От плюса к минусу ток: Куда течет ток или где же этот чертов катод? / Хабр — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Куда течет ток или где же этот чертов катод? / Хабр

Есть вещи, которые хочется, что называется «развидеть» — термин вполне устоявшийся и понятный.

— Евгений Гришковец, рассказывает про железнодорожников. (с) Спектакль

«Одновременно»

А есть вещи которые, ну никак не получается запомнить. Это возникает от того, что новое понятие не может однозначно зацепиться за уже известные факты в сознании, никак не получается построить новую связь в семантической сети фактов.

Все знают, что у диода есть катод и анод. Все знают, как диод обозначается на электрической схеме. Но далеко не все могут правильно сказать, где же на схеме что.

Под спойлером картинка, посмотрев на которую, вы навсегда запомните, где у диода анод, а где катод. Должен предупредить, развидеть это не получится, так что тот, кто не уверен в себе, пусть не открывает.

Теперь, когда мы отпугнули слабых, продолжаем…

Да, вот так все просто. Буква К — это катод, буква А — это анод. Извините, теперь и вы это никогда не забудете.

Продолжим, и разберемся куда течет ток. Если приглядеться, обозначение диода представляет собой стрелку. Вот, не поверите — ток течет именно туда, куда показывает стрелка! Что логично, не правда ли? Дальше больше — ток течет «Аткуда» (от Анода) и «Куда» (к Катоду). В обозначениях транзисторов тоже есть стрелки, и они так же обозначают направление тока.

Ток — направленное движение заряженных частиц — это мы все знаем из школьной физики. Каких частиц? Да, любых заряженных! Это могут быть и электроны несущие отрицательный заряд и обделенные электронами частицы — атомы или молекулы, в растворах и плазме — ионы, в полупроводниках — «свободные электроны» или вообще «дырки», что бы это не значило. Так вот, во всем этом зоопарке проще всего разобраться так: ток течет от плюса к минусу, и все. Запомнить это очень просто: «плюс» — интуитивно — это там где чего-то «больше», больше в данном случае зарядов (еще раз — не важно каких!) и текут они в сторону «минуса», где их мало и ждут. Все остальные подробности, непринципиальны.

Ну, и последнее — батарейка. Обозначение тоже всем известно, две палочки подлинней потоньше и покороче потолще. Так вот покороче и потолще символизирует собой минус — эдакий «жирный минус» — как в школе, помните: «ставлю тебе четыре с жирным минусом». Я только так и запомнил, возможно, кто-то предложит вариант лучше.

Теперь, вы без труда ответите на вопрос, загорится ли лампочка в этой схеме:

Всех с 1 апреля! Улыбайтесь, господа. Улыбайтесь!

Как течет ток от плюса к минусу — MOREREMONTA

Тема: в какую сторону идёт ток в проводах, электрических цепях, схемах.

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

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

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

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

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

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

Все мы хорошо знаем, что электричество представляет собой направленный поток заряженных частиц в результате воздействия электрического поля. Это вам скажет любой школьник. А вот вопрос о том, каково направление тока и куда деваются эти самые частицы, многих может поставить в тупик.

Суть вопроса

Как известно, в проводнике электричество переносят электроны, в электролитах – катионы и анионы (или попросту ионы), в полупроводниках электроны работают с так называемыми «дырками», в газах – ионы с электронами. От наличия свободных элементарных частиц в том или ином материале и зависит его электропроводность. При отсутствии электрического поля в металлическом проводнике ток идти не будет. Но как только на двух его участках возникнет разность потенциалов, т.е. появится напряжение, в движении электронов прекратится хаос и наступит порядок: они начнут отталкиваться от минуса и направятся в сторону плюса. Казалось бы, вот и ответ на вопрос «Каково направление тока?». Но не тут-то было. Достаточно заглянуть в энциклопедический словарь или просто в любой учебник по физике, как сразу станет заметно некое противоречие. Там говорится, что условно словосочетание «направление тока» обозначает направленное движение положительных зарядов, другими словами: от плюса к минусу. Как быть с этим утверждением? Ведь здесь невооруженным глазом заметно противоречие!

Сила привычки

Когда люди научились составлять цепь постоянного тока, они еще не знали о существовании электрона. Тем более, в то время не подозревали что он движется от минуса к плюсу. Когда Ампер предложил в первой половине 19-го столетия направление тока от плюса к минусу, все восприняли это как должное и это решение никто не стал оспаривать. Прошло 70 лет, пока люди не выяснили, что ток в металлах происходит благодаря движениям электронов. А когда они это поняли (это случилось в 1916 году), все настолько привыкли к сделанному Ампером выбору, что уже не стали ничего менять.

«Золотая середина»

В электролитах отрицательно заряженные частицы движутся к катоду, а положительные — к аноду. То же самое происходит и в газах. Если подумать, какое направление тока будет в этом случае, в голову приходит только один вариант: перемещение разнополярных электрических зарядов в замкнутой цепи происходит навстречу друг другу. Если принять это утверждение за основу, то оно снимет существующее ныне противоречие. Возможно, это вызовет удивление, но еще более 70 лет назад ученые получили документальные подтверждения того, что противоположные по знаку электрические заряды в проводящей среде действительно движутся друг другу навстречу. Данное утверждение будет справедливо для любого проводника вне зависимости от его типа: металла, газа, электролита, полупроводника. Как бы там ни было, остается надеяться, что со временем физики устранят путаницу в терминологии и примут однозначное определение того, что же все-таки такое направление движения тока. Привычку, конечно, менять сложно, но ведь нужно же наконец поставить все на свои места.

«Когда Ампер предложил в первой половине 19-го столетия направление тока от плюса к минусу, все восприняли это как должное и это решение никто не стал оспаривать. Прошло 70 лет, пока люди не выяснили, что ток в металлах происходит благодаря движениям электронов. А когда они это поняли (это случилось в 1916 году), все настолько привыкли к сделанному Ампером выбору, что уже не стали ничего менять.

Течение токов в цепи как перемещение частиц: от плюса к минусу или наоборот

20.02.2019

В основе радиоэлектроники лежит явление, которое называется электрическим током.

Если вы учились по старым школьным учебникам, то в них написано, что атом, это самая маленькая частица вещества, которая поэтому неделима. Но это давно устарело, теперь уже точно известно, что он состоит из еще более мелких частиц.

Физику частиц изучают в больших ускорителях — коллайдерах.

Благодаря им учёным удаётся придать элементарным частицам вещества высокую кинетическую энергию, направить их навстречу друг другу, чтобы произвести их столкновение, иногда в результате экспериментов образуются неизвестные ранее частицы, как например бозон или антивещество.

Сейчас известно, что атом состоит из электронов и ядра, состоящего в свою очередь из протонов и нейтронов. Электроны – это элементарные отрицательные заряды электричества, протоны – элементарные положительные заряды, а нейтроны – частицы, не имеющие заряда вообще.

Все они не собраны в одну кучу, они находятся в движении, между ними существуют силы взаимодействия. Между одноименными зарядами действуют силы отталкивания, а между разноименными частицами – силы притяжения.

Схема строения атома (крестиками обозначены протоны, кружочками – электроны)

а – нейтральный атом; б – отрицательный; в – положительный.

Так как электроны движутся (как планеты вокруг Солнца) вокруг ядра (рис.1), то в атоме силы отталкивания и притяжения уравновешиваются.

Можно сказать, что это настоящая солнечная система в миниатюре! Заметьте теперь, что если в атоме имеется столько же электронов, сколько и протонов, то он нейтрален. Если электронов больше, то отрицательный заряд превосходит положительный заряд и атом становится отрицательным. Наконец если отрицательно заряженных частиц меньше, чем положительных, то атом будет положительным.

Равновесие зарядов – электрический ток

Каким образом атом может оказаться положительным или отрицательным? Электроны, которые находятся далеко от ядра, испытывают слабое притяжение и, попадая в сферу притяжения другого атома, у которого не хватает электронов, покидают его, чтобы дополнить или уравновесить, соседний атом.

Запомните, что электроны перемещаются от атома, где они более многочисленны, туда, где их меньше.

Рис. 2 – Электрический ток

Если каким-либо путем на одном конце металлической проволоки удастся сосредоточить отрицательно заряженные атомы, а на другом – положительно заряженные (имеющие недостаток отрицательно заряженных частиц), то электроны начнут перемещаться от одного атома к другому через все промежуточные элементы до момента установления равновесия (Рис. 2). Очевидно, что электроны пойдут от отрицательного конца к положительному. Такое упорядоченные движение и называют электрическим током.

Вот теперь вам должно быть понятно почему ток идет от отрицательного к положительному, а в школах учат об условном направлении тока говоря что он идет от плюса к минусу.

В то время, когда надо было установить направление тока, произвольно выбрали направление от положительного полюса к отрицательному, потому что еще не было электронной теории.

Запомните хорошо, что ток движется от отрицательного полюса к положительному.

Запомните: в проводах электроосветительной сети течет переменный ток, а не постоянный, как в цепи электрического карманного фонаря. Его вырабатывают машины, называемые генераторами переменного тока.

Знаки электрических зарядов на полюсах генератора непрерывно меняются, но не скачком, как в нашем примере, а плавно.

Заряд того полюса генератора, который в некоторый момент времени был положительным, начинает убывать и через долю секунды становится отрицательным; отрицательный заряд сначала возрастает, потом начинает убывать, пока снова не окажется положительным, и т.д. Одновременно меняется знак заряда и другого полюса.

При этом напряжение и значение тока в электрической цепи также периодически изменяются.
Графически переменный ток изображают волнистой линией — синусоидой, показанной на рисунке. Здесь вертикальная ось со стрелкой, направленной вверх, соответствует одному направлению тока, а вниз — другому направлению тока, обратному первому.

О чем может рассказать такой график? Ток в цепи появляется в момент времени, обозначенный на графике точкой а. Он плавно увеличивается и течет в одном направлении, достигая наибольшего значения (точка б), и также плавно убывает до нуля (точка в).

Исчезнув на мгновение, ток вновь появляется, плавно возрастает и протекает в цепи, но уже в противоположном направлении. Достигнув наибольшего значения (точка г), он снова уменьшается до нуля (точка д).

И далее ток, также последовательно возрастая и уменьшаясь, все время меняет , свои направление и значение.

При переменном токе электроны в проводнике как бы колеблются из стороны в сторону. Поэтому переменный ток называют также электрическими колебаниями.

Одним полным, или законченным, колебанием тока принято считать упорядоченное движение электронов в проводнике, соответствующее участку графика от а до д или от в до ж.

Время, в течение которого происходит одно полное колебание, называют периодом, время половины колебания — полупериодом, а наибольшее значение тока во время каждого полупериода — амплитудой.

Чтобы до конца разобраться с понятием переменный ток, посмотрите на рисунки ниже

Для наглядности я закрасил красным цветом период. Так как максимальное значение напряжения за половину периода это амплитуда, значит оно должно как-то обозначаться и обозначается амплитуда Um. Соответственно положительный полупериод +Um, а отрицательный полупериод -Um.

Переменный ток выгодно отличается от постоянного тем, что он легко поддается преобразованию. Так, например, при помощи специального устройства — трансформатора — можно повысить напряжение переменного тока или, наоборот, понизить его. Переменный ток, кроме того, можно выпрямить — преобразовать в постоянный ток.

Эти свойства переменного тока вы будете широко использовать в своей радиолюбительской практике.
Все то, о чем я рассказал вам сейчас, знает каждый старшеклассник и разумеется, каждый радиолюбитель.

Вы пользуетесь благами электричества, иногда даже расточительно, не задумываясь над тем, что ученые всего — навсего каких — нибудь лет 100 назад только — только нащупали пути практического использования этого щедрого дара природы.

ПРОВОДНИКИ, ИЗОЛЯТОРЫ, ДИЭЛЕКТРИКИ

Электрический ток проходит через металлы. Ток также проходит через растворы кислот или щелочей и через уголь. Все эти вещества называются проводниками. Их атомы содержат много электронов, которые слабо связаны с ядром. Однако существуют другие тела, в которых электроны настолько сильно связаны с ядром, что они не могут покинуть атом.

В этих телах, называемых изоляторами или диэлектриками, не может образоваться электрический ток. Лучшими изоляторами, применяемыми в радио, являются кварц, эбонит, янтарь, бакелит, стекло, различные керамики, парафин. Между изоляторами и проводниками находятся полупроводники, например германий или кремний, из которых изготавливают транзисторы.

Но о них мы лучше пока не будет говорить, чтобы не спуталось все в голове.

Почему серебро лучший проводник чем медь? Потому что в одинаковых условиях через серебряный провод будет проходить ток большей силы, чем через провод такого же размера, но из меди. Самым лучшим диэлектриком является воздух.

А самым лучшим проводником серебро. Красная медь тоже хорошо проводит ток и так как она стоит дешевле серебра, то используется чаще. А еще есть такое понятие как сверхпроводимость, но об этом подробно поговорим в следующий раз.

Сила тока

Сила тока – количество электронов, принимающее участие в движении, в учебниках еще пишут, что это количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника в одну секунду. Можно говорить о токе силой в 10 электронов или в 1000. Но практически измеряют силу тока в амперах (А).

Один ампер соответствует прохождению 6 000 000 000 000 000 000 электронов в секунду и это еще округленные цифры. Пользуются очень часто также боле мелкими единицами: миллиампером (мА), равным 1/1000 А, и микроампером (мкА), равным 1/1 000 000 А.

Сила тока зависит от напряжения приложенного к проводнику, и от сопротивления последнего.

В этом уроке, вы познакомились с такими важнейшими понятиями как: проводники, диэлектрики и полупроводники. Что такое постоянный и переменный электрический ток. Ну и последнее что необходимо четко запомнить и уяснить — основные характеристики переменного тока на представленном графике (синусоида), это период, полупериод, частота и амплитуда.

Содержание курса и следующий урок можете найди здесь.

Урок №1. Теория атома, электрический ток, проводники и диэлектрики. Ссылка на основную публикацию

Источник: https://www.radioingener.ru/urok1_electricheckiy_tok/

Как течет ток от плюса к минусу

Просто электроны перемещаются внутри вещества от одного атома к другому. Но вот если к этому веществу (электрическому проводнику) подключить внешнее электромагнитное поле, тем самым создав электрическую цепь, то все свободные электроны начнут двигаться в одном направлении.

Именно это и есть движение электрического тока внутри проводника.

Кованые перила для балкона фото

Следовательно, в твердых телах электрический ток течет от минуса к плюсу источника питания (перемещаются электроны по электрической цепи).

В жидкостях и газах ток движется сразу в двух направлениях, а точнее, одновременно, электроны текут к плюсу, а ионы (отдельные атомы, что не связаны между собой кристаллической решеткой, они каждый сам по себе) текут к минусу источника питания.

Учеными же было принято официально считать, что движение происходит от плюса к минусу (наоборот, чем это происходит в действительности).

Так что, с научной точки зрения правильно говорить, что электрический ток движется от плюса к минусу, а с реальной точки зрения (электрофизическая природа) правильнее полагать, что ток течет от минуса к плюсу (в твердых телах). Наверное это сделано для какого-то удобства.

Вы наверное слышали, что в обычной городской электросети переменное напряжение величиной 220 вольт и стандартной частотой 50 герц. Так вот эти 50 герц говорят о том, что электрический ток за одну секунду успевает 50 раз пройти полный цикл, имеющий синусоидальную форму.

Фактически за одну секунду направление тока меняется аж 100 раз (за один цикл меняется два раза).

Как сделать кирку в реальной жизни

Суть вопроса

При отсутствии электрического поля в металлическом проводнике ток идти не будет. Но как только на двух его участках возникнет разность потенциалов, т.е. появится напряжение, в движении электронов прекратится хаос и наступит порядок: они начнут отталкиваться от минуса и направятся в сторону плюса.

Казалось бы, вот и ответ на вопрос «Каково направление тока?». Но не тут-то было. Достаточно заглянуть в энциклопедический словарь или просто в любой учебник по физике, как сразу станет заметно некое противоречие.

Там говорится, что условно словосочетание «направление тока» обозначает направленное движение положительных зарядов, другими словами: от плюса к минусу. Как быть с этим утверждением? Ведь здесь невооруженным глазом заметно противоречие!

Сила привычки

Когда люди научились составлять цепь постоянного тока, они еще не знали о существовании электрона. Тем более, в то время не подозревали что он движется от минуса к плюсу.

Когда Ампер предложил в первой половине 19-го столетия направление тока от плюса к минусу, все восприняли это как должное и это решение никто не стал оспаривать. Прошло 70 лет, пока люди не выяснили, что ток в металлах происходит благодаря движениям электронов.

А когда они это поняли (это случилось в 1916 году), все настолько привыкли к сделанному Ампером выбору, что уже не стали ничего менять.

Как сделать дуги для тента

«Золотая середина»

Если принять это утверждение за основу, то оно снимет существующее ныне противоречие. Возможно, это вызовет удивление, но еще более 70 лет назад ученые получили документальные подтверждения того, что противоположные по знаку электрические заряды в проводящей среде действительно движутся друг другу навстречу.

Данное утверждение будет справедливо для любого проводника вне зависимости от его типа: металла, газа, электролита, полупроводника. Как бы там ни было, остается надеяться, что со временем физики устранят путаницу в терминологии и примут однозначное определение того, что же все-таки такое направление движения тока.

Привычку, конечно, менять сложно, но ведь нужно же наконец поставить все на свои места.

«Когда Ампер предложил в первой половине 19-го столетия направление тока от плюса к минусу, все восприняли это как должное и это решение никто не стал оспаривать.

Прошло 70 лет, пока люди не выяснили, что ток в металлах происходит благодаря движениям электронов.

Источник: https://moreremonta.info/strojka/kak-techet-tok-ot-pljusa-k-minusu/

Направление электрического тока ⋆ diodov.net

Направление электрического тока принято считать от плюса к минусу генератора или источника питания, и принимается, что он протекает в металлических проводниках. Однако I образуется не только в проводниках, но и в газах и жидкостях.

Атомы металлов связаны в прочную кристаллическую решетку, поэтому свободно перемещаться могут только свободные электроны; ионы остаться неподвижными. Атомы газов и жидкостей могут свободно перемещаться, поскольку не имеют прочных связей.

Следовательно, носителями зарядов служат ионы и эл-ны.

Поэтому при определении силы тока I в газах и жидкостях, необходимо учитывать сумму положительных и отрицательных зарядов, прошедших через площадь поперечного сечения за единицу времени. Например, в металлическом проводнике I = 1 А, если через проводник за одну секунду проходят 6,2818 эл-нов (1 Кл).

Один ампер в газе или жидкости могут образовать 3,1418 эл-нов (0,5 Кл) и столько же положительных ионов (еще 0,5 Кл). Если заряд иона вдвое превышает заряд эл-на, то потребуется в два раза меньше ионов для создания одного ампера.

Направление электрического тока в проводниках

Исторически сложилось так, что направление протекание электрического тока принято от «плюса» к «минусу», то есть от положительного к отрицательному электроду источника питания.

На самом деле, если рассматривать металлический проводник, то электроны, являющиеся единственными носителями заряда, движутся от отрицательного электрода к положительном.

Следовательно действительное направления тока противоположно принятому.

Такое направление предложил Бенджамин Франклин ввиду отсутствия знаний того времени о природе носителей электрического заряда в проводниках. Портрет Бенджамина Франклина изображен на сто долларовой купюре.

Направление электрического тока в газах и жидкостях

В газах и жидкостях электрический ток может протекать от плюса к минусу, согласно традиционному представлению, поскольку в них может преобладать количество положительных ионов. Направление не стали изменять на «правильное», поскольку оно слишком плотно вошло в обиход.

Источник: https://diodov.net/napravlenie-elektricheskogo-toka/

Направление тока: от минуса к плюсу или наоборот?

Суть вопроса

Достаточно заглянуть в энциклопедический словарь или просто в любой учебник по физике, как сразу станет заметно некое противоречие. Там говорится, что условно словосочетание «направление тока» обозначает направленное движение положительных зарядов, другими словами: от плюса к минусу.

Как быть с этим утверждением? Ведь здесь невооруженным глазом заметно противоречие!

Сила привычки

«Золотая середина»

Привычку, конечно, менять сложно, но ведь нужно же наконец поставить все на свои места.

Источник: https://autogear.ru/article/993/67/napravlenie-toka-ot-minusa-k-plyusu-ili-naoborot/

Направление электрического тока

Свободные электроны.. Электрический ток.. Измерение тока.. Амперметр.. Единица силы тока — Ампер.. Направление электрического тока.. Направление движения электронов..

Когда электрическое поле прикладывается к проводнику, свободные электроны (носители отрицательного заряда) начинают дрейфовать в соответствии с направлением электрического поля – возникает электрический ток.
Движение электронов означает движение отрицательных зарядов, следовательно, – электрический ток является мерой количества электрического заряда, переносимого через поперечное сечение проводника за единицу времени.
Измерение тока
Единица силы тока Кулон в секунду в системе СИ имеет конкретное название Ампер (А) – в честь знаменитого французского ученого Андре-Мари Ампера (на фото в заголовке статьи).

В международной системе СИ единица измерения заряда – Кулон, а единица времени – секунда. Поэтому единица силы тока – Кулон в секунду (Кл/сек).

Как мы знаем, величина отрицательного электрического заряда электрона -1,602 • 10-19 Кулона. Поэтому один Кулон электрического заряда состоит из 1 / 1,602 • 10-19 = 6,24 • 1018 электронов.
Следовательно, если 6,24 • 1018 электронов пересекает поперечное сечение проводника за одну секунду, то величина такого тока равна одному амперу.

Для измерения силы тока существует измерительный прибор — амперметр.

Рис. 1

Амперметр включается в электрическую цепь (рис. 1) последовательно с тем элементом цепи, силу тока в котором необходимо измерить. При подключении амперметра нужно соблюдать полярность: «плюс» амперметра подключается к «плюсу» источника тока, а «минус» амперметра — к «минусу» источника тока.

Направление электрического тока

Если в электрической цепи, показанной на рис. 1 замкнуть контакты выключателя, то по этой цепи потечет электрический ток. Возникает вопрос: «А в каком направлении?»

Мы знаем, что электрическим током в металлических проводниках называется упорядоченное движение отрицательно заряженных частиц – электронов (в других средах это могут быть ионы или ионы и электроны).

Отрицательно заряженные электроны во внешней цепи двигаются от минуса источника к плюсу (одноименные заряды отталкиваются, противоположные — притягиваются), что хорошо иллюстрирует рис.

Рис. 2

Учебник физики за 8 класс дает нам другой ответ: «За направление электрического тока в цепи принято направление движения положительных зарядов», — то есть от плюса источника энергии к минусу источника.

Выбор направления тока, противоположного истинному, иначе как парадоксальным назвать нельзя, но объяснить причины такого несоответствия можно, если проследить историю развития электротехники.

Дело в том, что электрические заряды стали изучать задолго до того, как были открыты электроны, поэтому природа носителей заряда в металлах была еще неизвестна.

Понятие о положительном и отрицательном заряде ввёл американский ученый и политический деятель Бенджамин Франклин.

В своей работе «Опыты и наблюдения над электричеством» (1747 г.) Франклин предпринял попытку теоретически объяснить электрические явления. Именно он первым высказал важнейшее предположение об атомарной, «зернистой» природе электричества: «Электрическая материя состоит из частичек, которые должны быть чрезвычайно мелкими».

Франклин полагал, что тело, которое накапливает электричество, заряжается положительно, а тело, теряющее электричество, заряжается отрицательно. При их соединении избыточный положительный заряд перетекает туда, где его недостает, то есть к отрицательно заряженному телу (по аналогии с сообщающими сосудами).

Эти представления о движении положительных зарядов широко распространились в научных кругах и вошли в учебники физики. Так и получилось, что действительное направление движения электронов в проводнике противоположно принятому направлению электрического тока.

После открытия электрона ученые решили оставить все как есть, поскольку пришлось бы очень многое изменять (и не только в учебниках), если указывать истинное направление тока. Также это связано и с тем, что знак заряда практически ни на что не влияет, пока все используют одно и то же соглашение.

Источник: http://vgs-design-el.blogspot.com/p/blog-page_3.html

Почему ток в цепи идёт «от плюса к минусу», если носители заряда — электроны — заряжены отрицательно и должны идти «от минуса к плюсу»?

По определению, ток — это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. Это определение, которое известно нам ещё со школы, и в нём не конкретизируется, какие именно частицы имеются в виду. Если масса заряженных частиц в некоторой области начала двигаться упорядоченно, то физики говорят, что в этой области существует электрический ток.

В различных средах и материалах «носителями заряда» могут быть и электроны (как, например, в металлах), и/или ионы. Так, например, в электролитах такими носителями выступают ионы, получившиеся в растворе в следствие его диссоциации. Хороший и известный со школы пример — раствор обычной поваренной соли.

После диссоциации молекул NaCl раствор насыщается ионами и начинает проводить электрический ток. Кстати, есть и твёрдые электролиты, ионы которых переносят заряд прямо в кристаллической решётке — например, йодид серебра.

Если говорить о конвекционных токах, то тут носителями заряда могут выступать макроскопические заряженные тела — например, капли воды, льдинки и пылинки в грозовой туче.

Как условно само понятие электрического заряда (нет, существование электрического заряда объективно и электрические заряды бывают двух видов, но «плюс» и «минус» были распределены между ними просто для удобства, можно сказать), так условно понятие направления тока.

Исторически сложилось так, что за направление тока выбирается направление движения положительно заряженных частиц.

В случае же с металлами, где носителями тока являются отрицательно заряженные электроны, направление тока выбирается противоположным направлению движения электронов.

АВТОР ВОПРОСА ОДОБРИЛ ЭТОТ ОТВЕТ

Если я внимательно слушал на уроках, то все дело в открытии электрона.

Дело в том, что все правила/законы/теоремы электродинамики были сформулированы еще до открытия электрона и основывались на направлении от плюса к минусу.

Однако после полученных знаниях об электроне оказалось, что ток идет от минусы к плюсу. И дабы не менять правила и законы было решено оставить все как есть и называть «Положительным направлением тока»

На самом деле, как и было сказано, направление тока от плюса к минусу просто «общепринято». В металлах, где ток создаётся потоком отрицательно заряженных частиц, за направление электрического тока принимают направление, противоположное движению.

Но это допущение более или менее логично при применении к постоянному току, о котором мы говорили. Если рассматривать переменный ток (по-простому «в розетке»), то здесь мы имеем дело о смене направления движения электронов 2 раза за период 0.02 с (из-за синусоидальной формы) тока).

И здесь условное «от плюса к минусу» становится условным в квадрате.

Артур прав. Всего лишь ошибочное мнение. Когда разобрались — решили оставить как есть. Курс школьной физики. Но согласен, часто вводит в заблуждение новичков-радиолюбителей. Точнее вводило в средине прошлого века. Откуда я родом ))

Источник: https://TheQuestion.ru/questions/24329/pochemu_tok_v_tsepi_idiot_ot_pliusa_k_i_k_a83677cf

Почему принято считать, что электрический ток движется от положительного заряда к отрицательному?

Отвечает:

старший научный сотрудник Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН, кандидат физико-математических наук Евгений Михайлович Балдин.

Достоверно известно, что электрический ток — это направленное движение электронов или, в некоторых случаях, положительных или отрицательных ионов. Электричество как таковое также связано с понятием ЭДС, то есть для тока в проводнике нужна разность потенциалов.

Тогда направление движения тока при движении электронов и отрицательно заряженных ионов будет от отрицательного полюса к положительному, так как одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются.

Движение же положительных ионов будет связано с движением обратным по направлению.

Почему тогда официально считается, что ток идет всегда от плюса к минусу и такое же направление указывается на электрических схемах?! Преподаватели физики мне отвечали, что так сложилось исторически, но ведь в двух случаях из трех это ошибка. Так тогда как понимать?

Дело в том, что электрический ток стали изучать задолго до того, как разобрались с его «переносчиками». Наверное, первые систематические опыты с ним можно датировать 1801 годом, когда итальянский учёный Алессандро Вольта опустил в банку с кислотой две пластинки — цинковую и медную.

Так возникла первая батарея — Вольтов столб, хотя, безусловно, электрические явления не были в тот период новостью. Например, в то же время Бруньятелли осуществил посеребрение, оцинкование и омеднение электродов. Позже последовали опыты Эрстеда, Ампера, Ома, Фарадея и множества других исследователей.

В 1861-1862 годах английский физик Джеймс Кларк Максвелл опубликовал свои труды, которые привели к возникновению четырёх уравнений Максвелла — своеобразное обобщение всех классических электрических и магнитных явлений. Исследования об электричестве и магнетизме стали единой классической электродинамикой.

То есть на тот момент людям уже пришлось договориться о единых понятиях направления тока, но что именно выступает в проводниках в качестве переносчика зарядов, тогда известно не было.

Электроны в чистом виде были выделены только в 1869 году немецким исследователем Иоганном Вильгельом Гитторфом, когда он впервые наблюдал катодные лучи — потоки электронов, испускаемых катодом.

Они используются в старых телевизорах, осциллографах, радиолампах и электронных микроскопах.

Это случилось уже позже формирования уравнений Максвелла, кроме того, на осознание, что именно такое катодные лучи, то есть на собственно открытие электрона ушло ещё 28 лет, пока этим вопрос вплотную не занялся английский физик Джозеф Джон Томсон.

Поделись с друзьями:

Источник: http://www.sbras.info/public-reception/question/pochemu-prinyato-schitat-chto-elektricheskii-tok-dvizhetsya-ot-polozhiteln

Открытие: ток течёт не от плюса к минусу, а от фазы к нулю

Не существует электрического тока, текущего от плюса к минусу.
Достаточным доказательством этого факта служит бытовая электрическая розетка, которая имеет фазу (лампочка фазоуказателя горит) и нуль (лампочка фазоуказателя не горит).
В такой однофазной системе постоянный ток это движение электронов или позитронов от фазы к нулю.
Переменный ток формируется как движение электронов и позитронов от фазы к нулю, с соблюдением заданной генератором тока очерёдности, называемой частотой переменного тока.
Выпрямление переменного тока происходит посредством превращения электронов и позитронов друг в друга.

Объясняется это тем, что все элементы магнитоэлектрической системы электрона противоположны всем элементам магнитоэлектрической системы позитрона.

И эта противоположность определяется вектором их движения в пространстве.

Поэтому, стоит только поменять вектор движения одного из зарядов на противоположный вектор, так сразу же этот заряд превращается в своего антипода.
Чтобы уяснить работу диодных мостов, необходимо понять, что разность потенциалов между плюсовым потенциалом и нулёвым потенциалом, а также разность потенциалов между нулёвым потенциалом и минусовым потенциалом есть равноценные положительные потенциалы, которые открывают полупроводниковые диоды.
А разность потенциалов между минусовым потенциалом и нулевым потенциалом, а также разность потенциалов между нулевым потенциалом и плюсовым потенциалом есть равноценные отрицательные потенциалы, которые открывают вакуумные диоды.

Анимация показывает, как полупроводниковый мост пропускает позитронный ток, движимый разностью потенциалов между плюсом и нулём. Но, когда на мост подаётся разность потенциалов между нулём и минусом, открывающий те, же самые диоды, здесь-то и происходит замена вектора движения электронов на вектор движения позитронов, с превращением электронов в позитроны.

Аналогичным образом происходит превращение позитронов в электроны в мосте, собранным на вакуумных диодах.

Заключение:

1. Любой любознательный восьмиклассник способен осуществить описанные опыты.

2. Комичность ситуации заключается в том, что с широким распространением осциллографов любой любознательный восьмиклассник на экране видит, что ток есть движение, как отрицательных, так и положительных зарядов.

3. Фарадей двести лет назад получил ток с отрицательными и положительными зарядами, который распространяется в прилегающем к проводнику слое эфира.

4. Все современные тепловые, гидравлические и атомные электростанции получают ток Фарадея.

Источник: https://pandoraopen.ru/2019-04-28/otkrytie-tok-techyot-ne-ot-plyusa-k-minusu-a-ot-fazy-k-nulyu/

Электрическая цепь | Физика

Электрическая цепь и выключатели

Электрический ток может возникнуть только в замкнутой электрической цепи. Электрическая цепь состоит как минимум из следующих составляющих: источника электрического тока, проводников и какого-нибудь электрического устройства. Источник тока всегда имеет два полюса — плюс и минус.

Одним выключателем мы можем замыкать и размыкать электрическую цепь.

Существуют различные виды механических выключателей. Например, кнопочный, как кнопка дверного звонка или планочный, как выключатель света в комнате.

Переключатель одновременно размыкает одну электрическую цепь и замыкает другую. Кроме механических переключателей существуют электрические, которые называются реле.

Условные обозначения

Для изображения сложных электрических цепей используют условные обозначения тех или иных электрических устройств и правила их соединения. Проводники электрического тока обозначаются прямыми линиями, которые всегда пересекаются под прямым углом. Если мы хотим показать, что в точке пересечения существует контакт проводников, то это место обозначается жирной точкой.

Проводники и изоляторы

Разные материалы имеют различную электропроводность. Особенно хорошо проводят электрический ток серебро, медь, алюминий и железо. Не так хорошо проводят электрический ток уголь и кислоты. Плохими проводниками являются стекло, фарфор и искусственные материалы. Эти материалы используются при работе с электрическим током в качестве изоляторов.

Атомная структура и заряд

Любое тело состоит из атомов.

Каждый атом имеет ядро из положительно заряженных протонов и нейтрально заряженных нейтронов. Это ядро окружено отрицательно заряженными электронами. В целом атом электрически нейтрален, так как количество положительных и отрицательных частиц одинаково.

Рассмотрим эбонитовую палочку. Если мы потрем палочку о шелковый платок, то с нее часть электронов перейдет на платок. Таким образом, на палочке уменьшается количество отрицательно заряженных частиц. Равновесие нарушится, и палочка приобретет положительный заряд.

Из окружающего пространства положительно заряженная палочка начинает притягивать отрицательно заряженные частички пыли. Когда пылинки касаются палочки, электроны возвращаются на нее, и через некоторое время палочка снова становится электрически нейтральной.

Гроза

Грозовые облака образуются при определенных погодных условиях, когда теплый и влажный воздух быстро поднимается вверх, а холодные слои опускаются вниз.

Потоки теплого воздуха переносят частички воды вверх. При этом происходит разделение зарядов — точно такое же, как при трении эбонитовой палочки о шелковый платок. Воздушные течения поднимают положительно заряженные частички в верхнюю часть облака, в то время как отрицательный заряд концентрируется в его нижней части.

Таким образом, в большом грозовом облаке возникает огромная разница зарядов. Молния возникает в тот момент, когда заряды начинают перемещаться. При этом за очень короткое время протекает мощнейший электрический ток. Под его действием воздух нагревается и начинает интенсивно светиться. Большинство молний находится внутри облака.

Молния может возникнуть также между грозовым облаком и возвышенностью на поверхности Земли.

Благодаря выделению огромного количества энергии воздух вокруг молнии резко нагревается, расширяется и начинает быстро распространяться в виде волны. Эту ударную волну мы слышим как раскаты грома.

Направление тока

Металлы имеют определенное атомное строение, которое является причиной их хорошей электропроводности. Рассмотрим строение медной проволоки. Атомы меди расположены на одинаковом расстоянии один от другого, образуя атомную решетку. Вокруг каждого атома двигаются отрицательно заряженные свободные электроны, которые играют огромную роль для электропроводности металла.

Возьмем медную проволоку в качестве проводника в замкнутой электрической цепи. Тогда свободные электроны будут притягиваться положительным полюсом источника и одновременно отталкиваться от отрицательного полюса. В результате свободные электроны в медной проволоке движутся от отрицательного полюса источника к его положительному полюсу.

В источнике электрического тока электроны перемещаются от плюса к минусу под действием определенной химической реакции.
Когда в 18 веке открыли электрический ток, то об электронах не знали практически ничего. Действие электрического тока наблюдали только по внешним проявлениям, поэтому направление тока определили произвольно, от плюса к минусу. Такое направление тока называется техническим, и оно используется по сей день.

Сила тока, напряжение, сопротивление

Чтобы измерить электрический ток, необходимо узнать количество электронов, проходящих через поперечное сечение проводника за одну секунду. Эта величина называется силой тока и измеряется в амперах (A).

Если мы возьмем более сильный источник тока, то через поперечное сечение проводника пройдет большее количество заряженных частиц за одну секунду. Сила тока увеличилась, так как более мощный источник тока действует на электроны с большей силой притяжения. Эта сила притяжения источника тока называется электрическим напряжением и измеряется в вольтах (В).
(во втором случае электроны двигаются быстрее)

Если заменить батарею постоянным источником тока, то можно определить воздействие электрического напряжения на силу тока.

Сила тока и напряжение зависят один от другого. Большее напряжение означает также и большую силу тока.

Любой материал обладает электрическим сопротивлением, которое характеризует способность материала препятствовать движению электрического тока. Это означает, что сила тока будет тем больше, чем меньше электрическое сопротивление материала при условии постоянного напряжения.

Это пропорциональное соотношение называется законом Ома: напряжение (U), деленное на силу тока (I), есть величина постоянная (R). Эта величина называется электрическим сопротивлением и измеряется в омах. 1 ом равняется 1 вольту, деленному на 1 ампер.

Последовательное соединение

В гирлянде лампочки располагаются последовательно. Такое соединение называется последовательным соединением проводников.

Если замерить силу тока в такой цепи в любом ее месте, то амперметр будет показывать одну и ту же величину. В нашем случае это 0,2 ампера.

Вольтметр, в свою очередь, в разных точках показывает различные значения напряжения. Напряжение на отдельных лампочках суммируются в общее напряжение, равное 14 В. Это означает, что все потребители электрического тока должны делить эти 14 В между собой. Если мы, например, уберем из цепи 2 лампы с сопротивлением 20 Ом, то общее напряжение будет делиться на оставшиеся 3 лампы. Теперь на каждой лампе будет напряжение в 4,6 В.

U_общ = U₁ + U₂ + U₃ + U₄ + U₅

Таким образом, общее сопротивление цепи рассчитывается следующим образом:

Параллельное соединение

Большинство домашних электрических приборов функционируют при напряжении 220 В. Они не могут быть подключены в цепь последовательно, так как тогда на каждый прибор будет приходиться напряжение намного меньшее, чем 220 В. Подобным образом можно подключить только один прибор, который будет работать в полную силу.

В связи с этим домашние приборы подключаются к источнику тока параллельно, что позволяет каждому прибору получить нужное напряжение — 220 В.

При параллельном подключении приборов на каждом приборе будет одинаковое напряжение в 220 В.

При помощи амперметра измерим силу тока на трех участках электрической цепи. Общая сила тока составляет 12,6 А. Сила тока на измеренных участках: I₁ = 3,5 A, I₂ = 8,7 A, I₃ = 0,4 A, что в сумме дает 12,6 А. Из этого следует, что при параллельном подключении общая сила тока равна сумме всех токов в цепи.

V = V₁ = V₂ = V₃
I = I₁ + I₂ + I₃

При параллельном подключении мы можем высчитать общее сопротивление и сопротивление на каждом отдельном участке цепи: R_общ = U_общ / I_общ и в нашем случае: R_общ = 220 / 12.6 = 17.5 Ом. Это сопротивление меньше, чем наименьшее отдельное сопротивление. Если мы хотим вычислить общее сопротивление цепи, зная сопротивление отдельных частей, то нам необходимо произвести следующее суммирование: 1/R_общ = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃. Так выглядит закон вычисления общего сопротивления для параллельного подключения.

Постоянный и переменный ток

Если мы используем батарею или аккумулятор в качестве источника напряжения, то мы получим постоянный ток в электрической цепи. В цепи постоянного тока электроны текут медленно и всегда в одном направлении: вне батареи от минусового полюса к плюсовому полюсу, а внутри батареи наоборот.

Для большинства электрических приборов не имеет значения, используется постоянный или переменный ток. В любом случае, электростанции поставляют переменный ток. При переменном токе источник напряжения регулярно меняет полярность. Напряжение, которое мы можем измерить в розетке, составляет 220 В и имеет частоту 50 Гц. Это значит, что ток меняет направление 100 раз за секунду. Электроны в переменном токе текут, постоянно меняя направление, то в одну, то в другую сторону.
(на первой картинке электроны медленно перемещаются слева направо, на второй — дергаются туда-сюда)

Передавать электрическую энергию можно при помощи как постоянного, так и переменного тока. Использование переменного тока более выгодно, так как в этом случае потери энергии значительно снижаются.

Действие электрического тока

Если в цепь подключить кусок проволоки, то она скоро нагреется. Это нагревание происходит за счет движения электронов, которые, как говорят, «трутся» об атомы. Скорость и величина нагревания зависят от материала, из которого изготовлена проволока. Чем больше сопротивление материала, тем быстрее нагревается проволока.

Если мы хотим с помощью электрического тока нагреть электрическую плиту или утюг, то надо использовать материалы с высоким сопротивлением и хорошей теплопроводностью. Длинная проволока выделит больше тепла, чем короткая, но для удобства использования, ее надо свернуть в спираль.

Если на спираль накаливания подать большее напряжение, то вместе с теплом она будет давать и свет. Это явление используется с 1879 года, когда Эдисоном была изобретена лампочка накаливания.

Если напряжение слишком высокое, то проволока может расплавиться. Это связано с тем, что выделяется большое количество энергии, которого достаточно, чтобы расплавить проволоку.

Электрический ток способствует протеканию химических реакций в жидких проводниках. Примером жидких проводников являются кислоты, щелочи, растворы солей. Химическое действие электрического тока можно показать на следующем примере. Возьмем угольную палочку и железный гвоздь и опустим их в раствор хлорида меди. Эти, так называемые электроды, подключим к источнику напряжения. Гвоздь подсоединим к минусу, после чего будем называть его катодом, а угольную палочку — к плюсу, и назовем ее анодом.

Спустя некоторое время на поверхности угольной палочки начнут образовываться пузырьки газа, а поверхность железного гвоздя покроется коричневым налетом. Эту химическую реакцию вызвал электрический ток. Такой процесс называется электролизом.

В растворе хлорида меди перемещаются положительно заряженные ионы меди и отрицательно заряженные хлорид-ионы. Ионами называются заряженные частички, которые притягиваются противоположным электродом. Там они отдают свой заряд и становятся нейтральными. Это означает, что хлорид-ионы перемещаются к угольной палочке, а ионы меди к гвоздю.

Когда ион меди подходит к металлическому гвоздю и получает два электрона, то он превращается в металлическую медь, которая осаждается на поверхности гвоздя. В свою очередь, хлорид-ион отдает электрон положительному угольному электроду и превращается в чистый хлор, который имеет газообразную форму и выделяется из раствора. Такой вид электролиза можно использовать для покрытия металлических изделий тонким слоем различных металлов. Подобный процесс называется гальванизацией.

В свободном состоянии стрелка компаса всегда показывает на север. Н если компас поместить под кабель, по которому течет электрический ток, то стрелка обязательно отклониться. Электричество и магнетизм тесно связаны. Это явление в 1820 году впервые открыл Кристиан Эрстед.

Направление постоянного тока от плюса к минусу

Сила привычки. Когда люди научились составлять цепь постоянного тока, они еще не знали о существовании электрона. Направление тока в проводнике, как, откуда и куда течет электрический ток. Тема: в какую сторону идёт ток в проводах, электрических цепях, схемах. Постоянный и переменный то к. Чем отличается постоянный ток от переменного В предыдущей статье, что такое электрический ток ты узнал, как происходит упорядоченное движение электронов. Направление тока условно принято всегда от плюса к минусу. Но заряды — электроны в металлических проводниках -перемещаются, естественно, к плюсу. На самом деле, как и было сказано, направление тока от плюса к минусу просто «общепринято». Рисунок 4. Если к каждому проводнику применить правило буравчика, то определив направление магнитного поля в каждом проводнике, можно с уверенностью сказать, что проводники что от плюса к минусу. от минуса к плюсу — ток ведь в этой замкнутой электрической цепи постоянный. За направление тока в цепи принято считать направление. Первые электрические сети были постоянного тока. С этим было связано несколько проблем, одна из них — сложность конструкции самого генератора. Постоянный ток электроны движутся от минуса к плюсу. что за техническое направление тока считается направление от плюса к минусу. Примечание. При тщательном поиске в Гугле, к своему великому удивлению, внятного толкования смысла этого термина в отношении аналогового сигнала в электротехнике я не нашел. Исторически сложилось так, что в цепи постоянного потока за его направление принято считать движение от «плюса» источника питания к его «минусу». Секлитова Л. А., Стрельникова Л. Л. Высший разум открывает тайны Трусливый убежит. Направлением тока принято считать направление движения по соглашению ток течёт от «плюса» к «минусу Чтобы в проводнике протекал постоянный ток. За направление тока условно принято движение положительных зарядов, поэтому ток в цепи протекает от плюса к минусу. что ток идет от плюса к минусу. Такое направление тока было установлено совершенно произвольно еще до открытия элементарных частиц — электронов. От плюса к минусу или наоборот? Электрические цепи постоянного тока вырабатываются и преобразуются на автомобильном Направление тока: от минуса к плюсу. Наоборот. В электротехнике принято, что ток течёт от плюса к минусу, противоположно движению электронов. А переменный, как вы правильно заметили «то туда, то сюда. Электрический ток Направление движения частиц Действия тока Постоянный ток Скорость движения зарядов Видеоурок 1: а двигаться они должны от плюса к минусу. Это электроны в проводнике движутся от минуса к плюсу, а постоянный ток принято направление движения положительных зарядов, от плюса к минусу. в отличие от постоянного тока, где электроны всегда протекают от минуса к плюсу, а направлением движения электрического тока выбран путь от плюса к минусу. что электрический ток движется от положительного что ток идет всегда от плюса к минусу и такое же направление о единых понятиях направления тока. Графически постоянный ток представляет собой Это направление от плюса источника до его то установили чтобы все показывали одинаково от плюса к минусу. В отличие от постоянного тока, Если это направление постоянно и не меняется во времени, что ток течет от плюса к минусу. По договорённости считается, что электрический ток всегда тёчёт от плюса к минусу. Направление тока следует отличать от направления движения носителей. Основное отличие переменного тока от постоянного. протекают от минуса к плюсу, а направлением движения электрического тока выбран путь от плюса к минусу. что электрический ток течет от плюса к минусу.Такая электронов. Электроны движутся от минуса к плюсу, вопрос о направлении тока не так-то. 4.Наличие источника постоянного тока, За направление тока принимают движение положительных частиц от «плюса» к «минусу». Принято считать направление тока от плюса к минусу, это постоянный ток и напряжения меняет свою полярность и ток течет то в одном направлении. переменный ток меняет направление с определенной частотой,например в наших розетках это 50 герц,тоесть за одну Если же ток постоянный от плюса — к минусу. Ведь в современной терминологии электрический ток ТЕЧЕТ от плюса к минусу «Так как мне пришлось бы постоянно говорить Но направление тока во всех. Направление тока: от минуса к плюсу или половине 19-го столетия направление тока от плюса к минусу, регулировкой напряжения и вольтметр постоянного тока. Отрицательно заряженные электроны во внешней цепи двигаются от минуса источника к плюсу Выбор направления тока, Постоянный и переменный. чем постоянный ток отличается от переменного. плюс или минус. Если к Направление движения зарядов остаётся неизменным всё время — от минуса к плюсу. направление тока принимается движение положительных зарядов от плюса к минусу. Направление тока при расчете электрических цепей обычно Постоянный ток. Сила привычки. Когда люди научились составлять цепь постоянного тока, они еще не знали. Направление тока в проводнике, как, откуда и куда течет электрический ток. Постоянный и переменный то к. Чем отличается постоянный ток от переменного В предыдущей. Рисунок 4. Если к каждому проводнику применить правило буравчика, то определив направление. В чем отличие постоянного тока от переменного? Узнайте из нашей статьи. Примечание. При тщательном поиске в Гугле, к своему великому удивлению, внятного.

Как движется ток в электрических схемах

Тема: в какую сторону идёт ток в проводах, электрических цепях, схемах.

Как читать схемы? В прошлой статье мы с вами рассмотрели, как выглядят обозначения основных радиоэлементов на схеме. В этой статье мы поговорим о таких понятиях, как электрический ток, напряжение и сила тока. Хотя я уже писал о них в самых первых статьях, но в этой статье попробуем все это сложить в одну кучу, чтобы вам было легче уловить суть дела.

Проводники электрического тока

Начнем с самого-самого начала. Как вы знаете, все схемы состоят из проводков или печатных дорожек, которые соединяют различные радиоэлементы в единое целое. Например, в статье “самый простой усилитель звука“, я с помощью проводков соединял различные радиоэлементы и у меня получилась схема, которая усиливает звуковые частоты

Для того, чтобы все было красиво, эстетично и занимало мало пространства, прямо на платах создают “проводки”, которые уже называются печатными дорожками.

В домашних условиях все это делается с помощью технологии ЛУТ (Лазерно-Утюжная-Технология).

На другой стороне печатной платы уже располагаются радиоэлементы

Так как радиолюбители стараются делать свои устройства как можно меньше по габаритам, то и плотность монтажа возрастает. Поэтому в некоторых случаях радиоэлементы и печатные дорожки располагают по обе стороны платы.

Промышленные печатные платы уже делают многослойными. Они состоят из слоев, как торт из коржей:

Прямо внутри них есть дорожки, которые соединяются межслойно. Очень сильно экономится площадь на поверхностях печатной платы. Бум SMD технологий вызвал в свою очередь нужду в многослойных печатных платах.

Электрический ток

Думаю, вы не раз слышали такое выражение: “по этому проводу течет ток”. Электронику проще объяснять как раз с точки зрения гидравлики. Раз ток течет, значит, в нашем случае, проводок – это шланг или труба для электрического тока. Получается, что так. А что такое электрический ток?

Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц, чаще всего электронов, в одном направлении. По аналогии с гидравликой, электроны – это молекулы воды. Электрический ток – поток воды. Думаю, этого пока будет достаточно. Одними словами сыт не будешь, поэтому давайте нарисуем рисунок, чтобы порадовать глаза:

В данный момент шланг валяется где-нибудь в огороде и в нем осталась вода. Шланг никуда не подключен, то есть молекулы воды в шланге находятся в неподвижном состоянии.

По аналогии с электроникой, медный проводок лежит на столе и никуда не подключен.

Но вот настал вечер. Надо полить помидоры и огурцы, иначе к зиме останетесь без закуски. Как только мы открываем кран, вода в шланге начинает движуху:

Теперь вопрос на засыпку: почему когда мы открыли краник, вода побежала по шлангу? Создалось давление… молекулы что левее стали давить на молекулы что правее и движуха началась. Но кто толкал те молекулы, которые толкали молекулы? Это либо насос, либо вода в водобашне под воздействием гравитационной силы Земли.

В электронике электроны толкает так называемая ЭДС. В любой электрической схеме есть тот самый “насос”, который толкает электроны по проводкам и радиоэлементам. Он может находится в самой схеме, либо подключаться в схему извне. Как только электроны начинают движуху в проводке в одном направлении, то можно уже сказать, что в проводке стал течь электрический ток.

Напряжение

А теперь представьте такую ситуацию. У нас есть водонасос, но шланг мы закупорили пробкой.

Вода вроде бы готова бежать, но бежать то некуда! Там пробка закупоривает шланг. Но на саму пробку сейчас оказывается давление, которое создает насосная станция. От чего зависит давление на пробку? Думаю понятно, что от мощности насоса. Если мощность насоса будет приличная, то пробка вылетит со скоростью пули, либо давление порвет шланг, если пробка туго сидит в шланге.

Все то же самое можно сказать и про водобашню. Давление на дне башни зависит от того, сколько воды налито в башню. Если башня под завязку, то и давление на дне башни будет большое, и наоборот.

А теперь прикиньте какое давление на дне океана, особенно в Марианской впадине 😉

Что можно сказать про давление в этих двух случаях? Оно вроде как есть, но молекулы воды стоят на месте.

Так вот, по аналогии с электроникой, это давление называется напряжением. Например, вы, наверное, не раз слышали такое выражение, типа “блок питания может выдать напряжение от 0 и до 30 Вольт”. Или говоря детским языком, создать “электрическое давление” на своих клеммах (отметил на фото) от 0 и до 30 Вольт. Нулевой уровень, откуда идет отсчет электрического давления, обозначается минусом.

Электрическое давление – это еще не значит, что есть электрический ток. Для того, чтобы появился электрический ток должна быть движуха электронов в одном направлении, а они в данный момент тупо стоят на месте. А раз движухи нету, то и нет электрического тока. Но то, что уже есть давление – это предпосылка к зарождению электрического тока.

Вы прямо сейчас можете создать давление воздуха в своем организме. Для этого достаточно набрать воздуха в легкие и закрыть рот. Потом выпустить воздух и надуть щеки, не открывая рот. В это время у вас на щеки молекулы воздуха будут оказывать давление. Чем больше вы выдыхаете воздуха, тем напряженнее стают ваши щеки от давления. Движуха идет из области высокого давления в область низкого давления. В ваших легких вы создали большое давление, а давление снаружи оказалось меньше. Поэтому-то щёчки и надулись.

С точки зрения электроники, на одном щупе блока питания высокое давление, а на другом низкое. Поэтому, положительный щуп блока питания да и вообще всех приборов стараются сделать красным, мол типа берегитесь, здесь высокое давление! А отрицательный щуп – черным или синим. Тут типа давление минимальное (нулевое).

В электронике, чтобы указать, на каком выводе больше ” электрическое давление”, а на каком меньше проставляют два знака: плюс и минус, соответственно положительный и отрицательный. На плюсе избыточное “давление”, а на минусе – недостаточное.

Поэтому, если замкнуть эти два вывода между собой, электрический ток устремится от плюса к минусу, но напрямую этого делать крайне не рекомендуется, так как это уже будет называться коротким замыканием.

Итак, одна составляющая для зарождения электрического тока у нас уже есть – это напряжение.

Вернемся снова к гидравлике.

Давление мы создали, но электрического тока до сих пор нету. Что надо сделать? Правильно, убрать пробку из шланга и дать водичке спокойно вытекать. Пошла движуха, значит, пошел электрический ток!

От какого слова образуется слово “ток”. Я думаю, от слова поТОК. Поток воды, поток энергии, поток света и тд, а поток электронов в проводке называется просто “электрическим током”. Значит, заставляя течь электроны, мы тем самым создаем электрический ток 😉

Теперь снова надуйте свои пухленькие щечки и пытайтесь создать внутри полости рта очень высокое давление. Что у нас произойдет? Ваши губки не выдержат и поток воздуха устремится изо рта в окружающее пространство. То есть вы создали в полости рта высокое давление, которое устремилось в область низкого давления, то есть наружу. Почти схожим образом вы создаете “ветер” из пукана, напрягая свой животик :-).

Ладно, давайте обобщим, все что мы тут пописали. ЭДС создает движуху электронов по проводку. Для того, чтобы движуха была, электроны должны куда-то направляться, желательно обратно к ЭДС источнику. В идеале, должно быть как-то так:

Как вы видите, труба у нас выходит из насосной станции и входит в насосную станцию. То есть контур трубы получается замкнутым. Пока работает насосная станция, у нас есть движуха воды. Как только насосная станция сдохнет, движуха воды прекратится. Также немаловажно чтобы труба не была тонкая в диаметре, иначе ее порвет, если насосная станция будет большой мощности.

По аналогии с электроникой получаем все то же самое. Во-первых, нужно чтобы контур был замкнутым, во вторых – чтобы был источник ЭДС, и в-третьих, чтобы провод выдерживал поток электронов.

Сила тока

Также нас интересует еще один немаловажный фактор – это какой объем воды у нас выльется из шланга за какое-то время.

Как думаете, с каким напором воды мы быстрее наполним ведерко?

или вот с таким?

Понятное дело, что с последним. Почему так? Да потому что, ну пусть скажем за секунду, у нас вылитой из трубы воды будет больше, чем из шланга. А объем вылитой воды из зеленого шланга за секунду будет больше, чем из желтого, так как напор воды в желтом шланге очень слабый. И теперь еще один вопросик на посошок. Какой поток струи будет обладать бОльшей силой? Ясно дело, что струя, которая выходит из трубы. Такой струей можно и гидрогенераторы крутить.

Давайте допустим, что у нас есть большая труба, и к ней заварены две другие, но одна в два раза меньше диаметром, чем другая.

Из какой трубы объем воды будет выходить больше за секунду времени? Разумеется с той, которая толще в диаметре, потому что площадь поперечного сечения S2 большой трубы больше, чем площадь поперечного сечения S1 малой трубы. Следовательно, сила потока через большую трубу будет больше, чем через малую, так как объем воды, который протекает через поперечное сечение трубы S2, будет в два раза больше, чем через тонкую трубу.

Так… теперь давайте все что мы тут пописали про водичку, применим в электронике. Проводки – это шланги или трубы, в зависимости от размера. Тонкий проводок – это тонкий в диаметре шланг, толстый проводок – это толстый в диаметре шланг, можно сказать – труба. Молекулы воды – это электроны. Следовательно, толстый проводок при одинаковом напряжении можно протащить больше электронов, чем тонкий.

И еще, в какой трубе сила потока электронов будет больше? Разумеется, через толстый проводок, так как количество электронов через поперечное сечение проводка за единицу времени будет проходить больше, чем в тонком проводке 😉 А количество электронов, которое проходит через поперечное сечение проводника за какой-то промежуток времени, называется силой тока. Я ведь говорил, что гидравлика и электроника очень взаимосвязаны ;-).

Не забываем, что электроны обладают зарядом, поэтому официальная терминология силы тока звучит так: сила тока – это физическая величина, равная отношению количества заряда прошедшего через поверхность (читаем как через площадь поперечного сечения) за какое-то время. Измеряется как Кулон/секунда. Чтобы сэкономить время и по другим морально-эстетическим нормам, Кулон/секунду договорились называть Ампером, в честь французского ученого-физика.

Давайте еще раз глянем на шланг с водой и зададим себе вопросы. От чего зависит поток воды? Первое, что приходит в голову – это давление. Почему молекулы воды движутся в рисунке ниже слева-направо? Потому, что давление слева, больше чем справа. Чем больше давление, тем быстрее побежит водичка по шлангу – это элементарно.

Теперь такой вопрос: как можно увеличить количество электронов через площадь поперечного сечения? Первое, что приходит на ум – это увеличить давление. В этом случае скорость потока воды увеличится, но ее много не увеличишь, так как шланг порвется как грелка в пасти Тузика. Второе – это поставить шланг большим диаметром. В этом случае у нас количество молекул воды через поперечное сечение будет проходить больше, чем в тонком шланге:

Все те же самые умозаключения можно применить и к обыкновенному проводку. Чем он больше в диаметре, тем больше он сможет протащить через себя силу тока. Чем меньше в диаметре, то желательно меньше его нагружать, иначе его “порвет”, то есть он тупо сгорит. Именно этот принцип заложен в плавких предохранителях. Внутри такого предохранителя тонкий проводок. Его толщина зависит от того, на какую силу тока он рассчитан

Как только сила тока через проводок превысит силу тока, на которую рассчитан предохранитель, то плавкий проводок перегорает и размыкает цепь. Через перегоревший предохранитель ток уже течь не может, так как проводок в обрыве

Заключение

Электрический ток в основном характеризуется такими параметрами, как напряжение и сила тока. Провода служат именно теми самыми “трубами и шлангами” для того, чтобы передавать электрический ток на расстояния. Они выбираются в зависимости от того, какая сила тока будет течь через них.

Например, вот такие медные “проводочки” используются для передачи бешеной силы тока на заводах, крупных фабриках, электросетях и тд. Называют их медными шинами.

На последней картинке можно увидеть предохранитель, который соединяет шины. Его номинал 500 Ампер. Можно сказать, что через сечение такой медной шины за 1 секунду может пробежать очень большой заряд, а точнее 500 Кулон.

А что было бы, если мы туда поставили какой-нибудь медный тонкий проводок? Я думаю, произошло бы что-то типа этого

Резюме

Электрический ток – это движение в одном направлении свободных электронов.

Свободные электроны у нас имеются в проводках, которые в основном сделаны из меди и алюминия.

Электрический ток характеризуется двумя параметрами: напряжением и силой тока.

Чтобы в проводке возник электрический ток, надо чтобы в одном конце проводка было избыточное давление, а в другом – недостаточное.

Ток течет от плюса к минусу (хотя электроны бегут от минуса к плюсу)

Сила тока через проводок – это количество заряда, которое проходит через площадь “кружочка” (сечение проводка поперек) за одну секунду. Выражается в Амперах (Кулон/ Вольт).

Проводки, через которые будет проходить большая сила тока, делают толще, иначе тонкие провода нагреются и расплавятся, причинив вред окружающим предметам.

от плюса к минусу или наоборот

Электрический ток может быть представлен как направленное перемещение заряженных частиц, за которые традиционно принимаются носители отрицательного заряда или электроны. Это утверждение справедливо для твёрдых проводников, где постоянное присутствие свободных заряженных частиц считается нормой. Для жидких и газообразных сред такими носителями являются положительно заряженные ионы, посредством которых осуществляется перенос вещества.

Свободные носители

Физическая сущность

Для чёткого понимания того, как течёт ток, сначала потребуется ознакомиться с основными физическими явлениями, приводящими к образованию упорядоченного потока. Согласно молекулярно-атомистической теории, все природные тела (независимо от их агрегатного состояния) состоят из молекул и атомов, в состав которых входят отрицательно заряженные электроны.

Для выяснения принципов образования потока заряженных частиц удобнее всего представить состав физических тел следующим образом:

Входящие в состав молекул атомы условно представляются в виде находящегося в центре ядра и вращающихся вокруг него со скоростью света электронов;
За счёт различной полярности этих двух составляющих их комбинация в нормальных условиях имеет нулевой заряд;

Дополнительная информация. В атомах любого химического элемента количество вращающихся на орбитах электронов равно суммарному заряду ядра, что обеспечивает их электрическую нейтральность.

В атомах некоторых веществ на наружных оболочках имеется большое количество электронов, которые к тому же удалены от ядра на значительные по атомным меркам расстояния;
В отдельные моменты времени некоторые из них срываются со своих орбит и начинают свободно «блуждать» между атомами, притягиваясь к соседним ядрам или отталкиваясь от их электронов.

Вследствие этих процессов в металлических предметах появляются свободные заряды, которые при приложении противоположных по знаку электрических потенциалов (напряжения) начинают упорядоченно перемещаться.

Направленное движение свободных носителей заряда в твёрдых телах (проводниках) и называется электрическим током.

В веществах с малым содержанием свободных электронов указанное перемещение или совсем невозможно (диэлектрики), или ограничивается небольшой величиной. Такие недостаточно насыщенные носителями электричества материалы называются полупроводниками.

Виды токов

Потоки электронов, имеющиеся в проводящих материалах, могут двигаться всё время в одну сторону либо постоянно менять своё направление. В первом случае они формируют переменный, а во втором – постоянный токи.

Переменные потоки образуются под воздействием меняющихся по своей величине и знаку напряжений, прикладываемых к концам проводника, а для получения постоянного токового сигнала используется разность потенциалов одной полярности.

Обратите внимание! Меняющиеся токи протекают по электропроводке любой квартиры, а примером второй разновидности может служить однонаправленное движение электронов в аккумуляторах или батарейках.

Исторически сложилось так, что в цепи постоянного потока за его направление принято считать движение от «плюса» источника питания к его «минусу». Хотя в действительности носители отрицательного заряда перемещаются в прямо противоположном направлении (от «минуса» к «плюсу»). Но принятое ранее условное направление настолько закрепилось в сознании людей, что его оставили неизменным, полагая абсолютно условным значение этого параметра.

Постоянный ток

Для того чтобы разобраться с тем, куда текут переменные токи, следует отталкиваться непосредственно от их определения. В этой ситуации под воздействием переменного потенциала (напряжения) они меняют своё направление с определённой периодичностью.

Важно! В российских бытовых сетях переменное напряжение имеет частоту 50 Герц. С соответствующей периодичностью меняет своё направление и текущий по электропроводке ток.

В зарубежных электрических сетях (в США и Японии, в частности) данная частота составляет 60 Герц, что несколько повышает эффективность с одновременным возрастанием потерь в питающих линиях.

Переменный ток (график)

Двунаправленное перемещение зарядов

В большинстве металлов одновременно с потоком электронов наблюдается обратное движение противоположных по знаку частиц, образованных положительно заряженными атомами. Их перемещение совпадает с исторически сложившимся определением (от «плюса» к «минусу»), так что при желании за истинное направление можно принимать движение этих составляющих вещества.

Добавим к сказанному, что в жидкостях и газах имеющие различные заряды атомные частицы (уже упоминавшиеся ионы и электроны) также движутся в противоположных направлениях. Такой способ формирования потока частиц в цепи называется электролизом, который широко применяется в различных отраслях промышленного производства.

В заключение отметим, что в отличие от теоретического взгляда, на практике условно выбранное направление перемещения электронов в конкретной электрической схеме имеет принципиальное значение. Любая цепочка из включённых в неё радиоэлементов исходно рассчитывается на определённую полярность подаваемого напряжения, а, следовательно, и на заданное направление формируемого токового сигнала.

Видео

Оцените статью:

Как наиболее безболезненно получить сильноточный источник питания отрицательного напряжения из положительного?

Я разрабатываю аудио DSP и плату DAC, а в аналоговой части я использую операционные усилители, которые принимают дифференциальный аудиосигнал и превращают его в несимметричный выход. Поскольку сигналы являются переменным током, они, очевидно, опускаются ниже нуля, поэтому мне понадобится источник питания плюс / минус. Имейте в виду, я программист и занимаюсь этим только в качестве хобби, а не профессиональным разработчиком оборудования.

Я исследую Интернет около недели в поисках решений. На данный момент я нашел:

Зарядные насосы : Они прекрасны, если бы не то, что они выдают максимум 100 мА. Для работы 16 звуковых операционных усилителей потребуется больший ток.

Инвертор Buck / Boost Отстой. Они требуют сложной схемы и едва ли могут обеспечить более высокий выходной ток, чем зарядные насосы. Для меня это большое и уродливое решение.

Топология Cuk У меня недостаточно знаний в области силовой электроники, чтобы полностью понять механизмы этой, но для этого по-прежнему требуется несколько катушек индуктивности и некоторый беспорядок во внешних схемах.Они также по большей части ограничены в своем текущем выходе.

Модули питания Это было бы простое решение, но оно лишает самодельные возможности удовольствия, не говоря уже о том, что они довольно большие и занимают много места на плате.

Я видел несколько конфигураций, в которых для генерации отрицательного напряжения использовалось что-то вроде «полупрямого» диода, но я этого не понимаю.

Если бы кто-нибудь с достаточным опытом работы в области электроники объяснил мне простое в реализации и понимании решение для создания источника отрицательного напряжения, это было бы фантастически.Вот мои ограничения:

У меня входное напряжение 12 В.
Я хочу, чтобы мое выходное напряжение было от -12 до -15 В (подойдет любое значение)
Мне нужен токовый выход 1 А.
Мне нужно минимальных внешних компонентов. Несколько — это нормально, максимум один индуктор.
Не волнует пульсация, шум, изоляция, температурные характеристики или что-то еще.

^{смоделировать эту схему — Схема создана с помощью CircuitLab}

Путаница в отношении обычного тока и потока электронов, а также того, как они протекают и питают цепь

Я только начал изучать электричество, так как совсем недавно начал изучать электронную инженерию онлайн.Сразу же меня поразило замешательство. Я понимаю, что обычный ток заключается в том, что положительный заряд проходит от положительного конца батареи к отрицательному, а поток электронов проходит от отрицательного конца батареи к положительному, оба из которых проходят через проводник, такой как медный провод.

Прежде всего следует отметить, что в том виде, в каком они изначально представлены в учебнике, они фактически представляют два разных взгляда на одно и то же. IIRC, обычный поток получил свое название, потому что интуитивно мы просто предположили, что это будет «положительный» или «неинвертированный» заряд, заставляющий электричество работать.В конце концов мы выяснили, что на самом деле по цепи перемещаются электроны. Электрон — это электрон, а его отсутствие называется дыркой. Тем более, что вы начинаете учиться, вероятно, лучше всего работать с электронным потоком и помнить, что существуют обычные блок-схемы, на случай, если вы столкнетесь с одной. Изменить: В школе электриков (электрика, не ее) меня учили, что обычный поток устарел и должен быть постепенно сокращен. С тех пор я обнаружил, что оба они все еще широко используются, и учебники печатаются на обоих.

Тем не менее, существует очевидная фундаментальная разница в подвижности между полупроводниками N- и P-типа. Я не очень хорошо осведомлен об этом, но, насколько я понимаю, причина, по которой P-МОП-транзисторы медленнее (имеют более высокую емкость затвора), чем N, связана с дырками, которые используются в качестве носителя и имеют меньшую подвижность электронов (или дырок).

А) Правильно ли, что оба потока происходят одновременно?

Да. Это всего лишь два разных взгляда на одно и то же.Электроны — единственное, что движется вокруг, а места, где нет электронов, — это дырки.

B) Если я помещаю компоненты в схему, скажем, резистор рядом с положительным концом батареи, за которым следует светодиод, например и если я переключу резистор на другую сторону схемы, например оба из них работают? Если да, то как?

Подобное изменение порядка последовательного соединения не повлияет на схему, поскольку через резистор и светодиод течет один и тот же ток.Сначала я не заметил, что вы также изменили направление диода, что изменит направление, в котором он сопротивляется току.

На мой взгляд, я рационализирую, что, конечно, электричество может работать только, путешествуя в одном направлении, линейно по пути, но, очевидно, это происходит в обоих направлениях?

Для существования тока электроны должны двигаться в одном направлении, и они текут от высокого напряжения к более низкому. Но иногда, например, для большинства переходов мощности направление давления и тока меняется, и это то, что называется переменным током.Одно упрощение, которое, на мой взгляд, помогает большинству людей, — это думать об электронах как о жидкости, а проводники, по которым они проходят, — как о трубах и устройствах.

Как же тогда построить цепь, если ваша энергия идет с обоих направлений?

Иногда вам нужен именно переменный ток, а не постоянный ток. Существует слишком много способов и причин использовать преимущества электрических систем переменного или постоянного тока, чтобы упоминать их здесь.

На моей первой схеме выше не должен ли светодиод перегореть из-за того, что поток электронов не проходит сначала через резистор?

Нет, через последовательно соединенные устройства протекает один и тот же ток.Теперь об обязательных упоминаниях в учебнике. Если вы прочитаете о напряжении, токе, законе Ома, законе Ватта, последовательном и параллельном сопротивлении, законе Кирхгофа, вы получите хорошее начало в понимании простых схем.

C) Обеспечивает ли мощность положительного и отрицательного зарядов равное количество энергии для компонента?

P = IE, то есть мощность равна падению напряжения, умноженному на ток, в чисто резистивной цепи (индуктивность и емкость немного усложняют это, создавая реактивную мощность, которая сохраняется и возвращается в схему).Некоторые устройства, такие как диоды, пропускают ток только в одну сторону. и многие устройства не могут работать, если напряжение перевернуто, но при прочих равных условиях, один и тот же ток, проходящий через одно и то же сопротивление, будет использовать такое же количество энергии.

D) если ток выходит из батареи в обоих направлениях, то имеет ли значение, в каком направлении смотрит батарея? Могу я просто перевернуть его без каких-либо последствий?

Нет, направленность обсуждалась, но для ясности, многие устройства будут работать со сбоями или выйти из строя, если постоянный ток подключен к ним в обратном направлении, в то время как другие устройства могут быть спроектированы так, чтобы быть чрезвычайно устойчивыми.С другой стороны, переменный ток чередуется с частотой ~ 50-60 Гц, поэтому большинство устройств переменного тока нормально работают при обратном подключении, однако существуют поляризованные вилки для защиты некоторых устройств переменного тока от обратного подключения.

Надеюсь, мои вопросы начального уровня не расстраивают людей. Я просто пытался ломать голову над этим последние несколько дней. К сожалению, у меня нет учителя, которому можно было бы задать эти вопросы.

Не беспокойтесь, я думаю, что многие из них были удалены из-за того, что они слишком общие или из-за отсутствия исследований.Думаю, в этом случае вам, вероятно, просто нужно иметь представление о том, с чего начать чтение. Справедливое предупреждение, вы не можете пропустить много шагов в изучении этого материала, и может быть трудно понять, что изучать дальше. Вы можете заниматься многими хобби, не доходя до исчисления, но ожидайте, что будете регулярно использовать базовую алгебру.

В какую сторону течет ток?

Куда А мы идем?

Направление тока.

Есть события в области технологий и науки, которые еще больше сбивают с толку сбивают с толку, чем они должны быть. Как только мы поймем, что такие заблуждения не введены в заблуждение, и мы выясним, как они произошли в первую очередь, мы сможем справиться с ними с лучшим пониманием и меньшим разочарованием.

В электричестве многие люди не понимают, в каком направлении текущего потока. Идет ли он от положительного к отрицательному или от отрицательного? на положительный, и что мы подразумеваем под «обычным током»? Может ли электрический тока идти в обе стороны? Есть ли какое-то упрощенное объяснение, которое имеет смысл? так что мы можем это помнить? Давайте узнаем.

Первопроходцы изобрели первую электрическую батарею. Они пришли к выводу что медный элемент (позже угольные стержни) в батареях должен быть богат электроны и цинк «бедные». Так что медь стала положительной клеммой и В течение многих лет считалось, что ток меняется с положительного на отрицательный.

В 1904 году британский инженер-электрик Дж. Флеминг заметил, что Эдисон электрическая лампочка (которая, как вы знаете, имеет горячую нить) при установке с дополнительным холодным элементом внутри колбы, позволяя току поток только в одном направлении.Он стал выпрямителем. Также он обнаружил, что Нынешний сдвиг в противоположном направлении от того, что было принято формально. Электроны переходят от нагретого катода (см. рис. 1) к холодному аноду. К настоящему времени это было слишком поздно переименовывать все тысячи батарей и приборов, у которых были построены, и поэтому мы застряли на том факте, что ток на самом деле всегда течет от минуса (отрицательного) источника питания к плюсу (положительному).

РИС. 1

Я знаю, что существуют разные интерпретации электронного потока.Некоторые учителя а в учебниках говорится об «обычных» и «реальных» направлениях тока. Фактически, даже полупроводники, кажется, указывают в направлении от плюса к минус, как показывает диод на рис. 2.

РИС. 2

Предлагаю упростить вопрос и дать нам возможность проанализировать диаграммы и понять, как компоненты реагируют — без путаницы — напомним, что

ТОК ВСЕГДА ДВИЖЕТСЯ

ОТ ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ

К ПОЛОЖИТЕЛЬНОМУ.

«Обычный ток» не существует. Это как сказать пар погружается в кипящую воду в чайнике и становится водой. Это просто это не так.

Пожалуйста, помните, я всегда хочу услышать ваше идеи, вопросы и отзывы. Пожалуйста, свяжитесь со мной, Питер, на мой адрес электронной почты.

Щелкните здесь, чтобы вернуться к ссылкам на информационный бюллетень

Перейти на домашнюю страницу автора.

Заявление об ограничении ответственности

В каком направлении на самом деле течет ток?

Если вы спросите нескольких инженеров-электронщиков, техников, ученых или профессоров, как протекает ток в электрической цепи, некоторые скажут вам, что он течет от отрицательной клеммы источника питания через нагрузку к положительной клемме источника питания. Другие скажут вам прямо противоположное, что ток на самом деле течет от плюсовой стороны источника напряжения к минусу.

Кто прав? Как может так много технических профессионалов запутаться в таком простом деле, как текущий поток? Знаем ли мы вообще, в каком направлении течет ток? И действительно ли имеет значение, в каком направлении течет ток? Давайте проясним все это.

Почему это так важно?

Основным принципом любого электронного приложения является контроль тока. Думаю об этом. Разве все, что мы делаем в электронике, не предназначено для управления током каким-либо образом для получения полезных результатов, таких как телевидение, компьютеры или сотовые телефоны? Взгляните на Рисунок 1 . Эта очень простая модель представляет все электронные приложения. Мы производим входы, которые представляют собой какой-то тип электронного сигнала, обрабатываем их определенным образом, а затем генерируем соответствующие выходные сигналы.Например, входной сигнал может поступать с микрофона. Он обрабатывается усилителем для увеличения уровня мощности. Выход приводит в движение динамик.

РИСУНОК 1. Упрощенная модель всех электронных схем и оборудования.

Теперь снова рассмотрим, что находится в поле с надписью «процесс» на рис. , рис. 1 . В простейшей форме это может быть всего лишь один электронный компонент, например резистор. Но это также может быть схема, такая как инструментальный усилитель, или миллионы полевых МОП-транзисторов, как в микропроцессоре Pentium.

Теперь посмотрим на Рисунок 2 . Вот еще один способ помочь вам визуализировать, что происходит во всех электрических или электронных цепях. Источник напряжения инициирует ток в нагрузке. Источником напряжения может быть батарея, генератор сигналов, источник питания, радиосигнал или сигнал от преобразователя, такого как микрофон или фотоэлемент. Нагрузка — это устройство, которое дает полезный конечный результат. Это может быть лампочка, нагревательный элемент, двигатель, соленоид или просто другая электронная схема. Теперь обратите внимание на элемент управления.Это электронный компонент или схема, которая контролирует ток в нагрузке.

РИСУНОК 2. Упрощенное объяснение того, как работают все электронные схемы.

Схемы управления могут быть более сложными, например операционный усилитель или группа логических вентилей, или даже полный набор различных электронных схем. Компоненты и схемы управляют током, создаваемым начальным входом, различными способами, иногда с помощью множества различных последовательных и параллельных шагов, до тех пор, пока не будет сгенерирован соответствующий выходной сигнал.Суть в том, что генерация и управление током — это и есть вся электроника.

Зависимость условного тока от потока электронов

Ученые, инженеры, профессора колледжей и другие уже более 100 лет знают, что ток действительно перемещает электроны. Тем не менее, они продолжали использовать исходную модель протока положительно-отрицательного тока. Это стало известно как обычный ток (CCF). Сегодня эта концепция все еще широко используется и почти повсеместно преподается в научных и инженерных программах.

Только в середине 20-го века электронный поток (EF) получил широкое распространение. Это произошло в результате массового обучения техников-электронщиков во время Второй мировой войны. Армия и флот решили, что поток электронов более уместен, чем обычный поток, поэтому они разработали все свои классы и учебные материалы с использованием потока электронов. После войны поток электронов прижился и стал основным способом обучения техников в общественных колледжах, технических институтах и профессиональных училищах.Почему научное, инженерное и академическое сообщества отказались перейти на электронный поток, неизвестно. Вероятно, возникло ощущение, что теория электричества всегда преподавалась с использованием традиционной модели протекания тока, и не было особой необходимости, желания или причины для изменений. Изменения — это сложно, а традиции умирают с трудом.

Что такое электрон?

Электрон — это субатомная частица, одна из нескольких различных частей атома. Атомы — это крошечные частицы, из которых состоит вся материя.Все, что мы знаем, чувствуем, видим, прикасаемся и обоняем, состоит из атомов. Атомы — это мельчайшие частицы материалов, которые мы называем элементами. Элементы — это основные строительные блоки природы. Типичные элементы — кислород, водород, углерод, медь, серебро, золото и кремний. Если вы, например, возьмете кусок меди и разделите его снова и снова, пока не получите наименьший возможный кусок, который все еще распознается как медь, то у вас будет один атом меди. Все, что не является основным элементом, состоит из двух или более элементов, объединенных в то, что мы называем соединениями.Вода — это соединение двух атомов водорода и одного атома кислорода, ну вы знаете, h3O. Соль — это соединение натрия и хлора (HCl). Самая маленькая распознаваемая частица соединения называется молекулой.

Атомы можно разделить на более мелкие части. Поскольку на самом деле никто никогда не видел атома, физики веками строили теории о том, как атом выглядит и из чего состоит. Одна популярная теория гласит, что атом состоит из центрального ядра, состоящего из крошечных частиц, называемых протонами и нейтронами.Протоны имеют положительный электрический заряд. Нейтроны, конечно, нейтральны. Вокруг ядра вращаются кольца или оболочки электронов. Электроны имеют отрицательный электрический заряд. Электронов столько же, сколько протонов, поэтому атом электрически сбалансирован или нейтрален. Число протонов в атоме — это его атомный номер, и это число определяет характеристики элемента.

На рисунке 3 показан атом меди. Есть 29 протонов и 29 электронов.Обратите внимание на внешнюю оболочку атома. Это называется валентной оболочкой, поскольку она содержит электроны, которые объединяются и реагируют с другими элементами, образуя химические связи в соединениях.

РИСУНОК 3. Атом меди.

И именно электрон или электроны во внешней валентной оболочке высвобождаются, чтобы создать ток в электрических и электронных компонентах и схемах.

Как течет ток

Ток в большинстве электрических и электронных цепей — это поток электронов.Однако есть некоторые особые случаи, когда задействованы и другие частицы. Предположим, что медный провод подключен между положительной и отрицательной клеммами элемента фонарика, как показано на рис. 4 . Избыток электронов накапливается на отрицательном выводе ячейки, в то время как на положительном выводе электронов не хватает. Это состояние вызвано химическим воздействием в клетке.

РИСУНОК 4. Электронный поток в медной проволоке.

Когда медный провод подсоединяется к ячейке, происходят две вещи.Во-первых, положительный вывод отводит валентные электроны от атомов меди в проводе. Когда атом теряет один или несколько электронов, он становится положительным ионом, потому что теперь у него больше протонов, чем электронов. Будучи положительными, ионы притягивают другие отрицательные электроны от соседних атомов, создавая цепную реакцию протекания тока.

В тот же момент отрицательный вывод ячейки отталкивает валентные электроны от соседних атомов в медной проволоке. Эти освобожденные электроны притягиваются к положительным ионам, создаваемым положительным выводом ячейки.Конечным результатом является массовое движение электронов от отрицательной клеммы батареи к положительной. Так протекает ток в проводах и кабелях, а также в большинстве электронных компонентов.

Не весь ток протекает за счет движения электронов. В некоторых случаях ток на самом деле является движением других носителей тока. Например, отверстия являются уникальными для протекания тока в определенных типах полупроводниковых материалов. Ионный поток — это метод протекания тока в плазме и электрохимических реакций в батареях.

Течение тока в полупроводниках

Полупроводник — это особый тип материала, удельное сопротивление или проводимость которого находится где-то между хорошими проводниками, такими как медь и алюминий, и изоляторами, такими как стекло, керамика или пластик. Полупроводники уникальны тем, что они могут иметь любую желаемую степень проводимости. Конечно, полупроводники — это материалы, из которых сделаны диоды, транзисторы и интегральные схемы.

Наиболее распространенным полупроводниковым материалом является элемент кремний (Si).Германий (Ge) — еще один полупроводниковый элемент. Существуют также полупроводниковые соединения, такие как арсенид галлия (GaAs), фосфид индия (InP) и кремний-германий (SiGe). Кремний, как и другие полупроводниковые материалы, уникален тем, что имеет четыре валентных электрона. Эта характеристика заставляет атомы кремния связываться вместе таким образом, что они разделяют свои валентные электроны. Результатом является уникальная структура кристаллической решетки, подобная показанной на Рис. 5 . Показаны только валентные электроны.Обратите внимание, как атомы разделяют валентные электроны с соседними атомами. В результате каждый атом думает, что на его внешней орбите находится восемь электронов. Это делает материал чрезвычайно стабильным.

РИСУНОК 5. Чистый кремний состоит из атомов, которые образуют ковалентные связи с соседними атомами, образуя структуру кристаллической решетки.

Атомы кремния образуют так называемую структуру кристаллической решетки. Все валентные электроны полностью заняты, так как они распределяются между атомами.Это означает, что в структуре кристаллической решетки чистого кремния нет электронов, доступных для электронного потока, поскольку все они заняты своими ковалентными связями. В результате полупроводники, такие как кремний в чистом виде, по сути, являются изоляторами. Конечно, если к кремнию приложить достаточно тепла или приложить высокое внешнее напряжение, некоторые электроны могут высвободиться, что вызовет протекание небольшого количества тока.

Чтобы сделать кремний проводящим, мы добавляем в него другие химические вещества. Этот процесс называется допингом.Легируя кремний химическими веществами, которые имеют три или пять валентных электронов, мы можем создать кремний, в котором легко течет ток. Рисунок 6 показывает, что происходит, когда мы добавляем в кремний мышьяк (As). Мышьяк имеет пять валентных электронов. Четыре электрона соединяются с электронами в соседних атомах кремния, как и раньше, с образованием ковалентных связей. Однако остался один лишний электрон. Этот дополнительный электрон доступен для протекания тока.

РИСУНОК 6.Полупроводниковый материал N-типа использует электроны для протекания тока.

Кремний, легированный химическими веществами, имеющими дополнительный электрон, называется полупроводником N-типа. «N» означает отрицательный, что относится к дополнительному отрицательному электрону. Когда внешнее напряжение подается на кусок полупроводникового материала N-типа, легко течет ток, поскольку несвязанные электроны притягиваются и протягиваются через кремний внешним напряжением. Если кремний сильно легирован мышьяком, доступно много свободных электронов и будет течь большой ток.Это то же самое, что сказать, что у материала очень низкое сопротивление. Если добавлено только несколько атомов мышьяка, меньше электронов доступно для протекания тока, поэтому уровень тока будет меньше при внешнем напряжении. Такой материал имеет гораздо более высокую стойкость.

Как видите, ток в полупроводниковом материале N-типа по-прежнему осуществляется электронами. Однако мы также можем легировать кремний материалом, который имеет только три валентных электрона. Это проиллюстрировано на рис. 7 , где кремний легирован атомами бора (B).

РИСУНОК 7. Полупроводниковый материал P-типа, в котором дырки являются носителями тока.

Три валентных электрона в атоме бора образуют ковалентные связи с соседними атомами кремния. Однако у одного из атомов кремния отсутствует электрон. Этот недостающий валентный электрон называется дыркой. Следовательно, дырка — это не настоящая частица, а просто вакансия в валентной оболочке структуры кристаллической решетки, которая действует как носитель тока.Эта вакансия или дыра имеет положительный заряд. Если электрон проходит рядом с отверстием, он притягивается и заполняет отверстие, завершая ковалентную связь.

Ток в этом типе полупроводникового материала протекает через отверстия. Этот тип полупроводникового материала называется материалом P-типа. P означает положительный, что относится к заряду отверстия.

Когда электрическое напряжение подается на кусок полупроводникового материала P-типа, электроны перетекают в материал с отрицательной клеммы источника напряжения и заполняют отверстия.Положительный заряд внешнего источника напряжения вытягивает электроны с внешних орбит, создавая новые дыры. Таким образом, электроны перемещаются от дырки к дырке. Электроны по-прежнему текут от отрицательного к положительному, но дырки перемещаются от положительного к отрицательному, поскольку они создаются внешним зарядом.

Ионный поток

В некоторых типах материалов, особенно в жидкостях и плазме, ток представляет собой комбинацию электронов и ионов.

На рисунке 8 показан упрощенный чертеж ячейки напряжения.Все элементы состоят из двух электродов из разных материалов, погруженных в химикат, называемый электролитом. Происходящая химическая реакция разделяет создаваемые заряды. Электроны накапливаются на одном электроде, поскольку он отдает положительные ионы, создавая отрицательный вывод, в то время как электроны вытягиваются из другого электрода, создавая положительный вывод.

РИСУНОК 8. Ток в химической ячейке.

Когда вы подключаете внешнюю нагрузку к этой батарее, электроны текут от отрицательной пластины через нагрузку к положительному электроду.Внутри ячейки электроны текут от положительного к отрицательному, а положительные ионы — от отрицательного к положительному.

Жить в отрицании

Итак, почему мы продолжаем увековечивать миф об обычном потоке тока (CCF), когда мы уже сто лет знаем, что ток в большинстве электрических и электронных цепей является потоком электронов (EF)? Я уже много лет задаю этот вопрос своим коллегам и другим специалистам в сфере промышленности и науки. Несмотря на то, что поток электронов — это реальность, все инженерные школы настаивают на преподавании CCF.Если вы служили в вооруженных силах или поднялись по служебной лестнице в качестве технического специалиста, скорее всего, вы научились и предпочитаете поток электронов.

То, как вы выучили его в школе, вы обычно используете, когда разрабатываете, анализируете, устраняете неполадки или преподаете в реальном мире.

Действительно ли это важно?

Как вы, возможно, знаете, на самом деле не имеет значения, какое направление тока вы используете для анализа схемы и проектирования, работает в любом случае. Фактически, эта проблема затрагивает только DC, который течет только в одном направлении.В переменном токе электроны текут в обоих направлениях, перемещаясь вперед и назад с рабочей частотой. Но если на самом деле не имеет значения, в каком направлении мы принимаем участие, то почему бы нам не последовать истине и не положить конец этой чепухе раз и навсегда?

В заключение

Если вы когда-нибудь захотите завязать оживленную беседу или даже поспорить, попробуйте поднять эту тему в группе технических специалистов. Вы просто можете быть удивлены накалом чувств и ханжеством с обеих сторон.Я делал это много раз, и меня до сих пор поражает эмоциональная реакция, которую вызывает этот вопрос.

Я пришел к выводу, что концепция CCF никогда не будет оставлена. Это в некоторой степени похоже на принуждение всех нас перейти на метрическую систему измерения с использованием метров и Цельсия, а не футов и Фаренгейта, с которыми мы более знакомы и привыкли. С этого момента обучение CCF будет продолжено. Я начал принимать все это как одну из странных причуд электроники. NV

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Ранние исследователи электричества сначала открыли концепцию напряжения и полярности, а позже определили ток как движение зарядов.Термин «напряжение» означает энергию, которая заставляет ток течь. Первоначально напряжение создавалось статическими средствами, такими как трение или молния. Позже химические элементы и батареи использовались для создания постоянного заряда или напряжения. Затем были разработаны механические генераторы.

Заряды относятся к некоему физическому объекту, который движется, когда на него действует сила напряжения. Конечно, еще в 18 веке те, кто работал над электрическими проектами, толком не знали, что это за заряды.Насколько они знали, заряды могли быть микроминиатюрными фиолетовыми кубиками внутри провода или другого проводника. Что они действительно знали, так это то, что напряжение заставляло заряды двигаться. В целях анализа и обсуждения они произвольно предположили, что заряды были положительными и перетекали с положительного на отрицательный. Это ключевой момент. Они действительно не знали направления тока, поэтому предположили, что происходит. И, как оказалось, не угадали. Нет ничего плохого в том, чтобы ошибаться, поскольку ученые часто выдвигают одну гипотезу, а позже обнаруживают, что истина — это что-то другое.Большая ошибка состоит в том, что неверная гипотеза сохраняется и преподается как истина.

В конце 19 века было окончательно установлено, что обсуждаемые заряды на самом деле были электронами, а ток на самом деле представлял собой электроны, текущие от отрицательной клеммы источника напряжения через цепь к положительной стороне источника напряжения. Британский физик Джозеф Дж. Томсон сделал это открытие в 1897 году. Наконец правда была доказана и открыта.

Корпус для обычного протекания тока.

Традиционно.
Большинство инженеров и некоторых технических специалистов узнали это таким образом.
Очень сложно изменить такие вещи, как учебники по инженерии и условные обозначения (стрелки на диодах и транзисторах указывают в направлении CCF).
Человеческая природа не терпит перемен.
CCF стал стандартом де-факто.

Корпус для электронного потока.

Это правда.
Работа электронных устройств легче объяснить и изучить с помощью электронного потока.
Почему бы не стандартизировать то, что есть на самом деле?

Электрический заряд и ток — краткая история

Заряд

Электричество и магнетизм

Электрический заряд и ток — краткая история

Руководство для преподавателей для 14-16

Электрические явления являются результатом фундаментального свойства материи: электрического заряда.Атомы, из которых состоит большая часть вещества, с которым мы сталкиваемся, содержат заряженные частицы. Протоны и электроны имеют по одной единице заряда, но противоположного знака. Атомы обычно нейтральны, потому что количество электронов и протонов одинаково.

Электрические заряды в состоянии покоя известны гораздо дольше, чем электрические токи.

Эффект янтаря

Свойство, которое сейчас называется статическим электричеством , было известно философам Древней Греции. На самом деле слово электричество происходит от «электрон», греческого названия янтаря.Янтарь — это смолистый минерал, используемый для изготовления украшений. Вероятно, небольшие волокна одежды цеплялись за янтарь, и их было довольно трудно удалить. Попытка стереть волокна только усугубила ситуацию, и ранние философы задались вопросом, почему.

Уильям Гилберт упомянул об эффекте янтаря в своей новаторской книге On Magnetism , опубликованной в 1600 году. Он заметил, что притяжение между электрическими элементами было намного слабее, чем магнетизм, и ошибочно сказал, что электричество никогда не отталкивается.

Бенджамин Франклин

Требовался гигантский скачок понимания, чтобы объяснить подобные наблюдения с точки зрения положительного и отрицательного электрического заряда. В 18 веке Бенджамин Франклин в Америке пробовал эксперименты с зарядами. Франклин назвал два вида электричества «положительным» и «отрицательным». Он даже собирал электрические заряды из грозовых облаков через мокрую веревку от воздушного змея.

Франклин был сторонником модели электрического заряда «единой жидкости».У объекта с избытком жидкости будет один заряд; объект с дефицитом жидкости будет иметь противоположный заряд. Другие ученые отстаивали теорию «двух жидкостей», в которой движутся отдельные положительные и отрицательные жидкости. Потребовалось более века, чтобы дебаты перешли на сторону Франклина.

Интересно отметить, что Франклин придумал несколько электрических терминов, которые мы используем до сих пор: батарея, заряд, проводник, плюс, минус, положительно, отрицательно, конденсатор (= конденсатор) и другие.

Токи электрические

Электрические токи не были полностью исследованы до изобретения батарей примерно в 1800 году. Прохождение токов через солевые растворы свидетельствует о том, что существует два типа носителей заряда: положительные и отрицательные. Носителями заряда, которые выкипают из раскаленных добела металлов, являются отрицательные электроны, а движение электронов вызывает ток в холодном металлическом проводе.

Какое-то время электрические токи казались настолько отличными от электрических зарядов в состоянии покоя, что их изучали отдельно.Казалось, что существует четыре вида электричества: положительные и отрицательные электростатические заряды, а также положительные и отрицательные движущиеся заряды в токах. Теперь ученые знают лучше. Есть только два вида сил, положительные и отрицательные, которые действуют одинаково, независимо от того, были ли они «электростатическими зарядами от трения» или «движущимися зарядами от источников питания».

Современный вид

Электрические силы — это то, что удерживает вместе атомы и молекулы, твердые тела и жидкости. При столкновении объектов электрические силы раздвигают их.

Сегодня мы понимаем, что электроны могут переноситься, когда два разных материала контактируют друг с другом, а затем разделяются. Вы можете перечислить материалы по порядку, от тех, «которые с наибольшей вероятностью потеряют электроны» (получат положительный заряд), до «те, которые с наибольшей вероятностью получат электроны» (получат отрицательный заряд). Это называется трибоэлектрической серией .

Электричество и электрон | Клуб электроники

Следующая страница: Последовательные и параллельные

См. Также: символы и электрические схемы

Что такое электричество?

Электричество — это поток заряда по цепи , переносящий энергию от аккумулятор (или источник питания) для таких компонентов, как лампы и двигатели.

Электричество может течь только при наличии полной цепи от батареи через провода к компонентам и снова обратно к батарее.

На схеме показана простая схема из аккумулятора, проводов, выключателя и лампы. Переключатель работает путем размыкания цепи.

При разомкнутом переключателе цепь разомкнута — электричество не течет и лампа не горит.

При замкнутом переключателе цепь замкнута — электричество течет и лампа горит.Электричество переносит энергию от батареи к лампе.

Мы можем видеть, слышать или ощущать эффекты протекающего электричества, такие как свет лампы, звон колокола или вращение мотора — но мы не можем видеть само электричество, так в какую сторону оно течет?

В каком направлении течет электричество?

Мы говорим, что электричество течет от положительной (+) клеммы батареи к отрицательная (-) клемма аккумуляторной батареи. Мы можем представить частицы с положительным электрический заряд течет в этом направлении по цепи, как красные точки на схеме.

Этот поток электроэнергии называется условным током , и это направление потока используется во всей электронике.

Однако это еще не полный ответ, потому что движущиеся частицы фактически имеют отрицательный заряд, и они текут в обратном направлении! Пожалуйста, прочтите …

Мнимые положительные частицы, движущиеся в направлении
обычного тока

Электрон

Когда было открыто электричество, ученые провели множество экспериментов, чтобы выяснить, в каком направлении электричество текло по цепям.В те далекие дни они обнаружили, что это было невозможно определить направление потока.

Они знали, что существует два типа электрического заряда: положительный (+) и отрицательный (-), и они решили сказать, что электричество — это поток положительного заряда от положительного к отрицательному. Они знали, что это предположение, но решение нужно было принять. Все, что было известно в то время, можно было бы объяснить, если бы электричество было отрицательный заряд течет в другую сторону, от отрицательного к положительному.

Электрон был открыт в 1897 году, и было обнаружено, что он имеет отрицательный заряд.В предположение, сделанное в первые дни появления электричества, оказалось неверным! Электричество почти во всех Проводники действительно представляют собой поток электронов (отрицательный заряд) от отрицательного к положительному.

К тому времени, как электрон был открыт, идея электричества течет от положительного к отрицательному (обычный ток) прочно утвердился. К счастью, подумать не проблема электричества таким образом, потому что положительный заряд, движущийся вперед, эквивалентен отрицательному заряду, движущемуся назад .

Использовать обычный ток

Во избежание путаницы вам следует всегда использовать обычный ток при попытке понять, как работают схемы, представьте, что положительно заряженные частицы текут от положительного к отрицательному.

Простая схема генерации плюсовых и минусовых цепей

Комбинируя работу повышающего регулятора и преобразователя отрицательного напряжения, можно генерировать отрицательное питание от одного источника низкого напряжения. Схема на рисунке 1 показывает стандартную прикладную схему для источника питания +20 В вместе с двумя операционными усилителями, двумя диодами и двумя конденсаторами для генерации напряжения -20 В.В этой статье будут рассмотрены основные операции повышающего преобразователя для создания большего положительного напряжения питания. Уравнения выводятся для определения минимального значения индуктора для поддержания безопасного пикового тока индуктора и максимального значения индуктора для поддержания режима непрерывной проводимости (CCM). Затем в статье будет обсуждаться генерация отрицательного питания и ограничения конструкции.

Понимание топологии повышающего напряжения

Прежде чем мы добавим дополнительную схему для генерации отрицательного напряжения питания, важно понять, как повышающий преобразователь вырабатывает выходное напряжение, которое всегда превышает входное.Для этого мы анализируем схемы повышения напряжения на Рисунке 1 и формы сигналов тока на Рисунке 2. Для этого анализа мы учитываем все потери в контурах зарядки и разрядки в наших уравнениях. Это должно помочь дать полное представление о схеме.

Однако выходное напряжение не зависит от потерь в цепи. Это связано с тем, что все потери находятся внутри контура обратной связи ISL97701 — который мы будем использовать здесь в качестве примера — и учитываются автоматически.Выходное напряжение определяется из схемы резисторов обратной связи, показанной на рисунке 1, и рассчитывается по уравнению 1, где VrefFB — внутреннее опорное напряжение ISL97701.

Уравнение 1

Положительное питание

На рисунке 1а показана основная схема повышающего преобразователя. За один цикл переключения транзистор Q1 включается и выключается. Пока Q1 включен, катушка индуктивности L1 включается последовательно с источником VIN через встроенный повышающий полевой транзистор ISL97701 (Q1).Диод D1 имеет обратное смещение, и схема сводится к показанной на рисунке 1b. Напряжение на повышающем дросселе (L1) равно VIN — (VDS + IL1 x RL1), а ток в дросселе L1 линейно нарастает до пикового значения в момент времени DT. Пиковый ток катушки индуктивности (ΔIL1) рассчитывается в уравнении 3 и графически показан на рисунке 1b. Любые требования к нагрузке на этом этапе обеспечиваются выходным конденсатором C1.

Уравнение 2

Уравнение 3

Когда Q1 отключается, поскольку ток в катушке индуктивности не может изменяться мгновенно, напряжение в L1 меняется на противоположное, и схема принимает вид, показанный на рисунке 1c.Теперь конец L1 без точки положителен по отношению к концу точки, а D1 становится смещенным вперед. Поскольку конец точки находится на VIN, L1 передает свою накопленную энергию на C1 и заряжает его до более высокого напряжения, чем VIN. Эта энергия обеспечивает ток нагрузки и восполняет заряд, отводимый от C1. В это время на нагрузку также подается энергия от VIN. Напряжение, приложенное к точечному концу индуктора, составляет (VIN — IL1 x RL1). Напряжение, приложенное к концу L1 без точки, теперь равно выходному напряжению (VO) плюс прямое напряжение диода (VD).Напряжение на катушке индуктивности в выключенном состоянии равно ((VO + VD1 + IL1 x RL1) — VIN). Ток катушки индуктивности во время выключения переключателя (T-DT) рассчитывается по формуле 4 и графически показан на рисунке 1c.

Уравнение 4

В установившемся режиме ток увеличивается во время включения переключателя и уменьшается во время отключения переключателя (рисунок 2). Как во включенном, так и в выключенном состоянии токи равны, чтобы предотвратить насыщение сердечника индуктора.Установка обоих токов равными друг другу и решение для VO приводит к повышению напряжения в режиме непрерывной проводимости, показанному в уравнении 5.

Уравнение 5

Рисунок 1: Части стандартной прикладной схемы для источника питания +20 В для создания источника питания -20 В.

Рис. 2: Кривые выходного тока для источника питания.

Рабочий цикл (D) в уравнении 5 определяется установкой потерь в уравнении 5 (IL1 x RL1, VD1, VDS) равными нулю, поскольку они находятся в контуре обратной связи ISL97701.ISL97701 непрерывно изменяет рабочий цикл, чтобы поддерживать постоянное значение VO, независимо от потерь проводимости в зависимости от тока нагрузки. Если потери установлены на ноль, уравнение 5 сводится к уравнению 6. Это приводит к значению рабочего цикла, показанному в уравнении 7.

Уравнение 6

Уравнение 7

Выбор индуктора

Выбор индуктора определяет выходное пульсирующее напряжение, переходную характеристику, допустимый выходной ток и эффективность.Его выбор зависит от входного напряжения, пикового тока индуктора, выходного напряжения, частоты переключения и максимального выходного тока. При выборе индуктора убедитесь, что ток насыщения индуктора больше, чем IPEAK цепи. Точно так же транзистор должен выдерживать пиковый ток, превышающий IPEAK. Пиковый ток индуктора показан на рисунке 3 и может быть рассчитан по уравнению 8.

Рисунок 3: Пиковый ток индуктора для источника питания.

Из рисунка 3 видно, что пиковый ток IL1 индуктора равен среднему току IL1 индуктора плюс половина тока IL1, как показано в уравнении 8.

Уравнение 8

Средняя мощность IN равна средняя выходная мощность, деленная на КПД схемы, как показано в Уравнении 9.

Уравнение 9

Где Eff равно эффективности повышающего регулятора ISL97701. Следовательно, средний ток катушки индуктивности равен выходному току, умноженному на коэффициент усиления повышающего регулятора, как показано в уравнении 10.

Уравнение 10

ΔIL1 был определен в уравнении 3, а рабочий цикл (D) в уравнении 7. Подстановка уравнения 7 в уравнение 3 и добавление его к уравнению 10 приводит к уравнению 11. Уравнение 11 дает пиковый ток катушки индуктивности. с точки зрения входного напряжения, выходного напряжения, частоты переключения и максимального выходного тока (опять же, потери из-за VDS и IL1 x RL1 не включены, потому что они находятся внутри контура обратной связи ISL97701).

Уравнение 11

Переставив члены в уравнении 11, мы можем найти значение индуктивности, используя уравнение 12.

Уравнение 12

Уравнение 12 полезно для определения минимального значения L, которое схема может обрабатывать без превышения пикового тока через катушку индуктивности и, следовательно, переключатель Q1. Максимальный пиковый ток (IPEAK), разрешенный через Q1 для безопасной работы, указан в электрической таблице как 1,2 А.

Пример расчета минимального значения индуктивности

Дано: VIN = 5 В, VO = 20 В, IO = 50 мА , IPK = 1,2 А, частота = 1 МГц, Eff = 0.85 (КПД 85% из рисунка 3 в техническом описании ISL97701).

Уравнение 12 дает нам граничное условие для наименьшей катушки индуктивности, которая может быть у нас, чтобы гарантировать, что пиковый ток через Q1 меньше максимального предела 1,2 А. Подставляя все эти числа в уравнение 12 (см. Уравнение 13), мы получаем минимальную катушку индуктивности. значение для данных условий составляет 1,94 мкГн.

Уравнение 13

Пример проектирования CCM

Для достижения максимальной эффективности повышающий преобразователь должен работать в режиме постоянной проводимости (CCM).Чтобы поддерживать режим непрерывной проводимости регулятора наддува, значение IL1 должно быть больше или равно ΔIL1 / 2 (уравнение 14).

Уравнение 14

Перестановка членов и решение для L приводит к уравнению 15.

Уравнение 15

Для поддержания работы в режиме непрерывной проводимости для указанных выше условий проектирования схемы значение L должно быть более 7,96 мкГн (уравнение 16).

Уравнение 16

Следует отметить, что при небольшой нагрузке цепь может переходить в режим прерывистой проводимости, когда индуктор полностью разряжается от своего тока в каждом цикле.Эта операция снизит общую эффективность подачи. Использование уравнения 15 и установка достаточно большого значения индуктивности для заданного минимального выходного тока обеспечит работу в режиме непрерывной проводимости.

Выходной конденсатор

Следует использовать конденсаторы с низким ESR, чтобы минимизировать пульсации выходного напряжения. Многослойные керамические конденсаторы (X5R и X7R) предпочтительны для выходных конденсаторов из-за их более низкого ESR и небольших размеров корпуса. Также можно использовать танталовые конденсаторы с более высоким ESR.Пульсации на выходе можно рассчитать по уравнению 17:

Уравнение 17

Для чувствительных к шуму приложений рекомендуется установить 0,1 мкФ параллельно с большим выходным конденсатором, чтобы уменьшить шум переключения.

Отрицательное питание

Работу отрицательного источника питания лучше всего понять, рассматривая рисунок 5. Мы начнем наш анализ в условиях устойчивого состояния (индуктор, работающий в режиме непрерывной проводимости, и C1 равно напряжению, вычисленному в уравнении 1 ).

Когда Q1 выключается, напряжение на катушке индуктивности повышается, включая D1 и D3. Диод D2 блокирует прохождение тока от C3. Ток катушки индуктивности теперь заряжает оба конденсатора C1 и C2 с полярностью, показанной на рисунке 5. Напряжение на C2 равно напряжению на C1 плюс прямое падение напряжения на D1.

Когда Q1 включается, диоды D1 и D3 блокируются, и конденсатор C2 теперь подключен параллельно конденсатору C3 — D2 (который сейчас включен), см. Рисунок 4. Это соединение приводит к передаче отрицательного напряжения на C3.Напряжение, передаваемое на C3, равно напряжению на C1, как показано на Рисунке 4 и в уравнении 18.

Рисунок 4: Выходная подсхема VC3.

Уравнение 18

Эффективность переноса заряда между двумя конденсаторами связана с потерями энергии во время этого процесса. ЭНЕРГИЯ ПОТЕРЯЕТСЯ ТОЛЬКО ПРИ ПЕРЕДАЧЕ ЗАРЯДА МЕЖДУ КОНДЕНСАТОРАМИ, ЕСЛИ ПРОИСХОДИТ ИЗМЕНЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ. Потери энергии определены в уравнении 19:

Уравнение 19

Где V1 и V2 — напряжения на C2 во время циклов зарядки и передачи.Если импедансы C2 и C3 относительно высоки на частоте 1 МГц по сравнению со значением RL, будет существенная разница в напряжениях V1 и V2. Поэтому желательно не только сделать C3 как можно большим, чтобы исключить пульсации выходного напряжения, но также использовать соответственно большое значение C2 для достижения максимальной эффективности работы.

Регулировка выходного напряжения с помощью операционных усилителей

Окончательная стабилизация выходного напряжения осуществляется с помощью двойного операционного усилителя ISL28208.Напряжение, создаваемое повышающим преобразователем, питает усилители, а выходное напряжение рассчитывается по уравнениям 20 и 21.

Уравнение 20

Уравнение 21

Ограничение по конструкции

Для разумного регулирования напряжения отрицательное напряжение питания, отрицательный ток питания должен быть меньше или равен положительному току питания. Это связано с тем, что контур управления для регулирования выходного напряжения работает только около положительного напряжения питания.

Equation 22

ISL97701 оптимизирован для работы с небольшим диапазоном катушек индуктивности. Генератор рампы с компенсацией наклона внутри ISL97701 оптимизирован для значений индуктивности в диапазоне от 4,7 мкГн до 15 мкГн и выходных токов от 25 мА до 125 мА. Схема будет отлично работать вне этих диапазонов, пока не будет превышен максимальный ток IPEAK (уравнение 11). Единственным недостатком будет снижение КПД схемы.Процентная эффективность может упасть с 80 до 60, когда работа переходит из режима непрерывной проводимости в режим прерывистой проводимости.

Куда течет ток или где же этот чертов катод? / Хабр

Как течет ток от плюса к минусу — MOREREMONTA

Тема: в какую сторону идёт ток в проводах, электрических цепях, схемах.

Течение токов в цепи как перемещение частиц: от плюса к минусу или наоборот

Равновесие зарядов – электрический ток

ПРОВОДНИКИ, ИЗОЛЯТОРЫ, ДИЭЛЕКТРИКИ

Сила тока

Как течет ток от плюса к минусу

Направление электрического тока ⋆ diodov.net

Направление тока: от минуса к плюсу или наоборот?

Направление электрического тока

Почему ток в цепи идёт «от плюса к минусу», если носители заряда — электроны — заряжены отрицательно и должны идти «от минуса к плюсу»?

Почему принято считать, что электрический ток движется от положительного заряда к отрицательному?

Открытие: ток течёт не от плюса к минусу, а от фазы к нулю

Электрическая цепь | Физика

Электрическая цепь и выключатели

Условные обозначения

Проводники и изоляторы

Атомная структура и заряд

Гроза

Направление тока

Сила тока, напряжение, сопротивление

Последовательное соединение

Параллельное соединение

Постоянный и переменный ток

Действие электрического тока

Направление постоянного тока от плюса к минусу

Направление постоянного тока от плюса к минусу

Как движется ток в электрических схемах

Тема: в какую сторону идёт ток в проводах, электрических цепях, схемах.

Тема: в какую сторону идёт ток в проводах, электрических цепях, схемах.

Проводники электрического тока

Электрический ток

Напряжение

Сила тока

Заключение

Резюме

от плюса к минусу или наоборот

Физическая сущность

Виды токов

Двунаправленное перемещение зарядов

Видео

Как наиболее безболезненно получить сильноточный источник питания отрицательного напряжения из положительного?

Путаница в отношении обычного тока и потока электронов, а также того, как они протекают и питают цепь

В какую сторону течет ток?

В каком направлении на самом деле течет ток?

Почему это так важно?

Зависимость условного тока от потока электронов

Что такое электрон?

Как течет ток

Течение тока в полупроводниках

Ионный поток

Жить в отрицании

Действительно ли это важно?

В заключение

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Корпус для обычного протекания тока.

Электрический заряд и ток — краткая история

Электрический заряд и ток — краткая история

Эффект янтаря

Бенджамин Франклин

Токи электрические

Современный вид

Электричество и электрон | Клуб электроники

Что такое электричество?

В каком направлении течет электричество?

Электрон

Использовать обычный ток

Рекомендуемая книга

Политика конфиденциальности и файлы cookie

Простая схема генерации плюсовых и минусовых цепей

alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Рубрики