток в разных средах

Мы уже упоминали о том, что в различных средах электрический ток может различаться по типу носителей заряда. Среды можно разделить по характеру проводимости (по убыванию проводимости):

Проводник (металлы).
Полупроводник (кремний, германий, арсенид галия и пр).
Диэлектрик (вакуум, воздух, дистиллированная вода).

В металлах

В металлах есть свободные носители зарядов, их иногда называют «электрическим газом». Откуда берутся свободные носители зарядов? Дело в том, что металл, как и любое вещество, состоит из атомов. Атомы, так или иначе движутся или колеблются. Чем выше температура металла, тем сильнее это движение. При этом сами атомы в общем виде остаются на своих местах, собственно и формируя структуру металла.

В электронных оболочках атома обычно есть несколько электронов, у которых связь с ядром достаточно слабая. Под воздействием температур, химических реакций и взаимодействия примесей, которые в любом случае находятся в металле, электроны отрываются от своих атомов, образуются положительно заряженные ионы. Оторвавшиеся электроны называются свободными и двигаются хаотично.

Если на них будет воздействовать электрическое поле, например, если подключить к куску металла батарейку – хаотичное движение электронов станет упорядоченным. Электроны от точки, в которую подключен отрицательный потенциал (катод гальванического элемента, например), начнут двигаться к точке с положительным потенциалом.

В полупроводниках

Полупроводниками являются такие материалы, в которых в нормальном состоянии нет свободных носителей заряда. Они находятся в так называемой запрещенной зоне. Но если приложить внешние силы, такие как электрическое поле, тепло, различные излучения (световое, радиационное и пр.), они преодолевают запрещенную зону и переходят в свободную зону или зону проводимости. Электроны отрываются от своих атомов и становятся свободными, образуя ионы – положительные носители зарядов.

Положительные носители в полупроводниках называются дырками.

Если просто передать энергию полупроводнику, к примеру нагреть, начнется хаотичное движение носителей заряда. Но если речь идет о полупроводниковых элементах, типа диода или транзистора, то на противоположных концах кристалла (на них нанесен металлизированный слой и припаяны выводы) возникнет ЭДС, но это не относится к теме сегодняшней статьи.

Если приложить источник ЭДС к полупроводнику, то носители заряда также перейдут в зону проводимости, а также начнется их направленное движение – дырки пойдут в сторону с меньшим электрическим потенциалом, а электроны – в сторону с большим.

В вакууме и газе

Вакуумом называют среду с полным (идеальный случай) отсутствием газов или минимизированным (в реальности) его количеством. Так как в вакууме нет никакого вещества, то и носителям заряда браться не откуда. Однако протекание тока в вакууме положило начало электронике и целой эпохе электронных элементов – электровакуумных ламп. Их использовали в первой половине прошлого века, а в 50-х годах они начали постепенно уступать месту транзисторам (в зависимости от конкретной сферы электроники).

Допустим, что у нас есть сосуд, из которого откачали весь газ, т.е. в нём полный вакуум. В сосуд помещено два электрода, назовем их анод и катод. Если мы подключим к катоду отрицательный потенциал источника ЭДС, а к аноду положительный – ничего не произойдет и ток протекать не будет. Но если мы начнем нагревать катод – ток начнет протекать. Этот процесс называется термоэлектронной эмиссией – испускание электронов с нагретой поверхности электрона.

На рисунке изображен процесс протекания тока в вакуумной лампе. В вакуумных лампах катод нагревают расположенной рядом нитью накала на рис (Н), типа такой, как в осветительной лампе.

При этом, если изменить полярность питания – на анод подать минус, а на катод подать плюс – ток протекать не будет. Это докажет, что ток в вакууме протекает за счет движения электронов от КАТОДА к АНОДУ.

Газ также как и любое вещество состоит из молекул и атомов, это значит, что если газ будет находиться под воздействием электрического поля, то при определенной его силе (напряжение ионизации) электроны оторвутся от атома, тогда будут выполнены оба условия протекания электрического тока – поле и свободные носители.

Как уже было сказано, этот процесс называется ионизацией. Она может происходить не только от приложенного напряжения, но и при нагреве газа, рентгеновском излучении, под воздействием ультрафиолета и прочего.

Ток через воздух потечет, даже если между электродами установить горелку.

Протекание тока в инертных газах сопровождается люминесценцией газа, это явление активно используется в люминесцентных лампах. Протекание электрического тока в газовой среде называется газовым разрядом.

В жидкости

Допустим, что у нас есть сосуд с водой в который помещены два электрода, к которым подключен источник питания. Если вода дистиллированная, то есть чистая и не содержит примесей, то она является диэлектриком. Но если мы добавим в воду немного соли, серной кислоты или любого другого вещества, образуется электролит и через него начнет протекать ток.

Электролит – вещество, которое проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы.

Если в воду добавить медный купорос, то на одном из электродов (катоде) осядет слой меди – это называется электролиз, что доказывает что электрический ток в жидкости осуществляется за счет движения ионов – положительных и отрицательных носителей заряда.

Электролиз – физико-химический процесс, который заключается в выделении на электродах компонентов составляющих электролит.

Таким образом происходит омеднение, золочения и покрытие другими металлами.

Заключение

Подведем итоги, для протекания электрического тока нужны свободные носители зарядов:

электроны в проводниках (металлы) и вакууме;
электроны и дырки в полупроводниках;
ионы (анионы и катионы) в жидкости и газах.

Для того, чтобы движение этих носителей стало упорядоченны, нужно электрическое поле. Простыми словами – приложить напряжение на концах тела или установить два электрода в среде, где предполагается протекание электрического тока.

Также стоит отметить, что ток определенным образом воздействует на вещество, различают три типа воздействия:

тепловое;
химическое;
физическое.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезно видео, в котором более подробно рассматриваются условия существования и протекания электрического тока:

Полезное по теме:

Электрический ток, откуда он берется и как добирается до наших домов? ⋆ Geoenergetics.ru

Уважаемые читатели и просто посетители нашего журнала! Мы достаточно много и довольно подробно пишем о том, какими способами, при помощи каких именно энергетических ресурсов, производится электроэнергия на электростанциях. Атом, газ, вода – были нашими с вами «героями», разве что до альтернативных , «зеленых» вариантов еще не успели добраться. Но, если присмотреться внимательно, рассказы были далеко не полными. Еще ни разу мы не пробовали отследить детально путь электроэнергии от турбины до наших с вами розеток, с тропинками на освещение наших населенных пунктов и дорог, на обеспечение работы многочисленных насосов, обеспечивающих комфорт наших с вами жилищ.

Дороги и тропинки эти отнюдь не просты, порой извилисты и многократно меняют направление, но знать, как они выглядят – обязанность каждого культурного человека XXI века. Века, облик которого во многом определяет покорившаяся нам электроэнергия, которую мы научились преобразовывать так, чтобы были удовлетворены все наши потребности – как в промышленности, так и в частном пользовании. Ток в проводах линий электропередач и ток в батарейках наших гаджетов – очень разные токи, но они остаются все тем же электричеством. Какие усилия приходится прилагать электроэнергетикам, инженерам, чтобы обеспечить мощнейшие токи сталеплавильных заводов и маленькие, крошечные токи, допустим, наручных часов? Сколько работы приходится проделывать всем тем, кто поддерживает систему преобразований, передачи и распределения электроэнергии, какими такими методами обеспечена стабильность этой системы? Чем «Системный Оператор» отличается от «Федеральной Сетевой Компании», почему обе этих компании были, есть и будут в России не частными а государственными?

Вопросов очень много, ответы на них надо знать, чтобы более менее представлять, зачем нам так много энергетиков и чем же они, грубо говоря, занимаются? Мы ведь настолько привыкли, что с электричеством в домах и в городах все в полном порядке, что про электроинженеров вспоминаем только тогда, когда что-то вдруг перестает работать, когда мы выпадаем из зоны привычного уровня комфорта. Темно и холодно – вот только тогда мы с вами и говорим об энергетиках, причем говорим такие слова, которые мы печатать точно не будем.

Мы уверены, что нам откровенно повезло – взяться за эту не простую, нужную, да еще и огромную тему согласился настоящий профессионал. Просим любить и жаловать – Дмитрий Таланов, Инженер с большой буквы. Знаете, есть такая страна – Финляндия, в которой звание инженера настолько значимо, что в свое время ежегодно издавался каталог с перечнем специалистов, его имеющих. Хотелось бы, чтобы и в России когда-нибудь появилась такая славная традиция, благо в наш электронно-интернетный век завести такой ежегодно обновляемый каталог намного проще.

Статья, которую мы предлагаем вашему вниманию по инженерному коротка, точна и емка. Конечно, обо всем, что написал Дмитрий, можно рассказать намного подробнее, и в свое время наш журнал начал цикл статей о том, как в XIX веке происходило покорение электричества.

Георг Ом, Генрих Герц, Андре-Мари Ампер, Алессандро Вольт, Джеймс Ватт, Фарадей, Якоби, Ленц, Грамм, Фонтен, Лодыгин, Доливо-Добровольский, Тесла, Яблочков, Депрё, Эдисон, Максвелл, Кирхгоф, братья Сименсы и братья Вестингаузы – в истории электричества много славных имен, достойных того, чтобы мы о них помнили. В общем, если кому-то хочется припомнить подробности того, как все начиналось, милости просим, а статья Дмитрия – начало совсем другой истории. Очень надеемся, что она вам понравится, а продолжение статей Дмитрия Таланова мы увидим в самое ближайшее время.

Уважаемого Дмитрия от себя лично – с дебютом, ко всем читателям просьба – не скупитесь на комментарии!

Что такое электрический ток, откуда он берется и как добирается до наших домов?

Для чего нам электроэнергия и насколько она помогает нам жить, может узнать каждый, обведя критическим взглядом свое жилище и место работы.

Первое, что бросается в глаза, это освещение. И верно, без него даже 8-часовой рабочий день превратился бы в муку. Добираться до работы во многих мегаполисах и так небольшое счастье, а если придется это делать в темноте? А зимой так и в оба конца! Газовые фонари помогут на главных магистралях, но чуть свернул в сторону, и не видно ни зги. Можно легко провалиться в подвал или яму. А за городом на природе, освещаемой только светом звезд?

Ночное освещение улицы, Фото: pixabay.com

Удалять жару из офисов, куда с трудом добрался, без электричества тоже нечем. Можно, конечно, открыть окна и обвязать голову мокрым полотенцем, но надолго ли это поможет. Качающим воду насосам тоже нужно электричество, или придется регулярно ходить с ведром на ручную колонку.

Кофе в офисе? Забудьте! Только если всем сразу и не часто, чтобы дым от сгорающего угля не отравил рабочую атмосферу. Или за дополнительную денежку получать из соседнего трактира.

Отправить письмо в соседний офис? Надо взять бумагу, написать письмо от руки, затем ножками отнести его. На другой конец города? Вызываем курьера. В другую страну? А вы знаете, сколько это будет стоить? К тому же ответа не ждите ранее полугода из соседних стран и от года до пяти из-за океана.

Вернулись домой, надо зажечь свечи. Читать при них – мучение для глаз, поэтому придется заняться чем-то другим. А чем? ТВ нет, компьютеров нет, смартфонов – и тех нет, ибо нечем их запитать. Лежи на лавке и гляди в потолок! Хотя рождаемость точно повысится.

К этому следует добавить, что все пластмассы и удобрения сейчас получают из природного газа на заводах, где крутятся тысячи моторов, приводимых в движение всё тем же электричеством. Отсюда список доступных удобрений сильно укорачивается до тех, которые можно приготовить из природного сырья в чанах, размешивая в них ядовитую жижу лопатками с ручным, водяным или паровым приводом. Как результат, сильно сжимается объем производимых продуктов.

О пластмассах – забудьте! Эбонит – наше высшее счастье из длинного списка. А из металлов самым доступным становится чугун. Из медицины на сцену в качестве главного орудия снова выступают стетоскоп и быстро ржавеющий скальпель. Остальное канет в Лету.

Продолжать можно долго, но идея должна быть уже понятна. Нам нужно электричество. Мы можем выжить без него, но что это будет за жизнь! Так откуда же появилось это волшебное электричество?

Открытие электричества

Все мы знаем физическую истину, что ничто никуда бесследно не исчезает, а только переходит из одного состояния в другое. С этой истиной столкнулся греческий философ Фалес Милетский в VII веке до н. э. обнаружив электричество как вид энергии, натирая кусок янтаря шерстью. Часть механической энергии при этом перешла в электрическую и янтарь (на древнегреческом «электрон») электризовался, то есть приобрел свойства притягивать легкие предметы.

Этот вид электричества сейчас называют статическим, и он нашел себе широкое применение, в том числе в системах очистки газов на электростанциях. Но в Древней Греции ему не нашлось применения и, если бы Фалес Милетский не оставил после себя записей о своих экспериментах, мы бы никогда не узнали, кто был тот первый мыслитель, заостривший свое внимание на виде энергии, являющейся едва ли не самой чистой среди всех, с которыми мы знакомы по настоящий день. Ею также наиболее удобно управлять.

Сам термин «электричество» – то есть «янтарность» – ввел в употребление Уильям Гилберт в 1600 году. С этого времени с электричеством начинают широко экспериментировать, пытаясь разгадать его природу.

Как результат, с 1600 по 1747 годы последовала череда увлекательных открытий и появилась первая теория электричества, созданная американцем Бенджамином Франклином. Он ввел понятие положительного и отрицательного заряда, изобрел молниеотвод и с его помощью доказал электрическую природу молний.

Далее в 1785 происходит открытие закона Кулона, а в 1800 году итальянец Вольта изобретает гальванический элемент (первый источник постоянного тока, предшественник нынешних батарей и аккумуляторов), представлявший собой столб из цинковых и серебряных кружочков, разделённых смоченной в подсоленной воде бумагой. С появлением этого, стабильного по тем временам, источника электричества новые и важнейшие открытия быстро следуют одно за другим.

Майкл Фарадей, читающий рождественскую лекцию в Королевском институте. Фрагмент литографии, Фото: republic.ru

В 1820 году датский физик Эрстед обнаружил электромагнитное взаимодействие: замыкая и размыкая цепь с постоянным током, он заметил цикличные колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника. А в 1821 году французский физик Ампер открыл, что вокруг проводника с переменным электрическим током образуется переменное электромагнитное поле. Это позволило уже Майклу Фарадею в 1831 году открыть электромагнитную индукцию, описать уравнениями электрическое и магнитное поле и создать первый электрогенератор переменного тока. Фарадей вдвигал катушку с проводом в намагниченный сердечник и в результате в обмотке катушки появлялся электрический ток. Фарадей также придумал первый электродвигатель – проводник с электрическим током, вращающийся вокруг постоянного магнита.

Всех участников «гонки за электричеством» невозможно упомянуть в этой статье, но результатом их усилий явилась доказуемая экспериментом теория, детально описывающая электричество и магнетизм, в соответствии с которой мы производим сейчас всё, что требует электричества для своего функционирования.

Постоянный или переменный ток?

В конце 1880-х годов, еще до появления мировых стандартов на производство, распределение и потребление промышленной электроэнергии, разразилась битва между сторонниками использования постоянного и переменного тока. Во главе противостоящих друг другу армий встали Тесла и Эдисон.

Оба были талантливыми изобретателями. Разве что Эдисон обладал куда более развитыми способностями к бизнесу и к моменту начала «войны» успел запатентовать множество технических решений, в которых использовался постоянный ток (в то время в США постоянный ток являлся стандартом по умолчанию; постоянным называется ток, направление которого не меняется по времени).

Но была одна проблема: в те времена постоянный ток было очень трудно трансформировать в более высокое или низкое напряжение. Ведь если сегодня мы получаем электроэнергию напряжением 240 вольт, а наш телефон требует 5 вольт, мы втыкаем в розетку универсальную коробочку, которая преобразует что угодно во что угодно в нужном нам диапазоне, используя современные транзисторы, управляемые крошечными логическими схемами с изощренным программным обеспечением. А что можно было сделать тогда, когда до изобретения самых примитивных транзисторов оставалось еще 70 лет? И если по условиям электрических потерь требовалось повысить напряжение до 100’000 вольт, чтобы доставить электроэнергию на расстояние 100 или 200 километров, любые столбы Вольта и примитивные генераторы постоянного тока оказывались бессильны.

Понимая это, Тесла выступал за переменный ток, трансформация которого в любые уровни напряжения не представляла труда и в те времена (переменным считается ток, величина и направление которого периодически меняются со временем даже при неизменном сопротивлении этому току; при частоте сети 50Гц это происходит 50 раз в секунду). Эдисон же, не желая терять патентные отчисления себе, развернул кампанию по дискредитации переменного тока. Он уверял, что этот вид тока особо опасен для всего живого, и в доказательство публично убивал бродячих кошек и собак, прикладывая к ним электроды, соединенные с источником переменного тока.

Эдисон проиграл битву, когда Тесла предложил за 399’000 долларов осветить весь город Буффало против предложения Эдисона сделать то же за 554’000 долларов. В день, когда город осветился электричеством, полученным от станции, расположенной у Ниагарского водопада и вырабатывающей именно переменный ток, компания General Electric выкинула постоянный ток из рассмотрения в своих будущих бизнес-проектах, полностью поддержав своим влиянием и деньгами переменный ток.

Томас Эдисон (США), Рис.: cdn.redshift.autodesk.com

Может показаться, что переменный ток навсегда завоевал мир. Однако у него имеются наследственные болячки, растущие из самого факта переменности. Прежде всего это электрические потери, связанные с потерями в индуктивной составляющей проводов ЛЭП, которые используются для передачи электроэнергии на большие расстояния. Эти потери в 10-20 раз превышают возможные потери в тех же самых ЛЭП в случае протекания по ним постоянного тока. Плюс сказывается повышенная сложность синхронизации узлов энергосистемы (для пущего понимания, скажем, отдельных городов), ведь для этого требуется не только выровнять напряжения узлов, но и их фазу, ибо переменный ток представляет собой волну синусоиды.

Отсюда видна и значительно большая приверженность к «качаниям» узлов по отношению к друг другу, когда напряжение-частота начинают меняться вверх-вниз, на что обычный потребитель обращает внимание, когда у него в квартире мигает свет. Обычно это предвестник конца совместной работы узлов: связи между ними рвутся и какие-то узлы оказываются с дефицитом энергии, что ведет к снижению в них частоты (т.е. к снижению скорости вращения тех же электродвигателей и вентиляторов), а какие-то с избытком энергии, приводящем к опасному повышению напряжения по всему узлу, включая наши розетки с подключенными к ним устройствам. А при достаточно большой длине ЛЭП, что, к примеру, критично для РФ, начинают проявляться и другие портящие настроение электрикам эффекты. Не вдаваясь в детали, можно указать, что передавать электроэнергию переменного тока по проводам на сверхдальние расстояния становится трудно, а иногда и невозможно. Для сведения, длина волны частотой 50 Гц составляет 6000 км, и при приближении к половине этой длины – 3000 км – начинают сказываться эффекты бегущих и стоячих волн плюс эффекты, связанные с резонансом.

Эти эффекты отсутствуют при использовании постоянного тока. А значит, повышается стабильность работы энергосистемы в целом. Принимая это во внимание, а также то, что компьютеры, светодиоды, солнечные панели, аккумуляторы и многое другое используют для своей работы именно постоянный ток, можно заключить: война с постоянным током еще не проиграна. Современным преобразователям постоянного тока на любые используемые сегодня мощности и напряжения осталось совсем немного, чтобы сравняться в цене с привычными человечеству трансформаторами переменного тока. После чего, видимо, начнется триумфальное шествие по планете уже постоянного тока.

Фото: itc.ua

Что такое электрический ток: определение, характеристики, виды

Открытия, связанные с электричеством, кардинально изменили нашу жизнь. Используя электрический ток как источник энергии, человечество сделало прорыв в технологиях, которые облегчили наше существование. Сегодня электричество приводит в движение токарные станки, автомобили, управляет роботизированной техникой, обеспечивает связь. Этот список можно продолжать очень долго. Даже трудно назвать отрасль, где можно обойтись без электроэнергии.

В чём секрет такого массового использования электричества? Ведь в природе существуют и другие источники энергии, более дешевые, чем электричество. Оказывается всё дело в транспортировке.

Электрическую энергию можно доставить практически везде:

к производственному цеху;
квартире;
на поле;
в шахту, под воду и т. д.

Электроэнергию, накопленную аккумулятором, можно носить с собой. Мы пользуемся этим ежедневно, беря с собой сотовый телефон. Ни один другой вид энергии не обладает такими универсальными свойствами как электричество. Разве это не является достаточной причиной для того, чтобы глубже изучить природу и свойства электричества?

Что такое электрический ток?

Электрические явления наблюдались давно, но объяснить их природу человек смог относительно недавно. Удар молнии казался чем-то неестественным, необъяснимым. Странным казалось потрескивание некоторых предметов при их трении. Искрящаяся в темноте расчёска, после расчёсывания шерсти животных (например, кошки) вызвала недоумение, но подогревала интерес к этому явлению.

Как всё начиналось

Ещё древним грекам было известно свойство янтаря, потёртого о шерсть, притягивать некоторые мелкие предметы. Кстати, от греческого названия янтаря –«электрон» пошло название «электричество».

Когда физики вплотную занялись исследованием электризации тел, они начали понимать природу подобных явлений. А первый кратковременный электрический ток, созданный человеком, появился при соединении проводником двух наэлектризованных предметов (см. рис. 1). В 1729 году англичане Грей и Уиллер открыли проводимость зарядов некоторыми материалами. Но определения электрического тока они не смогли дать, хотя и понимали, что заряды перемещаются от одного тела к другому по проводнику.

Рис. 1. Опыт с заряженными телами

Об электрическом токе, как о физическом явлении заговорили лишь после того, как итальянец Вольта дал объяснение опытам Гальвани, а в 1794 году изобрёл первый в мире источник электричества – гальванический элемент (столб Вольта). Он обосновал упорядоченное перемещение заряженных частиц по замкнутой цепи.

Определение

В современной трактовке электрическим током называют направленное перемещение силами электрического поля заряженных частиц, Носителями зарядов металлических проводников являются электроны, а растворов кислот и солей — отрицательные и положительные ионы. Полупроводниковыми носителями зарядов являются электроны и «дырки».

Для того чтобы электрический ток существовал, необходимо всё время поддерживать электрическое поле. Должна существовать разница потенциалов, поддерживающая наличие первых двух условий. До тех пор, пока эти условия соблюдены, заряды будут упорядоченно перемещаться по участкам замкнутой электрической цепи. Эту задачу выполняют источники электричества.

Такие условия можно создать, например, с помощью электрофорной машины (рис. 2). Если два диска вращать в противоположных направлениях, то они будут заряжаться разноимёнными зарядами. На щётках, прилегающих к дискам, появится разница потенциалов. Соединив контакты проводником, мы заставим заряженные частицы двигаться упорядоченно. То есть электрофорная машина является источником электричества.

Рисунок 2. Электрофорная машина

Источники тока

Первыми источниками электрической энергии, нашедшими практическое применение, были упомянутые выше гальванические элементы. Усовершенствованные гальванические элементы (народное название – батарейки) широко применяются по сей день. Они используются для питания пультов управления, электронных часов, детских игрушек и многих других гаджетов.

С изобретением генераторов переменных токов электричество приобрело второе дыхание. Началась эра электрификации городов, а позже и всех населённых пунктов. Электрическая энергия стала доступной для всех граждан развитых стран.

Сегодня человечество ищет возобновляемые источники электроэнергии. Солнечные панели, ветряные электростанции уже занимают свои ниши в энергосистемах многих стран, включая Россию.

Характеристики

Электрический ток характеризуется величинами, которые описывают его свойства.

Сила и плотность тока

Для описания характеристики электричества часто используют термин «сила тока». Название не совсем удачное, так как оно характеризует только интенсивность движения электрических зарядов, а не какую-то силу в буквальном смысле. Тем не менее, этим термином пользуются, и он означает количество электричества (зарядов) проходящего через плоскость поперечного сечения проводника. Единицей измерения силы тока в системе СИ является ампер (А).

1 А означает то, что за одну секунду через поперечное сечение проводника проходит электрический заряд 1 Кл. (1А = 1 Кл/с).

Плотность тока – векторная величина. Вектор направлен в сторону движения положительных зарядов. Модуль этого вектора равен отношению силы тока на некотором перпендикулярном к направлению движения зарядов сечении проводника к площади этого сечения. В системе СИ измеряется в А/м². Плотность более ёмко характеризует электричество, однако на практике чаще используется величина «сила тока».

Разница потенциалов (напряжение) на участке цепи выражается соотношением: U = I×R, где U – напряжение, I – сила тока, а R – сопротивление. Это знаменитый закон Ома.

Мощность

Электрическими силами совершается работа против активного и реактивного сопротивления. На пассивных сопротивлениях работа преобразуется в тепловую энергию. Мощностью называют работу, выполненную за единицу времени. По отношению к электричеству применяют термин «мощность тепловых потерь». Физики Джоуль и Ленц доказали, что мощность тепловых потерь проводника равна силе тока умноженной на напряжение: P = I× U. Единица измерения мощности – ватт (Вт).

Частота

Переменный ток характеризуется также частотой. Данная характеристика показывает, как за единицу времени изменяется количество периодов (колебаний). Единицей измерения частоты является герц. 1 Гц = 1 периоду за секунду. Стандартная частота промышленного тока составляет 50 Гц.

Ток смещения

Понятие «ток смещения» ввели для удобства, хотя в классическом понимании его нельзя назвать током, так как отсутствует перенос заряда. С другой стороны, интенсивность магнитного поля пребывает в зависимости от токов проводимости и смещения.

Токи смещения можно наблюдать в конденсаторах. Несмотря на то, что при зарядке и разрядке между обкладками конденсатора не происходит перемещения заряда, ток смещения протекает через конденсатор и замыкает электрическую цепь.

Виды тока

По способу генерации и свойствам электроток бывает постоянным и переменным. Постоянный – это такой, что не меняет своего направления. Он течёт всегда в одну сторону. Переменный ток периодически меняет направление. Под переменным понимают любой ток, кроме постоянного. Если мгновенные значения повторяются в неизменной последовательности через равные промежутки времени, то такой электроток называют периодическим.

Классификация переменного тока

Классифицировать изменяющиеся во времени токи можно следующим образом:

Синусоидальный, подчиняющийся синусоидальной функции во времени.
квазистационарный – переменный, медленно изменяющийся во времени. Обычные промышленные токи являются квазистационарными.
Высокочастотный – частота которого превышает десятки кГц.
Пульсирующий – импульс которого периодически изменяется.

Различают также вихревые токи, которые возникают в проводнике при изменении магнитного потока. Блуждающие токи Фуко, как их ещё называют, не текут по проводам, а образуют вихревые контуры. Индукционный ток имеет ту же природу что и вихревой.

Дрейфовая скорость электронов

Электричество по металлическому проводнику распространяется со скоростью света. Но это не означает, что заряженные частицы несутся от полюса к полюсу с такой же скоростью. Электроны в металлических проводниках встречают на своём пути сопротивление атомов, поэтому их реальное перемещение составляет всего 0,1 мм за секунду. Реальная, упорядоченная скорость перемещения электронов в проводнике называется дрейфовой.

Если замкнуть проводником полюсы источника питания, то вокруг проводника молниеносно образуется электрическое поле. Чем больше ЭДС источников, тем сильнее проявляется напряжённость электрического поля. Реагируя на напряжённость, заряженные частицы вмиг принимают упорядоченное движение и начинают дрейфовать.

Направление электрического тока

Традиционно считают, что вектор электрического тока направлен к отрицательному полюсу источника. Но на самом деле электроны движутся к положительному полюсу. Традиция возникла из-за того, что за направление вектора было выбрано движение положительных ионов в электролитах, которые действительно стремятся к негативному полюсу.

Электроны проводимости с отрицательным зарядом в металлах были открыты позже, но физики не стали менять первоначальные убеждения. Так укрепилось утверждение, что ток направлен от плюса к минусу.

Электрический ток в различных средах

В металлах

Носителями тока в металлических проводниках являются свободные электроны, которые из-за слабых электрических связей хаотично блуждают внутри кристаллических решёток (рис. 3). Как только в проводнике появляется ЭДС, электроны начинают упорядочено дрейфовать в сторону позитивного полюса источника питания.

Рис. 3. Электрический ток в металлах

В результате прохождения тока возникает сопротивление проводников, которое препятствует потоку электронов и приводит нагреванию. При коротком замыкании выделение тепла настолько сильное, разрушает проводник.

В полупроводниках

В обычном состоянии у полупроводника нет свободных носителей зарядов. Но если соединить два разных типа полупроводников, то при прямом подключении они превращаются в проводник. Происходит это потому, что у одного типа есть положительно заряженные ионы (дырки), а у другого – отрицательные ионы (атомы с лишним электроном).

Под напряжением электроны из одного полупроводника устремляются для замещения (рекомбинации) дырок в другом. Возникает упорядоченное движение свободных зарядов. Такую проводимость называют электронно-дырочной.

В вакууме и газе

Электрический ток возможен и в ионизированном газе. Заряд переносится положительными и отрицательными ионами. Ионизация газов возможна под действием излучения или вследствие сильного нагревания. Под действием этих факторов возбуждаются атомы, которые превращаются в ионы (рис. 4).

Рис 4. Электрический ток в газах

В вакууме электрические заряды не встречают сопротивления, поэтому. заряженные частицы движутся с околосветовыми скоростями. Носителями зарядов являются электроны. Для возникновения тока в вакууме необходимо создать источник электронов и достаточно большой положительный потенциал на электроде.

Примером может служить работа вакуумной лампы или электронно-лучевая трубка.

В жидкостях

Оговоримся сразу – не все жидкости являются проводниками. Электрический ток возможен в кислотных, щёлочных и соляных растворах. Иначе говоря – в средах, где имеются заряженные ионы.

Если опустить в раствор два электрода и подключить их к полюсам источника, то между ними будет протекать электрический ток (рис. 5). Под действием ЭДС катионы устремятся к катоду (минусу), а анионы к аноду. При этом будет происходить химическое воздействие на электроды – на них будут оседать атомы растворённых веществ. Такое явление называют электролизом.

Рис. 5. Электроток в жидкостях

Для лучшего понимания свойств электротока в разных средах, предлагаю рассмотреть картинку на рисунке 6. Обратите внимание на вольтамперные характеристики (4 столбец).

Рис. 6. Электрический ток в средах

Проводники электрического тока

Среди множества веществ, лишь некоторые являются проводниками. К хорошим проводникам относятся металлы. Важной характеристикой проводника является его удельное сопротивление.

Небольшое сопротивление имеют:

все благородные металлы;
медь;
алюминий;
олово;
свинец.

На практике наиболее часто применяют алюминиевые и медные проводники, так как они не слишком дорогие.

Электробезопасность

Несмотря на то что электричество прочно вошло в нашу жизнь, не следует забывать об электробезопасности. Высокие напряжения опасны для жизни, а короткие замыкания становятся причиной пожаров.

При выполнении ремонтных работ необходимо строго соблюдать правила безопасности: не работать под высоким напряжением, использовать защитную одежду и специальные инструменты, применять ножи заземления и т.п.

В быту используйте только такую электротехнику, которая рассчитана на работу в соответствующей сети. Никогда не ставьте «жучки» вместо предохранителей.

Помните, что мощные электролитические конденсаторы имеют большую электрическую емкость. Накопленная в них энергия может вызвать поражение даже спустя несколько минут после отключения от сети.

Постоянный электрический ток. Направление тока, формула

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: постоянный электрический ток, сила тока, напряжение.

Электрический ток обеспечивает комфортом жизнь современного человека. Технологические достижения цивилизации — энергетика, транспорт, радио, телевидение, компьютеры, мобильная связь — основаны на использовании электрического тока.

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц, при котором происходит перенос заряда из одних областей пространства в другие.

Электрический ток может возникать в самых различных средах: твёрдых телах, жидкостях, газах. Порой и среды никакой не нужно — ток может существовать даже в вакууме! Мы поговорим об этом в своё время, а пока приведём лишь некоторые примеры.

• Замкнём полюса батарейки металлическим проводом. Свободные электроны провода начнут направленное движение от «минуса» батарейки к «плюсу».
Это — пример тока в металлах.

• Бросим в стакан воды щепотку поваренной соли . Молекулы соли диссоциируют на ионы, так что в растворе появятся свободные заряды: положительные ионы и отрицательные ионы . Теперь засунем в воду два электрода, соединённые с полюсами батарейки. Ионы начнут направленное движение к отрицательному электроду, а ионы — к положительному.
Это — пример прохождения тока через раствор электролита.

• Грозовые тучи создают столь мощные электрические поля, что оказывается возможным пробой воздушного промежутка длиной в несколько километров. В результате сквозь воздух проходит гигантский разряд — молния.
Это — пример электрического тока в газе.

Во всех трёх рассмотренных примерах электрический ток обусловлен движением заряженных частиц внутри тела и называется током проводимости.

• Вот несколько иной пример. Будем перемещать в пространстве заряженное тело. Такая ситуация согласуется с определением тока! Направленное движение зарядов — есть, перенос заряда в пространстве — присутствует. Ток, созданный движением макроскопического заряженного тела, называется конвекционным.

Заметим, что не всякое движение заряженных частиц образует ток. Например, хаотическое тепловое движение зарядов проводника — не направленное (оно совершается в каких угодно направлениях), и потому током не является (при возникновении тока свободные заряды продолжают совершать тепловое движение! Просто в этом случае к хаотическим перемещениям заряженных частиц добавляется их упорядоченный дрейф в определённом
направлении).
Не будет током и поступательное движение электрически нейтрального тела: хотя заряженные частицы в его атомах и совершают направленное движение, не происходит переноса заряда из одних участков пространства в другие.

Направление электрического тока

Направление движения заряженных частиц, образующих ток, зависит от знака их заряда. Положительно заряженные частицы будут двигаться от «плюса» к «минусу», а отрицательно заряженные — наоборот, от «минуса» к «плюсу». В электролитах и газах, например, присутствуют как положительные, так и отрицательные свободные заряды, и ток создаётся их встречным движением в обоих направлениях. Какое же из этих направлений принять за направление электрического тока?

Направлением тока принято считать направление движения положительных зарядов.

Попросту говоря, по соглашению ток течёт от «плюса» к «минусу» (рис. 1; положительная клемма источника тока изображена длинной чертой, отрицательная клемма — короткой).

Рис. 1. Направление тока

Данное соглашение вступает в некоторое противоречие с наиболее распространённым случаем металлических проводников. В металле носителями заряда являются свободные электроны, и двигаются они от «минуса» к «плюсу». Но в соответствии с соглашением мы вынуждены считать, что направление тока в металлическом проводнике противоположно движению свободных электронов. Это, конечно, не очень удобно.

Тут, однако, ничего не поделаешь — придётся принять эту ситуацию как данность. Так уж исторически сложилось. Выбор направления тока был предложен Ампером (договорённость о направлении тока понадобилась Амперу для того, чтобы дать чёткое правило определения направления силы, действующей на проводник с током в магнитном поле. Сегодня эту силу мы называем силой Ампера, направление которой определяется по правилу левой руки) в первой половине XIX века, за 70 лет до открытия электрона. К этому выбору все привыкли, и когда в 1916 году выяснилось, что ток в металлах вызван движением свободных электронов, ничего менять уже не стали.

Действия электрического тока

Как мы можем определить, протекает электрический ток или нет? О возникновении электрического тока можно судить по следующим его проявлениям.

1. Тепловое действие тока. Электрический ток вызывает нагревание вещества, в котором он протекает. Именно так нагреваются спирали нагревательных приборов и ламп накаливания. Именно поэтому мы видим молнию. В основе действия тепловых амперметров лежит тепловое расширение проводника с током, приводящее к перемещению стрелки прибора.

2. Магнитное действие тока. Электрический ток создаёт магнитное поле: стрелка компаса, расположенная рядом с проводом, при включении тока поворачивается перпендикулярно проводу. Магнитное поле тока можно многократно усилить, если обмотать провод вокруг железного стержня — получится электромагнит. На этом принципе основано действие амперметров магнитоэлектрической системы: электромагнит поворачивается в поле постоянного магнита, в результате чего стрелка прибора перемещается по шкале.

3. Химическое действие тока. При прохождении тока через электролиты можно наблюдать изменение химического состава вещества. Так, в растворе положительные ионы двигаются к отрицательному электроду, и этот электрод покрывается медью.

Электрический ток называется постоянным, если за равные промежутки времени через поперечное сечение проводника проходит одинаковый заряд.

Постоянный ток наиболее прост для изучения. С него мы и начинаем.

Сила и плотность тока

Количественной характеристикой электрического тока является сила тока. В случае постоянного тока абсолютная величина силы тока есть отношение абсолютной величины заряда , прошедшего через поперечное сечение проводника за время , к этому самому времени:

(1)

Измеряется сила тока в амперах (A). При силе тока в А через поперечное сечение проводника за с проходит заряд в Кл.

Подчеркнём, что формула (1) определяет абсолютную величину, или модуль силы тока.
Сила тока может иметь ещё и знак! Этот знак не связан со знаком зарядов, образующих ток, и выбирается из иных соображений. А именно, в ряде ситуаций (например, если заранее не ясно, куда потечёт ток) удобно зафиксировать некоторое направление обхода цепи (скажем, против часовой стрелки) и считать силу тока положительной, если направление тока совпадает с направлением обхода, и отрицательной, если ток течёт против направления обхода (сравните с тригонометрическим кругом: углы считаются положительными, если отсчитываются против часовой стрелки, и отрицательными, если по часовой стрелке).

В случае постоянного тока сила тока есть величина постоянная. Она показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за с.

Часто бывает удобно не связываться с площадью поперечного сечения и ввести величину плотности тока:

(2)

где — сила тока, — площадь поперечного сечения проводника (разумеется, это сечение перпендикулярно направлению тока). С учётом формулы (1) имеем также:

Плотность тока показывает, какой заряд проходит за единицу времени через единицу площади поперечного сечения проводника. Согласно формуле (2), плотность тока измеряется в А/м2.

Скорость направленного движения зарядов

Когда мы включаем в комнате свет, нам кажется, что лампочка загорается мгновенно. Скорость распространения тока по проводам очень велика: она близка к км/с (скорости света в вакууме). Если бы лампочка находилась на Луне, она зажглась бы через секунду с небольшим.

Однако не следует думать, что с такой грандиозной скоростью двигаются свободные заряды, образующие ток. Оказывается, их скорость составляет всего-навсего доли миллиметра в секунду.

Почему же ток распространяется по проводам так быстро? Дело в том, что свободные заряды взаимодействуют друг с другом и, находясь под действием электрического поля источника тока, при замыкании цепи приходят в движение почти одновременно вдоль всего проводника. Скорость распространения тока есть скорость передачи электрического взаимодействия между свободными зарядами, и она близка к скорости света в вакууме. Скорость же, с которой сами заряды перемещаются внутри проводника, может быть на много порядков меньше.

Итак, подчеркнём ещё раз, что мы различаем две скорости.

1. Скорость распространения тока. Это — скорость передачи электрического сигнала по цепи. Близка к км/с.

2. Скорость направленного движения свободных зарядов. Это — средняя скорость перемещения зарядов, образующих ток. Называется ещё скоростью дрейфа.

Мы сейчас выведем формулу, выражающую силу тока через скорость направленного движения зарядов проводника.

Пусть проводник имеет площадь поперечного сечения (рис. 2). Свободные заряды проводника будем считать положительными; величину свободного заряда обозначим (в наиболее важном для практики случая металлического проводника это есть заряд электрона). Концентрация свободных зарядов (т. е. их число в единице объёма) равна .

Рис. 2. К выводу формулы

Какой заряд пройдёт через поперечное сечение нашего проводника за время ?

С одной стороны, разумеется,

(3)

С другой стороны, сечение пересекут все те свободные заряды, которые спустя время окажутся внутри цилиндра с высотой . Их число равно:

Следовательно, их общий заряд будет равен:

(4)

Приравнивая правые части формул (3) и (4) и сокращая на , получим:

(5)

Соответственно, плотность тока оказывается равна:

Давайте в качестве примера посчитаем, какова скорость движения свободных электронов в медном проводе при силе тока A.

Заряд электрона известен: Кл.

Чему равна концентрация свободных электронов? Она совпадает с концентрацией атомов меди, поскольку от каждого атома отщепляется по одному валентному электрону. Ну а концентрацию атомов мы находить умеем:

Положим мм . Из формулы (5) получим:

м/с.

Это порядка одной десятой миллиметра в секунду.

Стационарное электрическое поле

Мы всё время говорим о направленном движении зарядов, но ещё не касались вопроса о том, почему свободные заряды совершают такое движение. Почему, собственно, возникает электрический ток?

Для упорядоченного перемещения зарядов внутри проводника необходима сила, действующая на заряды в определённом направлении. Откуда берётся эта сила? Со стороны электрического поля!

Чтобы в проводнике протекал постоянный ток, внутри проводника должно существовать стационарное (то есть — постоянное, не зависящее от времени) электрическое поле. Иными словами, между концами проводника нужно поддерживать постоянную разность потенциалов.

Стационарное электрическое поле должно создаваться зарядами проводников, входящих в электрическую цепь. Однако заряженные проводники сами по себе не смогут обеспечить протекание постоянного тока.

Рассмотрим, к примеру, два проводящих шара, заряженных разноимённо. Соединим их проводом. Между концами провода возникнет разность потенциалов, а внутри провода — электрическое поле. По проводу потечёт ток. Но по мере прохождения тока разность потенциалов между шарами будет уменьшаться, вслед за ней станет убывать и напряжённость поля в проводе. В конце концов потенциалы шаров станут равны друг другу, поле в проводе обратится в нуль, и ток исчезнет. Мы оказались в электростатике: шары плюс провод образуют единый проводник, в каждой точке которого потенциал принимает одно и то же значение; напряжённость
поля внутри проводника равна нулю, никакого тока нет.

То, что электростатическое поле само по себе не годится на роль стационарного поля, создающего ток, ясно и из более общих соображений. Ведь электростатическое поле потенциально, его работа при перемещении заряда по замкнутому пути равна нулю. Следовательно, оно не может вызывать циркулирование зарядов по замкнутой электрической цепи — для этого требуется совершать ненулевую работу.

Кто же будет совершать эту ненулевую работу? Кто будет поддерживать в цепи разность потенциалов и обеспечивать стационарное электрическое поле, создающее ток в проводниках?

Ответ — источник тока, важнейший элемент электрической цепи.

Чтобы в проводнике протекал постоянный ток, концы проводника должны быть присоединены к клеммам источника тока (батарейки, аккумулятора и т. д.).

Клеммы источника — это заряженные проводники. Если цепь замкнута, то заряды с клемм перемещаются по цепи — как в рассмотренном выше примере с шарами. Но теперь разность потенциалов между клеммами не уменьшается: источник тока непрерывно восполняет заряды на клеммах, поддерживая разность потенциалов между концами цепи на неизменном уровне.

В этом и состоит предназначение источника постоянного тока. Внутри него протекают процессы неэлектрического (чаще всего — химического) происхождения, которые обеспечивают непрерывное разделение зарядов. Эти заряды поставляются на клеммы источника в необходимом количестве.

Количественную характеристику неэлектрических процессов разделения зарядов внутри источника — так называемую ЭДС — мы изучим позже, в соответствующем листке.

А сейчас вернёмся к стационарному электрическому полю. Каким же образом оно возникает в проводниках цепи при наличии источника тока?

Заряженные клеммы источника создают на концах проводника электрическое поле. Свободные заряды проводника, находящиеся вблизи клемм, приходят в движение и действуют своим электрическим полем на соседние заряды. Со скоростью, близкой к скорости света, это взаимодействие передаётся вдоль всей цепи, и в цепи устанавливается постоянный электрический ток. Стабилизируется и электрическое поле, создаваемое движущимися зарядами.

Стационарное электрическое поле — это поле свободных зарядов проводника, совершающих направленное движение.

Стационарное электрическое поле не меняется со временем потому, что при постоянном токе не меняется картина распределения зарядов в проводнике: на место заряда, покинувшего данный участок проводника, в следующий момент времени поступает точно такой же заряд. По этой причине стационарное поле во многом (но не во всём) аналогично полю электростатическому.

А именно, справедливы следующие два утверждения, которые понадобятся нам в дальнейшем (их доказательство даётся в вузовском курсе физики).

1. Как и электростатическое поле, стационарное электрическое поле потенциально. Это позволяет говорить о разности потенциалов (т. е. напряжении) на любом участке цепи (именно эту разность потенциалов мы измеряем вольтметром).
Потенциальность, напомним, означает, что работа стационарного поля по перемещению заряда не зависит от формы траектории. Именно поэтому при параллельном соединении проводников напряжение на каждом из них одинаково: оно равно разности потенциалов стационарного поля между теми двумя точками, к которым подключены проводники.
2. В отличие от электростатического поля, стационарное поле движущихся зарядов проникает внутрь проводника (дело в том, что свободные заряды, участвуя в направленном движении, не успевают должным образом перестраиваться и принимать «электростатические» конфигурации).
Линии напряжённости стационарного поля внутри проводника параллельны его поверхности, как бы ни изгибался проводник. Поэтому, как и в однородном электростатическом поле, справедлива формула , где — напряжение на концах проводника, — напряжённость стационарного поля в проводнике, — длина проводника.

Направление тока в проводнике, как, откуда и куда течет электрический ток в проводниках.

Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц. В твердых телах это движение электронов (отрицательно заряженных частиц) в жидких и газообразных телах это движение ионов (положительно заряженных частиц). Более того ток бывает постоянным и переменным, и у них совсем разное движение электрических зарядов. Чтобы хорошо понять и усвоить тему движение тока в проводниках пожалуй сначала нужно более подробно разобраться с основами электрофизики. Именно с этого я и начну.

Итак, как вообще происходит движение электрического тока? Известно, что вещества состоят из атомов. Это элементарные частицы вещества. Строение атома напоминает нашу солнечную систему, где в центре расположено ядро атома. Оно состоит из плотно прижатых друг к другу протонов (положительных электрических частиц) и нейтронов (электрически нейтральных частиц). Вокруг этого ядра с огромной скоростью по своим орбитам вращаются электроны (более мелкие частицы, имеющие отрицательный заряд). У разных веществ количество электронов и орбит, по которым они вращаются, может быть различным. Атомы твердых веществ имеют так называемую кристаллическую решетку. Это структура вещества, по которой в определенной порядке располагаются атомы относительно друг друга.

А где же тут может возникнуть электрический ток? Оказывается, что у некоторых веществ (проводников тока) электроны, что наиболее удалены от своего ядра, могут отрываться от атома и переходить на соседний атом. Это движение электронов называется свободным. Просто электроны перемещаются внутри вещества от одного атома к другому. Но вот если к этому веществу (электрическому проводнику) подключить внешнее электромагнитное поле, тем самым создав электрическую цепь, то все свободные электроны начнут двигаться в одном направлении. Именно это и есть движение электрического тока внутри проводника.

Теперь давайте разберемся с тем, что собой представляет постоянный и переменный ток. Итак, постоянный ток всегда движется только в одном направлении. Как говорилось в самом начале — в твердых телах движутся электроны, а в жидких и газообразных движутся ионы. Электроны, это отрицательно заряженные частицы. Следовательно, в твердых телах электрический ток течет от минуса к плюсу источника питания (перемещаются электроны по электрической цепи). В жидкостях и газах ток движется сразу в двух направлениях, а точнее, одновременно, электроны текут к плюсу, а ионы (отдельные атомы, что не связаны между собой кристаллической решеткой, они каждый сам по себе) текут к минусу источника питания.

Учеными же было принято официально считать, что движение происходит от плюса к минусу (наоборот, чем это происходит в действительности). Так что, с научной точки зрения правильно говорить, что электрический ток движется от плюса к минусу, а с реальной точки зрения (электрофизическая природа) правильнее полагать, что ток течет от минуса к плюсу (в твердых телах). Наверное это сделано для какого-то удобства.

Теперь, что касается переменного электрического тока. Тут уже немного все сложнее. Если в случае постоянного тока движение заряженных частиц имеет только одно направление (физически электроны со знаком минус текут к плюсу), то при переменном токе направление движения периодически меняется на противоположное. Вы наверное слышали, что в обычной городской электросети переменное напряжение величиной 220 вольт и стандартной частотой 50 герц. Так вот эти 50 герц говорят о том, что электрический ток за одну секунду успевает 50 раз пройти полный цикл, имеющий синусоидальную форму. Фактически за одну секунду направление тока меняется аж 100 раз (за один цикл меняется два раза).

P.S. Направление тока в электрических схемах имеет важное значение. Во многих случаях если схема рассчитана на одно направление тока, а вы случайно его поменяете на противоположный или вместо постоянного тока подключите переменный, то скорее всего устройство просто выйдет из строя. Многие полупроводники, что работают в схемах, при обратном направлении тока могут пробиваться и сгорать. Так что при подключении электрического питания направление тока должно быть вами строго соблюдаться.

Понятие электрического тока электрический ток понятие определение

Электричество стало постоянным и незаменимым спутником человечества. Несмотря на то что в окружении любого обывателя постоянно находятся различные устройства, само понятие электрического тока остается чем-то загадочным и недоступным по сути. И это неудивительно. Электрический ток невидим, не обладает запахом, а все попытки потрогать его руками, как правило, приводят к неприятным ощущениям и грозят серьезными травмами, а в отдельных случаях даже несовместимыми с жизнью.

Если задать большинству людей вопрос: «Так что же такое электричество?» То в лучшем случае ответом будет: «Упорядоченное движение электронов». И в принципе это правильно. Однако электрический ток обладает рядом параметров, которые имеют количественные и качественные определения, с чем и попробуем разобраться.

Общие понятия об электрическом токе

Так что же представляет собой электрический ток? Совершенно верно – это упорядоченное перемещение (движение) заряженных частиц, в качестве которых выступают электроны, что характерно для металлов, или ионы, что свойственно для электролитов.

Рассмотрим сущность электрического тока на примере металлов. В солевых растворах (электролитах) механизм образования электричества будет аналогичен и нет смысла описывать его дополнительно. Кристаллическая решетка металлов состоит из атомов, вокруг ядер которых вращаются электроны. Но они не обладают степенью свободы. Для того чтобы электрон стал свободным носителем заряда необходимы определенные процессы. Например, химическая реакция. Т.к. сами по себе заряды не могут перемещаться, необходимым условием для существования тока является наличие электрического тока, которое возникает, когда катод и анод будет замкнут проводником.

Первый является отрицательным полюсом источника, а второй соответственно положительным. В итоге образуется электрическая цепь, в которую могут быть включены различные элементы влияющие качественные характеристики электротока.

Качественные и количественные характеристики электрического тока

Основными понятиями, которые характеризуют электрический ток являются его сила, напряжение и сопротивление. Это наиболее распространенные параметры, о которых можно услышать. Имеет место и ряд других характеристик. Например, мощность тока, его плотность и т.д. Но о них по своей специфике, не часто можно услышать в быту.

Что такое сила тока? Все просто, это количество носителей заряда которое пересекло сечение проводящего элемента за единицу времени. Сила тока имеет обозначение с системы СИ – «I», а единицей измерения установлен ампер. Формула для силы тока, из определения, будет следующей:

I=∆Q/∆t, где ∆Q – количество заряда, а ∆t – промежуток времени за который оно пересекает сечение проводника.

Следующим понятием, которое характеризует электрический ток является напряжение. Оно по своей сути является работой электрического поля по перемещению заряда от одного электрода к другому. Поскольку потенциалы контактов источника электрического тока разные, то напряжение можно считать разностью этих потенциалов. Таким образом, напряжение является отношением работы к заряду. Формула выглядит следующим образом: U=Axq. Единицей измерения разности потенциалов в системе Си принят вольт. С работой непосредственно связано понятие мощности электрического тока, которая является производной от нее. Через напряжение и силу, мощность (Р) можно выразить следующим образом – Р=UxI.

Взаимосвязь напряжения и силы тока была определена опытным путем Г. Омом. Правда для этого пришлось ввести такое понятие как сопротивление проводника. Эта величина не относиться к количественным характеристикам электрического тока, но позволяет определить необходимые параметры. По закону Ома взаимосвязь силы тока, напряжения и сопротивления видна из выражения I=U/R.

Понятие постоянного и переменного тока

Перемещение носителей заряда, которое по своему направлению неизменно называется постоянным электрическим током. Необходимо пояснить, что при невозможности изменения своего направления, данный вид тока может менять свои количественные характеристики. Например, в зависимости от электрической схемы подключения проводников (элементов) может изменятся сила, напряжение на участке и т.д. Постоянный ток характерен, например, для гальванических элементов.

А вот переменный ток, на протяжении конкретного промежутка времени, меняет свое направление в определенной закономерности. Регулярность или периодичность изменения называется частотой и измеряется в герцах (Гц). Распространенность электрического тока переменного типа в первую очередь обусловлена низкими потерями при передаче на большие расстояния.

каковы, в проводнике, в цепи

У многих запоминание основных понятий электродинамики вызывает проблему. Для лучшего усвоения материала необходима ассоциация, которая покажет смысл главных определений и явлений. Рассмотрим на простейших примерах рассматриваются важнейшие понятия, связанные с электричеством.

Суть электрического тока и поля

Электрический ток – движение заряженных частиц в одном направлении. Он направлен туда, куда движутся положительные заряды. Данное явление можно сравнить с движениями молекул воды в трубе. Хаотичные колебания не являются течением, так как их суммарная направленность равна нулю.

Чтобы все молекулы начали передвигаться в одном направлении, нужно приложить силу. Например, поднять один конец трубы, тогда вода начнёт перетекать в противоположном направлении. А для появления тока нужно создать электрическое поле. Так как частицы заряжены (они положительные), то в присутствии поля они будут передвигаться в одном направлении.

Существует две разновидности тока:

постоянный – у которого направление движения заряда не меняется со временем;
переменный – у которого направление движения периодически меняется.

Данное явление сопровождается некоторыми процессами:

магнитными, что характерно для всех проводников;
тепловыми, что также есть везде, кроме сверхпроводников;
химическими, что имеется лишь в электролитах.

Условия существования электрического тока в проводнике:

присутствие в проводнике свободных заряженных частиц;
появление электрического поля.

Основные понятия

Прежде чем разбирать, каковы условия существования электрического тока, полезно познакомиться с основными понятиями, которые часто используются при описании процессов.

Сила тока

В формулах обозначается как I (и), единицей измерения является ампер (А). Силой тока называют то, какой заряд протекает через поперечное сечение проводника за единицу времени. Ассоциацией может стать то, сколько воды протекает через сечение трубы за единицу времени.

Напряжение

В формулах обознается как U, единицей измерения является Вольт (В). Напряжение – это работа, которая совершается для перемещения по электрической цепи одной положительно заряженной частицы. В сравнении с водой можно привести такую ассоциацию, что это объём работы, который нужен для перемещения литра жидкости из одного конца трубы в другой.

Сопротивление

Сопротивление в формулах обозначается как R, единицей измерения служит Ом (Ом). Физический смысл явления заключается в сопротивлении, которое оказывает проводник при движении частиц. В вакууме заряды перемещаются гораздо быстрее, так как им ничто не мешает, но в веществе на них ложится дополнительная нагрузка из-за кристаллической решётки.

Удельное сопротивление для каждого материала своё, это статичные цифры, которые можно посмотреть в справочнике. Интересно, что этот параметр сильно зависит от температуры, что объясняется движением элементов кристаллической решётки, а также высвобождением частиц при повышении температуры.

Чтобы было понятней, нужно вспомнить движение воды по трубе. Ведь жидкость при течении тоже испытывает сопротивление, которое выражается в силе трения. Но для более схожей картины нужно представить, что вся труба уставлена решётками, которые тоже притормаживают движение воды.

Электрическое поле

Важным условием существования электрического тока является одноимённое поле. Оно требуется для того, чтобы все заряженные частицы начали двигаться в одном направлении. Формула этого явления такая: на заряд q в созданном поле с напряжением E действует сила F = q*E. Именно она и вынуждает заряженные частицы перемещаться в определённом направлении.

При отсутствии поля в проводнике нет разности потенциалов (в любых его двух точках). Поэтому доказательством наличия в проводнике поля может послужить неравенство потенциалов. Движущиеся же заряды стремятся эту разность нейтрализовать. Именно из-за этого поле не способно вечно поддерживать ток. Так как с течением времени заряженные частицы уберут неравенство потенциалов, что приведёт к исчезновению электрического поля.

Чтобы движение зарядов было в замкнутой цепи постоянно, нужен внешний источник энергии неэлектрической природы, который будет создавать разность потенциалов в системе. Такой прибор именуется источником тока, обязательный конструктивный элемент в нём – устройство, преобразующее химическую, механическую, тепловую или ядерную энергию в электрическую.

Свободные заряды

Другим важнейшим условием существования электрического тока в проводнике является наличие заряженных частиц. Существует всего 2 разновидности: электрон и протон. Электрон – отрицательный заряд, который в атомах вращается по сложной орбите вокруг ядра. Протон – положительно заряженная частица, которая гораздо тяжелее и крупнее электрона, она вместе с нейтронами (незаряженными) создаёт ядро атома.

Отсюда видно, что большая часть протонов и электронов в веществе не свободна, а соединена в молекулах. Однако электрический ток могут создавать лишь свободные частицы, так как связанные заряды нейтрализуют друг друга. Тем не менее, во многих соединениях имеются свободные частицы, к таким веществам относится вода, многие металлы.

Интересно, что количество свободных зарядов можно увеличить, если передать энергию атому. Тогда электрон слетит с орбиты и освободиться. Энергию можно передать с помощью нагревания. Известно, что у полупроводников увеличивается количество свободных заряженных частиц при повышении температуры.

Скорость тока

При создании условий существования электрического тока в цепи, он возникает во всём проводнике мгновенно, то есть со скоростью света, несмотря на то, что протоны движутся гораздо медленнее. Это связано с тем, что протоны, как будто толкают друг друга, поэтому, когда протон в одном конце проводника начинает своё движение, то почти сразу начинают двигаться частицы в другом конце цепи.

Приведём пример с водой. Если в трубе уже есть жидкость, то, закачивая в один её конец ещё один литр, можно обнаружить, что из другого конца сразу же полилась вода. Несмотря на то, что залитая вода не продвинулась по трубе. Просто новый литр приводит в движение сразу всю жидкость, которая находится в ёмкости.

Читайте также:

Общие сведения об электричестве — Узнайте об электричестве, токе, напряжении и сопротивлении

Дом > Поддержка> Электроэнергетика

Электроэнергетика

Что такое электричество?

Любая техника, которую мы используем в нашей повседневной жизни, например, бытовая техника, оргтехника и промышленное оборудование, почти все это требует электричества.Следовательно, мы должны понимать электричество.

Первый вопрос, который мы узнаем ответ « где электричество родом из? «

Все дела состоят из атомы. Затем задайте следующий вопрос: « Что такое атомы? ».
Атомы — это самая маленькая часть элемента.Они состоят ядра и электронов, электроны окружают ядро. Элементы идентифицируются по количеству электронов на орбите вокруг ядра атомов и числом протонов в ядре.

Ядро состоит из протонов и нейтронов, а количество протоны и нейтроны уравновешены. У нейтронов нет электрического заряда, протоны имеют положительный заряд (+), а электроны — отрицательный заряды (-).Положительный заряд протона равен отрицательному заряду электрона.

Электроны связаны по своей орбите за счет притяжения протонов, но электроны во внешней зоне могут покинуть свою орбиту за счет некоторые внешние силы. Их называют свободными электронами, которые перемещаются от одного атома к другому, образуются потоки электронов. Это основа электричества. Материалы, позволяющие свободно перемещающиеся электроны называются проводниками а материалы, которые позволяют перемещаться небольшому количеству свободных электронов, называются изоляторы .

Все вещества состоят из атомов, имеющих электрические заряды. Следовательно, у них есть электрические заряды. Что касается сбалансированного количество протонов и электронов, сила положительного заряда и сила отрицательного заряда уравновешена. Это называется нейтральным состоянием. атома. (Число протонов и электронов остается равным.)

« Статическое электричество » представляет собой ситуацию, когда все вещи состоят из электрических обвинения.Например, трение материала о другой может вызвать статическое электричество. Свободные электроны одного материала двигаться с силой, пока они не освободятся от своих орбит вокруг ядра и перейти к другому. Электроны одного материала уменьшаются, он представляет собой положительный заряд. В то же время электроны другого увеличиваются, он имеет отрицательные заряды.

В общем заряд производство материи означает, что материя имеет электрические заряды.Он имеет положительный и отрицательный заряды, что выражается в кулон.

Ток, Напряжение и сопротивление

Что сейчас?
Электрическое явление вызвано потоком свободные электроны от одного атома к другому.Характеристики текущее электричество противоположны тем статического электричества.

Провода состоят из проводников, таких как медь. или алюминий. Атомы металла состоят из свободных электронов, которые свободно переходить от одного атома к другому. Если добавлен электрон в проводе свободный электрон притягивается к протону, чтобы оставаться нейтральным. Вытеснение электронов с их орбит может вызвать недостаток электронов.Электроны, которые непрерывно движутся по проволоке, называются Electric. Текущий .

Для одножильных проводов электрический ток относится к направленным отрицательно-положительные электроны от одного атома к другому. Жидкость проводники и газопроводы, электрический ток относится к электронам а протоны текут в обратном направлении.

Ток — это поток электронов, но ток и электроны текут в противоположное направление. Ток течет от положительного к отрицательному и электроны перетекают с отрицательного на положительный.

Ток определяется количеством электронов, проходящих через сечение проводника за одну секунду. Ток измеряется в ампер , что сокращенно « ампер ».Обозначение усилителя — это буква « A ».

А ток в один ампер означает что ток проходит через поперечное сечение двух проводников, которые расположены параллельно на расстоянии 1 м друг от друга с 2×10 ^-7 Ньютон сила на метр возникает в каждом проводнике. Это также может означать сборы одного кулона (или 6,24х10 ¹⁸ электронов), проходящего через поперечное сечение проводника за одну секунду.

Что такое напряжение?
Электрический ток — это поток электронов в проводнике. Сила необходим для протекания тока через проводник, называется напряжение и потенциал другой срок напряжения. Например, у первого элемента больше положительные заряды, поэтому он имеет более высокий потенциал. С другой стороны, второй элемент имеет более отрицательные заряды, поэтому он имеет более низкий потенциал.Разница между двумя точками называется разность потенциалов .

Электродвижущая сила означает силу, которая заставляет ток непрерывно течь через дирижер. Эта сила может создаваться генератором энергии, аккумулятор, аккумулятор фонарика и топливный элемент и т. д.

Вольт, сокращенно « В », это единица измерения измерения, используемые взаимозаменяемо для напряжения, потенциала, и электродвижущая сила.Один вольт означает силу, которая заставляет ток в один ампер проходит через сопротивление в один Ом.

Что такое сопротивление?
Электроны движутся через проводник при протекании электрического тока. Все материалы мешают протекание электрического тока до некоторой степени. Эта характеристика называется сопротивлением .Сопротивление увеличивается с увеличением длины или уменьшением поперечного сечения материал.

Единица измерения сопротивления Ом и его символ — греческая буква омега ( Ω ). Сопротивление в один Ом означает, что проводник пропускает ток. одного ампера на поток с напряжением один вольт.

Все материалы различаются по пропусканию электронов.Материалы которые позволяют свободно перемещаться большому количеству электронов, называются проводниками такие как медь, серебро, алюминий, раствор хлористоводородной, серной кислота и соленая вода. Напротив, материалы, пропускающие мало электронов для протекания называются изоляторы , такие как пластмассовые, резина, стекло и сухая бумага. Другой вид материалов, полупроводники имеют характеристики как проводников, так и изоляторов.Они позволяют электронам двигаться, имея возможность контролировать поток электронами и примерами являются углерод, кремний, германий и т. д.

Сопротивление проводника зависит от следующих двух основных факторов:

	1.	Виды материала
	2.	Температура материала

Как измерить ток

Прибор для измерения силы тока называется Амперметр или Амперметр .
Шаги для измерения тока Подключите небольшую лампочку к сухой батарее.Измерьте ток который проходит через лампочку при подключении положительной клеммы (+) амперметра к отрицательной клемме (-) сухого элемента (см. рисунок)
Указания по технике безопасности при измерении силы тока;
1. Оценить ток, требующий измерения затем выберите подходящий амперметр, так как каждый амперметр имеет разные предел измерения тока.
2. Убедитесь, что соединение с плюсовой клеммой (+) и отрицательная клемма (-) амперметра правильные.
3. Не подключайте клеммы амперметра напрямую сушить клеммы ячеек. Так как это может повредить счетчик.
Как измерить напряжение
Прибор для измерения напряжения, разницы Потенциальная или электродвижущая сила называется вольтметром .
Шаги для измерения напряжения
Подключите небольшую лампочку к сухому элементу. Вольтметр есть подключен параллельно лампочке для измерения напряжения поперек лампочки. Подключите положительную клемму (+) вольтметр к плюсовой клемме (+) сухого элемента и подключите отрицательная клемма (-) вольтметра к отрицательной клемме (-) сухой ячейки (см. рисунок).
Указания по технике безопасности при измерении Напряжение;
1. Оценить напряжение, требующее измерения затем выберите подходящий вольтметр
, поскольку каждый вольтметр рассчитан на
предел измерения напряжения.
2. Убедитесь, что подключение положительной клеммы (+) и отрицательная клемма (-) вольтметра правильные.
Как измерить сопротивление
Инструмент, используемый для измерения Сопротивление называется тестером или мультиметром .Мультиметр или тестовый метр используется для изготовления различных электрических измерения, такие как ток, напряжение и сопротивление. Он сочетает в себе функции амперметра, вольтметра и омметра.
Шаги для измерения сопротивления
Поверните лицевую шкалу в положение для требуемого измерения, сопротивления, затем коснитесь обоих выводов мультиметра (см. рисунок 1) и отрегулируйте диапазон измерителя на 0 Ом.Трогать оба вывода измерителя к сопротивлению и возьмите чтение (см. рисунок 2).

Как работает электричество?

Электрический ток — это способность делать работу.Электрический ток можно преобразовать в тепло, мощность и магнетизм, чтобы назвать несколько.

Электрический ток классифицирован по своим функциям и трем основным типам:

1.	Теплоэнергетика
2.	Электрохимия
3.	Магнетизм

1. Тепло и энергия используется для производства тепла и электроэнергии.

Например, нихромовая токоведущая проволока. проволока имеет высокое сопротивление и выделяет тепло.Это применяется быть составной частью электрических духовок, тостеров, электрических утюгов и лампочки и др.

Эксперимент проводится путем измерения нагреть количество воды калориметром. Увеличьте напряжение на провод вариаком и подключите амперметр и вольтметр для измерения ток и напряжение.
Установите шкалу переменного тока, чтобы отрегулировать напряжение и текущее значение нихромовая проволока и ток периодически пропускается и измерить количество тепла от нихромовой проволоки.Есть какие-то указания напряжения и тока. Если напряжение, ток и время увеличиваются, количество тепла также увеличится. Они выражаются отношение, как показано ниже.

Это называется Джоуля. Закон . Количество тепла зависит от напряжения время тока и интервал времени.По закону Ома V (напряжение) = I (ток) x R (Сопротивление), следовательно,

Количество тепла зависит от текущий квадрат, умноженный на сопротивление и интервал времени.

При пропускании тока через нихромовую проволоку в воде ток превращается в тепло, и температура повышается. Работу выполняет тепло, выделяемое в электрической цепи, которая называется Electric мощность .

Измеряется электрическая мощность в ватт-часах (Втч), а количество тепла измеряется в калориях. (Cal).

Работа выполняется за счет выделяемого тепла в электрической цепи написано мощность, что означает что номинальная работа выполняется в цепи, когда ток 1 А с Применяется 1 Вольт, а его единица измерения — ватт.

2. Электрохимия

Например, когда ток проходит через хлорид натрия (NaCl), химическая реакция, называемая электролизом. имеет место. Применяется для производства электролиза, цинкования. и аккумулятор и т. д.

Эксперимент проводится путем пропитывания двух платиновых (Pt) пластин. в расплаве соли. Подключите батареи к двум платиновым пластинам, ток проходит через расплав соли и производит хлор пузыри вокруг положительной пластины (+) и пузырьки водорода вокруг отрицательной пластины (-), поскольку хлорид натрия составляет натрия (Na) и хлорида (Cl).Когда хлорид натрия тает в воде, элементы разделяются. Натрий имеет положительные заряды (+), а у хлора отрицательные заряды (-) и эти заряды называются ионами . Расплав соли имеет оба положительных заряда, называемые анодами и , а отрицательные заряды называются катодами . Состояние разделенных элементов называется ионизация .Если соль растапливается водой, в растворе имеются ионы, называется раствор электролита . И если текущий проходит через раствор электролита, химическая реакция происходит электролиз.

3. Магнетизм

Пример данной электромонтажной работы — токоведущий проволока, возникают магнитные линии потока.Это применяется для производства электродвигатели, электрические трансформаторы и магнитофоны, пр.

Понимание смысла магнетизма:
Что такое магнетизм?

Составная формула магнита: Fe ₃ O ₄. Все магниты обладают двумя характеристиками. Во-первых, они привлекают и держи железо.Вторичный, если свободно двигаться, как компас игла, они займут положение север-юг. Любые материалы Имеют такие характеристики, они называются магнит .

Характеристики магнита
	Каждый магнит имеет два полюса, один северный полюс и один южный полюс.
	Противоположные полюса притягиваются друг к другу, в то время как полюса отталкивают друг друга.

Электричество и магнитное поле Когда магнитная стрелка находится рядом с электрическим проводом, который ток пропускается, магнитная стрелка включает направление тока (см. рисунок 1 и 2).Следовательно, электрический ток также создает связанный магнитный силу или говорят, что электричество способно производить магнитное поле.
Когда магнитная игла помещена в катушку с проволокой с одной петлей (см. рисунок), и ток проходит через катушку с проволокой, магнитный игла поворачивается в направлении, показанном на рисунке выше.А направления магнитных линий потока показаны стрелки.
Когда магнитная игла помещена в проволочную катушку с множеством петель как показано на правом рисунке, ток проходит через катушка. Направление магнитных линий магнитных параллелей катушка проволоки. Характеристики магнитных линий потока как характеристики магнита, но без магнитного полюса.
Когда катушка с токоведущим проводом находится рядом с железным стержнем, железный стержень немного сдвинется (см. рисунок 1). Если сердечник размещен в катушке из проволоки железный стержень сильно притягивается (см. фигура 2). Поскольку сердечник — это мягкое железо, которое проводит магнитные силовые линии, когда ток проходит через проволочную катушку вокруг сердечника сердечник намагничивается с высокой мощностью что называется электромагнитов .Эта функция широко применяется в промышленности.

Учебник по физике: электрический ток

Если два требования электрической цепи соблюдены, заряд будет проходить через внешнюю цепь.Говорят, что есть ток — поток заряда. Использование слова ток в этом контексте означает просто использовать его, чтобы сказать, что что-то происходит в проводах — заряд движется. Однако ток — это физическая величина, которую можно измерить и выразить численно. Как физическая величина, , ток, — это скорость, с которой заряд проходит через точку в цепи. Как показано на диаграмме ниже, ток в цепи можно определить, если можно измерить количество заряда Q , проходящего через поперечное сечение провода за время t .Ток — это просто соотношение количества заряда и времени.

Current — это величина ставки. В физике есть несколько скоростных величин. Например, скорость — это величина скорости — скорость, с которой объект меняет свое положение. Математически скорость — это отношение изменения положения к времени. Ускорение — это величина скорости — скорость, с которой объект меняет свою скорость. Математически ускорение — это отношение изменения скорости к времени. А мощность — это величина скорости — скорость, с которой работа выполняется на объекте.Математически мощность — это отношение работы к времени. В каждом случае величины скорости математическое уравнение включает некоторую величину во времени. Таким образом, ток как величина скорости будет математически выражен как

Обратите внимание, что в приведенном выше уравнении используется символ I для обозначения величины тока.

Как обычно, когда количество вводится в Физическом классе, также вводится стандартная метрическая единица, используемая для выражения этой величины.Стандартная метрическая единица измерения тока — ампер . Ампер часто сокращается до А и обозначается символом A . Ток в 1 ампер означает, что 1 кулон заряда проходит через поперечное сечение провода каждую 1 секунду.

1 ампер = 1 кулон / 1 секунда

Чтобы проверить свое понимание, определите ток для следующих двух ситуаций. Обратите внимание, что в каждой ситуации дается некоторая посторонняя информация.Нажмите кнопку Проверить ответ , чтобы убедиться, что вы правы.

Провод изолируют поперечным сечением 2 мм и определяют, что заряд 20 C пройдет через него за 40 с.	Сечение провода длиной 1 мм изолируется, и определяется, что заряд 2 Кл проходит через него за 0,5 с.
I = _____ Ампер	I = _____ Ампер

Обычное направление тока

Частицы, которые переносят заряд по проводам в цепи, являются подвижными электронами.Направление электрического поля в цепи по определению является направлением, в котором проталкиваются положительные испытательные заряды. Таким образом, эти отрицательно заряженные электроны движутся в направлении, противоположном электрическому полю. Но в то время как электроны являются носителями заряда в металлических проводах, носителями заряда в других цепях могут быть положительные заряды, отрицательные заряды или и то, и другое. Фактически, носители заряда в полупроводниках, уличных фонарях и люминесцентных лампах одновременно являются как положительными, так и отрицательными зарядами, движущимися в противоположных направлениях.

Бен Франклин, проводивший обширные научные исследования статического и текущего электричества, рассматривал положительные заряды как носители заряда. Таким образом, раннее соглашение о направлении электрического тока было установлено в том направлении, в котором будут двигаться положительные заряды. Конвенция прижилась и используется до сих пор. Направление электрического тока условно является направлением, в котором должен двигаться положительный заряд. Таким образом, ток во внешней цепи направлен от положительной клеммы к отрицательной клемме батареи.Электроны действительно будут двигаться по проводам в противоположном направлении. Зная, что настоящими носителями заряда в проводах являются отрицательно заряженные электроны, это соглашение может показаться немного странным и устаревшим. Тем не менее, это соглашение, которое используется во всем мире, и к которому студент-физик может легко привыкнуть.

Зависимость тока от скорости дрейфа

Ток связан с количеством кулонов заряда, которые проходят точку в цепи за единицу времени.Из-за своего определения его часто путают со скоростью дрейфа количества. Скорость дрейфа означает среднее расстояние, пройденное носителем заряда за единицу времени. Как и скорость любого объекта, скорость дрейфа электрона, движущегося по проводу, — это отношение расстояния ко времени. Путь типичного электрона через проволоку можно описать как довольно хаотический зигзагообразный путь, характеризующийся столкновениями с неподвижными атомами. Каждое столкновение приводит к изменению направления электрона.Однако из-за столкновений с атомами в твердой сети металлического проводника на каждые три шага вперед приходится два шага назад. С электрическим потенциалом, установленным на двух концах цепи, электрон продолжает движение вперед на . Прогресс всегда идет к положительному полюсу. Однако общий эффект бесчисленных столкновений и высоких скоростей между столкновениями состоит в том, что общая скорость дрейфа электрона в цепи ненормально мала. Типичная скорость дрейфа может составлять 1 метр в час.Это медленно!

Тогда можно спросить: как может быть ток порядка 1 или 2 ампер в цепи, если скорость дрейфа составляет всего около 1 метра в час? Ответ таков: существует множество носителей заряда, движущихся одновременно по всей длине цепи. Ток — это скорость, с которой заряд пересекает точку в цепи. Сильный ток является результатом нескольких кулонов заряда, пересекающих поперечное сечение провода в цепи. Если носители заряда плотно упакованы в провод, тогда не обязательно должна быть высокая скорость, чтобы иметь большой ток.То есть носителям заряда не нужно преодолевать большое расстояние за секунду, их просто должно быть много, проходящих через поперечное сечение. Ток не имеет отношения к тому, насколько далеко заряды перемещаются за секунду, а скорее к тому, сколько зарядов проходит через поперечное сечение провода в цепи.

Чтобы проиллюстрировать, насколько плотно упакованы носители заряда, мы рассмотрим типичный провод, используемый в цепях домашнего освещения — медный провод 14-го калибра. В срезе этого провода длиной 0,01 см (очень тонком) их будет целых 3.51 x 10 ²⁰ атомов меди. Каждый атом меди имеет 29 электронов; маловероятно, что даже 11 валентных электронов одновременно будут двигаться как носители заряда. Если мы предположим, что каждый атом меди вносит только один электрон, то на тонком 0,01-сантиметровом проводе будет целых 56 кулонов заряда. При таком большом количестве подвижного заряда в таком маленьком пространстве малая скорость дрейфа может привести к очень большому току.

Чтобы еще больше проиллюстрировать это различие между скоростью заноса и течением, рассмотрим аналогию с гонками.Предположим, что была очень большая гонка черепах с миллионами и миллионами черепах на очень широкой гоночной трассе. Черепахи не очень быстро двигаются — у них очень низкая скорость дрейф . Предположим, что гонка была довольно короткой — скажем, длиной 1 метр — и что значительный процент черепах достиг финишной черты в одно и то же время — через 30 минут после начала гонки. В таком случае течение будет очень большим — миллионы черепах пересекают точку за короткий промежуток времени.В этой аналогии скорость связана с тем, насколько далеко черепахи перемещаются за определенный промежуток времени; а ток зависит от того, сколько черепах пересекли финишную черту за определенный промежуток времени.

Природа потока заряда

Как только было установлено, что средняя скорость дрейфа электрона очень и очень мала, вскоре возникает вопрос: почему свет в комнате или в фонарике загорается сразу после включения переключателя? Разве не будет заметной задержки по времени перед тем, как носитель заряда перейдет от переключателя к нити накала лампочки? Ответ — нет! и объяснение того, почему раскрывает значительную информацию о природе потока заряда в цепи.

Как упоминалось выше, носителями заряда в проводах электрических цепей являются электроны. Эти электроны просто поставляются атомами меди (или любого другого материала, из которого сделана проволока) внутри металлической проволоки. Как только переключатель поворачивается в положение на , цепь замыкается, и на двух концах внешней цепи устанавливается разность электрических потенциалов. Сигнал электрического поля распространяется почти со скоростью света ко всем мобильным электронам в цепи, приказывая им начать марш и марш .По получении сигнала электроны начинают двигаться по зигзагообразной траектории в обычном направлении. Таким образом, щелчок переключателя вызывает немедленную реакцию во всех частях схемы, заставляя носители заряда повсюду двигаться в одном и том же направлении. В то время как фактическое движение носителей заряда происходит с медленной скоростью, сигнал, который информирует о начале движения, движется со скоростью, составляющей часть скорости света.

Электроны, которые зажигают лампочку в фонарике, не должны сначала пройти от переключателя через 10 см провода к нити накала.Скорее электроны, которые зажигают лампочку сразу после того, как переключатель повернут на на , являются электронами, которые присутствуют в самой нити. Когда переключатель повернут, все подвижные электроны повсюду начинают движение; и именно подвижные электроны, присутствующие в нити накала, непосредственно ответственны за зажигание ее колбы. Когда эти электроны покидают нить накала, в нее входят новые электроны, которые ответственны за зажигание лампы. Электроны движутся вместе, как вода в трубах дома.Когда кран поворачивается с на , вода в кране выходит из крана. Не нужно долго ждать, пока вода из точки входа в ваш дом пройдет по трубам к крану. Трубы уже заполнены водой, и вода во всем водном контуре одновременно приводится в движение.

Развиваемая здесь картина потока заряда представляет собой картину, в которой носители заряда подобны солдатам, идущим вместе, повсюду с одинаковой скоростью.Их движение начинается немедленно в ответ на установление электрического потенциала на двух концах цепи. В электрической цепи нет места, где носители заряда расходуются или расходуются. Хотя энергия, которой обладает заряд, может быть израсходована (или лучше сказать, что электрическая энергия преобразуется в другие формы энергии), сами носители заряда не распадаются, не исчезают или иным образом не удаляются из схема. И нет места в цепи, где бы носители заряда начали скапливаться или накапливаться.Скорость, с которой заряд входит во внешнюю цепь на одном конце, такая же, как скорость, с которой заряд выходит из внешней цепи на другом конце. Ток — скорость потока заряда — везде одинакова. Поток заряда подобен движению солдат, идущих вместе, повсюду с одинаковой скоростью.

Проверьте свое понимание

1.Говорят, что ток существует всякий раз, когда _____.

а. провод заряжен
г. батарея присутствует
г. электрические заряды несбалансированные
г. электрические заряды движутся по петле

2. У тока есть направление. По соглашению ток идет в направлении ___.

а. + заряды перемещаются
г.- электроны движутся
г. + движение электронов

3. Скорость дрейфа подвижных носителей заряда в электрических цепях ____.

а. очень быстро; меньше, но очень близко к скорости света
г. быстрый; быстрее, чем самая быстрая машина, но далеко не скорость света
г. медленный; медленнее Майкла Джексона пробегает 220-метровую
г.очень медленно; медленнее улитки

4. Если бы электрическую цепь можно было сравнить с водяной цепью в аквапарке, то ток был бы аналогичен ____.

Выбор:

A. давление воды	Б. галлонов воды, стекающей по горке в минуту
С.вода	D. нижняя часть ползуна
E. водяной насос	F. верх горки

5. На схеме справа изображен токопроводящий провод. Две площади поперечного сечения расположены на расстоянии 50 см друг от друга. Каждые 2,0 секунды через каждую из этих областей проходит заряд 10 ° C.Сила тока в этом проводе ____ А.

а. 0,10	г. 0,25	г. 0,50	г. 1.0
e. 5,0	ф. 20	г. 10	ч.40
я. ни один из этих

6. Используйте диаграмму справа, чтобы заполнить следующие утверждения:

а. Ток в один ампер — это поток заряда со скоростью _______ кулонов в секунду.

г. Когда заряд 8 Кл проходит через любую точку цепи за 2 секунды, ток составляет ________ А.

г. Если через точку A (диаграмма справа) за 10 секунд расход заряда составляет 5 ° C, то ток равен _________ A.

г. Если ток в точке D равен 2,0 А, то _______ C заряда проходит через точку D за 10 секунд.

e. Если 12 ° C заряда пройдет мимо точки A за 3 секунды, то 8 C заряда пройдут мимо точки E за ________ секунд.

ф. Верно ли:

Ток в точке E значительно меньше тока в точке A, поскольку в лампочках расходуется заряд.

Электрический ток — Как генерируется электрический ток | Определение

Как правило, Текущий означает поток чего-то из одного места в другое. Для Например, вода падает с холма, речная вода движется с из одного места в другое, и океанская вода движется из одного место в другое место известны как водные потоки.В реке и океан, молекулы воды движутся из одного места в другое. другое место будет проводить ток.

В а подобным образом переносчики электрического заряда движутся из одного указывает на другую точку в проводнике или полупроводнике. проводит электрический ток.

Электрический Текущий определение

г. поток носителей электрического заряда в проводнике или полупроводнике называется электрический ток.

В проводники или полупроводников, электрический ток проводится крошечными частицы. Эти крошечные частицы известны как электрический заряд. перевозчики.

г. Носителями электрического заряда могут быть электроны, дырки, протоны, ионы и т. д. Однако электрический ток часто проводятся электронами и дырками.

В проводники, отверстия незначительны.Так электроны проводят электрический ток. В полупроводниках присутствуют как электроны, так и дырки. Так и электроны, и дырки проводят электрический ток.

Электрический ток — важная величина в электронных схемах. Когда напряжение наносится поперек проводника или полупроводника, электрический ток начинает течь.Электрический ток часто бывает для простоты называется «текущий».

Электрический Текущий символ

Электрический ток представлен символом ɪ. В символ ɪ был использовался французским физиком Андре-Мари Ампер. В его именем названа единица электрического тока (ампер).

Что такое электрический заряд?

Электрический заряд — это фундаментальное свойство таких частиц, как электроны и протоны. Электрический заряд не может быть создан ни уничтожен. Это означает, что если есть электрон или протон тогда есть заряд.

Электронов имеют отрицательный заряд, а протоны — положительный.Протоны намного тяжелее электронов. Однако обвинение протона равен заряду электрона.

ср знайте, что если два противоположных заряда помещены рядом с каждым другие они привлекаются. С другой стороны, если два одинаковых или как заряды помещаются близко друг к другу, они отталкиваются.

Когда протон помещается ближе к электрону, они притягиваются.С другой стороны, когда два протона или два электрона размещенные близко друг к другу, они отталкиваются.

Электрический заряжать измеряется в кулонах (C). Один кулон — это количество заряд переносится током в 1 ампер за 1 секунду. Для Например, если 4 кулонов (Кл) заряда проходят за 2 секунды, ток = 4 ÷ 2 = 2 ампера (А).

Как электрический ток генерируется?

Атомы являются основными строительными блоками материи. Каждый объект в Вселенная состоит из атомов. Атомы крошечные частицы. Их размер указан в нанометрах.

Каждый атом состоит из субатомных частицы, такие как электроны, протоны и нейтроны. Эти субатомные частицы меньше атома.

Электроны отрицательно заряжены частицы, протоны — положительно заряженные частицы, и нейтроны — нейтральные частицы (без заряда).

Протоны и нейтроны намного тяжелее чем электроны. Таким образом, протоны и нейтроны всегда находятся в центр атома. В сильный ядерная сила между протонами и нейтронами заставляет их всегда держитесь вместе.

Протоны имеют положительный заряд и нейтроны не имеют заряда. Итак, общий заряд ядра положительный.

Электроны всегда вращаются вокруг ядро из-за электростатической силы притяжения между ними.

Электроны вращаются вокруг ядро на разных орбитах. Каждая орбита имеет уровень энергии связанные с ним.

Электроны, вращающиеся при закрытии расстояние от ядра имеют очень низкую энергию. С другой стороны, электроны вращаются на большем расстоянии от ядра обладают очень высокой энергией.

Электроны на внешней орбите атом называют валентным электроны. Эти электроны очень слабо прикреплены к родительский атом.Итак, приложив небольшое количество энергии достаточно, чтобы освободить их от родительского атома.

Когда небольшое количество энергии в форма тепла, света или электричества поле передается валентным электронам, они получают достаточной энергии, а затем отделяется от родительского атома.

Электроны, отделенные от родительский атом известен как свободный электроны.Эти электроны свободно перемещаются из одного места в другое. другое место.

Мы знаем, что электроны имеют отрицательное заряжать. Таким образом, свободные электроны несут отрицательный заряд от одного место в другое место.

Мы знаем, что электрический ток означает поток заряда. Итак, электроны свободно перемещаются из одного места в другое место будет проводить электрический ток.

В полупроводниках оба свободных электрона и дырки присутствуют. Свободные электроны отрицательно заряженные частицы. Таким образом, они несут отрицательный заряд (электрический Текущий). Дыры — это положительно заряженные частицы. Поэтому они несут положительный заряд (электрический ток).

Таким образом, и свободные электроны, и дырки проводить электрический ток в полупроводниках.

В проводниках отверстия незначительны. Так свободные электроны проводят электрический ток.

Протоны также обладают способностью проводить электрический ток. Однако протоны не могут свободно перемещаться из одного места в другое, как электроны. Они всегда удерживается в фиксированном положении. Итак, протоны не проводят электрический ток.

SI единица электрического тока

Единица измерения электрического тока в системе СИ — ампер, названный в честь французского физика Андре-Мари Ампер. Электрический ток, протекающий в проводнике или полупроводник измеряется в амперах. Ампер тоже иногда называются усилителями или А.

Ток, протекающий через электронный компонент (например, диод) в цепи измеряется с помощью устройства, называемого амперметром.

Текущий направление

Когда напряжение подается на проводник или полупроводник, начинает течь электрический ток.

В проводниках, положительно заряженных протоны удерживаются в фиксированном положении, а отрицательно заряженные электроны перемещаются из одного места в другое за счет несущий заряд. Таким образом, электроны проводят электрический ток. в проводниках.

В полупроводниках оба свободных электрона а дыры переносят заряд из одного места в другое. Таким образом, электроны и дырки проводят электрический ток в полупроводники.

При подаче напряжения электроны (отрицательные заряды) перемещаются от отрицательного конца батареи к положительный конец батареи. Итак, электроны (отрицательные зарядов) направление тока от отрицательного к положительному.

С другой стороны, отверстия (положительный заряды) перемещаются от положительного конца батареи к отрицательному конец батареи. Так дыры (положительные заряды) ток направление от положительного к отрицательному.

Обычный текущее направление от положительного к отрицательному (то же, что и текущее направление положительных зарядов).

Заряд положительно заряженного частица (дырка) равна заряду отрицательно заряженной частица (свободный электрон), но противоположной полярности.

Поток отрицательных зарядов в цепи будет производить ток такой же, как поток положительных зарядов производить. Так что не имеет значения, течет ли ток от положительного к отрицательному или отрицательного к положительному, генерируемый ток будет таким же.

Электрический ток | Энциклопедия.com

Под электрическим током обычно понимают поток электронов. Когда два конца батареи соединяются друг с другом с помощью металлического провода, электроны выходят из одного конца (электрода или полюса) батареи через провод к противоположному концу батареи.

Электрический ток также можно рассматривать как поток положительных «дырок». «Дыра» в этом смысле — это область пространства, где обычно можно найти электрон, но не существует. Отсутствие отрицательного заряда электрона можно рассматривать как создание положительно заряженной дыры.

В некоторых случаях электрический ток может также состоять из потока положительно заряженных частиц, известных как катионы. Катион — это просто атом или группа атомов, несущих положительный заряд.

Измерение тока

Ампер (ампер) используется для измерения величины протекающего тока. Отделение было названо в честь французского математика и физика Андре Мари Ампера (1775–1836), основавшего современные исследования электрических токов. Ампер определяется как количество электронов, которые проходят через любую заданную точку за определенную единицу времени.Поскольку электрический заряд измеряется в кулонах, точное определение ампера — это количество кулонов, которые проходят через заданную точку каждую секунду.

Характеристики электрического тока

Разность потенциалов. Для протекания электрического тока необходимо выполнение ряда условий. Во-первых, между двумя точками должна существовать разность потенциалов. Термин разность потенциалов (или напряжение) означает, что сила, создаваемая группой электронов в одном месте, больше, чем сила электронов в другом месте.Большая сила отталкивает электроны от первого места ко второму.

Потенциальные различия обычно не встречаются в природе. В большинстве случаев распределение электронов в окружающем нас мире довольно равномерное. Однако ученые изобрели определенные виды устройств, в которых электроны могут накапливаться, создавая разность потенциалов. Например, батарея — это не что иное, как устройство для производства больших масс электронов на одном электроде (точка, из которой отправляется или принимается электрический ток) и недостатка электронов на другом электроде.Эта разница объясняет способность батареи генерировать разность потенциалов или напряжение.

Электрическое сопротивление. Второе условие, необходимое для протекания тока, — это путь, по которому могут перемещаться электроны. Некоторые материалы могут обеспечить такой путь, а другие — нет. Материалы, которые пропускают электрический ток, называются проводниками. Те, которые блокируют прохождение электрического тока, называются непроводниками или изоляторами. Металлический провод, соединяющий два полюса батареи в приведенном ранее примере, обеспечивает путь для движения электронов от одного полюса батареи к другому.

Электропроводность материалов — это внутреннее (или естественное) свойство, основанное на их сопротивлении движению электронов. Электроны в некоторых материалах связаны химическими связями и не могут проводить электрический ток. В других материалах большое количество электронов свободно перемещается, и они легко передают поток электронов.

Электрическое сопротивление (или удельное сопротивление) измеряется в единицах, известных как ом (Ом). Устройство было названо в честь немецкого физика Георга Симона Ома (1789–1854), первого человека, выразившего законы электропроводности.Противоположностью сопротивлению является проводимость, свойство, которое измеряется единицей, называемой mho (ом, записанный наоборот).

Сопротивление куска провода, используемого в электрической цепи, зависит от трех факторов: длины провода, его площади поперечного сечения и удельного сопротивления материала, из которого он сделан. Чтобы понять влияние электрического сопротивления, представьте себе воду, текущую по шлангу.

Количество воды, протекающей по шлангу, аналогично току в проводе.Подобно тому, как через толстый пожарный шланг может пройти больше воды, чем через тонкий садовый шланг, толстая металлическая проволока может пропускать больше тока, чем тонкая металлическая проволока. У провода чем больше площадь поперечного сечения, тем меньше его сопротивление; чем меньше площадь поперечного сечения, тем больше его сопротивление.

Аналогичное сравнение можно провести и по длине. Воду сложнее течь по длинному шлангу просто потому, что она должна течь дальше. Точно так же току труднее пройти по длинному проводу, чем по короткому.

Удельное сопротивление — это свойство материала, из которого изготовлен сам провод, которое различается от материала к материалу. Представьте, что вы наполняете пожарный шланг патокой, а не водой. Меласса будет течь медленнее просто из-за ее вязкости (липкости или сопротивления течению). Точно так же электрический ток проходит через некоторые металлы (например, свинец) с большим трудом, чем через другие металлы (например, серебро).

Электрические цепи

В большинстве случаев путь, по которому проходит электрический ток, известен как электрическая цепь.Как минимум, схема состоит из (1) источника электронов (например, батареи), который будет обеспечивать разность потенциалов, и (2) пути, по которому могут перемещаться электроны (например, металлической проволоки). Вспомните, что разность потенциалов (или напряжение) означает большую силу электронов в одном месте, чем в другом; эта большая сила толкает электроны к месту с меньшей силой.

Для любого практического (или полезного) применения ток также требует (3) прибора, работа которого зависит от протекания электрического тока.К таким приборам относятся электрические часы, тостеры, радио, телевизоры и различные типы электродвигателей. Во многих случаях электрические цепи также содержат (4) какой-то измеритель, который показывает величину электрического тока или разность потенциалов в цепи. Наконец, схема, вероятно, будет включать (5) различные устройства для управления потоком электрического тока, такие как выпрямители, трансформаторы, конденсаторы и автоматические выключатели.

Приборы можно включать в электрическую цепь одним из двух способов.В последовательной цепи ток течет через приборы один за другим. В параллельной цепи входящий ток разделяется и передается через каждую отдельную цепь независимо.

Важным преимуществом параллельных цепей является их устойчивость к повреждениям. Предположим, что какой-либо из приборов в последовательной цепи поврежден, и ток не может течь через него. Этот пробой предотвращает протекание тока в любом из приборов. При параллельной схеме такой проблемы не возникает.Если одно из устройств в параллельной цепи выходит из строя, ток все равно продолжает течь через другие устройства в цепи.

Принципиальная математическая зависимость, управляющая протеканием электрического тока в цепи, была обнаружена Омом в 1827 году. Закон Ома гласит, что величина тока (i) в цепи напрямую связана с разностью потенциалов (V) и обратно пропорциональна сопротивление (r) в цепи. Другими словами, i = V / r. Закон Ома гласит, что увеличение разности потенциалов

или уменьшение сопротивления приводит к увеличению тока.И наоборот, уменьшение разности потенциалов или увеличение сопротивления приводит к уменьшению тока. Чем сложнее становится электрическая цепь, тем труднее становится применить закон Ома.

Поток тока и поток электронов

Область электротехники обременена странной проблемой, которая возникла более 200 лет назад. Когда ученые впервые изучили поток электрического тока из одного места в другое, они считали, что этот поток создается движением крошечных частиц.Поскольку электрон еще не был обнаружен, они предположили, что эти частицы несут положительный заряд.

Сегодня мы знаем иначе. Электрический ток — это поток отрицательно заряженных частиц: электронов. Но обычай отображать электрический ток как положительный существует уже давно и до сих пор широко используется. По этой причине нередко можно увидеть электрический ток в виде потока положительных зарядов, хотя мы уже давно знаем это лучше.

Типом электрического тока, описанного до сих пор, является постоянный ток (DC).Постоянный ток всегда предполагает движение электронов из области с высоким отрицательным зарядом в область с более низким отрицательным зарядом. Электрический ток, производимый батареями, — это постоянный ток.

Интересно, что подавляющее большинство электрического тока, используемого в практических целях, — это переменный ток (AC). Переменный ток — это ток, который очень быстро меняет направление своего протекания. В Северной Америке, например, коммерческие линии электропередач работают с частотой 60 герц.(Герц — это единица измерения частоты.) В линии с частотой 60 Гц ток меняет свое направление 60 раз каждую секунду.

Другие виды переменного тока также широко используются. За пределами Северной Америки чаще встречается линия электропередачи на 50 герц. А в самолетах переменный ток обычно составляет 400 герц.

[ См. Также Электричество; Электродвигатель ]

Что такое электрический ток »Электроника

Электрический ток возникает при движении электрических зарядов — это могут быть отрицательно заряженные электроны или положительные носители заряда — положительные ионы.

Учебное пособие по электрическому току Включает:
Что такое электрический ток Единица измерения тока — Ампер ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК

Электрический ток — одно из самых основных понятий, существующих в электротехнике и электронике. Электрический ток лежит в основе науки об электричестве.

Будь то электрический нагреватель, большая электросеть, мобильный телефон, компьютер, удаленный сенсорный узел или что-то еще, понятие электрического тока является центральным для его работы.

Однако ток как таковой обычно нельзя увидеть, хотя его эффекты можно увидеть, услышать и почувствовать все время, и в результате иногда трудно получить представление о том, что это такое на самом деле.

Удар молнии — впечатляющее зрелище электрического тока
Фотография сделана с вершины башен Петронас в Куала-Лумпуре Малайзия

Определение электрического тока

Определение электрического тока:

Электрический ток — это поток электрического заряда в цепи.Более конкретно, электрический ток — это скорость прохождения заряда через заданную точку в электрической цепи. Заряд может быть отрицательно заряженными электронами или положительными носителями заряда, включая протоны, положительные ионы или дырки.

Величина электрического тока измеряется в кулонах в секунду, обычно единицей измерения является ампер или ампер, обозначаемый буквой «А».

Ампер или усилитель широко используется в электрических и электронных технологиях вместе с умножителями, такими как миллиампер (0.001A), микроампер (0,000001A) и т. Д.

Ток в цепи обычно обозначается буквой «I», и эта буква используется в уравнениях, таких как закон Ома, где V = I⋅R.

Что такое электрический ток: основы

Основная концепция тока состоит в том, что это движение электронов внутри вещества. Электроны — это мельчайшие частицы, которые существуют как часть молекулярной структуры материалов. Иногда эти электроны плотно удерживаются внутри молекул, а иногда они удерживаются свободно, и они могут относительно свободно перемещаться по структуре.

Одно очень важное замечание относительно электронов — это то, что они заряженные частицы — они несут отрицательный заряд. Если они перемещаются, то перемещается количество заряда, и это называется током.

Также стоит отметить, что количество электронов, которые могут двигаться, определяет способность конкретного вещества проводить электричество. Некоторые материалы позволяют току двигаться лучше, чем другие.

Движение свободных электронов обычно очень случайное — оно случайное — столько электронов движется как в одном направлении, так и в другом, и в результате отсутствует общее движение заряда.

Случайное движение электронов в проводнике со свободными электронами

Если на электроны действует сила, перемещающая их в определенном направлении, то все они будут дрейфовать в одном и том же направлении, хотя и в некоторой степени случайным образом, но в целом движение происходит в одном направлении. Одно направление.

Сила, действующая на электроны, называется электродвижущей силой или ЭДС, а ее величина — это напряжение, измеряемое в вольтах.

Электронный поток под действием приложенной электродвижущей силы

Чтобы немного лучше понять, что такое ток и как он действует в проводнике, его можно сравнить с потоком воды в трубе.У этого сравнения есть ограничения, но оно служит очень простой иллюстрацией тока и протекания тока.

Ток можно рассматривать как воду, текущую по трубе. Когда давление оказывается на один конец, вода движется в одном направлении и течет по трубе. Количество воды пропорционально давлению на конце. Давление или силу, приложенную к концу, можно сравнить с электродвижущей силой.

Когда к трубе прикладывается давление или вода течет в результате открытия крана, вода течет практически мгновенно.То же самое и с электрическим током.

Чтобы получить представление о потоке электронов, требуется 6,24 миллиарда миллиардов электронов в секунду для тока в один ампер.

Обычный ток и поток электронов

Часто бывает много недопонимания относительно обычного потока тока и потока электронов. Сначала это может немного сбивать с толку, но на самом деле все довольно просто.

Частицы, переносящие заряд по проводникам, являются свободными электронами.Направление электрического поля в цепи по определению является направлением, в котором проталкиваются положительные испытательные заряды. Таким образом, эти отрицательно заряженные электроны движутся в направлении, противоположном электрическому полю.

Электронный и обычный ток.

Это произошло потому, что первоначальные исследования статических и динамических электрических токов были основаны на том, что мы теперь назвали бы положительными носителями заряда. Это означало, что тогда раннее соглашение о направлении электрического тока было установлено как направление, в котором будут двигаться положительные заряды.Это соглашение сохранилось и используется до сих пор.

Итого:

Обычный ток: Обычный ток идет от положительного к отрицательному выводу и указывает направление, в котором будут протекать положительные заряды.
Электронный поток: Электронный поток идет от отрицательного полюса к положительному. Электроны заряжены отрицательно и поэтому притягиваются к положительному полюсу, так как притягиваются разные заряды.

Это соглашение, которое используется во всем мире по сей день, даже если оно может показаться немного странным и устаревшим.

Скорость движения электрона или заряда

Скорость передачи электрического тока сильно отличается от скорости реального движения электронов. Сам электрон подпрыгивает в проводнике и, возможно, движется по проводнику только со скоростью несколько миллиметров в секунду. Это означает, что в случае переменного тока, когда ток меняет направление 50 или 60 раз в секунду, большая часть электронов никогда не выходит из провода.

Возьмем другой пример. В почти полном вакууме внутри электронно-лучевой трубки электроны движутся почти по прямым линиям со скоростью примерно в одну десятую скорости света.

Влияние тока

Когда электрический ток течет по проводнику, есть несколько признаков, указывающих на то, что ток течет.

Тепло рассеивается: Возможно, наиболее очевидным является то, что тепло выделяется. Если ток небольшой, то количество выделяемого тепла, вероятно, будет очень небольшим и его можно не заметить.Однако, если ток больше, возможно, выделяется заметное количество тепла. Электрический огонь — яркий пример того, как ток вызывает выделение тепла. Фактическое количество тепла зависит не только от тока, но также от напряжения и сопротивления проводника.
Магнитный эффект: Еще один эффект, который можно заметить, — это создание магнитного поля вокруг проводника. Если в проводнике течет ток, это можно обнаружить.Поместив компас рядом с проводом, по которому проходит достаточно большой постоянный ток, можно увидеть, что стрелка компаса отклоняется. Обратите внимание, что это не будет работать с сетью, потому что поле слишком быстро меняется, и игла не может реагировать, а два провода (под напряжением и нейтраль), расположенные близко друг к другу в одном кабеле, нейтрализуют поле.
Магнитное поле, создаваемое током, находит хорошее применение во многих областях. Намотав провод в катушку, можно усилить эффект и создать электромагнит.Реле и множество других предметов используют этот эффект. Громкоговорители также используют переменный ток в катушке, чтобы вызвать колебания в диафрагме, которые позволяют электронным токам преобразовываться в звуки.

Как измерить ток

Одним из важных аспектов тока является знание величины тока, который может протекать в проводнике. Поскольку электрический ток является таким ключевым фактором в электрических и электронных схемах, очень важно знать, какой ток течет.

Есть много разных способов измерения тока. Один из самых простых — использовать мультиметр.

Как измерить ток с помощью цифрового мультиметра:

Используя цифровой мультиметр, цифровой мультиметр, легко измерить ток, поместив цифровой мультиметр в цепь, по которой проходит ток. Цифровой мультиметр даст точные показания тока, протекающего в цепи

Узнайте, , как измерить ток с помощью цифрового мультиметра.

Хотя существуют и другие методы измерения тока, это наиболее распространенный.

Ток — один из самых важных и фундаментальных элементов в электрических и электронных технологиях. Ток, протекающий в цепи, можно использовать различными способами: от генерирования тепла до переключения схем или сохранения информации в интегральной схеме.

Другие основные концепции электроники:
Напряжение Текущий Мощность Сопротивление Емкость Индуктивность Трансформеры Децибел, дБ Законы Кирхгофа Q, добротность Радиочастотный шум
Вернуться в меню «Основные понятия электроники».. .

Что такое электрический ток?

Когда вы подключаете провода к клеммам аккумулятора, заряд может течь, и образуется полный путь, называемый цепью. Этот поток заряда называется током . Символом тока является буква I, а единицей измерения является ампер. Чем выше ток, протекающий по проводу, тем больше заряда проходит.

Как заряд проходит через контур?

Когда медный провод присоединяется к клеммам аккумуляторной батареи, идет заряд.Если надеть на клеммы резинку, заряд не сдвинется. Почему это? Причина кроется в свойствах меди, которая является хорошим проводником заряда. Материал, который является хорошими проводниками, имеет слабо удерживаемые электроны. Движение электронов происходит очень быстро, переходя от атома к атому по проводу. Для перемещения заряда между двумя точками должна быть разность потенциалов .

Существует связь между электрическим потенциалом и электрическим током.Эта взаимосвязь была впервые экспериментально продемонстрирована ученым по имени Джордж Саймон Ом.

В чем разница между электрическим током и потоком электронов? Почему они разошлись?

По этому поводу до сих пор существует большая путаница. Это происходит с того момента, когда Бенджамин Франклин впервые открыл электричество, он думал, что по проводу движутся положительные заряды. Таким образом, Current был определен как поток положительного заряда, который двигался в металлических проводах, с которыми он играл (это часто называют током Convention). Теперь мы знаем, что Франклин ошибался — отрицательные (электроны) заряды двигались в направлении , противоположном направлению его положительного заряда в проводе. Важно отметить, что положительные заряды не движутся в медной проволоке, но в других случаях, например, в растворах, перемещаются как отрицательные, так и положительные заряды.

Что такое закон Ома?

Закон

Ома гласит, что в электрической цепи ток, проходящий через резистор между двумя точками, связан с разностью напряжений между двумя точками и обратно пропорционален электрическому сопротивлению между двумя точками.Эта связь показана в следующем письме

Где I — ток в амперах, V — разность потенциалов в вольтах, а R — постоянная, измеряемая в омах, называемая сопротивлением.

Ток прямо пропорционален потере напряжения через резистор. То есть, если удваивается ток, то увеличивается и напряжение. Чтобы ток протекал через сопротивление, на этом сопротивлении должно быть напряжение. Закон Ома показывает взаимосвязь между напряжением (V), током (I) и сопротивлением (R).Это можно записать тремя способами:

Направление тока

Электроны, движущиеся по проволоке, могут непрерывно двигаться по проволоке в одном и том же направлении. Это называется постоянным током. Электричество от сухих элементов или батарей является примером постоянного тока. Электроны также могут регулярно менять или менять свое направление. Это называется переменным током. Электроэнергия в вашем доме — переменный ток. В Соединенных Штатах ток меняет направление 120 раз в секунду.

В чем разница между преимуществами и недостатками постоянного и переменного тока?

Постоянный ток

Постоянный ток вырабатывается такими источниками, как батареи, термопары, солнечные элементы и электрические машины коммутаторного типа. Постоянный ток может течь не только по проводам, но и по полупроводникам. Постоянный ток можно получить из переменного тока с помощью выпрямителя .

Первая коммерческая передача электроэнергии, разработанная Томасом Эдисоном, использовала постоянный ток.

DC обычно используется во многих низковольтных устройствах, особенно там, где они питаются от батарей. В большинстве автомобильных приложений используется постоянный ток, хотя генератор переменного тока является устройством переменного тока, которое используется для выработки постоянного тока. Большинству электронных устройств требуется постоянный ток.

Переменный ток

Переменный ток — это способ подачи электроэнергии в дома и на предприятия.Первое зарегистрированное применение переменного тока было сделано Гийомом Дюшенном, который изобрел электротерапию. Он пришел к выводу, что переменный ток превосходит постоянный ток для электротеплового запуска мышечных сокращений. Силовой трансформатор был впервые продемонстрирован в Лондоне в 1881 году Люсьеном Гауляром и вызвал интерес у Вестингауза. Хотя они подали заявку на патенты на свои технологии, они были отменены, потому что Никола Тесла смог продемонстрировать предыдущие работы в этой области. Никола Тесла наиболее известен разработкой современной системы электроснабжения переменного тока.

Напряжение переменного тока может быть увеличено или уменьшено с помощью трансформатора. Использование высокого напряжения приводит к значительно большей эффективности передачи энергии. Недостатком высокого напряжения является необходимость большей изоляции.

Как измерить электрический ток?

Амперметр — это прибор для измерения тока. (IMGE NEEDED (. Амперметр

Амперметр измеряет количество электронов, которые проходят через измеритель каждую секунду.Ток измеряется в единицах, называемых амперами. Чтобы использовать амперметр, вы подключаете его последовательно к нагрузке, которую вы используете. (См. Изображение выше.)

Для измерения напряжения или электрического потенциала вы включаете вольтметр в цепь параллельно. Вольтметр должен быть подключен параллельно, чтобы измерить напряжение устройства, потому что объекты, подключенные параллельно, испытывают одинаковую разность потенциалов. См. Изображение ниже.

Связь между электрическим током и магнитными полями

Связь между электрическим током, магнитными полями и физическими силами была впервые обнаружена Гансом Кристианом Орстедом в 1820 году.Он наблюдал, как стрелка компаса отклонялась от направления на север, когда в соседнем проводе протекал ток. Это было известно как касательный гальванометр. Тангенциальный гальванометр использовался для измерения токов с использованием этого эффекта. Возвращающей силой к обнулению счетчика в этой системе была сила магнитного поля Земли. Таким образом, измеритель можно было использовать только тогда, когда он был привязан к магнитному полю Земли. Чувствительность прибора стала возможной за счет увеличения числа витков используемого провода.

Проверьте свое Понимание:

Напряжение и ток | Основные понятия электричества

Как упоминалось ранее, нам нужно нечто большее, чем просто непрерывный путь (т.е.е., цепь) до того, как возникнет непрерывный поток заряда: нам также нужны средства, чтобы протолкнуть эти носители заряда по цепи. Так же, как мрамор в трубе или вода в трубе, для инициирования потока требуется некоторая сила воздействия. В случае электронов эта сила — это та же сила, которая действует в статическом электричестве: сила, создаваемая дисбалансом электрического заряда. Если мы возьмем примеры воска и шерсти, которые были натерты друг с другом, мы обнаружим, что избыток электронов в воске (отрицательный заряд) и дефицит электронов в шерсти (положительный заряд) создают дисбаланс заряда между ними.Этот дисбаланс проявляется как сила притяжения между двумя объектами:

Если между заряженным воском и шерстью поместить проводящий провод, через него будут протекать электроны, поскольку некоторые из избыточных электронов в воске устремятся через провод, чтобы вернуться к шерсти, восполняя там недостаток электронов:

Дисбаланс электронов между атомами воска и атомами шерсти создает силу между двумя материалами. Поскольку электроны не могут перетекать от воска к шерсти, все, что может сделать эта сила, — это притягивать два объекта вместе.Однако теперь, когда проводник перекрывает изолирующий зазор, сила заставит электроны течь в однородном направлении через провод, хотя бы на мгновение, пока заряд в этой области не нейтрализуется и сила между воском и шерстью не уменьшится. Электрический заряд, образованный между этими двумя материалами при трении их друг о друга, служит для хранения определенного количества энергии. Эта энергия мало чем отличается от энергии, накопленной в высоком резервуаре с водой, который выкачивается из пруда нижнего уровня:

Влияние силы тяжести на воду в резервуаре создает силу, которая пытается снова опустить воду на более низкий уровень.Если подходящая труба проложена от резервуара обратно к пруду, вода под действием силы тяжести потечет вниз из резервуара по трубе:

Требуется энергия, чтобы перекачивать эту воду из пруда с низким уровнем в резервуар с высоким уровнем, и движение воды по трубопроводу обратно к исходному уровню представляет собой высвобождение энергии, накопленной от предыдущей откачки. Если вода перекачивается на еще более высокий уровень, для этого потребуется еще больше энергии, таким образом, будет сохранено больше энергии, и больше энергии будет высвобождено, если воде позволить снова течь по трубе обратно вниз:

Электроны мало чем отличаются.Если мы протираем воск и шерсть вместе, мы «откачиваем» электроны от их нормальных «уровней», создавая условия, при которых существует сила между парафином и шерстью, поскольку электроны стремятся восстановить свои прежние положения (и балансировать в своих соответствующие атомы). Сила, притягивающая электроны обратно в их исходное положение вокруг положительных ядер их атомов, аналогична силе гравитации, действующей на воду в резервуаре, пытаясь вернуть ее к прежнему уровню. Подобно тому, как перекачка воды на более высокий уровень приводит к накоплению энергии, «перекачка» электронов для создания дисбаланса электрического заряда приводит к накоплению определенного количества энергии в этом дисбалансе.И точно так же, как обеспечение пути для воды стекать обратно с высоты резервуара приводит к высвобождению этой накопленной энергии, предоставление возможности электронам течь обратно к их первоначальным «уровням» приводит к высвобождению накопленной энергии. Когда носители заряда находятся в этом статическом состоянии (точно так же, как вода неподвижно сидит высоко в резервуаре), запасенная там энергия называется потенциальной энергией , потому что у нее есть возможность (потенциал) высвобождения, которая не была полностью реализована. все же.

Понимание концепции напряжения

Когда носители заряда находятся в этом статическом состоянии (точно так же, как вода, неподвижная, высоко в резервуаре), энергия, хранящаяся там, называется потенциальной энергией, потому что у нее есть возможность (потенциал) высвобождения, которая еще не полностью реализована. . Когда вы терзаете обувь с резиновой подошвой о тканевый ковер в сухой день, вы создаете дисбаланс электрического заряда между вами и ковром. При царапании ногами накапливается энергия в виде дисбаланса зарядов, вытесняемых из их первоначальных мест.Этот заряд (статическое электричество) является стационарным, и вы вообще не заметите, что энергия накапливается. Однако, как только вы положите руку на металлическую дверную ручку (с большой подвижностью электронов для нейтрализации вашего электрического заряда), эта накопленная энергия будет высвобождена в виде внезапного потока заряда через вашу руку, и вы будете воспринимать ее как поражение электрическим током! Эта потенциальная энергия, хранящаяся в виде дисбаланса электрического заряда и способная провоцировать протекание носителей заряда через проводник, может быть выражена термином, называемым напряжением, которое технически является мерой потенциальной энергии на единицу заряда или чего-то, что физик мог бы называют удельной потенциальной энергией.

Определение напряжения

Определяемое в контексте статического электричества, напряжение — это мера работы, необходимой для перемещения единичного заряда из одного места в другое, против силы, которая пытается сохранить баланс электрических зарядов. В контексте источников электроэнергии напряжение — это количество доступной потенциальной энергии (работа, которую необходимо выполнить) на единицу заряда для перемещения зарядов через проводник, поскольку напряжение — это выражение потенциальной энергии, представляющее возможность или потенциал для выделения энергии когда заряд перемещается с одного «уровня» на другой, он всегда находится между двумя точками.Рассмотрим аналогию с водохранилищем:

Из-за разницы в высоте падения существует вероятность того, что гораздо больше энергии будет выпущено из резервуара через трубопровод в точку 2, чем в точку 1. Принцип можно интуитивно понять при падении камня: что приводит к более сильный удар, камень упал с высоты одного фута или тот же камень упал с высоты одной мили? Очевидно, что падение с большей высоты приводит к высвобождению большей энергии (более сильному удару).Мы не можем оценить количество накопленной энергии в водном резервуаре, просто измерив объем воды, точно так же, как мы можем предсказать серьезность удара падающей породы, просто зная вес породы: в обоих случаях мы также должны учитывать, как далеко эти массы упадут с их начальной высоты. Количество энергии, высвобождаемой при падении массы, зависит от расстояния между его начальной и конечной точками. Точно так же потенциальная энергия, доступная для перемещения носителей заряда из одной точки в другую, зависит от этих двух точек.Следовательно, напряжение всегда выражается как величина между двумя точками. Достаточно интересно, что аналогия с массой, потенциально «падающей» с одной высоты на другую, является настолько удачной моделью, что напряжение между двумя точками иногда называют падением напряжения .

Генерирующее напряжение

Напряжение можно генерировать другими способами, кроме трения материалов определенных типов друг о друга. Химические реакции, лучистая энергия и влияние магнетизма на проводники — вот несколько способов создания напряжения.Соответствующими примерами этих трех источников напряжения являются батареи, солнечные элементы и генераторы (например, «генератор переменного тока» под капотом вашего автомобиля). На данный момент мы не будем вдаваться в подробности того, как работает каждый из этих источников напряжения — более важно то, что мы понимаем, как источники напряжения могут применяться для создания потока заряда в электрической цепи. Давайте возьмем символ химической батареи и шаг за шагом построим схему:

Как работают источники напряжения?

Любой источник напряжения, включая аккумуляторные батареи, имеет две точки электрического контакта.В этом случае у нас есть точка 1 и точка 2 на приведенной выше диаграмме. Горизонтальные линии разной длины указывают на то, что это батарея, и дополнительно указывают направление, в котором напряжение этой батареи будет пытаться протолкнуть носители заряда по цепи. Тот факт, что горизонтальные линии в символе батареи кажутся разделенными (и, таким образом, не могут служить путем для потока заряда), не вызывает беспокойства: в реальной жизни эти горизонтальные линии представляют собой металлические пластины, погруженные в жидкий или полутвердый материал. который не только проводит заряды, но и генерирует напряжение, чтобы подтолкнуть их, взаимодействуя с пластинами.Обратите внимание на маленькие значки «+» и «-» непосредственно слева от символа батареи. Отрицательный (-) конец батареи всегда является концом с самым коротким тире, а положительный (+) конец батареи всегда является концом с самым длинным тире. Положительный конец батареи — это конец, который пытается вытолкнуть из нее носители заряда (помните, что по традиции мы думаем, что носители заряда заряжены положительно, хотя электроны заряжены отрицательно). Точно так же отрицательный конец — это конец, который пытается привлечь носители заряда.Когда «+» и «-» концы батареи ни к чему не подключены, между этими двумя точками будет напряжение, но не будет потока заряда через батарею, потому что нет непрерывного пути, по которому могут перемещаться носители заряда.

Тот же принцип справедлив и для аналогии с резервуаром для воды и насосом: без возвратной трубы обратно в пруд накопленная энергия в резервуаре не может быть выпущена в виде потока воды. Когда резервуар полностью заполнен, поток не может возникнуть, независимо от того, какое давление может создать насос.Должен существовать полный путь (контур), по которому вода может течь из пруда в резервуар и обратно в пруд для обеспечения непрерывного потока. Мы можем обеспечить такой путь для батареи, соединив кусок провода от одного конца батареи к другому. Формируя цепь с петлей из проволоки, мы инициируем непрерывный поток заряда по часовой стрелке:

Понимание концепции электрического тока

Пока батарея продолжает вырабатывать напряжение и непрерывность электрического пути не нарушена, носители заряда будут продолжать течь в цепи.Следуя метафоре воды, движущейся по трубе, этот непрерывный, равномерный поток заряда через цепь называется током . Пока источник напряжения продолжает «толкать» в одном направлении, носители заряда будут продолжать двигаться в том же направлении в цепи. Этот однонаправленный поток тока называется постоянным током, или постоянным током. Во втором томе этой серии книг исследуются электрические цепи, в которых направление тока переключается взад и вперед: переменного тока, или переменного тока.Но пока мы просто займемся цепями постоянного тока. Поскольку электрический ток состоит из отдельных носителей заряда, протекающих в унисон через проводник, перемещаясь и толкая носители заряда впереди, точно так же, как шарики через трубу или вода через трубу, величина потока в одной цепи будет одинаковой. в любой точке. Если бы мы отслеживали поперечное сечение провода в одной цепи, считая протекающие носители заряда, мы бы заметили точно такое же количество в единицу времени, что и в любой другой части цепи, независимо от длины проводника или проводника. диаметр.Если мы нарушим непрерывность цепи в любой точке , электрический ток прекратится во всей петле, и полное напряжение, создаваемое батареей, будет проявляться через разрыв между концами проводов, которые раньше были соединены:

Что такое полярность падения напряжения?

Обратите внимание на знаки «+» и «-», нарисованные на концах разрыва цепи, и то, как они соответствуют знакам «+» и «-» рядом с выводами аккумулятора. Эти маркеры указывают направление, в котором напряжение пытается подтолкнуть ток, это направление потенциала, обычно называемое полярностью .Помните, что напряжение всегда относительно между двумя точками. По этой причине полярность падения напряжения также является относительной между двумя точками: будет ли точка в цепи помечена знаком «+» или «-», зависит от другой точки, к которой она относится. Взгляните на следующую схему, где каждый угол петли отмечен номером для справки:

При нарушении целостности цепи между точками 2 и 3 полярность падения напряжения между точками 2 и 3 будет «+» для точки 2 и «-» для точки 3.Полярность батареи (1 «+» и 4 «-») пытается протолкнуть ток через петлю по часовой стрелке от 1 до 2, до 3 до 4 и снова обратно к 1. Теперь давайте посмотрим, что произойдет, если мы снова соединим точки 2 и 3 вместе, но сделаем разрыв цепи между точками 3 и 4:

При разрыве между 3 и 4 полярность падения напряжения между этими двумя точками будет «-» для 4 и «+» для 3. Обратите особое внимание на тот факт, что «знак» точки 3 противоположен знаку в Первый пример, где разрыв был между точками 2 и 3 (где точка 3 была помечена «-»).Мы не можем сказать, что точка 3 в этой цепи всегда будет либо «+», либо «-», потому что полярность, как и само напряжение, не зависит от одной точки, а всегда относительна между двумя точками!

ОБЗОР:

Носители заряда могут двигаться через проводник с помощью той же силы, которая проявляется в статическом электричестве.
Напряжение — это мера удельной потенциальной энергии (потенциальной энергии на единицу заряда) между двумя точками.С точки зрения непрофессионала, это мера «толчка», позволяющая мотивировать обвинение.
Напряжение, как выражение потенциальной энергии, всегда относительно между двумя местоположениями или точками. Иногда это называют «падением напряжения».
Когда источник напряжения подключен к цепи, напряжение вызывает равномерный поток носителей заряда через эту цепь, называемый током .