Направление электрического тока в цепи и его движение

4.7

Средняя оценка: 4.7

Всего получено оценок: 321.

4.7

Средняя оценка: 4.7

Всего получено оценок: 321.

Электрический ток — это направленное (упорядоченное, то есть не хаотичное) движение электрически заряженных частиц или заряженных макроскопических тел. Под заряженными частицами, обычно, подразумеваются электроны или ионы, а под макроскопическими (macroscopic — видимые невооруженным глазом) — крупные частицы, например, заряженные капли дождя. Ток возникает при наличии электрического поля. Разберемся с тем как определяется направление электрического тока.

Электрический ток в разных веществах

Электрический ток возникает в самых разных веществах, которые могут находиться в различных агрегатных состояниях. Рассмотрим некоторые примеры, демонстрирующие возникновение направленного потока заряженных частиц в твердых, жидких и газообразных средах:

• В металлах имеется много свободных электронов, которые являются главным источником тока;
• Электролиты — это жидкости, проводящие электрический ток. Водные растворы кислот, щелочей, солей — все это примеры электролитов. Попадая в воду молекулы этих веществ распадаются на ионы, представляющие собой заряженные атомы или группы атомов, имеющие положительный (катионы) или отрицательный (анионы) электрические заряды. Катионы и анионы образуют электрический ток в электролитах;
• В газах и плазме ток создается за счет движения электронов и положительно заряженных ионов;
• В вакууме — за счет электронов, вылетающих с поверхности металлических электродов.

Рис. 1. Примеры электрического тока в разных веществах (металлах, электролитах, газах, плазме, вакууме).

В приведенных примерах токи возникают в результате движения заряженных частиц относительно той или иной среды (внутри тел). Такой ток называется током проводимости. Движение макроскопических заряженных тел называется конвекционным током. Примером конвекционного тока могут служить капли дождя во время разряда молнии.

В каком направлении течет ток

За направление тока принято направление движения положительно заряженных частиц; если же ток создается отрицательно заряженными частицами (например, электронами), то направление тока считается противоположным направлению движения частиц.

Рис. 2. Направление движения тока для любой электрической цепи.

Возникает вопрос: почему не был принят очевидный вариант направления, совпадающий с направлением движения электронов? Для того, чтобы это стало понятно, надо немного окунуться в историю физики.

Почему надо знать историю физических открытий

Природу электрических явлений пытались объяснить многие исследователи задолго до открытия электрона (1897 г.). Впервые к пониманию о существовании двух типов зарядов — положительных и отрицательных пришел американский физик Бенджамин Франклин в 1747 г. На основе своих наблюдений он предположил (выдвинул гипотезу), что существует некая “электрическая материя”, состоящая из мелких, невидимых частиц. Он же первым ввел обозначение для электрических зарядов “−” и “+”. Франклин предложил считать, что если тело наполняется электрической материей, то оно заряжается положительно, а если оно теряет электричество, то заряжается отрицательно. В случае замыкания (соединения) цепи положительный заряд потечет туда, где его нет, то есть к “минусу”.

Эта плодотворная гипотеза стала популярной, получила свое признание среди ученых, вошла в справочники и учебные пособия.

Конечно, после открытия отрицательно заряженного электрона, эта “нестыковка” реального направления движения с ранее общепринятым была обнаружена. Однако, мировым научным сообществом было принято решение оставить в силе предыдущую формулировку о направлении тока, поскольку в большинстве практических случаев это ни на что не влияет.

В случае необходимости, для объяснения отдельных физических эффектов в полупроводниках и искусственных материалах (гетероструктурах), принимается во внимание настоящее направление движения электронов.

Бенджамин Франклин знаменит еще как выдающийся политический деятель, дипломат и писатель. Он является одним из авторов конституции США. В знак признания заслуг Франклина на купюре номиналом в 100 долларов с 1914 г. изображен его портрет.

Рис. 3. Изображение купюры 100 долларов США с портретом Бенджамина Франклина.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что направление тока в электрической цепи соответствует направлению движения положительных зарядов, то есть от плюсового потенциала (плюса) к минусовому потенциалу (минусу). Несмотря на то, что чаще всего электрический ток создается отрицательно заряженными электронами, выбор направления тока было решено оставить именно таким. Так сложилось исторически.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

• Сайфулла Омаров

  5/5

Оценка доклада

4.7

Средняя оценка: 4.7

Всего получено оценок: 321.

---

А какая ваша оценка?

Направление электрического тока | 8 класс

Содержание

Электрической ток представляет собой упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. В металлах этими заряженными частицами являются свободные электроны. Они имеют отрицательный заряд.

В растворах солей, щелочей или кислот в роли заряженных частиц представлены ионы. При этом двигаться в таких веществах будут и отрицательные ионы, и положительные ионы.

Так направление движения каких частиц в проводнике принято за направление тока? На данном уроке мы ответим на этот вопрос

Направление тока

Сразу озвучим главное правило (рисунок 1).

За направление тока принято считать направление от положительного полюса источника к отрицательному.

Рисунок 1. Направление тока в проводнике

Получается, что за направление тока принято направление движения положительных частиц. Ведь именно они, имея положительный заряд, будут притягиваться к отрицательным зарядам.

Но как же движение свободных электронов в металлах? Ведь они обеспечивают течение тока в проводнике. А электроны — это отрицательно заряженные частицы. По логике, как раз-таки они должны двигаться к положительному полюсу. То есть, мы получаем абсолютно противоположные выводы.

{"questions":[{"content":"В электрической цепи ток распространяется [[choice-3]]","widgets":{"choice-3":{"type":"choice","options":["от положительного полюса источника к отрицательному","от отрицательного полюса источника к положительному","одновременно в оба направления"],"answer":[0]}}}]}

Почему за направление тока было принято движение от положительного полюса к отрицательному?

Такая путаница в этом вопросе возникла по одной простой причине. Дело в том, что явление электрического тока было открыто раньше, чем более подробные знания о строении атома. На тот момент считалось, что сам атом неделим, не было никакой информации об электронах и ионах.

Поэтому считали, что ток может иметь два разных направления. Но почему так происходило, объяснить не могли.

Существовали даже предположения, что существует два разных вида тока. Эти виды могли при соприкосновении нейтрализовать друг друга. На самом деле, тело просто получало одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов. Оно становилось электрически нейтральным. Так что дело тут было совсем не в каких-то видах тока.

В итоге, известный французский ученый Андре Ампер (о нем вы еще более подробно узнаете в следующих уроках) убедил научное сообщество принять одно из двух направлений за основное. И выбор пал на направление от положительного источника тока к отрицательному (рисунок 2).

Рисунок 2. Направление тока и движение заряженных частиц

{"questions":[{"content":"За направление тока принято направление движения[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["положительно заряженных частиц","отрицательно заряженных частиц","электрически нейтральных частиц"],"answer":[0]}}}]}

Направление тока в цепи

Важный момент:
принятое направление тока учтено во всех правилах и законах, связанных с электрическим током.

По этой причине условное направление тока не стали менять, даже когда ученые получили новые данные о строении вещества.

При использовании схем электрических цепей важно помнить, что ток распространяется именно от положительного полюса источника тока к отрицательному (рисунок 3).

Рисунок 3. Направление тока схеме электрической цепи

5

Оценить урок

Поделиться уроком →

Что можно улучшить?

Изложение материала

Непонятное объяснение

Урок неполный, не хватает информации

Урок перегружен, слишком много информации

Тесты плохого качества

Тестов недостаточно

Тестов слишком много

Тесты слишком легкие

Тесты слишком сложные

Изображения

Изображения плохого качества

Изображений недостаточно

Изображений слишком много

Другое




Войдите, чтобы оценивать уроки

Что нужно исправить?




Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

Проверим знания по теме?

Направление тока

Комментарии

3.

2: Обычный поток тока и поток электронов

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

• Идентификатор страницы

  25106

• Джеймс М. Фиоре
• Муниципальный колледж Mohawk Valley

Прежде чем мы углубимся в последовательные цепи, нам нужно рассмотреть интересный вопрос, связанный с направлением тока. Он течет от положительного к отрицательному или от отрицательного к положительному? Если на то пошло, имеет ли это значение для нашего анализа?

Бенджамин Франклин (на рис. 3.2.1). ) начал экспериментировать с явлением электричества в 1746 году. В 1752 году он провел свой знаменитый эксперимент с воздушным змеем, доказав, что молния является формой электричества, путем захвата заряда из грозовых облаков в лейденской банке (ранняя форма устройства хранения электрического заряда) ¹ . В то время не существовало современной концепции атомной модели с электронами и протонами, а электричество представлялось своего рода жидкостью. Франклин предположил, что «электрический поток» перемещался от положительного к отрицательному. Эта идея была принята и стала общепринятой. Сегодня мы называем эту идею обычным течением тока. В этой модели ток течет от более положительного напряжения к менее положительному напряжению. Теперь мы знаем, что электрон является носителем заряда в металлах, а электроны движутся в обратном направлении. По существу, Франклин угадал неправильно. Электроны движутся от более низкого потенциала к более высокому потенциалу. Мы называем эту модель потоком электронов. Для большей части работы инженеры и техники используют обычный поток, хотя в некоторых случаях, например при объяснении полупроводников, некоторым людям легче визуализировать поток электронов. Короче говоря, традиционный поток существует по историческим причинам, и это модель, используемая для большинства анализов, включая этот текст.

Рисунок 3.2.1 : Benjamin Franklin: Технически неверно, но это не имеет большого значения.

Вы можете подумать, что текущее направление будет иметь большое значение для анализа; в конце концов, это, безусловно, имеет большое значение, если вы ведете машину в неправильном направлении. Оказывается, обе формы достигают желаемых результатов, нам просто нужно соблюдать последовательность в использовании.

Чтобы лучше понять это, учтите, что движение чистого отрицательного заряда в одном направлении можно рассматривать как движение чистого положительного заряда в другом направлении. То есть движение электрона создает «дыру» там, где она была раньше, и эта дыра в целом положительна. Это показано на рисунке 3.2.2. . Здесь мы начинаем сверху с трубки из одинаковых шариков, сдвинутых вправо. На каждом шаге ниже мы перемещаем шарик влево, имитируя поток электронов в цепи. Когда мы достигаем дна, каждый шарик смещается влево на одно место. Мы также можем получить нижний рисунок, просто взяв крайний правый шарик на верхнем рисунке и вставив его в крайнее левое положение, перепрыгнув через три других шарика.

Вот важный момент: вместо того, чтобы представлять, как шарики движутся влево, мы также можем думать в терминах «негативного пространства» и представлять, как пустая ячейка движется вправо. Это дырочный поток. Эти два взгляда функционально идентичны, поскольку они приводят к одному и тому же результату.

Рисунок 3.2.2 : поток электронов и дырок.

¹ Стоит отметить, что воздушный змей Франклина не был поражен молнией. Если бы это было так, он, вероятно, был бы убит. Пеньковая нить, которая использовалась для воздушного змея, была достаточно влажной от дождя, чтобы можно было передать заряд из атмосферы на лейденскую банку, а затем на металлический ключ, который испускал искру.

---

Эта страница под названием 3.2: Обычный ток и поток электронов распространяется под лицензией CC BY-NC-SA 4.0 и была создана, изменена и/или курирована Джеймсом М. Фиоре через исходное содержимое, которое было отредактировано в соответствии со стилем и стандарты платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх
• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   Джеймс М. Фиоре

   Лицензия

   CC BY-NC-SA

   Версия лицензии

   4,0

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   1. source@http://www.dissidents.com/resources/DCElectricalCircuitAnalysis. pdf

КАК ДЕЙСТВИТЕЛЬНО ТЕЧИТ ТОК?

Если вы EE, вы определенно знаете ответ на этот вопрос или, по крайней мере, думаете, что знаете. Если вы сказали положительное отрицательному, вы ошибаетесь. Затем вы помните, что ток — это заряд электронов, движущихся в проводнике, и они переходят от отрицательного к положительному. Конечно, это правильный ответ. Так почему же все обычно ошибаются? Просто потому, что этому их учили в колледже. Это кажется универсальной условностью, но я не могу понять, почему в колледжах не учат истине? Но тогда вы задаетесь вопросом, должны ли мы действительно заботиться? И зачем я вообще это поднимаю? Просто мой интерес, я думаю.

Как профессор электроники, когда-то полный рабочий день, а теперь адъюнкт, я учу тому, что ток представляет собой поток электронов, а затем переключаюсь на обучение положительному и отрицательному потоку, что, по мнению большинства колледжей и университетов, является правильным способом преподавания того, как работают электрические цепи и как проектировать и анализировать их. Большинство учебников показывают текущие стрелки от положительного к отрицательному. Почему это? С тех пор, как я начал преподавать, я снова и снова задавал этот вопрос профессорам, которых встречал. Все говорят одно и то же по-разному. Например: «Вот как я это выучил». Или «Все учебники так показывают». Или «Это традиция». Некоторые даже говорят, что эту концепцию легче понять или что все символы диодов и транзисторов используют стрелки, указывающие на это. Я совсем не так это вижу. Я действительно такой тупой? Для меня все эти усилия — просто увековечивание мифа. Почему бы не учить истине? Скажите это любому профессору колледжа, и вы получите аргумент всей жизни. Я никогда не видел столько энтузиазма по поводу такой темы. Я люблю время от времени поднимать этот вопрос на собраниях преподавателей, просто чтобы засвидетельствовать хаос.

Я полагаю, традиции — это самое главное. В самом начале пионеры электротехники действительно не знали, в каком направлении течет ток или каким он был на самом деле. Некоторые представляли это как сок или жидкость. Другие думали, что это какая-то неизвестная частица. Но все они, казалось, согласились с общим направлением, от положительного к отрицательному. Это стало известно как обычный поток тока. Затем, в 1897 году, британский физик Томпсон обнаружил, что ток на самом деле представляет собой электроны, когда он проводил некоторые исследования на ЭЛТ. Тем не менее, даже когда правда стала известна, все придерживались старой модели. Профессора привыкли преподавать таким образом, были написаны книги, установлены стандарты, а остальное уже история. Конец истории.

Я пришел в инженерию по пути техника. Я изучал электронику в техникуме, и меня учили, что ток — это поток электронов, и весь анализ цепей проводился таким образом. Даже учебники для технических специалистов показывали настоящую правду о переходе от отрицательного к положительному. Все еще делаю. И военные тоже учат отрицательному течению к положительному. Я по-прежнему скатываюсь от негативного к позитивному режиму, когда преподаю, хотя колледжи по-прежнему настаивают на том, чтобы мы делали акцент на обычном потоке. Я никогда не считал это недостатком. В самом деле, что такого сложного, что профессор не может научить и тому, и другому? Студенты определенно достаточно умны, чтобы понять разницу. Зачем запутывать, избегать или высмеивать правду, как это часто бывает в академических кругах?

Одна причудливая вещь, которая действительно раздражает меня, заключается в том, что многие издатели учебников на самом деле тратят усилия и средства на создание двух версий своих текстов, одну с обычным потоком, а другую с электронным потоком. Если они не поймут правильное направление, профессора не примут книгу. Глупо, да? Но это путь академического мира. Никто не хотел бы быть пойманным на «неправильном» обучении текущему течению.

В конце концов, я думаю, это не имеет значения. Когда мы проектируем в эти дни, кого это волнует? Даже расширенный сетевой анализ с помощью ячеистых или узловых решений выполняется с помощью программного обеспечения, где, как и в прошлом, вам приходилось обращать внимание на то, как вы рисовали стрелки.