Источник

Постоянный электрический ток

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Направление электрического тока

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

Направлением тока принято считать направление движения положительных зарядов.

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

Рис. 1. Направление тока

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

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

Действия электрического тока

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

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

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

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

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

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

Сила и плотность тока

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

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

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

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

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

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

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

Скорость направленного движения зарядов

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 2. К выводу формулы

Какой заряд пройдёт через поперечное сечение нашего проводника за время ?

С одной стороны, разумеется,

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

Следовательно, их общий заряд будет равен:

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

Соответственно, плотность тока оказывается равна:

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

Заряд электрона известен: Кл.

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

Положим мм . Из формулы (5) получим:

Это порядка одной десятой миллиметра в секунду.

Стационарное электрическое поле

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

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

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

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

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

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

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

Ответ — источник тока, важнейший элемент электрической цепи.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Источник

Постоянный электрический ток | Объединение учителей Санкт-Петербурга

Постоянный электрический ток. Условия существования тока. Сила тока.

ЭКЗАМЕН по ФИЗИКЕ за 2 семестр

Электрический ток — это направленное движение свободных, заряженных частиц, под действием электрического поля.

Сила тока — это

I = q / t ( единицы измерения А – Амперы )

Если сила тока со временем не изменяется, электрический ток называют постоянным

УСЛОВИЯ:

1.Проводник (свободные заряды) Свободные заряды являются носителями тока.

2. Электрическое поле. Эл.поле необходимо для того, чтобы привести в движение свободные заряды.

Оба эти условия, являются необходимыми для

2. Закон Ома для участка. Основные характеристики тока. Основные элементы электрической цепи.

Закон ОМА для участка цепи.

Участком цепи называется часть, фрагмент

Основными характеристиками тока и цепи являются:

• напряжение- разность потенциалов между концами проводника(U— единицы измерения В)

• сопротивление(характеристика

  самой цепи)-величина, характеризующая противодействие проводника прохождению по нему электрического тока(R— единицы измерения Ом)

• сила тока-заряд проходящий через поперечное сечение проводника за единицу времени(I — единицы измерения А )

Закон Ома для участка цепи.

Сила тока в цепи пропорциональна напряжению на концах участка цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка. I= U/R

3. Источники тока. Эдс. Законы Ома для участка и для полной цепи. Короткое замыкание.

Источник тока-это устройство в котором происходит разделение зарядов за счет работы сторонних сил, имеющих неэлектрическую природу(например химические, механические).

Участком цепи называется часть, фрагмент цепи, для которого не обязательно известно откуда возникло напряжение на зажимах

Закон Ома для участка цепи. Сила тока в цепи пропорциональна напряжению на концах участка цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка. I= U/R

Рассмотрим простейшую полную электрическую цепь постоянного тока, она состоит из источника тока и нагрузки (резистора). Электрическое сопротивление источника тока называется внутренним сопротивлением. Электрическое сопротивление всей цепи без источника питания называется внешним сопротивлением цепи. Соответствующие напряжения называются внутренним и внешним напряжением в цепи.

Закон Ома для полной цепи.

I = ε / ( R + r)

Сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника тока и обратно пропорциональна сумме электрических сопротивлений внешнего и внутреннего участка цепи.

При замыкании источника питания самого на себя( накоротко) возникает короткое замыкание. При этом сила тока возрастает в несколько раз.

I_кз = ε /r

Постоянный электрический ток — основные понятия, формулы и определения с примерами

Содержание:

Постоянный электрический ток:

Электрическим током называют направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц — носителей заряда;

• за направление тока в проводниках принято направление упорядоченного перемещения положительных носителей заряда;
• за силу тока принимают физическую скалярную величину, равную отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени:

Термин «электрический ток» и определение направления тока введены Ампером в 1820 г. Постоянный ток — модель электрического тока, в которой сила тока не зависит от времени и распределение заряда в проводнике остаётся неизменным.

Обязательными элементами электрической цепи их звеньями являются источник тока и потребитель. Источник тока обеспечивает необходимое напряжение на потребителе — устройстве, в котором нужно создать электрический ток и использовать что-то из его действий: теплового, химического, магнитного, светового. Мы рассмотрим условия существования тока и процессы, происходящие в электрической цепи, введём характеристики источника тока. Это стало возможным после изучения вами характеристик и свойств электростатического поля, особенно его потенциальности.

ЭДС источника тока:

Как вы уже знаете, для возникновения электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц, способных перемещаться

по проводнику под действием сил электрического поля. Такой электрический ток называют током проводимости. Что обеспечивает существование электрического тока в проводнике в течение длительного времени?
При изучении § 18 «Проводники в электростатическом поле» вы узнали, что движение свободных заряженных частиц в проводнике под действием сил электрического поля приводит к появлению индуцированных зарядов. Эти заряды создают электрическое поле, которое полностью компенсирует внешнее электрическое поле, поэтому движение свободных заряженных частиц в проводнике быстро прекращается.

Для поддержания в проводнике постоянного электрического тока необходимо, чтобы проводник являлся частью замкнутой цепи, содержащей источник тока, в котором осуществляется работа по перемещению зарядов против сил электрического поля.

Рассмотрим замкнутую электрическую цепь, состоящую из источника тока (участок ас) и металлического проводника (участок abc) (рис. 124).

В проводнике abc свободные электроны под действием сил электрического поля перемещаются от точки с к точке а. Чтобы движение носителей зарядов в цепи было продолжительным, электроны от точки а должны перемещаться к точке с. Самопроизвольно такое перемещение зарядов происходить не может, так как на них в противоположном направлении (от точки с к точке а) действуют силы электрического поля. Движение электронов против сил электрического поля возможно только под действием сил неэлектростатической природы, получивших название сторонних сил. Сторонние силы действуют на заряженные частицы только внутри источника тока.

Возникновение сторонних сил в источниках электрического тока обусловлено происходящими в них химическими реакциями, механическими, тепловыми и другими процессами.

В любом источнике тока сторонние силы совершают работу по разделению положительных и отрицательных зарядов, в результате чего один полюс источника заряжен положительно, а другой — отрицательно. Так, например, в химических источниках тока (гальванических элементах, аккумуляторах) разделение зарядов происходит при химических реакциях, в электромеханических индукционных генераторах — при совершении механической работы, в солнечных батареях—под воздействием энергии солнечного излучения и т. д.

Участок цепи, на котором заряды движутся под действием только электрических сил, называют внешним (различные потребители электрического тока, соединительные провода, измерительные приборы). Участок цепи, на котором заряды движутся под действием сторонних и электрических сил, называют внутренним (источник тока).

Основной характеристикой источника тока является электродвижущая сила (ЭДС). Обозначают её

Термин «электродвижущая сила» неудачен, поскольку в данном случае речь не идёт ни о какой силе, измеряемой в ньютонах. Поэтому в дальнейшем мы будем использовать только сокращённое название ЭДС.

ЭДС называют физическую скалярную величину, равную отношению работы сторонних сил по перемещению положительного электрического заряда внутри источника тока от его отрицательного полюса к положительному к значению этого заряда q:

Таким образом, ЭДС численно равна работе сторонних сил по перемещению единичного заряда внутри источника тока между его полюсами (положительного заряда от отрицательного полюса к положительному, отрицательного заряда, наоборот, от положительного полюса к отрицательному).

В СИ ЭДС, как и напряжение, измеряют в вольтах (В).

ЭДС является энергетической характеристикой источника тока. Энергия электрического заряда, перемещаемого внутри источника, увеличивается за счёт работы сторонних сил. При подключении проводника к полюсам источника эта энергия расходуется на перемещение заряда по всей электрической цепи.

Если электрическая цепь замкнута, то можно говорить, что ЭДС численно равна работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда по всей замкнутой цепи, поскольку работа электрических сил в замкнутой цепи равна нулю.

1. Для существования постоянного электрического тока в проводнике необходимо, чтобы проводник являлся частью замкнутой цепи, содержащей источник тока, создающий и поддерживающий в проводнике электрическое поле в течение длительного промежутка времени.
2. Внутри источника тока перенос носителей заряда против сил электрического ноля осуществляют силы неэлектростатической природы, называемые сторонними силами.
3. Участок цени, на котором носители заряда движутся под действием только электрических сил, называют внешним. Участок цени, на котором носители заряда движутся под действием сторонних и электрических сил, называют внутренним.
4. ЭДС называют физическую скалярную величину, равную отношению работы сторонних сил по перемещению положительного электрического заряда внутри источника тока от его отрицательного полюса к положительному к значению этого заряда: 

Немецкий физик Георг Симон Ом экспериментально доказал, что сила электрического тока I в однородном металлическом проводнике зависит от напряжения U между его концами. На основании этого был сформулирован закон, названный законом Ома для участка электрической цепи: где R — сопротивление участка цепи. Выясним, от чего и как зависит сила тока в замкнутой цепи, содержащей источник тока, т. е. в полной электрической цепи.

Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из источника тока с ЭДС и сопротивлением r, которое называют внутренним, и резистора сопротивлением R (сопротивлением соединительных проводов пренебрегаем) (рис. 125). Пусть сила тока в цепи I, а напряжение на внешнем участке цепи U.

Закон Ома для полной цепи связывает силу тока I в цепи, ЭДС источника тока и полное сопротивление цепи R + r, которое складывается из сопротивлений внешнего (резистор) и внутреннего (источник тока) участков цепи. Эта связь может быть установлена теоретически на основании закона сохранения энергии.

Если через поперечное сечение проводника за промежуток времени t проходит заряд q, то работу сторонних сил по перемещению электрического заряда можно определить по формуле

С учётом определения силы тока 
 (23.1)

В неподвижных проводниках неизменного химического состава в результате работы сторонних сил происходит увеличение только внутренней энергии внешнего и внутреннего участков цепи. Таким образом, при прохождении электрического тока в резисторе и источнике тока выделяется количество теплоты Q, которое может быть определено по закону Джоуля—Ленца:

   (23.2)

На основании закона сохранения энергии

   (23.3)

Подставим формулы (23.1) и (23.2) в равенство (23.3) и в результате математических преобразований получим

 (23.4)
Произведение силы тока на сопротивление участка цепи часто называют падением напряжения на этом участке. Поэтому IR= U — падение напряжения (напряжение) на внешнем участке цепи,  Ir— падение напряжения на внутреннем участке цепи.

Выражая силу тока из формулы (23.4), получим
(23.5)

Формула (23.5) является математическим выражением закона Ома для полной электрической цепи, согласно которому сила тока I в полной электрической цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи R + r.

Преобразуем формулу (23.4):

так как IR = U, то

 (23.6)

Используя формулу (23.6), проанализируем различные режимы работы электрической цепи:

1.    Цепь разомкнута (I = 0): тогда U= .

Таким образом, в разомкнутой цепи ЭДС источника тока равна напряжению между его полюсами. В этом случае можно измерить ЭДС источника тока, подключив к его полюсам вольтметр с бесконечно большим собственным сопротивлением, чтобы не нарушить режим разомкнутой цепи.

2.    Сопротивление внешнего участка цепи стремится к нулю (R0): тогда сила тока возрастает и достигает максимального значения. Падение напряжения на источнике тока при этом равно ЭДС, а напряжение между его полюсами — нулю.

Такой режим работы источника тока называют коротким замыканием, а максимальную для данного источника силу тока называют силой тока короткого замыкания:

где r — внутреннее сопротивление источника тока.

Для источников тока с незначительным внутренним сопротивлением (например, у автомобильных аккумуляторов r 0,01 Ом) режим короткого замыкания чрезвычайно опасен, поскольку может привести к повреждению источника тока и даже быть причиной пожара.

При перемещении заряда q на внешнем участке цепи, напряжение на котором U, за промежуток времени t силы электрического поля совершают работу

А = Uq.

Используя выражение  получим формулу для расчёта работы электрического тока, совершённой на внешнем участке цепи:

В общем случае работа тока может превращаться в механическую работу электродвигателей, расходоваться на увеличение внутренней энергии участка цепи (выделение количества теплоты Q), обеспечивать приращение химической энергии а также преобразовываться в энергию возникающего электромагнитного излучения

Если к источнику тока подключён только электродвигатель, то и полезной работой будет

Если прохождение тока сопровождается химическими реакциями (например, зарядка аккумулятора), то и полезная работа будет равна
При работе электроосветительного оборудования и полезная рабо-
та равна

При включении в цепь только электронагревательных приборов и полезная работа равна Q.

При изучении физики в 8 классе вы узнали, что согласно экспериментально установленному закону Джоуля—Ленца количество теплоты, которое выделяется в проводнике при прохождении электрического тока, определяют по формуле

Следовательно, работа тока на произвольном участке цепи в общем случае не равна количеству теплоты, выделяемому на этом участке при прохождении тока, т. е.

Равенство выполняется только в том случае, если на участке цепи имеет место превращение энергии электрического поля, поддерживаемого источником тока, во внутреннюю энергию этого участка.

Таким образом, если внешним участком цепи является нагревательный элемент (или резистор), то формула для расчёта полезной работы электрического тока на внешнем участке цепи

Учитывая, что мощность получим выражение для определения полезной мощности тока на внешнем участке цепи:

‘
Поскольку работа сторонних сил источника тока

то мощность, развиваемая сторонними силами источника тока при наличии в цепи только нагревательного элемента:

Следовательно,

Отношение полезной мощности тока на внешнем участке цепи к полной мощности развиваемой сторонними силами источника тока, называют коэффициентом полезного действия (КПД) источника тока в данной цепи:

Например, при зарядке аккумулятора источником тока с ЭДС при силе зарядного тока I КПД этого источника определяют по формуле
Если внешний участок цепи — нагревательный элемент, то

Тогда КПД источника тока

1.    Сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи (закон Ома для полной электрической цепи):

2.    В разомкнутой электрической цепи ЭДС источника тока равна напряжению между его полюсами.

3.    Короткое замыкание — режим работы источника тока, при котором сопротивление внешнего участка цепи стремится к нулю, а сила тока достигает максимального для данного источника тока значения.

4.    Отношение полезной мощности тока на внешнем участке цепи к полной мощности, развиваемой сторонними силами источника тока, называют коэффициентом полезного действия источника тока в данной цепи:

Пример №1

Резистор сопротивлением R = 3,0 Ом подключён к источнику тока с ЭДС = 8,0 В и внутренним сопротивлением r= 1,0 Ом. Определите полезную мощность тока и КПД источника тока в данной цепи.
Дано:

R — 3,0 Ом

= 8,0 В

r= 1,0 Ом

Решение. Полезной является мощность тока на внешнем участке цепи, т. е. на резисторе С учётом законаОма для полной цепиполучим

КПД источника тока в данной цепи определим по формуле

Ответ:
 

Пример №2

Электродвигатель в сети постоянного тока с напряжением U= 120 В потребляет ток силой I= 6,0 А. Найдите сопротивление его обмотки, если КПД электродвигателя = 80%.

Дано:

U= 120 В

I= 6,0 А

= 0,80
R — ?

Решение. Мощность, потребляемую электродвигателем, определим по формуле (1).

Часть этой мощности затрачивается на нагревание обмотки: , а часть — превращается в полезную механическую мощность электродвигателя. На основании закона сохранения энергии (2).

Используя формулы (1) и (2), запишем выражение для нахождения полезной мощности электродвигателя:

КПД электродвигателя определим по формуле

С учётом формул (1) и (3) получим Сопротивление обмотки электродвигателя выразим из формулы (4):

Ответ: R =4,0 Ом.

Электрические цепи постоянного тока

Электрическим током называют упорядоченное движение электрических зарядов. Направлением электрического тока условились считать направление движения положительных зарядов.

Можно указать на ряд факторов, способных вызывать упорядоченное движение зарядов. Так, под действием электрических (кулоновских) сил положительные заряды движутся в направлении силовых линий поля, отрицательные заряды — в противоположном направлении. Движение зарядов может происходить и под действием неэлектрических сил (например, магнитных), а также при диффузии или в химических реакциях.
Постоянный ток используется в процессе электролиза (гальванопластика — получение легко отделяющихся точных металлических копий, гальваностегия — нанесение металлических покрытий из одних металлов на изделия из других металлов), на городском транспорте (электропоезда, трамваи, троллейбусы), в осветительных приборах, в устройствах автоматики, электроники и вычислительной техники.
Если ток постоянный, то отсутствует явление самоиндукции и напряжение на катушке индуктивности равно нулю,
, так как i = const
Если рассматривать конденсатор как идеальную емкость, то в цепи постоянного тока эта ветвь равносильна разомкнутой.

Постоянный ток через емкость не проходит.

Таким образом, в цепи постоянного тока остаются только источники ЭДС или тока — активные элементы и приемники резисторы — пассивные элементы.
Простыми цепями постоянного тока называются цепи с одним источником при последовательном, параллельном и смешанном соединении приемников.

Последовательное соединение приемников

При параллельном соединении приемников напряжение на всех приемниках одинаково.
По закону Ома токи в каждой ветви:

По первому закону Кирхгофа общий ток

Смешанное соединение — комбинация первых двух соединений, где параллельное соединение может быть преобразовано к последовательному.


Сложной электрической цепью называется цепь, содержащая несколько источников и которую нельзя свернуть до простой цепи последовательного или параллельного соединения.
Расчет таких цепей ведется по уравнениям Кирхгофа.
Для их составления необходимо задать условные направления токов в ветвях (номер введем в соответствии с порядковым номером сопротивлений).
По первому закону Кирхгофа составляются уравнения для каждого из независимых узлов (для данной схемы таких узлов 3).

Выбираются направления обхода в каждом из независимых контуров и составляются уравнения по второму закону Кирхгофа — сумма падений напряжений на пассивных элементах замкнутого контура электрической цепи равна алгебраической сумме источников ЭДС в данном контуре:

Для нахождения решения необходимо любым математическим способом решить полученные шесть уравнений, что весьма сложно. Чтобы сократить число уравнений, используют метод контурных токов.
Для вывода уравнений по методу контурных токов в общем виде исключим из последних трех уравнений токи ветвей смежных контуров , заменив их выражениями, полученными из первых трех уравнений:

Введем обозначения контурных токов:
— ток первого контура;
— ток второго контура;
— ток третьего контура.
Для конкретизации и сокращения записи введем обозначения для контурных ЭДС, равных сумме ЭДС источников рассматриваемого контура:

и соответственно суммы сопротивлений в каждом контуре через контурные сопротивления:

а сопротивления смежных ветвей как:

При принятых обозначениях система расчетных уравнений запишется в общем виде как:

Мы видим, что при расчетах цепей с помощью правил Кирхгофа не обязательно знать разности потенциалов на определенных участках.

Что такое постоянный электрический ток

Определение постоянного тока

В идеальном случае постоянный ток не меняет своего значения и направления со временем. В действительности постоянный ток не является постоянной величиной в выпрямительных устройствах, так как он содержит переменную составляющую (пульсации).

В гальванических элементах постоянный ток тоже не постоянен, его значение уменьшается на нагрузке с течением времени, таким образом, постоянный ток является условным определением и при его использовании, изменениями постоянной величины пренебрегают.

Постоянная составляющая тока (DС)

DC — это Direct Current в переводе как постоянный ток. Графически в форме тока можно увидеть его изменения во времени или пульсации. Такие пульсации возникают в форме постоянного тока в выпрямителях с фильтрами, где используются небольшие емкости. В выпрямительных устройствах без использования емкостей пульсация может быть большой.

Пульсирующий ток на выходе выпрямителя без емкостей иногда называют импульсным током. На графике пульсирующего тока отображены постоянная составляющая DC (прямая линия) и переменная AC (пульсации). Постоянная составляющая тока определяется как среднее значение тока в течение периода.

AVG — это среднее значение постоянного тока. Переменную составляющую AC можно рассматривать как изменение постоянного тока относительно средней величины

Где Iac – среднее значение переменной составляющей AC, Idc — постоянная составляющая тока.

Всё вышесказанное также относится и к постоянному напряжению.

Параметры постоянного тока и напряжения

Интенсивность электрического тока выражается в количестве зарядов перемещенных за промежуток времени через поперечное сечение проводника. Одним из важных параметров постоянного тока является величина тока, которая измеряется в Амперах. Интенсивность тока в 1 Ампер заключается в перемещении заряда один Кулон в течение 1 секунды.

Напряжение постоянного тока измеряется в Вольтах. Напряжение постоянного тока представляет собой разность потенциалов между двумя точками одной электрической цепи. Также важным параметром для постоянного напряжения является размах пульсации и коэффициент пульсации. Размах пульсации представляет собой разность между максимальной величиной пульсации и минимальной.

А коэффициент пульсации выражается в отношении действующей величины переменной составляющей (AC) тока к постоянному значению составляющей (DC). Также важным параметром постоянного тока является мощность P. Мощность постоянного тока можно характеризовать его работой за определенный промежуток времени. Мощность измеряется в Ваттах и определяется по формуле:

P = I/U.

Согласно этой формуле одинаковую мощность можно получить при разных токах и напряжениях.

Постоянный электрический ток — что это? Отвечаем на вопрос.

Постоянный электрический ток – это непрерывное движение электронов из области отрицательных (-) в область положительных (+) зарядов через проводящий материал, такой как металлическая проволока. Хотя статические разряды и представляют собой спонтанные движения заряженных частиц от отрицательно к положительно заряженной поверхности, непрерывного движения частиц через проводник не происходит.

Для создания потока электронов необходима цепь постоянного электрического тока. Это источник энергии (например, батарея) и проводник, идущий от положительного полюса к отрицательному. В цепь могут быть включены различные электрические устройства.

Непрерывное движение электронов

Постоянный ток представляет собой непрерывное движение электронов через проводящий материал, такой как металлическая проволока. Заряженные частицы движутся к положительному (+) потенциалу. Для создания потока электроэнергии требуется электрическая цепь, состоящая из источника питания постоянного тока и провода, образующего замкнутый контур. Хорошим примером такой цепи является фонарик.

Хотя отрицательно заряженные электроны движутся через провод к положительному (+) полюсу источника питания, движение тока указывается в противоположном направлении. Это является следствием неудачного и путающего соглашения. Ученые, экспериментировавшие с токами, посчитали, что электричество движется от (+) к (-), и это стало общепринятым еще до открытия электронов. В действительности отрицательные заряженные частицы движутся к положительному полюсу, противоположно направлению, указанному как направление движения тока. Это сбивает с толку, но после того, как соглашение было принято, уже трудно что-то исправить.

Напряжение, ток и сопротивление

Электричество, проходящее через провод или другой проводник, характеризуется напряжением U, током I и сопротивлением R. Напряжение является потенциальной энергией. Ток представляет собой поток электронов в проводнике, а сопротивление – силу его трения.

Хороший способ представить постоянный электрический ток – это провести аналогию с водой, текущей по шлангу. Напряжение представляет собой потенциал, нарастающий на одном конце провода из-за избытка отрицательно заряженных электронов. Это похоже на повышенное давления воды в шланге. Потенциал заставляет электроны двигаться через провод в область положительного заряда. Эта потенциальная энергия называется напряжением и измеряется в вольтах.

Постоянный электрический ток – это поток электронов, измеряемый в амперах. Он подобен скорости движения воды по шлангу.

Ом является единицей измерения электрического сопротивления. Атомы проводника расположены так, что электроны будут проходить с небольшим трением. В изоляторах или плохих проводниках атомы оказывают сильное сопротивление или препятствуют перемещению заряженных частиц. Это аналогично трению воды в шланге при прохождении через него.

Таким образом, напряжение подобно давлению, расход – току и гидравлическое сопротивление – электрическому.

Создание постоянного тока

Хотя статическое электричество может быть разряжено через металлическую проволоку, оно не является источником постоянного тока. Им являются батареи и генераторы.

В батареях для создания электроэнергии постоянного тока используются химические реакции. Например, автомобильный аккумулятор состоит из свинцовых пластин, помещенных в раствор серной кислоты. Когда пластины получают заряд от сети или генератора автомобиля, они изменяются химически и удерживают заряд. Этот источник постоянного тока может затем использоваться для питания фар автомобиля и т. д. Проблема заключается в том, что серная кислота очень едкая и опасная.

Другую батарею можно сделать самостоятельно из лимона. Она не требует зарядки, но зависит от кислотной реакции разных металлов. Медь и цинк работают лучше всего. Можно использовать медную проволоку или монету. В качестве другого электрода можно использовать оцинкованный гвоздь. Железный тоже будет работать, но не так хорошо. Достаточно воткнуть медный провод и гальванизированный гвоздь в обычный лимон и измерить напряжение между ними вольтметром. Некоторым с помощью этой батареи даже удавалось зажечь лампочку фонарика.

Надежным источником является генератор, который сделан из проволоки, намотанной между северными и южными полюсами магнита.

Таким образом, постоянный электрический ток – это непрерывное движение электронов от отрицательного к положительному полюсу проводника, такого как металлическая проволока. Для прохождения заряженных частиц необходима цепь. В ней направление движения тока противоположно потоку электронов. Цепь характеризуется такими величинами, как напряжение, ток и сопротивление. Источниками постоянного тока являются аккумуляторы и генераторы.

Электрические цепи

Электрическая схема постоянного тока состоит из источника, к полюсам которого подсоединены проводники, соединяющие приемники в замкнутый контур. Это обязательное условие для прохождения тока. Цепи могут быть последовательными, параллельными или комбинированными.

Если взять источник постоянного тока, например аккумулятор, и подсоединить его положительный и отрицательный полюсы проводами к нагрузке, например лампочке, то образуется электрическая цепь. Иными словами, электроэнергия течет от одного контакта батареи к другому. Последовательно с лампой можно установить выключатель, который при необходимости будет регулировать подачу постоянного электрического тока.

Источники постоянного тока

Цепь требует наличия источника питания. Как правило, для этого используется батарея или аккумулятор. Другим источником энергии служит генератор постоянного тока. Кроме того, можно пропустить переменный ток через выпрямитель. Обычный адаптер, используемый с некоторыми портативными устройствами (например, смартфонами), преобразует 220 В переменного тока в постоянный напряжением 5 В.

Проводники

Провода и нагрузка должны проводить электричество. Медь или алюминий являются хорошими проводниками и имеют низкое сопротивление. Вольфрамовая нить в лампе накаливания проводит ток, но имеет высокое сопротивление, которое заставляет ее нагреваться и накаляться.

Последовательное и параллельное подключение

В электроцепи несколько устройств, таких как лампочки, могут соединяться в одну линию между положительным и отрицательным полюсами батареи. Такое подключение называется последовательным. Одной из проблем такой компоновки является то, что в случае перегорания одной лампочки она действует как выключатель и отключает всю цепь.

Приемники также могут соединяться параллельно, так что, если какая-либо лампа погаснет, цепь не будет обесточена. Параллельная схема включения используется не только в елочных гирляндах — электропроводка в домах тоже проводится параллельно. Поэтому освещение и приборы можно включать и выключать независимо друг от друга.

Закон Ома

К законам постоянного электрического тока относится закон Ома, который является самой фундаментальной формулой для электрических цепей. Согласно ему, ток, проходящий через проводник, прямо пропорционален разности потенциалов на нем. Закон был впервые сформулирован в 1827 году немецким физиком Георгом Омом, когда он исследовал проводимость металлов. Закон Ома лучше всего описывает простые электрические цепи постоянного тока. Хотя он также применим к переменному току, в этом случае следует учитывать другие возможные переменные. Соотношение между током, напряжением и сопротивлением позволяет вычислить одну физическую величину, если известны значения двух других.

Закон Ома показывает зависимость между напряжением, током и сопротивлением в простой электрической цепи. В простейшем виде записывается уравнением U = I × R. Здесь U – напряжение в вольтах, I – ток в амперах и R – сопротивление в омах. Таким образом, если известны I и R, можно вычислить U. При необходимости формулу можно изменять методами алгебры. Например, если известны U и R и нужно найти I, то следует использовать уравнение I = U / R. Или, если даны U и I и необходимо вычислить R, то применяется выражение R = U / I.

Важность Закона Ома заключается в том, что если значение двух переменных в уравнении известно, то можно определить третье. Любую из этих физических величин можно измерить с помощью вольтметра. Большинство вольтметров или мультиметров измеряют U, I, R постоянного и переменного электрического тока.

Вычисление U, I, R

Электрическое напряжение постоянного тока при известных токе и сопротивлении можно найти по формуле U = I × R. Например, если I = 0,2 А и R = 1000 Ом, то U = 0,2 А * 1000 Ом = 200 В.

Если известны напряжение и сопротивление, ток можно вычислить с помощью уравнения I = V / R. Например, если U = 110 В и R = 22000 Ом, то I = 110 В / 22000 Ом = 0,005 А.

Если известны напряжение и ток, то R = V / I. Если V = 220 В и I = 5 А, то R = 220 В / 5 А = 44 Ом.

Таким образом, закон Ома показывает зависимость между напряжением, током и сопротивлением в простой электрической цепи. Он может применяться к цепям как постоянного, так и переменного тока.

Мощность постоянного электрического тока

Заряд, движущийся в цепи (если это не сверхпроводник), расходует энергию. Это может привести к нагреву или вращению двигателя. Электрическая мощность – это скорость, с которой электроэнергия преобразуется в другую форму, такую как механическая энергия, тепло или свет. Она равна произведению тока и напряжения: P = U × I. Измеряется в ваттах. Например, если U = 220 В и I = 0,5 А, то P = 220 В * 0,5 А = 110 Вт.

Электрическая постоянная — Wikiversity

Электрическая постоянная , или диэлектрическая проницаемость вакуума, ранее называемая абсолютной диэлектрической проницаемостью и диэлектрической проницаемостью вакуума, является физической постоянной, скалярной величиной, которая:

Электрическая постоянная имеет размерность фарад на метр. {- 12}} Ф / м.

Электрическая постоянная появляется в уравнениях Максвелла в вакууме, которые описывают свойства электрических и магнитных полей, а также электромагнитного излучения и связывают поля с их источниками.

В веществе используются материальные уравнения электромагнитного поля, а поле электрического смещения D выражается через электрическую постоянную, вектор напряженности электрического поля E и вектор плотности поляризации P :

D = ε0 E + P.{\ displaystyle \ mathbf {D} = \ varepsilon _ {0} \ \ mathbf {E} + \ mathbf {P}.}

Как правило, мы можем считать, что P = ε0χE {\ displaystyle \ mathbf {P } = \ varepsilon _ {0} \ chi \ mathbf {E}}, где величина χ {\ displaystyle \ chi} представляет собой тензор и называется электрической поляризуемостью. Это выражение означает, что вектор плотности поляризации как определенная реакция вещества порождается вектором напряженности электрического поля в веществе, а направления этих векторов могут не совпадать.

В слабом поле величина χ {\ displaystyle \ chi} называется электрической восприимчивостью и почти постоянна, в зависимости от типа вещества и его состояния. В этом случае мы можем написать:

D знак равно ε0 E + ε0χE = ε0 (1 + χ) E = ε0εrE = εaE. {\ Displaystyle \ mathbf {D} = \ varepsilon _ {0} \ \ mathbf {E} + \ varepsilon _ {0} \ чи \ mathbf {E} = \ varepsilon _ {0} (1+ \ chi) \ mathbf {E} = \ varepsilon _ {0} \ varepsilon _ {r} \ mathbf {E} = \ varepsilon _ {a} \ mathbf {E}.}

Произведение электрической постоянной на относительную диэлектрическую проницаемость εr {\ displaystyle \ varepsilon _ {r}} в этом выражении называется абсолютной электрической проницаемостью εa {\ displaystyle \ varepsilon _ {a}} .{2}}} {\ frac {\ mathbf {r} _ {12}} {r_ {12}}},}

, где r12 {\ displaystyle r_ {12}} — расстояние между зарядами q1 {\ displaystyle q_ {1}} и q2 {\ displaystyle q_ {2}}. Если r12 {\ displaystyle \ mathbf {r} _ {12}} — вектор, направленный от заряда q1 {\ displaystyle q_ {1}} к заряду q2 {\ displaystyle q_ {2}}, то сила F12 {\ displaystyle \ mathbf {F} _ {12}} будет силой, действующей на заряд q2 {\ displaystyle q_ {2}} от заряда q1 {\ displaystyle q_ {1}}. Из выражения для силы видно, что электрическая постоянная в системе физических единиц СИ связывает электрический заряд с механическими единицами, такими как сила и расстояние.

Выражение через параметры вакуумного поля [править | править источник]

В концепции силового вакуумного поля ^[2] предполагается, что электрогравитационный вакуум заполнен потоками частиц, которые создают гравитационные и электромагнитные силы между телами. В частности, потоки заряженных частиц — праонов, движущихся с релятивистскими скоростями и передающих свой импульс заряженному веществу, считаются ответственными за возникновение кулоновской силы.{32}} Дж / м³ — плотность энергии потоков праонов для сферического распределения.

Отсюда следует, что электрическая постоянная является динамической переменной, зависящей от параметров частиц вакуумного поля.

1. ↑ CODATA Значение: электрическая постоянная. Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности. Национальный институт стандартов и технологий США. Июнь 2015. Дата обращения 25 сентября 2015. Рекомендуемые значения CODATA на 2014 год.
2. ↑ Федосин С.Г. Силовое вакуумное поле как альтернатива эфиру и квантовому вакууму.Труды WSEAS по прикладной и теоретической механике, ISSN / E-ISSN: 1991-8747 / 2224-3429, том 10, ст. # 3, стр. 31-38 (2015).
3. ↑ Федосин С.Г. Заряженная составляющая вакуумного поля как источник электрической силы в модернизированной модели Ле Сажа. Журнал фундаментальных и прикладных наук, Vol. 8, No. 3, pp. 971-1020 (2016). http://dx.doi.org/10.4314/jfas.v8i3.18, https://dx.doi.org/10.5281/zenodo.845357.

Почему ток в цепи постоянный, если есть постоянное электрическое поле?

Это полезный аналогичный способ понимания резистивной цепи в том смысле, что электрическое выражение $ V = RI $ имеет ту же форму, что и механическое выражение $ F = kv $, в среде, где сила сопротивления пропорциональна силе сопротивления. скорость.

В случае проводника важно отметить, что даже без какого-либо приложенного поля свободные электроны имеют импульс во всех направлениях и разной величины. Но нет чистого потока без электронного поля. Эффект электрического поля заключается в увеличении доли электронов в одном направлении и уменьшении доли в противоположном. Рассеяние на решетке ограничивает этот чистый поток и отвечает за эффект Джоуля электрического сопротивления.

Точно так, как говорит @Claudio Saspinski.Я уже собирался написать ответ в тех же выражениях, когда увидел его превосходный ответ. Думайте о металле как о необычайно плотной «жидкости», в которой движущиеся частицы (электроны) почти сразу же приобретают свою предельную скорость. Чем быстрее они хотят идти, тем большее сопротивление они обнаруживают пропорционально их собственной скорости. $ \ dot {x} = \ textrm {const.} $ — решение уравнения, $$ m \ ddot {x} = mg-k \ dot {x}

: разность потенциалов, создаваемая аккумулятором, заставляет носители заряда поток из-за электрической силы, которую можно представить, имея электрическое поле повсюду в цепи.

Разность потенциалов, создаваемая батареей, вызывает протекание носителей заряда только в том случае, если к клеммам батареи подключена нагрузка. Если нагрузка не подключена, между клеммами аккумулятора существует разность потенциалов, но нет потока носителей заряда.

У меня такой вопрос — если носители заряда в цепи движимый электрической силой, тогда как ток может быть постоянным? ценить? Я предполагаю, что сила тока является мерой того, сколько заряда пересекает площадь поперечного сечения, перпендикулярную направлению потока, за раз; кроме того, не должны составлять скорости заряда носители в направлении потока, который пропорционален току, увеличиваются из-за электрической силы, которая мотивирует их в этом направление?

Сила электрического поля заставляет кинетическую энергию носителей заряда течь, но столкновения между носителями заряда и атомами / молекулами электрического сопротивления в цепи забирают эту кинетическую энергию и рассеивают ее в виде тепла.Это непрерывный процесс, в котором электрическое поле дает зарядам кинетическую энергию, а столкновения забирают кинетическую энергию, что сохраняет скорость носителей заряда (то есть скорость дрейфа) и, следовательно, постоянный ток. Конечным результатом является то, что электрическая потенциальная энергия, передаваемая носителями заряда аккумулятором, преобразуется либо в тепло в сопротивлении, либо сохраняется в виде потенциальной энергии в электрических полях емкости или кинетической энергии в магнитных полях индуктивности.

Размышляя над этим вопросом, я пришел к возможному объяснению связанных с законом Ома — мой учебник сравнивает сопротивление с фрикционным сила, вызванная скоплением столкновений, испытанных зарядом носитель (что приводит к изменениям скорости против направления потока).

И это действительно хорошая механическая аналогия. Допустим, вы толкаете ящик с постоянной скоростью по полу с трением на расстояние d. Применяемая вами сила аналогична силе электрического поля.Коробка аналогична зарядке. А трение о пол аналогично электрическому сопротивлению. Коробка, движущаяся с постоянной скоростью, аналогична постоянному току. Работа, которую вы выполняете (Fxd), деленная на массу m, аналогична падению напряжения (работа на единицу заряда).

Продолжая, я бы предположил, что при заданном напряжении и заданном сопротивление, ток изменяется так, что оба оказывают равное эффективное сил на носители заряда — это означает, что резистор будет только уметь применять определенное количество общей силы (работы) в время, и, следовательно, плату за раз необходимо изменить, чтобы гарантировать, что работа от одной зарядки эквивалентна напряжению (последний бит кажется наиболее сомнительно для меня).

Небольшие проблемы с отслеживанием вас. Но вы должны понимать, что разность потенциалов или напряжение между выводами резистора равна работе, необходимой на единицу заряда, или джоулям / кулонам, для перемещения заряда между выводами резистора. Затем, поскольку ток в резисторе — это заряд в единицу времени, кулонов в секунду, движущийся через любую точку резистора, тогда мощность, рассеиваемая в резисторе в виде тепла, равна напряжению, умноженному на ток, или Джоулям / Кулонам x Кулонам / Сек = Джоули / сек = Вт.

Также, когда вы сказали «разность потенциалов или напряжение между клеммы резистора равны требуемой работе, на единицу заряд … переместить заряд между выводами резистора »- уточнить — если эта работа за плату является комбинацией обоих сопротивление и ток, а ток — это заряд за время, означает ли это сопротивление — это работа за раз?

Во-первых, то, что я сказал, — это электротехническое определение разности потенциалов или напряжения.В вашем примере он представляет работу, необходимую батарее на единицу заряда, чтобы переместить заряд через сопротивление.

Во-вторых, определение напряжения не зависит от тока. На клеммах аккумулятора есть напряжение, когда он ни к чему не подключен, т.е. когда нет тока. Но соотношение между током на резисторе и напряжением на резисторе постоянного сопротивления определяется законом Ома.

В-третьих, сопротивление — это не работа в единицу времени.Работа в единицу времени — это мощность, рассеиваемая в резисторе, и равна $ VI $ {Джоули / Кул x Колл / сек = Вт).

Надеюсь, это поможет.

Какой ток называется постоянным. Электрический ток бывает постоянным и переменным. Разница между постоянным током и переменным

Несмотря на то, что электричество стало частью нашей жизни, подавляющее большинство пользователей этого блага цивилизации даже не имеют поверхностного представления о том, что такое ток, не говоря уже о разнице между постоянным током и переменным током, что такое ток. разница между ними и какой ток вообще.Алессандро Вольта стал первым, кого ударило током, после чего всю свою жизнь посвятил этой теме. Также обратим внимание на эту тему, чтобы иметь общее представление о природе электричества.

Томас Эдисон немного освежился в Нью-Йорке с уличными фонарями и постоянным током. Переменный ток периодически меняется взад и вперед. За секунду электричество в нашей электросети проходит 50 раз! После изобретения постоянного и переменного тока оба изобретателя дали друг другу гарантии.Не оружием, а словами. У них даже есть собаки, подключенные к электросети, чтобы показать, насколько опасно другое электричество.

Нам нужны оба вида электричества, потому что у обоих есть свои достоинства и недостатки. Идеально подходит для зарядки аккумуляторов и аккумуляторов. Им нужен постоянный ток для зарядки, потому что ток всегда должен чередоваться в одном направлении. Это касается и некоторых бытовых приборов. Просто все, что связано с батареями и аккумуляторными батареями, требует постоянного тока для зарядки.Например, фонарик или ноутбук, в котором есть батарейки. И таким устройствам нужен постоянный ток, т.е. постоянный ток.

Откуда ток и почему он другой?

Мы постараемся избежать сложной физики и воспользуемся методом аналогий и упрощений для рассмотрения этого вопроса. Но перед этим вспомним старый анекдот про экзамен, когда честный студент вытащил билет «Что такое электрический ток».

«Простите, профессор, я готовился, но забыл», — ответил честный студент.»Как ты мог!» Профессор упрекнул его в том, что вы единственный человек на Земле, который это знал! (от)

Но телевидению или радио нужен постоянный ток. Их нельзя запустить от переменного напряжения, для чего всегда требуется постоянный ток. Опять же, есть устройства, которые не имеют значения, чем вы пользуетесь. Лампы, например, просмотреть на этом сайте. Лампочка — это просто нагревающийся провод, и направление тока значения не имеет. Переменный ток используется с электродвигателями, то есть со всеми вращающимися устройствами.Например, блендер вращается. Или пластина тарелки тоже может работать переменным током, который не крутится, но ее надо греть, а то она как лампочка, у нее есть провод и тепло.

Это, конечно, шутка, но в ней огромное количество правды. Поэтому мы не будем искать нобелевские лавры, а просто разберемся, переменный ток и постоянный, в чем разница, и что обычно считается источником тока.

В качестве основы мы предполагаем, что ток — это не движение частиц (хотя движение заряженных частиц также несет заряд и, следовательно, создает токи), а движение (перенос) избыточного заряда в проводнике из точки большого заряд (потенциал) до точки меньшего заряда.Аналогия — резервуар, вода всегда стремится занять один уровень (уравнять потенциалы). Если вы откроете яму в дамбе, вода потечет под откос, будет постоянное течение. Чем больше отверстие, тем больше воды будет течь, ток будет увеличиваться, равно как и мощность, и объем работы, которую может выполнить этот ток. Если не управлять процессом, вода разрушит дамбу и сразу же создаст зону затопления с поверхностью в один уровень. Это короткое замыкание с уравниванием потенциалов, сопровождающееся большими нарушениями.

Но переменный ток имеет решающее преимущество, его можно производить в больших количествах на электростанциях, и его можно транспортировать намного лучше, чем постоянный ток, поскольку потери на больших расстояниях намного меньше. Таким образом, вне электростанции переключайте переменный ток в больших количествах на наземную линию, затем на распределительные коробки. Оттуда переменный ток распределяется по домам, и то, что мы использовали, решается этим устройством. Смеситель будет напрямую использовать переменный ток.

Компьютер или телевизор сначала преобразует переменный ток в постоянный. Это без проблем работает с так называемым преобразователем напряжения. Только благодаря преобразователю напряжения мы можем подключить телевизор к обычным блокам питания. Трансформатор напряжения уже установлен на все устройства, требующие постоянного тока.

Таким образом, в источнике появляется постоянный ток (обычно из-за химических реакций), в котором разность потенциалов возникает в двух точках. Перемещение заряда от более высокого значения «+» к низкому «-» уравнивает потенциал, пока длится химическая реакция.Результат полного выравнивания потенциала, как мы знаем, — это «деревенская батарея». Это объясняет, почему Постоянное и переменное напряжение существенно различаются по стабильности характеристик . Батареи (аккумулятор) потребляют заряд, поэтому напряжение постоянного тока со временем уменьшается. Чтобы поддерживать его на одном уровне, используйте дополнительные преобразователи. Изначально человечество долго решало, чем отличается постоянный ток от переменного тока общего пользования, т.н. «Война течений.«Это закончилось победой переменного тока, не только потому, что уменьшились потери при передаче на расстояние, но и было проще генерировать постоянный ток из переменного тока. Очевидно, что постоянный ток, полученный таким способом (без расходных материалов), имеет гораздо более стабильный характер. Фактически, в этом случае переменное и постоянное напряжение тесно связаны и во времени зависят только от выработки энергии и величины потока.

Электрическое сопротивление — это мера того, сколько напряжения требуется для пропускают через проводник определенный ток.Это также означает, что на каждый резистор в цепи падает определенное напряжение. На практике существует три типа резисторов.

Резисторы сопротивления в системах переменного тока. . На данный момент нас интересует только первый. Когда мы используем резистор в качестве компонента, мы обычно говорим об омическом сопротивлении, то есть об сопротивлении, которое не зависит от температуры, тока или напряжения. Таким образом, у нас есть постоянное сопротивление, и это позволяет использовать следующие примеры приложений.

Таким образом, постоянный ток по своей сути является возникновением неравномерного заряда в объеме (химическая реакция), который может перераспределяться по проводам, соединяющим точки высокого и низкого заряда (потенциала).

Остановимся на этом определении как на общепринятом. Все остальные токи постоянного тока (не батареи и аккумуляторы) получены от источника переменного тока. Например, на этом рисунке синяя волнистая линия — это наш постоянный ток в результате преобразования переменной.

Если бы мы подключили его напрямую к источнику напряжения, он бы сломался. Мы только что изучили нисходящее регулирование напряжения и также нашли решение. Только у этого решения есть серьезная слабость: нынешнее. Если он изменится, то изменится и напряжение, которое падает через резистор. Но есть и решение: делитель напряжения. Вот как это выглядит.

Почему высоковольтные кабели работают при 300 кВ?

Это вопрос, который я задавал себе каждый раз или должен был задать.Ответ следует из закона Ома и формулы мощности. Мощность определяет, сколько энергии потребуется с течением времени. Это означает, что наш источник тока — 220 В. Теперь подключаем наше устройство очень длинным силовым кабелем с этим разъемом. Включаем, а бывает: ничего. Здесь стоит упомянуть уже упомянутую «внутреннюю реставрацию». Длинная линия к блоку питания имеет такое высокое сопротивление, допустим, из-за падения напряжения на выходе нет напряжения для потребителя.

Обратите внимание на комментарии к картинке «большое количество схем и коллекторных пластин». Если конвертер другой, картинка будет другой. Та же синяя линия — это почти постоянный ток, но пульсирующий, запомните это слово. Здесь, кстати, чистый постоянный ток — это красная линия.

Поскольку мощность не изменяется из-за более высокого напряжения на соединительной линии, это означает, что там течет ток, так что это наше падение напряжения и, следовательно, ограничение.И это также причина того, что по высоковольтным кабелям также подается напряжение от 100 кВ до 300 кВ. Из-за высокого напряжения и связанного с ним более низкого тока влияние иногда очень высокого внутреннего сопротивления кабеля сводится к минимуму. Общие: определение — это величина, которая указывает, сколько работы или энергии необходимо для перемещения носителя заряда с определенным электрическим зарядом в электрическом поле.

Связь между магнетизмом и электричеством

Теперь посмотрим, что отличает переменный ток от постоянного, что зависит от материала.Самое главное — появление переменного тока не зависит от реакций в материале . Работая с гальваническим (постоянным током), было быстро установлено, что проводники притягиваются друг к другу, как магниты. Следствием этого стало открытие того, что магнитное поле генерирует электрический ток при определенных условиях. То есть магнетизм и электричество оказались взаимосвязанным явлением с обратным преобразованием. Магнит мог подавать ток в проводник, а проводник с током мог быть магнитом.На этой картинке моделирование экспериментов Фарадея, которые, собственно, и обнаружили это явление.

Это определение тоже легче представить. Для того, чтобы «ток» протекал в замкнутой системе, в качестве предварительного условия требуется напряжение. Под этим электрическим напряжением подразумевается движущая сила, которая позволяет или вызывает движение заряда. Итоги на сегодняшний день: если источник тока или напряжения не нагружен нагрузкой, ток не течет, и, следовательно, нет падения напряжения.Напряжение холостого хода можно измерить на контактах источника тока. Если нагрузка подключена к источнику тока или напряжения, ток течет, и напряжение холостого хода делится между сопротивлением нагрузки и внутренним сопротивлением источника напряжения.

Теперь аналогия с переменным током. Магнит у нас будет сила притяжения, а генератор тока — песочные часы с водой. Через полчаса напишем «верх», в другом — «низ». Поворачиваем часы и видим, как вода течет «вниз», когда вся вода стекает, переворачиваем снова и вода течет «вверх».Пока ток у нас есть, он дважды меняет направление за полный цикл. В науке это будет выглядеть так: частота тока зависит от частоты генератора в магнитном поле. При определенных условиях мы получаем чистую синусоиду, или просто переменный ток с разными амплитудами.

В этой главе будут рассмотрены термины «источник напряжения» и «источник тока». Источник напряжения: термины «источник тока» и «источник напряжения» не следует путать друг с другом.В принципе, источники тока и напряжения обладают противоположными свойствами. Источник напряжения служит источником электрической энергии, которая подает электрический ток в зависимости от подключенной нагрузки, но его нельзя путать с источником тока. Важной характеристикой источника напряжения является то, что напряжение очень низкое или, в случае идеальной модели источника напряжения, не зависит от принимаемого электрического тока.

Опять! Это очень важно для понимания того, что отличает постоянный ток от переменного тока.В обеих аналогиях вода течет «под гору». Но в случае постоянного тока резервуар будет опорожнен рано или поздно, а в случае переменного тока часы будут очень долго наливать воду, она находится в замкнутом объеме. Но в этом случае и в том, и в другом случае вода течет под уклоном. Правда, в случае переменного тока он половину времени течет вниз, но вверх. Другими словами, направление движения переменного тока является алгебраическим, то есть «+» и «-» постоянно меняются местами, при этом направление тока остается неизменным.Постарайтесь подумать и понять эту разницу. Как модно говорить в сети: «Ты это понимаешь, теперь ты все знаешь».

Так как важным свойством источника тока является то, что ток очень низкий, или в модели идеального источника тока в рамке он не зависит от электрического напряжения. Примерами источников напряжения являются батареи, солнечные элементы и генераторы, и, в отличие от источников тока, они подают не постоянный ток, а постоянное напряжение. Обычно источники тока создаются с использованием источника напряжения и преобразования его в источник тока с использованием подходящей схемы.

В рамках термина «источник напряжения» еще можно разделить на идеальный и реальный источник напряжения. Идеальный источник напряжения — это источник, который генерирует постоянное напряжение, независимо от тока и подключенных нагрузок. Источники реального напряжения можно рассматривать как идеальный источник напряжения, который подает напряжение без нагрузки и зависит от внутреннего сопротивления, так что профиль напряжения на реальном источнике напряжения зависит от принимаемого тока.

Что вызывает множество токов

Если понять разницу между постоянным и переменным током, возникает естественный вопрос: почему токов так много? Выбрал бы один ток стандартным, и все было бы так же.

Но, как говорится, «не все токи одинаково полезны», кстати, давайте задумаемся, какой ток опаснее: постоянный или переменный, если мы приблизительно вообразили не природу тока, а его Особенности. Человек — хороший проводящий коллодий электричества. Набор разных элементов в воде (мы на 70% вода, если кто не знает). Если к такому коллодию приложить напряжение — ударить электрическим током, то частицы внутри нас начнут переносить заряд.Как и нужно из точки с высоким потенциалом в точку с низким потенциалом. Самое опасное — стоять на земле, которая обычно представляет собой точку с бесконечно нулевым потенциалом. Другими словами, мы передадим на землю весь ток, то есть разницу зарядов. Итак, при постоянном направлении движения заряда процесс выравнивания потенциала в нашем теле происходит плавно. Мы любим воду сквозь воду. И мы можем спокойно «впитать» много воды. С переменным током картина немного иная — все наши частицы будут «тянуться» то туда-сюда.Песок плохо пропускает воду, и все будет взбаламучено. Поэтому ответ на вопрос, какой ток опаснее постоянного или переменного, однозначный — переменный. Для справки: опасный для жизни порог постоянного тока 300 мА. Для переменного тока эти значения зависят от частоты и начинаются с 35 мА. При токе 50 герц 100мА. Согласитесь, разница в 3-10 раз сама по себе отвечает на вопрос: что опаснее? Но это не главный аргумент в выборе действующего стандарта.Закажем все, что учитывается при выборе вида тока:

Визуализация двух терминов: сначала снова выяснение силы тока и напряжения. Чем сильнее две стороны, тем сильнее сила, действующая между ними, и тем сильнее напряжение. Два источника тока и источник напряжения можно пояснить на несерьезном примере. Изображено горное озеро, которое представляет собой напряжение в транспонированном смысле. Чем выше озеро, тем выше напряжение. Теперь вода из горного озера по трубам превращается в долину.От горного озера до долины идет трубопровод.

Воду можно рассматривать как электроны. Если труба открыта на вершине горного озера, вода течет по трубе, которая является течением в переносном смысле. Это означает, что чем больше воды в озере, тем больше воды будет «стекать» вниз. Конечно, у источника напряжения или тока есть сопротивление. Это тоже можно представить. В показанном примере диаметр трубы является сопротивлением. Чем уже трубка, тем меньше воды может течь.Узкая трубка обеспечивает сопротивление потоку воды.

• Доставка тока на дальние расстояния . Постоянный ток пропадет почти полностью;
• Преобразование в разнородных электрических цепях с неопределенным уровнем потребления. Для постоянного тока проблема практически невозможная;
• Поддержание постоянного напряжения для переменного тока на два порядка дешевле, чем для постоянного тока;
• Преобразование электрической энергии в механическую намного дешевле в двигателях и механизмах переменного тока.Такие двигатели имеют свои недостатки и в ряде областей не могут заменить двигатели постоянного тока;
• Таким образом, для массового использования постоянный ток имеет одно преимущество — он безопаснее для человека.

Отсюда разумный компромисс, который выбрало человечество. Не просто какой-то ток, а весь набор доступных преобразований от генерации, доставки потребителю, распространения и использования. Мы не будем перечислять их все, но рассмотрим основной ответ на вопрос статьи, «что отличает постоянный ток от переменного» одним словом — характеристики.Наверное, это самый правильный ответ для любых бытовых целей. А для понимания стандартов предлагаем изучить основные характеристики этих токов.

Математически вы можете объединить два члена. Горное озеро: толщина трубы = расход воды. Постоянный ток, переменный ток, постоянное напряжение, переменное напряжение — кратко описаны электрические параметры. С осциллографом. Аккумуляторы как источники постоянного напряжения.

Передача электроэнергии по линиям переменного тока.Схема напряжения постоянного напряжения. Диаграмма напряжения переменного напряжения. Электрический ток на короткое время Электрический ток перемещает носители заряда, они могут иметь как отрицательный заряд, так и положительный. В металле электроны могут свободно перемещаться. Они двигаются, потому что возбуждаются электрическим полем. Мерилом силы тока является электрический ток. Он измеряется в «Амперах», сокращенно A.

Основные характеристики токовых токов

Если для постоянного тока с момента открытия характеристики остались в целом без изменений, то с переменными токами все намного сложнее.Посмотрите на эту картинку — модель протекания тока в трехфазной системе от генерации до потребления

Кратко объясняется электрическое напряжение. Если в какой-то момент у нас много положительных зарядов, их электрическое поле притягивает электроны, они хотят переключиться на положительные заряды. Чем больше положительных зарядов, тем сильнее сила, управляющая электронами. Для количества электрических зарядов определяется мера, это «электрическое напряжение». Это просто указывает на разницу электрических зарядов между двумя точками.

Для протекания тока должно быть напряжение. Что такое полярность? Электрическое напряжение имеет два полюса — положительный положительный полюс и отрицательный отрицательный полюс. На положительном полюсе наблюдается дефицит электронов, электроны хотят мигрировать к этому положительному полюсу. У минусового полюса избыток электронов, электроны отталкиваются от минусового полюса. Вместо полярности иногда используется полярность. Что такое источник напряжения? Источник напряжения представляет собой двухполюсную составляющую, между двумя полюсами которой находится электрическое напряжение.

С нашей точки зрения очень четкая модель, по которой понятно, как убрать одну фазу, две или три. Заодно видно, как он попадает к потребителю.

В результате имеем цепочку генерации переменного и постоянного напряжения (токов) на ступени потребителя. Соответственно, чем дальше от потребителя, тем выше токи и напряжение. По сути, в нашей розетке самый простой и слабый — это переменный однофазный ток 220В с фиксированной частотой 50 Гц.Только увеличение частоты при таком напряжении может сделать ток высокочастотным. Самый простой пример — у вас на кухне. Микроволновая печать преобразует простой ток в высокочастотный, что действительно помогает в приготовлении. Кстати, мы отвечаем на вопрос о мощности СВЧ — это то, сколько «обычного» тока она преобразует в токи высокой частоты.

Стоит помнить, что любое преобразование токов — это не «подарок». Чтобы получить переменный ток, необходимо чем-нибудь вращать вал.Чтобы получить из него постоянный ток, вам нужно рассеять часть энергии в виде тепла. Даже токи передачи энергии должны будут отводиться в виде тепла при подаче в квартиру с помощью трансформатора. То есть любое изменение текущих параметров сопровождается потерями. И конечно же потери сопровождаются доставкой тока потребителю. Эти, казалось бы, теоретические знания позволяют понять, откуда берутся наши переплаты за энергию, сняв половину вопросов, почему на счетчике 100 рублей, а в квитанции 115.

Вернемся к токам. Мы все вроде бы все упоминали, и мы даже знаем, чем постоянный ток отличается от переменного тока, поэтому давайте вспомним, какие токи вообще бывают.

• D.C , источник физики химических реакций с изменением заряда, может быть получен преобразованием переменного тока. Вариация — это импульсный ток, который меняет свои параметры в широком диапазоне, но не меняет направление движения.
• Переменный ток . Он может быть однофазным, двухфазным или трехфазным. Стандартная или высокая частота. Такой простой классификации вполне достаточно.

Вывод или каждый ток вашего устройства

На фото — генератор тока Саяно-Шушенской ГЭС. А на этом фото место его установки.

А это обычная лампочка.

Разве не бросается в глаза разница в масштабах, хотя первое создано, в том числе и для второго? Если задуматься над этой статьей, становится понятно, что чем ближе устройство к человеку, тем чаще в нем используется постоянный ток.За исключением двигателей постоянного тока и промышленного применения, это действительно стандарт, основанный именно на том, какой ток более опасен, чем постоянный или переменный, как мы выяснили. На этом же принципе строятся характеристики бытовых токов, так как переменный ток 220В 50Гц — это компромисс между опасностью и потерями. Цена компромисса — защитный автомат: от предохранителя до УЗО. Отойдя от человека, мы попадаем в зону переходных характеристик, где токи и напряжения выше, и где не учитывается опасность для человека, а внимание уделяется технике безопасности — зона промышленного использования тока. .Больше всего от человека, даже в промышленности, идет передача энергии и выработка. Простому смертному здесь делать нечего — это зона профессионалов и специалистов, которые могут управлять этой силой. Но даже при повседневном использовании электричества и конечно при работе с электриком понимание основ природы токов никогда не будет лишним.

D.C (постоянный ток) — это упорядоченное движение заряженных частиц в одном направлении. Другими словами
Величины, характеризующие электрический ток, такие как напряжение или ток, постоянны как по величине, так и по направлению.

В источнике постоянного тока, например в обыкновенной пальчиковой батарее, электроны переходят от минуса к плюсу. Но исторически оказалось, что техническим направлением тока считается направление от плюса к минусу.

Для постоянного тока применимы все основные законы электротехники, такие как закон Ома и законы Кирхгофа.

Изначально постоянный ток назывался гальваническим током, так как он был впервые получен гальванической реакцией. Затем, в конце девятнадцатого века, Томас Эдисон попытался организовать передачу постоянного тока по линиям электропередач. При этом даже так называемая «Война токов» , в которой был выбор в качестве основного тока между переменным и постоянным. К сожалению, постоянный ток «проиграл» эту «войну», потому что, в отличие от переменного тока, постоянный несет большие потери мощности при передаче на расстояние.Переменный ток легко трансформируется и благодаря этому может передаваться на огромные расстояния.

могут быть аккумуляторы или другие источники, в которых ток появляется из-за химической реакции (например, пальчиковая батарея).

Также источники постоянного тока могут представлять собой генератор постоянного тока, в котором ток генерируется благодаря явлению
электромагнитной индукции, а затем выпрямляется с помощью коллектора.

Постоянный ток можно получить путем выпрямления переменного тока. Для этого существуют различные выпрямители и преобразователи.

широко применяется в электрических цепях и устройствах. Например, дома большинство устройств, таких как модем или мобильное зарядное устройство, работают от постоянного тока. Генератор автомобиля вырабатывает и преобразует постоянный ток для зарядки аккумулятора. Любое портативное устройство питается от источника постоянного тока.

В промышленности постоянный ток используется в машинах постоянного тока, например, в двигателях или генераторах.В некоторых странах есть высоковольтные линии электропередачи постоянного тока.

Постоянный ток нашел применение и в медицине, например в электрофорезе — процедуре лечения с помощью электрического тока.

На железнодорожном транспорте, помимо переменного тока, используется еще и постоянный ток. Это связано с тем, что тяговые двигатели, имеющие более жесткие механические характеристики, чем асинхронные, являются двигателями постоянного тока.

Постоянный ток, в отличие от переменного, более безопасен для человека.Например, смертельный для человека ток 300 мА, если это постоянный ток, а если переменная частота 50 Гц, то 50-100 мА.

Электрическая постоянная — статья энциклопедии

Электрическая постоянная (также: диэлектрическая проницаемость вакуума или диэлектрическая проницаемость свободного пространства ), обозначенная ε ₀ , является физической постоянной, электромагнитным свойством классического вакуума, появляющимся в уравнениях, связывающих электрический заряд с механическими величинами в система единиц СИ, например, в законе Кулона.В скалярной форме закон Кулона можно представить в виде:

,

, где F — величина силы между двумя точечными зарядами q ₁ и q ₂ , разделенных расстоянием r и расположенных в идеализированной среде, иногда называемой просто «вакуум» (хотя это не означает, что эта идеальная среда на самом деле физически реализуема как некий реальный «вакуум»), который иногда называют свободным пространством.

Его значение определяется как

,

, где c — скорость света в вакууме, а μ ₀ — магнитная постоянная.В системе единиц СИ c определено, а μ ₀ является следствием определения ампера: μ ₀ = 4π × 10 ⁻⁷ N / A ² . Следовательно, ε ₀ имеет точное значение и с точностью до десяти цифр выражается следующим образом:

; ^[1]

В качестве альтернативы, электрическая постоянная иногда задается в форме постоянного множителя, который появляется в законе Кулона,

Н м² / C².

Неопределенность, обозначенная точками после последних цифр, не связана с некоторой экспериментальной неопределенностью, а является следствием невозможности выразить иррациональное число конечным числом десятичных знаков. Несмотря на то, что иногда используется название «вакуумная диэлектрическая проницаемость», это значение , определенное , не может быть интерпретировано как измеренное свойство любой реальной среды, которую можно было бы назвать «вакуумом».

Терминология

Исторически физическая постоянная ε ₀ имела разные названия.Одним из них была диэлектрическая проницаемость вакуума . ^[2] Хотя диэлектрическая проницаемость ^[3] все еще используется, теперь она считается устаревшей. ^{[4] [5]} В Красной книге IUPAP 1987 г. эта постоянная была названа диэлектрической проницаемостью вакуума . ^[6] В настоящее время номенклатура электрическая постоянная . ^{[1] [7]} Диэлектрическая проницаемость вакуума ε = ε _r ε ₀ равна электрической постоянной ε ₀ .

1. ↑ ^{1.0 1.1} CODATA. Электрическая постоянная. Рекомендуемые значения CODATA на 2006 год . NIST. Проверено 8 августа 2007.
2. ↑ Кинг, Ронольд У. П. (1963). Фундаментальная электромагнитная теория . Нью-Йорк: Довер, стр. 139.
3. ↑ например, в этом случайном патенте
4. ↑ Совет по стандартам IEEE (1997). Стандартные определения терминов IEEE для распространения радиоволн стр. 6.
5. ↑ Браславский, С.E. (2007), «Глоссарий терминов, используемых в фотохимии (рекомендации IUPAC 2006)», Чистая и прикладная химия 79 : стр. 324.
6. ↑ Комиссия SUNAMCO (1987), Рекомендуемые значения фундаментальных физических констант, символов, единиц, номенклатуры и фундаментальных констант в физике , стр. 54 ; (ИЮПАП «Красная книга»).
7. ↑ Национальная физическая лаборатория, Великобритания (1998). Основные физические константы стр. 2.

Объяснитель урока: Типы электрического тока

В этом объяснителе мы узнаем, каковы основные типы электрического тока и какие источники их производят.

Электрический ток — это поток электрического заряда. Единицей измерения электрического тока является ампер, который мы даем символу A.

А ток 1 ампер или 1 А, эквивалентно 1 кулону заряда, проходящему через точку в одну секунду, или 1 кл / с.

В бытовых электроприборах используются два разных типа электрического тока.

Один из них называется постоянным током, который часто сокращается до постоянного тока. Он используется такими устройствами, как цифровые часы и калькуляторы.

Постоянный ток — это ток постоянной величины. Это означает, что количество заряда, протекающего через точку в цепи, останется таким же, как Время проходит.

Важно отметить, что постоянный ток всегда только в одном направлении.

График ниже показывает зависимость силы тока от времени для постоянного тока.

Глядя на график, видно, что ток остается постоянным. Он остается на своем начальном значении.

Итак, постоянный ток представлен на графике зависимости тока от времени прямой горизонтальной линией.

Пример 1. Общие сведения о постоянном токе

Какое из следующих предложений правильно описывает постоянный ток?

1. Постоянный ток имеет переменную величину и всегда одно направление.
2. Постоянный ток имеет постоянную величину и всегда одно направление.
3. Постоянный ток имеет переменную величину, и его направление может меняться.
4. Постоянный ток имеет постоянную величину, и его направление может меняться.

Ответ

Этот вопрос проверяет знания о направлении и величине постоянного тока.

Помните, что постоянный ток — это постоянный ток. Он имеет постоянную величину.

Не меняет направление.

Это означает, что предложение B является правильным ответом.

Другой тип тока, который часто используется в электроприборах, — это переменный ток или переменный ток.

Электричество из сети — это электричество, используемое в домах. Это переменный ток, поэтому любое устройство, подключенное к сети, использует переменный ток.

Переменный ток не имеет постоянного значения.Его ценность постоянно меняется. Это означает, что количество проходящего заряда точка в цепи меняется со временем.

Более конкретно, переменный ток периодически меняет направление.

Это показано на графике ниже. Это показывает зависимость тока от времени для переменного тока.

Обратите внимание, как между 0 секунд и 1 секунду значение тока положительное. Это означает, что обвинения текут в одном направлении, скажем по часовой стрелке, по кругу.

Затем от 1 секунды до 2 секунды значение тока отрицательное.

Отрицательный ток означает, что заряды теперь текут в обратном направлении, так что теперь заряды текут против часовой стрелки.

Это повторяется регулярно, так как значение тока снова положительное между 2 и 3 секунды. Он снова отрицательный между 3 и 4 секунды.

Сначала заряды текут по часовой стрелке, затем против часовой стрелки, затем снова по часовой стрелке и так далее.

Пример 2: Что такое переменный ток

Какое из следующих предложений правильно описывает переменный ток?

1. Переменный ток имеет постоянную величину и всегда одно направление.
2. Переменный ток — это ток, который никогда не меняет направление.
3. Переменный ток — это ток, который периодически меняет направление.
4. Переменный ток — это ток, который иногда может изменять направление.

Ответ

Этот вопрос проверяет знания о направлении и величине переменного тока.

Слово «переменный» в слове «переменный ток» говорит нам, что он должен меняться. Переменный ток не имеет постоянной величины.

Помните, что это изменение является периодическим, когда ток периодически меняет направление. Это говорит нам о том, что правильное предложение — C.

На приведенном ниже графике показана зависимость силы тока от времени как для переменного, так и для постоянного тока.

Линия 1 постоянного тока. Это прямая горизонтальная линия, поскольку она имеет постоянное значение и направление.

Это означает, что заряды всегда будут течь в одном и том же направлении по контуру.

Линия 2 — переменный ток. Он периодически меняет направление.

Это означает, что через равные промежутки времени значение тока изменяется с положительного на отрицательное, и заряды перестают течь. в одном направлении вокруг контура к потоку в противоположном направлении.

Пример 3: Различие между графиками постоянного и переменного тока

На графике ниже показано изменение электрического тока во времени для двух разных цепей.Какое из следующих предложений правильное?

1. И линия 1, и линия 2 представляют постоянный электрический ток.
2. Линия 1 представляет электрический ток, который периодически меняет направление.
3. Линия 2 представляет электрический ток, который периодически меняет направление.
4. Линия 1 представляет постоянный электрический ток.
5. Обе линии 1 и 2 представляют электрический ток, который периодически меняет направление.

Ответ

Это вопрос о понимании информации, отображаемой на графике.

Строка 1 со временем меняется и опускается ниже нуля. Это говорит нам о том, что он меняет направление. Это происходит периодически. Это означает, что это переменный ток.

Линия 2 имеет постоянный ток и не опускается ниже нуля. Это говорит нам, что он не меняет направление.

Линия 2 — постоянный ток. Это говорит нам, что правильное предложение — B.

Если нам нужен постоянный ток в цепи, мы можем использовать химический элемент или батарею, как показано на фотографии ниже.

Если вместо этого нам понадобится переменный ток в цепи, мы могли бы использовать динамо-машину для его генерации, как показано на изображении ниже.

Пример 4: Понимание того, что батарея производит постоянный ток

Компания создает электрические цепи. Им нужно, чтобы в их цепях был постоянный электрический ток, не меняющий направления. Каков их лучший выбор в качестве источника электрического тока?

1. Динамо
2. Химическая батарея
3. Либо динамо-машина, либо химическая батарея

Ответ

Давайте начнем с того, что вспомним, что представляет собой каждый из этих объектов.

Динамо-машина — это устройство, которое может использоваться для выработки переменного тока. Переменный ток — это ток, который периодически меняет направление.

Это означает, что через равные промежутки времени значение тока изменяется с положительного на отрицательное, и заряды перестают течь. в одном направлении вокруг контура к потоку в противоположном направлении.

Химическая батарея, подобная той, что показана на изображении ниже, представляет собой объект, который можно использовать для выработки постоянного тока.

Постоянный ток имеет постоянное значение во времени, и если в цепи есть постоянный ток, заряды всегда будут течь в одном и том же направление в этой цепи.

График ниже показывает зависимость силы тока от времени для постоянного тока.

Компании требуется источник электрического тока, обеспечивающий постоянный ток, не меняющий направления.

Химическая батарея производит это, а динамо-машина — нет, поэтому ответ — B.

Пример 5: Понимание того, что динамо-машина вырабатывает переменный ток

Компания производит электрические цепи.Им нужно, чтобы в их цепях был электрический ток, который периодически меняет направление. Какая у них лучший выбор для источника электрического тока?

1. Динамо
2. Химическая батарея
3. Либо динамо-машина, либо химическая батарея

Ответ

Давайте начнем с того, что вспомним, что представляет собой каждый из этих объектов.

Химическая батарея — это объект, который может использоваться для производства постоянного тока.

Постоянный ток имеет постоянное значение во времени, и если в цепи есть постоянный ток, заряды всегда будут течь в в том же направлении в этой цепи.

Динамо-машина, подобная показанной на изображении ниже, представляет собой устройство, которое можно использовать для выработки переменного тока.

Переменный ток — это ток, который периодически меняет направление.

Это означает, что через равные промежутки времени значение тока меняется с положительного на отрицательное, и заряд перестанет течь. в одном направлении вокруг контура к потоку в противоположном направлении.

График ниже показывает зависимость тока от времени для переменного тока.

Компании требуется источник электрического тока, который периодически меняет направление.

Динамо-машина производит это, а химическая батарея — нет, поэтому ответ — A.

Ключевые моменты

• Постоянный ток — это тип тока, который имеет постоянное значение.
• Постоянный ток в одном направлении.
• Переменный ток — это ток с переменным значением.
• Переменный ток периодически меняет направление.
• Химический элемент или батарея — это источник постоянного тока.
• Динамо-машина — это источник переменного тока.

ампер

2

Новое определение килограмма, ампера, Кельвина и моля

16 ноября 2018 г. — В знаковом решении представители 60 стран проголосовали за пересмотр Международной системы единиц (СИ), изменив мировое определение килограмма, ампера, кельвина и…

Оригинальный килограмм заменен — ​​введена в действие новая международная система единиц (СИ)

21 мая 2019 г. — В дополнение к другим научным единицам килограмм теперь определяется естественной постоянной. Это стало возможным благодаря выращиванию монокристаллов из высокообогащенных …

Могут ли магнитные поля Мегатесла быть реализованы на Земле?

6 октября 2020 г. — Исследователи открыли новый механизм, названный «взрывом микротрубок», демонстрирующий генерацию магнитных полей мегатесла порядка, что на три порядка выше, чем у…

Light My Fire: как каждый раз запускать устройства Fusion

10 октября 2019 г. — Исследователи сконструировали основу для запуска и повышения температуры термоядерной плазмы до температуры, сравнимой с солнечной, в сотни …

Ускорение развития термоядерной энергии для создания неограниченной энергии на Земле

19 марта 2019 г. — В новом документе подробно рассматриваются проблемы и компромиссы при разработке компактной термоядерной установки с высокотемпературным сверхпроводником…

В 5000 раз быстрее компьютера

14 января 2019 г. — Поглощение света в полупроводниковых кристаллах без инверсионной симметрии может генерировать электрические токи. Исследователи создали направленные токи на терагерцовых (ТГц) частотах, намного …

Электромобили лучше для климата в 95% мира

23 марта 2020 г. — Опасения по поводу того, что электромобили действительно могут увеличить выбросы углерода, необоснованны почти во всех частях мира, новое исследование…

Ударная техника для атомных колебаний в кристалле

14 июля 2020 г. — Колебания атомов в кристалле полупроводникового арсенида галлия (GaAs) импульсным образом сдвигаются на более высокую частоту под действием оптически возбужденного электрического тока. Связанное с этим изменение пространственного …

Движущиеся доменные стенки вызывают потери в гибридных системах сверхпроводник / ферромагнетик

6 января 2020 г. — Физики показали, что движение доменных стенок можно обнаружить, отслеживая напряжение, генерируемое в сверхпроводящих устройствах.Это открытие может облегчить запоминание магнитных треков …

Универсальный метод измерения мощности света

20 декабря 2019 г. — В поисках лучших способов измерения всевозможных вещей исследователи опубликовали подробное исследование, предлагающее «элегантное» улучшенное определение стандартной единицы света …

определение постоянного тока и синонимов постоянного тока (английский)