Электрический ток. Теория

Электрический ток — направленное движение заряженных частиц в электрическом поле.

Заряженными частицами могут являться электроны или ионы (заряженные атомы).

Атом, потерявший один или несколько электронов, приобретает положительный заряд. — Анион (положительный ион).
Атом, присоединивший один или несколько электронов, приобретает отрицательный заряд. — Катион (отрицательный ион).
Ионы в качестве подвижных заряженных частиц рассматриваются в жидкостях и газах.

В металлах носителями заряда являются свободные электроны, как отрицательно заряженные частицы.

В полупроводниках рассматривают движение (перемещение) отрицательно заряженных электронов от одного атома к другому и, как результат, перемещение между атомами образовавшихся положительно заряженных вакантных мест — дырок.

За направление электрического тока условно принято направление движения положительных зарядов. Это правило было установлено задолго до изучения электрона и сохраняется до сих пор.

Так же и напряжённость электрического поля определена для положительного пробного заряда.

На любой единичный заряд q в электрическом поле напряженностью E действует сила F = qE, которая перемещает заряд в направлении вектора этой силы.

На рисунке показано, что вектор силы F_— = -qE, действующей на отрицательный заряд -q, направлен в сторону противоположную вектору напряжённости поля, как произведение вектора E на отрицательную величину. Следовательно, отрицательно заряженные электроны, которые являются носителями зарядов в металлических проводниках, в реальности имеют направление движения, противоположное вектору напряжённости поля и общепринятому направлению электрического тока.

Количество заряда Q = 1 Кулон, перемещённое через поперечное сечение проводника за время t = 1 секунда, определится величиной тока I = 1 Ампер из соотношения:

I = Q/t.

Отношение величины тока I = 1 Aмпер в проводнике к площади его поперечного сечения S = 1 m ² определит плотность тока j = 1 A/m²:

j = I/S

Работа A = 1 Джоуль, затраченная на транспортировку заряда Q = 1 Кулон из точки 1 в точку 2 определит значение электрического напряжения U = 1 Вольт, как разность потенциалов

φ₁ и φ₂ между этими точками из расчёта:

U = A/Q = φ₁ — φ₂

Электрический ток может быть постоянным или переменным.

Постоянный ток — электрический ток, направление и величина которого не меняются во времени.

Переменный ток — электрический ток, величина и направление которого меняются с течением времени.

Ещё в 1826 году немецкий физик Георг Ом открыл важный закон электричества, определяющий количественную зависимость между электрическим током и свойствами проводника, характеризующими их способность противостоять электрическому току.

Эти свойства впоследствии стали называть электрическим сопротивлением, обозначать буквой R и измерять в Омах в честь первооткрывателя.
Закон Ома в современной интерпретации классическим соотношением U/R определяет величину электрического тока в проводнике исходя из напряжения U на концах этого проводника и его сопротивления R:

I = U/R

Электрический ток в проводниках

В проводниках имеются свободные носители зарядов, которые под действием силы электрического поля приходят в движение и создают электрический ток.

В металлических проводниках носителями зарядов являются свободные электроны.
С повышением температуры хаотичное тепловое движение атомов препятствует направленному движению электронов и сопротивление проводника увеличивается.
При охлаждении и стремлении температуры к абсолютному нулю, когда прекращается тепловое движение, сопротивление металла стремится к нулю.

Электрический ток в жидкостях (электролитах) существует как направленное движение заряженных атомов (ионов), которые образуются в процессе электролитической диссоциации.
Ионы перемещаются в сторону электродов, противоположных им по знаку и нейтрализуются, оседая на них. — Электролиз.
Анионы — положительные ионы. Перемещаются к отрицательному электроду — катоду.

Катионы — отрицательные ионы. Перемещаются к положительному электроду — аноду.
Законы электролиза Фарадея определяют массу вещества, выделившегося на электродах.
При нагревании сопротивление электролита уменьшается из-за увеличения числа молекул, разложившихся на ионы.

Электрический ток в газах — плазма. Электрический заряд переносится положительными или отрицательными ионами и свободными электронами, которые образуются под действием излучения.

Существует электрический ток в вакууме, как поток электронов от катода к аноду. Используется в электронно-лучевых приборах — лампах.

Электрический ток в полупроводниках

Полупроводники занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками по своему удельному сопротивлению.
Знаковым отличием полупроводников от металлов можно считать зависимость их удельного сопротивления от температуры.
С понижением температуры сопротивление металлов уменьшается, а у полупроводников, наоборот, возрастает.
При стремлении температуры к абсолютному нулю металлы стремятся стать сверхпроводниками, а полупроводники — изоляторами.
Дело в том, что при абсолютном нуле электроны в полупроводниках будут заняты созданием ковалентной связи между атомами кристаллической решётки и, в идеале, свободные электроны будут отсутствовать.

При повышении температуры, часть валентных электронов может получать энергию, достаточную для разрыва ковалентных связей и в кристалле появятся свободные электроны, а в местах разрыва образуются вакансии, которые получили название дырок.
Вакантное место может быть занято валентным электроном из соседней пары и дырка переместится на новое место в кристалле.
При встрече свободного электрона с дыркой, восстанавливается электронная связь между атомами полупроводника и происходит обратный процесс – рекомбинация.
Электронно-дырочные пары могут появляться и рекомбинировать при освещении полупроводника за счет энергии электромагнитного излучения.
В отсутствие электрического поля электроны и дырки участвуют в хаотическом тепловом движении.
В электрическое поле в упорядоченном движении участвуют не только образовавшиеся свободные электроны, но и дырки, которые рассматриваются как положительно заряженные частицы. Ток I в полупроводнике складывается из электронного I_n и дырочного I_p токов.

К числу полупроводников относятся такие химические элементы, как германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и др. Самым распространенным в природе полупроводником является кремний.

---

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Электрический ток — онлайн справочник для студентов

Содержание:

1. Понятие, суть и проявления электрического тока
2. Как классифицируется электрический ток
3. Чем характеризуется электрический ток
4. Основные виды проводников

Формирование электрического тока можно наблюдать внутри вещества только, если в нем имеются свободно перемещающиеся заряженные частицы. При этом сам заряд можно как иметься внутри вещества изначально, так и сформироваться под воздействием любых внешних факторов. Например, изменения температуры, действия электромагнитного поля, ионизаторов и т.д.

Сами заряженные частицы перемещаются беспорядочно – если на них не действует электромагнитное поле. Но при подключении к двум точкам среды, разность потенциалов превращает их движение в направленное — от одного вещества к другому.

Понятие, суть и проявления электрического тока

Под электрическим током понимают любое упорядоченное и направленное перемещение любых заряженных частиц.

Частицы при этом могут быть самыми разными:

• Электроны и ионы в газообразных средах;
• Свободные электроны в металле;
• Катионы и анионы в электролитической среде;
• При некоторых условиях – электроны внутри вакуума;
• Электроны и дырки внутри полупроводников – так называемая электронно-дырочная проводимость.

Важное замечание. Чаще всего приходится иметь дело с понятием электрического тока. В этом случае речь идет о токе смещения, возникающем из-за изменения параметров электрического поля.

Сам электрический ток может проявляться:

• Нагревом проводника. Однако в случае со сверхпроводниками тепловое проявление электрического тока не наблюдается;
• Через изменение химического состава некоторых видов проводников. Как правило, это наблюдается в электролитических средах;
• Образованием электрического поля – что наблюдается у всех проводников.

Как классифицируется электрический ток

Под так называемым электрическим током проводимости принято подразумевать явление движения заряженных частиц в макроскопических элементах вещества.

При этом существует и конвекционный ток – когда в движение приходят сами макроскопические заряженные тела. В качестве примера можно привести движение заряженных капель атмосферных осадков.

Электрический ток бывает:

• Постоянным;
• Переменным;
• Пульсирующим;
• Комбинированным – в сочетании этих видов.

Так под постоянным током понимают такой ток, который слабо изменят свои показатели направления и величины. Зато переменный изменяет свои показатели достаточно заметно.

Существует несколько видов переменного тока, однако основным принято считать тот, который изменяет свои величины по синусоиде. Потенциал на каждом конце проводника в этом случае изменяется относительно другого конца – с отрицательного на положительный и наоборот. Сам ток при этом проходит через все возможные промежуточные потенциалы. В результате таких изменений образуется электрический ток, непрерывно изменяющий свое направление. Во время движения по одному направлению, он растет, достигает своих максимальных значений, после чего начинает идти на спад. Показатель максимума в этом случае называют амплитудным значением. В какой-то момент все показатели переменного тока обнуляются, после чего снова наблюдается возрастание. И так – циклически.

Квазистационарный ток – разновидность переменного тока, изменяющегося сравнительно медленно. Для его мгновенных значений исполняются законы для постоянного электрического тока с достаточной точностью. В качестве примеров таких законов можно привести всем известный закон Ома или правило Кирхгофа. Квазистационарный ток обладает неизменной силой на всем сечении неразветвленной сети. Чтобы точно рассчитывать цепи с квазистационарным током, необходимо принимать во внимание сосредоточенные параметры. Различают также квазистационарный промышленный ток – когда условия квазистационарности вдоль линий не работают (за исключением тока в линии дальней передачи).

Переменные токи повышенной частотности – это электрические токи, внутри которых не работают условия квазистационарности. Такие токи как бы обтекают проводник, проходя только по его наружной поверхности. Данный эффект даже получил оригинальное название – скин-эффект.

Пульсирующие электрические токи – это токи, не меняющие своего направления, но изменяющие величину.

Существует также вихревой электрический ток (он же – ток Фуко). В данном случае подразумевают замкнутый электрический ток, располагающийся внутри массивного проводника. Он возникает в случае изменения магнитного потока. Следовательно, вихревой ток можно считать индукционным. Чем интенсивнее и заметнее наблюдается изменение магнитного потока, тем сильнее и вихревой ток. Он не течет по обычным проводам, а замыкается на проводнике и формирует вихреобразный контур.

Именно благодаря наличию вихревых токов и наблюдается скин-эффект, упомянутый выше. В этом случае поток и переменные электрические токи распространяются по поверхности проводника. Так как проводник нагревается из-за действия вихревого тока, наблюдаются потери энергии и порой весьма значительные. Особенно это заметно в сердечниках катушек с переменным током.

Для уменьшения энергопотерь, используют деление проводов с переменным током на раздельные пластинки, друг от друга изолированные и располагающиеся под углом в 90 градусов к направлению вихревого тока. Это, в свою очередь, приводит к ограничению возможных контуров путей тока, значительно уменьшает его величину.

Чем характеризуется электрический ток

Так исторически сложилось, что первые обнаруженные электрические токи имели направление своего движения, совпадающее с направлением перемещения положительно заряженных частиц.

Но носители электрического тока могут быть разными. Например, если речь идет об электронах, которые имеют отрицательный заряд, то направление тока будет противоположным направлению движения положительных частиц.

Скорость, с которой движутся заряженные частицы, зависит от таких параметров, как:

• Величина заряда;
• Разность потенциалов на концах проводника;
• Температура среды;
• Материал, из которого проводник изготовлен;
• А также масса самих частиц.

Сами частицы (например, электроны) при этом перемещаются с крайне незначительной скорости – всего доли миллиметра в секунду. Однако само поле распространяется крайне стремительно – практически со скоростью света. Потому и электрический ток внутри проводника распространяется с той же самой скоростью.

Основные виды проводников

В электропроводящих веществах (проводниках) существуют свободные частицы (носители) некомпенсированного заряда. Именно они и приходят в движение, находясь под действием сил электрических потенциалов. Именно они и «отвечают» за образование электрического тока.

Вольтамперные показатели – то есть зависимость силы тока от его напряжения – вот что считается основной характеристикой любого проводника.

В случае с металлами и электролитами такая зависимость самая простая: чем больше напряжение – тем больше и сила тока. Это выявил еще знаменитый ученый Георг Ом и отобразил в своем законе.

В металлических проводниках в качестве носителей электрического тока выступают свободные электроны, рассматриваемые в данный момент физиками как некий электронный газ. Действительно, эти частицы весьма явно проявляют свойства вырожденного газа.

Различают и такое особое агрегатное состояние вещества, как плазма. Она представляет собой ионизированный газ. В ней с помощью ионов и свободных электронов переносятся электрозаряды. Свободные электроны в плазме формируются из-за действия рентгеновского или ультрафиолетового излучений, либо после значительного нагревания среды.

Электролиты – часто жидкие, но могут быть и твердые – вещества, имеющие значительную концентрацию ионов. Это обуславливает прохождение через них тока. Ионы в электролитах формируются в результате так называемой электролитической диссоциации. Чем выше температура электролитической среды – тем ниже ее показатели сопротивления. Это объясняется ростом количества молекул, разложившихся на ионы. Когда ток проходит через электролит, ионы устремляются к электродам, оседают на них и приходят в нейтральное состояние. Это явление носит название электролиза.

Закон электролиза выявил знаменитый ученый Майкл Фарадей. Он определяет массу вещества, которое оседает на электроде.

Наконец, существует еще и вакуумный электрический ток, который находит применение в электронно-лучевых трубках всевозможных приборах и бытовой техники.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

К КОНЦУ ЗАНЯТИЯ СТУДЕНТ ДОЛЖЕН УМЕТЬ:

• Понимать понятие потока электричества в проводе.
• Ознакомьтесь с различными терминами, связанными с электричеством.
• Знать законы и принципы, связанные с электричеством.
• Определите, как электричество используется в бытовых приборах.
• Знать о концепции и работе электрического генератора.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ К УРОКУ

ПРОЧИТАТЬ

Электричество используется для работы вашего мобильного телефона, питания поездов и кораблей, работы вашего холодильника и питания двигателей таких машин, как кухонные комбайны. Электрическая энергия должна быть преобразована в другие формы энергии, такие как тепло, свет или механическая, чтобы быть полезной.

Все, что мы видим, состоит из крошечных частиц, называемых атомами. Атомы состоят из еще более мелких частей, называемых протонами, электронами и нейтронами. Атом обычно имеет одинаковое количество протонов (имеющих положительный заряд) и электронов (имеющих отрицательный заряд). Иногда электроны могут удаляться от своих атомов.

ПРОВЕДЕНИЕ УРОКА

Электрический ток – это поток заряженных частиц. Поток зарядов будет постоянным в текущем электричестве. Электрический ток течет от более высокого электрического потенциала к более низкому электрическому потенциалу. Чтобы ток протекал, требуется замкнутая цепь из проводящего материала. Цепь состоит из проводов, которые соединены встык, и электроны текут в одном направлении.

Цепь имеет проводники (провода), выключатель, нагрузку и источник питания. Цепь начинается и останавливается в одной и той же точке. Обычно медные провода используют в качестве проводников без изоляции. Именно по проводнику течет ток. Переключатель используется для размыкания или замыкания цепи. Когда переключатель замкнут, ток течет по цепи, а когда переключатель разомкнут, он разрывает цепь, и ток через нее не течет. Ячейка может быть источником энергии. Если мы поместим более одной ячейки, она станет батареей.

Давайте посмотрим видео, чтобы понять это:

Видео

Читать

Электрический ток

Электрический ток измеряется в Amperes (Amps) по ампу, который будет подключен в серии. с другими компонентами в цепи.

Ток, I = Q/t , где Q — заряд в кулонах, t — время в секундах. Андре Мари Ампер обнаружил, что два параллельных провода притягиваются друг к другу, когда электрический ток течет в одном направлении. Кроме того, два параллельных провода отталкивают друг друга, когда электрический ток течет в противоположных направлениях. В результате его открытий в этой области, единица тока происходит от его имени, которое называется «9».0003 ампер ’. Один ампер равен одному кулону заряда в секунду времени.

 

Напряжение  определяется как разность электрических потенциалов между двумя точками в цепи. Единицей напряжения является вольт. Единица происходит от имени Алессандро Вольта. Элементы или батареи обеспечивают необходимое напряжение или разность потенциалов.

 

Сопротивление  сопротивляется протеканию тока. Это мера способности объектов сдерживать поток электронов. Сопротивление будет низким в проводнике и большим в изоляторе. Измеряется в омах. Единица измерения Ом названа в честь ученого Георга Симона Ома, сформулировавшего закон Ома.

 

Резисторы используются для управления потоком электрического тока в цепи. Он преобразует электрическую энергию в тепло и свет. Резистор является пассивным компонентом, поскольку он потребляет энергию, но не генерирует ее. Они обычно состоят из металла, углерода или с пленкой из оксида металла. Резисторы используются для ограничения тока и для защиты полупроводниковых устройств, таких как светодиоды. Он также используется для ограничения частотной характеристики в цепи фильтра.

Давайте посмотрим на видео ниже:

Видео

Электрический потенциал и разность потенциалов

Заряды, присутствующие в проводнике, не перетекают от одного конца к другому самому. Электрические заряды или электроны движутся в проводнике только в том случае, если вдоль проводника существует разность электрических давлений, называемая разностью потенциалов. Эта разность потенциалов может создаваться батареей, состоящей из одного или нескольких электрических элементов. Разность потенциалов на концах ячейки возникает из-за химической реакции внутри ячейки. Когда ячейка подключена к проводящему элементу цепи, разность потенциалов приводит в движение заряды внутри проводника и создает электрический ток. Чтобы поддерживать ток в данной электрической цепи, клетка должна расходовать запасенную в ней химическую энергию.

 

Разность потенциалов между двумя точками в электрическом поле определяется как количество работы, совершаемой при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую.

Итак,

Единицей разности электрических потенциалов в системе СИ является вольт (В). Другая.

 Таким образом,

Разность потенциалов измеряется с помощью прибора, называемого вольтметром.

Вольтметр всегда подключается параллельно между точками, между которыми должна быть измерена разность потенциалов.

Ниже приведено изображение символов общего электрооборудования.

 

ПРОЧИТАТЬ

Закон Ома

Георг Саймон Ом показал взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением и сформулировал закон Ома. Этот закон лежит в основе электричества.

Согласно этому закону:

Разность потенциалов между клеммами проводника пропорциональна току, протекающему через проводник, когда физические состояния проводника, такие как температура, давление, длина и площадь и т. д., остаются постоянными.

• В ∝ I

Удалив знак константы пропорциональности, получим

                                                            V = I R

 Где напряжение V в вольтах, ток I в амперах и сопротивление R в омах.

Таким образом, I = V / R и R = V / I .

Для большей ясности электричество можно связать с водой. Таким образом, напряжение в цепи, единицей измерения которой являются вольты, идентично давлению воды, текущей в трубе. Ток в цепи, где единицей измерения являются ампер, эквивалентен воде, протекающей по трубе. Сопротивление в цепи, единицей измерения которого являются омы, такое же, как сопротивление трения и размер трубы, ограничивающей поток воды.

Видео

Чтение

Удельное сопротивление

Уделка материала-это сопротивление проводной области длины блока и единичной поперечной зоны. Единицей измерения удельного сопротивления является омметр (Ом·м).
Удельное сопротивление материала зависит от его природы и температуры проводника, но не от его формы и размера.
Хороший проводник имеет меньшее удельное сопротивление, тогда как плохой проводник или изолятор имеют высокое удельное сопротивление.
Удельное сопротивление полупроводников находится между сопротивлением проводников и изоляторов. Удельное сопротивление металлического проводника увеличивается с повышением его температуры, тогда как удельное сопротивление полупроводника уменьшается с повышением его температуры.

Видео

Читать

Серии и параллельные соединения

Есть основные типы типов, серии и параллельно. Как последовательные, так и параллельные цепи состоят из более чем одной нагрузки. Резисторы могут быть соединены как последовательно, так и параллельно или в комбинации того и другого.

В последовательной цепи  электроны движутся только по одному пути. Здесь ток будет одинаковым, который проходит через каждый резистор. Напряжение на резисторе при последовательном соединении будет разным. При последовательном соединении при обрыве одного резистора или возникновении какой-либо неисправности отключается вся цепь. Последовательные цепи не перегреваются легко. Конструкция последовательной цепи проста по сравнению с параллельными цепями.

Некоторые гирлянды могут быть включены последовательно. Если перегорает одна лампочка, гаснет вся цепочка. Предохранитель или автоматические выключатели будут соединены последовательно, чтобы защитить всю проводку от перегрузки по току. Его можно использовать как делитель напряжения. Батарейки в пульте соединены последовательно.

В параллельной цепи  электрона проходят через множество ветвей. В этом случае напряжение остается одинаковым на каждом резисторе в цепи. Здесь ток в цепи делится между каждой ветвью и, наконец, рекомбинирует, когда ветви встречаются в общей точке. Параллельная цепь может быть сформирована разными способами, что означает, что резисторы могут быть расположены по-разному. Может использоваться как делитель тока.

В большинстве случаев цепи соединены параллельно. Это связано с тем, что если один резистор сломан или поврежден, он не отключит всю систему. Но из-за этого эффекта трудно обнаружить отказ, если что-то пойдет не так в цепи, и поэтому в определенные моменты времени это может быть опасно. Легко подключить или отключить новый резистор или другой компонент, не затрагивая другие элементы в параллельной цепи. Но он использует много проводов и, следовательно, становится сложным. В основном в зданиях и домах мы используем параллельное соединение.

Комбинация резисторов при последовательном соединении

Рассмотрим три резистора R1, R2, R3 , которые соединены последовательно. Здесь заряд сначала проходит через R1, входит в R2 и, наконец, достигает R3.

По закону Ома разность потенциалов на R1 => V1= I R1

Разность потенциалов на R2 => V2 = I R2.

Разность потенциалов между R3 => V3 = I R3.

Таким образом, разность потенциалов В при таком последовательном соединении резисторов

V = V1+ V2+ V3

= I R1+ I R2+ I R3

= I (R1+ R2+ R3)

Таким образом, в случае серии, эквивалентное сопротивление, Треб = V/I = (R1+ R2+ R3) .

 

Для n последовательно соединенных резисторов эквивалентное сопротивление,

• Req = R1+ R2+ R3…………………Rn .

 

Эквивалентное сопротивление — это полное сопротивление цепи. Это единственное значение сопротивления, которое может заменить количество резисторов в цепи без изменения тока и напряжения в сети. Таким образом, при последовательном соединении общее сопротивление цепи определяется сложением сопротивлений каждого отдельного резистора.

 

Комбинация резисторов при параллельном соединении

Рассмотрим три резистора R1, R2, R3 , которые соединены параллельно. Заряд делится на три и проходит через R1, R2 и R3.

 

 

Текущий I = I1 + I2 + I3 .

Разность потенциалов на R1 => V = I1 R1

Разность потенциалов на R2 => V = I2 R2

Разность потенциалов на R3 => V = I3 R3

Таким образом, I = I1 + I2 + I3

= V/ R1 + V/ R2 + V/ R3

=V (1/ R1 +1/ R2 +1/ R3)

2

Если эту параллельную комбинацию заменить эквивалентным сопротивлением, Req

Тогда I = V/ Req

 

• R2+1/ Req1 = 0/4 R2+1/1/Req1 .

 

Таким образом, для n параллельных резисторов

1/ Треб = 1/ R1 +1/ R2 +1/ R3…………………….1/ Rn .

 

Таким образом, при параллельном соединении общее сопротивление цепи определяется путем сложения обратной величины сопротивления каждого отдельного резистора.

Видео

Читать

Когда компас поднимается вблизи текущего проводника, иглу от компаса вытягивается из -за потока электричества. Это показывает, что электрический ток производит магнитный эффект.

Магнитное поле и силовые линии

Влияние силы, окружающей магнит, называется магнитным полем. В магнитном поле сила, действующая на магнит, может быть обнаружена с помощью компаса или любого другого магнита.

Воображаемые линии магнитного поля вокруг магнита называются силовыми линиями или силовыми линиями магнита. Когда железные наполнители оседают вокруг стержневого магнита, они располагаются по схеме, имитирующей силовые линии магнитного поля. Силовую линию магнита также можно определить с помощью компаса. Магнитное поле является векторной величиной, т.е. имеет и направление, и величину.

 

Магнитное поле, создаваемое током, проходящим через прямой проводник:

Прямой проводник с током имеет магнитное поле в виде концентрических окружностей; вокруг него. Магнитное поле прямого проводника с током можно изобразить линиями магнитного поля.

Направление магнитного поля в проводнике с током зависит от направления протекания электрического тока. Направление магнитного поля меняется на противоположное в случае изменения направления электрического тока.

Пусть проводник с током подвешен вертикально, и электрический ток течет с юга на север. В этом случае направление магнитного поля будет против часовой стрелки. Если ток течет с севера на юг, направление магнитного поля будет по часовой стрелке.

Правило большого пальца правой руки:

Направление магнитного поля; относительно направления электрического тока через прямой проводник можно изобразить с помощью правила большого пальца правой руки. Он также известен как Правило штопора Максвелла .

Если токоведущий провод удерживается правой рукой; удерживая большой палец прямо, и если направление электрического тока в направлении большого пальца, то направление закручивания других пальцев покажет направление магнитного поля.

Согласно правилу штопора Максвелла , если направление движения винта вперед указывает направление тока, то направление вращения винта показывает направление магнитного поля.

Ниже приведены изображения этого правила:

Чтение

Тепловой эффект электрического тока:

.
   Вещество проводника состоит из атомов. В металлическом проводнике имеется большое количество свободных электронов, движущихся с различной скоростью. При протекании электрического тока по проводнику свободные электроны сталкиваются со своими атомами, из-за чего число электронов увеличивается, а большая часть кинетической энергии переходит в тепловую энергию, а температура проводника увеличивается. Тепловой эффект тока используется в бытовых приборах, таких как обогреватель, утюг, водонагреватель, духовка и т. д.

Значение нагревательного эффекта

Когда электрический ток проходит через проводник (например, провод с высоким сопротивлением)

Проводник нагревается через некоторое время и выделяет тепло

Это называется нагревательным эффектом электрического тока.

Пример 1

Лампа нагревается после некоторого времени использования. Это связано с нагревательным действием электрического тока.

Пример 2

Когда мы включаем электрический утюг, он становится горячим. Это также связано с нагревательным действием электрического тока.

Что вызывает нагревательный эффект электрического тока

Тепловой эффект возникает в результате преобразования электрической энергии в тепловую

Объяснение

Мы знаем, что батарея или элемент являются источником электрической энергии. Из-за химической реакции в этой батарее или ячейке создается разность потенциалов. Эта разность потенциалов заставляет электроны течь по цепи. В этой цепи есть резисторы, которые сопротивляются протеканию тока. Работа должна быть сделана, чтобы преодолеть это сопротивление, выполняя эту работу. Эта энергия источника в проводнике рассеивается (преобразуется) в резисторе в виде тепловой энергии.

Формула для эффекта отопления электрического тока

H = I ² RT

Это известно как Joule.

Из закона следует, что:

Тепло, выделяемое резистором, равно

1. Прямо пропорционально квадрату тока для данного сопротивления:
   Это означает, что если мы удвоим ток, тепло увеличится в 4 раза. Если мы уменьшим ток вдвое, тепло станет в 1/4 раза больше. Следовательно, больше ток, больше тепла. Меньше ток, меньше тепла.
2. Прямо пропорционально сопротивлению для данного тока:
   Это означает, что если мы используем провод из металла с большим сопротивлением (например, нихромовый провод), он будет выделять больше тепла. Но если мы используем провод из металла с меньшим сопротивлением (например, из меди), он будет выделять меньше тепла.

1. Прямо пропорционально времени, в течение которого ток протекает через резистор:
   Значит, если мы включим электроприбор на большее время, он будет сильнее нагреваться. Но если пользоваться электроприбором меньше времени (выключать его после использования), он будет меньше греться.

Давайте посмотрим видео, чтобы понять это более четко.

Видео

Что является электрической энергией

Электрическая энергия является продуктом электроэнергии и времени

Электрическая энергия = электроэнергия × время.

Что такое единицы электрической энергии?

Измеряется в ватт-секундах или джоулях.

 

ПРОЧИТАТЬ

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

Электромагнетизм произвел революцию, приведя к устройствам, называемым двигателями, которые преобразуют электрическую энергию в механическую.

Эксперименты таких ученых, как Эрстед и Фарадей, сделали большой скачок в преобразовании механической энергии в электрическую энергию.

Электромагнитная индукция (ЭМИ) — это процесс создания электродвижущей силы (ЭДС) при перемещении проводника через магнитное поле.
Когда прямой проводник перемещается в магнитном поле, в нем индуцируется электрический ток, и это явление называется электромагнитной индукцией. ЭДС причиной является ЭДС индукции. а ток — это индукционный ток.
Эрстед нашел то же самое по относительному движению магнита относительно катушки. Эксперимент Фарадея доказал, что сила индуцированного тока зависит от нескольких факторов, таких как сила магнита, скорость движения магнита, его ориентация, количество витков в катушке и диаметр катушки. Наведенный ток можно обнаружить с помощью гальванометра.

Правило правой руки Флеминга определяет направление индукционного тока в проводнике, когда он движется в магнитном поле. Согласно этому закону направления магнитного поля, индуцированного тока и движения проводника указываются соответственно указательным, указательным и большим пальцами правой руки, когда они вытянуты перпендикулярно друг другу. На этом принципе основан генератор электрического тока . Щелкните ссылку ниже, чтобы посмотреть видео, связанное с этой концепцией.

 

 

VIDEO

 

RELATED ANIMATED VIDEOS

 

READ

ELECTRIC CURRENT GENERATOR

In electricity generation, генератор — это устройство, которое преобразует движущую силу (механическую энергию) в электрическую энергию для использования во внешней цепи. К источникам механической энергии относятся паровые турбины, газовые турбины, водяные турбины, двигатели внутреннего сгорания, ветряные турбины и даже ручные заводные рукоятки. Первый электромагнитный генератор, диск Фарадея, был изобретен в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем. Генераторы обеспечивают почти всю мощность для электросетей. Генератор постоянного тока (DC) – это вращающаяся машина, которая выдает электрический выход с однонаправленным напряжением и током.

Электрический генератор — это машина, которая преобразует механическую энергию (или мощность) в электрическую энергию (или мощность).

Принцип:

   Он основан на принципе производства динамически (или движущейся) ЭДС (электродвижущей силы). Всякий раз, когда проводник пересекает магнитный поток, динамически индуцированная Э.Д.С. в нем производится в соответствии с законами электромагнитной индукции Фарадея. Эта эдс вызывает протекание тока, если цепь проводника замкнута.

Давайте посмотрим видео, чтобы лучше понять эту концепцию.

ВИДЕО

 

ОБЗОР

Давайте прочитаем обо всем, что мы сегодня узнали!!! Вот видео, чтобы пересмотреть все концепции.   ВИДЕО

ЗАДАНИЕ

 Давайте прочитаем обо всем, что мы сегодня узнали. Нажмите ниже, чтобы скачать главу. Попробуйте решить упражнения, как указано в главе в вашей черновой тетради.

УРОК ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Открытие электричества стало поворотным моментом в истории, потому что без него мы бы не жили в мире, в котором мы живем сегодня, который наполнен технологиями, меняющими жизнь, но все это требует и использует электричество . Без электричества вы не смогли бы просматривать эту страницу или находиться за компьютером в данный момент. Электричество — это то, чем мы все живем, замечаем мы это или нет, некоторые из нас не смогли бы выжить без него, потому что это необходимый источник в нашей повседневной жизни. Он используется для спасения людей, в образовании, больницах, городах и т.  д. Мы живем этим невероятным творением, которое подарила нам Мать-природа, и на протяжении веков мы могли управлять им своими собственными руками. Особенно в этом безумно меняющемся мире, где вещи изобретаются и создаются каждый день, это было бы невозможно без «Электричества».

ССЫЛКА

Наука CCLAS 10 CHP4(ELEC).pdf

«Вы никогда не сможете пересечь океан, пока не наберетесь смелости потерять из виду берег.»

― Христофор Колумб

«Вы никогда не сможете пересечь океан, пока не наберетесь смелости потерять из виду берег.»

― Христофор Колумб

Что такое электричество? — SparkFun Узнайте

Авторы: Джимблом

Избранное Любимый 83

Как мы упоминали в начале этого урока, электричество определяется как поток электрического заряда. Заряд — это свойство материи, такое же, как масса, объем или плотность. Это измеримо. Точно так же, как вы можете количественно определить массу чего-либо, вы можете измерить и его заряд. Ключевой концепцией заряда является то, что он может быть двух типов: положительный (+) или отрицательный (-) .

Для перемещения заряда нам нужно носителей заряда , и здесь нам пригодятся наши знания об атомных частицах, особенно об электронах и протонах. Электроны всегда несут отрицательный заряд, а протоны всегда положительно заряжены. Нейтроны (в соответствии со своим названием) нейтральны, у них нет заряда. И электроны, и протоны несут один и тот же заряд , только разного типа.

Модель атома лития (3 протона) с помеченными зарядами.

Заряд электронов и протонов важен, потому что он дает нам возможность воздействовать на них силой. Электростатическая сила!

Электростатическая сила

Электростатическая сила (также называемая законом Кулона) — это сила, действующая между зарядами. Он гласит, что заряды одного типа отталкиваются друг от друга, а заряды противоположного типа притягиваются друг к другу. Противоположности притягиваются, а подобное отталкивается .

Величина силы, действующей на два заряда, зависит от того, насколько они удалены друг от друга. Чем ближе два заряда, тем больше становится сила (либо сталкивающая, либо отталкивающая).

Благодаря электростатической силе электроны будут отталкивать другие электроны и притягиваться к протонам. Эта сила является частью «клея», который удерживает атомы вместе, но это также и инструмент, который нам нужен, чтобы заставить электроны (и заряды) течь!

Обеспечение потока платежей

Теперь у нас есть все инструменты для обеспечения потока платежей. Электроны в атомах могут действовать как наши носители заряда , потому что каждый электрон несет отрицательный заряд. Если мы сможем освободить электрон от атома и заставить его двигаться, мы сможем создать электричество.

Рассмотрим атомную модель атома меди, одного из предпочтительных источников элементов для потока заряда. В сбалансированном состоянии медь имеет 29 протонов в ядре и такое же количество электронов, вращающихся вокруг него. Электроны вращаются на разных расстояниях от ядра атома. Электроны ближе к ядру испытывают гораздо более сильное притяжение к центру, чем те, которые находятся на дальних орбитах. Самые внешние электроны атома называются валентными электронами , для их высвобождения из атома требуется наименьшее количество силы.

Это схема атома меди: 29 протонов в ядре, окруженные полосами вращающихся электронов. Электроны, находящиеся ближе к ядру, трудно удалить, в то время как валентному (внешнему кольцу) электрону требуется относительно небольшая энергия для выброса из атома.

Применяя достаточную электростатическую силу к валентному электрону — либо отталкивая его другим отрицательным зарядом, либо притягивая его положительным зарядом, — мы можем сбросить электрон с орбиты вокруг атома, создав свободный электрон.

Теперь рассмотрим медную проволоку: вещество, наполненное бесчисленными атомами меди. Поскольку наш свободный электрон плавает в пространстве между атомами, его притягивают и толкают окружающие заряды в этом пространстве. В этом хаосе свободный электрон в конце концов находит новый атом, за который можно зацепиться; при этом отрицательный заряд этого электрона выбрасывает из атома другой валентный электрон. Теперь новый электрон дрейфует в свободном пространстве, пытаясь сделать то же самое. Этот цепной эффект может продолжаться и дальше, создавая поток электронов, называемый электрический ток .

Очень упрощенная модель зарядов, протекающих через атомы для создания тока.

Проводимость

Некоторые типы атомов лучше других выделяют свои электроны. Чтобы получить наилучший возможный поток электронов, мы хотим использовать атомы, которые не очень сильно удерживают свои валентные электроны. Электропроводность элемента измеряет, насколько прочно электрон связан с атомом.