Электрический ток в металлах – какие частицы создают?

4.7

Средняя оценка: 4.7

Всего получено оценок: 203.

4.7

Средняя оценка: 4.7

Всего получено оценок: 203.

Электрическим током в физике называется согласованное (упорядоченное, однонаправленное) перемещение электрически заряженных элементарных частиц (электронов, протонов, ионов) или заряженных макроскопических частиц (например, капель дождя во время грозы). В веществах, находящихся в различных агрегатных состояниях (твердое тело, жидкость, газ) ток может формироваться из разного набора заряженных частиц. Рассмотрим механизм образования электрического тока в металлах.

Свободные электроны в металлах

Вещества, относящиеся к металлам, могут находиться как в твердом, так и в жидком состоянии (ртуть, галлий, цезий и др.). При этом все они являются проводниками электрического тока. Твердые вещества имеют структуру жесткой кристаллической решетки, в узлах которых “сидят” положительно заряженные ионы, совершающие небольшие колебания относительно точки равновесия.

В объеме кристалла всегда присутствует большое количество свободных электронов, которые вырвались с орбит атомов в результате механических соударений или воздействия излучений.

Рис. 1. Механизм электрического тока в металлах.

Это электронное “облако” движется беспорядочно, хаотично до тех пор, пока к металлу не будет приложено электрическое поле. Электрическое поле E, созданное внешним источником (батареей, аккумулятором), действует на заряд q с силой F:

$$ F = q*E $$

Под действием этой силы электроны приобретают ускорение в одном направлении и, таким образом, появляется электрический ток в цепи.

Многочисленные наблюдения показали, что при прохождении электрического тока масса проводников и их химический состав не изменяются. Отсюда следует вывод, что ионы металлов, которые составляют основную массу вещества, не принимают участия в переносе электрического заряда.

Опыт Мандельштама и Папалекси

Электронную природу тока в металле первыми экспериментально доказали российские физики Мандельштам и Папалекси в 1913 г. {11} Кл/кг $$

Этот фундаментальный результат совпал с полученными данными из других экспериментов, поставленных на основе измерения других параметров. Впервые эту величину в 1897 г. измерил англичанин Джозеф Томсон по отклонению пучка электронов в зависимости от напряженности электрического поля.

Скорость распространения электрического тока

Скорость распространения электрического поля в металле близка к скорости света в вакууме, которая равна 300000 км/с. Но это не значит, что электроны внутри вещества двигаются с такой же скоростью. Для проводника с площадью поперечного сечения S = 1 мм² при силе тока I = 1 A скорость упорядоченного движения электронов равна v = 6*10^-5 м/с. То есть за одну секунду электроны в проводнике за счет упорядоченного движения проходят всего 0,06 мм.

Такие малые значения скоростей движения электронов в проводниках не приводят к запаздыванию включения электрических ламп, включения бытовых приборов и т.

д., так как при подаче напряжения вдоль проводов со скоростью света распространяется электрическое поле. Эта скорость настолько велика, что позволяет приводить в движение свободные электроны практически мгновенно во всех проводниках электрической цепи.

Применение свойств электрического тока в металлах

Физические свойства электрического тока используются в различных областях жизнедеятельности:

• Способность электрического тока нагревать проводники используется для изготовления нагревательных бытовых и промышленных приборов;
• Вокруг провода с электрическим током возникает магнитное поле, что позволило создать электродвигатели, без которых сегодня невозможно обойтись;
• Передача электроэнергии на различные расстояния осуществляется по проводам линий электропередачи (ЛЭП), по которым течет электрический ток.

Рис. 3. Применение электрического тока.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что электрический ток в металлах создается упорядоченным движением свободных электронов. Экспериментальное доказательство того, что электрический ток в металлах создают электроны, впервые получили российские физики Мандельштам и Папалекси. Физические свойства электрического тока в металлах позволили создать большое количество бытовых и промышленных устройств.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

4.7

Средняя оценка: 4.7

Всего получено оценок: 203.

---

А какая ваша оценка?

Электрические свойства вещества • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»

По электропроводящим свойствам все вещества можно разделить на проводники, изоляторы и полупроводники; такая классификация обусловлена раположением электронов в атомах этих веществ.

При формировании кристаллических решеток твердых тел из атомов различных веществ валентные электроны, расположенные на внешних орбитах атомов, различным образом взаимодействуют друг с другом и, как следствие, ведут себя по-разному (см. Зонная теория проводимости твердых тел и Теория молекулярных орбиталей). Таким образом, свобода валентных электронов перемещаться внутри вещества обусловливается его молекулярно-кристаллической структурой. В целом же, по электропроводящим свойствам все вещества можно (с некоторой долей условности) подразделить на три категории, каждая из которых обладает ярко выраженными характеристиками поведения валентных электронов под воздействием внешнего электрического поля.

Проводники

В некоторых веществах валентные электроны свободно перемещаются между атомами. Прежде всего, к этой категории относятся металлы, в которых электроны внешних оболочек буквально находятся в «общей собственности» атомов кристаллической решетки (см. Химические связи и Электронная теория проводимости). Если подать на такое вещество электрическое напряжение (например, подключить к двум его концам полюса аккумуляторной батареи), электроны начнут беспрепятственное упорядоченное движение в направлении южного полюса разности потенциалов, создавая, тем самым, электрический ток. Токопроводящие вещества подобного рода принято называть проводниками. Самые распространенные в технике проводники — это, конечно же, металлы, прежде всего медь и алюминий, обладающие минимальным электрическим сопротивлением и достаточно широко распространенные в земной природе. Именно из них, в основном, изготавливаются и высоковольтные электрические кабели, и бытовая электропроводка. Имеются и другие виды материалов, обладающих хорошей электропроводностью, — это, в частности, солевые, щелочные и кислотные растворы, а также плазма и некоторые виды длинных органических молекул.

В этой связи важно помнить, что электропроводность может быть обусловлена наличием в веществе не только свободных электронов, но и свободных положительно и отрицательно заряженных ионов химических соединений. В частности, даже в обычной водопроводной воде растворено столько всевозможных солей, разлагающихся при растворении на отрицательно заряженные катионы и положительно заряженные анионы, что вода (даже пресная) является весьма хорошим проводником, и об этом нельзя забывать, работая с электрооборудованием в условиях повышенной влажности — иначе можно получить весьма ощутимый удар током.

Изоляторы

Во многих других веществах (в частности, в стекле, фарфоре, пластмассах) электроны прочно привязаны к атомам или молекулам и не способны к свободному перемещению под воздействием приложенного извне электрического напряжения. Такие материалы называются изоляторами.

Чаще всего в современной технике в качестве электроизоляторов используются различные пластмассы. По сути, любой пластик состоит из полимерных молекул — то есть очень длинных цепочек органических (водородно-углеродных) соединений, — которые, к тому же, образуют сложные и весьма прочные взаимные переплетения. Проще всего структуры полимера представить себе в виде тарелки перепутавшейся и слипшейся длинной и тонкой лапши. В таких материалах электроны прочно привязаны к своим сверхдлинным молекулам и не способны покинуть их под воздействием внешнего напряжения. Хорошими изоляционными свойствами обладают и аморфные вещества, такие как стекло, фарфор или резина, не имеющие жесткой кристаллической структуры. Они также нередко используются в качестве электроизоляторов.

И проводники, и изоляторы играют важную роль в нашей техногенной цивилизации, использующей электричество в качестве основного средства передачи энергии на расстоянии. По проводникам электроэнергия поступает от электростанций в наши дома и на всевозможные производственные предприятия, а изоляторы обеспечивают нашу безопасность, ограждая от губительных последствий прямого контакта человеческого организма с высоким электрическим напряжением.

Полупроводники

Наконец, имеется малочисленная категория химических элементов, занимающих промежуточное положение между металлами и изоляторами (самые известные из них — кремний и германий). В кристаллических решетках этих веществ все валентные электроны, на первый взгляд, связаны химическими связями, и свободных электронов для обеспечения электрической проводимости, казалось бы, оставаться не должно. Однако на деле ситуация выглядит несколько иначе, поскольку часть электронов оказывается выбитой со своих внешних орбит в результате теплового движения по причине недостаточной энергии их связи с атомами. В результате при температуре выше абсолютного нуля они все-таки обладают определенной электропроводностью под воздействием внешнего напряжения. Коэффициент проводимости у них достаточно низкий (тот же кремний проводит электрический ток в миллионы раз хуже меди), но какой-то ток, пусть и незначительный, они все-таки проводят. Такие вещества называют полупроводниками.

Как выяснилось в результате исследований, электрическая проводимость в полупроводниках, однако, обусловлена не только движением свободных электронов (так называемой n-проводимостью за счет направленного движения отрицательно заряженных частиц). Имеется и второй механизм электропроводности — при этом весьма необычный. При высвобождении электрона из кристаллической решетки полупроводника за счет теплового движения на его месте образуется так называемая дырка — положительно заряженная ячейка кристаллической структуры, которая может в любой момент оказаться занятой отрицательно заряженным электроном, перескочившим в нее с внешней орбиты соседнего атома, где, в свою очередь, образуется новая положительно заряженная дырка. Такой процесс может продолжаться сколь угодно долго — и выглядеть со стороны (в макроскопическом масштабе) всё будет так, что электрический ток под внешним напряжением обусловлен не движением электронов (которые всего лишь перескакивают с внешней орбиты одного атома на внешнюю орбиту соседнего атома), а направленной миграцией положительно заряженной дырки (дефицита электрона) в направлении отрицательного полюса приложенной разности потенциалов. В итоге в полупроводниках наблюдается и второй тип проводимости (так называемая дырочная или p—проводимость), обусловленная, конечно же, также движением отрицательно заряженных электронов, но, с точки зрения макроскопических свойств вещества, представляющаяся направленным током положительно заряженных дырок к отрицательному полюсу.

Явление дырочной проводимости проще всего проиллюстрировать на примере дорожной пробки. По мере продвижения вперед машины, застрявшей в ней, на ее месте образуется свободное пространство, которое тут же занимает следующая машина, место которой сразу же занимает третья машина и т.  д. Этот процесс можно представить себе двояко: можно описывать редкое продвижение отдельных машин из числа стоящих в длинной пробке; проще, однако, характеризовать ситуацию с точки зрения эпизодического продвижения в противоположном направлении немногочисленных пустот между застрявшими в пробке машинами. Именно руководствуясь подобной аналогией, физики и говорят о дырочной проводимости, условно принимая за данность, что электрический ток проводится не благодаря движению многочисленных, но редко трогающихся с места отрицательно заряженных электронов, а благодаря движению в противоположном направлении положительно заряженных пустот на внешних орбитах атомов полупроводников, которые они условились называть «дырками». Таким образом, дуализм электронно-дырочной проводимости носит чисто условный характер, поскольку с физической точки зрения ток в полупроводниках, в любом случае, обусловлен исключительно направленным движением электронов.

Полупроводники нашли широкое практическое применение в современной радиоэлектронике и компьютерных технологиях именно благодаря тому, что их проводящие свойства легко и точно контролируются посредством изменения внешних условий.

Условия необходимые для существования электрического тока. Электрический ток

Сегодня нам трудно представить, как раньше люди могли обходиться без электричества. В настоящее время электричество стало частью нашей жизни. Множество электрических приборов, делающих нашу жизнь комфортной, подключаются к домашней электрической сети.

Мы не можем видеть движение электронов в проводнике, но их упорядоченное движение проявляется очень наглядно.

1. Проводник, по которому проходит электрический ток, нагревается. Это явление используется в обогревательных приборах, лампах накаливания, электроплитках.
2. Хорошими проводниками электрического тока являются электролиты. При прохождении через них тока электролит не только нагревается, но и на электродах выделяется вещество.
3. Попробуем поднести к проводнику с током магнитную стрелку, и мы увидим, как она отклоняется от своего первоначального положения.

О том, что в проводнике протекает электрический ток, можно судить по его тепловому (1), химическому (2)или магнитному (3) действию.

Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц .

Такими заряженными частицами в металлах являются свободные электроны, покинувшие внешние оболочки атомов. Свободные электроны, подобно молекулам идеального газа, беспорядочно движутся между атомами и ионами, находящимися в узлах кристаллической решетки.

Для возникновения электрического тока в проводнике необходимо создать в нем электрическое поле, которое поддерживается источниками электрического тока.

Таки образом, для существования тока в проводнике необходимы следующие условия:

1. Наличие свободных электронов.

2. Постоянно поддерживающееся в проводнике электрическое поле.

Разделы: Физика

Цели урока.

Обучающая:

формирование знаний учащихся об условиях возникновения и существования электрического тока.

Развивающая:

развитие логического мышления, внимания, умений использовать полученные знания на практике.

Воспитательная:

создание условий для проявления самостоятельности, внимательности и самооценки.

Оборудование.

1. Гальванические элементы, аккумулятор, генератор, компас.
2. Карточки (прилагаются).
3. Демонстрационный материал (портреты выдающихся физиков Ампера, Вольта; плакаты “Электричество”, “Электрические заряды”).

Демонстрации:

1. Действие электрического тока в проводнике на магнитную стрелку.
2. Источники тока: гальванические элементы, аккумулятор, генератор.

План проведения урока

1. Организационный момент.

2. Вступительное слово преподавателя.

3. Подготовка к восприятию нового материала.

4. Изучение нового материала.

а) источники тока;

б) действия электрического тока;

в) физическая оперетта “Королева Электричество”;

г) заполнение таблицы “Электрический ток”;

д) меры безопасности при работе с электроприборами.

5. Подведение итогов урока.

6. Рефлексия.

7. Домашнее задание:

а) Опираясь на знания, полученные на уроках ОБЖ, спецтехнологии подготовить и записать в тетради памятку “Меры безопасности при работе с электроприборами”

б) Индивидуальное задание: Подготовить сообщение о применении источника тока в быту и технике.

Конспект урока

1. Организационный момент

Отметить наличие учащихся, назвать тему урока, цель.

2. Вступительное слово преподавателя

Со словами электричество, электрический ток мы знакомы с раннего детства. Электрический ток используется в наших домах, на транспорте, на производстве, в осветительной сети.

Но, что такое электрический ток, какова его природа, понять нелегко.

Слово электричество произошло от слова электрон, которое переводится с греческого языка как янтарь. Янтарь — это окаменевшая смола древних хвойных деревьев. Слово ток обозначает течение или движение чего-либо.

3. Подготовка к восприятию нового материала

Вопросы вводной беседы.

Какие два типа зарядов существуют в природе? Как они взаимодействуют?

Ответ: В природе существуют два вида зарядов: положительные и отрицательные.

Носителями положительного заряда являются протоны, отрицательного электроны. Одноименно заряженные частицы отталкиваются, разноименно заряженные притягиваются

Существует ли электрическое поле вокруг электрона?

Ответ: Да, электрическое поле вокруг электрона существует.

Что такое свободные электроны?

Ответ: Это электроны наиболее удаленные от ядра, они могут свободно двигаться между атомами.

4. Изучение нового материала

а) Источники тока.

На столе находятся специальные устройства. Как они называются? Для чего они нужны?

Ответ: Это гальванические элементы, аккумулятор, генератор — общее название источники тока. Они необходимы для подачи электрической энергии, создают электрическое поле в проводнике.

Мы знаем, что существуют заряженные частицы, электроны и протоны, знаем, что существуют устройства, которые называются источниками тока.

б) Действия электрического тока.

Скажите, как мы можем понять, что в цепи существует электрический ток, по каким действиям?

Ответ: Электрический ток оказывает различные виды действия:

• Тепловое – проводник по которому идет электрический ток нагревается (электроплита, утюг, лампа накаливания, паяльник).
• Химическое действие тока можно наблюдать при пропускании электрического тока через раствор медного купороса – выделение меди из раствора купороса, хромирование, никелирование.
• Физиологическое – сокращение мышц человека и животных, по которым прошел электрический ток.
• Магнитное – при прохождении электрического тока по проводнику, если рядом расположить магнитную стрелку она способна отклонится. Это действие является основным. Демонстрация опыта: аккумулятор, лампа накаливания, соединительные провода, компас.

в) Физическая оперетта “Королева Электричество”. (Приложение № 1)

Теперь девушки старшего курса представят вашему вниманию оперетту “Королева Электричество”. Не забываем русскую народную пословицу “Сказка ложь, да в ней намек, добрым молодцам урок”. То есть, вы не только слушаете и смотрите, но и берете из нее определенную информацию. Ваша задача записать как можно больше физических терминов, которые встречаются в представлении.

г) Заполнение таблицы “Электрический ток”. (Приложение № 2)

Скажите, какое одно понятие объединяет все термины, которые вы записали?

Ответ: Электрический ток.

Приступаем к заполнению таблицы “Электрический ток”.

Заполняя таблицу, давайте, обобщим полученные на уроке знания и получим новую информацию.

В процессе заполнения таблицы делаем вывод о том, какие условия необходимы для создания электрического тока.

• Первое условие — это наличие свободных заряженных частиц.
• Второе условие — это наличие электрического поля внутри проводника.

д) Меры безопасности при работе с электроприборами.

Где, на производственной практике, вы сталкиваетесь с применением электрического тока? Ответы учащихся.

Ответ: При работе с электроприборами.

Запрещено.

• Ходить по земле, держа в руках включенные в сеть электроприборы. Особенно опасно ходить босиком по влажной почве.
• Входить в электрощитовые и другие электротехнические помещения.
• Браться за оборванные, оголенные, висящие и лежащие на земле провода.
• Вбивать гвозди в стену в месте, где может располагаться скрытая проводка. Смертельно опасно в этот момент заземляться на батареи центрального отопления, водопровод.
• Сверлить стены в местах возможной электропроводки.
• Красить, белить, мыть стены с наружной или скрытой проводкой, находящейся под напряжением.
• Работать с включенными электроприборами вблизи батарей или водопровода.
• Работать с электроприборами, менять лампочки, стоя на ванной.
• Работать с неисправными электроприборами.
• Ремонтировать необесточенные электроприборы.

5. Подведение итогов урока

Следуя законам физики, время неумолимо движется вперед, и наш урок подошел к своему логическому завершению.

Давайте подведем итоги нашего занятия.

Как вы считаете, что такое электрический ток?

Ответ: Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц.

Какие условия необходимы для создания электрического тока?

Ответ: Первое условие — это наличие свободных заряженных частиц.

Второе условие — это наличие электрического поля внутри проводника.

6. Рефлексия

7. Домашнее задание

а) Опираясь на знания, полученные на уроках ОБЖ, спецтехнологии, подготовить и записать в тетради памятку “Меры безопасности при работе с электроприборами”.

б) Индивидуальное задание: Подготовить сообщение о применении источника тока в быту и технике. (

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:

1. Наличие свободных носителей заряда.
2. 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):

1. Проводник (металлы).
2. Полупроводник (кремний, германий, арсенид галия и пр).
3. 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

И снова доброго времени суток вам, уважаемые. Без лишних прелюдий начнём наш сегодняшний разговор. Казалось бы, с причинами возникновения тока в проводнике мы давно разобрались. Поместили проводник в поле – побежали электроны, возник ток. Что еще надо. Но оказывается, чтобы этот ток существовал в проводнике постоянно, необходимо соблюдать некоторые условия. Для более ясного понимания физики процесса протекания электрического тока в проводнике рассмотрим пример.

Предположим, что у нас имеется некоторый проводник, который мы поместим в электрическое поле как показано на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Проводник в электрическом поле

Условно обозначим величину напряженности на концах проводника как E 1 и E 2 , причем E 1 >E 2 . Как мы выяснили ранее, свободные электроны в проводнике начнут двигаться в сторону большей напряженности поля, то есть в точку А. Однако со временем потенциал, образованный скоплением электронов в точке А станет таким, что создаваемое им собственное электромагнитное поле E 0 сравняется по модулю с внешним полем, причем направления полей будут противоположными, поскольку потенциал точки В – более положительный (недостаток электронов, вызванный воздействием внешнего поля).

Поскольку результирующее действие двух одинаковых противоположных сил равно нулю: |E|+|(E 0)|=0, электроны прекращают упорядоченное движение, электрический ток прекращается. Для того, чтобы поток электронов был непрерывный необходимо: во-первых, приложить дополнительную силу не потенциального характера, которая бы компенсировала влияние собственного электрического поля проводника и, во-вторых, создать замкнутый контур, поскольку перемещение электронов может происходить только в проводниках (ранее мы указали, что диэлектрики хоть и имеют некоторую электропроводность, но не пропускают электрический ток) и для обеспечения постоянства компенсирующей силы необходимо постоянство полей: как внешнего так и собственного.

Начнём разбираться со второго пункта. Будем рассматривать проводник, помещенный в поле, как показано на рисунке 4.2. Предположим, что после того, как взаимодействие внешнего и собственного электромагнитных полей было скомпенсировано, мы приложили дополнительно к внешнему полю еще одно такое же поле. Суммарное действие внешнего поля составит 2 |E|. Ток в проводнике продолжит течь в том же направлении, однако ровно до того момента, пока 2 |E|>|E 0 |, после чего электрический ток вновь прекратиться. То есть внешнее воздействие должно увеличиваться непрерывно для обеспечения протекания тока в разомкнутом проводнике, что невозможно.
Если замкнуть проводник так, чтобы одна его часть лежала вне поля, тогда за счет работы дополнительной силы помимо внешнего поля (эта сила в таком случае должна быть не потенциальной, поскольку работа потенциальной силы в замкнутом контуре равна нулю и не зависит от формы траектории), то в проводнике возникнет электрический ток, обусловленный влиянием только внешнего поля, поскольку собственно поле проводника будет полностью скомпенсировано. Именно поэтому любая электрическая цепь всегда должна быть замкнутой.

Можно попробовать объяснить необходимость введения дополнительной силы из такого соображения: если бы мы могли заряды с конца В проводника частично перебрасывать на конец А проводника, электрический ток бы так же не прекращался. Однако, на такое «десантирование» так же требуется энергия. Значит, введение дополнительной силы всё равно необходимо. Не потенциальные силы так же называют сторонними силами. А их источники – источниками или генераторами тока.

Рисунок 4.2 – Возникновение собственного электромагнитного поля в проводнике

Так где же взять дополнительную силу, которая, притом, не должна быть создана полем, ведь без нее тока мы не получим? Оказывается, во время протекания химической восстановительно-окислительной реакции, например, взаимодействие диодксида свинца и разбавленной серной кислоты, происходит высвобождение свободных электронов:

Для того, чтобы «притянуть» все электроны, высвобожденные в процессе реакции к одной точки пространства, в раствор серной кислоты помещается несколько свинцовых решёток, называемых электродами. Одна часть электродов изготавливается из свинца и называется катод, другая – анод – изготавливается из диоксида свинца. Катод является источником свободных электродов для внешней цепи, а анод – приемником.

Приведённый пример соответствует известному всем автомобилистам (да и не только) устройству – свинцово-кислотному аккумулятору. Конечно, приведенный пример мало совпадает с тем, что происходит внутри аккумулятора в действительности, однако, суть возникновения тока отражает хорошо. Таким образом, между положительным анодом (мало электронов) и отрицательным катодом (много электронов) возникает электрическое поле, которое формирует сторонние силы и создаёт ток в проводнике. Эта сила зависит только от протекания химической реакции, то она практически постоянная до того момента, пока существуют элементы этой реакции – кислота и оксид свинца. Следовательно, если мы уберём электрическое поле и подключим проводник к аноду и катоду, электрический ток всё равно будет протекать из-за того, что аккумулятор создаёт стороннюю силу. Проводник будет иметь вокруг себя собственное электрическое поле, которое нужно преодолеть аккумулятору, чтобы перенести электрон от катода к аноду. В этом и есть суть сторонней силы.

Теперь рассмотрим ситуация с аккумулятором и подключенным к нему проводником.Электрическое поле совершает положительную работу по перемещению положительного заряда (мы говорим именно о положительных зарядах, так как направлению их движения соответствует направление тока) в направлении уменьшения потенциала поля. Источник тока проводит разделение электрических зарядов – на одном полюсе накапливаются положительные заряды, на другом отрицательные. Напряженность электрического поля в источнике направлена от положительного полюса к отрицательному, поэтому работа электрического поля по перемещению положительного заряда будет положительной при его движения от «плюса» к «минусу». Работа сторонних сил, наоборот, положительна в том случае, если положительные заряды перемещаются от отрицательного полюса к положительному, то есть от «минуса» к «плюсу».В этом принципиальное отличие понятий разности потенциалов и ЭДС, о котором всегда необходимо помнить.

На рисунке 4.3 показано направление протекания тока Iв проводнике, подключенному к аккумулятору – от положительного анода к отрицательному катоду, однако внутри аккумулятора сторонние силы химической реакции производят «десантирование» электронов, пришедших из внешней цепи с анода на катод и положительных ионов с катода на анод, то есть действуют против направления движения тока и направления поля.

Рисунок 4.3 – Демонстрация сторонних сил при возникновении электрического тока

Из сделанных выше соображений можно сделать следующий вывод: силы, действующие на заряд внутри источника тока отличны от сил, действующий внутри проводника. Соответственно, необходимо эти силы отличать друг от друга. Для характеристики сторонних сил была введена величина электродвижущей силы (ЭДС) – работы, совершаемой сторонними силами по перемещению единичного положительного заряда.Обозначается латинской буквой ε («эпсилон») и измеряется так же, как и разность потенциалов – в вольтах.

Поскольку разность потенциалов и ЭДС являются силами различного типа, можно говорить о том, что ЭДС вне выводов источника равно нулю. Хотя в обычной жизни этими тонкостями пренебрегают и говорят: «Напряжение на батарее 1.5В», хотя строго говоря напряжение на участке цепи – суммарная работа электростатических и сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда. В будущем мы еще будем сталкиваться с этими понятиями и они пригодятся нам при расчете сложных электрических цепей.

На этом, пожалуй всё, потому что урок получился чересчур нагруженным… Но понятия напряжение и ЭДС нужно уметь отличать.

• Для существования электрического тока необходимо два условия:
  1)замкнутая электрическая цепь;
  2)наличие источника сторонних непотенциальных сил.
• Электродвижущая сила (ЭДС) – работа, совершаемая сторонними силами по перемещению единичного положительного заряда.
• Источники сторонних сил в электрической цепи называются так же источниками тока.
• Положительный вывод аккумулятора называется анод, отрицательный – катод.

Задачек на этот раз не будет, лучше лишний повторить этот урок, чтобы понимать всю физику протекания тока в проводнике. Как всегда любые возникшие вопросы, предложения и пожелания можете оставлять в комментариях ниже! До новых встреч!

Направленное (упорядоченное) движение свободных заряженных частиц под действием электрического поля называется электрическим током .

Условия существования тока :

1. Наличие свободных зарядов.

2. Наличие электрического поля, т.е. разности потенциалов. Свободные заряды имеются в проводниках. Электрическое поле создается источниками тока.

При прохождении тока через проводник он оказывает следующие действия:

· Тепловое (нагревание проводника током). Например: работа электрического чайника, утюга и т.д.).

· Магнитное (возникновение магнитного поля вокруг проводника с током). Например: работа электродвигателя, электроизмерительных приборов).

· Химическое (химические реакции при прохождении тока через некоторые вещества). Например: электролиз.

Можно также говорить о

· Световом (сопровождает тепловое действие). Например: свечение нити накала электрической лампочки.

· Механическом (сопровождает магнитное или тепловое). Например: деформация проводника при нагревании, поворот рамки с током в магнитном поле).

· Биологическом (физиологическом). Например: поражение человека током, использование действия тока в медицине.

Основные величины, описывающие процесс прохождения тока по проводнику .

1. Сила тока I — скалярная величина, равная отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, промежутку времени, в течение которого шел ток. Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени. Ток называют постоянным , если сила тока не меняется со временем. Для того чтобы ток через проводник был постоянным необходимо, чтобы разность потенциалов на концах проводника была постоянной.

2. Напряжение U . Напряжение численно равно работе электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль силовых линий поля внутри проводника.

3. Электрическое сопротивление R — физическая величина, численно равная отношению напряжения (разности потенциалов) на концах проводника к силе тока, проходящего через проводник.

60. Закон Ома для участка цепи.

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению:

I = U / R;

Ом установил, что сопротивление прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади его поперечного сечения и зависит от вещества проводника.

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

61. Сопротивление как электрическая характеристика резистора. Зависимость сопротивления металлических проводников от рода материала и геометрических размеров.

Электри́ческое сопротивле́ние — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему. Сопротивление для цепей переменного тока и для переменных электромагнитных полей описывается понятиями импеданса и волнового 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 проводника является такой же характеристикой проводника как и его масса. Сопротивление проводника не зависит ни от силы тока в проводнике, ни от напряжения на его концах, а зависит только от рода вещества, из которого изготовлен проводник и его геометрических размеров: , где: l — длина проводника, S — площадь поперечного сечения проводника, ρ — удельное сопротивление проводника, показывающее каким сопротивлением будет обладать проводник длиной 1 м и площадью сечения 1 м 2 , изготовленный из данного материала.

Проводники, подчиняющиеся закону Ома, называются линейными. Существует много материалов и устройств, не подчиняющихся закону Ома, например, полупроводниковый диод или газоразрядная лампа. Даже у металлических проводников при достаточно больших токах наблюдается отклонение от линейного закона Ома, так как электрическое сопротивление металлических проводников растет с ростом температуры.

Зависимость сопротивления проводника от температуры выражается формулой: , где: R — сопротивление проводника при температуре Т, R 0 — сопротивление проводника при температуре 0ºС, α — температурный коэффициент сопротивления.

Электрический ток и его эффекты – объяснение, единица измерения, свойства и эффекты

Наши предки использовали огонь для освещения, тепла и приготовления пищи. Сегодня одним щелчком выключателя, выключением ручки или нажатием кнопки мы получаем мгновенную мощность. Это возможно благодаря электрическому току. Это одно из важных открытий, которые помогли нам революционизировать наш образ жизни. С момента нашего пробуждения до момента, когда мы ложимся спать, наша жизнь зависит от электричества. От телевизора, который вы просто смотрите, до тостера, который вы используете для поджаривания хлеба, все работает от тока. Помимо того, что электричество играет серьезную роль в приеме, оно также играет решающую роль в промышленности, на транспорте и в связи. В этой статье давайте узнаем больше об этом важном ресурсе, от которого мы сильно зависим.

Что такое электрический ток?

Электрический ток — это скорость потока электронов в проводнике. Единицей электрического тока в системе СИ является Ампер. Электроны — это мельчайшие частицы, существующие в молекулярной структуре вещества. Иногда эти электроны удерживаются сильно, а иногда слабо. Когда электроны свободно удерживаются ядром, они могут свободно перемещаться в пределах тела. Электроны являются отрицательно заряженными частицами, поэтому, когда они перемещаются, перемещается ряд зарядов, и мы называем это движение электронов электрическим током. Следует отметить, что количество электронов, готовых к движению, определяет способность конкретного вещества проводить электричество. Некоторые материалы позволяют току маневрировать лучше, чем другие.

Что такое электродвижущая сила?

Движение свободных электронов обычно бессистемно. Если на электроны действует сила, заставляющая их двигаться в определенном направлении, то до некоторой степени устраняется случайное движение электронов. Достигается общее движение в одном направлении. Сила, которая действует на электроны, заставляя их двигаться в определенном направлении, известна как электродвижущая сила, а ее величина известна как напряжение и измеряется в вольтах.

Единица электрического тока

Величина электрического тока измеряется в кулонах в секунду. Единицей электрического тока в системе СИ является Ампер, который обозначается буквой А. Ампер вместе определяется как кулон заряда, проходящего некоторое расстояние за одну секунду. Если 6,241 x 10 ¹⁸ электронов протекают через нашу систему координат в секунду, то электрический ток проходит через ее «один ампер». микроампер (0,000001 А) и так далее.

Визуализация электрического тока

Чтобы глубже понять, что такое электрический ток и как он ведет себя во время проводника, мы воспользуемся аналогией электричества с кальяном. Конечно, есть некоторые ограничения, но они служат очень простой иллюстрацией течения и течения.

(Изображение скоро будет загружено)

Мы можем сравнить электрический ток с водой, протекающей по трубе. Когда к одному концу трубы прикладывается давление, вода вынуждена течь по трубе в одном направлении. Объем потока воды пропорционален давлению на верхнюю часть. Это давление можно сравнить с электродвижущей силой.

Обычный поток тока против потока электронов

Существует много путаницы вокруг обычного потока тока и потока электронов. В этом разделе давайте разберемся в их различиях.

(Изображение будет загружено в ближайшее время)

Обычный ток

Обычный ток работает от положительного к отрицательному выводу и указывает направление, в котором будут течь положительные заряды.

Поток электронов

Поток электронов движется от отрицательного вывода к положительному. Электроны заряжены и поэтому заинтересованы в положительной клемме, так как разные заряды притягиваются.

Свойства электрического тока

• Электрический ток является важной величиной в электронных схемах. Мы настолько приспособили электричество в своей жизни, что представить жизнь без него становится невозможно. Поэтому важно знать свойства электрического тока.

• Мы знаем, что ток является результатом потока электронов. Под электричеством понимается работа по перемещению электронного потока. Электричество часто преобразуется в другие виды энергии, такие как тепло, энергия света и т. д. 

• Существует два вида тока, которые называются переменным (AC) и постоянным (DC). Постоянный ток может течь только в одном направлении, тогда как переменный ток течет в двух направлениях. Постоянный ток не используется в качестве основного источника энергии в промышленности. Он в основном используется в устройствах с низким напряжением, таких как зарядка аккумуляторов, авиационные приложения и т. Д. Переменный ток используется для работы приборов как бытового, так и промышленного и коммерческого назначения.

• Электрический ток измеряется в амперах. Один ампер тока представляет собой один кулон электрического заряда, проходящего мимо выбранной точки за одну секунду.

• Обычное направление электрического тока — это направление, в котором движется заряд. Отныне текущий поток во внешней цепи направлен далеко от положительного полюса к отрицательному полюсу батареи.

Влияние электрического тока

Когда ток течет по проводнику, существует ряд признаков, по которым можно определить, течет ток или нет. Ниже приведены наиболее характерные признаки:

Нагревающий эффект электрического тока

Когда наша одежда сминается, мы используем железный ящик, чтобы сделать ее свежей и аккуратной. По принципу греющего действия тока работают железные ящики. Есть много таких устройств, которые используют эффект нагрева.

Когда электрический ток протекает по проводнику, внутри проводника выделяется тепло.

Эффект нагрева определяется следующим уравнением

H=I2RT

Эффект нагрева зависит от следующего фактора:

• Время «t», в течение которого протекает ток. Чем дольше ток течет в проводнике, тем больше тепла выделяется.

• Электрическое сопротивление проводника. Чем выше сопротивление, тем выше выделяемое тепло.

• Сумма тока. Чем больше сила тока, тем больше выделяется тепла.

Если настоящее мало, то количество генерируемого тепла, вероятно, будет очень маленьким и не должно быть замечено. Однако, если подарок больше, то возможно, что генерируется явное количество тепла.

Магнитный эффект электрического тока

Другим важным эффектом, заметным при протекании электрического тока по проводнику, является нарастание магнитного поля. Мы можем наблюдать это, когда помещаем компас близко к проводу, по которому течет достаточно большой постоянный ток, стрелка компаса отклоняется. Магнитный поток, создаваемый током, находит хорошее применение в ряде областей. Наматывая проволоку в катушку, часто усиливают эффекты и часто изготавливают электромагнит.

Химический эффект электрического тока

Когда электрический ток проходит через раствор, раствор ионизируется и распадается на ионы. Это связано с тем, что при прохождении электрического тока через ответ происходит реакция. В зависимости от природы раствора и используемых электродов в растворе могут наблюдаться следующие эффекты:

• Изменение цвета раствора

• Металлические отложения на электродах

• Выделение газа или образование пузырьков в растворе

Гальванотехника и электролиз – это применение химического воздействия электрического тока.

Обзор главы 14 «Электрический ток класса 7»

«Электрический ток и его воздействие» является главой 14 научной книги NCERT для класса 7, она предписана Центральным советом среднего образования и касается понятий химии, понимание которых чрезвычайно важно. для изучения сложных понятий, которым учат в старших классах.

Учебный материал, представленный данными об электрическом токе и его эффектах, подробно обсуждает электрический заряд, электрический ток, меньшие единицы электрического тока, поток тока, электрический потенциал и разность потенциалов, источники электричества, эффекты электричества. , нагревательный эффект, электромагнит, использование электромагнитов, электрический звонок, электрический зуммер, химическое действие, электрическая цепь, последовательное соединение электрических элементов, параллельное соединение лампочек, проводники и изоляторы.

Студенты, которым может быть трудно понять эти различные термины, используемые в химии и физике, могут обратиться к примечаниям Веданту об электрическом токе и его эффектах; это основная глава, в которой вводятся различные термины, важные для высших учебных заведений по физике, а также по химии. Эти сложные концепции написаны чрезвычайно упрощенным языком и предназначены для студентов, чтобы помочь им получить полное представление о многих обсуждаемых темах.

Фалес был великим ученым в 600 г. до н.э. Он наблюдал, что происходит, когда янтарь натирают шерстью, он приобретает свойство притягивать волосы, крошечные кусочки бумаги или пробки. Гораздо позже, в 16 веке, Гилберт обнаружил те же свойства различных других веществ, таких как кошачья кожа, сургуч, шерсть и т. д. Он дал этому явлению термин, названный электричеством.

Заряд является источником всего электричества и электрических явлений.

Подтемы, изучаемые в главе 14 «Электрический ток и его воздействие», следующие:0005

14.1 Символы электронных компонентов

14.2 Нагревающее действие электрического тока

14.3 Магнитное действие электрического тока

14.4 Электромагнит

14.5 Электрический звонок

Ключевые моменты, рассмотренные в главе-

Электрическая цепь представлена ​​в виде принципиальной схемы, так как представление электрических компонентов с помощью символов является наиболее удобным способом их изучения.

Провод нагревается при прохождении через него электрического тока. Это называется лечебным действием электричества, оно имеет различные применения.

Существуют определенные специальные материалы, используемые для изготовления электрических предохранителей, которые помогают предотвратить возгорание и повреждение электроприборов. Специальные материалы, из которых сделаны эти провода, ломаются при прохождении больших электрических токов.

Провод ведет себя как магнит, когда по нему протекает электрический ток.

Электромагнит представляет собой катушку с током из изолированного провода, намотанного на кусок железа.

Узнать определение, свойства, формулу и эффекты

Дом »физика

Дивья Каре | Обновлено: 4 июля 2022 г. 14:19 IST

0

 Сохранить

Скачать публикацию в формате PDF

Электрический ток стал судьбоносным открытием, которое сделало нашу жизнь проще и легче. Люди интересовались молнией и ее образованием с незапамятных времен. Древние греки провели многочисленные исследования магнетизма и пытались понять, как образуются молнии.

Прогресс в использовании тока и электричества был постепенным — от известного эксперимента Бенджамина Франклина с летающим змеем до изобретения Майклом Фарадеем электрического генератора в 1831 году — но, к сожалению, очень спорадическим и лишенным четкого направления. Информация о новых технологиях распространяется медленно, особенно по странам и континентам. В результате уже были найдены и разработаны новые инновации, к тому времени, как новости дошли до других, они уже занимались теми же экспериментами.

В этой статье мы обсудим все об электрическом токе, его свойствах, типах, а также обсудим эффекты, вызываемые электрическим током.

Электрический ток

Электрический ток — это движение электрических зарядов. До открытия электронов считалось, что электрический ток представляет собой поток положительных зарядов. Однако и течение тока, и сам ток вызваны движением отрицательных зарядов (электронов). В то время как ток течет от положительного вывода к отрицательному (от более высокого потенциала к более низкому), электроны будут течь от отрицательного вывода к положительному (от более низкого потенциала к более высокому).

Формула электрического тока

Электрический заряд (q), который относится к основным единицам, таким как масса, длина и т. д., может использоваться для выражения электрического тока. Кулон — единица электрического заряда; следовательно, кулон/сек является единицей электрического тока.

\(I=\frac{q}{t}\)

Свойства электрического тока

Ниже перечислены некоторые свойства электрического тока:

• Поток электронов в цепи вызывает ток.
• В природе электрический ток можно разделить на два вида: переменный и постоянный. Постоянный или постоянный ток течет только в одном направлении и используется в низковольтных приложениях, таких как авиация. Переменный ток, или AC, распространяется в обоих направлениях. С другой стороны, переменный ток — это действительно ток, который входит в наши дома, и он питает приборы, используя электрическую энергию.
• Добавляя сопротивление в цепь, можно регулировать поток электрического тока.
• Амперы используются для измерения электрического тока (А). Один кулон заряда может быть перемещен за одну секунду со скоростью один ампер.
• В цепи электрический ток течет от более высокого электрического потенциала к более низкому потенциалу (от положительного вывода к отрицательному), что часто называют традиционным направлением тока.

Типы электрического тока

Все потоки электрического тока подпадают под одну из категорий, перечисленных ниже:

• Постоянный ток (DC).
• Переменный ток (AC)

Постоянный ток: Постоянный ток — это ток, сила и направление которого неизменны во времени. В этом типе тока свободные электроны должны идти от отрицательной клеммы к положительной клемме. Поскольку он был установлен как положительный заряд, обычное понимание течения тока противоположно.

AC: Электрический ток, известный как переменный ток, представляет собой ток, в котором направление прохождения электрического заряда изменяется с течением времени. Путь чистого потока электронов меняется несколько раз в секунду в переменном токе.

Воздействие электрического тока

Электричество имеет три основных эффекта:

• Тепловой эффект
• Магнитный эффект
• Химический эффект

Нагревающий эффект

Тепло обычно выделяется при сопротивлении току. Это делается для того, чтобы электроны могли преодолевать сопротивление при прохождении через провод или резистор. Чтобы преодолеть электрическое сопротивление, которое преобразуется в тепловую энергию, необходимо совершить работу. Это основа для полностью электрических нагревательных устройств, включая тостеры, водонагреватели и утюги. Даже соединительные провода обеспечивают некоторое минимальное сопротивление протеканию тока. По этой причине при использовании в электрической цепи практически все электрические устройства и подключенные к ним провода кажутся теплыми. 92Rt\end{array}\)

Поскольку проводник выделяет больше тепла, чем дольше по нему проходит ток. Электрическое сопротивление проводника и выделяемое тепло увеличиваются с увеличением сопротивления, т. е. при увеличении тока увеличивается количество выделяемого тепла. Количество тепла, выделяемое малым током, вероятно, будет незначительным и может остаться незамеченным. Однако выделение заметного тепла возможно, если ток больше.

Магнитный эффект

Движение электронов — это все, что составляет электрический ток, и, как известно, когда заряды покоятся, они создают электрическое поле, а когда заряды движутся, они создают магнитное поле. Наличие магнитного поля, создаваемого электрическим током, заставляет стрелку отклоняться, когда металлический лист вставляется в провод, по которому течет электричество. Электромагниты, которые создаются с помощью электрического тока, являются одним из наиболее распространенных применений магнитного эффекта электрического тока. Проводник или провод, по которому течет ток, создает магнитное поле, перпендикулярное направлению поля.

Химический эффект

Раствор ионизируется или разделяется на ионы всякий раз, когда через него проходит электрический ток. Это связано с тем, что при протекании через раствор электрического тока происходит реакция. Изменения и связанные с ними эффекты можно наблюдать в растворе в зависимости от типа используемых электродов и состава раствора.

Электролиз — это процесс пропускания электрического тока через раствор. Наиболее заметные воздействия включают

• Цвет раствора может измениться.
• На электродах могут наблюдаться отложения металла.
• На электродах могут образовываться пузырьки газа.

Вы также можете ознакомиться с другими разделами по физике. Присоединяйтесь к Testbook сегодня, чтобы воспользоваться их тщательными и надежными учебными ресурсами, а также помощью специалистов Testbook, чтобы сдать желаемый конкурсный экзамен. Воспользуйтесь выгодными предложениями, скачав бесплатное приложение Testbook прямо сейчас.

Часто задаваемые вопросы об электрическом токе

В.1 Каков эффект нагрева электрического тока?

Ответ 1 Тепловая энергия вырабатывается в проводнике, когда по нему проходит ток. Способность электрического тока нагревать что-либо зависит от трех факторов: сопротивления проводника (R), напряжения и силы тока. Больше тепла генерируется более высоким сопротивлением.

Q.2 Какова единица измерения электрического тока?

Ответ 2 Единицей электрического тока в системе СИ является Ампер.

Q.3 Кто открыл магнитное действие электрического тока?

Отв.3 . Его открыл Ганс Христиан Эрстед.

Q.4 Что такое определение электрического тока?

Ответ 4 Скорость прохождения электрона в проводнике известна как электрический ток. Ампер — это единица силы электрического тока в системе СИ.

В.5 Как измерить электрический ток?

Ответ 5 Электрический ток измеряется с помощью амперметра.

Скачать публикацию в формате PDF

Подробнее с testbook.

com

903 Свойства , Применение и отличия

Электрическое смещение: определение, формула, электрическое поле смещения и значение
Магнитное поле: характеристики, свойства, силовые линии, приложения
Циклотрон: определение, формула, принцип, частота и ограничения
Стержневой магнит: типы, свойства, сила полюса и использование

Свойства электрического тока, простая электрическая цепь, сила тока и разность потенциалов

Электроны все еще вращаются вокруг ядра из-за силы притяжения между протонами в ядре и электронами. Электроны могут покидать атом и двигаться свободно из-за слабости силы притяжения между протонами и электронами. Ток протекает по цепи только тогда, когда она замкнута, потому что, когда цепь замкнута, все ее компоненты соединены.

Физические свойства электрического тока

Электрическая энергия является самым чистым источником энергии, так как не загрязняет окружающую среду. Мы не можем представить свою жизнь без электрического тока, так как электричество играет важную роль в нашей повседневной жизни, например:

1. Электрическая цепь используется для освещения наших домов, заводов, улиц и т. д.
2. Электрическая цепь используется при работе некоторых машин, таких как радиоприемники, телевизоры, стиральные машины, утюги, электронагреватели. и т. д.

Простая электрическая цепь

Электрическая цепь

Электрическая цепь состоит из множества компонентов, каждый из которых выполняет определенную роль.

Структура простой электрической цепи

• Электрическая лампа показывает протекание электрического тока.
• Электрический ключ: Размыкание и замыкание цепи.
• Соединительный провод: Соединение компонентов электрической цепи друг с другом.
• Электроячейка: Источник электрического тока.
• Электрическая батарея: Источник электрического тока.
  

Две параллельные линии в электрической цепи относятся к сухому элементу, где Самая высокая линия представляет положительный полюс, Самая маленькая линия представляет отрицательный полюс, Электрическая лампа горит в цепи, так как все компоненты цепи соединены друг с другом (Замкнутая цепь), Электрическая лампа не горит в цепи, так как цепь разомкнута.

Электрический ток

Электрический ток вырабатывается на электростанциях, удаленных от наших домов на сотни или тысяч километров. Все элементы состоят из атомов, состоящих из:

• Электрон ( Отрицательно заряженный) очень маленькая частица, которая вращается вокруг ядра за счет силы притяжения между ядром и электронами.
• Ядро ( Положительно заряженное) находится в центре атома и содержит два типа частиц: протоны (положительно заряженные +) и нейтроны ( электрически нейтральные -).

Когда эта сила притяжения ослабнет или исчезнет, ​​электроны покинут атом и станут свободными. Согласно этой идее, электрические соединительные провода состоят из металлов, характеризующихся наличием слабой силы притяжения между его протонами и электронами b потому что при соединении этих проводов с электрическим источником возникает электродвижущая сила и накачиваются электроны и двигаться по проводам (проводникам), создавая электрический ток.

Следовательно, Электрический ток представляет собой поток электрических отрицательных зарядов (электронов) через проводящий материал (например, металлическую проволоку). Атом электрически нейтрален b потому что количество протонов (положительно заряженных) в ядре равно количеству электронов (отрицательно заряженных), которые вращаются вокруг ядра, Ядро положительно заряжено b потому что оно содержит протоны (положительно заряженные) и нейтральные нейтроны

Физические свойства электрического тока

1. Сила тока.
2. Разница потенциалов.
3. Электрическое сопротивление.

Сила тока

Сила электрического тока есть количество электричества в кулонах или электрических зарядов, протекающих через поперечное сечение проводника за одну секунду, когда количество заряда (q) кулон проходит через проводник за время (t) секунды, сила электрического тока (I) определяется по формуле:

Сила тока (I) = количество заряда (q) / Время в секундах (t)

Единицей измерения силы тока (I) является «Ампер». Единицей измерения количества электричества (количества заряда) (q) является «кулон». Единицей измерения времени (t) является «Секунда».

1 Ампер = 1 Кулон/ 1 секунда

Ампер за время в одну секунду, Кулон – это количество заряда, переносимого постоянным током силой в один ампер за время в одну секунду. Когда сила электрического тока, проходящего через проводник, составляет 1,5 ампера, количество электрического заряда, прошедшего через этот проводник за один секунд равно 1,5 кулона.

Задачи

Рассчитать силу тока, проходящего через поперечное сечение из-за потока 5400 Кл в течение 5 минут.

Решение:

Время = 5 x 60 = 300 сек.

Сила тока (I) = количество заряда (q)/время (t) = 5400/300 = 18 ампер.

Если электрический ток силой 6 ампер проходит через проводник за 15 секунд, найдите количество электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение этого проводника.

Решение:

q = I × t = 6 × 15 = 90 кулонов.

Что происходит с силой тока в следующих случаях

Если количество заряда, протекающего через проводник, увеличивается в два раза, а время остается постоянным, Сила тока увеличивается до двойной.

Если время прохождения заряда через проводник увеличивается вдвое, а количество заряда остается постоянным, то сила тока уменьшается вдвое.

Если количество заряда, протекающего через проводник, увеличивается вдвое. и время уменьшается вдвое, Сила тока увеличивается до четырех.

Сила электрического тока, проходящего через проводник , d прямо пропорциональна количеству заряда, протекающего через поперечное сечение этого проводника, когда время остается постоянным.

Сила электрического тока, протекающего через проводник, обратно пропорциональна времени протекания заряда через поперечное сечение этого проводника, когда количество заряда r остается постоянным.

Амперметр

Используется для измерения силы электрического тока, проходящего по цепи. Он соединен в электрические цепи последовательно, следующим образом:

• Положительный полюс амперметра (красный полюс) соединен с положительным полюсом сухого элемента.
• Отрицательный полюс амперметра (черный полюс) подключается к отрицательный полюс сухого элемента.

Амперметр не подключен напрямую к аккумулятору, так как это повреждает амперметр. В электрической цепи амперметр включен последовательно t для измерения силы электрического тока, проходящего по цепи.

Разность электрических потенциалов

Электрический потенциал проводника — это состояние электрического проводника, показывающее передачу электричества от него или к нему, когда он соединен с другим проводником

Если у вас есть два объекта, горячий объект (A) и холодный объект (B), соедините два объекта металлическим стержнем. Вы замечаете, что температура объекта (A) постепенно снижается, а температура объекта (B) постепенно увеличивается, пока их температуры не станут равными. Это происходит потому, что тепловая энергия перемещается от горячего объекта к холодному.

Это движение не зависит от количества тепла двух объектов. Но это зависит от разницы их температур. Таким образом, разница температур определяет движение тепловой энергии к объекту и от него.

Аналогично в электричестве

Если два заряженных проводника касаются или соединены с проводом и один из них проводник (А) имеет электрический потенциал выше, чем другой проводник (В), электрическая энергия (в виде электрический ток) будет течь из (А) в (В) до тех пор, пока их электрические потенциалы не сравняются. Также перенос зарядов не зависит от от их количества, Но это зависит от разницы в их потенциале.

Когда два проводника с одинаковым электрическим потенциалом соединены проводом, по ним не будет проходить электрический ток, потому что между ними нет разности потенциалов (разность потенциалов = ноль), Из предыдущего объяснения , разность потенциалов на двух выводах проводника может быть определена как:

Разность потенциалов на двух выводах проводника представляет собой работу, выполненную для переноса количества заряда в один кулон между два полюса этого проводника. Когда два проводника с одинаковым потенциалом соединены, электрический ток не проходит, потому что между ними нет разности потенциалов.

Потенциальная разн. (В) = Работа (Вт)/ Сумма (количество) заряда (q)

Единицей измерения разности потенциалов (В) является «Вольт». Единицей измерения работы (w) является «Джоуль». Единицей измерения количества электричества (q) является «Кулон».

I Вольт = 1 Дж/ 1 Кулон

Вольт это разность потенциалов на двух клеммах проводника при совершении работы по передаче заряда в джоуль 2 2 2 2 2 один кулон. Когда совершается работа в 10 джоулей по переносу заряда в 5 кулонов между двумя точками. Это означает, что разность потенциалов между двумя точками равна 10/5 = 2 вольта.

Задачи

Если работа по переносу электрического заряда в 300 Кл между двумя точками равна 33300 Дж, рассчитайте разность потенциалов между двумя точками.

Решение:

Разница потенциала (V) = Работа (W)/ Заряд (Q)

DINITION (V) = 33 300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/300/3000.

Если работа по переносу электрического заряда между двумя точками равна 20 джоулей, а время прохождения заряда по проводнику равно 2 секундам, рассчитайте силу электрического тока, протекающего по цепи.

Решение:

q = W/V = 20/5 = 4 кулона.

I = q/t = 4/2 = 2 ампер.

Что происходит с разностью потенциалов в следующих случаях…?

Если работа, совершаемая через проводник , уменьшается вдвое, а количество заряда остается постоянным, Разность потенциалов уменьшается вдвое.

Если количество заряда, протекающего через проводник, уменьшается вдвое, а работа остается постоянной, то разность потенциалов увеличивается вдвое.

Если работа, совершаемая через проводник, увеличивается в два раза, а количество заряда уменьшается в два раза. Разность потенциалов увеличивается в четыре раза.

Разность электрических потенциалов между двумя выводами проводника d прямо пропорциональна работе, затраченной на перенос некоторого количества заряда по сечению этого проводника, когда количество заряда остается постоянным.

Разность электрических потенциалов между двумя концами проводника обратно пропорциональна количеству заряда, протекающего через поперечное сечение этого проводника, когда совершаемая работа остается постоянной.

Электродвижущая сила

Источник электроэнергии (электрический элемент или батарея) действует как насос для поддержания непрерывного потока электрического тока в электрической цепи. Мощность этого электрического источника называется «Электродвижущей силой» (ЭДС). Электродвижущая сила (ЭДС) — это разность потенциалов между двумя полюсами батареи, когда электрическая цепь разомкнута (ток по цепи не проходит). Единицей измерения ЭДС является «Вольт».

При t электродвижущая сила электрического элемента составляет 1,1 вольт. Это означает, что разность потенциалов между двумя полюсами электрического элемента при разомкнутой цепи составляет 1,1 вольта.

Вольтметр

Используется для измерения:

• Разности потенциалов между двумя концами проводника.
• Электродвижущая сила (ЭДС) батареи.

Включается в электрические цепи параллельно. следующим образом:

• Положительный полюс вольтметра (красный полюс) соединен с положительным полюсом сухого элемента.
• Отрицательный полюс вольтметра (черный полюс) соединен с отрицательным полюсом сухого элемента.

Подключение вольтметра в электрические цепи

1. В замкнутую цепь: Подключается параллельно между двумя концами (клеммами) проводника для измерения разности потенциалов.
2. В разомкнутой цепи: Подключается параллельно между полюсами сухого элемента или батареи для измерения электродвижущей силы батареи.

Электрический потенциал в доме и в электрооборудовании

Напряжение в доме 220 вольт.