Сила тока протекающего через проводник связана с величиной заряда: Электрическое сопротивление. Закон Ома для участка электрической цепи — урок. Физика, 8 класс. — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Вопрос 2

Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3

Автомобили	Астрономия	Биология	География	Дом и сад	Другие языки	Другое	Информатика
История	Культура	Литература	Логика	Математика	Медицина	Металлургия	Механика
Образование	Охрана труда	Педагогика	Политика	Право	Психология	Религия	Риторика
Социология	Спорт	Строительство	Технология	Туризм	Физика	Философия	Финансы
Химия	Черчение	Экология	Экономика	Электроника

Вопрос

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

Сила тока в Международной системе единиц (СИ) измеряется в амперах.

По закону Ома сила тока для участка цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению к участку цепи и обратно пропорциональна сопротивлению проводника этого участка цепи :

Пло́тность то́ка — векторная физическая величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через единицу площади. Например, при равномерном распределении плотности тока и всюду ортогональности ее плоскости сечения, через которое вычисляется или измеряется ток, величина вектора плотности тока:

где I — сила тока через поперечное сечение проводника площадью

S (также см.рисунок).

· (Иногда речь может идти о скалярной^[1] плотности тока, в таких случаях под ней подразумевается именно та величина j, которая приведена в формуле чуть выше).

В общем случае:

где — нормальная (ортогональная) составляющая вектора плотности тока по отношению к элементу площади ; вектор — специально вводимый вектор элемента площади, ортогональный элементарной площадке и имеющий абсолютную величину, равную ее площади, позволяющий записать подынтегральное выражение как обычное скалярное произведение.

В простейшем предположении, что все носители тока (заряженные частицы) двигаются с одинаковым вектором скорости и имеют одинаковые заряды (такое предположение может иногда быть приближенно верным; оно позволяет лучше всего понять физический смысл плотности тока), а концентрация их ,

или

где — плотность заряда этих носителей. (Направление вектора соответствует направлению вектора скорости , с которой движутся заряды, создающие ток, если q положительно).

В реальности даже носители одного типа движутся вообще говоря и как правило с различными скоростями. Тогда под следует понимать среднюю скорость.

Вопрос 2

При прохождении электрического тока в замкнутой цепи на свободные заряды действуют силы со стороны стационарного электрического поля и сторонние силы. При этом на отдельных участках этой цепи ток создается только стационарным электрическим полем. Такие участки цепи называются однородными. На некоторых участках этой цепи, кроме сил стационарного электрического поля, действуют и сторонние силы. Участок цепи, на котором действуют сторонние силы, называют неоднородным участком цепи.

Закон Ома для неоднородного участка цепи имеет вид:

где R — общее сопротивление неоднородного участка.

ЭДС ε может быть как положительной, так и отрицательной. Это связано с полярностью включения ЭДС в участок: если направление, создаваемое источником тока, совпадает с направлением тока, проходящего в участке (направление тока на участке совпадает внутри источника с направлением от отрицательного полюса к положительному), т.е. ЭДС способствует движению положительных зарядов в данном направлении, то ε > 0, в противном случае, если ЭДС препятствует движению положительных зарядов в данном направлении, то ε < 0.

Закон Ома для замкнутой цепи

Сила тока в замкнутой цепи, состоящей из источника тока с внутренним сопротивление и нагрузки с сопротивлением, равна отношению величины ЭДС источника к сумме внутреннего сопротивления источника и сопротивления нагрузки.

Сила тока, размерность в СИ -

Сопротивление (внешнее цепи), размерность в СИ -

Ом

Сопротивление (внутреннее источника), размерность в СИ -

Ом

Электродвижущая сила (источника), размерность в СИ -

Амперме́тр (см. ампер + …метр от μετρέω — измеряю) — прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют; для увеличения предела измерений — с шунтом или через трансформатор.

(Примером амперметра с трансформатором являются «токовые клещи»)

Шунт — устройство, которое позволяет электрическому току протекать в обход какого-либо участка схемы, обычно представляет собой низкоомный резистор,катушку или проводник.

Вольтметр (вольт + гр. μετρεω измеряю) — измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в электрических цепях. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии. Присоединяется в сеть параллельно.

Для расширения пределов измерения вольтметра к обмотке измерительного механизма последовательно присоединяют многоомное сопротивление, носящее название добавочного сопротивления (r_д). Схема включения вольтметра с добавочным сопротивлением приведена на рис. 85.

При такой схеме из n частей напряжения, подлежащего измерению, на обмотку прибора приходится лишь одна часть, а остальные n-1 частей – на добавочное сопротивление. Это происходит потому, что сопротивление r_д берется больше сопротивления вольтметра в n —1 раз, а при последовательном соединении напряжение распределяется пропорционально величине сопротивления.

Добавочное сопротивление

Общее измеренное напряжение равно сумме падения напряжения на этих сопротивлениях.

Число n показывает, во сколько раз расширяют предел измерения вольтметра.

Дата добавления: 2015-07-11; просмотров: 82 | Нарушение авторских прав

Читайте в этой же книге: Вопрос №4 | Вопрос №7 | Правила Кирхгофа. |

	\|	следующая страница ==>
Соревнования командные	\|	Вопрос №3

mybiblioteka.su — 2015-2022 год. (0.036 сек.)

Электрический ток

Что такое электрический ток

Электрический ток — направленное движение электрически заряженных частиц под воздействием электрического поля. Такими частицами могут являться: в проводниках –электроны, в электролитах – ионы (катионы и анионы), в полупроводниках – электроныи, так называемые, «дырки» («электронно-дырочная проводимость»). Также существует»ток смещения», протекание которого обусловлено процессом заряда емкости, т.е. изменением разности потенциалов между обкладками. Между обкладками никакого движения частиц не происходит, но ток через конденсатор протекает.

В теории электрических цепей за ток принято считать направленное движение носителей заряда в проводящей среде под действием электрического поля.

Током проводимости (просто током) в теории электрических цепей называют количество электричества, протекающего за единицу времени через поперечное сечение проводника: i=q/t, где i — ток. А; q = 1,6·10⁹ — заряд электрона, Кл; t — время, с.

Это выражение справедливо для цепей постоянного тока. Для цепей переменного тока применяют так называемое мгновенное значение тока, равное скорости изменения заряда во времени: i(t)= dq/dt.

Электрический ток возникает тогда, когда на участке электрической цепи появляется электрическое поле, или разность потенциалов между двумя точками проводника. Разность потенциалов между двумя точками электрической цепи называют напряжением или падением напряжения на этом участке цепи.

Вместо термина «ток» («величина тока») часто применяется термин «сила тока». Однако последний нельзя назвать удачным, так как сила тока не есть какая-либо сила в буквальном смысле этого слова, а только интенсивность движения электрических зарядов в проводнике, количество электричества, проходящего за единицу времени через площадь поперечного сечения проводника.
Ток характеризуется силой тока, которая в системе СИ измеряется в амперах (А), и плотностью тока, которая в системе СИ измеряется в амперах на квадратный метр.
Один ампер соответствует перемещению через поперечное сечение проводника в течение одной секунды (с) заряда электричества величиной в один кулон (Кл):

1А = 1Кл / с.

В общем случае, обозначив ток буквой i, а заряд q, получим:

i = dq / dt.

Единица тока называется ампер (А). Ток в проводнике равен 1 А, если через поперечное сечение проводника за 1 сек проходит электрический заряд, равный 1 кулон.

Рис. 1. Направленное движение электронов в проводнике

Если вдоль проводника действует напряжение, то внутри проводника возникает электрическое поле. При напряженности поля Е на электроны с зарядом е действует сила f = Ее. Величины f и Е векторные. В течение времени свободного пробега электроны приобретают направленное движение наряду с хаотическим. Каждый электрон имеет отрицательный заряд и получает составляющую скорости, направленную противоположно вектору Е (рис. 1). Упорядоченное движение, характеризуемое некоторой средней скоростью электронов vcp, определяет протекание электрического тока.

Электроны могут иметь направленное движение и в разреженных газах. В электролитах и ионизированных газах протекание тока в основном обусловлено движением ионов. В соответствии с тем, что в электролитах положительно заряженные ионы движутся от положительного полюса к отрицательному, исторически направление тока было принято обратным направлению движения электронов.

За направление тока принимается направление, в котором перемещаются положительно заряженные частицы, т.е. направление, противоположное перемещению электронов.
В теории электрических цепей за направление тока в пассивной цепи (вне источников энергии) взято направление движения положительно заряженных частиц от более высокого потенциала к более низкому. Такое направление было принято в самом начале развития электротехники и противоречит истинному направлению движения носителей заряда — электронов, движущихся в проводящих средах от минуса к плюсу.

Направление электрического тока в электролите и свободных электронов в проводнике

Величина, равная отношению тока к площади поперечного сечения S, называются плотностью тока (обозначается δ): δ= I / S

При этом предполагается, что ток равномерно распределен по сечению проводника. Плотность тока в проводах обычно измеряется в А/мм2.

По типу носителей электрических зарядов и среды их перемещения различают токи проводимости итоки смещения. Проводимость делят на электронную и ионную. Для установившихся режимов различают два вида токов: постоянный и переменный.

Электрическим током переноса называют явление переноса электрических зарядов заряженными частицами или телами, движущимися в свободном пространстве. Основным видом электрического тока переноса является движение в пустоте элементарных частиц, обладающих зарядом (движение свободных электронов в электронных лампах), движение свободных ионов в газоразрядных приборах.

Электрическим током смещения (током поляризации) называют упорядоченное движение связанных носителей электрических зарядов. Этот вид тока можно наблюдать в диэлектриках.
Полный электрический ток — скалярная величина, равная сумме электрического тока проводимости, электрического тока переноса и электрического тока смещения сквозь рассматриваемую поверхность.

Постоянным называют ток, который может изменяться по величине, но не изменяет своего знака сколь угодно долгое время. Подробнее об этом читайте здесь: Постоянный ток

Переменным называют ток, который периодически изменяется как по величине, так и по знаку.Величиной, характеризующей переменный ток, является частота (в системе СИ измеряется в герцах), в том случае, когда его сила изменяется периодически. Переменный ток высокой частоты вытесняется на поверхность проводника. Токи высокой частоты применяется в машиностроении для термообработки поверхностей деталей и сварки, в металлургии для плавки металлов. Переменные токи подразделяют насинусоидальные и несинусоидальные. Синусоидальным называют ток, изменяющийся по гармоническому закону:

i = Im sin ωt,

где Im, — амплитудное (наибольшее) значение тока, А,

Скорость изменения переменного тока характеризуется его частотой, определяемой как число полных повторяющихся колебаний в единицу времени. Частота обозначается буквой f и измеряется в герцах (Гц). Так, частота тока в сети 50 Гц соответствует 50 полным колебаниям в секунду. Угловая частота ω — скорость изменения тока в радианах в секунду и связана с частотой простым соотношением:

ω = 2πf

Установившиеся (фиксированные) значения постоянного и переменного токов обозначают прописной буквой I неустановившиеся (мгновенные) значения — буквой i. Условно положительным направлением тока считают направление движения положительных зарядов.

Переменный ток — это ток, который изменяется по закону синуса с течением времени.

Под переменным током также подразумевают ток в обычных одно- и трёхфазных сетях. В этом случае параметры переменного тока изменяются по гармоническому закону.

Поскольку переменный ток изменяется во времени, простые способы решения задач, пригодные для цепей постоянного тока, здесь непосредственно неприменимы. При очень высоких частотах заряды могут совершать колебательное движение — перетекать из одних мест цепи в другие и обратно. При этом, в отличие от цепей постоянного тока, токи в последовательно соединённых проводниках могут оказаться неодинаковыми. Ёмкости, присутствующие в цепях переменного тока, усиливают этот эффект. Кроме того, при изменении тока сказываются эффекты самоиндукции, которые становятся существенными даже при низких частотах, если используются катушки с большой индуктивностью. При сравнительно низких частотах цепи переменного тока можно по-прежнему рассчитывать с помощью правил Кирхгофа, которые, однако, необходимо соответствующим образом модифицировать.

Цепь, в которую входят разные резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы, можно рассматривать, как если бы она состояла из обобщённых резистора, конденсатора и катушки индуктивности, соединённых последовательно.

Рассмотрим свойства такой цепи, подключённой к генератору синусоидального переменного тока. Чтобы сформулировать правила, позволяющие рассчитывать цепи переменного тока, нужно найти соотношение между падением напряжения и током для каждого из компонентов такой цепи.

Конденсатор играет совершенно разные роли в цепях переменного и постоянного токов. Если, например, к цепи подключить электрохимический элемент, то конденсатор начнёт заряжаться, пока напряжение на нём не станет равным ЭДС элемента. Затем зарядка прекратится и ток упадёт до нуля. Если же цепь подключена к генератору переменного тока, то в один полупериод электроны будут вытекать из левой обкладки конденсатора и накапливаться на правой, а в другой — наоборот. Эти перемещающиеся электроны и представляют собой переменный ток, сила которого одинакова по обе стороны конденсатора. Пока частота переменного тока не очень велика, ток через резистор и катушку индуктивности также одинаков.

В устройствах-потребителях переменного тока переменный ток часто выпрямляется выпрямителями для получения постоянного тока.

Проводники электрического тока

Материал, в котором течёт ток, называется проводником. Некоторые материалы при низких температурах переходят в состояние сверхпроводимости. В таком состоянии они не оказывают почти никакого сопротивления току, их сопротивление стремится к нулю. Во всех остальных случаях проводник оказывает сопротивление течению тока и в результате часть энергии электрических частиц превращается в тепло. Силу тока можно рассчитать по закону Ома для участка цепи и закону Ома для полной цепи.

Скорость движения частиц в проводниках зависит от материала проводника, массы и заряда частицы, окружающей температуры, приложенной разности потенциалов и составляет величину, намного меньшую скорости света. Несмотря на это, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости света в данной среде, то есть скорости распространения фронта электромагнитной волны.

Как ток влияет на организм человека

Ток, пропущенный через организм человека или животного, может вызвать электрические ожоги, фибрилляцию или смерть. С другой стороны, электрический ток используют в реанимации, для лечения психических заболеваний, особенно депрессии, электростимуляцию определённых областей головного мозга применяют для лечения таких заболеваний, как болезнь Паркинсона и эпилепсия, водитель ритма, стимулирующий сердечную мышцу импульсным током, используют при брадикардии. В организме человека и животных ток используется для передачи нервных импульсов.

По технике безопасности, минимально ощутимый человеком ток составляет 1 мА. Опасным для жизни человека ток становится начиная с силы примерно 0,01 А. Смертельным для человека ток становится начиная с силы примерно 0,1 А. Безопасным считается напряжение менее 42 В.

Сила постоянного тока

Главная » Разное » Сила постоянного тока

Постоянный электрический ток

на главную

Официальный сайт АНО ДО Центра «Логос», г.Глазов

http://logos-glz.ucoz.net/

ГОТОВИМСЯ К УРОКУ

Кинематика

Динамика

МКТ

Термодинамика

Электростатика

Электрический ток

Электрический ток в средах

Магнитное поле Электромагнитная индукция

Оптика

Методы познания

постоянный электрический ток немного о физике:

Что называют электрическим током?

Электрический ток — упорядоченное движение заряженных частиц под действием сил электрического поля или сторонних сил.

За направление тока выбрано направление движения положительно заряженных частиц.

Электрический ток называют постоянным, если сила тока и его направление не меняются с течением времени.

Условия существования постоянного электрического тока.

Для существования постоянного электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц и наличие источника тока. в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля.

Источник тока — устройство, в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля. В источнике тока на заряженные частицы в замкнутой цепи действуют сторонние силы. Причины возникновения сторонних сил в различных источниках тока различны. Например в аккумуляторах и гальванических элементах сторонние силы возникают благодаря протеканию химических реакций, в генераторах электростанций они возникают при движении проводника в магнитном поле, в фотоэлементах — при действия света на электроны в металлах и полупроводниках.

Электродвижущей силой источника тока называют отношение работы сторонних сил к величине положительного заряда, переносимого от отрицательного полюса источника тока к положительному.

Основные понятия.

Сила тока — скалярная физическая величина, равная отношению заряда, прошедшего через проводник, ко времени, за которое этот заряд прошел.

где I — сила тока, q — величина заряда (количество электричества), t — время прохождения заряда.

Плотность тока — векторная физическая величина, равная отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника.

где j —плотность тока, S — площадь сечения проводника.

Направление вектора плотности тока совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц.

Напряжение — скалярная физическая величина, равная отношению полной работе кулоновских и сторонних сил при перемещении положительного заряда на участке к значению этого заряда.

где A — полная работа сторонних и кулоновских сил, q — электрический заряд.

Электрическое сопротивление — физическая величина, характеризующая электрические свойства участка цепи.

где ρ — удельное сопротивление проводника, l — длина участка проводника, S — площадь поперечного сечения проводника.

Проводимостью называется величина, обратная сопротивлению

где G — проводимость.

Законы Ома.

Закон Ома для однородного участка цепи.

Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению при постоянном сопротивлении участка и обратно пропорциональна сопротивлению участка при постоянном напряжении.

где U — напряжение на участке, R — сопротивление участка.

Закон Ома для произвольного участка цепи, содержащего источник постоянного тока.

где φ₁_{— φ₂_{+ ε = U}} напряжение на заданном участке цепи, R — электрическое сопротивление заданного участка цепи.

Закон Ома для полной цепи.

Сила тока в полной цепи равна отношению электродвижущей силы источника к сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участка цепи.

где R — электрическое сопротивление внешнего участка цепи, r — электрическое сопротивление внутреннего участка цепи.

Короткое замыкание.

Из закона Ома для полной цепи следует, что сила тока в цепи с заданным источником тока зависит только от сопротивления внешней цепи R.

Если к полюсам источника тока подсоединить проводник с сопротивлением R<< r, то тогда только ЭДС источника тока и его сопротивление будут определять значение силы тока в цепи. Такое значение силы тока будет являться предельным для данного источника тока и называется током короткого замыкания.

Последовательное и параллельное

соединение проводников.

Электрическая цепь включает в себя источника тока и проводники (потребители, резисторы и др), которые могут соединятся последовательно или параллельно.

При последовательном соединении конец предыдущего проводника соединяется с началом следующего.

Во всех последовательно соединенных проводниках сила тока одинакова:

I₁= I₂=I

Сопротивление всего участка равно сумме сопротивлений всех отдельно взятых проводников:

R = R₁+ R₂

Падение напряжения на всем участке равно сумме паданий напряжений на всех отдельно взятых проводниках:

U= U₁ +U₂

Напряжения на последовательно соединенных проводниках пропорциональны их сопротивлениям.

При параллельном соединении проводники подсоединяются к одним и тем же точкам цепи.

Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме токов, текущих в каждом проводнике:

I = I₁+ I₂

Величина, обратная сопротивлению разветвленного участка, равна сумме обратных величин обратных сопротивлениям каждого отдельно взятого проводника:

Падение напряжения во всех проводниках одинаково:

U= U₁ = U₂

Силы тока в проводниках обратно пропорциональны их сопротивлениям

Смешанное соединение — комбинация параллельного и последовательного соединений.

Правила Кирхгофа.

Для расчета разветвленных цепей, содержащих неоднородные участки, используют правила Кирхгофа. Расчет сложных цепей состоит в отыскании токов в различных участках цепей.

Узел — точка разветвленной цепи, в которой сходится более двух проводников.

1 правило Кирхгофа: алгебраическая сумма сил токов, сходящихся в узле, равна нулю;

где n — число проводников, сходящихся в узле, I_i_{— сила тока в проводнике.}

токи, входящие в узел считают положительными, токи, отходящие из узла — отрицательными.

2 правило Кирхгофа: в любом произвольно выбранном замкнутом контуре разветвленной цепи алгебраическая сумма произведений сил токов и сопротивлений каждого из участков этого контура равна алгебраической сумме ЭДС в контуре.

Чтобы учесть знаки сил токов и ЭДС выбирается определенное направление обхода контура(по часовой стрелке или против нее). Положительными считают токи, направление которых совпадает с направлением обхода контура, отрицательными считают токи противоположного направления. ЭДС источников электрической энергии считают положительными если они создают токи, направление которых совпадает с направлением обхода контура, в противном случае — отрицательными.

Порядок расчета сложной цепи постоянного тока.

Произвольно выбирают направление токов во всех участках цепи.
Первое правило Кирхгофа записывают для (m-1) узла, где m — число узлов в цепи.
Выбирают произвольные замкнутые контуры, и после выбора направления обхода записывают второе правило Кирхгофа.
Система из составленных уравнений должна быть разрешимой: число уравнений должно соответствовать количеству неизвестных.

Шунты и добавочные сопротивления.

Шунт — сопротивление, подключаемое параллельно к амперметру (гальванометру), для расширения его шкалы при измерении силы тока.

Если амперметр рассчитан на силу тока I₀_{, а с помощью него необходимо измерить силу тока, превышающую в n раз допустимое значение, то сопротивление, подключаемого шунта должно удовлетворять следующему условию:}

Добавочное сопротивление — сопротивление, подключаемое последовательно с вольтметром (гальванометром), для расширения его шкалы при измерении напряжения.

Если вольтметр рассчитан на напряжение U₀_{, а с помощью него необходимо измерить напряжение, превышающее в n раз допустимое значение, то добавочное сопротивление должно удовлетворять следующему условию:}

| Fluke

Talk to a Fluke sales expert

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

What is your favorite color?

Имя *

Фамилия *

Электронная почта *

Компания *

Номер телефона *

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

Почтовый индекс *

Интересующие приборы

iGLastMSCRMCampaignID

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

consentLanguage

Политика конфиденциальности

Сила тока. Амперметр — урок. Физика, 8 класс.

В процессе своего движения вдоль проводника заряженные частицы (в металлах это электроны) переносят некоторый заряд. Чем больше заряженных частиц, чем быстрее они движутся, тем больший заряд будет ими перенесён за одно и то же время. Электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 секунду, определяет силу тока в цепи.

Сила тока $I$ — скалярная величина, равная отношению заряда $q$, прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени $t$, в течение которого шёл ток.
I=qt, где $I$ — сила тока, $q$ — заряд, $t$ — время.
Единица измерения силы тока в системе СИ — $[I]~=~1~A$ (ампер).

В 1948 г. было предложено в основу определения единицы силы тока положить явление взаимодействия двух проводников с током:

при прохождении тока по двум параллельным проводникам в одном направлении проводники притягиваются, а при прохождении тока по этим же проводникам в противоположных направлениях — отталкиваются.

За единицу силы тока $1~A$ принимают силу тока, при которой два параллельных проводника длиной $1$ м, расположенные на расстоянии $1$ м друг от друга в вакууме, взаимодействуют с силой $0,0000002$H (рис. 1.).

Рис. 1. Определение единицы силы тока

Единица силы тока называется ампером ($A$) в честь французского учёного А.-М. Ампера (рис. 2).

Андре-Мари Ампер

(1775 — 1836)

Рис. 2. Ампер Андре-Мари

А.-М. Ампер ввёл термины: электростатика, электродинамика, соленоид, ЭДС, напряжение, гальванометр, электрический ток.

Ампер — довольно большая сила тока. Например, в электрической сети квартиры через включённую $100$ Вт лампочку накаливания проходит ток с силой, приблизительно равной $0,5A$. Ток в электрическом обогревателе может достигать $10A$, а для работы карманного микрокалькулятора достаточно $0,001A$.

Помимо ампера на практике часто применяются и другие (кратные и дольные) единицы силы тока, например, миллиампер (мА) и микроампер (мкА):
$1 мA = 0,001 A$, $1 мкA = 0,000001 A$, $1 кA =1000 A$.
То есть $1 A = 1000 мA$, $1 A = 1000000 мкA$, $1 A = 0,001 кA$.

Если электроны перемещаются в одном направлении, т.е. — от одного полюса источника тока к другому, то такой ток называют постоянным.

Переменным называется ток, сила и направление которого периодически изменяются.

В бытовых электросетях используют переменный ток напряжением $220$ В и частотой $50$ Гц. Это означает, что ток за $1$ секунду $50$ раз движется в одном направлении и $50$ раз — в другом. У многих приборов имеется блок питания, который преобразует переменный ток в постоянный (у телевизора, компьютера и т.д.).

Силу тока измеряют амперметром. В электрической цепи он обозначается так:

Рис. 3. Схематичное изображение единицы силы тока

Амперметр включают в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором нужно измерить.

Обрати внимание!

Амперметр нельзя подсоединять к источнику тока, если в цепь не подключён потребитель!

Измеряемая сила тока не должна превышать максимально допустимую силу тока для измерения амперметром. Поэтому существуют различные амперметры (рис. 4), где измерительная шкала представлена с использованием кратных и дольных единиц 1 А (миллиампер — мА, микроампер — мкА, килоампер — кА).

Рис. 4. Изображение миллиамперметра

Различают амперметры для измерения силы постоянного тока и силы переменного тока (рис. 5).

Обозначения диапазона измерения амперметров:

«$~$» означает, что амперметр предназначен для измерения силы переменного тока;
«$—$» означает, что амперметр предназначен для измерения силы постоянного тока.

Можно обратить внимание на клеммы прибора. Если указана полярность («$+$» и «$-$»), то это прибор для измерения постоянного тока.

Иногда используют буквы $AC/DC$. В переводе с английского $AC$ (alternating current) — переменный ток, а $DC$ (direct current) — постоянный ток.

Для измерения силы постоянного тока	Для измерения силы переменного тока

Рис. 5. Амперметры для измерения силы постоянного и переменного токов

Для измерения силы тока можно использовать и мультиметр (рис. 6). Перед измерением необходимо прочитать инструкцию, чтобы правильно подключить прибор.

Рис. 6. Изображение мультиметра

Включая амперметр в цепь постоянного тока, необходимо соблюдать полярность (рис. 7):

провод, который идёт от положительного полюса источника тока, нужно соединять с клеммой амперметра со знаком «$+$»;
провод, который идёт от отрицательного полюса источника тока, нужно соединять с клеммой амперметра со знаком «$-$».

Если полярность на источнике тока не указана, следует помнить, что длинная линия соответствует плюсу, а короткая — минусу.

Рис. 7. Изображение электрической схемы (постоянный ток)

В цепь переменного тока включается амперметр для измерения переменного тока. Он полярности не имеет.

Амперметр подключается последовательно к тому прибору, на котором измеряется сила тока (рис. 7).

Безопасным для организма человека можно считать переменный ток силой не выше $0,05~A$, ток силой более $0,05$-$0,1~A$ опасен и может вызвать смертельный исход.

Источники:

Рис. 1. By Patrick Nordmann — http://schulphysikwiki.de/index.php/Datei:Definition_Ampere.png, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=91011035.

Рис. 2. By Ambrose Tardieu — The Dibner collection ::::::::::,,,;at the Smithsonian Institution (USA),, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6366734.

Рис. 3. Указание авторства не требуется, лицензия Pixabay, 2021-06-14, может использоваться в коммерческих целях, https://clck.ru/VVqyJ.

Рис. 4. Изображение миллиамперметра. © ЯКласс.

Рис. 5. Амперметры для измерения силы постоянного и переменного токов. © ЯКласс.

Рис. 6. Multimeter with probes on white, CC BY 2.0, 2021-06-14, https://www.flickr.com/photos/[email protected]/50838190626/in/photostream/.

Рис. 7. Изображение электрической схемы (постоянный ток). © ЯКласс.

В чем разница между постоянным и переменным током — T&P

Если вдоль всего Садового кольца встанут люди, возьмутся за руки, и одновременно будут шагать в одну сторону, то через каждый перекресток будет проходить много людей. Это постоянный ток. Если же они будут делать пару шагов вправо, потом влево, через каждый перекресток пройдет много людей, но это будут одни и те же люди. Это переменный ток.

Ток – это движение электронов в определенном направлении. Оно нужно, чтобы в наших устройствах тоже двигались электроны. Откуда берется ток в розетке?

Электростанция преобразует кинетическую энергию электронов в электрическую. То есть, гидроэлектростанция использует проточную воду для вращения турбины. Пропеллер турбины вращает клубок меди между двух магнитов. Магниты заставляют электроны в меди двигаться, из-за этого начинают двигаться электроны в проводах, которые присоединены к клубку меди — получается ток.

Генератор — как насос для воды, а провод — как шланг. Генератор-насос качает электроны-воду через провода-шланги.

Переменный ток — это тот ток, который у нас в розетке. Он называется переменным, потому что направление движения электронов постоянно меняется. У переменного тока из розеток бывает разная частота и электрическое напряжение. Что это значит? В российских розетках частота 50 герц и напряжение 220 вольт. Получается, что за секунду поток электронов 50 раз меняет направление движения электронов и заряд с положительного на отрицательный. Смену направлений можно заметить в флуоресцентных лампах, когда их включаешь. Пока электроны разгоняются, она несколько раз мигает — это и есть смена направлений движения. А 220 вольт — это максимально возможный «напор», с которым движутся электроны в этой сети.

В переменном токе постоянно меняется заряд. Это значит, что напряжение составляет то 100%, то 0%, то снова 100%. Если бы напряжение было 100% постоянно, то понадобился бы провод огромного диаметра, а с меняющимся зарядом провода могут быть тоньше. Это удобно. По небольшому проводу электростанция может отправить миллионы вольт, потом трансформатор для отдельного дома забирает, например 10000 вольт, и в каждую розетку выдает по 220.

Постоянный ток — это ток, который у вас в телефонном аккумуляторе или батарейках. Он называется постоянным, потому что направление движения электронов не меняется. Зарядные устройства трансформируют переменный ток из сети в постоянный, и уже в таком виде он оказывается в аккумуляторах.

Мощность электричества и работа электрического тока

Работа , совершаемая электрическим током , связана с переносом электрического заряда между точками, отличающимися электрическими потенциалами . Поэтому оно связано с изменением на потенциальной энергии зарядов, находящихся внутри проводника.

Формулу работы электрического тока можно записать в виде:

Вт = qU,

где: q — электрический заряд, U — напряжение, т.е. разность потенциалов.

Единицей работы электрического тока является джоуля , но в технике часто используется другая единица, так называемая киловатт-часа , что равно:

1кВтч = 3600000Дж

Это работа, которую электрическое устройство мощностью 1000Вт совершит за один час.

Мощность можно определить как способность системы выполнять указанное задание в заданное время. Чем быстрее будет совершена работа, тем больше будет мощность, и наоборот.

где: P — мощность, t — время.

Подставив выражение для работы электрического тока в последнее уравнение, получим:

Так как отношение заряда q ко времени t равно электрического тока , то его мощность равна:

Комбинируя последнее уравнение с законом Ома (U = IR), можно получить два других уравнения для электрической мощности т. е.:

где: R — электрическое сопротивление.

Блок питания для составляет Вт , что равно Дж в секунду

.90 000 Работа и мощность электрического тока

Работа и мощность электрического тока

Работа на постоянном токе

Работа на постоянном токе, протекающем по проводнику, равна произведению напряжения (U), силы (I) протекающего тока и времени протекания (t)

Вывод формулы для работы постоянного тока

Работа постоянного тока, выраженная током

Работа постоянного тока, протекающего по проводнику, равна произведению квадрата силы тока на сопротивление проводника и время протекания

Мощность постоянного тока

Мощность постоянного тока, протекающая по проводнику, равна произведению напряжения U и силы I протекающего тока

Мощность постоянного тока, выраженная через ток

Мощность постоянного тока, протекающего по проводнику, равна произведению квадрата силы этого тока на сопротивление проводника

Вт

Единицей мощности в СИ является ватт (Вт) или джоуль в секунду, если заменить джоуль электрическими единицами, то

Итак, ватт — это мощность постоянного тока в 1 А (ампер) на 1 вольт (вольт)

Киловатт-час (кВтч)

Киловатт-час (кВтч) – единица работы электрического тока, которая соответствует работе постоянного тока мощностью 1 кВт (киловатт) в течение 1 часа (часа). Один киловатт-час эквивалентен 3600 Дж (Джоулям).

Закон Джоуля

Количество тепловой энергии (Q), выделяющейся в проводнике, по которому протекает электрический ток, равно произведению напряжения на концах проводника (U), силы протекающего тока (I) и времени протекания ( т)

Эффективность электрического устройства

Мерой КПД электрических устройств является отношение полезной мощности к потребляемой (вкладываемой) мощности.

2008-2012 © www.epomoce.pl

Политика конфиденциальности
Информация:

Уважаемый пользователь Интернета! Чтобы иметь возможность предоставлять вам все более качественные редакционные материалы и услуги, нам необходимо ваше согласие на адаптацию маркетингового контента к вашему поведению. Благодаря этому согласию мы можем поддерживать наши услуги.
Мы используем файлы cookie в функциональных целях, чтобы облегчить пользователям использование веб-сайта и создать анонимную статистику веб-сайта. Нам необходимо ваше согласие на их использование и сохранение в памяти устройства.
Вам должно быть не менее 16 лет, чтобы дать согласие на профилирование, файлы cookie и ремаркетинг. Отсутствие согласия никоим образом не ограничивает содержание нашего веб-сайта. Вы можете отозвать свое согласие в любое время в Политике конфиденциальности.
Мы всегда заботимся о вашей конфиденциальности. Мы не увеличиваем объем наших полномочий.

НЕТ СОГЛАСИЯ .

Работа и мощность электрического тока

Рассчитаем работу, связанную с текущим потоком. Мы помним, что работа, связанная с перемещением электрического заряда между точками поля с разными потенциалами есть произведение величины заряда и разности потенциалов между этими точками формула (8.3.13). Запишем эту формулу в форма фермы

(9.5.1)

Через U здесь обозначаем электрическое напряжение, т.е. разность потенциал между точками, между которыми течет ток.потом мы воспользовались формулой (9.1.1).

Работа, совершаемая электричеством в скачкообразном состоянии время будет определено путем вычисления общей стоимости

(9.5.2)

Если напряжение и сила тока не изменяются со временем, т.е. мы должны разобраться с протеканием постоянного тока, то можно сделать гашение в формула (9.5.2) дает

(9.5.3)

Если эта работа производит тепло в сопротивлении, через которое оно проходит то, используя зависимости, мы можем разработать (9.5.3) как

(9.5.3а)

Эта работа в омическом проводнике (выполнение закона Ома) будет преобразована в теплоту, называемую Тепло Джоуля

Текущая мощность может быть рассчитана по формуле (9. 5.1) помня, что это работа, совершаемая в единицу времени, т. е. отношение работы ко времени, за которое это было выполнено.

(9.5.4)

Единица работы при электрическом токе, а также при механической работе, дул (J) . Единица мощности для электричества: Ватт (Вт) . Это такая мощность, когда электрический ток совершает одну работу единица работы в единицу времени.

Монитор питания постоянного тока (32 В / 2 А) с сигнализацией

Универсальная система преобразователя мощность/напряжение с широким диапазоном измеряемой мощности, определяемым выбором нескольких внешних элементов. Результат измерения преобразуется в постоянное напряжение, которое можно измерить с помощью аналого-цифрового преобразователя или измерителя отклонения. Монитор имеет встроенный компаратор с порогом, задаваемым многооборотным потенциометром, который можно использовать для подачи сигнала о перегрузке.

Монитор основан на интегральной схеме LT2940.Он имеет встроенный модуль, который перемножает два сигнала, вычисляя мощность по определению P = U × I. Один из входов используется для измерения тока с шунта (I±) с минимальной чувствительностью 0,2 В, а другой для измерения напряжения с делителя (V±) с максимальным диапазоном 8 В. Оптимальный режим работы условия умножителя находятся в диапазоне 0,4 В ², что дает возможность выбора диапазона измеряемой мощности и оптимизации потерь в измерительном резисторе. Выходным сигналом системы является ток (Pмон) в диапазоне до 200 мкА. Также имеется выход с преобразованным током (Imon) и компаратор, позволяющий сигнализировать о превышении порога мощности или тока.

Принципиальная схема модуля контроля мощности представлена на рисунке 1. Прототип используется для измерения мощности, отбираемой от батареи 24 В, но может использоваться и в других приложениях, где напряжение питания находится в пределах 6…32 В. В, а ток нагрузки 0. ..2 А. Аккумулятор подключается к контактам 1–3 разъема PMON, нагрузка к контактам 2–3. Контакт 3 – это масса измерительной системы. Резистор R1 = 25 мОм/2 Вт является токовым шунтом. Для уменьшения потерь чувствительность входа измерения тока была принята равной 50 мВ (коэффициент преобразования тока ki = R1 = 0,025 Ом).

Рисунок 1. Принципиальная схема монитора мощности

Делитель R3/R4 устанавливает чувствительность входа измерения напряжения на 8 В (коэффициент преобразования напряжения ku = R4/R3 + R4 = 0,25). Диапазон измеряемой мощности 64 Вт. Резистор R6 используется для преобразования тока в напряжение, соответствующее мощности (в модели 0…5 В). Параллельно резистору R6 был подключен делитель R7/R8, RV1 для установки порога сигнализации превышения мощности. Влияние делителя должно быть учтено при преобразовании. В случае использования наклономера (с чувствительностью 200 мкА) резистор R6 используется для регулировки диапазона для измерительных систем с чувствительностью более 200 мкА. Преобразованное напряжение POUT и выход компаратора мощности (ОС) подключены к гнезду OUT, порог компаратора 1,24 В. Резистор R5 ограничивает потери мощности в U1 при напряжении питания выше 15 В и может быть заменен с перемычкой при более низком напряжении.

Рисунок 2. Схема монтажа монитора питания

Модуль смонтирован на небольшой печатной плате. Расположение элементов показано на рисунке 2. Модуль не требует запуска — важен только точный подбор резисторов из-за точности обработки.Легко, подбирая значения элементов, модуль можно адаптировать к измерению мощности в других диапазонах. Подробности можно найти в примечаниях по применению LT2940.

Адам Дэдди, EP

Список предметов:

Резисторы:

R1, R2: 25 мОм (SMD 2512, измерительный резистор)
R3, R6: 30 кОм / 1% (SMD 0805)
R4, R7: 10 кОм / 1 & (SMD 0805)
R5: 2,2 кОм (SMD 2512)
R8: 120 кОм / 1% (SMD 0805)
RV: 20 кОм (VR-64W, пот. многооборотный)

Полупроводники:

U1: LT2940IMS (MSOP12/065)

Другие:

ВЫХОД: Соединитель Eh5 угловой
PMON: разъем ARK
ZW: перемычка

Измерение мощности в цепях постоянного тока

Тема: Мера мощность в цепях постоянного тока

В цепях постоянного тока мощность, потребляемая приемником, определяет соотношение :

Р = ИН

Мощность в цепях постоянного тока можно измерить вольтметром и амперметром, то есть так называемый технический методПоказания этих приборов следует умножить. Такое измерение неудобно, когда требуется два прибора, а не дает точный результат. Поэтому для измерения мощности обычно используют мощность. ваттметр, чаще всего электродинамический.

Путем измерения силы метода технические, мы должны помнить об ошибках, возникающих в результате неправильных измерений напряжения или ток, потребляемый приемником.

Для точных измерений высокой мощности измеряем напряжение, а измеряемый ток — это ток, протекающий через приемник и вольтметр.

Погрешность измерения можно рассчитать по формуле:

Рассчитываем процент ошибки по формуле:

Для маломощных измерений мы точно измеряем ток, а измеряемое напряжение – падение напряжения на приемнике и амперметре.

Рассчитываем погрешность измерения по формуле:

Производим измерения при постоянном напряжении.

Заданий:

Измерит силу методов технические, определить влияние потребляемой мощности приборов на погрешность измерение.
Измерит мощность приемники с помощью ваттметра и сравнить полученные результаты с результатами предыдущий пункт.
Задайте диапазон измерения мощность для отдельных систем из-за используемых счетчиков.

Список инструментов:

Ферродинамический ваттметр
Магнитоэлектрический вольтметр
амперметр магнитоэлектрический
мультиметр

Модель Упражнений:

Объявление. 1)

— с точно измеренным напряжением для большой мощности

— с точно измеренным током для малых мощностей.

Объявление.2)

— точно измеренная система напряжение для большой мощности

— точно измеренная система маломощный ток

Постоянный ток — Башка Физика 9000 1

Постоянный ток – это движение электрических зарядов, происходящее под действием разности потенциалов.
Источником этой разности потенциалов может быть электрическая ячейка — после соединения полюсов этого источника с проводником через его поперечное сечение в каждой точке протекает ток одинаковой силы.
В металлах движущимися зарядами являются так называемые электронов проводимости, а в электролитах — ионов.
По соглашению направление тока определяется направлением движения положительных зарядов.Реальное движение электронов в металлах происходит в противоположном направлении. Движение электронов под действием электрического поля накладывается на хаотические тепловые движения и происходит очень медленно.
Говорят, что ток в электролите течет от положительного электрода (с более высоким потенциалом) к отрицательному электроду (с более низким потенциалом).

Текущий

Интенсивность постоянного тока I есть отношение количества заряда Q , переданного за время t через поперечное сечение проводника, до этого времени.

(1)

\ начало {выравнивание} I = \ гидроразрыв {Q} {т} \ конец {выравнивание}

В числовом выражении сила тока равна количеству заряда, переносимого в единицу времени через поперечное сечение проводника.

Единица силы тока: ампер .
Прибор для измерения тока — амперметр. Он всегда подключается последовательно с цепью, и его сопротивление должно быть как можно меньше.
Второй величиной, характеризующей электрический ток, является его плотность .

(2)

\ начало {выравнивание} j = \ гидроразрыв {I} {S} \ конец {выравнивание}

Единицей плотности является ампер на квадратный метр.

Закон Ома

, сила тока через проводник прямо пропорциональна напряжению между концами проводника. Константа пропорциональности электрическое сопротивление проводника.
Это означает, что электрическое сопротивление элемента равно отношению напряжения между его концами к силе протекающего через него тока.
Измеряем электрическое сопротивление в Ом :

(3)

\ begin {align} 1 \ Omega = \ frac {1V} {1A} \ end {align}

Мы говорим, что проводник имеет сопротивление 1 Ом, когда по проводнику протекает ток в 1 ампер при приложении к его концам 1 вольта.
Не все элементы цепи удовлетворяют закону Ома. Кроме того, закон Ома выполняется только при постоянной температуре.

Сопротивление проводника

зависит от материала проводника (удельное сопротивление , ), его длины и площади поперечного сечения.

(4)

\ begin {align} R = \ rho * \ frac {l} {S} \ end {align}

Удельное сопротивление — сопротивление провода длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м ².
Обратная величина сопротивления называется удельной электропроводностью .

(5)

\ begin {align} \ sigma = \ frac {1} {\ rho} \ end {align}

Материалы, которые являются хорошими проводниками, имеют низкое удельное сопротивление и высокую проводимость.

Сопротивление металла изменяется с температурой — оно увеличивается с повышением температуры.

(6)

\ begin {align} р _ {\ rm t} = R _ {\ rm 0} * (1 + a \ Delta t) \ end {align}

где:
R _t — сопротивление проводника при температуре t;
Р ₀ — сопротивление проводника при температуре 0 ⁰ С;
а- температурный коэффициент данного проводника.

При очень низких температурах (близких к абсолютному нулю) сопротивление некоторых металлов и сплавов резко уменьшается — это явление называется сверхпроводимостью .

Источники напряжения

Батареи, аккумуляторы и аккумуляторы являются химическими источниками напряжения.Энергия, подводимая к зарядам, протекающим через эти источники, является результатом происходящих в нем химических превращений. В процессе эксплуатации такой источник постепенно истощается. Аккумуляторы можно перезаряжать много раз после того, как они были разряжены.
Генератор вырабатывает энергию, полученную в результате преобразования механической энергии в электричество.
Фотоэлемент — это источник напряжения, в котором энергия извлекается из света.
Источник напряжения увеличивает энергию протекающих через него электрических зарядов.
Электродвижущая сила $ \ эпсилон $ или ЭДС батареи равна напряжению между ее полюсами, когда через нее не протекает ток. Это скалярный размер . SEM можно приравнять к электрическому напряжению. Измеряется в вольтах.
Энергия, переданная заряду, протекающему через источник РЭМ, равна:

(7)

\ начало {выравнивание} W _ {\ rm поставлено} = q * \ эпсилон \ конец {выравнивание}

Падение потенциала

Напряжение между концами проводника соответствует потере энергии носителями тока и называется падением потенциала. Когда носители заряда проходят через проводник, они отдают свое электричество атомам проводника, и поэтому резистор нагревается.Электрическая энергия в резисторе (проводнике) преобразуется в тепловую энергию.

Внутреннее сопротивление источника

Источник напряжения состоит из проводников с определенным электрическим сопротивлением, поэтому заряды, протекающие через источник, теряют электричество в источнике. В результате внутри источника, помимо увеличения потенциала (благодаря РЭМ), происходит еще и уменьшение потенциала, обусловленное внутренним сопротивлением источника .
При протекании тока через источник электродвижущей силы напряжение между полюсами ниже, чем ЭДС.

Соединительные ячейки

При последовательном соединении элементов их электродвижущие силы складываются. Обратите внимание на то, соединены ли ячейки в соответствии (плюс к минусу) или друг против друга — тогда следует вычесть ЭДС батареи, включенной обратным образом.
При параллельном и положительном соединении одинаковых ячеек напряжения не складываются — они равны ЭДС одиночного источника.

Полезное напряжение

Полезное напряжение – это разность потенциалов U между полюсами источника питания.
Когда через источник не протекает ток U = SEM источника.
Когда ток U течет через источник, он ниже, чем ЭДС, потому что часть энергии преобразуется в тепловую энергию в источнике из-за внутреннего сопротивления источника.
По закону Ома $U=I*R$, где R — полное сопротивление цепи. Это сопротивление состоит из внешнего сопротивления, а также внутреннего сопротивления источника, поэтому

(8)

\ начало {выравнивание} \ эпсилон = I * (R + r) = I * R + I * r \ конец {выравнивание}

Это называется Закон Ома для цепи.

Закон Кирхгофа и

Алгебраическая сумма сил токов, втекающих и вытекающих из узла сети, равна нулю.Другими словами — сумма сил токов, втекающих в узел сети, равна сумме сил токов, вытекающих из этого узла. Этот закон вытекает из принципа сохранения груза.

Соединение сопротивлений

серийный номер

Когда резисторы соединены последовательно, сила тока, протекающего через последовательные сопротивления, одинакова. Падение напряжения на сопротивлениях равно сумме падений напряжения на сопротивлениях.

(9)

\ begin {align} U _ {\ rm integer} = U _ {\ rm 1} + U _ {\ rm 2} +…. + U _ {\ rm n} \ end {align}

(10)

\ begin {align} I _ {\ rm integer} = I _ {\ rm 1} = I _ {\ rm 2} = … = I _ {\ rm n} \ end {align}

Из закона Ома:

(11)

\ начало {уравнение} U = I * R \ конец {уравнение}

у нас есть

(12)

\ begin {align} I * р _ {\ rm total} = I * R _ {\ rm 1} + I * R _ {\ rm 2} + . … + I * R _ {\ rm n} \ конец {выравнивание}

, поэтому после упрощения I:

(13)

\ begin {align} р _ {\ rm total} = р _ {\ rm 1} + R _ {\ rm 2} + …. + R _ {\ rm n} \ end {align}

или эквивалентное сопротивление последовательно соединенных резисторов равно сумме сопротивлений составляющих .

параллельно

При параллельном соединении резисторов падения напряжения на резисторах одинаковы. Согласно I закону Кирхгофа сила токов, протекающих через отдельные сопротивления, равна общей силе тока во внешней цепи.

(14)

\ begin {align} I _ {\ rm integer} = I _ {\ rm 1} + I _ {\ rm 2} + …. + I _ {\ rm n} \ end {align}

(15)

\ begin {align} U _ {\ rm integer} = U _ {\ rm 1} = U _ {\ rm 2} = … = U _ {\ rm n} \ end {align}

Из закона Ома:

(16)

\ начало {выравнивание} I = \ гидроразрыв {U} {R} \ конец {выравнивание}

у нас есть

(17)

\ begin {align} \ frac {U} {R _ {\ rm integer}} = \ frac {U} {R _ {\ rm 1}} + \ frac {U} {R _ {\ rm 2}} +. … + \ frac {U} {R _ {\ rm n}} \ end {align}

, поэтому после упрощения I:

(18)

\ begin {align} \ frac {1} {R _ {\ rm integer}} = \ frac {1} {R _ {\ rm 1}} + \ frac {1} {R _ {\ rm 2}} + .. .. + \ frac {1} {R _ {\ rm n}} \ end {align}

то есть: обратная величина эквивалентного сопротивления параллельно соединенных сопротивлений равна сумме обратной величины сопротивлений компонентов

Второй закон Кирхгофа

Касается ячеек сети.
Второй закон Кирхгофа гласит, что сумма электродвижущих сил в сетке равна сумме падений напряжения на элементах сетки .
При применении Второго закона Кирхгофа следует обращать внимание на подключение источников напряжения и падение потенциала на отдельных элементах цепи.
Этот закон можно трактовать как форму принципа сохранения энергии: энергия, подведенная к носителям источниками СЭМ = энергия, потерянная носителями при преодолении сопротивления элементов цепи

Амперметры и вольтметры

Амперметр измеряет ток. Он всегда подключается последовательно к электрической цепи, чтобы через него протекал измеряемый ток.Амперметры рассчитаны на минимально возможное сопротивление.
Вольтметр измеряет напряжение, то есть разность потенциалов между концами проводника. Вольтметр всегда включают параллельно элементу, на концах которого измеряется напряжение. Вольтметры рассчитаны на максимально возможное сопротивление.

Мост Уитстона

Мост Уитстона состоит из четырех резисторов R ₁, R ₂, R ₃ и R ₄, соединенных друг с другом, образующих стороны квадрата.В одной из диагоналей — т.н. диагональной индикации помещается гальванометр (т.е. очень чувствительный измеритель электрического тока), а в другой источник тока — это так называемый силовая диагональ.
Задача гальванометра состоит не в измерении величины напряжённости, а в определении наличия тока в ветви, в которую он включён. Благодаря этому мы можем оценить уравновешенность или неуравновешенность моста — система моста всегда может находиться только в одном из двух состояний: состоянии равновесия, когда напряжение U _CD = 0 и ток гальванометра I _g = 0, и в состоянии неуравновешенности.
Сопротивления должны быть выбраны так, чтобы гальванометр показывал ноль.
Тогда из второго закона Кирхгофа для ACD и CDB мы имеем

(19)

\ begin {align} р _ {\ rm 1} * R _ {\ rm 3} = R _ {\ rm 4} * R _ {\ rm 2} \ end {align}

Если мы знаем три сопротивления, то из этого уравнения найдем четвертое.

Работа и мощность

При наличии разности потенциалов между двумя точками на проводнике

(20)

\ begin {align} U _ {\ rm AB} = V _ {\ rm A} — V _ {\ rm B} \ end {align}

и нагрузка Q передана, выполненная работа равна

(21)

\ начало {выравнивание} W _ {\ rm AB} = Q * U _ {\ rm AB} \ конец {выравнивание}

Это напряжение вызывает протекание тока

. (22)

\ начало {выравнивание} I = \ гидроразрыв {Q} {т} \ конец {выравнивание}

Отсюда

(23)

\ начало {уравнение} Q = I * t \ конец {уравнение}

так

(24)

\ begin {align} W = U * I * t = I ^ {2} * R * t = t * \ frac {U ^ {2}} {R} \ end {align}

Единицей работы электрического тока является Джоуль .

Мощность тока — это энергия, передаваемая за определенный период времени.

(25)

\ начало {выравнивание} P = \ гидроразрыв {W} {т} \ конец {выравнивание}

Единица мощности: ватт .
Часто электричество выражается в киловатт-часах (кВтч). Один киловатт-час – это количество энергии, потребляемое электроприемником мощностью 1 киловатт за 1 час.

(26)

\ начало {уравнение} 1 кВтч = 1кВт * 1ч \ конец {уравнение}

(27)

\ начало {уравнение} 1 кВтч = 3 600 000 Дж = 3,6 МДж \ конец {уравнение}

Какова сила тока в проводнике, через поперечное сечение которого проходит заряд 150 Кл за 30 секунд?
Какая плотность тока от заданияпредыдущий, если сечение жилы 2 мм ²?
Металлическая проволока с удельным сопротивлением 1,6×10 ^-8 Ом·м длиной 2 м и диаметром 4 мм. Рассчитайте его электрическое сопротивление.
Чему равно электрическое сопротивление алюминиевого проводника диаметром 2 мм, если его масса 10 кг? Плотность алюминия 2,7×10 ³ кг/м ³, удельное сопротивление алюминия 2,8×10 ^-8 Ом·м.
Рассчитайте длину манганиновой проволоки (сплав меди, марганца и никеля) с удельным сопротивлением r = 44,0*10 ^-8 Ом·м диаметром 0,4 мм, необходимой для изготовления резистора сопротивлением 5,5Вт.
Есть две катушки кабеля: одна медная и одна алюминиевая. Какой из них длиннее и на сколько, если известно, что их сопротивления и массы одинаковы? Плотность меди 8,9×10 ³ кг/м ³, удельное сопротивление меди 1,7×10 ^-8 Ом·м.
Какое сопротивление можно получить, используя 2 резистора на пять Ом и один резистор на два Ома?
Имеем три сопротивления: 5 Ом, 10 Ом и 15 Ом. Какие эквивалентные сопротивления можно из них построить?
Как изменится сопротивление проводника, если его разломить на две части и соединить их концы?
Как изменится сопротивление трехжильного провода, если его разделить и соединить в длинный кабель?

Через резистор с сопротивлением R = 20 Ом протекает ток I = 20 мА. Какое напряжение на этом резисторе?
Четыре одинаковых резистора сопротивлением R = 20 Ом соединены параллельно. Что является их суррогатным сопротивлением? Те же резисторы были соединены параллельно. Найдите эквивалентное сопротивление и сравните его с эквивалентным сопротивлением параллельно соединенных резисторов.
Гензель убирал квартиру пылесосом мощностью 1,2 кВт.Это заняло у него полчаса. Сколько стоила потребленная электроэнергия, если 1 кВтч стоит 30 грошей?
Падение напряжения на резисторе сопротивлением R = 50 Ом составляет U = 10 В. Чему равен ток через резистор?

До какой температуры нагревается медный проводник, если при температуре 20 ⁰ С он имеет сопротивление 50,2 Ом, а при эксплуатации сопротивление возрастает до 61,4 Ом? α = 4,3×10 ³ 1 / К

⁰

^-7

Рассчитайте эквивалентное сопротивление между точками А и В прямоугольной цепи со сторонами 1 м и 2 м, изготовленной из стальной проволоки диаметром 1 мм ².
Найти сопротивление проводника, образованного ребрами куба, каждое из которых имеет сопротивление r и ток вводится и выходит из противоположных углов?
Прямоугольная рама со сторонами длиннее АВ = а и короче ВС = b включена в периметр сначала в точках А и В, затем в точках В и С.В первом случае сопротивление составило ₁ R, а во втором ₂ R = 1,6 ₁ R. Каково отношение сопротивления длинной стороны (б) к меньшей стороне (а)?

Мощность

Протекание тока в электрической цепи связано с совершением работы через электрическое поле.
При работе ток преобразуется в электрической цепи в соответствующий вид энергии (тепло, излучение и т. д.).

• Операция

Единицей текущей работы является Джоуль [Дж]. Используя данную формулу, мы можем выразить единицу работы через единицы электрических величин:
[Дж = В ּ А ּ с].
На практике также используется единица работы, известная как киловатт-час [кВтч].
1 кВтч = 3 600 000 Дж

• Мощность электрооборудования равна отношению работы, совершаемой оборудованием, ко времени, когда эта работа была совершена.

p =

1 p =

Мощность тока может быть рассчитана с использованием следующих формул:
p = u ּ i
p = i ² ּ R
P =

Единицей мощности электрических устройств является ватт [ Вт = В·А].

Работа электрического тока — сумма работы сил, описывающих взаимодействие движущихся электрических зарядов с кристаллической решеткой проводника (нагреватели, лампочки и т.п.) или с другими движущимися зарядами, создающими магнитное поле (двигатели постоянного тока).

Работа электрического тока в цепи постоянного тока равна произведению напряжения источника электрической энергии, силы тока, протекающего через нагрузку, и времени протекания тока.В случае изменения силы тока или напряжения работа есть сумма элементарных работ, как и в случае изменения силы.

В макроскопическом масштабе, когда электрический ток протекает через резистор, работа тока превращается в тепло. При протекании тока через электродвигатель работа тока преобразуется в механическую работу.

Мощность переменного тока
Равен произведению среднеквадратичного значения напряжения, среднеквадратичного значения и косинуса фазового сдвига альфа

Фазовый сдвиг — это разница между значениями фаз двух периодических колебательных движений (например,волна или любая другая периодическая форма волны). Поскольку фаза волны обычно выражается в радианах или угловых градусах, фазовый сдвиг также выражается в тех же единицах. В некоторых случаях фазовый сдвиг также может быть выражен в единицах времени или части периода.

Фазовый сдвиг является важным параметром во многих областях физики и техники. Например

Ватт (Вт) – это мощность, при которой работа в 1 Дж совершается за 1 с.

Вольт (В) — электрическое напряжение между двумя эквипотенциальными поверхностями однородного прямолинейного проводника, в котором без изменения протекает ток силой 1 А, а мощность, излучаемая проводником между этими поверхностями, равна 1 Вт.

Ампер (А) — это неизменяющийся электрический ток, который, протекая по двум параллельным, прямолинейным, бесконечно длинным проводникам, с пренебрежимо малым поперечным сечением, помещенным в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, создаст между этими проводниками усилие 2 10 ^{-7 90 030 Н на каждый метр длины.}

Джоуль (Дж) – это энергия, равная работе, совершаемой силой 1 Н в направлении своего действия на пути 1 м.

Поисковая система

Похожие страницы:
37. Работа и мощность постоянного тока, Физика — Уроки
Мощность электричества, 1-я и 2-я степень, физика
Мощность трехфазного тока, УТП-АТР, Электротехника и электроника dr. Петр Кольбер, отчеты
Физическая мощность тока
E 6 Полное сопротивление и мощность приемников переменного тока
мощность исполнительного устройства в цепях переменного тока
42 Электрическая мощность в цепях переменного тока ppt
STR1, Материаловедение, семестр I, Электротехника, электротехника, 0.3 — мощность и энергия электричества
STR2, Материаловедение, I семестр, Электротехника, электротехника, 0,3 — мощность и энергия тока
7 Мощность в цепях синусоидального тока Неизвестно (2)
Мощность в цепях синусоидального тока v2, Электротехника
Измерение мощности, Технические материалы, I семестр, Электротехника, электротехника, 0,3 — мощность и энергия
03Электротехника, Материаловедение, I семестр, Электротехника, электротехника, 0,3 — мощность и энергия п
Мощность в цепи синусоидального тока Неизвестно
STR3, Материаловедение, I семестр, Электротехника, электротехника, 0. 3 — мощность и энергия электричества
Мощность в цепях синусоидального тока, Люблинский технический университет, Учеба, Электротехника, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Мощность и работа переменного тока
03 1ELEK, Материаловедение, I семестр, Электротехника, электротехника, 0,3 — мощность и энергия p
измерение мощности2 , Материаловедение, I семестр, Электротехника, электротехника, 0.3 — мощность и энергия

еще похожие страницы

Смотрите также

Прибор для поиска обрыва проводки в стене
Жалюзи для туалета
Как паять провода
Вывоз чугунной ванны
Сделать самому измельчитель веток
Нормативные потери в тепловых сетях
Укладка керамогранита на пол своими руками
Аэратор для септика
Самодельный станок для заточки ножей
Средневековые инструменты
Как надеть ремень на барабан стиральной машины

Конвертер линейной плотности тока • Электротехника • Полный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц измерения

Функциональность этого сайта будет ограничена, так как в Вашем браузере отключена поддержка JavaScript!

Электротехника

Электротехника — область технических наук, изучающая получение, распределение, преобразование и использование электрической энергии. Электротехника включает в себя такие области техники как электроэнергетику, электронику, системы управления, обработку сигналов и связь.

Конвертер линейной плотности тока

Линейная плотность тока — векторная величина, равная пределу произведения плотности тока проводимости, протекающего в тонком слое у поверхности тела, на толщину этого слоя, когда последняя стремится к нулю.

Линейная плотность тока в Международной системе единиц (СИ) измеряется в амперах на метр и в системе СГС в эрстедах. 1 эрстед равен напряжённости магнитного поля в вакууме при индукции 1 гаусс.

Использование конвертера «Конвертер линейной плотности тока»

На этих страницах размещены конвертеры единиц измерения, позволяющие быстро и точно перевести значения из одних единиц в другие, а также из одной системы единиц в другую. Конвертеры пригодятся инженерам, переводчикам и всем, кто работает с разными единицами измерения.

Изучайте технический английский язык и технический русский язык с нашими видео! — Learn technical English and technical Russian with our videos!

Пользуйтесь конвертером для преобразования нескольких сотен единиц в 76 категориях или несколько тысяч пар единиц, включая метрические, британские и американские единицы. Вы сможете перевести единицы измерения длины, площади, объема, ускорения, силы, массы, потока, плотности, удельного объема, мощности, давления, напряжения, температуры, времени, момента, скорости, вязкости, электромагнитные и другие.
Примечание. », то есть «…умножить на десять в степени…». Компьютерная экспоненциальная запись широко используется в научных, математических и инженерных расчетах.

Выберите единицу, с которой выполняется преобразование, из списка единиц измерения.
Введите значение (например, «20») в соответствующее поле ввода справа от названия единицы.
Результаты измерения появятся во всех полях для остальных единиц.
Считайте результат для нужной вам единицы.
Можно также ввести число в любое поле ввода и новый результат автоматически появится во всех остальных полях.

Мы работаем над обеспечением точности конвертеров и калькуляторов TranslatorsCafe.com, однако мы не можем гарантировать, что они не содержат ошибок и неточностей. Вся информация предоставляется «как есть», без каких-либо гарантий. Условия.

Если вы заметили неточность в расчётах или ошибку в тексте, или вам необходим другой конвертер для перевода из одной единицы измерения в другую, которого нет на нашем сайте — напишите нам!

Канал Конвертера единиц TranslatorsCafe. com на YouTube

Random converter

Конвертер линейной плотности тока

Конвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питанияКонвертер площадиКонвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептахКонвертер температурыКонвертер давления, механического напряжения, модуля ЮнгаКонвертер энергии и работыКонвертер мощностиКонвертер силыКонвертер времениКонвертер линейной скоростиПлоский уголКонвертер тепловой эффективности и топливной экономичностиКонвертер чисел в различных системах счисления. Конвертер единиц измерения количества информацииКурсы валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииКонвертер момента силыИмпульс (количество движения)Импульс силыКонвертер вращающего моментаКонвертер удельной теплоты сгорания (по массе)Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему)Конвертер разности температурКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер удельной теплопроводностиКонвертер удельной теплоёмкостиКонвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излученияКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплоотдачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер плотности потока массыКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемостиКонвертер плотности потока водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофоновКонвертер уровня звукового давления (SPL)Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияКонвертер яркостиКонвертер силы светаКонвертер освещённостиКонвертер разрешения в компьютерной графикеКонвертер частоты и длины волныОптическая сила в диоптриях и фокусное расстояниеОптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×)Конвертер электрического зарядаКонвертер линейной плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности зарядаКонвертер электрического токаКонвертер линейной плотности токаКонвертер поверхностной плотности токаКонвертер напряжённости электрического поляКонвертер электростатического потенциала и напряженияКонвертер электрического сопротивленияКонвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер электрической проводимостиКонвертер удельной электрической проводимостиЭлектрическая емкостьКонвертер индуктивностиКонвертер реактивной мощностиКонвертер Американского калибра проводовУровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицахКонвертер магнитодвижущей силыКонвертер напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер магнитной индукцииРадиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность. Конвертер радиоактивного распадаРадиация. Конвертер экспозиционной дозыРадиация. Конвертер поглощённой дозыКонвертер десятичных приставокПередача данныхКонвертер единиц типографики и обработки изображенийКонвертер единиц измерения объема лесоматериаловВычисление молярной массыПериодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

Единицы СИ

ампер на метр [А/м]?

ампер на сантиметр [А/см]?

ампер на миллиметр [А/мм]?

миллиампер на метр [мА/м]?

миллиампер на дециметр [мА/дм]?

миллиампер на сантиметр [мА/см]?

миллиампер на миллиметр [мА/мм]?

микроампер на метр [мкА/м]?

микроампер на дециметр [мкА/дм]?

микроампер на сантиметр [мкА/см]?

микроампер на миллиметр [мкА/мм]?

Метрические единицы, не входящие в СИ

абампер на метр [абампер/м]?

абампер на сантиметр [абампер/см]?

эрстед [Э]?

гильберт/сантиметр [Гб/см]?

Британские и американские единицы

ампер на дюйм [А/дюйм]?

абампер на дюйм [абампер на дюйм]?

Электрическая проводимость

Знаете ли вы, что такой привычный диэлектрический материал, как стекло, может при определенных условиях прекрасно проводить электричество? Подробнее…

Введение

Определения

Электрический ток

Объемная плотность тока

Линейная плотность тока

Поверхностная плотность тока

Вектор или скаляр?

Плотность тока в электротехнике и электронике

Измерение плотности тока

Введение

Заряды, помещенные в электростатическое поле с разностью потенциалов приходят в движение. Это движение называется электрическим током, который определяется как направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц через любое поперечное сечение проводящей среды. Величина этого тока зависит от сопротивления проводящей среды этому движению зарядов, которое, в свою очередь, зависит от поперечного сечения проводника.

Следует отметить, что в электротехнике основные физические величины, то есть единица измерения силы электрического тока ампер и единица измерения электрического заряда кулон часто бывают связаны между собой с помощью единицы длины — метра. И это неспроста. Заряд, который протекает через поперечное сечение проводящей среды, часто бывает распределен неравномерно. Поэтому вполне естественно было бы определять поток заряженных частиц через единичное поперечное сечения или единичную длину, иными словами определять плотность тока. В этой статье мы сравним электрический ток и плотность тока, а также рассмотрим важность достижения, поддержания и измерения необходимой плотности тока в различных областях электротехники и электронной техники.

Определения

Электрический ток

Электрический ток I определяется как направленное движение электрических зарядов вдоль линии (например, тонкого провода), по поверхности (например, по листу проводящего материала) или в объеме (например, в электронной или газоразрядной лампе). В СИ единицей измерения силы электрического тока является ампер, определяемый как поток электрических зарядов через поперечное сечение проводника со скоростью один кулон в секунду.

Объемная плотность тока

Плотность тока (называемая также объемной плотностью тока) представляет собой векторное поле в трехмерном проводящем пространстве. В каждой точке такого пространства плотность тока представляет собой полный поток электрических зарядов в единицу времени, проходящий через единичное поперечное сечение. Обозначается объемная плотность векторным символом J. Если мы рассмотрим обычный случай проводника с током, то ток в амперах делится на поперечное сечение проводника. В СИ объемная плотность тока измеряется в амперах на квадратный метр (А/м²).

Например, если по мощной шине электрической подстанции с поперечным сечением 3 х 33,3 мм = 100 мм² = 0,0001 м² течет ток 50 ампер, то плотность тока в таком проводнике будет составлять 500 000 А/м².

Линейная плотность тока

Иногда в электронных устройствах ток течет через очень тонкую пленку металла или тонкий слой металла, имеющий переменную толщину. В таких случаях исследователей и конструкторов интересуют только ширина, а не общее поперечное сечение таких очень тонких проводников. В этом случае они измеряют линейную плотность тока — векторная величину, равную пределу произведения плотности тока проводимости, протекающего в тонком слое у поверхности тела, на толщину этого слоя, когда последняя стремится к нулю (это определение по ГОСТ 19880-74). В Международной системе единиц (СИ) линейная плотность тока измеряется в амперах на метр и в системе СГС в эрстедах. 1 эрстед равен напряжённости магнитного поля в вакууме при индукции 1 гаусс. Иначе линейную плотность тока определяют как ток, приходящийся на единицу длины в направлении, перпендикулярном току.

Например, если ток величиной 100 мА течет в тонком проводнике шириной 1 мм, то линейная плотность тока равна 0,0001 A : 0,001 m = 10 ампер на метр (А/м). Линейная плотность тока обозначается векторным символом А.

Поверхностная плотность тока

Линейная плотность тока тесно связана с понятием поверхностной плотности тока , которая определяется как сила электрического тока, протекающего через поперечное сечение проводящей среды единичной площади и обозначается векторным символом K. Как и линейная плотность тока, поверхностная плотность тока также является векторной величиной, модуль которой представляет собой электрический ток через поперечное сечение проводящей среды в данном месте, а направление перпендикулярно к площади поперечного сечения проводника. Такой проводящей средой может быть, например, проводник с током, электролит или ионизированный газ. В системе СИ плотность тока измеряется в амперах на квадратный метр.

Вектор или скаляр?

Отметим, что в отличие от векторной плотности тока, сам ток является скалярной величиной. Это можно объяснить тем фактом, что ток определяется как количество зарядов, перемещающихся в единицу времени; поэтому было бы нецелесообразно добавлять направление к величине, представляющей количество в единицу времени. В то же время, плотность тока рассматривается в объеме с множеством поперечных сечений, через которые проходит ток, поэтому имеет смысл определять плотность тока как вектор или как векторное пространство. Можно также отметить, что плотность тока является вектором в связи с тем, что это произведение плотности заряда на скорость его перемещения в любом месте пространства.

Плотность тока в электротехнике и электронике

Высокая линейная плотность тока в проводах приводит к неприятным последствиям. Все проводники электрического тока имеют конечное сопротивление, из-за которого при протекании тока они нагреваются и рассеивают энергию в форме тепла. В связи с этим плотность тока должна поддерживаться невысокой, чтобы проводник при эксплуатации не нагревался выше допустимой температуры и, тем более, не расплавлялся. Перегрев может привести к разрушению изоляции или изменению электрических свойств, например, из-за образования оксидного слоя. Такой оксидный слой уменьшает поперечное сечение проводника, что, в свою очередь, ведет к еще большему увеличению плотности тока через проводник.

Микропроцессор Pentium P54CS содержит 3,3 миллиона транзисторов на кристалле площадью 90 кв. миллиметров или около 40 тысяч транзисторов на квадратный миллиметр

Линейная плотность тока широко используется при расчете и конструировании электронных и электрических систем. Она важна, например, при расчете интегральных микросхем, плотность элементов которых (количество элементов на единицу объема) постоянно повышается. Несмотря на то, что каждый элемент потребляет весьма малые токи, плотности тока в микросхеме могут быть очень высокими для достижения максимально возможного количества элементов в одной микросхеме. На заре развития микроэлектроники количество элементов в интегральных схемах удваивалось каждый год. Сейчас (в 2016 году) оно удваивается приблизительно раз в два года. Эта закономерность называется Законом Мура по имени одного из основателей Intel, который в 1965 году пришел к выводу об экспоненциальном росте производительности вычислительных устройств и сделал соответствующий прогноз на ближайшие десять лет. Позже, в 1975 году, Мур пересмотрел свой прогноз и предсказал, что производительность микропроцессоров будет удваиваться каждые два года.

Например, в выпущенном в 1971 году четырехбитном микропроцессоре Intel 4004 было всего 2300 транзисторов на кристалле площадью 3х4 мм или 12 кв. мм, что составляло всего около 200 транзисторов на квадратный миллиметр. Для сравнения, в выпущенном в 2013 году 12-ядерном микропроцессоре Power8 4,2 миллиарда транзисторов располагаются на кристалле размером 650 кв. мм. То есть на каждом кв. миллиметре расположено около 6,5 млн. транзисторов. При этом каждый транзистор потребляет определенный, хоть и весьма малый ток. Поскольку все они расположены в очень малом объеме, во весь рост встает проблема охлаждения таких микросхем.

Катушки магнитных антенн радиовещательных приемников средневолнового и длинноволнового диапазонов обычно наматывают литцендратом в шелковой или иной изоляции для уменьшения потерь, связанных со скин-эффектом

На переменном токе, особенно на высоких частотах, проводящая зона проводов находится только в их поверхностном слое, в результате чего увеличивается плотность тока в проводах, что приводит к потерям энергии на нагрев или даже на расплавление провода. Это явление уменьшения амплитуды электромагнитных волн по мере их проникновения вглубь проводника называется скин-эффектом или поверхностным эффектом. Для уменьшения потерь на высоких частотах проводники покрывают серебром или золотом — материалами с малым удельным сопротивлением. Также часто вместо одного толстого провода используют несколько (от трех до тысячи и более) изолированных тонких проводов (литцендрат). В частности, именно литцендратом наматывают катушки индуктивности в индукционных печах.

При высоких плотностях тока происходит реальное перемещение материалов в соединениях, называемое электромиграцией . Такое перемещение вызвано дрейфом ионов материла, возникающем вследствие обмена количеством движения при столкновениях между носителями проводимости и атомной решеткой проводника. Эффект электромиграции играет существенную роль в тех случаях, когда токи имеют большую плотность, например, все в той же микроэлектронике, о которой говорилось выше. Чем большая достигнута плотность больших интегральных микросхем, тем более заметен этот эффект. В результате электромиграции может произойти как полное разрушение проводника, так и возникнуть новый проводник там, где его не должно быть, то есть происходит короткое замыкание. Таким образом, повышенная плотность тока приводит к уменьшению надежности интегральных схем. При конструировании микросхем обычно учитывают влияние электромиграции, поэтому современные микросхемы большой степени интеграции редко выходят из строя по этой причине.

Термин «плотность тока» или, более конкретно, поверхностная плотность тока в мА/см², вырабатываемая единичной площадью фотоэлемента солнечной батареи, часто используется в описании характеристик солнечных батарей. Плотность тока короткого замыкания фотоэлемента является важной характеристикой эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую. Такой подход полезен для сравнения солнечных батарей различных изготовителей. В то время, как напряжение солнечной батареи определяется количеством индивидуальных фотоэлементов, ток, отдаваемый батареей, зависит главным образом от площади поверхности батареи, освещаемой солнечным светом, и эффективности фотоэлементов. Фотоэлементы часто выпускаются размером 100×100 мм = 100 см² и позволяют получить ток 3,5 А или плотность тока 3,5 : 100 = 35 мА/см² от каждого фотоэлемента. Отметим, что определение поверхностной плотности тока в фотоэлементах отличается от приведенного выше определения поверхностной плотности тока.

Хромированная душевая головка; поверхность пластмассы вначале покрывается в гальванической ванне слоем меди, затем никеля и последним наносится слой хрома

Плотность тока является одной из основных характеристик, определяющих качество изделий с гальваническим покрытием хромом и другими металлами. При хромировании на изделие из металла или пластмассы наносится тонкий слой хрома, который обладает декоративными свойствами и высокой стойкостью к коррозии. Хромирование используется также для увеличения твердости и износостойкости поверхностей и для уменьшения трения и повышения стойкости к коррозии в парах трения, работающих в жестких условиях. Также хромирование применяется для наращивания изношенных поверхностей деталей с целью восстановления их исходных размеров.

Для использования в автомобильной промышленности на стальные изделия наносят несколько гальванических покрытий, которые обеспечивают стойкость деталей к изменениям температуры и влажности при эксплуатации на открытом воздухе. Обычно используется тройное покрытие: первый слой меди, затем никель и, наконец, хром. Температура и плотность тока в ванне влияет на однородность хромового покрытия, что обеспечивает его чистоту, и, следовательно, отражающую способность.

Измерение плотности тока

Гальваническая ванна, в которой наносятся покрытия металлами — как раз то место, где необходимо измерять плотность тока в жидкой проводящей среде — электролите в гальванической ванне. При этом необходимо рассчитать или измерить площадь поверхности покрываемой металлом детали, а также измерить ток, протекающий в ванне от анода к детали. Выпускаются приборы, позволяющие непосредственно измерить плотность тока в любой точке ванны. Они позволяют работникам гальванического цеха точно измерить как идет процесс покрытия металлом в каждой точки изделия. Измеритель плотности тока электролита чаще всего состоит из датчика с маленькой тороидальной катушкой и измерительного блока с дисплеем, который измеряет ток, индуцированный в катушке током в электролите внутри нее. Процессор таких приборов определяет значение плотности тока в точке измерения исходя из измеренного тока и площади катушки и выводит его на дисплей прямо в А/фут² или A/дм².

Еще одним примером измерения плотности тока являются солнечные батареи. Обычно плотности токов короткого замыкания распределены неравномерно по поверхности фотоэлементов. Различия в плотностях тока могут быть обусловлены различными сроками существования носителей в фотоэлементе, различными расстояниями до выводов и другими факторами. Исследователям интересно получить карту распределения плотностей токов по всей площади фотоэлемента. Для измерения плотности тока фотоэлемент освещают очень узким потоком электронов или лучом света, который сканирует поверхность фотоэлемента. При этом регистрируется возникающий фототок. Таким образом создается карта плотностей тока, которую в дальнейшем можно использовать для оптимизации устройства.

Автор статьи: Анатолий Золотков

Вас могут заинтересовать и другие конвертеры из группы «Электротехника»:

Конвертер электрического заряда

Конвертер линейной плотности заряда

Конвертер поверхностной плотности заряда

Конвертер объемной плотности заряда

Конвертер электрического тока

Конвертер поверхностной плотности тока

Конвертер напряжённости электрического поля

Конвертер электростатического потенциала и напряжения

Конвертер электрического сопротивления

Конвертер удельного электрического сопротивления

Конвертер электрической проводимости

Конвертер удельной электрической проводимости

Электрическая емкость

Конвертер индуктивности

Конвертер Американского калибра проводов

Конвертер энергии и работы

Конвертер мощности

Конвертер частоты и длины волны

Конвертер уровня звука

Уровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др. единицах

Компактный калькулятор Полный калькулятор Определения единиц

Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ.

Схемы соединения источников и потребителей энергии

1.—————————————————————-

1. Постоянный электрический ток, сила тока. Плотность тока. Условия, необходимые

для существования электрического тока.

Электрический ток — упорядоченное движение заряженных частиц под действием сил электрического поля или сторонних сил.

За направление тока выбрано направление движения положительно заряженных частиц.

Электрический ток называют постоянным, если сила тока и его направление не меняются с течением времени.

где I — сила тока, q — величина заряда (количество электричества), t — время прохождения заряда.

Плотность тока — векторная физическая величина, равная отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника.

где j —плотность тока, S — площадь сечения проводника.

Направление вектора плотности тока совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц.

где A — полная работа сторонних и кулоновских сил, q — электрический заряд.

Электрическое сопротивление — физическая величина, характеризующая электрические свойства участка цепи.

где ρ — удельное сопротивление проводника, l — длина участка проводника, S — площадь поперечного сечения проводника.

Проводимостью называется величина, обратная сопротивлению

где G — проводимость.

2.———————————————————————

Электродвижущая сила источника тока. Внешний и внутренний участки цепи.

Закон Ома для полной цепи.

Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.

ЭДС можно выразить через напряжённость электрического поля сторонних сил ( ). В замкнутом контуре ( ) тогда ЭДС будет равна:

, где — элемент длины контура.

Внутреннее сопротивление источника тока. В электрической цепи, состоящей из источника тока и проводников с электрическим сопротивлением R, электрический ток совершает работу не только на внешнем, но и на внутреннем участке цепи. Например, при подключении лампы накаливания к гальванической батарее карманного фонаря электрическим током нагреваются не только спираль лампы и подводящие провода, но и сама батарея. Электрическое сопротивление источника тока называется внутренним сопротивлением. В электромагнитном генераторе внутренним сопротивлением является электрическое сопротивление провода обмотки генератора. На внутреннем участке электрической цепи выделяется количество теплоты, равное

, (43.13)

где r — внутреннее сопротивление источника тока. Полное количество теплоты, выделяющееся при протекании постоянного тока в замкнутой цепи, внешний и внутренний участки которой имеют сопротивления, соответственно равные R и r, равно

. (43.14)

Закон Ома для однородного участка цепи.

где U — напряжение на участке, R — сопротивление участка.

Закон Ома для произвольного участка цепи, содержащего источник постоянного тока.

где φ₁— φ₂+ ε = U напряжение на заданном участке цепи, R — электрическое сопротивление заданного участка цепи.

Закон Ома для полной цепи.

где R — электрическое сопротивление внешнего участка цепи, r — электрическое сопротивление внутреннего участка цепи.

При последовательном соединении конец предыдущего проводника соединяется с началом следующего.

Во всех последовательно соединенных проводниках сила тока одинакова:

I₁= I₂=I

Сопротивление всего участка равно сумме сопротивлений всех отдельно взятых проводников:

R = R₁+ R₂

Падение напряжения на всем участке равно сумме паданий напряжений на всех отдельно взятых проводниках:

U= U₁ +U₂

Напряжения на последовательно соединенных проводниках пропорциональны их сопротивлениям.

При параллельном соединении проводники подсоединяются к одним и тем же точкам цепи.

Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме токов, текущих в каждом проводнике:

I = I₁+ I₂

Падение напряжения во всех проводниках одинаково:

U= U₁ = U₂

Силы тока в проводниках обратно пропорциональны их сопротивлениям

Смешанное соединение — комбинация параллельного и последовательного соединений.

3.————————————————

Сопротивление проводника. Зависимость сопротивления от температуры.

Сверхпроводимость.

Электри́ческое сопротивле́ние — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношениюнапряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему^[1]. Сопротивление для цепей переменного тока и для переменных электромагнитных полей описывается понятиями импеданса и волнового сопротивления. Сопротивлением (резистором) также называют радиодеталь, предназначенную для введения в электрические цепи активного сопротивления.

Сопротивление (часто обозначается буквой R или r) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника; её можно рассчитать как

где

R — сопротивление;

U — разность электрических потенциалов на концах проводника;

I — сила тока, протекающего между концами проводника под действием разности потенциалов.

Сопротивление R однородного проводника постоянного сечения зависит от свойств вещества проводника, его длины и сечения следующим образом:

где ρ — удельное сопротивление вещества проводника, L — длина проводника, а S — площадь сечения. Величина, обратная удельному сопротивлению называется удельной проводимостью. Эта величина связана с температурой формулой Нернст-Эйнштейна:

где

T — температура проводника;
D — коэффициент диффузии носителей заряда;
Z — количество электрических зарядов носителя;
e — элементарный электрический заряд;
C — Концентрация носителей заряда;
— постоянная Больцмана.

Следовательно, сопротивление проводника связано с температурой следующим соотношением:

Сопротивление также может зависеть от параметров и , поскольку сечение и длина проводника также зависят от температуры.

Сверхпроводи́мость — свойство некоторых материалов обладать строго нулевымэлектрическим сопротивлением при достижении ими температуры ниже определённого значения (критическая температура). Известны несколько десятков чистых элементов,сплавов и керамик, переходящих в сверхпроводящее состояние. Сверхпроводимость — квантовое явление. Оно характеризуется также эффектом Мейснера, заключающемся в полном вытеснении магнитного поля из объема сверхпроводника. Существование этого эффекта показывает, что сверхпроводимость не может быть описана просто как идеальная проводимость в классическом понимании. Фазовый переход в сверхпроводящее состояние

4.————————————————

Электрические цепи с последовательным и параллельным соединением

проводников.

При последовательном соединении конец предыдущего проводника соединяется с началом следующего.

Во всех последовательно соединенных проводниках сила тока одинакова:

I₁= I₂=I

Сопротивление всего участка равно сумме сопротивлений всех отдельно взятых проводников:

R = R₁+ R₂

Падение напряжения на всем участке равно сумме паданий напряжений на всех отдельно взятых проводниках:

U= U₁ +U₂

Напряжения на последовательно соединенных проводниках пропорциональны их сопротивлениям.

При параллельном соединении проводники подсоединяются к одним и тем же точкам цепи.

Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме токов, текущих в каждом проводнике:

I = I₁+ I₂

Падение напряжения во всех проводниках одинаково:

U= U₁ = U₂

Силы тока в проводниках обратно пропорциональны их сопротивлениям

5. ———————————————-

Аккумуляторы. Соединение источников электрической энергии в батарею.

Электри́ческий аккумуля́тор — химический источник тока многоразового действия, основная специфика которого заключается в обратимости внутренних химических процессов, что обеспечивает его многократное циклическое использование (через заряд-разряд) для накопления энергии и автономного электропитания различных электротехнических устройств и оборудования.

Последовательное соединение (а) — соединение, при котором минусовой вывод одного аккумулятора соединяют с плюсовым выводом другого аккумулятора и т. д. Среднее рабочее напряжение одного аккумулятора равно 2 В. Напряжение всех последовательно включенных аккумуляторов действует в одном направлении, и общее напряжение аккумуляторной батареи будет равно сумме напряжений всех аккумуляторов.

а — последовательное соединение трех аккумуляторов; б — параллельное соединение трех аккумуляторов; в — последовательное соединение двух потребителей; г — параллельное соединение двух потребителей.

При параллельном соединении (б) минусовые выводы всех аккумуляторов соединяют в один общий вывод, а плюсовые — в другой. В этом случае напряжение батареи будет равным напряжению одного аккумулятора, но от такой аккумуляторной батареи можно получить большую силу тока.

6.—————————————————

Работа и мощность электрического тока. Тепловое действие электрического тока.

Закон Джоуля-Ленца.

Работа электрического тока показывает, какая работа была совершена электрическим полем при перемещении зарядов по проводнику.

Зная две формулы: I = q/t ….. и ….. U = A/q можно вывести формулу для расчета работы электрического тока: Работа электрического тока равна произведению силы тока на напряжение и на время протекания тока в цепи.

Единица измерения работы электрического тока в системе СИ: [ A ] = 1 Дж = 1A. B . c

Мощность электрического тока показывает работу тока, совершенную в единицу времени и равна отношению совершенной работы ко времени, в течение которого эта работа была совершена.

(мощность в механике принято обозначать буквой N, в электротехнике — буквой Р) так как А = IUt, то мощность электрического тока равна:

или

Единица мощности электрического тока в системе СИ:

[ P ] = 1 Вт (ватт) = 1 А . B

Тепловое действие электрического тока впервые наблюдалось в 1801, когда током удалось расплавить различные металлы. Первое промышленное применение этого явления относится к 1808, когда был предложен электрозапал для пороха. Первая угольная дуга, предназначенная для обогрева и освещения, была выставлена в Париже в 1802. К полюсам вольтова столба, насчитывавшего 120 элементов, подсоединялись электроды из древесного угля, и когда оба угольных электрода приводились в соприкосновение, а затем разводились, возникал «сверкающий разряд исключительной яркости».

Исследуя тепловое действие электрического тока, Дж.Джоуль (1818–1889) провел эксперимент, который подвел прочную основу под закон сохранения энергии. Джоуль впервые показал, что химическая энергия, которая расходуется на поддержание в проводнике тока, приблизительно равна тому количеству тепла, которое выделяется в проводнике при прохождении тока. Он установил также, что выделяющееся в проводнике тепло пропорционально квадрату силы тока. Это наблюдение согласуется как с законом Ома (V = IR), так и с определением разности потенциалов (V= W/q). В случае постоянного тока за время t через проводник проходит заряд q = It. Следовательно, электрическая энергия, превратившаяся в проводнике в тепло, равна:

Эта энергия называется джоулевым теплом и выражается в джоулях (Дж), если ток I выражен в амперах, R – в омах, а t – в секундах.

Закон Джоуля — Ленца — физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем и независимо от него в 1842 году Эмилием Ленцом^[1].

В словесной формулировке звучит следующим образом^[2]

Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину электрического поля

Математически может быть выражен в следующей форме:

где — мощность выделения тепла в единице объёма, — плотность электрического тока, — напряжённость электрического поля, σ — проводимость среды.

7.———————————————

Электрический ток в электролитах. Электролитическая диссоциация. Электролиз.
Закон электролиза. Вещества, растворы которых проводят электрический ток, называются электролитами. Вода и кристаллы хлорида меди практически не проводят электрический ток. Раствор хлорида меди в воде является хорошим проводником. При прохождении электрического тока через водный раствор хлорида меди у положительного электрода, называемого анодом, выделяется газообразный хлор. На отрицательном электроде, называемом катодом, выделяется медь. Изменение химического состава раствора или расплава при прохождении через него электрического тока, обусловленное потерей или присоединением электронов ионами, называется электролизом. Фарадей установил, что при прохождении электрического тока через электролит масса mвещества, выделившегося на электроде, пропорциональна заряду , прошедшему через электролит:
, (47.1)
или
, (47.2)
где I — сила тока; — время пропускания тока через электролит. Выражения (47.1) или (47.2) называются законом электролиза. Коэффициент пропорциональности k в этих выражениях называется электрохимическим эквивалентом вещества.
Механизм электролиза. Особенностью молекул электролитов является перераспределение электрических зарядов, в результате которого одна часть молекулы вещества электролита оказывается заряженной положительно, другая — отрицательно. Разноименно заряженные части молекулы связываются кулоновскими силами притяжения. При растворении электролита в жидкости, например хлорида натрия в воде, взаимодействие молекул жидкости с молекулами электролита ослабляет связь между частями молекул электролита и некоторые из них разделяются на положительный и отрицательный ион. Разделение молекул электролита на ионы происходит за счет энергии теплового движения молекул. В электрическом поле ионы электролита приходят в движение: положительные ионы движутся к катоду, отрицательные — к аноду. Так возникает электрический ток в электролите. При встрече положительного и отрицательного ионов происходит их соединение — рекомбинация. Сила взаимодействия ионов в воде уменьшается в 81 раз ( диэлектрическая проницаемость воды ), и это затрудняет процесс рекомбинации ионов. При повышении температуры электролита возрастает средняя кинетическая энергия теплового движения молекул, увеличивается и число пар ионов, образующихся в единицу времени. Из-за увеличения концентрации ионов при повышении температуры значение электрического сопротивления электролита с повышением температуры уменьшается. Примером твердого электролита может служить стекло, в котором имеются ионы натрия. При низких температурах перемещение ионов в стекле затруднено и стекло является хорошим изолятором. При нагревании стекла до 300—400 °С ионы получают возможность перемещаться под действием электрического поля и стекло становится проводником электрического тока. Электрический ток в любых электролитах создается движением положительных и отрицательных ионов, т. е. заряженных атомов или молекул вещества.
Применение электролиза. Явление электролиза широко применяется в современном промышленном производстве. С помощью электролиза из солей и оксидов получают многие металлы, например медь, никель, алюминий. Электролитический способ дает возможность получать вещества с малым количеством примесей. Поэтому его применяют для получения многих веществ, когда требуется высокая степень химической чистоты. Путем электролиза можно наносить тонкие слои металлов, например хрома, никеля, серебра, золота, на поверхность изделий из других металлов. Эти слои могут служить защитой изделия от окисления, повышать его прочность или просто украшать изделие. Электролитический способ покрытия изделий тонким слоем металла называетсягальваностегией. При более длительном пропускании тока через электролит можно получить на изделии такой толстый слой металла, который может быть отделен от него с сохранением формы. Электролитическое получение точных копий различных изделий называетсягальванопластикой. С помощью гальванопластики получают копии изделий сложной формы, копии скульптур и других произведений искусства. Явление электролиза лежит в основе принципа действия кислотных и щелочных аккумуляторов, где используется важное свойство процесса электролиза — его обратимость.

Электролитическая диссоциация — процесс распада электролита на ионы при растворении его в полярном растворителе или при плавлении.

Классическая теория электролитической диссоциации основана на предположении о неполной диссоциации растворённого вещества, характеризуемой степенью диссоциации α, т. е. долей распавшихся молекул электролита. Динамическое равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами описывается законом действующих масс . Например, электролитическая диссоциация бинарного электролита KA выражается уравнением типа:

Константа диссоциации определяется активностями катионов , анионов и недиссоциированных молекул следующим образом:

Значение зависит от природы растворённого вещества и растворителя, а также от температуры и может быть определено несколькими экспериментальными методами. Степень диссоциации (α) может быть рассчитана при любой концентрации электролита с помощью соотношения:

где — средний коэффициент активности электролита.

Электро́лиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении наэлектродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор либо расплав электролита.

Упорядоченное движение ионов в проводящих жидкостях происходит в электрическом поле, которое создается электродами — проводниками, соединёнными с полюсами источника электрической энергии. Анодом при электролизе называется положительный электрод, катодом — отрицательный^[1]. Положительные ионы — катионы — (ионы металлов, водородные ионы, ионы аммония и др.) — движутся к катоду, отрицательные ионы — анионы — (ионы кислотных остатков и гидроксильной группы) — движутся к аноду.

Явление электролиза широко применяется в современной промышленности. В частности, электролиз является одним из способов промышленного полученияалюминия, водорода, а также гидроксида натрия, хлора, хлорорганических соединений^[^{источник не указан 1122 дня}^], диоксида марганца^[2], пероксида водорода. Большое количество металлов извлекаются из руд и подвергаются переработке с помощью электролиза (электроэкстракция, электрорафинирование).

Электролиз находит применение в очистке сточных вод (процессы электрокоагуляции, электроэкстракции, электрофлотации).

8.————————————————

Законы электролиза. Применение электролиза.

Где проходит ток в. Также существуют другие способы создания внутреннего тока в

Электрическим током называют упорядоченное движение электрических зарядов. Направленное движение электрических зарядов в проводнике под действием сил электрического поля называют током проводимости . Для появления и существова- ния тока проводимости необходимы два условия:

1. Наличие в данной среде электрических зарядов. В металлах ими являются электроны проводимости; в жидких проводниках (электролитах) – положительные и отрицатель- ные ионы; в газах – положительные ионы и электроны.

2. Наличие электрического поля, энергия которого затрачивалась бы на перемещение электрических зарядов.

За направление электрического тока условно принима- ют направление движения положительных зарядов. Количест- венной характеристикой электрического тока является сила тока – заряд, протекающий через поперечное сечение проводника в единицу времени:

Силу тока можно связать со средней скоростью υ упорядоченного движения зарядов. За время dt через попереч- ное сечение проводника площадью dS протечет заряд dq , заключенный в объеме проводника длиной dl= υ . dt , (рис.5.1)

dq=q 0 . n . dS . dl,

где q 0 – заряд каждой частицы, n – концентрация частиц.

Тогда сила тока

. (5.2)

Плотность тока j – векторная физическая величина, численно равная силе тока, проходящего через единицу площади сечения проводника, проведенного перпендикулярно к направлению тока, и совпадающая с направлением тока

Для того, чтобы ток был длительным, необходимо устройство, в котором какой-либо вид энергии непрерывно преобразовывался бы в энергию электрического поля. Такое устройство называется источником тока . В источнике тока перемещение носителей происходит против сил поля, а это возможно лишь благодаря силам неэлектростатического происхождения, называемых сторонними силами.

Величина, равная работе сторонних сил по перемеще- нию единичного положительного заряда по замкнутой цепи называется электродвижущей силой (ЭДС) x ,

Стороннюю силу, действующую на заряд, можно предста- вить через напряжённость поля сторонних сил

тогда ЭДС для замкнутой цепи определяется выражением

Следовательно, ЭДС, действующая в замкнутой цепи, равна циркуляции вектора напряжённости поля сторонних сил.

Величина, численно равная работе, совершаемой электри- ческими и сторонними силами при перемещении единичного положительногоз аряда на данном участке цепи, называетсянапряжением:

dS tga=1/R

Рис. 5.1 Рис.5.2

5.2 Обобщённый закон Ома. Дифференциальная форма закона Ома

Для каждого проводника – твердого, жидкого и газо-образного – существует определенная зависимость силы тока от приложенного напряжения – вольт — амперная характе-ристика (ВАХ). Наиболее простой вид она имеет у металли- ческих проводников и растворов электролитов (рис.5.2) и определяется законом Ома.

Согласно законуОма для однородного (не содержащего сторонних сил) участка цепи, сила тока прямо пропорцио- нальна приложенному напряжению U и обратно пропорцио- нальна сопротивлению проводника R

Единицей сопротивления является Ом ([R ] = 1 Ом ). Ом – сопротивление такого проводника, в котором при напряже- нии 1В течет ток 1А .

Сопротивление зависит от свойств проводника, формы и его геометрических размеров. Для однородного цилиндриче- ского проводника

где l – длина проводника, S – площадь поперечного сечения,

r — удельное сопротивление (сопротивление проводника длиной 1м и площадью поперечного сечения 1м 2 )зависит от природы проводника и температуры ([r ] = Ом. м ).

Величина, обратная удельному сопротивлению, называет- ся удельной электропроводностью : s = 1/r.

Для неоднородного участка цепи, т.е. участка, содержа- щего ЭДС (рис.5.3), с учётом (5.7) и (5.8) получим

. (5.10)

Данное выражение получило название обобщённого закона Ома в интегральной форме.

Получим закон Ома для однородного участка цепи в дифференциальной форме. Для этого выделим в окрестности некоторой точки внутри проводника элементарный цилиндри- ческий объем с образующими, параллельными вектору плотности тока j в данной точке (рис. 5.4).

— + dS

R x 12 J

Рис. 5.3 Рис. 5.4

Через поперечное сечение цилиндра течет ток силой I=jdS . Напряжение, приложенное к цилиндру, равно

где E – напряженность поля в данной точке.

Сопротивление цилиндра . Подставляя I, U и R

в формулу (5.8) и учитывая, что направления векторов совпадают, получим закон Ома для однородного участка цепи в дифференциальной форме

. (5.11)

Закон Ома для неоднородного участка цепи в дифференциальной форме запишется следующим образом:

, (5.12)

где — напряженность поля сторонних сил.

Проводники и источники тока в электрических цепях могут соединяться последовательно и параллельно.

Последовательным называется такое соединение проводников, когда конец одного проводника соединяется с началом другого (рис.5.5). При этом выполняются соотноше- ния:

I=const;

U=U 1 +U 2 +…+U n ;

R=R 1 +R 2 +…+R n . (5.13)

Параллельным называется такое соединение, когда одни концы проводников соединяются в один узел, а другие концы — – в другой (рис.5.6). При этом выполняются соотношения:

I=I 1 +I 2 +…+I n ;

U=const;

. (5.14)

R 1 I 1

I U 1 U 2 U 3 I R 2 I 2 I

R 1 R 2 R 3

Рис. 5.5 Рис. 5.6

При последовательном соединении нескольких одинако- вых источников тока (рис.5.7) полная ЭДС батареи равна алгебраической сумме ЭДС всех источников, а суммарное сопротивление равно сумме внутренних сопротивлений:

x б = x 1 + x 2 +…+ x n , r б = r 1 + r 2 +…+r n .

При параллельном подключении n источниковс одинаковыми ЭДС — x и внутренними сопротивлениями – r (рис.5.8) ЭДС батареи равна ЭДС одного источника (x б = x), а внутреннее сопротивление батареи r б = r/n .

Содержание:

Каждому обывателю знакомы на слух электрические величины — ток, напряжение, — от них зависит работа бытовых приборов, но полное понимание определения электротока есть у немногих людей. Показательно сравнение электрического тока с течением реки, только в нем двигаются частицы, имеющие заряд, а в реке — вода. Надо понимать, что ток движется только в одном направлении, для его существования должны быть созданы условия, рассмотрим эти процессы подробней.

Основные определения

Электричество каждый день окружает нас, но что такое электрический ток и связанные с ним величины — понимает не каждый человек, однако они важны для повседневной жизни. Есть несколько толкований понятия электротока:

Принятое в школьном учебнике определение, что электрический ток — это движение частиц, имеющих заряд за счет воздействия на них электрического поля. Частицами являются: протоны, дырки, электроны, ионы.
В электрической литературе высших учебных заведений пишется, что электрический ток это — скорость, с которой заряд изменяется с течением времени. Принимается отрицательный заряд электронов, положительный у протонов и нейтральный у нейтронов.

В электротехнике специалисты отмечают значение такого понятия, как сила тока — это количество частиц, имеющих заряд, которые проходят через сечение проводника с течением времени. Движение тока в проводнике можно описать следующим образом: «…Все токопроводящие материалы имеют внутреннее строение (молекулы, атомы, ядра с вращающимися электронами), когда на материал воздействует химическая реакция, электроны от одного атома перебегают к другому. Создается ситуация, при которой одни атомы испытывают недостаток в электронах, а другие — их избыток, что показывает противоположность заряда. Электроны стремятся к переходу из одного вещества в другое, это движение и есть электрический ток».

Специалисты акцентируют внимание на том, что в этом случае ток течет только до того момента, пока не произойдет уравнивание зарядов в двух веществах.

Для понимания движения тока важно знать определение напряжения — это разность потенциалов, которые берутся в двух точках электрического поля, измеряются в вольтах.

Электрическая энергия

В разных регионах, в частности, и в Украине простой обыватель интересуется: «Що таке електричний струм?», с какой целью он применяется, из чего происходит. Повседневно мы пользуемся электрической энергией, которая представлена переменным током в электрических сетях.

Переменный ток в проводнике — это когда частицы, имеющие заряд за определенный промежуток времени, меняют его по направлению, а также по величине. Графически переменный ток представляется синусоидой. Создается он генераторами, в которых вращаются катушки с проводами и в процессе вращения пересекают магнитное поле. В период вращения катушки могут открываться и закрываться по отношению к магнитному полю, что создает электрический ток, который меняется в проводниках по направлению, а полный цикл проходит за одну минуту.

Вращение генераторов происходит от паровых турбин, имеющих разные источники питания: уголь, газ, атомный реактор, нефть. Далее через систему трансформаторов повышается напряжение тока, через проводники нужного диаметра он переносится без потерь на длительное расстояние. Диаметр провода, по которому проходит ток, определяет его силу и величину, горячими линиями в энергетике называются магистральные линии передачи энергии, есть и заземленные варианты, когда передача электроэнергии происходит под землей.

Где применяется электрический ток?

Именно ток значительно облегчает нам жизнь, создавая комфорт в доме. Он применяется для освещения помещений, улицы, для просушки вещей, в нагревательных элементах электроплиты, в других бытовых приборах и устройствах, выполняет работу подъема гаражных дверей и т.д.

Условия, необходимые для получения электротока

Для существования электротока нужны следующие условия: наличие частиц, имеющих заряд, электропроводный материал, по которому будут двигаться частицы, источник напряжения. Важным условием получения электротока является наличие напряжения, которое определяется разностью потенциалов. Иными словами, сила, создаваемая заряженными частицами отталкивания, в одной точке больше, чем в другой.

Природных источников напряжения не существует, по этой причине вокруг нас равномерно распределяются электроны, но такие изобретения, как батарейки дали возможность накапливать в них электрическую энергию.

Другим важным условием является электрическое сопротивление, или проводник, по которому будут двигаться частицы, имеющие заряд. Материалы, в которых это действие возможно, называются электропроводными, а те, в которых нет свободного движения электронов, — изоляторами. Обыкновенный провод имеет проводящую металлическую жилу и изолирующую оболочку.

Электроток в проводниках

В любом проводнике есть носители электрического заряда, которые приходят в движение под воздействием силы поля, создаваемого электрической машиной.

Металлические проводники переносят заряд при помощи электронов. Чем выше температура проводника и нагрев провода, тем хуже протекает ток, так как в нем начинается хаотическое движение атомов от теплового воздействия, увеличивается сопротивление проводящего материала. Чем ниже температура проводника (в идеале — стремление к нулю), тем меньше его сопротивление.

Жидкости могут проводить электроток при помощи ионов (электролиты). Перемещение происходит к электроду, имеющему противоположный с ионом знак, и, оседая на нем, ионы осуществляют процесс электролиза. Анионы — положительно заряженные ионы, двигающиеся к катоду. Катионы — ионы, имеющие отрицательный заряд, двигаются к аноду. В процессе нагревания электролита уменьшается его сопротивление.

Газ также имеет проводимость, электроток в нем — плазма. Движение происходит при помощи заряженных ионов или свободных электронов, которые получаются в процессе излучения.

Электронно-лучевая трубка — это пример электротока в вакууме от стержня катода к стержню анода.

Электроток в полупроводниках

Для понимания прохождения тока в этом материале дадим ему определение. Полупроводник — промежуточный материал между проводником и изолятором, зависит от удельной проводимости, наличия в нем примесей, температурного состояния и воздействующего на него излучения. Чем ниже температура, тем больше сопротивление полупроводника, свойства его влияют на измерения характеристик. Электроток в полупроводнике — это сумма электронного и дырочного тока.

Когда повышается температура полупроводника, происходит разрыв ковалентных связей от действия тепловой энергии на валентные электроны, образуются свободные электроны, в точке разрыва получается дырка. Она занимается валентным электроном другой пары, а сама перемещается далее в кристалле. Когда свободный электрон встречается с дыркой, между ними происходит рекомбинация, восстановление электронных связей. Когда на полупроводник воздействуют энергией электромагнитного излучения, появляются в нем электронно-дырочные пары.

Законы электрического тока

В электротехнике применяются основные законы, которые дают определение электрического тока. Один из главнейших — закон Ома, особенностью которого является быстрота передачи энергии без изменения ее формы из одной точки в другую.

Этот закон показывает связь между напряжением и силой тока, а также сопротивлением проводника или участка цепи. Сопротивление измеряется в омах.

Работу электротока определяют законом Джоуля-Ленца, который говорит о том, что в любой точке цепи ток выполняет работу.

Фарадей открыл магнитную индукцию, а также опытным способом установил, что при пересечении линии магнитной индукции поверхностью замкнутого проводника в нем появляется электроток. Он вывел закон электромагнитной индукции:

Не замкнутые проводники, пересекающие линии магнитного поля, получают на концах напряжение, что говорит о появлении ЭДС индукции. Если магнитный поток неизменен и пересекает замкнутый контур, то в нем не возникает электротока. ЭДС индукции замкнутого контура, когда меняется магнитный поток, равен модулю его скорости изменения.

Вывод

Когда по проводнику протекает электрический ток, он его нагревает, по этой причине необходимо соблюдать меры безопасности, работая с электрическими приборами и устройствами. Нельзя допускать перегрузки линии передачи энергии, она может нагреться, и возникнет пожар. Электроток всегда движется по пути наименьшего сопротивления.

В момент появления КЗ (короткого замыкания) ток в разы возрастает, происходит моментальное выделение огромного теплового значения, которое плавит металл. Электрический ток может вызвать ожоги на теле человека или животного, но применяется в реанимационных установках, для депрессивных решений и лечения заболеваний.

По правилам электробезопасности ощутимый человеком ток наступает с величины один миллиампер, а опасным для здоровья считается ток с 0,01 ампера, смертельной величиной определена сила тока в 0,1 ампера. Безопасное напряжение для человека — 12-24-32-42 вольта.

Без электричества невозможно представить жизнь современного человека. Вольты, Амперы, Ватты – эти слова звучат в разговоре об устройствах, которые работают от электричества. Но что это такое электрический ток и каковы условия его существования? Об этом мы расскажем далее, предоставив краткое объяснение для начинающих электриков.

Определение
Электрическим током является направленное движение носителей зарядов – это стандартная формулировка из учебника физики. В свою очередь носителями заряда называются определенные частицы вещества. Ими могут быть:
Электроны – отрицательные носители заряда.
Ионы – положительные носители заряда.
Но откуда берутся носители заряда? Для ответа на этот вопрос нужно вспомнить базовые знания о строении вещества. Всё что нас окружает – вещество, оно состоит из молекул, мельчайших его частиц. Молекулы состоят из атомов. Атом состоит из ядра, вокруг которого движутся электроны на заданных орбитах. Молекулы также хаотично движутся. Движение и структура каждой из этих частиц зависят от самого вещества и влияния на него окружающей среды, например температуры, напряжения и прочего.
Ионом называют атом, у которого изменилось соотношение электронов и протонов. Если изначально атом нейтрален, то ионы в свою очередь делят на:
Анионы – положительный ион атома, потерявшего электроны.
Катионы – это атом с «лишними» электронами, присоединившиеся к атому.
Единица измерения тока – Ампер, согласно он вычисляется по формуле:
где U – напряжение, [В], а R – сопротивление, [Ом].
Или прямопропорционален количеству заряда, перенесенному за единицу времени:
где Q – заряд, [Кл], t – время, [с].
Условия существования электрического тока
Что такое электрический ток мы разобрались, теперь давайте поговорим о том, как обеспечить его протекание. Для протекания электрического тока необходимо выполнение двух условий:
Наличие свободных носителей заряда.
Электрическое поле.
Первое условие существования и протекания электричества зависит от вещества, в котором протекает (или не протекает) ток, а также его состояния. Второе условие также выполнимо: для существования электрического поля обязательно наличие разных потенциалов, между которыми находится среда, в которой будут протекать носители заряда.
Напомним: Напряжение, ЭДС – это разность потенциалов. Отсюда следует, что для выполнения условий существования тока – наличия электрического поля и электрического тока, нужно напряжение. Это могут быть обкладки заряженного конденсатора, гальванический элемент, ЭДС возникшее под действием магнитного поля (генератор).
Как он возникает, мы разобрались, давайте поговорим о том, куда он направлен. Ток, в основном, в привычном для нас использовании, движется в проводниках (электропроводка в квартире, лампочки накаливания) или в полупроводниках (светодиоды, процессор вашего смартфона и другая электроника), реже в газах (люминесцентные лампы).
Так вот основными носителями заряда в большинстве случаев являются электроны, они движутся от минуса (точки с отрицательным потенциалом) к плюсу (точке с положительным потенциалом, подробнее об этом вы узнаете ниже).
Но интересен тот факт, что за направление движения тока было принято движение положительных зарядов – от плюса к минусу. Хотя фактически всё происходит наоборот. Дело в том, что решение о направлении тока было принято до изучения его природы, а также до того, как было определено за счет чего протекает и существует ток.
Электрический ток в разных средах
Мы уже упоминали о том, что в различных средах электрический ток может различаться по типу носителей заряда. Среды можно разделить по характеру проводимости (по убыванию проводимости):
Проводник (металлы).
Полупроводник (кремний, германий, арсенид галия и пр).
Диэлектрик (вакуум, воздух, дистиллированная вода).
В металлах
В металлах есть свободные носители зарядов, их иногда называют «электрическим газом». Откуда берутся свободные носители зарядов? Дело в том, что металл, как и любое вещество, состоит из атомов. Атомы, так или иначе движутся или колеблются. Чем выше температура металла, тем сильнее это движение. При этом сами атомы в общем виде остаются на своих местах, собственно и формируя структуру металла.
В электронных оболочках атома обычно есть несколько электронов, у которых связь с ядром достаточно слабая. Под воздействием температур, химических реакций и взаимодействия примесей, которые в любом случае находятся в металле, электроны отрываются от своих атомов, образуются положительно заряженные ионы. Оторвавшиеся электроны называются свободными и двигаются хаотично.
Если на них будет воздействовать электрическое поле, например, если подключить к куску металла батарейку – хаотичное движение электронов станет упорядоченным. Электроны от точки, в которую подключен отрицательный потенциал (катод гальванического элемента, например), начнут двигаться к точке с положительным потенциалом.
В полупроводниках
Полупроводниками являются такие материалы, в которых в нормальном состоянии нет свободных носителей заряда. Они находятся в так называемой запрещенной зоне. Но если приложить внешние силы, такие как электрическое поле, тепло, различные излучения (световое, радиационное и пр.), они преодолевают запрещенную зону и переходят в свободную зону или зону проводимости. Электроны отрываются от своих атомов и становятся свободными, образуя ионы – положительные носители зарядов.
Положительные носители в полупроводниках называются дырками.
Если просто передать энергию полупроводнику, к примеру нагреть, начнется хаотичное движение носителей заряда. Но если речь идет о полупроводниковых элементах, типа диода или транзистора, то на противоположных концах кристалла (на них нанесен металлизированный слой и припаяны выводы) возникнет ЭДС, но это не относится к теме сегодняшней статьи.
Если приложить источник ЭДС к полупроводнику, то носители заряда также перейдут в зону проводимости, а также начнется их направленное движение – дырки пойдут в сторону с меньшим электрическим потенциалом, а электроны – в сторону с большим.
В вакууме и газе
Вакуумом называют среду с полным (идеальный случай) отсутствием газов или минимизированным (в реальности) его количеством. Так как в вакууме нет никакого вещества, то и носителям заряда браться не откуда. Однако протекание тока в вакууме положило начало электронике и целой эпохе электронных элементов – электровакуумных ламп. Их использовали в первой половине прошлого века, а в 50-х годах они начали постепенно уступать месту транзисторам (в зависимости от конкретной сферы электроники).
Допустим, что у нас есть сосуд, из которого откачали весь газ, т.е. в нём полный вакуум. В сосуд помещено два электрода, назовем их анод и катод. Если мы подключим к катоду отрицательный потенциал источника ЭДС, а к аноду положительный – ничего не произойдет и ток протекать не будет. Но если мы начнем нагревать катод – ток начнет протекать. Этот процесс называется термоэлектронной эмиссией – испускание электронов с нагретой поверхности электрона.
На рисунке изображен процесс протекания тока в вакуумной лампе. В вакуумных лампах катод нагревают расположенной рядом нитью накала на рис (Н), типа такой, как в осветительной лампе.
При этом, если изменить полярность питания – на анод подать минус, а на катод подать плюс – ток протекать не будет. Это докажет, что ток в вакууме протекает за счет движения электронов от КАТОДА к АНОДУ.
Газ также как и любое вещество состоит из молекул и атомов, это значит, что если газ будет находиться под воздействием электрического поля, то при определенной его силе (напряжение ионизации) электроны оторвутся от атома, тогда будут выполнены оба условия протекания электрического тока – поле и свободные носители.
Как уже было сказано, этот процесс называется ионизацией. Она может происходить не только от приложенного напряжения, но и при нагреве газа, рентгеновском излучении, под воздействием ультрафиолета и прочего.
Ток через воздух потечет, даже если между электродами установить горелку.
Протекание тока в инертных газах сопровождается люминесценцией газа, это явление активно используется в люминесцентных лампах. Протекание электрического тока в газовой среде называется газовым разрядом.
В жидкости
Допустим, что у нас есть сосуд с водой в который помещены два электрода, к которым подключен источник питания. Если вода дистиллированная, то есть чистая и не содержит примесей, то она является диэлектриком. Но если мы добавим в воду немного соли, серной кислоты или любого другого вещества, образуется электролит и через него начнет протекать ток.
Электролит – вещество, которое проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы.
Если в воду добавить медный купорос, то на одном из электродов (катоде) осядет слой меди – это называется электролиз, что доказывает что электрический ток в жидкости осуществляется за счет движения ионов – положительных и отрицательных носителей заряда.
Электролиз – физико-химический процесс, который заключается в выделении на электродах компонентов составляющих электролит.
Таким образом происходит омеднение, золочения и покрытие другими металлами.
Заключение
Подведем итоги, для протекания электрического тока нужны свободные носители зарядов:
электроны в проводниках (металлы) и вакууме;
электроны и дырки в полупроводниках;
ионы (анионы и катионы) в жидкости и газах.
Для того, чтобы движение этих носителей стало упорядоченны, нужно электрическое поле. Простыми словами — приложить напряжение на концах тела или установить два электрода в среде, где предполагается протекание электрического тока.
Также стоит отметить, что ток определенным образом воздействует на вещество, различают три типа воздействия:
тепловое;
химическое;
физическое.
Полезное
Заряд в движении. Он может принимать форму внезапного разряда статического электричества, такого как, например, молния. Или это может быть контролируемый процесс в генераторах, батареях, солнечных или топливных элементах. Сегодня мы рассмотрим само понятие «электрический ток» и условия существования электрического тока.
Электрическая энергия
Большая часть электроэнергии, которую мы используем, поступает в виде переменного тока из электрической сети. Он создается генераторами, работающими по закону индукции Фарадея, благодаря которому изменяющееся магнитное поле может индуцировать электрический ток в проводнике.
Генераторы имеют вращающиеся катушки провода, которые проходят через магнитные поля по мере их вращения. Когда катушки вращаются, они открываются и закрываются относительно магнитного поля и создают электрический ток, меняющий направление на каждом повороте. Ток проходит через полный цикл вперед и назад 60 раз в секунду.
Генераторы могут питаться от паровых турбин, нагретых углем, природным газом, нефтью или ядерным реактором. Из генератора ток проходит через ряд трансформаторов, где растет его напряжение. Диаметр проводов определяет величину и силу тока, которую они могут переносить без перегрева и потери энергии, а напряжение ограничено только тем, насколько хорошо линии изолированы от земли.
Интересно отметить, что ток переносится только одним проводом, а не двумя. Две его стороны обозначаются как положительная и отрицательная. Однако, поскольку полярность переменного тока изменяется 60 раз в секунду, они имеют и другие названия — горячие (магистральные линии электропередач) и заземленные (проходящие под землей для замыкания цепи).
Зачем нужен электрический ток?
Существует масса возможностей применения электротока: он может осветить ваш дом, вымыть и высушить одежду, поднять дверь вашего гаража, заставить вскипеть воду в чайнике и дать возможность работать другим бытовым предметам, которые значительно облегчают нам жизнь. Тем не менее все более важным становится способность тока передавать информацию.
При подключении к Интернету компьютером используется лишь небольшая часть электрического тока, но это то, без чего современный человек не представляет своей жизни.
Понятие об электрическом токе
Подобно речному течению, потоку молекул воды, электрический ток — это поток заряженных частиц. Что это такое, что его вызывает, и почему он не всегда идет в одном направлении? Когда вы слышите слово «течет», о чем вы думаете? Возможно, это будет река. Это хорошая ассоциация, потому что именно по этой причине электрический ток получил свое название. Он очень похож на поток воды, только вместо молекул воды, движущихся по руслу, заряженные частицы движутся по проводнику.
Среди условий, необходимых для существования электрического тока, есть пункт, предусматривающий наличие электронов. Атомы в проводящем материале имеют много этих свободных заряженных частиц, которые плавают вокруг и между атомами. Их движение является случайным, поэтому поток в каком-либо заданном направлении отсутствует. Что же нужно, чтобы существовал электрический ток?
Условия существования электрического тока включают в себя наличие напряжения. Когда оно применяется к проводнику, все свободные электроны будут двигаться в одном направлении, создавая ток.
Любопытно об электрическом токе
Интересно то, что когда электрическая энергия передается через проводник со скоростью света, сами электроны движутся намного медленнее. На самом деле, если бы вы не спеша прошли рядом с токопроводящей проволокой, ваша скорость была бы в 100 раз быстрее, чем двигаются электроны. Это обусловлено тем, что им не нужно преодолевать огромные расстояния, чтобы передавать энергию друг другу.
Прямой и переменный ток
Сегодня широко используются два разных типа тока — постоянный и переменный. В первом электроны движутся в одном направлении, с «отрицательной» стороны на «положительную». Переменный ток толкает электроны назад и вперед, изменяя направление потока несколько раз в секунду.
Генераторы, используемые на электростанциях для производства электроэнергии, предназначены для производства переменного тока. Вы, наверное, никогда не обращали внимание на то, что свет в вашем доме на самом деле мерцает, поскольку текущее направление меняется, но это происходит слишком быстро, чтобы глаза смогли это распознать.
Каковы условия существования постоянного электрического тока? Зачем нам нужны оба типа и какой из них лучше? Это хорошие вопросы. Тот факт, что мы все еще используем оба типа тока, говорит о том, что они оба служат определенным целям. Еще в XIX веке было понятно, что эффективная передача мощности на большие расстояния между электростанцией и домом была возможна лишь при очень высоком напряжении. Но проблема заключалась в том, что отправка действительно высокого напряжения была чрезвычайно опасной для людей.
Решение этой проблемы состояло в том, чтобы уменьшить напряжение вне дома, прежде чем отправлять его внутрь. И по сей день постоянный электрический ток используется для передачи на большие расстояния, в основном из-за его способности легко преобразовываться в другие напряжения.
Как работает электрический ток
Условия существования электрического тока включают в себя наличие заряженных частиц, проводника и напряжения. Многие ученые изучали электричество и обнаружили, что существует два его типа: статическое и текущее.
Именно второе играет огромную роль в повседневной жизни любого человека, так как представляет собой электрический ток, который проходит через цепь. Мы ежедневно используем его для питания наших домов и многого другого.
Что такое электрический ток?
Когда в цепи циркулируют электрические заряды из одного места в другое, возникает электрический ток. Условия существования электрического тока включают в себя, помимо заряженных частиц, наличие проводника. Чаще всего это провод. Схема его представляет собой замкнутый контур, в котором ток проходит от источника питания. Когда же цепь разомкнута, он не может закончить путь. Например, когда свет в вашей комнате выключен, цепь разомкнута, но когда цепь замкнута, свет горит.
Мощность тока
На условия существования электрического тока в проводнике большое влияние оказывает такая характеристика напряжения, как мощность. Это показатель того, сколько энергии используется в течение определенного периода времени.
Существует много разных единиц, которые могут использоваться для выражения данной характеристики. Однако электрическая мощность почти измеряется в ваттах. Один ватт равен одному джоулю в секунду.
Электрический заряд в движении
Каковы условия существования электрического тока? Он может принимать форму внезапного разряда статического электричества, такого как молния или искра от трения с шерстяной тканью. Однако чаще, когда мы говорим об электрическом токе, мы имеем в виду более контролируемую форму электричества, благодаря которой горит свет и работают приборы. Большая часть электрического заряда переносится отрицательными электронами и положительными протонами внутри атома. Однако вторые в основном иммобилизованы внутри атомных ядер, поэтому работа по переносу заряда из одного места в другое проделывается электронами.
Электроны в проводящем материале, таком как металл, в значительной степени свободны для перехода от одного атома к другому вдоль их зон проводимости, которые являются высшими электронными орбитами. Достаточная электродвижущая сила или напряжение создает дисбаланс заряда, который может вызвать движение электронов через проводник в виде электрического тока.
Если провести аналогию с водой, то возьмем, к примеру, трубу. Когда мы открываем клапан на одном конце, чтобы вода попала в трубу, то нам не нужно ждать, пока эта вода проложит весь путь до ее конца. Мы получаем воду на другом конце почти мгновенно, потому что входящая вода толкает воду, которая уже находится в трубе. Это то, что происходит в случае электрического тока в проводе.
Электрический ток: условия существования электрического тока
Электрический ток обычно рассматривается как поток электронов. Когда два конца батареи соединены друг с другом с помощью металлической проволоки, эта заряженная масса через провод попадает из одного конца (электрода или полюса) батареи на противоположный. Итак, назовем условия существования электрического тока:
Заряженные частицы.
Проводник.
Источник напряжения.
Однако не все так просто. Какие условия необходимы для существования электрического тока? На этот вопрос можно ответить более подробно, рассмотрев следующие характеристики:
Разность потенциалов (напряжение). Это одно из обязательных условий. Между 2 точками должна быть разница потенциалов, означающая, что отталкивающая сила, которая создается заряженными частицами в одном месте, должна быть больше, чем их сила в другой точке. Источники напряжения, как правило, не встречаются в природе, и электроны распределяются в окружающей среде достаточно равномерно. Все же ученым удалось изобрести определенные типы приборов, где эти заряженные частицы могут накапливаться, тем самым создавая то самое необходимое напряжение (например, в батарейках).
Электрическое сопротивление (проводник). Это второе важное условие, которое необходимо для существования электротока. Это путь, по которому перемещаются заряженные частицы. В качестве проводников выступают только те материалы, которые дают возможность электронам свободно перемещаться. Те же, у которых этой способности нет, называются изоляторами. Например, проволока из металла будет отличным проводником, в то время как ее резиновая оболочка будет превосходным изолятором.
Тщательно изучив условия возникновения и существования электрического тока, люди смогли приручить эту мощную и опасную стихию и направить ее на благо человечества.
Что такое электрический ток
Направленное движение электрически заряженных частиц под воздействием . Такими частицами могут являться: в проводниках – электроны , в электролитах – ионы (катионы и анионы), в полупроводниках – электроны и, так называемые, «дырки» («электронно-дырочная проводимость»). Также существует «ток смещения «, протекание которого обусловлено процессом заряда емкости, т.е. изменением разности потенциалов между обкладками. Между обкладками никакого движения частиц не происходит, но ток через конденсатор протекает.
В теории электрических цепей за ток принято считать направленное движение носителей заряда в проводящей среде под действием электрического поля.
Током проводимости (просто током) в теории электрических цепей называют количество электричества, протекающего за единицу времени через поперечное сечение проводника: i=q/t , где i — ток. А; q = 1,6· 10 9 — заряд электрона, Кл; t — время, с.
Это выражение справедливо для цепей постоянного тока. Для цепей переменного тока применяют так называемое мгновенное значение тока, равное скорости изменения заряда во времени: i(t)= dq/dt .
Электрический ток возникает тогда, когда на участке электрической цепи появляется электрическое поле, или разность потенциалов между двумя точками проводника. Разность потенциалов между двумя точками называют напряжением или падением напряжения на этом участке цепи .

Вместо термина «ток» («величина тока») часто применяется термин «сила тока». Однако последний нельзя назвать удачным, так как сила тока не есть какая-либо сила в буквальном смысле этого слова, а только интенсивность движения электрических зарядов в проводнике, количество электричества, проходящего за единицу времени через площадь поперечного сечения проводника.
Ток характеризуется , которая в системе СИ измеряется в амперах (А), и плотностью тока , которая в системе СИ измеряется в амперах на квадратный метр.
Один ампер соответствует перемещению через поперечное сечение проводника в течение одной секунды (с) заряда электричества величиной в один кулон (Кл):
1А = 1Кл / с.
В общем случае, обозначив ток буквой i, а заряд q, получим:
i = dq / dt.
Единица тока называется ампер (А) . Ток в проводнике равен 1 А, если через поперечное сечение проводника за 1 сек проходит электрический заряд, равный 1 кулон.
Если вдоль проводника действует напряжение, то внутри проводника возникает электрическое поле. При напряженности поля Е на электроны с зарядом е действует сила f = Ее. Величины f и Е векторные. В течение времени свободного пробега электроны приобретают направленное движение наряду с хаотическим. Каждый электрон имеет отрицательный заряд и получает составляющую скорости, направленную противоположно вектору Е (рис. 1). Упорядоченное движение, характеризуемое некоторой средней скоростью электронов vcp, определяет протекание электрического тока.
Электроны могут иметь направленное движение и в разреженных газах. В электролитах и ионизированных газах протекание тока в основном обусловлено движением ионов. В соответствии с тем, что в электролитах положительно заряженные ионы движутся от положительного полюса к отрицательному, исторически направление тока было принято обратным направлению движения электронов.
За направление тока принимается направление, в котором перемещаются положительно заряженные частицы, т.е. направление, противоположное перемещению электронов.
В теории электрических цепей за направление тока в пассивной цепи (вне источников энергии) взято направление движения положительно заряженных частиц от более высокого потенциала к более низкому. Такое направление было принято в самом начале развития электротехники и противоречит истинному направлению движения носителей заряда — электронов, движущихся в проводящих средах от минуса к плюсу.

Величина, равная отношению тока к площади поперечного сечения S, называются плотностью тока (обозначается δ ): δ= I / S
При этом предполагается, что ток равномерно распределен по сечению проводника. Плотность тока в проводах обычно измеряется в А/мм2.
По типу носителей электрических зарядов и среды их перемещения различают токи проводимости и токи смещения . Проводимость делят на электронную и ионную. Для установившихся режимов различают два вида токов: постоянный и переменный.
Электрическим током переноса называют явление переноса электрических зарядов заряженными частицами или телами, движущимися в свободном пространстве. Основным видом электрического тока переноса является движение в пустоте элементарных частиц, обладающих зарядом (движение свободных электронов в электронных лампах), движение свободных ионов в газоразрядных приборах.
Электрическим током смещения (током поляризации) называют упорядоченное движение связанных носителей электрических зарядов. Этот вид тока можно наблюдать в диэлектриках.
Полный электрический ток — скалярная величина, равная сумме электрического тока проводимости, электрического тока переноса и электрического тока смещения сквозь рассматриваемую поверхность.
Постоянным называют ток, который может изменяться по величине, но не изменяет своего знака сколь угодно долгое время. Подробнее об этом читайте здесь:
Переменным называют ток, который периодически изменяется как по величине, так и по знаку. Величиной, характеризующей переменный ток, является частота (в системе СИ измеряется в герцах), в том случае, когда его сила изменяется периодически. Переменный ток высокой частоты вытесняется на поверхность проводника. Токи высокой частоты применяется в машиностроении для термообработки поверхностей деталей и сварки, в металлургии для плавки металлов. Переменные токи подразделяют на синусоидальные и несинусоидальные . Синусоидальным называют ток, изменяющийся по гармоническому закону:
i = Im sin ωt,
Скорость изменения переменного тока характеризуется его , определяемой как число полных повторяющихся колебаний в единицу времени. Частота обозначается буквой f и измеряется в герцах (Гц). Так, частота тока в сети 50 Гц соответствует 50 полным колебаниям в секунду. Угловая частота ω — скорость изменения тока в радианах в секунду и связана с частотой простым соотношением:
ω = 2πf
Установившиеся (фиксированные) значения постоянного и переменного токов обозначают прописной буквой I неустановившиеся (мгновенные) значения — буквой i. Условно положительным направлением тока считают направление движения положительных зарядов.
Это ток, который изменяется по закону синуса с течением времени.
Под переменным током также подразумевают ток в обычных одно- и трёхфазных сетях. В этом случае параметры переменного тока изменяются по гармоническому закону.
Поскольку переменный ток изменяется во времени, простые способы решения задач, пригодные для цепей постоянного тока, здесь непосредственно неприменимы. При очень высоких частотах заряды могут совершать колебательное движение — перетекать из одних мест цепи в другие и обратно. При этом, в отличие от цепей постоянного тока, токи в последовательно соединённых проводниках могут оказаться неодинаковыми. Ёмкости, присутствующие в цепях переменного тока, усиливают этот эффект. Кроме того, при изменении тока сказываются эффекты самоиндукции, которые становятся существенными даже при низких частотах, если используются катушки с большой индуктивностью. При сравнительно низких частотах цепи переменного тока можно по-прежнему рассчитывать с помощью , которые, однако, необходимо соответствующим образом модифицировать.
Цепь, в которую входят разные резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы, можно рассматривать, как если бы она состояла из обобщённых резистора, конденсатора и катушки индуктивности, соединённых последовательно.
Рассмотрим свойства такой цепи, подключённой к генератору синусоидального переменного тока. Чтобы сформулировать правила, позволяющие рассчитывать цепи переменного тока, нужно найти соотношение между падением напряжения и током для каждого из компонентов такой цепи.
Играет совершенно разные роли в цепях переменного и постоянного токов. Если, например, к цепи подключить электрохимический элемент, то конденсатор начнёт заряжаться, пока напряжение на нём не станет равным ЭДС элемента. Затем зарядка прекратится и ток упадёт до нуля. Если же цепь подключена к генератору переменного тока, то в один полупериод электроны будут вытекать из левой обкладки конденсатора и накапливаться на правой, а в другой — наоборот. Эти перемещающиеся электроны и представляют собой переменный ток, сила которого одинакова по обе стороны конденсатора. Пока частота переменного тока не очень велика, ток через резистор и катушку индуктивности также одинаков.
В устройствах-потребителях переменного тока переменный ток часто выпрямляется выпрямителями для получения постоянного тока.
Проводники электрического тока
Материал, в котором течёт ток, называется . Некоторые материалы при низких температурах переходят в состояние сверхпроводимости. В таком состоянии они не оказывают почти никакого сопротивления току, их сопротивление стремится к нулю. Во всех остальных случаях проводник оказывает сопротивление течению тока и в результате часть энергии электрических частиц превращается в тепло. Силу тока можно рассчитать по для участка цепи и закону Ома для полной цепи.
Скорость движения частиц в проводниках зависит от материала проводника, массы и заряда частицы, окружающей температуры, приложенной разности потенциалов и составляет величину, намного меньшую скорости света. Несмотря на это, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости света в данной среде, то есть скорости распространения фронта электромагнитной волны.
Как ток влияет на организм человека
Ток, пропущенный через организм человека или животного, может вызвать электрические ожоги, фибрилляцию или смерть. С другой стороны, электрический ток используют в реанимации, для лечения психических заболеваний, особенно депрессии, электростимуляцию определённых областей головного мозга применяют для лечения таких заболеваний, как болезнь Паркинсона и эпилепсия, водитель ритма, стимулирующий сердечную мышцу импульсным током, используют при брадикардии. В организме человека и животных ток используется для передачи нервных импульсов.
По технике безопасности, минимально ощутимый человеком ток составляет 1 мА. Опасным для жизни человека ток становится начиная с силы примерно 0,01 А. Смертельным для человека ток становится начиная с силы примерно 0,1 А. Безопасным считается напряжение менее 42 В.
Электрический ток и протекание тока
Для понимания основ электричества необходимо понимать понятия электрического заряда и тока. Электрически заряженные частицы присутствуют в каждом веществе во Вселенной. Уникальное свойство этих заряженных частиц состоит в том, что они могут двигаться под действием внешней силы. Эта статья призвана помочь вам понять основы электрического тока и его свойства.
Определение тока
Электрический ток обычно называют потоком зарядов через проводник. можно определить как количество заряда , протекающего через площадь поперечного сечения проводника. Другими словами, термин «ток» можно определить как скорость протекания зарядов через проводник. Электроны являются наиболее распространенными носителями заряда. Предположим, что медный проводник подключен к батарее, как показано на рисунке ниже:
Электроны в валентной зоне медного проводника могут легко перемещаться от одного атома к другому, и эти электроны хаотично перемещаются во всех направлениях. Когда применяется разность потенциалов, движение этих электронов ограничивается и контролируется. Следовательно, когда проводник подключен к батарее, все электроны начинают двигаться к положительному выводу (поскольку электроны заряжены отрицательно, они притягиваются к положительному выводу). Это движение отрицательно заряженных электронов и составляет ток.
Единица тока
Поскольку ток представляет собой количество заряженных частиц, пересекающих поперечное сечение проводника в единицу времени, естественно, его единицей измерения является кулон в секунду. Он переименован в Ampere в честь французского ученого по имени Андре-Мари Ампер за его вклад в области электродинамики. Он известен как отец электродинамики.
Один ампер определяется как поток заряда в один кулон в секунду через проводник (т.е.) 6,28×10 ¹⁸ электрона в секунду.
Направление тока
Бенджамин Франклин предположил накопление заряда как скопление невидимой жидкости. Понятие об электроне и структуре атома в то время еще не было известно. Он считал накопление заряда положительным, а отсутствие заряда отрицательным. Следовательно, предполагается, что заряд течет от положительного к отрицательному. Эта концепция известна как обычный ток . Позднее открытие электронов Дж. Дж. Томсоном и открытие заряда электронов Робертом Милликеном привело к революционному изменению представлений о накоплении заряда и протекании тока. Эти открытия выявили истинное направление течения.
Как известно, электроны в валентной зоне проводников притягиваются положительным потенциалом и движутся к нему, образуя ток. Поскольку электроны заряжены отрицательно, фактический поток заряда происходит от отрицательного к положительному.
Плотность тока и скорость дрейфа
Чистая величина тока, протекающего через проводник на единицу площади поперечного сечения в единицу времени, известна как плотность тока. Обозначается буквой J. Скорость электронов в единицу времени известна как их дрейфовая скорость
Постоянный ток
Постоянный ток (DC) всегда постоянен и течет в одном направлении. Его можно назвать однонаправленным током. Источник питания постоянного тока состоит из двух клемм: положительной и отрицательной. Когда нагрузка подключена между этими клеммами, ток течет от одной клеммы к другой. Это может быть от отрицательной клеммы к положительной клемме в случае потока электронов или от отрицательной клеммы к положительной клемме в случае потока ионов. Типичным примером источника питания постоянного тока является обычная батарейка для настенных часов.
Переменный ток
Переменный ток по своей природе изменяется во времени. Направление тока постоянно меняется. Вся наша бытовая техника работает от переменного тока. Переменный ток имеет синусоидальный характер. Наиболее распространенным источником переменного тока является генератор переменного тока или генератор переменного тока. Величина и полярность переменного тока постоянно меняются. Обычно на источниках переменного тока полярность не указывается.
Проводники и изоляторы
Вся материя во Вселенной состоит из атомов. Атомы состоят из электронов. В некоторых материалах электроны очень слабо связаны со своим атомом. Эти материалы допускают свободное движение большого количества электронов, и их можно заставить течь за счет приложения внешней силы. Такие материалы называются проводниками. Медь, алюминий, серебро, золото и т. д. являются очень хорошими проводниками. Почти все металлы являются хорошими проводниками электричества.
Изоляторы плохо проводят электричество. Электроны в изоляторах очень прочно связаны с атомом, и для их освобождения требуется очень большое количество энергии. Дерево, пластик, стекло и т. д. являются хорошими изоляторами.
Как измерить электрический ток?
Электрический ток измеряется с помощью устройства, называемого амперметром. Существуют различные типы амперметров. Он включен последовательно в цепь так, что полный ток протекает через его катушку. Для измерения больших переменных токов используются трансформаторы тока, а амперметр подключается к его клеммам.
Подробнее:
https://www.electricalclassroom.com/electric-current-what-is-electric-current-direction-of-flow-of-electric-current/
Теги Основы, Текущие
Copyright © 2022 Electrical Classroom. Продолжая использовать этот веб-сайт, вы соглашаетесь с нашей политикой в отношении файлов cookie. Политика конфиденциальности
Посмотреть карту сайта
электрических цепей — Почему ток, входящий в проводник, такой же, как и выходящий из него?
$\begingroup$
Предположим, у меня есть проводник, подключенный к батарее. Ток начинает течь по проводнику.
Почему ток, входящий в проводник, такой же, как и ток, выходящий из проводника?
Его кинетическая энергия должна быть уменьшена из-за столкновений внутри проводника, а уменьшение кинетической энергии должно привести к уменьшению тока.
цепи электрические
электрические цепи
проводники
аккумуляторы
$\endgroup$
2
$\begingroup$
Если, скажем, 3 заряда входят каждую секунду, то также 3 заряда должны выходить каждую секунду для установившегося тока.
Если каждую секунду уходит больше, чем входит, то откуда берется дополнительная плата за выход? Это невозможно.
Если каждую секунду выходит меньше, чем входит, то часть зарядов остается внутри проводника. Таким образом, со временем суммарный заряд в проводнике накапливается, увеличивается и увеличивается. Это не невозможно, но…
Помните, что одинаковые заряды отталкиваются. Постоянно увеличивающийся отрицательный суммарный заряд внутри провода будет все сильнее и сильнее отталкивать новые поступающие отрицательные заряды (например, электроны). Вскоре чистый заряд становится достаточно большим, а отталкивание достаточно большим, чтобы сбалансировать напряжение батареи. Тогда больше не будет поступать зарядов, и ток полностью прекратится. Так как это делает , а не происходят в проводах в установившихся условиях в рабочих цепях — поскольку мы ясно видим, что ток , а не перестает течь — тогда все заряды, которые входят в , должны также покидать каждую секунду. Это часть действующего закона Кирхгофа .
Однако вы правы в том, что заряды могут терять кинетическую энергию в виде тепла при прохождении через них. В результате они действительно замедлятся.
Следующие платежи должны будут «подождать». Они будут «стоять в очереди» за замедленными зарядами. Таким образом, за доли секунды все последующие заряды замедлятся до одинаковой (дрейфовой) скорости.
Перед замедленными зарядами мы могли представить, как ведущие заряды продолжают двигаться вперед с большей скоростью. За ними и перед замедленными зарядами образовалась брешь. Но эти уходящие подопечные теперь не «чувствуют» такого же «толчка» сзади. Так что же заставляет их течь с высокой (дрейфовой) скоростью? Любое возмущение, которое замедляет их, приведет к тому же снижению скорости, какой достигли замедленные заряды. Кроме того, «зазор» позади них будет местом с меньшим отрицательным зарядом, таким образом, местом, где они 9.0098 привлек . Такое влечение сзади также будет их замедлять. Таким образом, множество факторов в конечном итоге заставят любые ведущие быстрее движущиеся заряды замедляться и соответствовать скорости.
Все это происходит за долю секунды. Почти мгновенно в большинстве практических целей. За доли секунды все заряды движутся одинаково быстро. Тогда ток во всех частях проводника одинаков. Если вы отключите ток, добавите компонент резистора и снова включите ток, то через долю секунды ток, исходя из тех же соображений, стабилизируется на каком-то новом, более низком установившемся токе, соответствующем этому новому сопротивлению. Таким образом, при достижении устойчивого состояния (что происходит за доли секунды в обычных проводниках и задерживается только тогда, когда задействованы определенные компоненты, специально предназначенные для этого, например конденсаторы), вы всегда будете видеть один и тот же ток во всех точках.
$\endgroup$
9
$\begingroup$
Я полагаю, что ваш вопрос касается того, как ток может оставаться постоянным после прохождения через проводник. Аналогия с водой, введенная Роже Вадимом, напоминает мне другое объяснение. Ребенок спрашивает Х. С. Верму, известного индийского физика, почему ток не уменьшается при прохождении через сопротивление.
Объяснение HC Verma в некотором смысле является методом «доказательства от противного». Итак, давайте сначала предположим 2 вещи. Во-первых, предположим, что поток электронов в проводнике аналогичен физическому потоку воды в трубе. Другими словами, $I=\frac{q}{t}$ аналогичен потоку воды $f=\frac{V}{t}$, где $q$ – заряд, протекающий через поперечное сечение, а $ V$ – объем воды, протекающей через поперечное сечение. Также предположим, что вода несжимаема.
Во-вторых. давайте предположим, что ток действительно уменьшается, когда он проходит через резистор. Это будет предположение, которое мы собираемся опровергнуть.
Сказать, что ток уменьшается после прохождения из-за сопротивления, это примерно то же самое, что сказать, что поток воды, проходящей через трубу, уменьшается из-за трения. Здесь сопротивление и трение играют роль противодействия потокам электронов и воды соответственно. Но это вызывает дилемму. Если начальный расход больше, чем конечный расход, это означает, что объем воды, поступающей в трубу в секунду, больше, чем объем воды, выходящей из трубы за секунду. Куда исчезает вода? Он где-то в трубе застревает? Что ж, если это так, и если в трубе будут скапливаться куски воды, то это приведет к разрыву трубы… чего в практических сценариях не происходит.
Это говорит нам о том, что объем воды, поступающей в трубу в секунду, должен быть равен объему воды, выходящей из трубы в секунду. Аналогично, количество заряда, входящего в резистор в секунду, должно быть равно заряду, выходящему из резистора в секунду. Другими словами, начальный ток и конечный ток эквивалентны.
Это рассуждение вытекает из закона сохранения заряда, который часто выражается формулой непрерывности, данной Роджером Вадимом. Несжимаемые жидкости, подобные той, которую мы использовали в нашей аналогии, также имеют формулу неразрывности, задаваемую $A*v=m=$constant, где $A$ — площадь, $v$ — скорость, а $m$ — масса. в конечном итоге является сохраняющейся физической величиной.
Обратите внимание, что в видео ХК Верма говорил о потоке воды с точки зрения скорости, утверждая, что она остается постоянной. Но это не совсем так, поскольку зависит от площади поперечного сечения, как показано в уравнении неразрывности. Меньшая площадь означает большую скорость. Вы можете представить это легко. Точно так же скорость электронов (т.е. дрейфовая скорость) также обратно пропорциональна площади проводника. Но это другая формула, с которой вы столкнетесь позже.
$\endgroup$
0
$\begingroup$
Я думаю, ваш вопрос подразумевает, что вы думаете, что заряды на одном конце провода «выстреливают» через провод с некоторой начальной кинетической энергией, а сопротивление замедляет его.
Электрическое поле внутри провода постоянно, поэтому в каждой точке провода на заряды действует сила Уравнение
Силы сопротивления внутри провода пропорциональны скорости заряда, обычно в присутствии электрического поля заряды хотят УСКОРИТЬСЯ
Когда электрическая сила равна силе сопротивления, заряды движутся с постоянной скоростью. это «конечная скорость» зарядов в проводе, которая делает плотность тока в точке постоянной.
Если поле Е постоянно по всему проводу, то мы можем сказать, что ток везде постоянен
Найдите друдовскую модель проводимости.
Уравнение движения электрона :
$ma = Eq -(m/T) v$
изначально электрон в присутствии электрического поля ускоряется , и поэтому в точке ЕСТЬ изменяющаяся плотность тока изначально. Однако очень быстро силы сопротивления сравняются с приложенной электрической силой, так что «а» = 0,9{2}т/м)Е$$ $$J = \sigma E$$
, что означает, что плотность тока J в установившемся режиме пропорциональна напряженности электрического поля в точке. так что для постоянного электрического поля J везде будет достигать некоторого постоянного значения
$\endgroup$
$\begingroup$
Сохранение заряда (часто выражаемое уравнением непрерывности, $\partial_t\rho + \nabla\cdot\mathbf{j}=0$ означает, что разница между зарядом, входящим в проводник, и зарядом, выходящим из него, накапливается как заряд внутри этого проводника. Поэтому в вашем сценарии заряд проводника должен расти до бесконечности.
Здесь вводит в заблуждение связывание тока с мгновенной скоростью электрона/заряда, а не с его средней скоростью и количеством заряда. Электроны все время рассеиваются на примесях или фононах в проводнике, поэтому их скорость все время меняется, но в среднем число электронов, проходящих через любое поперечное сечение за период времени, одинаково (если мы не имеем упомянутого накопления заряда). в начале).
Хорошей и очевидной аналогией здесь является поток воды. Представьте себе водопад — вода в водопаде течет намного быстрее, чем вода в реке до водопада или после водопада. При этом количество воды, входящей в водопад и выходящей из него, остается прежним: где-то она ускоряется, где-то замедляется, но средняя скорость остается неизменной.
$\endgroup$
$\begingroup$
Электроны не бильярдные шары. Это не изолированные частицы, прыгающие по проводу. Они взаимодействуют друг с другом посредством электростатических сил. Если вы поместите два электрона в область, они оттолкнутся друг от друга.
Если вы втолкнете электроны в проводник (из батареи), не выпуская их наружу, электростатические силы будут раздвигать электроны. Это означает, что вам придется вкладывать все больше и больше потенциала в цепь (более мощная батарея), чтобы вводить больше электронов. Эта электростатическая сила будет нарастать до тех пор, пока не помешает вашей батарее вводить больше электронов. например, другой вывод батареи), они будут течь естественным образом, потому что на этой стороне меньше электростатической силы.
Типичная аналогия — вода, текущая по шлангу. Вода несжимаема, а шланги довольно жесткие. Если вы попытаетесь набить еще воды, не давая ей уйти, силы, противодействующие вам, быстро вырастут до непреодолимого уровня.
Сейчас там это переходный случай, сразу при подключении аккумулятора где эта модель ломается. Как только вы подключаете аккумулятор, электронов больше поступает в цепь, чем вылетает. Однако это невероятно короче. Электронам может потребоваться пикосекунда (триллионная доля секунды), чтобы промчаться и прийти к устойчивому равновесию, в котором электростатические силы уравновешены.
Почему в вашем проводнике этого не происходит? Вы узнаете о идеальных проводниках. Они упрощены, чтобы облегчить их изучение. Если вы моделируете эти сверхбыстрые эффекты, вы добавите другие свойства, такие как емкость и индуктивность, чтобы сделать проводник, который ведет себя как настоящий проводник. Если вы разрабатываете современное высокоскоростное сетевое оборудование, вам небезразличны эти вещи. Но пока не беспокойтесь о них. Просто знайте, что идеальная модель, о которой вы узнаете имеет ли свои пределы и фокусируется на том, как ведут себя системы, когда они находятся в «устойчивом состоянии», когда электростатические силы находятся в равновесии, а количество электронов, втекающих в проводник, равно количеству вытекающих электронов. Позже, когда вы узнаете о конденсаторах и катушках индуктивности, вы сможете вернуться к этим неидеальным проводникам.
$\endgroup$
$\begingroup$
Идея о том, что заряды, входящие в резистор, движутся быстрее, чем исходящие заряды, имеет смысл, если совокупность входящих и исходящих зарядов не связана напрямую… как река, впадающая в узкий канал, который затем впадает в океан . Это было бы похоже на заряд от облака, летящего по воздуху на землю при ударе молнии.
Однако электронная схема не похожа ни на одну из этих вещей. Источник и сток соединены , и это все меняет. Вместо того, чтобы представлять электроны как независимые объекты, вы должны думать о них как о бусинах на ожерелье, которые все движутся вместе. Вы не можете передвинуть одну бусину, не переместив всех бусин.
Напряжение похоже на силу, которая приводит в движение бусины вокруг ожерелья. Ток подобен скорости, с которой бусины движутся по ожерелью. Сопротивление равносильно тому, что вы кладете руку на бусины, чтобы замедлить их движение. В этот момент должно быть интуитивно понятно, что происходит: вы не просто замедляете приближающиеся бусины после вашей руки. Вы на самом деле замедляете все бусины, потому что они соединены . Замедление бусины вызывает цепную реакцию, которая продолжается по всей цепи до начала вашей руки.
Поскольку мы мыслим линейно, мы склонны анализировать системы редукционистским способом, рассматривая каждый компонент в отдельности. Одна из самых сложных частей понимания электронных схем заключается в том, что все происходит одновременно . Что-то, что происходит в одной части схемы, влияет на то, что происходит на другой стороне, из-за того, как эффекты проходят через текущий поток. Но если вы просто вспомните, что все они связаны, как бусины на ожерелье, это должно прояснить по крайней мере часть заблуждений.
Иными словами, этот вопрос немного похож на вопрос: «Когда вы тормозите колесо, почему часть колеса после тормоза не замедляется до более низкой скорости, чем часть перед тормозом?» ?» Технически да, на микроскопическом уровне, но только из-за скорости звука в материале колеса.
$\endgroup$
1
$\begingroup$
Вы забываете, что за током стоит движущая сила — в устойчивом состоянии сила, вызывающая движение (например) электронов, должна быть такой же, как сила, препятствующая их движению. Эта сила связана с зарядом. Если бы отдельный электрон замедлился, он приблизился бы к другим подобным зарядам, увеличивая силу, отталкивающую их друг от друга (в то время как впереди заряд теперь более положительный, притягивает электрон). Электрон не может замедлиться, потому что больше электронов толкает сзади, а больше «дырок» тянет спереди.
Если вам нужен образ, который, возможно, легче понять, представьте себе стрелу, выпущенную из лука. Чтобы заставить стрелу двигаться быстро, требуется много энергии, потому что стрела имеет значительную массу. Почему наконечник стрелы не вылетает с невероятной скоростью, оставляя позади древко? Потому что они связаны. То же самое и с электронами в проводе.
В отличие от этого, попробуйте составить линию из идеально выровненных бильярдных шаров. Удар по первому (под прямым углом) заставит последний шар в очереди запуститься с той же энергией, которую вы передали первому шару — это , а не заставит все шары запуститься с соответственно меньшей скоростью.
Если бы ток работал так же, ваша картина была бы правильной — ток был бы самым высоким вблизи батареи и падал бы с расстоянием. Но это не так, потому что шары соединены — их либо все двигаются, или ни один из них не двигается (в устойчивом состоянии). Ток будет меньше из-за резистора, но будет иметь одинаковое значение во всех последовательно соединенных частях цепи.
$\endgroup$
1
$\begingroup$
Представьте себе длинный участок дороги с ограничением скорости, которое меняется от 80 до 60 посередине. 5 автомобилей в секунду въезжают в 80. Сколько автомобилей в секунду уезжают в 60? Все еще 5. Они просто ближе друг к другу.
На самом деле это не похоже на ситуацию с электронами в проводнике — на самом деле они ближе друг к другу на входе, но это показывает, что разница в скорости между входом и выходом не имеет ничего общего с разницей в токе.
Любая разница в токе между входом и выходом была бы скоростью, с которой электроны накапливают внутри, но электростатическая сила настолько невероятно сильна, что число электронов в проводнике фактически постоянно и всегда почти равно числу протонов.
$\endgroup$
$\begingroup$
Может быть, это поможет. После всей математики все сводится к компенсирующему увеличению энергии, компенсирующей энергию, потерянную на сопротивление, поэтому на другом конце нет никаких изменений. Я думаю, это то, о чем вы спрашивали.
Ячейка имеет два вывода – отрицательный и положительный. отрицательная клемма имеет избыток электронов, тогда как положительная терминал имеет дефицит электронов. Возьмем позитив терминал как A, а электрический потенциал в точке A определяется как V (A). Точно так же отрицательная клемма — B, а электрический потенциал на B задается через V(B). Электрический ток течет от A к B, и, таким образом, V (A) > V (B).
Разность потенциалов между А и В равна
В = В(А) – В(В) > 0
Математически электрический ток определяется как скорость потока заряд через поперечное сечение проводника.
Таким образом, оно определяется как I = ∆Q/ ∆t, где I — электрический ток, а ∆Q — количество электрического заряда, протекающего через момент времени ∆t.
Потенциальная энергия заряда Q в точке A равна Q V(A), а в точке B равна Q В(Б). Таким образом, изменение потенциальной энергии равно 9.0003
∆Upot = Конечная потенциальная энергия – Начальная потенциальная энергия
= ∆Q [(В (В) – В (А)] = –∆Q В
= –I V∆t (Поскольку I = ∆Q/∆t)
Если принять во внимание кинетическую энергию системы, то также измениться, если заряды внутри проводника двигались без столкновение. Это делается для того, чтобы полная энергия системы оставалась неизменной. Таким образом, по закону сохранения полной энергии имеем:
∆K = –∆Uпот
или ∆K = I V∆t > 0
Таким образом, в электрическом поле, если заряды свободно перемещаются по проводника, кинетическая энергия будет увеличиваться по мере того, как они шаг.
При столкновении зарядов полученная ими энергия делится между атомы. Следовательно, колебания атомов увеличиваются. что приводит к нагреву проводника. Таким образом, некоторое количество энергия рассеивается в виде тепла в реальном проводнике.
$\endgroup$
Твой ответ
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
20.1 Current – College Physics: OpenStax
Глава 20 Электрический ток, сопротивление и закон Ома
Резюме
Определение электрического тока, силы тока и скорости дрейфа
Опишите направление потока заряда в обычном токе.
Используйте скорость дрейфа для расчета тока и наоборот.
Электрический ток определяется как скорость, с которой течет заряд. Большой ток, например, используемый для запуска двигателя грузовика, перемещает большое количество заряда за короткое время, в то время как слабый ток, например, используемый для работы ручного калькулятора, перемещает небольшое количество заряда в течение короткого времени. длительный период времени. В форме уравнения электрического тока [латекс]\boldsymbol{I}[/латекс] определяется как
[латекс]\boldsymbol{I =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta Q}{\Delta t}}[/latex]
, где [латекс]\boldsymbol{\Delta Q}[/латекс] — количество заряда, проходящего через данную область за время [латекс]\boldsymbol{\Delta t}[/латекс]. (Как и в предыдущих главах, начальное время часто принимается равным нулю, и в этом случае [латекс]\жирный символ{\Delta t = t}[/латекс].) (См. рис. 1.) Единицей СИ для тока является . ампер (A), названный в честь французского физика Андре-Мари Ампера (1775–1836). Поскольку [latex]\boldsymbol{I = \Delta Q / \Delta t}[/latex], мы видим, что ампер равен одному кулону в секунду:
[латекс]\boldsymbol{1 \;\textbf{A} = 1 \;\textbf{C} / \textbf{s}}[/latex]
В амперах (или амперах) указаны не только предохранители и автоматические выключатели, но и многие электроприборы.
Рисунок 1. Скорость потока заряда текущая. Ампер — это поток в один кулон через площадь за одну секунду.
Пример 1: Расчет токов: ток в аккумуляторе грузовика и портативном калькуляторе
(a) Какой ток возникает, когда аккумулятор грузовика приводится в движение с зарядом 720 Кл за 4,00 с при запуске двигателя? б) Сколько времени потребуется заряду 1,00 Кл, чтобы пройти через карманный калькулятор, если через него протекает ток 0,300 мА?
Стратегия
Мы можем использовать определение тока в уравнении [латекс]\boldsymbol{I = \Delta Q / \Delta t}[/латекс], чтобы найти ток в части (а), так как заряд и время дается. В части (b) мы меняем определение тока и используем заданные значения заряда и тока, чтобы найти требуемое время.
Решение для (a)
Ввод заданных значений заряда и времени в определение тока дает
[латекс]\begin{array}{r @{{}={}} l} \boldsymbol{ I} & \boldsymbol{\frac{\Delta Q}{\Delta t} = \frac{720 \;\textbf{C}}{4,00 \;\textbf{s}} = 180 \;\textbf{C} / \textbf{s}} \\[1em] & \boldsymbol{180 \;\textbf{A}}. \end{массив}[/латекс]
Обсуждение для (a)
Это большое значение тока иллюстрирует тот факт, что большой заряд перемещается за небольшой промежуток времени. Токи в этих «стартерах» довольно велики, поскольку при приведении чего-либо в движение необходимо преодолевать большие силы трения.
Решение для (b)
Решение соотношения [латекс]\boldsymbol{I = \Delta Q / \Delta t}[/latex] для времени [латекс]\boldsymbol{\Delta t}[/latex] , а ввод известных значений заряда и тока дает 93 \;\textbf{s}}. \end{array}[/latex]
Обсуждение для (b)
Это время чуть меньше часа. Небольшой ток, используемый ручным калькулятором, требует гораздо больше времени для перемещения меньшего заряда, чем большой ток стартера грузовика. Так почему же мы можем работать с нашими калькуляторами всего через несколько секунд после их включения? Это потому, что калькуляторы требуют очень мало энергии. Такие малые требования к току и энергии позволяют портативным калькуляторам работать от солнечных батарей или работать много часов от небольших батарей. Помните, что в калькуляторах нет движущихся частей, как в двигателе грузовика с цилиндрами и поршнями, поэтому технология требует меньших токов.
На рис. 2 показана простая схема и стандартное схематическое представление батареи, проводящего пути и нагрузки (резистора). Схемы очень полезны для визуализации основных особенностей схемы. Одна схема может отображать множество ситуаций. Схема на рис. 2(b), например, может представлять что угодно: от аккумулятора грузовика, подключенного к фаре, освещающей улицу перед грузовиком, до небольшой батареи, подключенной к фонарику-ручке, освещающему замочную скважину в двери. Такие схемы полезны, потому что анализ одинаков для самых разных ситуаций. Нам нужно понять несколько схем, чтобы применить концепции и анализ ко многим другим ситуациям.
Рис. 2. (а) Простая электрическая цепь. Замкнутый путь для протекания тока обеспечивается проводящими проводами, соединяющими нагрузку с клеммами батареи. (b) На этой схеме батарея представлена двумя параллельными красными линиями, проводники показаны прямыми линиями, а зигзаг представляет собой нагрузку. Схема представляет большое разнообразие подобных схем.
Обратите внимание, что направление тока на рис. 2 — от положительного к отрицательному. Направление обычного тока — это направление, в котором будет течь положительный заряд . В зависимости от ситуации могут перемещаться положительные заряды, отрицательные заряды или и то, и другое. В металлических проводах, например, ток переносится электронами, то есть движутся отрицательные заряды. В ионных растворах, таких как соленая вода, движутся как положительные, так и отрицательные заряды. Это верно и для нервных клеток. Генератор Ван де Граафа, используемый для ядерных исследований, может производить ток чисто положительных зарядов, таких как протоны. Рисунок 3 иллюстрирует движение заряженных частиц, составляющих ток. Тот факт, что обычный ток направлен в направлении, в котором будет течь положительный заряд, можно проследить до американского политика и ученого Бенджамина Франклина в 1700-х годах. Он назвал тип заряда, связанного с электронами, отрицательным задолго до того, как стало известно, что они несут ток во многих ситуациях. Франклин, по сути, совершенно не знал о мелкомасштабной структуре электричества.
Важно понимать, что в проводниках, ответственных за производство тока, существует электрическое поле, как показано на рисунке 3. В отличие от статического электричества, где проводник, находящийся в равновесии, не может иметь в себе электрического поля, проводники, по которым течет ток, имеют электрическое поле. поле и не находятся в статическом равновесии. Электрическое поле необходимо для подачи энергии для перемещения зарядов.
Установление связей: домашнее исследование — иллюстрация электрического тока
Найдите соломинку и горошины, которые могут свободно перемещаться в соломе. Положите соломинку на стол и наполните ее горошком. Когда вы вставляете одну горошину с одного конца, другая горошина должна выскочить с другого конца. Эта демонстрация представляет собой аналогию электрического тока. Определите, что сравнивается с электронами и что сравнивается с запасом энергии. Какие еще аналогии вы можете найти для электрического тока?
Обратите внимание, что движение гороха основано на физическом столкновении горошин друг с другом; электроны текут за счет взаимно отталкивающих электростатических сил.
Рис. 3. Ток I — это скорость, с которой заряд проходит через площадь A , такую как поперечное сечение провода. Условный ток определен для движения в направлении электрического поля. {-19-}{\textbf{s}}} \end{array}[/latex]
Дискуссия
Заряженных частиц, движущихся даже в малых течениях, так много, что отдельные заряды не замечаются, как отдельные воды молекулы не замечаются в потоке воды. Еще более удивительно то, что они не всегда продолжают двигаться вперед, как солдаты на параде. Скорее они похожи на толпу людей с движением в разных направлениях, но общей тенденцией двигаться вперед. В металлической проволоке происходит множество столкновений с атомами и, конечно же, с другими электронами. 9{-4} \;\textbf{m} / \textbf{s}}[/latex]. Как нам согласовать эти две скорости и что это говорит нам о стандартных проводниках?
Высокая скорость электрических сигналов обусловлена тем, что сила между зарядами быстро действует на расстоянии. Таким образом, когда свободный заряд попадает в провод, как на рис. 4, входящий заряд отталкивает другие заряды впереди себя, которые, в свою очередь, отталкивают заряды дальше по линии. Плотность заряда в системе нельзя легко увеличить, поэтому сигнал передается быстро. Возникающая в результате ударная волна электрического тока движется по системе почти со скоростью света. Точнее, этот быстро движущийся сигнал или ударная волна представляет собой быстро распространяющееся изменение электрического поля.0003 Рисунок 4. Когда заряженные частицы попадают в этот объем проводника, такое же количество быстро вынуждено покинуть его. Отталкивание между одноименными зарядами затрудняет увеличение количества зарядов в объеме. Таким образом, как только входит один заряд, другой почти сразу уходит, быстро перенося сигнал вперед.
Хорошие проводники имеют большое количество свободных зарядов. В металлах свободными зарядами являются свободные электроны. На рис. 5 показано, как свободные электроны движутся по обычному проводнику. Расстояние, которое может пройти отдельный электрон между столкновениями с атомами или другими электронами, весьма мало. Таким образом, траектории электронов кажутся почти случайными, как движение атомов в газе. Но в проводнике есть электрическое поле, которое заставляет электроны дрейфовать в указанном направлении (противоположном полю, поскольку они отрицательны). скорость дрейфа [латекс]\boldsymbol{v_d}[/латекс] — средняя скорость свободных зарядов. Скорость дрейфа довольно мала, поскольку так много свободных зарядов. Если у нас есть оценка плотности свободных электронов в проводнике, мы можем рассчитать скорость дрейфа для данного тока. Чем больше плотность, тем ниже скорость, необходимая для данного тока.
Рис. 5. Свободные электроны, движущиеся в проводнике, совершают много столкновений с другими электронами и атомами. Показан путь одного электрона. Средняя скорость свободных зарядов называется скоростью дрейфа v _d , а направление противоположно электрическому полю для электронов. Столкновения обычно передают энергию проводнику, что требует постоянной подачи энергии для поддержания постоянного тока.
Проводимость электричества и тепла
Хорошие электрические проводники часто также являются хорошими проводниками тепла. Это связано с тем, что большое количество свободных электронов может переносить электрический ток и переносить тепловую энергию.
Столкновения свободных электронов передают энергию атомам проводника. Электрическое поле выполняет работу по перемещению электронов на расстояние, но эта работа не увеличивает кинетическую энергию (и, следовательно, скорость) электронов. Работа передается атомам проводника, возможно повышая температуру. Таким образом, для поддержания протекания тока требуется непрерывная потребляемая мощность. Исключение, конечно, составляют сверхпроводники по причинам, которые мы рассмотрим в одной из последующих глав. Сверхпроводники могут иметь постоянный ток без постоянного источника энергии — большая экономия энергии. Напротив, подача энергии может быть полезной, например, в нити накала лампочки. Подача энергии необходима для повышения температуры вольфрамовой нити, чтобы нить накала светилась.
Установление связей: домашнее расследование — Наблюдение за нитью
Найдите лампочку с нитью накала. Посмотрите внимательно на нить и опишите ее строение. К каким точкам присоединяется нить?
Мы можем получить выражение для зависимости между током и скоростью дрейфа, рассмотрев количество свободных зарядов в отрезке провода, как показано на рисунке 6. {-19} \;\textbf{C}}[/latex].) Ток – это заряд, перемещаемый в единицу времени; таким образом, если все первоначальные заряды перемещаются из этого сегмента за время [latex]\boldsymbol{\Delta t}[/latex], ток равен
[латекс]\boldsymbol{I =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{\Delta Q}{\Delta t}}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{=}[/латекс] [ латекс]\boldsymbol{\frac{qnAx}{\Delta t}}.[/latex]
Обратите внимание, что [latex]\boldsymbol{x / \Delta t}[/latex] — величина скорости дрейфа, [latex]\boldsymbol{v _{\textbf{d}}}[/latex], поскольку заряды переместиться на среднее расстояние [латекс]\boldsymbol{x}[/латекс] за время [латекс]\boldsymbol{\Delta t}[/латекс]. Перестановка терминов дает
[латекс]\boldsymbol{I = nqAv _{\textbf{d}}}[/латекс],
где [латекс]\boldsymbol{I}[/латекс] — ток через провод с площадью поперечного сечения [латекс]\boldsymbol{А}[/латекс], изготовленный из материала с плотностью свободного заряда [латекс]\ жирныйсимвол{n}[/латекс]. Каждый из носителей тока имеет заряд [латекс]\boldsymbol{q}[/латекс] и движется с дрейфовой скоростью величины [латекс]\жирный символ{v_{\textbf{d}}}[/латекс].
Рис. 6. Все заряды в заштрихованном объеме этой проволоки удаляются за время t со скоростью дрейфа величиной v _d = x/t . См. текст для дальнейшего обсуждения.
Обратите внимание, что простая скорость дрейфа — это еще не все. Скорость электрона намного больше скорости его дрейфа. Кроме того, не все электроны в проводнике могут двигаться свободно, а те, которые могут двигаться, могут двигаться несколько быстрее или медленнее скорости дрейфа. Так что же мы подразумеваем под свободными электронами? Атомы в металлическом проводнике упакованы в виде решетчатой структуры. Некоторые электроны находятся достаточно далеко от ядер атомов, поэтому они не испытывают притяжения ядер так сильно, как внутренние электроны. Это свободные электроны. Они не связаны ни с одним атомом, а вместо этого могут свободно перемещаться среди атомов в «море» электронов. Эти свободные электроны реагируют ускорением при приложении электрического поля. Конечно, когда они движутся, они сталкиваются с атомами в решетке и другими электронами, выделяя тепловую энергию, и проводник нагревается. В изоляторе организация атомов и структура не допускают таких свободных электронов. 98 \;\textbf{m} / \textbf{s}}[/latex]), чем несущие его заряды.
Электрический ток [латекс]\boldsymbol{I}[/латекс] — это скорость, с которой течет заряд, определяемая выражением
[латекс]\boldsymbol{I = \frac{\Delta Q}{\Delta t}},[/latex]
, где [латекс]\boldsymbol{\Delta Q}[/латекс] — количество заряда, проходящего через площадь во времени [латекс]\boldsymbol{\Delta t}[/латекс].
Направление обычного тока принимается за направление, в котором движется положительный заряд.
Единицей силы тока в системе СИ является ампер (А), где [latex]\boldsymbol{1 \;\textbf{A} = 1 \;\textbf{C} / \textbf{s}}[/latex].
Ток — это поток свободных зарядов, таких как электроны и ионы.
Скорость дрейфа [латекс]\boldsymbol{v_{\textbf{d}}}[/латекс] — средняя скорость, с которой движутся эти заряды.
Текущий [латекс]\boldsymbol{I}[/latex] пропорционален скорости дрейфа [латекс]\boldsymbol{v_{\textbf{d}}}[/латекс], выраженной в соотношении [латекс]\boldsymbol{ I = nqAv _{\textbf{d}}}[/латекс]. Здесь [латекс]\boldsymbol{I}[/латекс] — ток через провод с площадью поперечного сечения [латекс]\жирный символ{А}[/латекс]. Материал проволоки имеет плотность свободного заряда [латекс]\boldsymbol{n}[/латекс], а каждый носитель имеет заряд [латекс]\boldsymbol{q}[/латекс] и дрейфовую скорость [латекс]\boldsymbol{v_ {\textbf{d}}}[/латекс]. 9{12}}[/latex] раз больше дрейфовой скорости свободных электронов.
Задачи и упражнения
1: Какова сила тока в миллиамперах, создаваемая солнечными элементами карманного калькулятора, через который проходит заряд 4,00 Кл за 4,00 ч?
2: Всего через фонарь проходит заряд 600 Кл за 0,500 ч. Какой средний ток?
3: Какова сила тока, когда типичный статический заряд [латекс]\boldsymbol{0,250 \;\mu \textbf{C}}[/latex] перемещается с вашего пальца на металлическую дверную ручку в [латексе]\ жирныйсимвол{1. 00 \;\mu \textbf{s}}[/latex]?
4: Найдите силу тока, когда 2,00 нКл прыгает между расческой и волосами за интервал времени 0,500 – [латекс]\мю\текстбф{с}[/латекс].
5: Большая молния имела силу тока 20 000 А и заряд 30,0 Кл. Какова была его продолжительность?
6: Ток силой 200 А через свечу зажигания перемещает заряд 0,300 мКл. Как долго держится искра?
7: (a) Дефибриллятор посылает ток силой 6,00 А через грудную клетку пациента, применяя потенциал 10 000 В, как показано на рисунке ниже. Чему равно сопротивление пути? (b) Лопасти дефибриллятора соприкасаются с пациентом через проводящий гель, который значительно снижает сопротивление пути. Обсудите трудности, которые возникли бы, если бы большее напряжение использовалось для получения того же тока через пациента, но с сопротивлением пути, возможно, в 50 раз превышающим сопротивление. (Подсказка: ток должен быть примерно таким же, поэтому более высокое напряжение будет означать большую мощность. 2 R}[/латекс].)
Рисунок 7. Конденсатор в дефибрилляторе пропускает ток через сердце пациента
8: Во время операции на открытом сердце дефибриллятор может быть использован для выведения пациента из состояния остановки сердца. Сопротивление пути составляет [латекс]\boldsymbol{500 \;\Omega }[/латекс], и необходим ток 10,0 мА. Какое напряжение должно быть подано?
9: (а) Дефибриллятор пропускает ток силой 12,0 А через туловище человека за 0,0100 с. Сколько заряда перемещается? б) Сколько электронов проходит по проводам, подсоединенным к пациенту? (См. рисунок две проблемы выше.) 9{++}}[/latex] ядра поражают цель?
14: Повторить приведенный выше пример на Примере 3, но для провода из серебра и данного на один атом серебра приходится один свободный электрон.
15: Используя результаты вышеприведенного примера на Примере 3, найти скорость дрейфа в медной проволоке двойного диаметра и несущей ток 20,0 А.
16: 1,628 мм. Ток какой величины протекает при скорости дрейфа 1,00 мм/с? (Полезную информацию см. выше в примере 3.)
17: SPEAR, накопительное кольцо диаметром около 72,0 м в Стэнфордском линейном ускорителе (закрыт в 2009 г.), имеет циркулирующий пучок электронов силой 20,0 А, которые движутся почти со скоростью света. (См. рис. 8.) Сколько электронов находится в пучке?
Рисунок 8. Электроны, циркулирующие в накопительном кольце SPEAR, образуют ток силой 20,0 А. Поскольку они движутся со скоростью, близкой к скорости света, каждый электрон совершает множество оборотов в секунду.
электрический ток
скорость, с которой течет заряд, I = Δ Q / Δ t
ампер
(ампер) единица силы тока в системе СИ; 1 А = 1 Кл/с
скорость дрейфа
средняя скорость, с которой текут свободные заряды в ответ на электрическое поле

Какова сила тока, протекающего через электрический пресс, если количество заряда, проходящего через проводник за 10 минут, равно 300 Кл?
Дом
Физика
Электричество
Какова сила тока, протекающего через электрический пресс, если количество заряда, прошедшего через проводник в. ..
= 300C
Заданное время = 10 мин = 10 x 60 с = 600 с
Поскольку мы знаем, что
Q = I x t
I = Q/t
I = 300/600
I = 0,5 А
Следовательно, ответ равен 0,3 А
Всего просмотров: 8041 Электричество
Связанная тема:-
Определение электричества в физике.
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО :- Электричество означает поток заряда. Электрический ток: Скорость потока электрического заряда через любое поперечное сечение проводника в единицу времени называется электрическим током. Электрический ток (I) = заряд (q)/время (t). Единицей электрического тока в системе СИ является ампер (А). Электрический потенциал: количество работы, совершаемой для переноса единичного положительного заряда из бесконечности в эту точку. Единицей электрического потенциала в системе СИ является вольт (В). … еще
Часто задаваемые вопросы, связанные с электричеством
1. Почему вольфрам используется почти исключительно для нити накала электрической лампы?
2. Что потребляет больше энергии: телевизор мощностью 250 Вт за 1 час или тостер мощностью 1200 Вт за 10 минут?
3. Когда разность потенциалов между двумя точками считается равной 1 вольту?
4. Как изменится сопротивление провода, если его диаметр увеличить вдвое?
5. С какой силой один кулон электрического заряда действует на равный заряд, расположенный на расстоянии одного метра от него?
6. Сколько вместе взятых электронов составляет один кулон?
7. Чем отличается провод, используемый в элементе электронагревателя, от провода плавкого предохранителя?
8. Назовите любую причину, по которой большинство тепловых электростанций строится вблизи угольных или нефтяных месторождений.
9. Три резистора 10 Ом, 15 Ом и 5 Ом соединены параллельно. Найдите их эквивалентное сопротивление.
10. Рассчитайте ток через лампу мощностью 25 Вт, работающую при напряжении 250 В. 9-19 Кл, найдите приблизительное число электронов в 1 Кл.
16. Мощность лампы 60 Вт. Найдите энергию в джоулях, потребляемую ею за 1 с.
17. Почему мы используем медные и алюминиевые провода для передачи электрического тока.
18. Какова сила тока, протекающего через электрический пресс, если количество заряда, проходящего через проводник за 10 минут, равно 300 Кл?
19. Электрический прибор имеет сопротивление 25 Ом. Когда этот электроприбор подключен к сети 230 В, ток, проходящий через него, составит
20. Батарейка 12В соединена последовательно с резисторами 0,2 Ом, 0,3 Ом, 0,4 Ом, 0,5 Ом и 12 Ом. Какой ток будет протекать через резистор 0,3 Ом?
21. Лампа автомобильной фары, работающая от автомобильного аккумулятора 12 В, потребляет ток 0,5 А. Сопротивление лампочки равно
22. Выделяют ли электрические обогреватели угарный газ?
23. Различать открытые и закрытые контуры.
Другие новые вопросы, связанные с физикой
1. Предмет массой 0,75 кг подвешен на веревке, прикрепленной к крыше. с какой силой струна будет действовать на объект?
2. Поезд длиной 100 метров движется со скоростью 72 километра в час. найти время, за которое он проедет по мосту длиной 2 км.
3. Молот массой 300 г, двигаясь со скоростью 40 м/с, ударил по гвоздю. гвоздь останавливает молоток за очень короткое время 0,02 секунды. рассчитать силу удара гвоздя по молотку.
4. Максимальная скорость поезда 90 км в час. на преодоление расстояния в 500 км уходит 10 часов. найти отношение его средней скорости к максимальной.
5. Автомобиль движется с постоянной скоростью 20 м/с. Определить время, за которое автомобиль проедет 10 км. Дайте ответ в минутах и секундах.
6. Мира едет на велосипеде к другу в 5 км, чтобы доставить посылку. Она идет со скоростью 12 километров в час и возвращается со скоростью 8 километров в час. Вычислите ее среднюю скорость на всем пути.
7. Как фокусное расстояние сферического зеркала связано с радиусом кривизны?
8. Какой тип объектива используется в микроскопе?
9. Что такое коммерческая единица энергии? Сколько джоулей энергии содержится в 1 единице?
10. Лампа потребляет 1000 Дж электрической энергии за 10 с. Какова его мощность?
11. Некоторое домохозяйство израсходовало 250 единиц энергии в течение месяца. Сколько это энергии в джоулях?
12. Предмет высотой 5 см расположен перпендикулярно главной оси выпуклой линзы с фокусным расстоянием 10 см. Если предмет расположен на расстоянии 30 см от линзы, найти положение, размер и характер изображения.
13. Сферическое зеркало и тонкая сферическая линза имеют фокусное расстояние -15 см каждая. что это за зеркало и линза?
14. Напишите любой способ наведения тока в катушке.
15. Укажите направление силовых линий магнитного поля (i) внутри стержневого магнита и (ii) снаружи стержневого магнита.
16. Напишите основной принцип производства электроэнергии на атомной электростанции. Напишите две проблемы, с которыми сталкиваются люди, живущие вблизи таких АЭС.
17. Сферическое зеркало дает изображение с увеличением -1 на экране, расположенном на расстоянии 50 см от зеркала. а) Напишите тип зеркала. б) Найдите расстояние от изображения до предмета. в) Чему равно фокусное расстояние зеркала?
18. Объясните, почему небо кажется голубым наблюдателю с поверхности земли? Какого цвета небо будет у астронавта, находящегося на международной космической станции, вращающейся вокруг Земли? Обоснуйте свой ответ аргументацией.
19. Почему пассажир, выпрыгивая из быстро движущегося автобуса, падает лицом вниз?
20. Почему пожарному сложно поливать из шланга, который с большой скоростью выбрасывает большое количество воды?
21. Что из следующего имеет большую инерцию: (1) Каучук или камень одинакового размера? (2) Велосипед или поезд? (3) Монета в пять рупий или монета в одну рупию?
22. Масса тела на Земле 60 кг, какова его масса на Земле и на Луне?
92)
25. Что из двух обладает потенциальной энергией — тетива натянутого лука или стрела, выпущенная из лука? Почему?
26. Выведите формулу потенциальной энергии объекта, находящегося на высоте h над землей.
27. Напишите три примера потенциальной энергии, которой обладает тело.
28. Почему колеблющийся груз в конце концов останавливается? что происходит с его энергией в конце концов? это нарушение То есть закона сохранения энергии? Обсудить
29. Скорость тела массой 100 кг увеличилась с 5 м/с до 8 м/с за 6 с, определите действующую на него силу.
30. Грузовой автомобиль массой 1000 кг движется со скоростью 0,5 м/с, определите его импульс.
Электрический ток и теория электричества
Электрический ток есть не что иное, как скорость прохождения электрического заряда через проводник во времени. Это вызвано дрейфом свободных электронов через проводник в определенном направлении. Как мы все знаем, единицей измерения электрического изменения является кулон, а единицей времени — секунда, измеряющая 9Единицей 0007 текущего числа является кулон в секунду, и эта логическая единица текущего числа имеет особое название Ампер в честь известного французского ученого Андре-Мари Ампера.
Если полный заряд Q кулонов проходит через проводник за время t, то ток I = Q / t кулонов в секунду или ампер.
Для лучшего понимания приведем пример, предположим, что всего за 50 секунд через проводник передается заряд 100 Кл. Какой ток?
Поскольку ток есть не что иное, как скорость переноса заряда в единицу времени, он будет отношением общего переноса заряда к требуемому для этого времени. Следовательно, здесь
«Ампер» — единица силы тока Sl.
Определение электрического тока
Хотя к проводнику приложена разность потенциалов, по нему протекает электрический заряд, а электрический ток является мерой количества электрического заряда, протекающего через проводник в единицу времени.
Теория электричества
В атоме равное количество электронов и протонов. Следовательно, атом в целом электрически нейтрален. Поскольку протоны в центральном ядре имеют положительный заряд, а электроны, вращающиеся вокруг ядра, имеют отрицательный заряд, между электронами и протонами будет действовать сила притяжения. В атоме различные электроны располагаются на разных орбитальных оболочках, расположенных на разных расстояниях от ядра. Сила более активна к электронам, расположенным ближе к ядру, чем к электронам, расположенным на внешней оболочке атома. Один или несколько из этих слабо связанных электронов могут быть оторваны от атома. Атомы с недостатком электронов называются ионами. Из-за недостатка электронов по сравнению с количеством протонов указанный ион становится положительно заряженным. Следовательно, этот ион называют положительным ионом и из-за положительного электрического заряда; этот ион может притягивать другие электроны извне. Электрон, ранее оторвавшийся от какого-либо другого атома, может занять самую внешнюю оболочку этого иона и, следовательно, этот ион снова станет нейтральным атомом. Электроны, которые случайным образом перемещаются от атома к атому, называются свободными выборами. Когда к проводнику приложено напряжение, из-за наличия электрического поля свободные электроны начинают дрейфовать в определенном направлении в соответствии с направлением напряжения и электрического поля. Это явление вызывает ток в проводнике. Движение электронов означает движение отрицательного заряда, а скорость переноса этого заряда во времени известна как ток. Количество отрицательного электрического заряда в электроне равно 1,602·10 9 .0021 -19 Кулон. Следовательно, один кулон отрицательного электрического заряда состоит из 1/1,602 х 10 ^-19 = 6,24 х 10 ¹⁸ числа электронов. Следовательно, во время дрейфа электрона в определенном направлении, если 6,24 X 10 ¹⁸ электронов пересекают определенное поперечное сечение проводника за одну секунду, говорят, что ток равен одному амперу. Поскольку мы уже видели единицу текущих , ампер равен кулону в секунду.
Видеопрезентация по теории электрического тока

Измерение тока
Наиболее распространенный метод измерения тока заключается в подключении амперметра последовательно к цепи, ток которой необходимо измерить. Это так, потому что; весь ток, протекающий по цепи, должен также проходить и через амперметр. Идеальное внутреннее сопротивление или импеданс амперметра равно нулю. Следовательно, в идеале на амперметре, включенном в цепь, не должно быть падения напряжения. Обычный аналоговый амперметр состоит из катушки тока. Всякий раз, когда через эту катушку протекает ток, она отклоняется от своего положения в зависимости от величины тока, протекающего через нее. К узлу катушки прикреплен указатель; следовательно, он указывает текущие показания на циферблате амперметра. Для для измерения переменного тока , вместо обычного амперметра также можно использовать измеритель с зажимом или клещевой тестер. В этом амперметре к счетчику прикреплен сердечник трансформатора тока, который можно легко закрепить на токопроводящем проводнике. Благодаря такому расположению ток в цепи преобразуется во вторичную обмотку ТТ, и этот вторичный ток затем измеряется на циферблате измерительного прибора без нарушения непрерывности тока, в отличие от обычного амперметра.
Обычный поток тока против потока электронов
Раньше считалось, что ток — это поток положительного заряда, поэтому ток всегда выходит из положительного полюса батареи, проходит через внешнюю цепь и входит в отрицательную клемму батареи. Это называется обычным потоком тока . На основе этой концепции были разработаны все теории электричества, формулы и символы. После развития атомарной природы материи мы узнали, что фактическая причина возникновения тока в проводнике связана с движением свободных электронов, а электроны имеют отрицательное изменение. Из-за отрицательного заряда электроны перемещаются от отрицательной клеммы к положительной клемме батареи через внешнюю цепь. Итак, обычный поток тока всегда в направлении, противоположном потоку электронов. Но изменить все ранее открытые последующие правила, условности, теории и формулы по направлению движения электронов в проводнике было невозможно. Таким образом, была принята концепция обычного течения. Истинный поток электронов используется только тогда, когда необходимо объяснить определенные эффекты (например, в полупроводниковых устройствах, таких как диоды и транзисторы). Всякий раз, когда мы рассматриваем основные электрические цепи и устройства, мы используем обычный поток тока, то есть ток, протекающий по цепи от положительного вывода к отрицательному.
Видео о протекании обычного тока

Виды тока
Существует только два вида электрического тока , постоянный ток и переменный ток. Мы сокращаем их как DC и AC соответственно. Концепция постоянного тока была разработана раньше переменного тока. Но самым популярным средством производства, передачи и распределения электроэнергии становится переменный ток. Направление потока постоянного тока является однонаправленным, что означает, что этот ток не меняет своего направления во время протекания. Наиболее распространенными примерами постоянного тока в нашей повседневной жизни являются токи, которые мы получаем от всех видов аккумуляторных систем. Но наиболее популярной формой электрического тока является переменный ток или переменный ток. Переменный ток имеет некоторые преимущества перед постоянным током для генерации, передачи и распределения, поэтому ток, который мы получаем от наших электроснабжающих компаний, обычно представляет собой переменный ток.
Переменный ток
Ток, течение которого не является однонаправленным, более того, он имеет переменную частоту, называется переменным током . Другими словами, направление тока в цепи непрерывно меняется с прямого на обратное, а затем с обратного на прямое. Количество раз, когда это направление меняется с прямого на обратное или с заднего на прямое в секунду, называется частотой тока. Ток, вырабатываемый генератором, всегда равен переменный ток . Форма волны переменного тока обычно синусоидальная. Но также доступны квадратные, треугольные и другие формы волны для отслеживания тока.
Условное направление переменного тока
Как и постоянный ток, переменный ток обозначен стрелкой. AC имеет как прямое, так и обратное направление потока. Наконечник стрелки всегда указывает прямое направление тока. С другой точки зрения, когда ток имеет положительный клапан, направление тока такое же, как у стрелки, и когда ток получает отрицательное значение; его направление прямо противоположно опорной стрелке.
Существуют в основном два эффекта тока , такие как эффект нагрева и магнитный эффект. Каждое использование электричества, которое мы наблюдаем в нашей повседневной жизни, происходит либо из-за нагревательного эффекта , либо из-за магнитного эффекта тока . Например, лампочка в нашем доме светится благодаря тепловому эффекту тока , а вентилятор вращается в нашем доме благодаря магнитному эффекту тока . Есть тысячи других примеров, которые могут проиллюстрировать влияние тока тоже.
Эффект нагрева электрического тока
Всякий раз, когда ток проходит через проводник, происходит выделение тепла из-за омических потерь в проводнике. Это широко известно как нагревательный эффект тока. Поскольку мы не можем использовать электроэнергию напрямую, нам необходимо преобразовать ее в другую полезную мощность, например, в тепло, свет, механическую энергию и т. д. Когда ток течет по проводнику, возникают некоторые потери, и эти потери почти неизбежны, и, тем более, сопротивление проводник, больше потери. Эти потери из-за электрического сопротивления проводника в основном ответственны за тепловое воздействие тока . Поскольку некоторое количество электроэнергии преобразуется в тепловую энергию, это явление можно описать законом Джоуля, который гласит, что
Где H — выработанное тепло в калориях, i — это ток, протекающий по проводу, и его измеряется в амперах, r — сопротивление проводника в омах (Ом), а t — продолжительность протекания тока в секундах. Если мы знаем время протекания тока, сопротивление провода и количество протекающего тока, мы можем легко определить выделяемое тепло в цепи. Это тепло можно использовать по-разному.
Мы видели, что чем больше электрическое сопротивление провода, тем больше выделяется тепла в цепи, но чтобы точнее знать о нагревающем действии тока, мы должны знать о нем на атомном уровне. Поскольку поток тока есть не что иное, как поток электронов, всегда будет сопротивление со стороны неподвижных атомов проводника. Неподвижные атомы проволоки сопротивляются потоку электронов, в результате чего происходят столкновения, и по мере того, как кинетическая энергия превращается в тепловую, мы видим, что проволока нагревается.
Применение нагревательного эффекта электрического тока
Теперь генерируемое тепло можно рассматривать со многих точек зрения. Иногда это рассматривается только как потеря, и ее пытаются свести к минимуму. Принимаются различные меры для минимизации рассеивания тепла от проводника. Но мы можем видеть много положительных применений теплового эффекта тока в нашей повседневной жизни. Электрический утюг, вся идея или принцип работы зависит от нагревательного эффекта тока. Высокоомный провод используется в качестве основной катушки в электрическом утюге, когда ток проходит через катушку, катушка нагревается и утюг работает. А как быть с перегревом электрического утюга? Эту проблему можно решить, используя биметаллические проводники. В схеме используются биметаллические пластины из двух разных металлов. Поскольку коэффициент теплового расширения двух металлов различен, то из-за эффекта нагрева расширение одного металла отличается от расширения другого металла; в результате пластина изгибается и после достижения определенной температуры контакт цепи размыкается и ток, протекающий через катушку, прекращается, и электроутюг тоже больше не греется.
Тот же механизм используется в электронагревателе, с той лишь разницей, что здесь нет биметаллической пластины или автоматического выключателя.
Другое применение нагревательного эффекта тока наблюдается в электрических лампочках. Провод, который используется внутри лампочки, загорается и излучает свет после достижения определенной температуры. Металл, используемый в колбе, в основном изготовлен из вольфрама.
И, наконец, самое важное применение теплового эффекта тока есть в электрических предохранителях, которые используются почти везде. От крупных промышленных предприятий до бытового уровня везде необходим электрический предохранитель. Плавкий предохранитель изготовлен из таких металлов, которые имеют определенную температуру плавления. Они подходят для нормального тока, но когда через цепь протекает сверхток; выделяемого тепла в проводе предохранителя достаточно, чтобы расплавить металлическую часть провода предохранителя и разорвать цепь. Таким образом, дорогостоящее оборудование защищено, так как большой ток может привести к необратимому повреждению оборудования.
Магнитные эффекты электрического тока
Магнитное поле, создаваемое проводником с током
В 1819 году датский физик Ганс Кристиан Эрстед открыл, что ток всегда создается определенным магнитным эффектом. Он наблюдал проводник с током, помещенный рядом с магнитной стрелкой; стрелка отклоняется в определенном направлении. Он также заметил, что когда направление тока в проводнике меняется на противоположное, стрелка отклоняется в противоположном направлении.
Это означает, что существует магнитное поле из-за проводника с током . Дальнейшее исследование показывает, что магнитное поле вокруг проводника состоит из ряда концентрических замкнутых силовых линий. Если мы пропустим ток через проводник через карточную доску, как показано на рисунке, и попытаемся изобразить поле с помощью магнитной стрелки на этой карточной доске, мы получим магнитные линии, как показано на рисунке. Все это замкнутые круги, концентрические с проводником. Теперь, если мы обратим ток в проводнике и повторим тот же эксперимент, как показано на рисунке, мы получим противоположно направленные замкнутые круговые магнитные линии, концентрические с проводником, как показано.
Из вышеприведенного эксперимента также установлено, что когда ток течет по проводнику вверх, направление круговых магнитных линий против часовой стрелки, если смотреть сверху. С другой стороны; если ток течет по проводнику в направлении вниз, круговые магнитные линии идут по часовой стрелке, если смотреть сверху.
Свойства магнитного поля , создаваемого проводником с током , можно резюмировать следующим образом:
Все линии магнитного поля имеют круглую форму, симметричны друг другу и концентричны оси проводника с током.
Радиус силовых линий увеличивается по мере удаления от оси проводника.
Направление магнитной круговой линии зависит от направления тока через проводник.
Плотность магнитного потока индуцированного магнитного поля вокруг проводника увеличивается, если ток, протекающий через проводник, увеличивается, и уменьшается, если ток уменьшается.
Определение направления магнитного поля вокруг проводника с током.
Существуют в основном два популярных правила для определения направления магнитного поля в проводнике с током: Правило штопора и Правило правой руки.
Правило штопора
Если правый штопор держать так, чтобы его ось была параллельна проводнику, указывающему направление тока, и головка винта вращалась в таком направлении, что винт двигался в направлении ток , то направление, в котором вращается головка винта, будет направлением силовых линий магнитного поля.
Правило правой руки
Если проводник с током удерживается в правой руке наблюдателем так, что он окружен пальцами, протягивая большой палец справа к остальным в направлении тока, то кончики пальцев будут указывать направление тока. магнитные силовые линии.
Плотность магнитного потока от проводника с током
Когда ток проходит через проводник, вокруг него возникает магнитное поле. Направление этого магнитного поля проводника с током можно определить по правилу штопора или по правилу правой руки.
Согласно закону Био-Савара выражение плотности магнитного потока в точке P, расположенной ближе к проводнику с током I, определяется как
Где дБ — бесконечно малая плотность потока в точке P.
Ток I проходит через проводник.
dl — бесконечно малая длина проводника.
r — радиус-вектор от центра элемента dl до точки P.
θ — угол между текущим и радиус-вектором. Теперь, чтобы найти действительную плотность магнитного потока B в точке P из-за общей длины проводника, мы должны проинтегрировать выражение dB относительно dl.
Приведенное выше выражение используется для оценки плотности магнитного потока B в любой точке из-за бесконечно длинного линейного проводника и получается как
Здесь R — радиальное расстояние от проводника до точки P.
Теперь, если мы проинтегрируем B вокруг пути радиуса R, охватывающего проводник с током, мы получаем
Это уравнение показывает, что интеграл H вокруг замкнутого пути равен току, охватываемому путем. Это не что иное, как закон Ампера. Если путь интегрирования содержит N витков провода, каждый с током I в одном и том же направлении, то
Это отношение очень важное; используется для определения потокосцепления системы проводников. По потокосцеплению можно легко определить индуктор системы.
Если ток в проводнике изменяется, это вызывает изменение потокосцепления. Мы знаем, что изменение потокосцепления индуцирует напряжение в проводниках, а скорость изменения потокосцепления прямо пропорциональна наведенному напряжению. Это известно как законы электромагнитной индукции Фарадея.
Quia — Условия электроэнергии и концепции
9 9 9104
4050
A B
Закрытый путь, посредством которого электроны текут . cuases заряжает для движения разность напряжений
цепь только с одним путем последовательная цепь
автомобильный аккумулятор wet cell
metal rod that directs lightning to Earth lightning rod
device that detects electic charges electroscope
a flashlight uses dry cell batteries
electric charge электрическое свойство материи, создающее силу между объектами
проводник материал, легко переносящий заряд
электрическая сила сила притяжения или отталкивания между объектами из-за заряда
электрическая потенциальная энергия объекта из-за потенциальной энергии 0 91 его положение в электрическом поле
разность потенциалов заряд в электрической потенциальной энергии на единицу заряда
ячейка устройство, являющееся источником электрического тока из-за разности потенциалов или напряжения между выводами
ток скорость прохождения электрических зарядов через проводник
сопротивление отношение напряжения на проводнике к току, который он несет
Позволяет электронам легко течь через него проводник
замкнутый путь, по которому текут электроны circuit
circuit with more than one path parallel circuit
tendency of a material to oppose electron flow resistance
does not allow electricity to move easily through it insulator
толчок, который заставляет заряды двигаться разница напряжений
скорость, с которой электрическая энергия превращается в другую форму энергии электрическая мощность
Ток равен разности напряжений, деленной на его сопротивление Закон Ома
Напряжение количество энергии на единицу заряда
5 конкретных уровней защиты, которые реагируют на защитные устройства предохранитель
защитное устройство, реагирующее на определенные уровни тока автоматический выключатель
защитное устройство, реагирующее на определенные уровни тока Схема разлома заземления прерывание
Ток Поточные заряды
Хорошие проводники электроэнергии Metals
Электрический сопротивление Способность к объектному пологу. Поток. Соток4444444444484444444444444448. Устойчивый измерение сопротивления Ом
Закон Ома математическая зависимость между током, напряжением и сопротивлением
Нейтральные объекты Объекты с равным количеством положительных и отрицательных зарядов
Проводимость материала расход
единица разность потенциалов измеряется в вольтах
батареи имеют положительный и отрицательный полюс
current (I) rate at which charges move thru a conductor
letter to represent current I
letter to represent voltage V
letter to represent resistance R
буква для обозначения мощности P
сверхпроводник практически не имеет сопротивления
полупроводник имеет меньшее сопротивление, чем изолятор, и большее, чем проводник
Цепь Замкнутый путь, по которому может течь ток
Проводник Материал, который позволяет теплу или электричеству легко проходить через него Электроскоп Устройство, используемое для обнаружения наличия электрических зарядов
Изолятор Материал, через который тепло или электричество не могут свободно проходить
Параллельная цепь Электрическая цепь, в которой ток течет по нескольким отдельным ветвям
Разность потенциалов Разность потенциальной энергии между двумя разными точками электрический ток химической реакцией; в нем используется жидкий электролит
что определяет количество электроэнергии, потребляемой прибором потребляемая мощность и время
как электроны текут в батарее от отрицательного к положительному
длинный и тонкий провод будет иметь большее сопротивление формула Ома 5
напряжение = ток X сопротивление
Пример хорошего изолятора резина
тип заряда объекта, если он теряет электроны положительный
Сухая кожа — это хорошо. .. изолятор
Что имеет отрицательный полюс аккумулятора скопление отрицательных зарядов
что может помочь предотвратить перегрузку в параллельной цепи предохранитель
батарея устройство, состоящее из нескольких элементов и производящее электрический ток путем преобразования химической энергии в электрическую
ток непрерывный поток заряда, вызванный движением электронов; скорость, с которой заряд проходит данную точку; выражается в амперах (А)
нагрузка устройство, использующее электрическую энергию для выполнения работы
последовательная цепь цепь, в которой все части соединены в один контур
цепь, в которой разные нагрузки находятся на отдельных ветвях
Статическое электричество Строительство электрических зарядов на объекте
Химическая энергия называется Потенциальная энергия
Химические клетки Используйте потенциальную энергию для производства разницы в электрическом потенциале
для производства разницы в электрическом потенциале
.

Categories Разное

alexxlab
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт

Навигация по записям
Previous ReadingКонденсатор формулы: параллельное, последовательное соединение, батарея. Виды проводника, формулы. тесты, схема
Next Reading46 дб это сколько: 46 дб это сколько

Рубрики
Прост
Радио
Разное
Своими руками
Советы
Схем
Схемы
Транзист
Транзисторы
Электрон
Электроника

Внимание! Внешний вид товара, комплектация и характеристики могут изменяться производителем без предварительных уведомлений. Данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 (2) Гражданского кодекса Российской Федерации. 2024 © Все права защищены.

A	B
Закрытый путь, посредством которого электроны текут	. cuases заряжает для движения	разность напряжений
цепь только с одним путем	последовательная цепь
автомобильный аккумулятор	wet cell
metal rod that directs lightning to Earth	lightning rod
device that detects electic charges	electroscope
a flashlight uses	dry cell batteries
electric charge	электрическое свойство материи, создающее силу между объектами
проводник	материал, легко переносящий заряд
электрическая сила	сила притяжения или отталкивания между объектами из-за заряда
электрическая потенциальная энергия объекта из-за потенциальной энергии	0 91 его положение в электрическом поле
разность потенциалов	заряд в электрической потенциальной энергии на единицу заряда
ячейка	устройство, являющееся источником электрического тока из-за разности потенциалов или напряжения между выводами
ток	скорость прохождения электрических зарядов через проводник
сопротивление	отношение напряжения на проводнике к току, который он несет
Позволяет электронам легко течь через него	проводник
замкнутый путь, по которому текут электроны	circuit
circuit with more than one path	parallel circuit
tendency of a material to oppose electron flow	resistance
does not allow electricity to move easily through it	insulator
толчок, который заставляет заряды двигаться	разница напряжений
скорость, с которой электрическая энергия превращается в другую форму энергии	электрическая мощность
Ток равен разности напряжений, деленной на его сопротивление	Закон Ома
Напряжение	количество энергии на единицу заряда
5 конкретных уровней защиты, которые реагируют на защитные устройства	предохранитель
защитное устройство, реагирующее на определенные уровни тока	автоматический выключатель
защитное устройство, реагирующее на определенные уровни тока	Схема разлома заземления прерывание
Ток	Поточные заряды
Хорошие проводники электроэнергии	Metals
Электрический сопротивление	Способность к объектному пологу. Поток. Соток4444444444484444444444444448. Устойчивый измерение сопротивления	Ом
Закон Ома	математическая зависимость между током, напряжением и сопротивлением
Нейтральные объекты	Объекты с равным количеством положительных и отрицательных зарядов
Проводимость материала	расход
единица разность потенциалов измеряется в	вольтах
батареи	имеют положительный и отрицательный полюс
current (I)	rate at which charges move thru a conductor
letter to represent current	I
letter to represent voltage	V
letter to represent resistance	R
буква для обозначения мощности	P
сверхпроводник	практически не имеет сопротивления
полупроводник	имеет меньшее сопротивление, чем изолятор, и большее, чем проводник
Цепь	Замкнутый путь, по которому может течь ток
Проводник	Материал, который позволяет теплу или электричеству легко проходить через него	Электроскоп	Устройство, используемое для обнаружения наличия электрических зарядов
Изолятор	Материал, через который тепло или электричество не могут свободно проходить
Параллельная цепь	Электрическая цепь, в которой ток течет по нескольким отдельным ветвям
Разность потенциалов	Разность потенциальной энергии между двумя разными точками электрический ток химической реакцией; в нем используется жидкий электролит
что определяет количество электроэнергии, потребляемой прибором	потребляемая мощность и время
как электроны текут в батарее	от отрицательного к положительному
длинный и тонкий провод будет иметь большее	сопротивление	формула Ома 5
напряжение = ток X сопротивление
Пример хорошего изолятора	резина
тип заряда объекта, если он теряет электроны	положительный
Сухая кожа — это хорошо. ..	изолятор
Что имеет отрицательный полюс аккумулятора	скопление отрицательных зарядов
что может помочь предотвратить перегрузку в параллельной цепи	предохранитель
батарея	устройство, состоящее из нескольких элементов и производящее электрический ток путем преобразования химической энергии в электрическую
ток	непрерывный поток заряда, вызванный движением электронов; скорость, с которой заряд проходит данную точку; выражается в амперах (А)
нагрузка	устройство, использующее электрическую энергию для выполнения работы
последовательная цепь	цепь, в которой все части соединены в один контур
цепь, в которой разные нагрузки находятся на отдельных ветвях
Статическое электричество	Строительство электрических зарядов на объекте
Химическая энергия называется	Потенциальная энергия
Химические клетки Используйте потенциальную энергию	для производства разницы в электрическом потенциале
для производства разницы в электрическом потенциале
. Categories Разное alexxlab Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Навигация по записям Previous ReadingКонденсатор формулы: параллельное, последовательное соединение, батарея. Виды проводника, формулы. тесты, схема Next Reading46 дб это сколько: 46 дб это сколько Рубрики Прост Радио Разное Своими руками Советы Схем Схемы Транзист Транзисторы Электрон Электроника Внимание! Внешний вид товара, комплектация и характеристики могут изменяться производителем без предварительных уведомлений. Данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, определяемой положениями Статьи 437 (2) Гражданского кодекса Российской Федерации. 2024 © Все права защищены.