404 page not found | Fluke

Talk to a Fluke sales expert

Связаться с Fluke по вопросам обслуживания, технической поддержки и другим вопросам»

What is your favorite color?

Имя *

Фамилия *

Электронная почта *

FörКомпанияetag *

Номер телефона *

Страна * United States (Estados Unidos)CanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarticaAntigua and BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosБеларусь (Belarus)Belgien/Belgique (Belgium)BelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBonaireBosnia and HerzegovinaBouvet IslandBotswanaBrasil (Brazil)British Indian Ocean TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral African RepublicČeská republika (Czech Republic)ChadChile中国 (China)Christmas IslandCittà Di VaticanCocos (Keeling) IslandsCook IslandsColombiaComorosCongoThe Democratic Republic of CongoCosta RicaCroatiaCyprusCôte D’IvoireDanmark (Denmark)Deutschland (Germany)DjiboutiDominicaEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEspaña (Spain)EstoniaEthiopiaFaroese FøroyarFijiFranceFrench Southern TerritoriesFrench GuianaGabonGambiaGeorgiaGhanaGilbralterGreeceGreenlandGrenadaGuatemalaGuadeloupeGuam (USA)GuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard Island and McDonald IslandsHondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIraqIrelandIsraelIslas MalvinasItalia (Italy)Jamaica日本 (Japan)JordanKazakhstanKenyaKiribati대한민국 (Korea Republic of)KuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacaoMacedoniaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMéxico (Mexico)MicronesiaMoldovaMonacoMongoliaMontenegroMonserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNederland (Netherlands)Netherlands AntillesNepalNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorge (Norway)Norfolk IslandNorthern Mariana IslandsOmanÖsterreich (Austria)PakistanPalauPalestinePanamaPapua New GuineaParaguayPerú (Peru)PhilippinesPitcairn IslandPuerto RicoРоссия (Russia)Polska (Poland)Polynesia (French)PortugalQatarRepública Dominicana (Dominican Republic)RéunionRomânia (Romania)RwandaSaint HelenaSaint Pierre and MiquelonSaint Kitts and NevisSaint LuciaSaint Vincent and The GrenadinesSan MarinoSao Tome and PrincipeSaudi ArabiaSchweiz (Switzerland)SenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSouth Georgia and The South Sandwich IslandsSouth SudanSri LankaSudanSuomi (Finland)SurinameSvalbard and Jan MayenSverige (Sweden)SwazilandTaiwanTajikistanTanzaniaThailandTimor-LesteTokelauTogoTongaTrinidad and TobagoTunisiaTürkiye (Turkey)TurkmenistanTurks and Caicos IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Arab EmiratesUnited KingdomUnited States Minor Outlying IslandsUruguayUzbekistanVanuatuVirgin Islands (British)Virgin Islands (USA)VenezuelaVietnamWallis and FutunaWestern SaharaWestern SamoaYemenZambiaZimbabwe

Почтовый индекс *

Интересующие приборы

iGLastMSCRMCampaignID

?Отмечая галочкой этот пункт, я даю свое согласие на получение маркетинговых материалов и специальных предложений по электронной почте от Fluke Electronics Corporation, действующей от лица компании Fluke Industrial или ее партнеров в соответствии с политикой конфиденциальности.

consentLanguage

Политика конфиденциальности

Что такое электрический ток кратко технология



Что такое электрический ток?

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/м 2 . 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:

1. Синусоидальный, подчиняющийся синусоидальной функции во времени.
2. квазистационарный – переменный, медленно изменяющийся во времени. Обычные промышленные токи являются квазистационарными.
3. Высокочастотный – частота которого превышает десятки кГц.
4. 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.

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.

Источник

Электрический ток и его использование

Урок 29. Технология 8 класс ФГОС

Конспект урока «Электрический ток и его использование»

Сейчас можно с уверенностью сказать, что самым главным достижением человечества является открытие электрического тока и его использование.

Электрическая энергия имеет огромное значение, как в жизни каждого отдельно взятого человека, так и в развитии современного общества в целом.

На сегодняшний день сложно представить нашу жизнь без электричества. Ведь именно оно освещает наше жильё и улицы, приводит в движение трамваи, троллейбусы и поезда.

Да, и все бытовые приборы, которыми мы пользуемся дома, работают при помощи электрической энергии.

Работа современных средств связи, без которых мы не представляем свою жизнь — телефона, радио, телевидения, интернета — также основана на использовании электрической энергии.

Электроэнергия поселилась во всех сферах деятельности человека. Без электричества не могут обойтись ни промышленность, ни сельское хозяйство, ни даже наука.

Без него невозможно было бы развитие кибернетики, вычислительной и космической техники.

Но, важно понимать, что электрическая энергия, которую мы используем, не существует в природе в готовом для потребления виде. Её нельзя добыть, как полезное ископаемое – нефть или уголь.

Так откуда же она берётся?

Чтобы любая энергия стала полезной человеку, он должен был научиться с ней обращаться, это значит, должен был научиться преобразовывать одни виды энергии в другие.

Человечество справилось с этой нелёгкой задачей. Люди стали получать электрическую энергию, которая так необходима для производственных и бытовых нужд, из других видов энергии: механической, тепловой, световой, химической.

Преобразования энергии различных видов в электрическую энергию происходят на электростанциях. Устройство, которое преобразует какую-либо энергию в электрическую, называют источником.

Основную часть электрической энергии люди получают преобразованием механической энергии при помощи специальных электромеханических машин.

Эти машины называются – электрогенераторы. В электрогенераторе механическая энергия турбины преобразуется в электрическую энергию. Турбина – это такое вращающееся колесо специальной конструкции. Так, например, на гидроэлектростанциях турбина вращается за счёт энергии падающей воды.

На тепловых электростанциях турбина вращается с помощью энергии движения пара.

А на ветряных электростанциях – за счёт энергии ветра.

На космических станциях источником электрической энергии являются фотоэлементы. Именно они преобразуют солнечную энергию в электрическую.

Помимо стационарных источников существуют переносные источники электрической энергии. Это гальванические элементы, различные аккумуляторы, а также батареи из них.

В переносных источниках электрическая энергия получается за счёт химического процесса взаимодействия разнородных металлов с особым веществом – электролитом. Существуют ещё и малогабаритные механические генераторы, которые работают за счёт мускульной силы рук или ног человека. Примером малогабаритного механического генератора может послужить генератор для велосипедной фары.

Давайте попробуем разобраться, как же происходит процесс передачи электрической энергии.

Вообще, первые сведения об электричестве появились много столетий назад и относились они тогда к электрическим зарядам, которые получались посредством трения. Ещё в Древней Греции было установлено, что если янтарь натереть шерстяной тканью, то он приобретёт способность притягивать лёгкие предметы.

Кстати, по-гречески слово «янтарь» звучит как «электрон». От этого слова и произошёл термин «электричество». Затем люди выяснили, что точно такими же свойствами обладают и многие другие вещества. Тогда такие вещества были названы наэлектризованными. Сейчас же мы говорим, что на телах в таком состоянии имеются электрические заряды, а сами же тела называем заряженными.

Итак, электрическая энергия передаётся при помощи потока мельчайших заряженных частиц.

Эти заряженные частицы всегда возникают при тесном контакте различных веществ. В некоторых телах электрические заряды могут свободно перемещаться между различными частями, в других же это невозможно. В первом случае вещества называют проводниками, во втором – диэлектриками или изоляторами.

Проводниками являются все металлы, растворы солей, кислот, включая обычную питьевую воду.

Примерами изоляторов могут служить стекло, резина, различные пластмассы.

Следует знать, что деление веществ на проводники и диэлектрики весьма условно. Так как все вещества в большей или меньшей степени проводят электричество.

В природе различают два вида электрических зарядов. Условно их называют положительными и отрицательными.

Вокруг каждого из этих зарядов существует электрическое поле, за счёт которого одноимённые заряды отталкиваются друг от друга, а разноимённые притягиваются друг к другу. В случае взаимодействия различных веществ разноимённые заряды будут стремиться перейти из одного вещества в другое. Перемещение этих заряженных частиц и будет представлять собой электрический ток.

Вообще, электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц под действием электрического поля.

Исторически за направление электрического тока было принято движение положительных зарядов, которые перемещаются от положительного полюса источника к отрицательному по проводнику, подключённому к полюсам.

Количество зарядов, прошедших за единицу времени через поперечное сечение проводника, называется силой тока.

Выражается эта зависимость следующей формулой:

, где – сила тока, – количество зарядов, – время.

Единицу силы тока называют ампером, в честь французского учёного Андре Ампера.

Электропитание всех электрических устройств осуществляется постоянным и переменным током. Электрический ток, направление и значение которого не меняются со временем, называют постоянным. А электрический ток, направление и значение которого способны периодически изменяться, называют переменным.

Электропитание большинства электротехнических устройств осуществляется переменным током.

А теперь давайте рассмотрим особенности протекания электрического тока в различных средах и его применение.

Итак, при рассмотрении вопроса протекания электрического тока надо учитывать наличие различных носителей тока – элементарных зарядов – характерных для данного физического состояния вещества. Само по себе вещество может быть твёрдым, жидким или газообразным.

В металлических проводниках ток образуется за счёт движения электронов, имеющих отрицательный заряд. Вообще, все металлы являются проводниками тока. Применение тока в металлах используется для передачи электроэнергии на расстояние.

Из жидкостей электрический ток проводят только электролиты – растворы солей, кислот и щелочей. Прохождение постоянного электрического тока через жидкие среды сопровождается химическими реакциями. Это свойство широко применяют в аккумуляторах, в электрометаллургии для получения алюминия и бокситов, а также при электрохимической обработке материалов и очистке металлов от примесей.

Электрический ток в газовой среде вызывает свечение газа. На основе этого явления работают лампы дневного света, лазеры, прожекторы.

Устройства, которые преобразуют электрическую энергию в другие виды энергии – свет, тепло, механическую и химическую энергию, – называют приёмниками или потребителями электрической энергии, а в электротехнике – нагрузкой.

Для того чтобы электрическое устройство (или нагрузка) работало, его нужно соединить с полюсами источника тока. На практике источник с нагрузкой часто соединяют с помощью дополнительных проводников, в быту и электротехнике их называют проводами.

То, о чём мы сейчас с вами говорили: источник электрической энергии, нагрузка и соединительные провода – всё вместе это называется электрической цепью.

Итоги урока

На этом уроке мы говорили об электрическом токе и его использовании. Рассмотрели различные источники электроэнергии. Разобрались, как происходит процесс передачи электрической энергии. А также рассмотрели особенности протекания электрического тока в различных средах и его применение.

Источник

Электрический ток

Электри́ческий ток — упорядоченное некомпенсированное движение свободных электрически заряженных частиц под воздействием электрического поля. Такими частицами могут являться: в проводниках — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в газах — ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях — электроны, в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость).

При изучении электрического тока, было обнаружено множество его свойств, которые позволили найти ему практическое применение в различных областях человеческой деятельности, и даже создать новые области, которые без существования электрического тока были бы невозможны. После того, как электрическому току нашли практическое применение, и по той причине, что электрический ток можно получать различными способами, в промышленной сфере возникло новое понятие — электроэнергетика.

В медицине электрический ток используют в реанимации, электростимуляции определённых областей головного мозга. Электрические разряды применяются для лечения таких заболеваний, как болезнь Паркинсона и эпилепсия, также для электрофореза. Водитель ритма, стимулирующий сердечную мышцу импульсным током, используют при брадикардии и иных сердечных аритмиях.

Содержание

Характеристики

Исторически принято, что направление тока совпадает с направлением движения положительных зарядов в проводнике. При этом, если единственными носителями тока являются отрицательно заряженные частицы (например, электроны в металле), то направление тока противоположно направлению движения электронов.

Скорость направленного движения частиц в проводниках зависит от материала проводника, массы и заряда частиц, окружающей температуры, приложенной разности потенциалов и составляет величину, намного меньшую скорости света. За 1 секунду электроны в проводнике перемещаются за счет упорядоченного движения меньше чем на 0,1 мм. [1] Несмотря на это, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости света, то есть скорости распространения фронта электромагнитной волны.

Различают переменный (англ. alternating current , AC), постоянный (англ. direct current , DC) и пульсирующий токи, а так же их всевозможные комбинации.

• Постоянный ток — ток, направление и величина которого слабо меняются во времени.

• Переменный ток — это ток, величина и (или) направление которого меняются во времени. Среди переменных токов основным является ток, величина которого изменяется по синусоидальному закону. В этом случае потенциал каждого конца проводника изменяется по отношению к потенциалу другого конца проводника попеременно с положительного на отрицательный и наоборот, проходя при этом через все промежуточные потенциалы (включая и нулевой потенциал). В результате возникает ток, непрерывно изменяющий направление: при движении в одном направлении он возрастает, достигая максимума, именуемого амплитудным значением, затем спадает, на какой-то момент становится равным нулю, потом вновь возрастает, но уже в другом направлении и также достигает максимального значения, спадает, чтобы затем вновь пройти через ноль, после чего цикл всех изменений возобновляется.
  Время, за которое происходит один такой цикл (время, включающее изменение тока в обе стороны), называется периодом переменного тока. Количество периодов, совершаемое током за единицу времени, носит название частота. Частота измеряется в герцах, один герц соответствует одному периоду в секунду.

Переменный ток высокой частоты проходит по поверхности проводника, обтекая его со всех сторон. Этот эффект называется скин-эффектом.

Сила и плотность тока

Силой тока называется физическая величина, равная отношению количества заряда, прошедшего за некоторое время через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени.

По закону Ома сила тока

для участка цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению к участку цепи и обратно пропорциональна сопротивлению проводника этого участка цепи :

:

Читайте также:  Напряжение выпрямленного трехфазного тока

1. Электрический ток. Его виды.

Электрическим током называется направленное движение заряженных частиц. За направление тока принимается движение положительных зарядов.

Характеристики тока:

1. Сила тока — это скалярная физическая величина, равная отношению заряда, протекающего через поперечное сечение проводника, ко времени его протекания.

I = q/t

[ I ] = 1A

2. Плотность тока – величина, равная отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника.

j = I/S

[ j ] = 1 A/м²

Постоянным называется ток, сила и направление которого с течением времени не изменяется.

I

t

Переменным называется ток, величина и направление которого изменяется с течением времени (например, это может быть периодический ток — здесь заряд , сила тока и напряжение изменяются по периодическим законам .

Различают ток проводимости– он обусловлен перемещением электронов металла относительно ионов решетки. При перемене полюсов заряды создают колебательное движение.

Различают также ток смещения– он обусловлен смещением электрических зарядов на границе проводник- диэлектрик.

По форме кривой зависимости Iотtразличают:

• синусоидальный ток;

• прямоугольный ток;

• треугольный ток;

• трапециевидный ток;

• игольчатоэкспаненциальный ток.

I

t

t

t

t

t

Для практических целей чаще применяется синусоидальный ток.

Переменный ток характеризуется действующими (эффективными) значениями силы тока и напряжения.

Iдейств. = Imax / 2

Uдейств. =Umax / 2

Действующее значение силы переменного тока равно значению силы постоянного тока, эквивалентного данному переменному по своему тепловому действию.

Первичное действие переменного тока заключается в смещении ионов в растворах электролитов и их перераспределении, а также в изменении поляризации диэлектрика. Т.к. подвижность ионов различна, то происходит изменение их концентрации по обе стороны клеточной мембраны. Это вызывает изменение функционального состояния клетки.

Наиболее сильное раздражающее действие оказывает импульсный ток.

Виды импульсных токов:

1.прямоугольный

2.треугольный

3.пилообразный.

I

t

t

t

Где t– длительность импульса,

to– длительность паузы,

х- амплитуда (максимальное значение тока).

Раздражающее действие зависит от длительности импульса, его формы, частоты, амплитуды. Оно проявляется для возбудимых тканей – нервной, мышечной, железистой.

В зависимости от условийток оказывает лечебное или поражающее действие. К лечебным действиям относятся:

Вопрос № 2.

Особенности импеданса живых тканей.

Импеданс – суммарное сопротивление цепи переменному току.

R C L

R – активное сопротивление

Xc реактивное

X сопротивление

Xc- емкостное сопротивление

Xc=1/wc=1/2πνс

X — индуктивное сопротивление

X =wL=2πνL

Z=R²+(Xc-X) ² — импеданс (суммарное сопротивление).

При пропускании переменного тока живую ткань можно рассматривать, как электрическую цепь, состоящую из определенных элементов. Экспериментально установлено, что эта цепь обладает активным и емкостным сопротивлениями. Аналогов индуктивности в живых тканях не обнаружено.

Т.о. живая ткань, как цепь переменного тока , является неполной цепью.

R C

Z=R²+Xc²

С увеличением частоты тока емкостное сопротивление, а, следовательно, и импеданс, снижаются.

Реферат по ОБЖ на тему «Электрический ток»

Реферат по дисциплине:

«ОБЖ»

По теме:

«Воздействие электрического тока на организм человека и меры защиты от поражения электрическим током в быту и производственной сфере».

Исполнитель:

Сафонов Владимир Валентинович

Санкт-Петербург 2017год

Содержание

Введение 3

1. Статические электрические и электромагнитные поля 4

2. Электрический ток. 6

2.1 Действие электрического тока на живую ткань. Факторы, влияющие на степень поражения электрическим током. 6

2.2 Условия поражения человека электрическим током. Критерии электробезопасности. 11

3. Защита от воздействия электрического тока. 12

Заключение. 14

Список используемой литературы. 15

Введение

Безопасность – состояние защищенности жизненно важных интересов личности от воздействия негативных факторов.

Электроэнергетика – фундаментальная отрасль, обеспечивающая нор- мальную деятельность других отраслей экономики, функционирование со- циальных структур и необходимые условия жизнедеятельности населения. Электрификация народного хозяйства Российской Федерации развивается по пути разработки и внедрения электроустановок с использованием современных высокоэффективных электрических машин и аппаратов, линий электропередачи, разнообразного электротехнологического оборудования, средств автоматики и телемеханики. Безопасная и безаварийная эксплуатация систем электроснабжения и потребителей электроэнергии требует неукоснительного соблюдения правил электробезопасности и норм охраны труда

Окружающая среда (природная, производственная и бытовая) таит в себе потенциальную опасность различного вида. Среди них — поражение электрическим током. С широким применением на производстве и в быту достижений научно-технического прогресса факторы этого риска возрастают.

Опасность поражения электрическим током на производстве и в быту появляется при несоблюдении мер предосторожности, а также при отказе или неисправности электрического оборудования и бытовых приборов. По сравнению с другими видами производственного травматизма, электротравматизм составляет небольшой процент, однако по числу травм с тяжелым и особенно летальным исходом занимает одно из первых мест.

Цель работы рассмотреть действие тока на организм человека, условия, при которых возникает опасность электропоражения, а также меры по его недопущению и предупреждению.

1. Статические электрические и электромагнитные поля.

Электромагнитные поля промышленной частоты.

Длительное воздействие электромагнитных полей промышленной частоты (50 Гц) приводит к расстройствам в головном мозге и центральной нервной системе

. В результате у человека наблюдаются головная боль в височной и затылочной областях, вялость и т.д.

Способы защиты человека

Защита человека от опасного воздействия электромагнитного облучения осуществляется следующими способами: уменьшением излучения от источника; экранированием источника излучения и рабочего места; установлением санитарно-защитной зоны; поглощением или уменьшение образования зарядов статического электричества; устранением зарядов статического электричества; применением средств индивидуальной защиты.

Уменьшение мощности излучения от источника реализуется применением поглотителей электромагнитной энергии; блокированием излучения.

Поглощение электромагнитных излучений осуществляется поглотительным материалом путем превращения энергии электромагнитного поля в тепловую. В качестве такого материала применяют каучук, поролон, пенополистерол, ферромагнитный порошок со связывающим диэлектриком.

Экранирование источника излучения и рабочего места производится специальными экранами. При этом различают отражающие и поглощающие экраны. Первые изготавливают из материала с низким электросопротивлением — металлы и их сплавы (медь, латунь, алюминий, сталь, цинк). Они могут быть сплошные и сетчатые. Экраны должны быть заземлены для обеспечения стекания в землю образующихся на них зарядов.

Для устранения зарядов статического электричества используют заземление частей оборудования, увлажнение воздуха.

Статическое электричество — это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности и в объеме диэлектрических и полупроводниковых веществ, материалов, изделий или на изолированных проводниках.

Заряды статического электричества могут накапливаться на теле человека (при работе или контакте с наэлектризованными материалами и изделиями). Высокое поверхностное сопротивление тканей человека затрудняет стекание зарядов, и человек может длительное время находиться под большим потенциалом.

Систематическое воздействие электростатического поля повышенной напряженности отрицательно влияет на организм человека. Оно может вызывать функциональные изменения центральной нервной, сердечно-сосудистой и других систем организма. Поэтому предельно допустимую интенсивность электростатического поля на рабочих местах нормируют. Нормативы, содержащиеся в документе «Санитарно-гигиенические нормы допустимой напряженности электростатического поля», распространяются на электрические поля, создаваемые легко электризующимися материалами и изделиями, а также электроустановками постоянного тока высокого напряжения.

Основная опасность процесса электризации в производственных условиях состоит в возможности возникновения пожаров и взрывов.

Защита от электростатических зарядов

Одна из мер, препятствующих накоплению и сохранению электрических зарядов, — увеличение электропроводности воздуха, например, его увлажнение.

Наиболее простой и эффективный метод борьбы с накоплением зарядов статического электричества — заземление производственного оборудования, трубопроводов, вентиляционных воздуховодов и емкостей. Заземляющие устройства должны иметь сопротивление не более 100 Ом.

2. Электрический ток.

   1. Действие электрического тока на живую ткань. Факторы, влияющие на степень поражения электрическим током.

Опасность поражения людей электрическим током на производстве и в быту появляется при несоблюдении мер безопасности, а также при отказе или неисправности электрического оборудования и бытовых приборов.

Действие электрического тока на живую ткань носит разносторонний и своеобразный характер. Проходя через организм человека, электроток производит термическое, электролитическое, механическое, биологическое, световое воздействие.

Термическое воздействие тока характеризуется нагревом кожи и тканей до высокой температуры вплоть до ожогов.

Электролитическое воздействие заключается в разложении органической жидкости, в том числе крови, и нарушении ее физико-химического состава.

Механическое действие тока приводит к расслоению, разрыву тканей организма в результате электродинамического эффекта, а также мгновенного взрывоподобного образования пара из тканевой жидкости и крови. Механическое действие связано с сильным сокращением мышц вплоть до их разрыва.

Биологическое действие проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей и сопровождается судорожными сокращениями мышц.

Световое действие приводит к поражению слизистых оболочек глаз.

Различают два основных вида поражений током: электрические травмы и электрические удары.

Электрические травмы подразделяются на электрические ожоги, электрические знаки, электрометаллизацию кожи, механические повреждения и электроофтальмию.

Электрические ожоги в зависимости от условий их возникновения бывают двух видов: токовые (контактные) и дуговые.

Токовый ожог является следствием преобразования электрической энергии в тепловую и обусловлен прохождением тока непосредственно через тело человека в результате прикосновения к токоведущим частям. Различают электрические ожоги четырех степеней. Основные признаки ожогов I степени — покраснение кожи, II степени — образование пузырей, III степени — обугливание кожи, IV степени — обугливание подкожной клетчатки, мышц, костей.

Дуговой ожог является результатом действия на тело человека электрической дуги в электроустановках высокого напряжения. Такой ожог носит, как правило, тяжелый характер (III или IV степень).

Электрические знаки (электрические метки) представляют собой пятна серого или бледно-желтого цвета на поверхности кожи в месте контакта ее с токоведущими частями. В большинстве случаев они безболезненны. Со временем поврежденный слой кожи сходит.

Электрометаллизация кожи — это проникновение в верхние слои кожи мельчайших частиц металла при его расплавлении или испарении под действием электрической дуги. Поврежденный участок кожи становится жестким и шероховатым, имеет специфическую окраску, которая определяется цветом металла, проникшего в кожу. Электрометаллизация кожи не опасна. С течением времени поврежденный слой кожи сходит, и пораженный участок приобретает нормальный вид.

Механические повреждения возникают вследствие резких непроизвольных судорожных сокращений мышц под действием тока. В результате возможны разрывы кожных покровов, кровеносных сосудов, нервной ткани, а также вывихи суставов и переломы костей.

Электроофтальмия — это поражение глаз вследствие воздействия ультрафиолетового излучения электрической дуги.

Электрический удар — это возбуждение живых тканей организма проходящим через него электрическим током, сопровождающееся непроизвольным судорожным сокращением мышц. При электрическом ударе может наступить клиническая смерть, которая при отсутствии квалифицированной медицинской помощи через 7-8 мин переходит в смерть биологическую. Если при клинической смерти немедленно освободить пострадавшего от действия электрического тока и срочно начать оказывать необходимую помощь (искусственное дыхание, массаж сердца), то жизнь пострадавшего может быть сохранена.

Причинами смерти от воздействия электрического тока могут быть остановка сердца или его фибрилляция, прекращение дыхания и электрический шок — своеобразная нервно-рефлекторная реакция организма в ответ на сильное раздражение электрическим током, сопровождающаяся расстройством кровообращения, дыхания, обмена веществ и т.д. Шоковое состояние может продолжаться от нескольких десятков минут до суток. При длительном шоковом состоянии может наступить смерть.

Факторы, влияющие на степень поражения электрическим током.

Характер воздействия электрического тока на организм человека и тяжесть поражения зависят от силы тока, продолжительности его воздействия, рода и частоты, пути прохождения тока в теле. Определенное значение имеют индивидуальные свойства человека и некоторые другие факторы.

Сила тока, проходящего через тело человека, является основным фактором, обуславливающим исход поражения. Различные по величине токи оказывают различное действие на организм человека.

Различают ощутимые, неотпускающие и фибрилляционные токи.

Пороговые значения ощутимых токов составляют: 0,6-1,5 мА при переменном токе частотой 50 Гц и 5-7 мА при постоянном токе. Такой ток вызывает слабый зуд, пощипывание кожи под электродами, а переменный ток 8-10 мА уже вызывает сильные боли и судороги по всей руке, включая предплечье. Руку трудно, но в большинстве случаев еще можно оторвать от электрода.

Электрический ток, вызывающий при прохождении через человека непреодолимые судорожные сокращения мышц руки, в которой зажат проводник, называется неотпускающим током.

Переменный ток (50 Гц) силой 10-15 мА вызывает еле переносимые боли во всей руке. Во многих случаях руку невозможно оторвать от электрода. При переменном токе силой 20-25 мА руки парализуются мгновенно, оторваться от электродов становится невозможно, а ток 25-50 мА вызывает очень сильную боль в руках и груди. Дыхание крайне затруднено.

При силе переменного тока 50-80 мА дыхание парализуется через несколько секунд, нарушается работа сердца. При длительном протекании тока может наступить фибрилляция сердца. Электрический ток, вызывающий при прохождении через организм фибрилляцию сердца, называется фибрилляционным током. Переменный ток силой 100 мА через 2-3 с вызывает фибрилляцию сердца, а еще через несколько секунд — его паралич. Верхним пределом фибрилляционного тока является 5 А. Ток больше 5 А как переменный, так и постоянный вызывает немедленную остановку сердца, минуя состояние фибрилляции.

Напряжение в значительной степени определяет исход поражения, так как от него зависят сопротивление кожных покровов и сила тока, проходящего через организм человека.

Электрическое сопротивление тела человека определяется сопротивлением кожи в местах включения в электрическую цепь и сопротивлением внутренних органов. Причем сопротивление кожи составляет основную долю общего сопротивления. Наибольшим сопротивлением обладает верхний ороговевший слой кожи (эпидермис). Сопротивление тела человека изменяется в диапазоне 1-100 кОм и более.

При увлажнении, загрязнении и повреждении кожи (потовыделение, порезы, ссадины, царапины и т.д.), увеличении силы тока и времени его действия, а также увеличении площади контакта с токоведущими элементами сопротивление тела человека уменьшается до минимального значения

Продолжительность воздействия тока на организм человека во многих случаях является определяющим фактором, от которого зависит исход поражения: чем продолжительнее действие тока, тем больше вероятность тяжелого или смертельного исхода.

Род и частота тока также влияют на тяжесть поражения. Наиболее опасным является переменный ток частотой 20-100 Гц. При частоте менее 20 или более 100 Гц опасность поражения током заметно снижается.

Постоянный ток одинаковой величины с переменным вызывает более слабые сокращения мышц и менее ощутим. Его действие в основном тепловое, но при значительных величинах ожоги могут быть очень тяжелыми и даже смертельными. Ток частотой свыше 500 кГц не может остановить работу сердца или легких. Однако такой ток может вызвать ожоги.

Путь тока через тело человека существенно влияет на исход поражения. Опасность поражения особенно велика, если ток, проходя через жизненно важные органы — сердце, легкие, головной мозг, воздействует непосредственно на эти органы. Если ток не проходит через них, то его воздействие является только рефлекторным, и вероятность тяжелого поражения уменьшается.

Индивидуальные особенности человека значительно влияют на исход поражения электрическим током. Ток, вызывающий слабые ощущения у одного человека, может оказаться неотпускающим для другого. Характер воздействия тока одной и той же силы зависит от массы человека и его физического развития. Для женщин пороговые значения тока примерно в полтора раза ниже, чем для мужчин. Степень воздействия тока зависит от состояния организма. Так, в состоянии утомления и опьянения люди значительно более чувствительны к воздействию тока.

1. 2. Условия поражения человека электрическим током. Критерии электробезопасности.

Степень опасности поражения электрическим током зависит в значительной мере от того, каким оказалось включение человека в электрическую цепь. Прикосновение (включение) к токоведущим элементам в трехфазных сетях может быть однофазным и двухфазным.

Однофазное включение — это прикосновение к одной фазе электроустановки, находящейся под напряжением.

Двухфазное включение — это одновременное прикосновение к двум фазам электроустановки, находящейся под напряжением. При двухфазном включении человек находится под линейным напряжением.

Случаи двухфазного включения человека редки и являются, как правило, результатом нарушения правил техники безопасности. Однофазное включение происходит значительно чаще, но оно менее опасно, чем двухфазное.

Критерии электробезопасности.

Знание допустимых для человека значений тока и напряжения позволяет правильно оценить опасность поражения и определить требования к защитным мерам от поражения электрическим током.

ГОСТ 12.1.038-82 устанавливает предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов, протекающих через тело человека. Под напряжением прикосновения понимается напряжение между двумя точками цепи тока, которых одновременно касается человек. Нормы предназначены для проектирования способов и средств защиты от поражения электрическим током людей при их взаимодействии с электроустановками. Они соответствуют прохождению тока через тело человека по пути рука — рука или рука — ноги.

Стандарт предусматривает нормы для электроустановок при нормальном (неаварийном) режиме их работы, а также при аварийных режимах производственных и бытовых электроустановок.

3. Защита от воздействия электрического тока.

Для обеспечения электробезопасности необходимо точное соблюдение правил технической эксплуатации электроустановок и проведение мероприятий по защите от электротравматизма.

ГОСТ 12.1.038-82 устанавливает предельно допустимые напряжения и токи, протекающие через тело человека при нормальном (неаварийном) режиме работы электроустановок производственного и бытового назначения постоянного и переменного тока частотой 50 и 400 Гц. Для переменного тока 50 Гц допустимое значение напряжения прикосновения составляет 2 В, а силы тока — 0,3 мА, для тока частотой 400 Гц — соответственно 2 В и 0,4 мА; для постоянного тока — 8В и 1,0 мА (эти данные приведены для продолжительности воздействия не более 10 мин в сутки).

Мерами и способами обеспечения электробезопасности служат:

— применение безопасного напряжения;

— контроль изоляции электрических проводов;

— исключение случайного прикосновения к токоведущим частям;

— устройство защитного заземления и зануления;

— использование средств индивидуальной защиты;

— соблюдение организационных мер обеспечения электробезопасности.

Одним из аспектов защиты может быть применение безопасного напряжения — 12 и 36 В. Для его получения используют понижающие трансформаторы, которые включают в стандартную сеть с напряжением 220 или 380 В.

Для защиты от случайного прикосновения человека к токоведущим частям электроустановок используют ограждения в виде переносных щитов, стенок, экранов.

Защитное заземление — это преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом (металлоконструкция зданий и др.) металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением.

Зануление — преднамеренное электрическое соединение с нулевым защитным проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Нулевой защитный проводник — это проводник, соединяющий зануляемые части с глухозаземленной нейтральной точкой обмотки источника тока или его эквивалентом.

Защитное отключение — это система защиты, обеспечивающая безопасность путем быстрого автоматического отключения электроустановки при возникновении в ней опасности поражения током. Продолжительность срабатывания защитного отключения составляет 0,1– 0,2 с. Данный способ защиты используют как единственную защиту или в сочетании с защитным заземлением и занулением.

Применение малых напряжений. К малым относят напряжение до 42В, его применяют при работе с переносными электроинструментами, использовании переносных светильников.

Контроль изоляции. Изоляция проводов со временем теряет свои диэлектрические свойства. Поэтому необходимо периодически проводить контроль сопротивления изоляции проводов с целью обеспечения их электробезопасности.

Средства индивидуальной защиты — подразделяются на изолирующие, вспомогательные, ограждающие. Изолирующие защитные средства обеспечивают электрическую изоляцию от токоведущих частей и земли. Они подразделяются на основные и дополнительные. К основным изолирующим средствам в электроустановках до 1000 В относят диэлектрические перчатки, инструмент с изолированными ручками. К дополнительным средствам — диэлектрические галоши, коврики, диэлектрические подставки

Заключение.

Развитие техники изменяет условия труда человека, но не делает их безопаснее, напротив – в процессе эксплуатации новой техники зачастую проявляются неизвестные ранее опасные факторы.

Современное производство немыслимо без широкого применения электроэнергетики. Пожалуй, нет такой профессиональной деятельности, где бы не использовался электрический ток.

Негативные для здоровья человека последствия, выявляющиеся в ходе эксплуатации технологического оборудования, выдвинули в настоящее время обеспечение производственной безопасности на производстве в число острейших технических и социально-экономических проблем. Наиболее страшное последствие удара электрическим током – смерть. К счастью, она случается в этом случае довольно редко.

Для недопущения электропоражения и обеспечения электробезопасности на производстве применяют: изолирование проводов и других компонентов электрических цепей, приборов и машин; защитное заземление; зануление, аварийное отключение напряжения; индивидуальные средства защиты и некоторые другие меры.

К сожалению, повсеместное старение производственных фондов, ветшание помещений отрицательно сказывается и на качестве электропроводки.

Основным выводом можно считать, что опасность электрического тока в отличие от прочих опасных и вредных производственных факторов усугубляется тем, что органы чувств человека не обнаруживают на расстоянии грозящую опасность. Реакция человека на электрический ток возникает лишь при прохождении его через тело. Проходя через тело человека, обусловливает преобразование электрической энергии в другие виды и вызывает термическое, электролитическое и биологическое действия, приводящие к тяжелым последствиям, вплоть до летального исхода.

Список используемой литературы.

1. Бакка М.Т., Мельничук А.С., Сивко В.И. Охрана и безопасность жизнедеятельности человека: Конспект лекций. — М.: Ленок, 1995. — 165 с.

2. Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защиты и кабелей в сетях 0,4 кВ Л.:

Энергоатомиздат, 1988.

3. И. Вашко «Охрана труда. Ответы на экзаменационные вопросы» Тетралит (Минск), 2014 год, 208 стр.

4. Долин П.А. Справочник по технике безопасности — М.: Энергоатомиздат, 1985.— 824с.

5. Житецкий В.Ц., Джигирей В.С., Мельников О.В. Основы охраны труда. — Вид.2-е, стереотипное. — Львов: Афиша, 2000. — 347с.

6. Захарченко М.В., Орлов М.В., Голубев А.К. и др.. Безопасность жизнедеятельности в повседневных условиях производства, быта и в чрезвычайных ситуациях: Учеб. пособие. — М.: измы, 1996. — 196 с.

7. Хижняк М.И., Нагорная А.М. Здоровье человека и экология. — К.: Здоровье, 1995. — 232 с.

8. Коллектив авторов., «Библия электрика ПУЭ, МПОТ, ПТЭ»., Эксмо., 2012 год., 753 стр.,

9. Охрана труда в химической промышленности / Г.В. Макаров, А.Я. Васин, Л.К. Маринина и др. — М.: Химия, 1989. — 496 с.

10. Основы безопасности жизнедеятельности. Справочник школьника /В.П.

Ситников.— М.: Филол. об-во «Слово», 1997.— 448с.

Химия и ток

В современной жизни химические источники тока окружают нас повсюду: это батарейки в фонариках, аккумуляторы в мобильных телефонах, водородные топливные элементы, которые уже используются в некоторых автомобилях. Бурное развитие электрохимических технологий может привести к тому, что уже в ближайшее время вместо машин на бензиновых двигателях нас будут окружать только электромобили, телефоны перестанут быстро разряжаться, а в каждом доме будет свой собственный электрогенератор на топливных элементах. Повышению эффективности электрохимических накопителей и генераторов электроэнергии посвящена одна из совместных программ Уральского федерального университета с Институтом высокотемпературной электрохимии УрО РАН, в партнерстве с которыми мы публикуем эту статью.

На сегодняшний день существует множество разных типов батареек, среди которых все сложнее ориентироваться. Далеко не каждому очевидно, чем аккумулятор отличается от суперконденсатора и почему водородный топливный элемент можно использовать, не опасаясь нанести вред окружающей среде. В этой статье мы расскажем о том, как для получения электроэнергии используются химические реакции, в чем разница между основными типами современных химических источников тока и какие перспективы открываются перед электрохимической энергетикой.

Химия как источник электричества

Сначала разберемся, почему химическую энергию вообще можно использовать для получения электричества. Все дело в том, что при окислительно-восстановительных реакциях происходит перенос электронов между двумя разными ионами. Если две половины химической реакции разнести в пространстве, чтобы окисление и восстановление проходили отдельно друг от друга, то можно сделать так, чтобы электрон, который отрывается от одного иона, не сразу попадал на второй, а сначала прошел по заранее заданному для него пути. Такую реакцию можно использовать как источник электрического тока.

Впервые эта концепция была реализована еще в XVIII веке итальянским физиологом Луиджи Гальвани. Действие традиционного гальванического элемента основано на реакциях восстановления и окисления металлов с разной активностью. Например, классической ячейкой является гальванический элемент, в котором происходит окисление цинка и восстановление меди. Реакции восстановления и окисления проходят, соответственно, на катоде и аноде. А чтобы ионы меди и цинка не попадали на «чужую территорию», где они могут прореагировать друг с другом непосредственно, между анодом и катодом обычно помещают специальную мембрану. В результате между электродами возникает разность потенциалов. Если соединить электроды, например, с лампочкой, то в получившейся электрической цепи начинает течь ток и лампочка загорается.

Схема гальванического элемента

Wikimedia commons

Помимо материалов анода и катода, важной составляющей химического источника тока является электролит, внутри которого движутся ионы и на границе которого с электродами протекают все электрохимические реакции. При этом электролит не обязательно должен быть жидким — это может быть и полимерный, и керамический материал.

Основным недостатком гальванического элемента является ограниченное время его работы. Как только реакция пройдет до конца (то есть будет полностью израсходован весь постепенно растворяющийся анод), такой элемент просто перестанет работать.

Пальчиковые щелочные батарейки

Возможность перезарядки

Первым шагом к расширению возможностей химических источников тока стало создание аккумулятора — источника тока, который можно перезаряжать и поэтому использовать многократно. Для этого ученые просто предложили использовать обратимые химические реакции. Полностью разрядив аккумулятор в первый раз, с помощью внешнего источника тока прошедшую в нем реакцию можно запустить в обратном направлении. Это восстановит исходное состояние, так что после перезарядки батарею можно будет использовать заново.

Автомобильный свинцово-кислотный аккумулятор

На сегодня создано много различных типов аккумуляторов, которые отличаются типом происходящей в них химической реакции. Наиболее распространенными типами аккумуляторов являются свинцово-кислотные (или просто свинцовые) аккумуляторы, в основе которых лежит реакция окисления-восстановления свинца. Такие устройства обладают довольно длительным сроком службы, а их энергоемкость составляет до 60 ватт-часов на килограмм. Еще более популярными в последнее время являются литий-ионные аккумуляторы, основанные на реакции окисления-восстановления лития. Энергоемкость современных литий-ионных аккумуляторов сейчас превышает 250 ватт-часов на килограмм.

Литий-ионный аккумулятор для мобильного телефона

Основными проблемами литий-ионных аккумуляторов являются их небольшая эффективность при отрицательных температурах, быстрое старение и повышенная взрывоопасность. А из-за того, что металлический литий очень активно реагирует с водой с образованием газообразного водорода и при горении аккумулятора выделяется кислород, самовозгорание литий-ионного аккумулятора очень тяжело поддается традиционным способам пожаротушения. Для того чтобы повысить безопасность такого аккумулятора и ускорить время его зарядки, ученые предлагают модифицировать материал катода, воспрепятствовав образованию дендритных литиевых структур, а в электролит добавить вещества, которые блокируют образование взрывоопасных структур, и компоненты, подавляющие возгорание на ранних стадиях.

Твердый электролит

В качестве другого менее очевидного способа повышения эффективности и безопасности батарей, химики предложили не ограничиваться в химических источниках тока жидкими электролитами, а создать полностью твердотельный источник тока. В таких устройствах вообще нет жидких компонентов, а есть слоистая структура из твердого анода, твердого катода и твердого же электролита между ними. Электролит при этом одновременно выполняет и функцию мембраны. Носителями заряда в твердом электролите могут быть различные ионы — в зависимости от его состава и тех реакций, которые проходят на аноде и катоде. Но всегда ими являются достаточно маленькие ионы, которые могут относительно свободно перемещаться по кристаллу, например протоны H⁺, ионы лития Li⁺ или ионы кислорода O^2-.

Водородные топливные элементы

Возможность перезарядки и специальные меры безопасности делают аккумуляторы значительно более перспективными источниками тока, чем обычные батарейки, но все равно каждый аккумулятор содержит внутри себя ограниченное количество реагентов, а значит, и ограниченный запас энергии, и каждый раз аккумулятор необходимо заново заряжать для возобновления его работоспособности.

Чтобы сделать батарейку «бесконечной», в качестве источника энергии можно использовать не те вещества, которые находятся внутри ячейки, а специально прокачиваемое через нее топливо. Лучше всего в качестве такого топлива подойдет вещество, максимально простое по составу, экологически чистое и имеющееся в достатке на Земле.

Наиболее подходящее вещество такого типа — газообразный водород. Его окисление кислородом воздуха с образованием воды (по реакции 2H₂ + O₂ → 2H₂O) является простой окислительно-восстановительной реакцией, а транспорт электронов между ионами тоже можно использовать в качестве источника тока. Протекающая при этом реакция является своего рода обратной реакцией к реакции электролиза воды (при котором под действием электрического тока вода разлагается на кислород и водород), и впервые такая схема была предложена еще в середине XIX века.

Но несмотря на то, что схема выглядит довольно простой, создать основанное на этом принципе эффективно работающее устройство — совсем не тривиальная задача. Для этого надо развести в пространстве потоки кислорода и водорода, обеспечить транспорт нужных ионов через электролит и снизить возможные потери энергии на всех этапах работы.

Принципиальная схема работы водородного топливного элемента

econet.ru

Схема работающего водородного топливного элемента очень похожа на схему химического источника тока, но содержит в себе дополнительные каналы для подачи топлива и окислителя и отвода продуктов реакции и избытка поданных газов. Электродами в таком элементе являются пористые проводящие катализаторы. К аноду подается газообразное топливо (водород), а к катоду — окислитель (кислород из воздуха), и на границе каждого из электродов с электролитом проходит своя полуреакция (окисление водорода и восстановление кислорода соответственно). При этом, в зависимости от типа топливного элемента и типа электролита, само образование воды может протекать или в анодном, или в катодном пространстве.

Водородный топливный элемент Toyota

Joseph Brent / flickr

Если электролит является протонпроводящей полимерной или керамической мембраной, раствором кислоты или щелочи, то носителем заряда в электролите являются ионы водорода. В таком случае на аноде молекулярный водород окисляется до ионов водорода, которые проходят через электролит и там реагируют с кислородом. Если же носителем заряда является ион кислорода O^2–, как в случае твердооксидного электролита, то на катоде происходит восстановление кислорода до иона, этот ион проходит через электролит и окисляет на аноде водород с образованием воды и свободных электронов.

Кроме реакции окисления водорода для топливных элементов предложено использовать и другие типы реакций. Например, вместо водорода восстановительным топливом может быть метанол, который кислородом окисляется до углекислого газа и воды.

Эффективность топливных элементов

Несмотря на все преимущества водородных топливных элементов (такие как экологичность, практически неограниченный КПД, компактность размеров и высокая энергоемкость), они обладают и рядом недостатков. К ним относятся, в первую очередь, постепенное старение компонентов и сложности при хранении водорода. Именно над тем, как устранить эти недостатки, и работают сегодня ученые.

Повысить эффективность топливных элементов в настоящее время предлагается за счет изменения состава электролита, свойств электрода-катализатора, и геометрии системы (которая обеспечивает подачу топливных газов в нужную точку и снижает побочные эффекты). Для решения проблемы хранения газообразного водорода используют материалы, содержащие платину, для насыщения которых предлагают использовать, например, графеновые мембраны.

В результате удается добиться повышения стабильности работы топливного элемента и времени жизни его отдельных компонентов. Сейчас коэффициент преобразования химической энергии в электрическую в таких элементах достигает 80 процентов, а при определенных условиях может быть и еще выше.

Огромные перспективы водородной энергетики связывают с возможностью объединения топливных элементов в целые батареи, превращая их в электрогенераторы с большой мощностью. Уже сейчас электрогенераторы, работающие на водородных топливных элементах, имеют мощность до нескольких сотен киловатт и используются как источники питания транспортных средств.

Альтернативные электрохимические накопители

Помимо классических электрохимических источников тока, в качестве накопителей электроэнергии используют и более необычные системы. Одной из таких систем является суперконденсатор (или ионистор) — устройство, в котором разделение и накопление заряда происходит за счет образования двойного слоя вблизи заряженной поверхности. На границе электрод-электролит в таком устройстве в два слоя выстраиваются ионы разных знаков, так называемый «двойной электрический слой», образуя своеобразный очень тонкий конденсатор. Емкость такого конденсатора, то есть количество накопленного заряда, будет определяться удельной площадью поверхности электродного материала, поэтому в качестве материала для суперконденсаторов выгодно брать пористые материалы с максимальной удельной площадью поверхности.

Ионисторы являются рекордсменами среди зарядно-разрядных химических источников тока по скорости заряда, что является несомненным преимуществом данного типа устройств. К сожалению, они также являются рекордсменами и по скорости разряда. Энергоплотность ионисторов в восемь раз меньше по сравнению со свинцовыми аккумуляторами и в 25 раз меньше по сравнению с литий-ионными. Классические «двойнослойные» ионисторы не используют электрохимическую реакцию в своей основе, и к ним наиболее точно применим термин «конденсатор». Однако в тех вариантах исполнения ионисторов, в основе которых используется электрохимическая реакция и накопление заряда распространяется в глубину электрода, удается достичь более высоких времен разрядки при сохранении быстрой скорости заряда. Усилия разработчиков суперконденсаторов направлены на создание гибридных с аккумуляторами устройств, сочетающих в себе плюсы суперконденсаторов, в первую очередь высокую скорость заряда, и достоинства аккумуляторов — высокую энергоемкость и длительное время разряда. Представьте себе в ближайшем будущем аккумулятор-ионистор, который будет заряжаться за пару минут и обеспечивать работу ноутбука или смартфона в течение суток или более!

Несмотря на то, что сейчас плотность энергии суперконденсаторов пока в несколько раз меньше плотности энергии аккумуляторов, их используют в бытовой электронике и для двигателей различных транспортных средств, в том числе и в самых современных разработках.

* * *

Таким образом, на сегодня существует большое количество электрохимических устройств, каждое из которых перспективно для своих конкретных приложений. Для повышения эффективности работы этих устройств ученым необходимо решить ряд задач как фундаментального, так и технологического характера. Большинством этих задач в рамках одного из прорывных проектов занимаются в Уральском федеральном университете, поэтому о ближайших планах и перспективах по разработке современных топливных элементов мы попросили рассказать директора Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН, профессора кафедры технологии электрохимических производств химико-технологического института Уральского федерального университета Максима Ананьева.

N + 1: Ожидается ли в ближайшем будущем какая-то альтернатива наиболее популярным сейчас литий-ионным аккумуляторам?

Максим Ананьев: Современные усилия разработчиков аккумуляторов направлены на замену типа носителя заряда в электролите с лития на натрий, калий, алюминий. В результате замены лития можно будет снизить стоимость аккумулятора, правда при этом пропорционально возрастут массо-габаритные характеристики. Иными словами, при одинаковых электрических характеристиках натрий-ионный аккумулятор будет больше и тяжелее по сравнению с литий-ионным.

Кроме того, одним из перспективных развивающихся направлений совершенствования аккумуляторов является создание гибридных химических источников энергии, основанных на совмещении металл-ионных аккумуляторов с воздушным электродом, как в топливных элементах. В целом, направление создания гибридных систем, как уже было показано на примере суперконденсаторов, по-видимому, в ближайшей перспективе позволит увидеть на рынке химические источники энергии, обладающие высокими потребительскими характеристиками.

Уральский федеральный университет совместно с академическими и индустриальными партнерами России и мира сегодня реализует шесть мегапроектов, которые сфокусированы на прорывных направлениях научных исследований. Один из таких проектов — «Перспективные технологии электрохимической энергетики от химического дизайна новых материалов к электрохимическим устройствам нового поколения для сохранения и преобразования энергии».

Группа ученых стратегической академической единицы (САЕ) Школа естественных наук и математики УрФУ, в которую входит Максим Ананьев, занимается проектированием и разработкой новых материалов и технологий, среди которых — топливные элементы, электролитические ячейки, металлграфеновые аккумуляторы, электрохимические системы аккумулирования электроэнергии и суперконденсаторы.

Исследования и научная работа ведутся в постоянном взаимодействии с Институтом высокотемпературной электрохимии УрО РАН и при поддержке партнеров.

Какие топливные элементы разрабатываются сейчас и имеют наибольший потенциал?

Одними из наиболее перспективных типов топливных элементов являются протонно-керамические элементы. Они обладают преимуществами перед полимерными топливными элементами с протонно-обменной мембраной и твердооксидными элементами, так как могут работать при прямой подаче углеводородного топлива. Это существенно упрощает конструкцию энергоустановки на основе протонно-керамических топливных элементов и систему управления, а следовательно, увеличивает надежность работы. Правда, такой тип топливных элементов на данный момент является исторически менее проработанным, но современные научные исследования позволяют надеяться на высокий потенциал данной технологии в будущем.

Какими проблемами, связанными с топливными элементами, занимаются сейчас в Уральском федеральном университете?

Сейчас ученые УрФУ совместно с Институтом высокотемпературной электрохимии (ИВТЭ) Уральского отделения Российской академии наук работают над созданием высокоэффективных электрохимических устройств и автономных генераторов электроэнергии для применений в распределенной энергетике. Создание энергоустановок для распределенной энергетики изначально подразумевает разработку гибридных систем на основе генератора электроэнергии и накопителя, в качестве которых выступают аккумуляторы. При этом топливный элемент работает постоянно, обеспечивая нагрузку в пиковые часы, а в холостом режиме заряжает аккумулятор, который может сам выступать резервом как в случае высокого энергопотребления, так и в случае внештатных ситуаций.

Наибольших успехов химики УрФУ и ИВТЭ достигли в области разработки твердо-оксидных и протонно-керамических топливных элементов. Начиная с 2016 года на Урале вместе с ГК «Росатом» создается первое в России производство энергоустановок на основе твердо-оксидных топливных элементов. Разработка уральских ученых уже прошла «натурные» испытания на станции катодной защиты газотрубопроводов на экспериментальной площадке ООО «Уралтрансгаз». Энергоустановка с номинальной мощностью 1,5 киловатта отработала более 10 тысяч часов и показала высокий потенциал применения таких устройств.

В рамках совместной лаборатории УрФУ и ИВТЭ ведутся разработки электрохимических устройств на основе протонпроводящей керамической мембраны. Это позволит в ближайшем будущем снизить рабочие температуры для твердо-оксидных топливных элементов с 900 до 500 градусов Цельсия и отказаться от предварительного риформинга углеводородного топлива, создав, таким образом, экономически эффективные электрохимические генераторы, способные работать в условиях развитой в России инфраструктуры газоснабжения.

Александр Дубов

Электрический ток, сила и плотность тока

                Электрическим током называется направленное перемещение электрических зарядов. Различают :

а) ток проводимости — это упорядоченное перемещение микроскопических зарядов внутри неподвижного макроскопического тела (твердого, жидкого или газообразного). Такими зарядами в металлах являются свободные электроны, в жидких проводниках (электролитах) — положительные и отрицательные  ионы, а также электроны;

б) ток в вакууме — это направленное движение заряженных частиц (электронов или ионов) в вакууме независимо от макроскопических тел;

                в) конвекционный ток — это направленное перемещение заряженного макроскопического тела.

                Таким образом, для существования электрического тока необходимо наличие заряженных частиц, называемых носителями тока, и движущей силы. В первых двух случаях движущей силой является электрическое поле, энергия которого затрачивается на перемещение зарядов. Устройство, создающее электрическое поле для направленного движения зарядов и пополняющее его энергию, называется источником электродвижущей силы (э.д.с.) или источником тока.

                Величина I, определяемая количеством заряда, проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени, называется силой тока  . Если за любые равные промежутки времени через поперечное сечение проходит одинаковый заряд, ток называется постоянным и определяется как .   Сила тока I — скалярная физическая величина. Электрический ток может быть обусловлен движением как положительных, так и отрицательных носителей. За направление электрического тока условились принимать направление движения положительных зарядов. Если в действительности движутся отрицательные заряды (например, электроны проводимости в проводнике), то направление электрического тока считается противоположным направлению их движения.

Единица силы тока — ампер (А). Это сила постоянного тока, при которой через любое поперечное сечение проводника за одну секунду проходит заряд в один кулон, .

                Для характеристики распределения электрического тока по сечению проводника вводится вектор плотности тока . Вектор плотности тока  численно равен заряду, переносимому в единицу времени через единичную площадку, расположенную нормально к направлению движения зарядов . Если ток постоянный, . Вектор плотности тока направлен вдоль скорости движения положительных зарядов.

Внимание!

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

                Пусть  — средняя скорость упорядоченного движения носителей зарядов в проводнике, n0 — их концентрация, е — заряд носителя тока. Тогда за время dt через поперечное сечение S проводника переносится заряд  . Сила тока , плотность тока . В векторном виде получаем . Единицей измерения плотности тока в системе СИ является А/м2.

                Воздействие постоянного электрического тока на вещество лежит в основе многих электрофизических методов — электродиализа, электрофореза, электрофлотации и др.

                Электродиализ — это быстрый и эффективный метод диализа: метод отделения  веществ, находящихся в коллоидном состоянии, от истинно растворенных веществ с помощью пористой мембраны. Электродиализ широко применяется при очистке сахара, различных медицинских коллоидных препаратов, при приготовлении клея и желатина, для очистки сточных вод. Методом электродиализа осуществляется дубление кожи.

                Электрофлотация позволяет разделить жидкие неоднородные системы. Сущность метода заключается в разложении постоянным электрическим током воды на водород и кислород в виде очень мелких пузырьков, которые осаждаются на поверхности твердой фазы (т.е. различных частиц) и увлекают ее вверх. Применение этого метода дает высокий производственный эффект при очистке фруктовых соков, вина и других продуктов. При электрофлотации сточных вод на мясокомбинате удается извлечь и удалить из них 90-95% жира.

Поможем написать любую работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Узнать стоимость

Правила электробезопасности в быту

Регулярно пользуясь электроприборами, потребители часто забывают об опасности электрического тока. Электрический ток напряжением в 127 или 220 В может вызвать ожог, шок и даже остановку сердца.

 Запомните простые правила электробезопасности в быту!

• Никогда не дотрагивайтесь до оголенных проводов и включенных в сеть приборов с поврежденной изоляцией.
• Вынимать вилку из розетки следует, удерживая ее за корпус. Ни в коем случае не тяните ее за шнур При работе с электроприборами не касайтесь заземленных предметов — батарей, труб центрального отопления, металлических раковин, ванн, плит. Мокрый пол увеличивает вероятность поражения током.
• Не пользуйтесь поврежденными электроприборами, розетками, выключателями, удлинителями и т. д.
• Электропроводка не должна касаться батарей и труб коммуникаций (водопроводных, газовых, отопительных, канализационных), а также предметов, которые могут проводить электрический ток
• Перед тем как заменить перегоревшую лампочку, обязательно проверьте, выключен ли свет.
• Не подвешивайте люстры, бра, фонари и другие осветительные приборы прямо на проводах под напряжением: от натяжения под весом приборов нарушается изоляция. Все светильники должны крепиться на специальных приспособлениях.
• Электроприборы, которые снабжены выключателем, лучше не оставлять под напряжением. Вынимайте вилку из розетки.
• Не оставляйте электронагревательные приборы включенными в сеть без присмотра на длительное время. Если вы уходите, обязательно отключите их.
• Регулярно проверяйте провода переносных электрических приборов: ламп, удлинителей, утюгов и т.д. на наличие оголенных участков.
• Чаще всего изоляция начинает разрушаться на сгибах.
• Помните, что вода прекрасно проводит электричество!
• Перед тем как гладить влажное белье или сбрызгивать его водой, убедитесь, что провод утюга целый;
• Нельзя протирать влажной тряпкой включенные в сеть лампочки и электроприборы;
• Электроприборы в условиях повышенной влажности — фен или электробритва в ванной, компрессоры, лампы и обогреватели в аквариумах — это источники повышенной опасности;
• В помещениях, где всегда влажно (чаще всего в ванной или на кухне), часто нарушается электроизоляция. Применяйте в них только провода с улучшенной изоляцией, старайтесь устанавливать влагозащищенные розетки или розетки с устройством защитного отключения
• Не крепите электропровода гвоздями и не пропускайте их между створками дверей: это неизбежно вызовет повреждение изоляции!
• При монтаже временной электропроводки соблюдайте те же правила техники безопасности, что и для стационарной проводки. Не делайте ее из старых проводов (в том числе радио­ и телефонных), а также некачественных подручных материалов из «старых запасов».
• Будьте осторожны во время ремонта: перед тем как клеить обои и красить стены, на которых находятся розетки и выключатели, выкрутите пробки. Запрещено белить или окрашивать электропроводку.
• Не вешайте на провода и выключатели посторонние предметы: одежду, полотенца и т. д.
• При перегорании пробок установите новые предохранители, обычные или сменные. Задача, которую выполняют пробки — прервать подачу тока при перегрузке в сети или коротком замыкании. Не устанавливайте «жучки»: толстая проволока, из которой они изготовлены, выдержит перегрузки, и тогда гореть начнет проводка.
• Если провода загорелись, не обрывайте их руками. Отключите электрический ток, вывернув пробки или отключив автоматический выключатель, а после погасите огонь, прекратив поступление воздуха к нему: засыпав землей, песком, сбив пламя или накрыв сухой тряпкой. Ни в коем случае не тушите водой горящую электропроводку!
• Объясняйте детям, какую опасность таит в себе электрический ток. Не разрешайте им трогать розетки и прикасаться к работающим электроприборам.

Категорически запрещается:

• Приближаться к оборванным проводам, которые свисают с опоры линии электропередачи или лежат на земле, на расстояние менее 8­10 метров. В этом случае поражение электрическим током происходит без прикосновения к проводу: нужно уйти на безопасное расстояние мелкими шагами, не отрывая ступней ног друг от друга и от земли.
• Вблизи и под проводами ЛЭП — играть в любые игры, в том числе и с мячом, запускать воздушных змеев, модели летательных аппаратов, набрасывать на провода какие­-либо предметы, ловить рыбу удочками и спиннингами, разводить костры под проводами ЛЭП и рядом с трансформаторными подстанциями.
• Проникать через ограждения и открывать двери любых трансформаторных подстанций, распределительных шкафов на стенах многоэтажных домов и общественных зданий, прикасаться к оборудованию, залезать на опоры ЛЭП и крыши подстанций, разбивать изоляторы, открывать электрические щитки на лестничных площадках жилых домов и залезать в них.
• Залезать на деревья, растущие под проводами, прикасаться к таким деревьям — особенно в дождливую погоду.
• Дотрагиваться мокрыми руками до включенных осветительных приборов, пытаться ремонтировать бытовые приборы, которые включены в сеть.

различных типов источников электричества

Как и большинство американцев, вы ежедневно полагаетесь на электричество, но, вероятно, не задумываетесь о том, откуда оно берется или как оно волшебным образом появляется в вашем доме для питания различных электронных устройств. Однако стоит посмотреть, поскольку между текущими глобальными экологическими проблемами и меняющимся геополитическим климатом вы не хотите оказаться «в темноте».

Двигаясь по течению: как электричество поддерживает мир

Проще говоря, электричество включает в себя поток электронов, который определяется током.Существует два основных вида тока: постоянный или постоянный ток — «поток» энергии, который вы получаете от батареи; и переменный ток, или переменный ток (например, от вашей розетки), который меняет направление электронов на противоположное, позволяя току включаться и выключаться. Но этот ток должен быть получен или создан. К счастью, существует множество различных способов, начиная от простейшего статического электрического заряда, создаваемого простым трением материалов друг о друга, до бесконечно сложного процесса использования ядерной энергии в качестве источника энергии.

Бесконечный потенциал: общие варианты источников энергии

Практически все виды источников энергии связаны с использованием турбин. В случае энергии, вырабатываемой ископаемым топливом, это включает сжигание для производства пара и газов для вращения валов турбин, которые при подключении к генератору преобразуют эту механическую энергию в электрический ток. Однако в вариантах с возобновляемыми источниками энергии сам источник обычно питает движение турбины.

• Природный газ
  Сжигание природного газа само по себе или как часть системы топки / котла приводит в движение турбины для выработки энергии.
• Уголь
  На большинстве электростанций для выработки электроэнергии используются паровые турбины, работающие на угле, хотя некоторые из них преобразуют уголь в газ, прежде чем использовать его в турбинах.
• Нефть
  Нефть также можно сжигать для получения продуктов сгорания или пара для питания турбин.
• Атомная энергетика
  В ядерной энергетике при делении ядер образуется пар, необходимый для вращения турбин и выработки электроэнергии.
• Гидроэнергетика
  Гидроэнергия от плотин и других установок приводит в действие турбины через проточную воду.
• Ветер
  Подобно гигантским вертушкам, турбины улавливают энергию ветра для преобразования в электричество.
• Биомасса
  Полученные из отходов растений и животных материалы сжигаются напрямую и используются в качестве другого топлива для питания турбин или генераторов внутреннего сгорания.
• Солнечная энергия
  Солнечная энергия улавливается фотоэлектрическими солнечными элементами, нагревательными жидкостями для производства пара и приводных турбин.
• Геотермальная энергия
  Тепло изнутри земли используется для нагрева воды в пар для питания турбин.

Сравнение источников энергии: какой самый большой источник энергии в Америке?

По данным Управления энергетической информации США, большая часть электроэнергии в США вырабатывается за счет использования ископаемого топлива.

Взгляд в будущее

Институт энергетических исследований (IER) указывает на то, что ископаемое топливо станет основным источником энергии в Соединенных Штатах до 2040 года, обеспечивая 80 процентов потребностей Америки в энергии.Однако в исследовании, проведенном Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL) Министерства энергетики США, было отмечено, что США может вырабатывать большую часть своей энергии из возобновляемых источников к 2050 году. технологии (ветровая, солнечная, геотермальная, гидроэнергетика и биоэнергетика) — при условии, что страна предпримет шаги, необходимые для достижения этой цели.

Делаете ли вы все, что в ваших силах, чтобы обеспечить эффективное использование электроэнергии в вашем доме или на работе, чтобы защитить себя от быстрого истощения ограниченных ресурсов ископаемого топлива Америки? Спасите планету (и свой бюджет).Запланируйте энергетический аудит вашего дома или коммерческого предприятия вместе с Mr. Electric сегодня.

Хотите больше информации? Посетите GetNeighborly.com. Mr. Electric является частью сообщества производителей бытовых услуг, которые могут помочь вам в решении любых задач, от ремонта сантехники до покраски, от ремонта бытовой техники до уборки дома. Например, еще одна отличная идея энергосбережения — это аудит технического обслуживания бытовой техники. Обратитесь к Mr. Appliance, чтобы назначить проверку любой бытовой техники, такой как стиральные машины, сушилки для одежды, духовки и многое другое.Вы можете помочь снизить счет за электроэнергию и, возможно, продлить жизнь одного из ценных членов вашей команды!

Этот блог предоставляется компанией Mr. Electric только в образовательных целях, чтобы дать читателю общую информацию и общее понимание по конкретной теме, указанной выше. Блог не должен использоваться вместо работы лицензированного специалиста-электрика в вашем штате или регионе. Перед выполнением любого домашнего проекта сверьтесь с законами города и штата.

Введение в текущее электричество — Учебные материалы для IIT JEE

Введение

Мы знаем, что атомы состоят из протонов, электронов и нейтронов.Протоны и нейтроны расположены в центре атома, который называется Ядром . Электроны движутся вокруг ядра. Эти электроны обладают некоторой энергией. Нейтроны не имеют заряда, а протоны заряжены положительно. Электроны заряжены отрицательно. Электроны вращаются вокруг ядра, поскольку противоположные заряды (протоны и электроны) притягиваются друг к другу. Электроны перемещаются от одного атома к другому. Таким образом, электричество производится, когда протоны и электроны взаимодействуют друг с другом. В основном это поток электронов.Электричество бывает двух видов — Статическое электричество и Текущее электричество .

Атомы в проводнике состоят из свободных электронов, которые плавно перемещаются между атомами. Движение этих электронов в атомах нерегулярное и ненаправленное. Это означает, что в каком-либо конкретном направлении нет потока. Когда мы прикладываем напряжение к проводнику, эти свободные электроны движутся в том же направлении и, таким образом, создают ток. Итак, ток — это поток электронов, заряженных частиц через проводящую среду.

Поток электронов

История

Фалес Милетский ввел понятие электроэнергии в природе. Он был греческим философом, который открыл понятие статического электричества, натерев янтарь кусочком меха. Янтарь — это окаменевшая древесина. Если натереть этот янтарь мехом или тканью, он притянет к себе мелкие частицы пыли и другие предметы. Эта способность притягивать другие предметы вызвана эффектом статического электричества.Слово «электричество» произошло от слова «электрон», что означает янтарь. Он был представлен Уильямом Гилбертом . Он также открыл науку о магнетизме. Он утверждал, что электричество и магнетизм совершенно разные, и это привело к появлению электромагнетизма.

Позже Бенджамин Франклин заявил, что электрический заряд бывает двух форм: положительный и отрицательный. Он выяснил, что молния была электрической, проводя эксперимент с воздушным змеем. Он привязал змей к шелковой веревке и привязал ключ к другой стороне.Затем он вставил провод в лейденскую банку для сбора электрического заряда. Во время грозы Франклин запустил воздушный змей, и когда гроза прошла через воздушного змея, отрицательные заряды были собраны, и он заполнил банку. Он был изолирован, удерживая сухую шелковую ленту. Эксперимент доказал, что молния — это статическое электричество.

Воздушный эксперимент

Электрический ток не был полностью изучен до того, как были разработаны батареи. Алессандро Вольта изобрел электрическую батарею.Впервые она была названа гальванической грудой. За его вклад в науку единица электрического потенциала получила название Вольт . Майкл Фарадей , еще один великий ученый сделал важные открытия в области электричества. Одно из его лучших открытий — электромагнитная индукция. Он обнаружил, что переменные магнитные поля производят электричество в электрической цепи. Он упомянул, что кинетическая энергия может быть преобразована в электрическую с помощью электромагнитной индукции. Это принцип, лежащий в основе электрического трансформатора и генератора.Он также разработал электродвигатель.

Томас Альва Эдисон , который изобрел электрическую лампочку, также был великим ученым, и это изобретение стало важной вехой в области электричества. Система генерации постоянного тока (dc) была изобретена Эдисоном. Никола Тесла изобрел систему переменного тока и, таким образом, он разработал двигатель переменного тока. Сейчас повсеместно используется система переменного тока.

Статическое и текущее электричество

Существует два типа электричества: статическое электричество и текущее электричество.

Статическое электричество

Рассмотрим два объекта, и когда эти два объекта трутся друг о друга, один материал отдает электроны, а другой собирает эти электроны. Тот, который покидает электроны, становится более положительно заряженным, а другой, который принимает электроны, становится более отрицательно заряженным. Это накопление большего заряда называется Статическое электричество . Статическое электричество имеет высокое напряжение и низкий ток.

Молния — еще один пример статического электричества.Это происходит из-за притяжения противоположных зарядов, которое создается трением между воздухом, каплями воды и частицами льда. Статическое электричество используется в аппаратах Xerox, лазерных принтерах, хрустальных микрофонах и т. Д. Однако разряд статического электричества может представлять серьезную опасность в отраслях, связанных с горючими веществами. При прикосновении к предмету с высоким электрическим зарядом может возникнуть поражение электрическим током.

Молнии

Текущее электричество

Электрический ток — это поток заряженных частиц.Поток зарядов будет постоянным в текущей электроэнергии. Для протекания тока нам нужна цепь. Электроны в токе текут с отрицательного на положительный. Электроны текут в направлении, противоположном направлению электрического тока. Электрический ток течет от более высокого электрического потенциала к более низкому электрическому потенциалу. Электрический ток делится на два — постоянного тока (постоянный ток) и переменного тока (переменного тока). В режиме постоянного тока электрический заряд течет в одном направлении.В переменном токе направление электрического заряда меняется спорадически. Постоянный ток получается от элемента или батареи. Переменный ток получается от генератора переменного тока и сети.

Для протекания тока требуется замкнутый контур из проводящего материала. Он состоит из проводов, которые соединены встык, и электроны движутся в одном направлении.

Контур

Схема имеет жилы (провод), переключатель, нагрузку и источник питания.Схема запускается и останавливается в одной и той же точке. Обычно в качестве жил без изоляции используются медные провода. Именно через проводник течет ток. Переключатель используется для размыкания или замыкания цепи. Когда переключатель замкнут, ток течет по цепи, а когда переключатель разомкнут, он размыкает цепь, и ток через нее не течет. Нагрузка, также известная как Резистор , использует электрическую энергию и преобразует ее в другую форму энергии. Это может быть лампочка или что-нибудь еще.Если в цепи нет нагрузки, произойдет короткое замыкание. Клетка может быть источником энергии. Если мы поместим более одной ячейки, она станет батареей.

В основном есть два типа цепей: последовательные и параллельные. В последовательной цепи электроны движутся только по одному пути. В параллельном контуре электроны проходят через множество его ветвей. И последовательная, и параллельная цепи состоят из более чем одной нагрузки.

Параметры в цепи

Электрический ток измеряется в амперах (амперах) амперметром, который подключается последовательно с другими компонентами в цепи.Ток, I = Q / t, где Q — заряд в кулонах, а t — время в секундах. Андре Мари Ампер обнаружил, что два параллельных провода притягиваются друг к другу, когда электрический ток течет в одном направлении. Также два параллельных провода отталкиваются друг от друга, когда электрический ток течет в противоположных направлениях. В результате его открытий в этой области единица измерения тока была получена от его имени, которое называется « amp ». Один ампер равен одному кулону заряда в секунду времени.

Напряжение определяется как разность электрических потенциалов между двумя точками в цепи.Единица измерения напряжения — вольт. Устройство происходит от названия Alessandro Volta . Элементы или батареи обеспечивают необходимое напряжение или разность потенциалов.

Сопротивление препятствует прохождению тока. Это мера способности объекта удерживать поток электронов. Сопротивление будет низким в проводнике и высоким в изоляторе. Измеряется в омах. Единица ома названа в честь ученого Георга Симона Ома, сформулировавшего закон Ома.Резисторы используются для управления прохождением электрического тока в цепи. Он преобразует электрическую энергию в тепло и свет.

Закон Ома

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

Закон гласит, что V = I R, где напряжение V выражено в вольтах, ток I — в амперах, а сопротивление R — в омах.

Таким образом, I = V / R и R = V / I.

Для большей наглядности электричество можно отнести к воде.Таким образом, напряжение в цепи, единицей измерения которой являются вольты, идентично давлению воды, текущей в трубе. Ток в цепи, где единица измерения равен амперам, эквивалентен воде, протекающей по трубе. Сопротивление в контуре, измеряемое в омах, совпадает с сопротивлением трения и размером трубы, которая ограничивает поток воды.

Сводка

• Электричество производится за счет потока электронов внутри атома материи.

• Электричество делится на две категории: Статическое электричество и Текущее электричество.

• Слово электричество происходит от слова «электрон», что означает янтарь.

• Уильям Гилберт представил концепцию электромагнетизма.

• Бенджамин Франклин провел эксперимент с воздушным змеем и обнаружил, что молния имеет электрический заряд, а это статический заряд.

• Главное открытие Майкла Фарадея — электромагнитная индукция.

• Электрическая лампочка, изобретенная Томасом Альвой Эдисоном, внесла большой вклад в развитие электричества.

• Никола Тесла изобрел систему переменного тока, а Томас Эдисон изобрел систему постоянного тока (dc).

• Статическое электричество — это накопление большего заряда при трении предметов друг о друга.

• Электрический ток — это поток заряженных частиц в цепи.

• Цепь состоит из проводника, нагрузки, переключателя и источника питания.

• Ток, I = Q / t, где Q — заряд в кулонах, а t — время в секундах.

• Напряжение — это разность электрических потенциалов между двумя точками в цепи.Вольт — это единица измерения напряжения.

• Сопротивление — это способность управлять потоком электронов в цепи, а единицей измерения сопротивления является ом.

• Закон Ома гласит, что V = I R. Таким образом, I = V / R и R = V / I.
  

Другие показания

Внедрение Current Electricit

Электрический потенциал и разность потенциалов

Поток электрических зарядов известен как электричество, и он отвечает за производство электрического тока.В эту быстрорастущую эру электричество стало действительно важным для людей. От вентилятора в маленькой комнате до тяжелых машин на больших заводах, все работает на электричестве. Важное слово, связанное с электричеством, — это Электрический потенциал . Разница потенциалов необходима для создания потока электронов и, следовательно, производства электричества. Давайте узнаем об электрическом потенциале и о том, как создается разность потенциалов.

Электрический потенциал

Это работа, совершаемая на единицу заряда, чтобы перенести этот заряд из бесконечности в точку в электростатическом поле против силы поля.Электрический потенциал также называют напряжением. Единицей измерения электрического потенциала или разницы электрических потенциалов в системе СИ является напряжение или вольт. Электрический потенциал — это скалярная величина.

Вниманию читателя! Все, кто говорит, что программирование не для детей, просто еще не встретили подходящих наставников. Присоединяйтесь к демонстрационному классу для первого шага к курсу кодирования, специально разработан для учащихся 8-12 классов.

Студенты узнают больше о мире программирования в этих бесплатных классах , которые определенно помогут сделать правильный выбор карьеры в будущем.

На приведенном выше рисунке + Q — это заряд, создающий электрическое поле, задача состоит в том, чтобы перенести единичный заряд (+ q) из бесконечности (где угодно вне электрического поля) в точку внутри электрического поля против поле. Поскольку электростатическая сила, создаваемая электрическим полем, будет противодействовать единичному заряду, единичному заряду требуется совершить некоторую работу, чтобы переместиться либо из бесконечности в какое-то место в поле, либо из одной точки в другую в поле.

• Если выполняется работа по перемещению заряда из бесконечности в точку X, это будет называться электрическим потенциалом в точке X (V _x ).
• Если выполняется работа по перемещению заряда из бесконечности в точку Y, это будет называться электрическим потенциалом в точке Y (V _y ).
• Если выполняется работа по перемещению заряда из X в Y, это будет называться разностью потенциалов между x и y (V _xy ).

Формула для электрического потенциала:

Электрический потенциал / напряжение = выполненная работа / заряд единицы

Единица СИ для электрического потенциала:

В = Вт / q = Джоули / кулон

Следовательно, единицей СИ для электрического потенциала является вольт или напряжение.

1 Вольт = 1 Джоуль / 1 кулон

1 Вольт можно определить как 1 джоуль работы, выполненной для перемещения 1 кулона заряда

Разница электрических потенциалов

Представьте себе мяч, сидящий на некоторой высоте, будет есть ли энергия в шаре? Да, энергия называется потенциальной энергией, и если мяч падает с высоты точки A на высоту B, мяч всегда будет падать с более высокого гравитационного потенциала на более низкий, тогда будет разница в обеих энергиях.Разность электрических потенциалов аналогична этой концепции.

Показанная потенциальная энергия шара на высоте A и B

Энергия, которой обладают электрические заряды, известна как электрическая энергия. Заряд с более высоким потенциалом будет иметь большую потенциальную энергию, а заряд с меньшим потенциалом будет иметь меньшую потенциальную энергию. Ток всегда перемещается от более высокого потенциала к более низкому потенциалу. Разница в этих энергиях на единицу заряда известна как разность электрических потенциалов.

Для создания электричества и протекания тока всегда требуется разность потенциалов, которая поддерживается батареей или элементом.

Ячейка

Более длинная сторона представляет более высокий потенциал (клемма + ve), а более короткая сторона представляет более низкий потенциал (клемма -).

Разность электрических потенциалов измеряется вольтметром, подключенным параллельно к прибору, напряжение которого необходимо измерить.

Вольтметр

Определение разности электрических потенциалов

Это работа, выполняемая на единицу заряда для перемещения единичного заряда из одной точки в другую в электрическом поле.Разность электрических потенциалов обычно называется разностью напряжений.

Формула для разности электрических потенциалов

V _xy = V _x — V _y = [W _x — W _y ] / q

SI

Единица из

Разность электрических потенциалов

Единица СИ для разности электрических потенциалов такая же, как и у электрического потенциала, т.е. Напряжение или вольт.

Примечание. Почему для объяснения концепции электрического потенциала берется единица заряда?

Небольшой единичный заряд будет иметь очень маленькое электрическое поле, которое не будет ни влиять, ни искажать поле, создаваемое большим зарядом, и, следовательно, концепция может быть легко объяснена.

Закон Ома

Согласно закону Ома, ток, протекающий по проводнику, прямо пропорционален напряжению при условии, что проводимость и температура остаются постоянными.

При удалении пропорциональности вводится новая константа, известная как сопротивление.

V ∝ I

V = IR

Где, V = напряжение на проводе

I = ток, протекающий в проводе

R = сопротивление проводника в Ом

Примеры задач

Вопрос 1: Заряд в 10 мкКл перемещается из бесконечности в точку A в электрическом поле, работа, выполняемая в этом процессе, составляет 20 Джоулей.В чем разница.

Решение:

V = W / q

W = 20 джоулей

q = 10mC

V = 20/10 × 10 ^-3 = 2kV

Следовательно, потенциал развит составляет 2000вольт.

Вопрос 2: Заряд 50 мКл перемещается из одной точки в другую (от А к В). Напряжение в точке А составляет 50 кВ, а напряжение в точке В составляет 30 кВ. Найдите работу, выполненную зарядом.

Решение:

V _AB = V _A — V _B = 50 кВ- 30 кВ = 20 кВ

Выполненные работы = V × q

= 20 кВ3 100 Джоули

Вопрос 3: Каковы единицы СИ следующих величин:

Энергия, разность потенциалов, заряд, сопротивление

Ответ:

Единицы СИ вышеупомянутых величин :

Энергия⇢ Джоули

Разница потенциалов⇢ Напряжение

Заряд⇢ Кулон

Сопротивление⇢ Ом

Вопрос 4: Найдите ток в цепи, когда напряжение на клемме 30 В и сопротивление проводника составляет 10 Ом.

Решение:

Согласно закону Ома,

В = IR

30 В = I × 10 Ом

I = 3 ампера

Следовательно, ток в цепи составляет 3 ампера.

Вопрос 5: В чем разница между электрическим потенциалом и разницей электрического потенциала.

Ответ:

Электрический потенциал — это работа, совершаемая на единицу заряда, чтобы перенести заряд из бесконечности в точку в электрическом поле, в то время как разность электрических потенциалов — это потенциал, развиваемый при перемещении заряда из одной точки в другую. в самом поле.

В системе СИ единица измерения электрического потенциала и разности электрических потенциалов — вольт / напряжение.

что такое электрический ток короткий ответ

Ответ:

ОТМЕТЬТЕ меня как МОЗГОВОЙ ОТВЕТ

Пояснение:

Электрический ток определяется как скорость протекания отрицательных зарядов проводника. Другими словами, непрерывный поток электронов в электрической цепи называется электрическим током. Проводящий материал состоит из большого количества свободных электронов, которые беспорядочно перемещаются от одного атома к другому.

Единица измерения тока

Поскольку заряд измеряется в кулонах, а время — в секундах, единицей измерения электрического тока является кулон / сек (Кл / с) или амперы (А). Амперы — это единица измерения проводника в системе СИ. I — символическое представление тока.

электрический ток

уравнение электрического тока 2 уравнение электрического тока 3 Таким образом, считается, что провод пропускает ток в один ампер, когда заряд проходит через него со скоростью один кулон в секунду.

Когда к металлическому проводу прикладывается разность электрических потенциалов, слабо прикрепленные свободные электроны начинают двигаться к положительному выводу ячейки, показанной на рисунке ниже.Этот непрерывный поток электронов составляет электрический ток. Токи в проводе протекают от отрицательного вывода ячейки к положительному выводу через внешнюю цепь.

Традиционное направление потока тока

Согласно теории электронов, когда к проводнику прикладывается разность потенциалов, через цепь протекает какое-то вещество, составляющее электрический ток. Считалось, что эта материя перетекает от более высокого потенциала к более низкому потенциалу, т.е.е. положительный вывод к отрицательному выводу ячейки через внешнюю цепь.

electric-current-1 — Это правило протекания тока настолько твердо установлено, что оно все еще используется. Таким образом, обычное направление протекания тока — от положительного вывода элемента к отрицательному выводу элемента через внешняя цепь. Величина протекания тока на любом участке проводника — это скорость потока электронов, то есть заряда, протекающего в секунду.

Математически это представлено уравнением электрического тока-1

На основе потока электрического заряда ток в основном подразделяется на два типа, т.