Дать определение электрического тока: определение, единицы измерения, переменный и постоянный

Содержание

определение, единицы измерения, переменный и постоянный

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Электрическим током называют направленное перемещение заряженных частиц, которое происходит под влиянием электрического поля.

Как образуется электрический ток?

Электрический ток появляется в веществе при условии наличия свободных (несвязанных) заряженных частиц. Носители заряда могут присутствовать в среде изначально, либо образовываться при содействии внешних факторов (ионизаторов, электромагнитного поля, температуры).

В отсутствие электрического поля их передвижения хаотичны, а при подключении к двум точкам вещества разности потенциалов становятся направленными – от одного потенциала к другому.

Количество таких частиц влияет на проводимость материала – различают проводники, полупроводники, диэлектрики, изоляторы.

В каким материалах возникает ток?

Процессы образования электрического тока в различных средах имеют свои особенности:

  1. В металлах заряд перемещают свободные отрицательно заряженные частицы – электроны. Переноса самого вещества не происходит – ионы металла остаются в своих узлах кристаллической решетки. При нагревании хаотичные колебания ионов близ положения равновесия усиливаются, что мешает упорядоченному движению электронов, — проводимость металла уменьшается.
  2. В жидкостях (электролитах) носителями заряда являются ионы – заряженные атомы и распавшиеся молекулы, образование которых вызвано электролитической диссоциацией. Упорядоченное движение в этом случае представляет собой их перемещение к противоположно заряженным электродам, на которых они нейтрализуются и оседают.

    Катионы (положительные ионы) движутся к катоду (минусовому электроду), анионы (отрицательные ионы) – к аноду (плюсовому электроду). При повышении температуры проводимость электролита возрастает, так как растет число разложившихся на ионы молекул.

  3. В газах под действием разности потенциалов образуется плазма. Заряженными частицами являются ионы, плюсовые и минусовые, и свободные электроны, образующиеся под воздействием ионизатора.
  4. В вакууме электрический ток существует в виде потока электронов, которые движутся от катода к аноду.
  5. В полупроводниках в направленном движении участвуют электроны, перемещающиеся от одного атома к другому, и образующиеся при этом вакантные места – дырки, которые условно считают плюсовыми.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

При низких температурах полупроводники приближаются по свойствам к изоляторам, так как электроны заняты ковалентными связями атомов кристаллической решетки. При увеличении температуры валентные электроны получают достаточную для разрыва связей энергию, и становятся свободными. Соответственно, чем выше температура – тем лучше проводимость полупроводника.

Посмотрите видео ниже с подробным рассказом об электрическом токе:

Возникновение тока в различных материалах

От чего зависит электрический ток?

На количество свободных заряженных частиц и на скорость их упорядоченного передвижения влияют следующие факторы:

  1. Материал проводящего вещества;
  2. Заряд и масса частиц;
  3. Величина разности потенциалов;
  4. Окружающая температура;
  5. Наличие дополнительных внешних факторов – магнитного поля, ионизирующего излучения.

В чем измеряется электрический ток? Единицы измерения

Для измерения электрического тока пользуются понятиями силы тока и его плотности. Измеряется сила тока специальным приборам — амперметром.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Сила тока измеряется в Амперах (А) и представляет собой величину заряда, который проходит через поперечное сечение проводящего материала за единицу времени. Единица измерения силы тока называется Ампер (А). Один ампер приравнивают к отношению одного Кулона (Кл) к одной секунде.

Плотностью тока называют отношение силы тока к площади этого сечения. Единицей измерения измеряют в Амперах на квадратный метр (А/м2).

Ниже представлено видео о силе электрического тока в рамках школьной программы:

Постоянный и переменный ток

Электрический ток, который всегда имеет одно направление, называется постоянным. Если же периодически он устремляется в обратную сторону, а также меняет свою величину, то называется переменным.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Сети с переменным током используют для передачи энергии по проводам на значительные расстояния. Это связанно с тем, что переменный ток легко трансформируется по классам напряжения, т.е. для того чтобы передать большое количество энергии необходимо высокое напряжение и провод или кабель с небольшим сечением. Сети постоянного тока больше распространены в Европе, т.к. там нет больших расстояний как в России.

Генерация такого тока основана на явлении электромагнитной индукции. Происходит она за счет вращения магнита вокруг катушки с замкнутым проводящим контуром. Поэтому сила переменного тока при разворачивании ее по времени представляет собой синусоиду.

Что такое электрический ток? Основные понятия, характеристики и действия.

Что такое электрический ток? В учебнике физики есть определение:

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК — это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц под действием электрического поля. Частицами могут быть: электроны, протоны, ионы, дырки.

В академических учебниках определение описывается так:

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК — это скорость изменения электрического заряда во времени.

    • Заряд электронов отрицателен.
    • протоны — частицы с положительным зарядом;
  • нейтроны — с нейтральным зарядом.

СИЛА ТОКА – это количество заряженных частиц (электроны, протоны, ионы, дырки), протекающих через поперечное сечение проводника.

Все физические вещества, в том числе металлы состоят из молекул, состоящих из атомов, которые в свою очередь состоят из ядер и вращающихся вокруг них электронов. Во время химических реакций электроны переходят от одних атомов к другим, поэтому, атомы одного вещества испытывают недостаток в электронах, а атомы другого вещества имеют их избыток. Это означает, что вещества имеют разноименные заряды. В случае их контакта, электроны будут стремиться перейти из одного вещества в другое. Именно это перемещение электронов и есть ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. Ток, который будет течь, до тех пор, пока заряды этих двух веществ не уравняются. Взамен ушедшего электрона приходит другой. Откуда? От соседнего атома, к нему — от его соседа, так до крайнего, к крайнему — от отрицательного полюса источника тока (например — батарейки). С другого конца проводника электроны уходят на положительный полюс источника тока. Когда все электроны на отрицательном полюсе закончатся, ток прекратится (батарея «села»).

НАПРЯЖЕНИЕ — это характеристика электрического поля и представляет собой разность потенциалов двух точек внутри электрического поля.

Вроде как то не понятно. Проводник – это в простейшем случае — проволока, сделанная из металла (чаще применяется медь и алюминий). Масса электрона равна 9,10938215(45)×10-31 кг. Если электрон имеет массу, то это означает, что он материален. Но проводник сделан из металла, а металл то, твёрдый, как по нему текут какие то, электроны?

Число электронов в веществе, равное числу протонов лишь обеспечивает его нейтральность, а сам химический элемент определяется количеством протонов и нейтронов исходя из периодического закона Менделеева. Если чисто теоретически отнять от массы любого химического элемента все его электроны, он практически не приблизится к массе ближайшего химического элемента. Слишком большая разница между массами электрона и ядра (масса только 1-го протона примерно в 1836 больше массы электрона). А уменьшение или увеличение числа электронов должно приводить лишь к изменению общего заряда атома. Число электронов у отдельно взятого атома всегда переменно. Они, то покидают его, вследствие теплового движения, то возвращаются обратно, потеряв энергию.

Если электроны движутся направленно, значит, они «покидают» свой атом, а не будет теряться атомарная масса и как следствие, меняться и химический состав проводника? Нет. Химический элемент определяется не атомарной массой, а количеством ПРОТОНОВ в ядре атома, и ничем другим. При этом наличие или отсутствие электронов или нейтронов у атома роли не играет. Добавим — убавим электроны — получим ион, добавим — убавим нейтроны — получим изотоп. При этом химический элемент останется тем же.

С протонами другая история: один протон — это водород, два протона — это гелий, три протона — литий и.т.д (см. таблицу Менделеева). Поэтому, сколько ни пропускай ток через проводник, химический состав его не изменится.

Другое дело электролиты. Здесь как раз ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МЕНЯЕТСЯ. Из раствора под действием тока выделяются элементы электролита. Когда все выделятся, ток прекратится. Всё потому, что носители заряда в электролитах — ионы.

Бывают химические элементы без электронов:

1.  Атомарный космический водород.

2. Газы в верхних слоях атмосферы Земли и других планет с атмосферой.

2. Все вещества в состоянии плазмы.

3. В ускорителях, коллайдерах.

Под действием электрического тока химические вещества (проводники) могут «рассыпаться». Например, плавкий предохранитель. Движущиеся электроны на своем пути расталкивают атомы, если ток сильный — кристаллическая решетка проводника разрушается и проводник расплавляется.

Рассмотрим работу электровакуумных приборов.

Напомню, что во время действия электрического тока в обычном проводнике, электрон, покидая своё место, оставляет там «дырку», которая затем заполняется электроном от другого атома, где в свою очередь так же образуется дырка, в последствии заполняемая другим электроном. Весь процесс движения электронов происходит в одну сторону, а движение «дыр», в противоположную. То есть дырка – явление временное, она заполняется всё равно. Заполнение необходимо для сохранения равновесия заряда в атоме.

А теперь рассмотрим работу электровакуумного прибора. Для примера возьмём простейший диод – кенотрон. Электроны в диоде во время действия электрического тока испускаются катодом в направлении анода. Катод покрыт специальными окислами металлов, которые облегчают выход электронов из катода в вакуум (малая работа выхода). Никакого запаса электронов в этой тоненькой пленке нет. Для обеспечения выхода электронов катод сильно разогревают нитью накала. Со временем раскаленная пленка испаряется, оседает на стенках колбы, и эмиссионная способность катода уменьшается. И такой электронно-вакуумный прибор попросту выкидывают. А если прибор дорогой, его восстанавливают. Для его восстановления колбу распаивают, заменяют катод на новый, после чего колбу обратно запаивают.

Электроны в проводнике двигаются «перенося на себе» электрический ток, а катод пополняется электронами от проводника, подключенного к катоду. На замену электронам, покинувшим катод, приходят электроны от источника тока.

Понятие «скорость движения электрического тока» не существует. Со скоростью, близкой к скорости света (300 000 км/с), по проводнику распространяется электрическое поле, под действием которого все электроны начинают движение с малой скоростью, которая приблизительно равна 0,007 мм/с, не забывая ещё и хаотически метаться в тепловом движении.


Давайте теперь разберёмся в основных характеристиках тока

Представим картину: У вас имеется стандартная картонная коробка с горячительным напитком на 12 бутылок. А вы пытаетесь засунуть туда ещё бутылку. Предположим вам это удалось, но коробка едва выдержала. Вы засовываете туда ещё одну, и вдруг коробка рвётся и бутылки вываливаются.

Коробку с бутылками можно сравнить с поперечным сечением проводника:

Чем шире коробка (толще провод), тем большее количество бутылок (СИЛУ ТОКА), она может в себя поместить (обеспечить).

В коробке (в проводнике) можно поместить от одной до 12 бутылок – она не развалится (проводник не сгорит), а большее число бутылок (большую силу тока) она не вмещает (представляет сопротивление).
Если сверху на коробку, мы поставим ещё одну коробку, то на одной единице площади (сечении проводника) мы разместим не 12, а 24 бутылки, ещё одну сверху — 36 бутылок. Одну из коробок (один этаж) можно принять за единицу аналогичную НАПРЯЖЕНИЮ электрического тока.

Чем шире коробка (меньше сопротивление), тем большее количество бутылок (СИЛУ ТОКА) она может обеспечить.

Увеличив высоту коробок (напряжение), мы можем увеличить общее количество бутылок (МОЩНОСТЬ) без разрушения коробок (проводника).

По нашей аналогии получилось:

Общее количество бутылок это — МОЩНОСТЬ

Количество бутылок в одной коробке (слое) это — СИЛА ТОКА

Количество ящиков в высоту (этажей) это — НАПРЯЖЕНИЕ

Ширина коробки (вместимость) это — СОПРОТИВЛЕНИЕ участка электрической цепи

Путём перечисленных аналогий, мы пришли к «ЗАКОНУ ОМА«, который ещё называется Законом Ома для участка цепи. Изобразим его в виде формулы:

Закон Ома

где I – сила тока, U – напряжение (разность потенциалов), R – сопротивление.

По-простому, это звучит так: Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Кроме того, мы пришли и к «ЗАКОНУ ВАТТА«. Так же изобразим его в виде формулы:

Закон Ватта

где I – сила тока, U – напряжение (разность потенциалов), Р – мощность.

По-простому, это звучит так: Мощность равна произведению силы тока на напряжение.

Сила электрического тока измеряется прибором называемым Амперметром. Как вы догадались, величина электрического тока (количество переносимого заряда) измеряется в амперах. Для увеличения диапазона обозначений единицы изменения существуют такие приставки кратности как микро — микроампер (мкА), мили – миллиампер (мА). Другие приставки в повседневном обиходе не используются. Например: Говорят и пишут «десять тысяч ампер», но никогда не говорят и не пишут 10 килоампер. Такие значения в обычной жизни не реальны. То же самое можно сказать про наноампер. Обычно говорят и пишут 1×10-9 Ампер.

Электрическое напряжение (электрический потенциал) измеряется прибором называемым Вольтметром, как вы догадались, напряжение, т. е. разность потенциалов, которая заставляет течь ток, измеряется в Вольтах (В). Так же, как для тока, для увеличения диапазона обозначений, существуют кратные приставки: (микро — микровольт (мкВ), мили – милливольт (мВ), кило – киловольт (кВ), мега – мегавольт (МВ). Напряжение ещё называют ЭДС – электродвижущей силой.

Электрическое сопротивление измеряется прибором называемым Омметром, как вы догадались, единица измерения сопротивления – Ом (Ом). Так же, как для тока и напряжения, существуют приставки кратности: кило – килоом (кОм), мега – мегаом (МОм). Другие значения в обычной жизни не реальны.

Ранее, Вы узнали, что сопротивление проводника напрямую зависит от диаметра проводника. К этому можно добавить, что если к тонкому проводнику приложить большой электрический ток, то он будет не способен его пропустить, из-за чего будет сильно греться и, в конце концов, может расплавиться. На этом принципе основана работа плавких предохранителей.

Атомы любого вещества располагаются на некотором расстоянии друг от друга. В металлах расстояния между атомами настолько малы, что электронные оболочки практически соприкасаются. Это дает возможность электронам свободно блуждать от ядра к ядру, создавая при этом электрический ток, поэтому металлы, а также некоторые другие вещества являются ПРОВОДНИКАМИ электричества. Другие вещества – наоборот, имеют далеко расставленные атомы, электроны, прочно связанные с ядром, которые не могут свободно перемещаться. Такие вещества не являются проводниками и их принято называть ДИЭЛЕКТРИКАМИ, самым известным из которых является резина. Это и есть ответ на вопрос, почему электрические провода делают из металла.

О наличии электрического тока говорят следующие действия или явления, которые его сопровождают:

;1. Проводник, по которому течет ток, может нагреваться;

2. Электрический ток может изменять химический состав проводника;

3. Ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела.

При отделении электронов от ядер освобождается некоторое количество энергии, которое нагревает проводник. «Нагревательную» способность тока принято называть рассеиваемой мощностью и измерять в ваттах. Такой же единицей принято измерять и механическую энергию, преобразованную из электрической энергии.

Опасность электрического тока и другие опасные свойства электричества и техника безопасности

Электрический ток нагревает проводник, по которому течёт. Поэтому:

1. Если бытовая электрическая сеть испытывает перегрузку, изоляция постепенно обугливается и осыпается. Возникает возможность короткого замыкания, которое очень опасно.

2. Электрический ток, протекая по проводам и бытовым приборам, встречает сопротивление, поэтому «выбирает» путь с наименьшим сопротивлением.

3. Если происходит короткое замыкание, сила тока резко возрастает. При этом выделяется большое количество тепла, способное расплавить металл.

4. Короткое замыкание может произойти и из-за влаги. Если в случае с коротким замыканием происходит пожар, то в случае с воздействием влаги на электроприборы в первую очередь страдает человек.

5. Удар электричеством очень опасен, вероятен смертельный исход. При протекании электрического тока через организм человека, сопротивление тканей резко уменьшается. В организме происходят процессы нагревания тканей, разрушения клеток, отмирания нервных окончаний.

Как обезопасить себя от поражения электрическим током

Чтобы обезопасить себя от воздействия электрического тока, используют средства защиты от поражения электрическим током: работают в резиновых перчатках, используют резиновый коврик, разрядные штанги, устройства заземления аппаратуры, рабочих мест. Автоматические выключатели с тепловой защитой и защитой по току, так же являются не плохим средством защиты от поражения током, способным сохранить жизнь человека. Когда я не уверен в отсутствии опасности поражения электрическим током, при выполнении не сложных операций в электрощитовых, блоках аппаратуры, я как правило работаю одной рукой, а другую руку ложу в карман. Тем самым исключается возможность поражения током по пути рука-рука, в случае случайного прикосновения к корпусу щита, или другим массивным заземлённым предметам.

Для тушения пожара, возникшего на электрооборудовании используют только порошковые или углекислотные огнетушители. Порошковые тушат лучше, но после засыпания аппаратуры пылью из огнетушителя, эту аппаратуру не всегда возможно восстановить.

Видео по теме: что такое электрический ток

Что такое электрический ток — определение. Верно ли оно? | Электроинформация

Похоже, что первые обозначения электротехническим понятиям давали люди, занимающиеся гидравликой. Другими словами, наукой, название которой образовано из двух греческих слов — вода и труба. Само название «электрический ток» (течение) говорит об этом. Неудивительно, что некоторые понятия и определения взяты именно из этой науки. Например, напряжение (разность потенциалов) — разность давлений в сообщающихся сосудах.  А также, сопротивление проводника электрическому току — сопротивление трубы течению жидкости. 

Обычная картинка, объясняющая параметры электрического тока

И даже существует специальный метод сравнения воды с электрическим током.

«Метод электрогидравлических аналогий — метод анализа гидравлических схем, гидромашин и гидрооборудования, основанный на систематическом перенесении теории электрических схем в гидродинамику.»
Википедия

Потому так удобно приводить «водяные» ассоциации в отношении электрического тока. Ведь они к нему применялись изначально, еще на этапе открытия. Однако это вовсе не значит что такие параллели верны. Они всего лишь помогают понять явление, которое не воспринимается нашими органами чувств напрямую.  В итоге же еще больше запутывают человека. Это касается не только сравнений электрической проводки с водопроводом. Это касается и определения электрического тока как понятия.  

Как правило, электрическому току дают следующее определение:

Электрический ток — это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц под действием электрического поля.

Причем частицы могут быть самыми различными. К примеру, в металлах  — это электроны. А вот в газах — ионы и электроны. В растворе кислот и солей (электролитах) — положительные ионы (катионы) и отрицательные ионы (анионы). Для полупроводников — это электроны и дырки.

Более того, иногда определение формулируется несколько иначе. Например, не движение заряженных частиц, а перенос электрического заряда от одной частице к другой. Существует и другое мнение. Электроны движутся в сторону, противоположную направлению тока. Так что электрический ток — это не движение частиц. Электрический ток — это электромагнитная волна, колебания. Некоторые люди считают что электроток создаётся направленным потоком эфира, а движения электронов — лишь следствие этого. Но все-таки обычно преобладает первое определение.

Безусловно, чрезвычайно интересен тот факт, что у этого определения электрического тока нет автора. Другими словами, определение берется просто ниоткуда. И существует само по себе. Причем, дается вышеуказанное определение обычно школьникам. В высших учебных заведениях такого определения уже не встречается. Там электрический ток скорее назовут скоростью изменения электрического заряда во времени.

А вот, к примеру, у определения электричества существует автор. Это Уильям Гильберт (1544 — 1603) — английский физик, придворный врач Елизаветы I и Якова I. Он дал следующее определение этому явлению: «Электричество — совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов.» Это вероятно потому, что здесь чистое определение. Без всякого поползновения на объяснение. 

Уильям Гильберт — английский физик

Определение же электрического тока претендует на пояснение того, что это такое. В результате, создается ложное ощущение того, что наука объяснила суть явления. Более того, объяснила окончательно и бесповоротно! Все вопросы разрешены! Однако, появляется лишь множество дополнительных вопросов. Почему электроны и ионы частицы? Частицы чего? Атома? Почему заряженные? Чем? Почему их движение направленное? А что такое «заряд»? Откуда он берется? 

Самое смешное, что ничего ведь не изменится, если дать электрическому току даже сказочное определение. Мол, электрический ток — это целенаправленное движение маленьких человечков. В одном случае, они бегут всегда в одном направлении. В другом случае, бегают то туда, то сюда. Причем у них при этом изменяются эмоции. Никто не видел маленьких человечков. Но никто не видел и электронов. И самое главное — сказочное определение никак не помешает совершать правильные электротехнические расчеты!  Даже если мы будем проводить их в человечках и их эмоциях!

Примером этому может служить широко известный факт про направление движения электрического тока. Изначально направление движения считали от плюса к минусу. Однако, позднее это утверждение пересмотрели. Потому как стали считать электроны отрицательно заряженными частицами. Считается, что одноименные заряды отталкиваются друг от друга. С другой стороны, разноименные заряды притягиваются друг к другу. Разумеется, отрицательно заряженные электроны будут двигаться к плюсу. Значит, течение электрического тока происходит от минуса к плюсу.

Но в электротехнике ничего изменять не стали. На схемах движение тока происходит по-старому. И это никак не мешает никаким расчетам. Когда надо подсчитать что-то конкретное, то тогда и стоит учитывать характеристики носителей. То есть, их заряд, концентрацию, а также направление дрейфа. Тем более, что движение может происходить не только в металлах. Но, например, и в электролитах. Где движение будет считаться от положительных ионов к отрицательным. Иначе говоря, направление движения электрического тока, а также его определение — искусственное соглашение. Принятое для удобства. Но никак не объяснение самого явления.  

В качестве определения можно даже рассказать анекдот. Он о том, как преподаватель объясняет студентам сущность электрического тока.

«Представим себе длинный коридор — это провод. Теперь представьте, что вы стоите в одном конце коридора, и вас начинают гнать палками в другой конец. Вот вы – это ток. Кто вас бьёт — это напряжение. Чем сильнее вас бьют – тем сильнее напряжение, тем быстрее вы бежите в другой конец коридора – тем больше сила тока. Теперь представьте, что в коридоре расставили стулья – это сопротивление. Чем больше стульев – тем сильнее сопротивление, тем сложнее вам бежать, тем ниже сила тока.»

Тем не менее, модификация определений ничего не изменяет. Но все меняется, когда мы подходим к практическим наблюдениям. Вот эти наблюдения действительно важны. Тот же закон Ома определяет взаимосвязь между напряжением, силой тока и сопротивлением проводника. Это чисто практические наблюдения. Такие наблюдения не претендуют на какие-то глобальные объяснения. Все просто. Если напряжение и сопротивление имеют определенные параметры, то сила тока будет иметь определенное этими параметрами значение. И смотрите какое дело. Эти наблюдения сразу становятся Законом! Причем Закон этот имеет имя ученого, его открывшего. И никакой таинственности!!!

Георг Симон Ом — немецкий физик

Все дело в том, что мы получаем конкретную пользу, когда проводим наблюдения и устанавливаем взаимосвязь. Например, мы замечаем, что если определенным образом сложить ветки и укрыть их листьями, то получится некое сооружение. И если в нем прятаться во время дождя, то останешься сухим. А значит не заболеешь. Будешь здоровым и счастливым. Налицо прямая выгода! Которую мы получаем практически.

Когда же мы начинаем рассуждать про движение электронов и бегающих человечков, то уходим в область мифотворчества. Начинаем заниматься отвлеченными теоретическими и философскими рассуждениями. В которых на каждом шагу нужно добавлять выражения: «возможно, вероятно, может быть». И делать это очень легко, так как практического применения у определения электротока по сути нет. Поэтому любое определение электрического тока ничего конкретного не означает.

Однако, если быть точными, такое определение все-таки может принести некоторую относительную пользу. В качестве притчи или аналогии. Оно позволяет человеческому мозгу легче осознать нечто невидимое и таинственное. Увидеть материальный аналог этого нечто. Иначе говоря, не понять, а просто принять непонятное. Другими словами, привыкнуть к нему.

«Из объяснений я ничего не понял, но постепенно привык и перестал удивляться. Я совершенно убежден, что через десять-пятнадцать лет любой школьник будет лучше разбираться в общей теории относительности, чем современный специалист. Для этого вовсе не нужно понимать, как происходит искривление пространства-времени, нужно только, чтобы такое представление с детства вошло в быт и стало привычным.»
Аркадий и Борис Стругацкие

Теория Эйнштейна вошла в быт и стала привычной

Но, если копнуть глубже, то такая польза становится более похожей на вред. Причем по той же самой причине. Особенно для молодого поколения. А ведь это определение дается как раз школьникам. Оно позволяет молодым людям видеть систему такой, какой она сама хочет, чтобы ее видели. Для системы выгодно создать о себе образ всемогущей и всезнающей. «У нас все схвачено. Мы все про все на свете знаем. Не сомневайся, дорогой товарищ!»

Внушенные с детства, человеку подобные определения зашоревают глаза на всю оставшуюся жизнь. Хорошо, если человек понимает условность подобных утверждений и определений. Это позволяет ему и дальше свободно мыслить, не обращая внимания на ложные условности. Но чаще происходит обратное. Прочитав определение, человек успокаивается и принимает его как максиму. Другими словами, дает себе разрешение не размышлять далее в этом направлении. И это, к сожалению, относится далеко не только к определению электрического тока.

Что такое электрический ток — определение видео.

Игорь Петрович Копылов (1928 года — 2014) — доктор технических наук, профессор, почетный профессор кафедры «Электромеханика» Московского энергетического института, Заслуженный деятель науки и техники РФ, лауреат Государственной премии СССР. Почётный академик Инженерной Академии РФ, почётный академик Академии Электротехнических Наук РФ. Участник Великой Отечественной войны.

И. П. Копылов говорит об определении электричества

Для вашего удобства подборка публикаций

Почему нельзя разделять ноль в этажном щитке на N и PE

Где в розетке плюс, а где минус?

Исторические байки про электричество

Почему в Америке 110 вольт, а у нас 220?

Главная страница

Спасибо за посещение канала, чтение заметки, лайки, дизлайки и комментарии

1. Что такое электрический ток? Дайте определение силы тока, напряжению и мощности. Какими приборами, в каких единицах они измеряются?

Электри́ческий
ток — направленное (упорядоченное)
движение заряженных частиц. Такими
частицами могут являться: в металлах —
электроны, в газах — ионы и электроны,
в вакууме при определенных условиях —
электроны, в полупро-водниках — электроны
и дырки (электронно-дырочная проводимость).
Иногда электрич. током называют также
ток смещения, возникающий в результате
изменения во времени электрического
поля. Электрический ток имеет количественные
характеристики: скалярную — силу тока,
и векторную — плотность тока.

Сила
тока — 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 (русское обозначение:
А).По закону Ома сила тока на участке
цепи прямо пропорциональна напряжению
, приложенному к этому участку цепи, и
обратно пропорциональна егосопротивлению
:

Мощность
электрического тока — это отношение
произведенной им работы ко времени в
течение которого совершена работа.
Мощность измеряется в ваттах.
Ваттме́тр-измерительный прибор,
предназначенный для определения мощности
электрич. тока или электромагнитного
сигнала.

Электрическое
напряжение — это величина, численно
равная работе по перемещению единицы
электрического заряда между двумя
произвольными точками электрической
цепи.

2. Постоянный электрический ток. Характеристики электрического поля. Закон Ома для участка цепи. Сформулируйте и запишите закон Джоуля-Ленца.

Электрический
ток называют постоянным, если сила тока
и его направление не меняются с течением
времени. Основные характеристики
электрического поля: потенциал, напряжение
и напряженность. Энергия электрического
поля, отнесенная к единице положительного
заряда, помещенного в данную точку поля,
и называется потенциалом поля в данной
его точке. потенциал электрического
поля в данной его точке численно равен
работе, совершаемой сторонней силой
при перемещении единицы положительного
заряда из-за пределов поля в данную
точку. Потенциал поля измеряется в
вольтах. Если потенциал обозначить
буквой φ, заряд — буквой q и затраченную
на перемещение заряда работу — W, то
потенциал поля в данной точке выразится
формулой φ = W/q

Напряжение
между двумя точками электрического
поля численно равно работе, которую
совершает поле для переноса единицы
положительного заряда из одной точки
поля в другую.

Как
видно, напряжение между двумя точками
поля и разность потенциалов между этими
же точками представляют собой одну и
ту же физическую сущность. Напряжение
измеряется в вольтах (В)

Величина
Е, численно равная силе, которую испытывает
единичный положительный заряд в данной
точке поля, называется напряженностью
электрического поля. F = Q х Е, где F —
сила, действующая со стороны электрического
поля на заряд Q, помещенный в данную
точку поля, Е — сила, действующая на
единичный положительный заряд, помещенный
в эту же точку поля.

Закон
Ома для участка цепи

Сила
тока прямо пропорциональна разности
потенциалов (напряжению) на концах
участка цепи и обратно пропорциональна
сопротивлению этого участка:

I
= U/R где U – напряжение на данном участке
цепи

R
– сопротивление данного участка цепи

Сформулируйте
и запишите Джоуля-Ленца

При
прохождении электрического тока по
проводнику количество теплоты, выделяемое
в проводнике, прямо пропорционально
квадрату тока, сопротивлению проводника
и времени, в течение которого электрический
ток протекал по проводнику.

Это
положение называется законом Ленца —
Джоуля.

Если
обозначить количество теплоты, создаваемое
током, буквой Q (Дж), ток, протекающий по
проводнику — I, сопротивление проводника
— R и время, в течение которого ток протекал
по проводнику — t, то закону Ленца — Джоуля
можно придать следующее выражение:

Q
= I2Rt.

Так
как I = U/R и R = U/I, то Q = (U2/R) t = UIt.

3. Чем
обусловлено получение фигур Лиссажу?
Нарисуйте фигуры, если частота по каналу
Х = 50 Гц – соnst, а частота по каналу Y =
25,50,100,150 Гц.

Фигуры
Лиссажу — замкнутые траектории,
прочерчиваемые точкой, совершающей
одновременно два гармонических колебания
в двух взаимно перпендикулярных
направлениях.

Вид
фигур зависит от соотношения между
периодами (частотами), фазами и амплитудами
обоих колебаний

Х=50Гц,у=50Гц
Х=50Гц,у=100Гц Х=50Гц, у=150 Гц
х=50Гц у=25Гц

№1. Дайте определение электрического тока.
№2. При каких условиях возникает электрический

№2. При каких условиях возникает электрический ток?

№3. Как выбирается направление электрического тока? В каком направлении движутся элек-троны в металлическом проводнике, по которому протекает электрический ток?

№4. Дайте определение силы тока.

№5. В каких единицах измеряется сила тока?

№6. Для измерения какой физической величины используется амперметр? Почему сопротивле-ние амперметра должно быть малым? Как подсоединяется амперметр в цепь?

№7. Для измерения какой физической величины используется вольтметр? Почему сопротивле-ние вольтметра должно быть большим? Как подсоединяется вольтметр в сеть?

№8. От чего зависит сопротивление проводника? В чем оно измеряется?

№9. Какая физическая величина характеризует электрические свойства материала проводника? Дайте определение этой величины и укажите, в каких единицах она измеряется

№10. При каких значениях удельного сопротивления вещество можно считать проводником, по-лупроводником, диэлектриком?

№11. Как зависит удельное сопротивление проводника от его температуры? В каких единицах измеряется температурный коэффициент сопротивления?

№12. Какое физическое явление называют сверхпроводимостью? Дайте определение сверхпро-водника

№13. Какую температуру называют критической?

№14. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

№15. На что расходуется энергия направленного движения заряженных частиц в проводнике?

№16. Сформулируйте закон Джоуля—Ленца. Запишите его математическое выражение.

№17. Что называют работой тока?

№18. Дайте определение мощности электрического тока. Приведите формулу для расчета этой мощности.

№19. Каковы единицы мощности и работы тока?

№20. Почему уменьшение потерь мощности в линиях электропередачи достигается за счет по-вышения напряжения в передающей электростанции?

№21. Какие вы знаете виды соединения проводников.

№22. Сформулируйте законы последовательного соединения проводников.

№23. Сформулируйте законы параллельного соединения проводников.

№24. Какие силы называют сторонними? Почему накопление зарядов на полюсах источника мо-жет происходить лишь под действием сторонних сил?

№25. Опишите особенности движения заряженной частицы в источнике тока.

№26. Дайте определение ЭДС. В каких единицах она измеряется?

№27. Может ли напряжение источника равняться его ЭДС? При каком условии?

№28. Сформулируйте и запишите закон Ома для замкнутой цепи.

Электрическое напряжение: определение, формула, вольтметр

 

Электрический ток – это проходящие через проводник электроны, несущие отрицательный заряд. Объем этого заряда или, иными словами, количество электричества характеризует силу тока. Мы знаем, что сила тока одинакова во всех местах цепи.

Электроны не могут исчезать или «спрыгивать» с проводов и нагрузки. Поэтому, силу тока мы можем измерить в любом месте электрической цепи. Однако, будет ли одинаковым действие тока на разные участки этой цепи? Давайте разберемся.

Проходя по проводам, ток лишь слегка их нагревает, однако не совершает при этом большой работы. Проходя же через спираль электрической лампочки, ток не просто сильно нагревает ее, он нагревает ее до такой степени, что она, раскаляясь, начинает светиться. То есть в данном случае ток совершает механическую работу, и довольно приличную работу. Ток тратит свою энергию. Электроны в том же количестве продолжают бежать дальше, но энергии у них уже поменьше.

Определение электрического напряжения

То есть электрическое поле должно было «протащить» электроны через нагрузку, и энергия, которая при этом израсходовалась, характеризуется величиной, называемой электрическим напряжением. Эта же энергия потратилась на какое-то изменение состояния вещества нагрузки. Энергия, как мы знаем, не пропадает в никуда и не появляется из ниоткуда. Об этом гласит Закон сохранения энергии. То есть, если ток потратил энергию на прохождение через нагрузку, эту энергию приобрела нагрузка и, например, нагрелась.

То есть, приходим к определению: напряжение электрического тока – это величина, показывающая, какую работу совершило поле при перемещении заряда от одной точки до другой. Напряжение в разных участках цепи будет различным. Напряжение на участке пустого провода будет совсем небольшим, а напряжение на участке с какой-либо нагрузкой будет гораздо большим, и зависеть величина напряжения будет от величины работы, произведенной током. Измеряют напряжение в вольтах (1 В). Для определения напряжения существует формула: 

U=A/q,

где U — напряжение,
A – работа, совершенная током по перемещению заряда q на некий участок цепи.

Напряжение на полюсах источника тока

Что касается напряжения на участке цепи – все понятно. А что же тогда означает напряжение на полюсах источника тока? В данном случае это напряжение означает потенциальную величину энергии, которую может источник придать току. Это как давление воды в трубах. Эта величина энергии, которая будет израсходована, если к источнику подключить некую нагрузку. Поэтому, чем большее напряжение у источника тока, тем большую работу может совершить ток.

Вольтметр

Для измерения напряжения существует прибор, называемый вольтметром. В отличие от амперметра, он подключается не произвольно в любом месте цепи, а параллельно нагрузке, до нее и после. В таком случае вольтметр показывает величину напряжения, приложенного к нагрузке. Для измерения напряжения на полюсах источника тока, вольтметр подключают непосредственно к полюсам прибора.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Сила тока: природа, формула, измерение амперметром
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspСопротивление тока: притяжение ядер, проводники и непроводники

Что такое электрический ток — Строительный журнал Palitrabazar.ru

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 – 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 .

Первым условием длительного существования электрического тока рассматриваемого вида является наличие источника, или генератора, поддерживающего разность потенциалов между носителями зарядов. Второе условие — замкнутость пути. В частности, для существования постоянного тока необходимо наличие замкнутого пути, по которому заряды могут перемещаться внутри контура без изменения их значения.

Как известно, в соответствии с законом сохранения электрических зарядов они не могут создаваться или исчезать. Поэтому, если любой объем пространства, где протекают электрические токи, окружить замкнутой поверхностью, то ток, втекающий в этот объем, должен быть равен току, вытекающему из него.

Замкнутый путь, по которому течет электрический ток, называют цепью электрического тока, или электрической цепью. Электрическая цепь — делится на две части: внутреннюю, в которой электрически заряженные частицы движутся против направления электростатических сил, и внешнюю часть, в которой эти частицы движутся в направлении электростатических сил. Концы электродов, к которым подсоединяется внешняя цепь, называются зажимами.

Итак, 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 .

Один ампер соответствует перемещению через поперечное сечение проводника в течение одной секунды (с) заряда электричества величиной в один кулон (Кл):

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

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: 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: Постоянный ток

Ток намагниченности — постоянный микроскопический (амперовый) ток, являющийся причиной существования собственного магнитного поля намагниченных веществ.

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:

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 w — скорость изменения тока в радианах в секунду и связана с частотой простым соотношением:

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

Электрический ток во всех его проявлениях представляет собой кинетическое явление, аналогичное течению жидкости в замкнутых гидравлических системах. По аналогии процесс движения тока называется «течением» (ток течет).

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.

Что такое электрический ток?

Открытия, связанные с электричеством, кардинально изменили нашу жизнь. Используя электрический ток как источник энергии, человечество сделало прорыв в технологиях, которые облегчили наше существование. Сегодня электричество приводит в движение токарные станки, автомобили, управляет роботизированной техникой, обеспечивает связь. Этот список можно продолжать очень долго. Даже трудно назвать отрасль, где можно обойтись без электроэнергии.

В чём секрет такого массового использования электричества? Ведь в природе существуют и другие источники энергии, более дешевые, чем электричество. Оказывается всё дело в транспортировке.

Электрическую энергию можно доставить практически везде:

  • к производственному цеху;
  • квартире;
  • на поле;
  • в шахту, под воду и т. д.

Электроэнергию, накопленную аккумулятором, можно носить с собой. Мы пользуемся этим ежедневно, беря с собой сотовый телефон. Ни один другой вид энергии не обладает такими универсальными свойствами как электричество. Разве это не является достаточной причиной для того, чтобы глубже изучить природу и свойства электричества?

Что такое электрический ток?

Электрические явления наблюдались давно, но объяснить их природу человек смог относительно недавно. Удар молнии казался чем-то неестественным, необъяснимым. Странным казалось потрескивание некоторых предметов при их трении. Искрящаяся в темноте расчёска, после расчёсывания шерсти животных (например, кошки) вызвала недоумение, но подогревала интерес к этому явлению.

Как всё начиналось

Ещё древним грекам было известно свойство янтаря, потёртого о шерсть, притягивать некоторые мелкие предметы. Кстати, от греческого названия янтаря –«электрон» пошло название «электричество».

Когда физики вплотную занялись исследованием электризации тел, они начали понимать природу подобных явлений. А первый кратковременный электрический ток, созданный человеком, появился при соединении проводником двух наэлектризованных предметов (см. рис. 1). В 1729 году англичане Грей и Уиллер открыли проводимость зарядов некоторыми материалами. Но определения электрического тока они не смогли дать, хотя и понимали, что заряды перемещаются от одного тела к другому по проводнику.

Рис. 1. Опыт с заряженными телами

Об электрическом токе, как о физическом явлении заговорили лишь после того, как итальянец Вольта дал объяснение опытам Гальвани, а в 1794 году изобрёл первый в мире источник электричества – гальванический элемент (столб Вольта). Он обосновал упорядоченное перемещение заряженных частиц по замкнутой цепи.

Определение

В современной трактовке электрическим током называют направленное перемещение силами электрического поля заряженных частиц, Носителями зарядов металлических проводников являются электроны, а растворов кислот и солей — отрицательные и положительные ионы. Полупроводниковыми носителями зарядов являются электроны и «дырки».

Для того чтобы электрический ток существовал, необходимо всё время поддерживать электрическое поле. Должна существовать разница потенциалов, поддерживающая наличие первых двух условий. До тех пор, пока эти условия соблюдены, заряды будут упорядоченно перемещаться по участкам замкнутой электрической цепи. Эту задачу выполняют источники электричества.

Такие условия можно создать, например, с помощью электрофорной машины (рис. 2). Если два диска вращать в противоположных направлениях, то они будут заряжаться разноимёнными зарядами. На щётках, прилегающих к дискам, появится разница потенциалов. Соединив контакты проводником, мы заставим заряженные частицы двигаться упорядоченно. То есть электрофорная машина является источником электричества.

Рисунок 2. Электрофорная машина

Источники тока

Первыми источниками электрической энергии, нашедшими практическое применение, были упомянутые выше гальванические элементы. Усовершенствованные гальванические элементы (народное название – батарейки) широко применяются по сей день. Они используются для питания пультов управления, электронных часов, детских игрушек и многих других гаджетов.

С изобретением генераторов переменных токов электричество приобрело второе дыхание. Началась эра электрификации городов, а позже и всех населённых пунктов. Электрическая энергия стала доступной для всех граждан развитых стран.

Сегодня человечество ищет возобновляемые источники электроэнергии. Солнечные панели, ветряные электростанции уже занимают свои ниши в энергосистемах многих стран, включая Россию.

Характеристики

Электрический ток характеризуется величинами, которые описывают его свойства.

Сила и плотность тока

Для описания характеристики электричества часто используют термин «сила тока». Название не совсем удачное, так как оно характеризует только интенсивность движения электрических зарядов, а не какую-то силу в буквальном смысле. Тем не менее, этим термином пользуются, и он означает количество электричества (зарядов) проходящего через плоскость поперечного сечения проводника. Единицей измерения силы тока в системе СИ является ампер (А).

1 А означает то, что за одну секунду через поперечное сечение проводника проходит электрический заряд 1 Кл. (1А = 1 Кл/с).

Плотность тока – векторная величина. Вектор направлен в сторону движения положительных зарядов. Модуль этого вектора равен отношению силы тока на некотором перпендикулярном к направлению движения зарядов сечении проводника к площади этого сечения. В системе СИ измеряется в А/м 2 . Плотность более ёмко характеризует электричество, однако на практике чаще используется величина «сила тока».

Разница потенциалов (напряжение) на участке цепи выражается соотношением: U = I×R, где U – напряжение, I – сила тока, а R – сопротивление. Это знаменитый закон Ома.

Мощность

Электрическими силами совершается работа против активного и реактивного сопротивления. На пассивных сопротивлениях работа преобразуется в тепловую энергию. Мощностью называют работу, выполненную за единицу времени. По отношению к электричеству применяют термин «мощность тепловых потерь». Физики Джоуль и Ленц доказали, что мощность тепловых потерь проводника равна силе тока умноженной на напряжение: P = I× U. Единица измерения мощности – ватт (Вт).

Частота

Переменный ток характеризуется также частотой. Данная характеристика показывает, как за единицу времени изменяется количество периодов (колебаний). Единицей измерения частоты является герц. 1 Гц = 1 периоду за секунду. Стандартная частота промышленного тока составляет 50 Гц.

Ток смещения

Понятие «ток смещения» ввели для удобства, хотя в классическом понимании его нельзя назвать током, так как отсутствует перенос заряда. С другой стороны, интенсивность магнитного поля пребывает в зависимости от токов проводимости и смещения.

Токи смещения можно наблюдать в конденсаторах. Несмотря на то, что при зарядке и разрядке между обкладками конденсатора не происходит перемещения заряда, ток смещения протекает через конденсатор и замыкает электрическую цепь.

Виды тока

По способу генерации и свойствам электроток бывает постоянным и переменным. Постоянный – это такой, что не меняет своего направления. Он течёт всегда в одну сторону. Переменный ток периодически меняет направление. Под переменным понимают любой ток, кроме постоянного. Если мгновенные значения повторяются в неизменной последовательности через равные промежутки времени, то такой электроток называют периодическим.

Классификация переменного тока

Классифицировать изменяющиеся во времени токи можно следующим образом:

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

Различают также вихревые токи, которые возникают в проводнике при изменении магнитного потока. Блуждающие токи Фуко, как их ещё называют, не текут по проводам, а образуют вихревые контуры. Индукционный ток имеет ту же природу что и вихревой.

Дрейфовая скорость электронов

Электричество по металлическому проводнику распространяется со скоростью света. Но это не означает, что заряженные частицы несутся от полюса к полюсу с такой же скоростью. Электроны в металлических проводниках встречают на своём пути сопротивление атомов, поэтому их реальное перемещение составляет всего 0,1 мм за секунду. Реальная, упорядоченная скорость перемещения электронов в проводнике называется дрейфовой.

Если замкнуть проводником полюсы источника питания, то вокруг проводника молниеносно образуется электрическое поле. Чем больше ЭДС источников, тем сильнее проявляется напряжённость электрического поля. Реагируя на напряжённость, заряженные частицы вмиг принимают упорядоченное движение и начинают дрейфовать.

Направление электрического тока

Традиционно считают, что вектор электрического тока направлен к отрицательному полюсу источника. Но на самом деле электроны движутся к положительному полюсу. Традиция возникла из-за того, что за направление вектора было выбрано движение положительных ионов в электролитах, которые действительно стремятся к негативному полюсу.

Электроны проводимости с отрицательным зарядом в металлах были открыты позже, но физики не стали менять первоначальные убеждения. Так укрепилось утверждение, что ток направлен от плюса к минусу.

Электрический ток в различных средах

В металлах

Носителями тока в металлических проводниках являются свободные электроны, которые из-за слабых электрических связей хаотично блуждают внутри кристаллических решёток (рис. 3). Как только в проводнике появляется ЭДС, электроны начинают упорядочено дрейфовать в сторону позитивного полюса источника питания.

Рис. 3. Электрический ток в металлах

В результате прохождения тока возникает сопротивление проводников, которое препятствует потоку электронов и приводит нагреванию. При коротком замыкании выделение тепла настолько сильное, разрушает проводник.

В полупроводниках

В обычном состоянии у полупроводника нет свободных носителей зарядов. Но если соединить два разных типа полупроводников, то при прямом подключении они превращаются в проводник. Происходит это потому, что у одного типа есть положительно заряженные ионы (дырки), а у другого – отрицательные ионы (атомы с лишним электроном).

Под напряжением электроны из одного полупроводника устремляются для замещения (рекомбинации) дырок в другом. Возникает упорядоченное движение свободных зарядов. Такую проводимость называют электронно-дырочной.

В вакууме и газе

Электрический ток возможен и в ионизированном газе. Заряд переносится положительными и отрицательными ионами. Ионизация газов возможна под действием излучения или вследствие сильного нагревания. Под действием этих факторов возбуждаются атомы, которые превращаются в ионы (рис. 4).

Рис 4. Электрический ток в газах

В вакууме электрические заряды не встречают сопротивления, поэтому. заряженные частицы движутся с околосветовыми скоростями. Носителями зарядов являются электроны. Для возникновения тока в вакууме необходимо создать источник электронов и достаточно большой положительный потенциал на электроде.

Примером может служить работа вакуумной лампы или электронно-лучевая трубка.

В жидкостях

Оговоримся сразу – не все жидкости являются проводниками. Электрический ток возможен в кислотных, щёлочных и соляных растворах. Иначе говоря – в средах, где имеются заряженные ионы.

Если опустить в раствор два электрода и подключить их к полюсам источника, то между ними будет протекать электрический ток (рис. 5). Под действием ЭДС катионы устремятся к катоду (минусу), а анионы к аноду. При этом будет происходить химическое воздействие на электроды – на них будут оседать атомы растворённых веществ. Такое явление называют электролизом.

Рис. 6. Электрический ток в средах

Проводники электрического тока

Среди множества веществ, лишь некоторые являются проводниками. К хорошим проводникам относятся металлы. Важной характеристикой проводника является его удельное сопротивление.

Небольшое сопротивление имеют:

На практике наиболее часто применяют алюминиевые и медные проводники, так как они не слишком дорогие.

Электробезопасность

Несмотря на то что электричество прочно вошло в нашу жизнь, не следует забывать об электробезопасности. Высокие напряжения опасны для жизни, а короткие замыкания становятся причиной пожаров.

При выполнении ремонтных работ необходимо строго соблюдать правила безопасности: не работать под высоким напряжением, использовать защитную одежду и специальные инструменты, применять ножи заземления и т.п.

В быту используйте только такую электротехнику, которая рассчитана на работу в соответствующей сети. Никогда не ставьте «жучки» вместо предохранителей.

Помните, что мощные электролитические конденсаторы имеют большую электрическую емкость. Накопленная в них энергия может вызвать поражение даже спустя несколько минут после отключения от сети.

Что такое электрический ток? В чем измеряется и его природа.

Электрическим током называют направленное перемещение заряженных частиц, которое происходит под влиянием электрического поля.

Как образуется ток?

Электрический ток появляется в веществе при условии наличия свободных (несвязанных) заряженных частиц. Носители заряда могут присутствовать в среде изначально, либо образовываться при содействии внешних факторов (ионизаторов, электромагнитного поля, температуры).

В отсутствие электрического поля их передвижения хаотичны, а при подключении к двум точкам вещества разности потенциалов становятся направленными – от одного потенциала к другому.

Количество таких частиц влияет на проводимость материала – различают проводники, полупроводники, диэлектрики, изоляторы.

Где возникает ток?

Процессы образования электрического тока в различных средах имеют свои особенности:

  1. В металлах заряд перемещают свободные отрицательно заряженные частицы – электроны. Переноса самого вещества не происходит – ионы металла остаются в своих узлах кристаллической решетки. При нагревании хаотичные колебания ионов близ положения равновесия усиливаются, что мешает упорядоченному движению электронов, — проводимость металла уменьшается.
  2. В жидкостях (электролитах) носителями заряда являются ионы – заряженные атомы и распавшиеся молекулы, образование которых вызвано электролитической диссоциацией. Упорядоченное движение в этом случае представляет собой их перемещение к противоположно заряженным электродам, на которых они нейтрализуются и оседают.

Катионы (положительные ионы) движутся к катоду (минусовому электроду), анионы (отрицательные ионы) – к аноду (плюсовому электроду). При повышении температуры проводимость электролита возрастает, так как растет число разложившихся на ионы молекул.

При низких температурах полупроводники приближаются по свойствам к изоляторам, так как электроны заняты ковалентными связями атомов кристаллической решетки.

При увеличении температуры валентные электроны получают достаточную для разрыва связей энергию, и становятся свободными. Соответственно, чем выше температура – тем лучше проводимость полупроводника.

Посмотрите видео ниже с подробным рассказом об электрическом токе:

От чего зависит ток?

На количество свободных заряженных частиц и на скорость их упорядоченного передвижения влияют следующие факторы:

  1. Материал проводящего вещества;
  2. Заряд и масса частиц;
  3. Величина разности потенциалов;
  4. Окружающая температура;
  5. Наличие дополнительных внешних факторов – магнитного поля, ионизирующего излучения.

В чем измеряется ток?

Для измерения электрического тока пользуются понятиями силы тока и его плотности. Измеряется сила тока специальным приборам —амперметром.

Сила тока измеряется в Амперах (А) и представляет собой величину заряда, который проходит через поперечное сечение проводящего материала за единицу времени. Единица измерения силы тока называется Ампер (А). Один ампер приравнивают к отношению одного Кулона (Кл) к одной секунде.

Плотностью тока называют отношение силы тока к площади этого сечения. Единицей измерения измеряют в Амперах на квадратный метр (А/м2).

Ниже представлено видео о силе электрического тока в рамках школьной программы:

Что такое электрический ток? Природа электричества

Что мы действительно знаем на сегодняшний день об электричестве? Согласно современным взглядам многое, но если более детально углубиться в суть данного вопроса, то окажется, что человечество широко использует электричество, не понимая истинной природы этого важного физического явления.

Целью данной статьи не является опровержение достигнутых научно-технических прикладных результатов исследований в области электрических явлений, которые находят широкое применение в быту и промышленности современного общества. Но человечество непрерывно сталкивается с рядом феноменов и парадоксов, которые не укладываются в рамки современных теоретических представлений относительно электрических явлений ‒ это указывает на отсутствие всецелого понимания физики данного явления.

Также на сегодняшний день науке известны факты, когда, казалось бы, изученные вещества и материалы проявляют аномальные свойства проводимости (Исследование влияния солнечного затмения на электрическую проводимость дистиллированной воды).

Такое явление как сверхпроводимость материалов также не имеет полностью удовлетворительной теории в настоящее время. Существует лишь предположение, что сверхпроводимость является квантовым явлением, которое изучается квантовой механикой. При внимательном изучении основных уравнений квантовой механики: уравнения Шрёдингера, уравнения фон Неймана, уравнения Линдблада, уравнения Гейзенберга и уравнения Паули, то станет очевидной их несостоятельность. Дело в том, что уравнение Шрёдингера не выводится, а постулируется методом аналогии с классической оптикой, на основе обобщения экспериментальных данных. Уравнение Паули описывает движение заряженной частицы со спином 1/2 (например, электрона) во внешнем электромагнитном поле, но понятие спина не связано с реальным вращением элементарной частицы, а также относительно спина постулируется то, что существует пространство состояний, никак не связанных с перемещением элементарной частицы в обычном пространстве.

В книге Анастасии Новых «Эзоосмос» есть упоминание относительно несостоятельности квантовой теории: «А вот квантомеханическая теория строения атома, которая рассматривает атом как систему микрочастиц, не подчиняющихся законам классической механики, абсолютно не актуальна. На первый взгляд доводы немецкого физика Гейзенберга и австрийского физика Шрёдингера кажутся людям убедительными, но если всё это рассмотреть с другой точки зрения, то их выводы верны лишь отчасти, а в целом, так и вовсе оба не правы. Дело в том, что первый описал электрон, как частицу, а другой как волну. Кстати и принцип корпускулярно-волнового дуализма также неактуален, поскольку не раскрывает перехода частицы в волну и наоборот. То есть куцый какой-то получается у учёных господ. На самом деле всё очень просто. Вообще хочу сказать, что физика будущего очень проста и понятна. Главное дожить до этого будущего. А что касательно электрона, то он становится волной только в двух случаях. Первый — это когда утрачивается внешний заряд, то есть когда электрон не взаимодействует с другими материальными объектами, скажем с тем же атомом. Второй, в предосмическом состоянии, то есть когда снижается его внутренний потенциал» [1].

Те же электрические импульсы, сгенерированные нейронами нервной системы человека, поддерживают активное сложное многообразное функционирование организма. Интересно отметить, что потенциал действия клетки (волна возбуждения, перемещающаяся по мембране живой клетки в виде кратковременного изменения мембранного потенциала на небольшом участке возбудимой клетки) находится в определённом диапазоне (рис. 1).

Нижняя граница потенциала действия нейрона находится на уровне -75 мВ, что очень близко к значению окислительно-восстановительного потенциала крови человека. Если проанализировать максимальное и минимальное значение потенциала действия относительно нуля, то оно очень близко к процентному округлённому значению золотого сечения, т.е. деление интервала в отношении 62% и 38%:

(Delta = 75 мВ+40 мВ = 115 мВ)

115 мВ / 100% = 75 мВ / х1 или 115 мВ / 100% = 40 мВ / х2

Все, известные современной науке, вещества и материалы проводят электричество в той или иной мере, поскольку в их составе присутствуют электроны, состоящие из 13 фантомных частичек По, которые, в свою очередь, являются септонными сгустками («ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА» стр. 61) [2]. Вопрос заключается только в напряжении электрического тока, которое необходимо для преодоления электрического сопротивления.

Поскольку электрические явления тесно связаны с электроном, то в докладе «ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА» [2] приведена следующая информация относительно этой важной элементарной частицы: «Электрон является составной частью атома, одним из основных структурных элементов вещества. Электроны образуют электронные оболочки атомов всех известных на сегодняшний день химических элементов. Они участвуют почти во всех электрических явлениях, о которых ведают ныне учёные. Но что такое электричество на самом деле, официальная наука до сих пор не может объяснить, ограничиваясь общими фразами, что это, например, «совокупность явлений, обусловленных существованием, движением и взаимодействием заряженных тел или частиц носителей электрических зарядов». Известно, что электричество не является непрерывным потоком, а переносится порциями ‒ дискретно».

Согласно современным представлениям: «электрический ток – это совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов». Но что такое электрический заряд?

Электрический заряд (количество электричества) — это физическая скалярная величина (величина, каждое значение которой может быть выражено одним действительным числом), определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Электрические заряды разделяют на положительные и отрицательные (данный выбор считается в науке чисто условным и за каждым из зарядов закреплён вполне определённый знак). Тела, заряженные зарядом одного знака, отталкиваются, а противоположно заряженные — притягиваются. При движении заряженных тел (как макроскопических тел, так и микроскопических заряженных частиц, переносящих электрический ток в проводниках) возникает магнитное поле и имеют место явления, позволяющие установить родство электричества и магнетизма (электромагнетизм).

Электродинамика изучает электромагнитное поле в наиболее общем случае (то есть, рассматриваются переменные поля, зависящие от времени) и его взаимодействие с телами, имеющими электрический заряд. Классическая электродинамика учитывает только непрерывные свойства электромагнитного поля.

Квантовая электродинамика изучает электромагнитные поля, которые обладают прерывными (дискретными) свойствами, носителями которых являются кванты поля — фотоны. Взаимодействие электромагнитного излучения с заряженными частицами рассматривается в квантовой электродинамике как поглощение и испускание частицами фотонов.

Стоит задуматься, почему магнитное поле появляется вокруг проводника с током, или же вокруг атома, по орбитам которого перемещаются электроны? Дело в том, что «то, что сегодня называют электричеством ‒ это на самом деле особое состояние септонного поля, в процессах которого электрон в большинстве случаев принимает участие наравне с другими его дополнительными «компонентами»» («ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА» стр. 90) [2].

А тороидальная форма магнитного поля обусловлена природой его происхождения. Как сказано в статье «Концепция мирового эфира. Часть 2: Собственное септонное поле. Тор в основе строения материи»: «Учитывая фрактальные закономерности во Вселенной, а также тот факт, что септонное поле в материальном мире в пределах 6-ти измерений является тем фундаментальным, единым полем, на котором основаны все известные современной науке взаимодействия, то можно утверждать, что все они также имеют форму тора. И это утверждение может представлять особый научный интерес для современных исследователей». Поэтому электромагнитное поле всегда будет принимать форму тора, подобно тору септона.

Рассмотрим спираль, через которую протекает электрический ток и как именно формируется её электромагнитное поле (https://www.youtube.com/watch?v=0BgV-ST478M).

Рис. 2. Силовые линии прямоугольного магнита

Рис. 3. Силовые линии спирали с током

Рис. 4. Силовые линии отдельных участков спирали

Рис. 5. Аналогия между силовыми линиями спирали и атомов с орбитальными электронами

Рис. 6. Отдельный фрагмент спирали и атом с силовыми линиями

ВЫВОД: человечеству еще только предстоит узнать тайны загадочного явления электричества.

Ключевые слова: ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА, электрический ток, электричество, природа электричества, электрический заряд, электромагнитное поле, квантовая механика, электрон.

Electric Current — The Physics Hypertextbook

Обсуждение

определений

текущий

Электрический ток определяется как скорость, с которой заряд протекает через поверхность (например, поперечное сечение провода). Несмотря на то, что оно относится ко многим различным вещам, слово ток часто используется само по себе вместо более длинного, более формального «электрического тока». Прилагательное «электрический» подразумевается контекстом описываемой ситуации.Фраза «ток через тостер», несомненно, относится к потоку электронов через нагревательный элемент, а не к потоку ломтиков хлеба через прорези.

Как и все величины, определяемые как скорость, есть два способа записать определение электрического тока — средний ток для тех, кто заявляет о незнании вычислений…

и мгновенный ток для тех, кто не боится вычислений…

I = q = dq
т дт

Единицей измерения тока является ампер [A], названная в честь французского ученого Андре-Мари Ампера (1775–1836).В письменных языках без диакритических букв (а именно в английском) принято писать единицу измерения как ампер , а в неформальном общении сокращать это слово до amp . У меня нет проблем с любым из этих вариантов написания. Только не используйте заглавную букву «А» в начале. Ампер относится к физику, а ампер (или ампер, или ампер) относится к единице.

Поскольку заряд измеряется в кулонах, а время — в секундах, ампер равняется кулону в секунду.



А = С

с

Элементарный заряд определен как ровно…

е = 1,602176634 × 10 −19 С

Число элементарных зарядов в кулонах будет обратной величине этого числа — повторяющейся десятичной дроби с периодом 778 716 цифр. Я напишу первые 19 цифр, это максимум, что я могу написать (поскольку произвольных долей элементарного заряда не существует).

C ≈ 6,241,509,074,460,762,607 e

А потом напишу еще раз с более разумным количеством цифр, чтобы было легче читать.

C ≈ 6,2415 × 10 18 e

Ток в один ампер — это передача примерно 6,2415 × 10 18 элементарных зарядов в секунду. Для любителей случайностей это примерно десять микромолей.

плотность тока

Когда я визуализирую ток, я вижу, как все движется.Я вижу, как они движутся в определенном направлении. Я вижу вектор. Я вижу не то. Ток не является векторной величиной, несмотря на мою хорошо развитую научную интуицию. Ток — это скаляр. И причина в том … потому что это так.

Но подождите, становится еще страннее. Отношение силы тока к площади для данной поверхности известно как плотность тока.

Единица измерения плотности тока — ампер на квадратный метр , не имеющая специального названия.



А = А

м 2 м 2

Несмотря на то, что это отношение двух скалярных величин, плотность тока является вектором.И причина в том, что это так.

Ну… на самом деле, это потому, что плотность тока определяется как произведение плотности заряда и скорости для любого места в космосе…

Дж = ρ v

Два уравнения эквивалентны по величине, как показано ниже.

Дж = ρ в
Дж = q DS = с dq = 1 Я
В дт SA дт А
Дж = I
А

Есть еще кое-что, что нужно учесть.

I = JA = ρ v A

Читатели, знакомые с механикой жидкостей, могли бы узнать правую часть этого уравнения, если бы оно было написано немного иначе.

I = ρ Av

Это произведение является величиной, которая остается постоянной в уравнении неразрывности массы .

ρ 1 A 1 v 1 = ρ 2 A 2 v 2

Точно такое же выражение применяется к электрическому току с символом ρ, изменяющим значение между контекстами.В механике жидкостей ρ означает массовую плотность, а в электрическом токе — плотность заряда.

микроскопическое описание

Ток — это поток заряженных частиц. Это дискретные сущности, а значит, их можно сосчитать.

Н = Н / В

q = нкВ

В = Ad = Av т

I = q = nqAv т
т т

I = нкАв

Аналогичное выражение можно записать для плотности тока. Вывод начинается в скалярной форме, но в конечном выражении используются векторы.

Дж = нк в

твердых

проводимость и валентные электроны, проводники и изоляторы

Дрейфовое движение, наложенное на тепловое движение

Увеличить

Мостовой текст.

Тепловая скорость электронов в проводе довольно высока и случайным образом изменяется из-за столкновений атомов.Поскольку изменения хаотичны, средняя скорость равна нулю.

Когда провод помещается в электрическое поле, свободные электроны равномерно ускоряются в промежутках между столкновениями. Эти периоды ускорения поднимают среднюю скорость выше нуля. (Эффект на этой диаграмме сильно преувеличен.)

тепловая скорость электрона в меди при комнатной температуре (классическое приближение)…

v среднеквадратичное значение = √ 3 (1. 38 × 10 −23 Дж / К) (300 К)
(9,11 × 10 −31 кг)
v среднеквадратичное значение 100 км / с

Ферми-скорость электрона в меди (квантовая величина)…

v fermi = √ 2 E Ферми
м e
v fermi = √ 2 (7.00 эВ) (1,60 × 10 −19 Дж / эВ)
(9,11 × 10 −31 кг)
v fermi 1500 км / с

Скорость дрейфа электрона на 10 м медного провода, подключенного к автомобильному аккумулятору 12 В при комнатной температуре (среднее время свободного пробега между столкновениями при комнатной температуре τ = 3 × 10 −14 с)…

v дрейф = 1 v = 1 а τ = 1 Ф τ = 1 eE τ
2 2 2 м e 2 м e
v дрейф = (1. 60 × 10 −19 C) (12 В) (3 × 10 −14 с)
2 (10 м) (9,11 × 10 −31 кг)
v смещение 3 мм / с

Тепловая скорость на несколько порядков больше, чем скорость дрейфа в типичной проволоке. Время на прохождение круга — около часа.

жидкости

ионы, электролиты

газы

ионов, плазма

  • 14:02 — Отключение линии электропередачи на юго-западе Огайо
    4. Стюарт — Атланта 345 кВ
    Эта линия является частью пути передачи из юго-западного Огайо в северный Огайо. Он отключился от системы из-за возгорания кисти под частью линии. Горячие газы от пожара могут ионизировать воздух над линией электропередачи, заставляя воздух проводить электричество и замыкать проводники.
    Источник

исторический

Символ I был выбран французским физиком и математиком Андре-Мари Ампером для обозначения силы силы силы тока тока.

Увеличить
Pour exprimer en nombre l’intensité d’un courant quelconque, on Concevra qu’on ait choisi un autre courant арбитраж для сравнения сроков…. Désignant donc par i et i раппортов интенсивных деяний двух партнеров, не связанных с интенсивностью, присущих единству…. Чтобы выразить интенсивность силы тока в виде числа, предположим, что для сравнения выбран другой произвольный ток…. Воспользуемся я и я для соотношения интенсивностей двух заданных токов интенсивности опорного тока, принятым в качестве единицы .
Андре-Мари Ампер, 1826 Андре-Мари Ампер, 1826 г. (платная ссылка)

Термин «интенсивность» теперь не имеет никакого отношения к физике. Ток — это скорость, с которой заряд проходит через поверхность любого размера — например, клеммы аккумулятора или штыри электрической вилки. Интенсивность — это средняя мощность () на единицу площади, передаваемая некоторыми лучистыми явлениями, такими как звук оживленного шоссе, свет Солнца или частицы брызг, испускаемые радиоактивным источником.Ток и интенсивность теперь — разные величины с разными единицами измерения и разными способами использования, поэтому (конечно) они используют одинаковые символы.

текущий интенсивность
I = q

А = С

т с
I = п.

Вт

А м 2

Начало стола

  • 12 000 А ток через магниты LHC в ЦЕРН

Что такое ток? — Определение от WhatIs.com

К

См. Также напряжение, сопротивление и закон Ома.

Ток — это поток носителей электрического заряда, обычно электронов или электронно-дефицитных атомов. Общий символ тока — заглавная буква I. Стандартная единица измерения — ампер, обозначенный буквой A. Один ампер тока представляет один кулон электрического заряда (6,24 x 10 18 носителей заряда), проходящего мимо определенной точки за одну секунду. . Физики считают, что ток течет от относительно положительных точек к относительно отрицательным точкам; это называется обычным током или током Франклина. Электроны, наиболее распространенные носители заряда, заряжены отрицательно. Они переходят от относительно отрицательных точек к относительно положительным.

Электрический ток может быть постоянным или переменным. Постоянный ток (DC) течет в одном направлении во все моменты времени, хотя мгновенная величина тока может варьироваться. В переменном токе (AC) поток носителей заряда периодически меняет направление. Количество полных циклов переменного тока в секунду — это частота, которая измеряется в герцах.Примером чистого постоянного тока является ток, производимый электрохимической ячейкой. Выход выпрямителя источника питания до фильтрации является примером пульсирующего постоянного тока. Выход из розеток общего пользования — переменный ток.

Ток на единицу площади поперечного сечения известен как плотность тока . Он выражается в амперах на квадратный метр, амперах на квадратный сантиметр или амперах на квадратный миллиметр. Плотность тока также можно выразить в амперах на круговой мил. Как правило, чем больше ток в проводнике, тем выше плотность тока.Однако в некоторых ситуациях плотность тока варьируется в разных частях электрического проводника. Классическим примером является так называемый скин-эффект , при котором плотность тока высока около внешней поверхности проводника и низкая — около центра. Этот эффект возникает при переменных токах высоких частот. Другой пример — ток внутри активного электронного компонента, такого как полевой транзистор (FET).

Электрический ток всегда создает магнитное поле.Чем сильнее ток, тем сильнее магнитное поле. Пульсирующий постоянный ток или переменный ток обычно создает электромагнитное поле. Это принцип, по которому происходит распространение беспроводного сигнала.

Последний раз обновлялся в августе 2007 г.

Электрический ток: определение, единица, формула, типы (с примерами)

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Кевин Бек

Электрический заряд: Какую автоматическую реакцию вызывает эта фраза, когда вы ее читаете? Может быть, ощущение покалывания или образ молнии, раскалывающего небо? Красочный дисплей мигающих огней в таком городе, как Париж или Лас-Вегас? Возможно, даже насекомое, которое каким-то образом светится в темноте, пробираясь через ваш лагерь?

До недавних столетий ученые не только не могли измерить скорость света, но и не знали, какие физические явления лежат в основе того, что сейчас известно как «электричество». В 1800-х годах физики впервые узнали о крошечных частицах, участвующих в потоке тока (свободные электроны), а также о природе сил, заставляющих их двигаться. Было ясно, что электричество может принести значительную пользу, если оно может быть безопасно «изготовлено» или «захвачено», а электрическая энергия используется для выполнения работы.

Поток электрического заряда легко возникает в веществах, классифицируемых как проводящие материалы , тогда как в изоляторах он затрудняется.В металлическом проводе, таком как медный провод, например, можно создать разность потенциалов на концах провода, вызывая поток заряда и создавая ток.

Определение электрического тока

Электрический ток — это средняя скорость потока электрического заряда (то есть заряда в единицу времени) через точку в пространстве. Этот заряд переносится электронами , движущимися по проводу в электрической цепи. Чем выше количество электронов, проходящих через эту точку в секунду, тем больше величина тока.

Единицей силы тока в системе СИ является ампер (А), часто неофициально называемый «ампер». Сам электрический заряд измеряется в кулонах (Кл).

  • Заряд одного электрона равен -1,60 × 10 -19 Кл, а заряд протона равен по величине, но положительный знак . Это число считается фундаментальным зарядом e . Таким образом, базовая единица ампер — кулоны в секунду (Кл / с).

По соглашению, электрический ток течет в направлении, противоположном потоку электронов .Это потому, что направление тока было описано до того, как ученые узнали, какие носители заряда двигались под действием электрического поля. Для всех практических целей положительные заряды, движущиеся в положительном направлении, дают тот же физический (вычислительный) результат, что и отрицательные заряды, движущиеся в отрицательном направлении, когда дело касается электрического тока.

Электроны движутся к положительному выводу в электрической цепи. Таким образом, поток электронов или движущийся заряд находится далеко от отрицательного вывода.Движение электронов в медной проволоке или другом проводящем материале также создает магнитное поле , направление и величина которого определяются направлением электрического тока и, следовательно, движением электронов; это принцип, на котором построен электромагнит .

Формула электрического тока

Для базового сценария обычного тока заряда, движущегося по проводу, формула для тока имеет следующий вид:

I = neAv_d

, где n — количество зарядов на кубический метр (m 3 ), e — основной заряд, A — площадь поперечного сечения провода, а v d — дрейф скорость .

Хотя ток имеет и величину, и направление, это скалярная величина, а не векторная величина, так как она не подчиняется законам векторного сложения.

Формула закона Ома

Закон Ома дает формулу для определения тока, который будет протекать через проводник:

I- \ frac {V} {R}

где V — это Напряжение или разность электрических потенциалов , измеренная в вольтах, а R — электрическое сопротивление току, измеренное в Ом (Ом).

Подумайте о напряжении как о «тянущей силе» (хотя эта «электродвижущая сила» буквально не является силой), специфичной для электрических зарядов. Когда противоположные заряды разделены, они притягиваются друг к другу таким образом, что уменьшается с увеличением расстояния между ними. Это примерно аналог гравитационной потенциальной энергии в классической механике; гравитация «хочет» падения высоких предметов на Землю, а напряжение «хочет», чтобы разделенные (противоположные) заряды столкнулись вместе.

Значение напряжения

Вольт эквивалентно джоулям на кулон, или Дж / Кл. Таким образом, у них есть единицы энергии на единицу заряда. Таким образом, ток, умноженный на напряжение, дает единицы (Кл / с) (Дж / Кл) = (Дж / с), которые переводятся в единицы (в данном случае электрической) мощности:

P = IV

Объединение этого с законом Ома дает переход к другим полезным математическим соотношениям, связанным с протеканием тока: P = I 2 R и P = V 2 / R. Они показывают, среди прочего, что при фиксированном уровне тока мощность пропорциональна сопротивлению, тогда как при фиксированном напряжении мощность составляет обратно пропорционально сопротивлению .

В то время как движущиеся заряды (ток) индуцируют магнитное поле, магнитное поле само может индуцировать напряжение в проводе.

Типы тока

  • Постоянный ток (DC): Это происходит, когда все электроны непрерывно текут в одном направлении. Это тип тока в цепи, подключенной к стандартной батарее. Батареи, конечно, могут поставлять и поставляют лишь исчезающе малое количество энергии, необходимой для питания человеческой цивилизации, хотя постоянно совершенствующиеся технологии в области солнечных элементов сулят более высокий потенциал для хранения энергии.
  • Переменный ток (AC): Здесь электроны колеблются взад и вперед (в некотором смысле «покачиваются») очень быстро. Этот тип тока часто легче генерировать на электростанции, и он также приводит к меньшим потерям энергии на большом расстоянии, поэтому это стандарт, используемый сегодня. Все лампочки и другие электроприборы в стандартном доме начала 21 века питаются от сети переменного тока.

При переменном токе напряжение изменяется синусоидальным образом и задается в любой момент времени t выражением V = V 0 sin (2πft), где V 0 — начальное напряжение, а f — частота или количество полных циклов напряжения (от максимального до минимального и обратно к максимальному значению) в каждую секунду.

Измерение тока

Амперметр — это устройство, которое используется для измерения тока, подключая его последовательно, а не параллельно, в электрическую цепь. (Параллельная схема имеет несколько проводов между соединениями — другими словами, у источника питания, конденсаторов и резисторов — в цепи.) Принцип ее работы основан на том, что ток одинаков во всех частях провода между двумя соединениями.

Амперметр имеет известное низкое внутреннее сопротивление и настроен на полное отклонение (FSD) на при заданном уровне тока, часто равном 0.015 А или 15 мА. Если вы знаете напряжение и управляете сопротивлением с помощью функции шунтирующего сопротивления амперметра, вы можете определить ток; вы знаете, какое значение тока должно быть , используя закон Ома.

Примеры электрического тока

1. Вычислите скорость дрейфа электронов в цилиндрическом медном проводе радиусом 1 мм (0,001 м), по которому течет ток 15 А, учитывая, что для меди n = 8,342 × 10 28 э / м 3 .

I = neAv_d \ подразумевает v_d = \ frac {I} {neA}

Площадь A поперечного сечения провода составляет πr 2 , или π (0.{-4} \ text {m / s}

  • Отрицательный знак указывает, что направление противоположно направлению тока, как и ожидалось для электронов.

2. Найдите ток I в цепи на 120 В, в которой последовательно подключены резисторы 2 Ом, 4 Ом и 6 Ом.

Последовательные резисторы являются просто аддитивными (в параллельных цепях сумма общего сопротивления является суммой обратных величин отдельных значений сопротивления). Таким образом:

I = \ frac {V} {R} = \ frac {120} {2 + 4 + 6} = 10 \ text {A}

3.2 \ times 15 = 6000 \ text {W} \ text {и} V = IR = 20 \ times 15 = 300 \ text {V}

Что такое электрический ток? — Определение, единицы и типы — Видео и стенограмма урока

Постоянный и переменный ток

Сегодня широко используются два разных типа тока. Это постоянный ток, сокращенно DC, и переменный ток, сокращенно AC. В постоянного тока электроны текут в одном направлении. Батареи создают постоянный ток, потому что электроны всегда текут с «отрицательной» стороны на «положительную».

В постоянном токе электроны движутся в одном направлении.

Переменный ток , сокращенно AC, толкает электроны вперед и назад, изменяя направление потока несколько раз в секунду. В Соединенных Штатах ток меняет направление со скоростью 60 герц, или 60 раз за одну секунду. Генераторы, используемые на электростанциях для производства электроэнергии для вашего дома, предназначены для выработки переменного тока.Вы, вероятно, никогда не замечали, что свет в вашем доме на самом деле мерцает при изменении направления тока, потому что это происходит слишком быстро, чтобы наши глаза могли его обнаружить.

Итак, зачем нам два типа тока и какой из них лучше? Что ж, это хороший вопрос, и тот факт, что мы все еще используем оба типа тока, должен сказать вам, что они оба служат определенной цели. Еще в 19 веке считалось, что для эффективной передачи энергии на большие расстояния между электростанцией и домом ее необходимо передавать при очень высоком напряжении.Проблема заключалась в том, что подавать действительно высокое напряжение в дом было чрезвычайно опасно для людей, живущих в нем.

Решением этой проблемы было снижение напряжения прямо за пределами дома перед подачей его внутрь. С технологией, существовавшей в то время, было намного проще снизить напряжение переменного тока, чем постоянного, поэтому переменный ток выиграл как предпочтительный тип тока. По сей день мы все еще используем переменный ток для передачи электроэнергии на большие расстояния, в основном из-за его способности легко преобразовываться в другие напряжения.

Итак, зачем нам вообще DC? Ну, в первую очередь, важно понимать, что в настоящее время у нас нет никакого способа хранить электрическую энергию. «Но постойте!» — скажете вы. «А что насчет батарей? Разве они не хранят электрическую энергию? На самом деле, батареи преобразуют электрическую энергию и хранят ее в виде химической энергии. Как мы упоминали ранее, батареи создают только постоянный ток и, в свою очередь, могут заряжаться только постоянным током. Это означает, что переменный ток необходимо сначала преобразовать в постоянный, прежде чем его можно будет использовать с батареей.Пока не будет изобретена батарея переменного тока, постоянный ток всегда будет необходим.

За последние несколько десятилетий постоянный ток стал более важным из-за широкого использования электроники. Все наши высокотехнологичные игрушки, такие как компьютеры и сотовые телефоны, содержат детали, которые работают только от постоянного тока. Это означает, что даже несмотря на то, что многие из наших гаджетов подключаются к розетке переменного тока, мощность преобразуется в постоянный ток внутри устройства перед его использованием.

Единицы тока

Единицы измерения тока — ампер , но это слово часто сокращают до «ампер».Вероятно, самое распространенное место, где можно увидеть что-то с номинальным током, — это коробка автоматического выключателя в вашем доме. Цифры на переключателях говорят вам, сколько ампер тока может пройти через прерыватель, прежде чем он отключится для защиты проводов. Это подводит нас к важному моменту. Ток измеряется количеством электрического заряда, который проходит через заданную точку, такую ​​как автоматический выключатель, за период времени в одну секунду. Поскольку электрический заряд измеряется в кулонах, а время — в секундах, истинной единицей измерения тока является кулон в секунду.Но разве не легче сказать «амперы»? К счастью для нас, один ампер определяется как один кулон в секунду, так что технически это одно и то же.

Краткое содержание урока

Подведем итоги тому, что мы узнали. Проводники содержат много свободных электронов, которые обычно перемещаются от атома к атому в случайных направлениях. Когда к проводнику прикладывается напряжение, все свободные электроны текут в одном направлении, которое называется током. В то время как электрическая энергия передается через проводник почти со скоростью света, отдельные электроны движутся гораздо медленнее.

Существует два вида электрического тока: постоянный и переменный. В постоянном токе, сокращенно DC, электроны движутся в одном направлении. Это тип тока, который создается, когда электроны движутся по цепи, чтобы перейти от «отрицательного» конца к «положительному» концу батареи. Постоянный ток имеет важное применение в хранении энергии и для питания многих наших электронных устройств.

В переменном токе, сокращенно AC, электроны меняют направление несколько раз в секунду. Этот тип тока создается генераторами на электростанции, потому что он лучше всего подходит для передачи электроэнергии на большие расстояния.Наконец, единицей тока является ампер, который определяется как один кулон заряда, проходящий через заданную точку за одну секунду.

Результаты обучения

После этого урока вы сможете:

  • Обобщить, как электроны движутся в токе
  • Различия между переменным и постоянным током
  • Определите текущую единицу

Электрический ток | Безграничная физика

Аккумулятор

Аккумулятор — это устройство, преобразующее химическую энергию непосредственно в электрическую.

Цели обучения

Описать функции и определить основные компоненты батареи

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Аккумулятор накапливает электрический потенциал химической реакции. Когда он подключен к цепи, этот электрический потенциал преобразуется в кинетическую энергию, когда электроны проходят по цепи.
  • Напряжение или разность потенциалов между двумя точками определяется как изменение потенциальной энергии заряда q, перемещенного из точки 1 в точку 2, деленное на заряд.
  • Напряжение батареи является синонимом ее электродвижущей силы или ЭДС. Эта сила отвечает за прохождение заряда через цепь, известную как электрический ток.
Ключевые термины
  • аккумулятор : устройство, вырабатывающее электричество в результате химической реакции между двумя веществами.
  • ток : временная скорость протекания электрического заряда.
  • напряжение : величина электростатического потенциала между двумя точками в пространстве.

Обозначение батареи на электрической схеме : Это символ батареи на принципиальной схеме. Он возник как схематический рисунок батареи самого раннего типа — гальванической батареи. Обратите внимание на положительный катод и отрицательный анод. Эта ориентация важна при рисовании принципиальных схем, чтобы изобразить правильный поток электронов.

Аккумулятор — это устройство, преобразующее химическую энергию непосредственно в электрическую. Он состоит из ряда гальванических элементов, соединенных последовательно проводящим электролитом, содержащим анионы и катионы.Одна полуячейка включает электролит и анод или отрицательный электрод; другая полуячейка включает электролит и катод или положительный электрод. В окислительно-восстановительной реакции, которая приводит в действие аккумулятор, катионы восстанавливаются (добавляются электроны) на катоде, а анионы окисляются (электроны удаляются) на аноде. Электроды не касаются друг друга, но электрически связаны электролитом. В некоторых элементах используются два полуэлемента с разными электролитами. Разделитель между полуячейками позволяет ионам течь, но предотвращает смешивание электролитов.

Каждая полуячейка имеет электродвижущую силу (или ЭДС), определяемую ее способностью передавать электрический ток изнутри во внешнюю часть ячейки. Чистая ЭДС клетки — это разница между ЭДС ее полуэлементов или разность потенциалов восстановления полуреакций.

Электрическая движущая сила на выводах элемента известна как напряжение на выводах (разность) и измеряется в вольтах. Когда батарея подключена к цепи, электроны от анода проходят через цепь к катоду по прямой цепи.Напряжение батареи является синонимом ее электродвижущей силы или ЭДС. Эта сила отвечает за прохождение заряда через цепь, известную как электрический ток.

Аккумулятор накапливает электрический потенциал химической реакции. Когда он подключен к цепи, этот электрический потенциал преобразуется в кинетическую энергию, когда электроны проходят по цепи. Электрический потенциал определяется как потенциальная энергия на единицу заряда ( q ). Напряжение или разность потенциалов между двумя точками определяется как изменение потенциальной энергии заряда q , перемещенного из точки 1 в точку 2, деленное на заряд.В перестроенном виде это математическое соотношение может быть описано как:

[латекс] \ Delta \ text {PE} = \ text {q} \ Delta \ text {V} [/ latex]

Напряжение — это не то же самое, что энергия. Напряжение — это энергия на единицу заряда. Таким образом, аккумулятор мотоцикла и автомобильный аккумулятор могут иметь одинаковое напряжение (точнее, одинаковую разность потенциалов между клеммами аккумулятора), но при этом один хранит гораздо больше энергии, чем другой. Автомобильный аккумулятор может заряжать больше, чем аккумулятор мотоцикла, хотя оба аккумулятора 12 В.

Идеальные и настоящие батареи : Краткое введение в идеальные и настоящие батареи для студентов, изучающих электрические схемы.

Измерения тока и напряжения в цепях

Электрический ток прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален сопротивлению в цепи.

Цели обучения

Опишите взаимосвязь между электрическим током, напряжением и сопротивлением в цепи

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Простая схема состоит из источника напряжения и резистора.
  • Закон

  • Ома дает соотношение между током I , напряжением В и сопротивлением R в простой цепи: I = В / R .
  • Единицей измерения скорости протекания электрического заряда в системе СИ является ампер, который равен заряду, протекающему через некоторую поверхность со скоростью один кулон в секунду.
Ключевые термины
  • электрический ток : движение заряда по цепи
  • Ом : в Международной системе единиц производная единица электрического сопротивления; электрическое сопротивление устройства, на котором разность потенциалов в один вольт вызывает ток в один ампер; символ: Ω
  • ампер : единица электрического тока; стандартная базовая единица в Международной системе единиц. Аббревиатура: amp. Символ: A.

Чтобы понять, как измерять ток и напряжение в цепи, вы также должны иметь общее представление о том, как работает схема и как связаны ее электрические измерения.

Что такое напряжение? : Это видео помогает получить концептуальное представление о напряжении.

Электрическая цепь — это тип сети с замкнутым контуром, который обеспечивает обратный путь для тока. Простая схема состоит из источника напряжения и резистора и схематично может быть представлена ​​как на рис.

Простая схема : Простая электрическая цепь, состоящая из источника напряжения и резистора

Согласно закону Ома, электрический ток I , или движение заряда, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению В . Электрическое свойство, препятствующее току (примерно такое же, как трение и сопротивление воздуха), называется сопротивлением R . Столкновения движущихся зарядов с атомами и молекулами вещества передают энергию веществу и ограничивают ток.Сопротивление обратно пропорционально току. Следовательно, закон Ома можно записать так:

[латекс] \ text {I} = \ text {V} / \ text {R} [/ latex]

, где I — ток через проводник в амперах, В, — разность потенциалов, измеренная на проводнике в вольтах, а R — сопротивление проводника в омах (Ом). Более конкретно, закон Ома гласит, что R в этом отношении является постоянным, не зависящим от тока.Используя это уравнение, мы можем рассчитать ток, напряжение или сопротивление в данной цепи.

Например, если у нас есть батарея на 1,5 В, которая была подключена по замкнутой цепи к лампочке с сопротивлением 5 Ом, какой ток течет по цепи? Чтобы решить эту проблему, мы просто подставим указанные значения в закон Ома: I = 1,5 В / 5 Ом; I = 0,3 ампера. Зная ток и сопротивление, мы можем изменить уравнение закона Ома и найти напряжение В :

[латекс] \ text {V} = \ text {IR} [/ latex]

Вид под микроскопом: скорость дрейфа

Скорость дрейфа — это средняя скорость, которую достигает частица под действием электрического поля.

Цели обучения

Свяжите скорость дрейфа со скоростью свободных зарядов в проводниках

Основные выводы

Ключевые моменты
  • В проводниках существует электрическое поле, которое заставляет электроны дрейфовать в направлении, противоположном полю. Скорость дрейфа — это средняя скорость этих свободных зарядов.
  • Выражение для связи между током и скоростью дрейфа можно получить, рассмотрев количество свободных зарядов в отрезке провода.
  • I = qnAv связывает скорость дрейфа с током, где I — это ток через провод с площадью поперечного сечения A , сделанный из материала с плотностью свободного заряда n . Каждый носитель тока имеет заряд q и движется со скоростью дрейфа величиной v .
Ключевые термины
  • скорость дрейфа : средняя скорость свободных зарядов в проводнике.

Скорость дрейфа

Известно, что электрические сигналы передаются очень быстро.Телефонные разговоры по проводам проходят на большие расстояния без заметных задержек. Свет загорается при нажатии переключателя. Большинство электрических сигналов, переносимых токами, передаются со скоростью порядка 10 8 м / с, что составляет значительную часть скорости света. Интересно, что отдельные заряды, составляющие ток, в среднем движутся намного медленнее, обычно дрейфуя со скоростью порядка 10 — 4 м / с.

Высокая скорость электрических сигналов является результатом того факта, что сила между зарядами быстро действует на расстоянии.Таким образом, когда свободный заряд вводится в провод, входящий заряд выталкивает другие заряды впереди себя, которые, в свою очередь, подталкивают заряды дальше по линии. Возникающая в результате электрическая ударная волна движется по системе почти со скоростью света. Если быть точным, этот быстро движущийся сигнал или ударная волна представляет собой быстро распространяющееся изменение электрического поля.

Электроны, движущиеся через проводник : Когда заряженные частицы выталкиваются в этот объем проводника, такое же количество быстро вынуждено покинуть его.Отталкивание между одноименными зарядами затрудняет увеличение количества зарядов в объеме. Таким образом, когда входит один заряд, другой почти сразу уходит, быстро передавая сигнал вперед.

Скорость дрейфа

У хороших проводников много бесплатных зарядов. В металлах свободными зарядами являются свободные электроны. Расстояние, на которое может перемещаться отдельный электрон между столкновениями с атомами или другими электронами, довольно мало. Таким образом, пути электронов кажутся почти случайными, как движение атомов в газе.Однако в проводнике есть электрическое поле, которое заставляет электроны дрейфовать в указанном направлении (противоположном полю, поскольку они отрицательны). Скорость дрейфа v d — это средняя скорость свободных зарядов после приложения поля. Скорость дрейфа довольно мала, так как свободных зарядов очень много. Имея оценку плотности свободных электронов в проводнике (количество электронов в единице объема), можно вычислить скорость дрейфа для заданного тока.Чем больше плотность, тем ниже скорость, необходимая для данного тока.

Скорость дрейфа : Свободные электроны, движущиеся в проводнике, совершают множество столкновений с другими электронами и атомами. Показан путь одного электрона. Средняя скорость свободных зарядов называется дрейфовой скоростью и направлена ​​в направлении, противоположном электрическому полю для электронов. Столкновения обычно передают энергию проводнику, требуя постоянного подвода энергии для поддержания постоянного тока.

Можно получить выражение для связи между током и скоростью дрейфа, рассматривая количество свободных зарядов в отрезке провода. Количество бесплатных зарядов на единицу объема обозначается символом n и зависит от материала. Ax — это объем сегмента, поэтому количество бесплатных зарядов в нем составляет nAx . Таким образом, заряд ΔQ в этом сегменте составляет qnAx , где q — это количество заряда на каждом носителе.(Напомним, что для электронов q равно 1,60 × 10−19C.) Ток — это заряд, перемещаемый за единицу времени. Таким образом, если все первоначальные заряды покидают этот сегмент за время t, ток равен:

[латекс] \ text {I} = \ Delta \ text {Q} / \ Delta \ text {t} = \ text {qnAx} / \ Delta \ text {t} [/ latex]

Примечательно, что x / Δt — это величина скорости дрейфа v d , поскольку заряды перемещаются на среднее расстояние x за время t. Перестановка членов дает: I = qnAv d , где I — ток через провод с площадью поперечного сечения A , изготовленный из материала с плотностью свободного заряда n .Каждый носитель тока имеет заряды q и движется со скоростью дрейфа величиной v d .

Плотность тока — это электрический ток на единицу площади поперечного сечения. Он имеет единицы ампер на квадратный метр.

9.2: Электрический ток — Physics LibreTexts

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

К концу этого раздела вы сможете:

  • Опишите электрический ток
  • Определите единицу измерения электрического тока
  • Объясните направление тока

До сих пор мы рассматривали в основном статические заряды.Когда заряды действительно двигались, они ускорялись в ответ на электрическое поле, создаваемое разностью напряжений. Заряды теряли потенциальную энергию и приобретали кинетическую энергию, когда они проходили через разность потенциалов, где электрическое поле действовало на заряд.

Хотя заряды не требуют прохождения материала, большая часть этой главы посвящена пониманию движения зарядов через материал. Скорость, с которой заряды проходят мимо местоположения, то есть количество заряда в единицу времени, известна как электрический ток . Когда заряды протекают через среду, ток зависит от приложенного напряжения, материала, через который протекают заряды, и состояния материала. Особый интерес представляет движение зарядов в проводящем проводе. В предыдущих главах заряды ускорялись из-за силы, создаваемой электрическим полем, теряя потенциальную энергию и приобретая кинетическую энергию. В этой главе мы обсуждаем ситуацию силы, создаваемой электрическим полем в проводнике, когда заряды теряют кинетическую энергию в материале, достигая постоянной скорости, известной как « дрейфовая скорость ».Это аналогично тому, как объект, проваливающийся через атмосферу, теряет кинетическую энергию в воздух, достигая постоянной конечной скорости.

Если вы когда-либо проходили курс по оказанию первой помощи или технике безопасности, вы, возможно, слышали, что в случае поражения электрическим током важным фактором, влияющим на силу удара и количество ударов током, является сила тока, а не напряжение. повреждение человеческого тела. Ток измеряется в единицах, называемых амперами; Возможно, вы заметили, что автоматические выключатели в вашем доме и предохранители в автомобиле рассчитаны на токи (или амперы).Но что такое ампер и что он измеряет?

Определение тока и ампер

Электрический ток определяется как скорость, с которой течет заряд. Когда присутствует большой ток, например, используемый для работы холодильника, большое количество заряда перемещается по проводу за небольшой промежуток времени. Если ток небольшой, например, при работе портативного калькулятора, небольшое количество заряда перемещается по цепи в течение длительного периода времени.

Электрический ток

Средний электрический ток \ (I \) — это скорость протекания заряда,

\ [I_ {ave} = \ dfrac {\ Delta Q} {\ Delta t}, \ label {Iave} \]

где \ (\ Delta Q \) — количество чистого заряда, проходящего через заданную площадь поперечного сечения за время \ (\ Delta t \) (рисунок \ (\ PageIndex {1} \)). Единица СИ для тока — ампер (А), названная в честь французского физика Андре-Мари Ампера (1775–1836). Поскольку \ (I = \ dfrac {\ Delta Q} {\ Delta t} \), мы видим, что ампер определяется как один кулон заряда, проходящий через заданную область в секунду:

\ [1 A \ Equiv 1 \ dfrac {C} {s}. \]

Мгновенный электрический ток, или просто электрический ток , является производной по времени протекающего заряда и определяется путем принятия предела среднего электрического тока как \ (\ Delta t \ rightarrow 0 \).{18} \) электроны, текущие через область A каждую секунду.

выращивание среднего тока

Основное назначение аккумулятора в легковом или грузовом автомобиле — запускать электрический стартер , который запускает двигатель. Для запуска двигателя требуется большой ток, подаваемый аккумулятором. Как только двигатель запускается, устройство, называемое генератором переменного тока, берет на себя подачу электроэнергии, необходимой для работы транспортного средства и зарядки аккумулятора.

  1. Какой средний ток включается, когда аккумулятор грузовика приходит в движение 720 C заряда за 4.00 с при запуске двигателя?
  2. Сколько времени требуется 1,00 C для заряда аккумулятора?

Стратегия

Мы можем использовать определение среднего тока в уравнении \ ref {Iave}, чтобы найти средний ток в части (а), поскольку указаны заряд и время. Для части (b), когда мы знаем средний ток, мы используем уравнение \ ref {Iave}, чтобы найти время, необходимое для того, чтобы заряд 1,00 C прошел от батареи.

Решение

а.Ввод данных значений заряда и времени в определение тока дает

\ [\ begin {align *} I & = \ dfrac {\ Delta Q} {\ Delta t} \\ [5pt] & = \ dfrac {720 \, C} {4.00 \, s} \\ [5pt] & = 180 \, C / s \\ [5pt] & = 180 \, A. \ end {align *} \]

г. Решение соотношения \ (I = \ dfrac {\ Delta Q} {\ Delta t} \) для времени \ (\ Delta t \) и ввод известных значений заряда и тока дает

\ [\ begin {align *} \ Delta t & = \ dfrac {\ Delta Q} {I} \\ [5pt] & = \ dfrac {1. {- t / \ tau}) \).Здесь \ (Q_M \) — это заряд после длительного периода времени, когда время приближается к бесконечности, в кулонах, а \ (\ tau \) — это постоянная времени в секундах (рисунок \ (\ PageIndex {2 } \)). Какой ток в проводе?

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): График движения заряда через поперечное сечение провода во времени.

Стратегия

Ток через поперечное сечение можно найти из \ (I = \ dfrac {dQ} {dt} \). Обратите внимание на рисунок, что заряд увеличивается до \ (Q_M \), а производная уменьшается, приближаясь к нулю с увеличением времени (рисунок \ (\ PageIndex {2} \)).{-t / \ tau}. \ end {align *} \]

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): график изменения тока, протекающего по проводнику, с течением времени.

Значение

Ток в рассматриваемом проводе уменьшается экспоненциально, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {3} \). В следующих главах будет показано, что ток, зависящий от времени, появляется, когда конденсатор заряжается или разряжается через резистор. Напомним, что конденсатор — это устройство, накапливающее заряд. Вы узнаете о резисторе в разделе «Модель проводимости в металлах».

Упражнение \ (\ PageIndex {1A} \)

В портативных калькуляторах

часто используются небольшие солнечные элементы для обеспечения энергии, необходимой для выполнения расчетов, необходимых для сдачи следующего экзамена по физике. Ток, необходимый для работы вашего калькулятора, может составлять всего 0,30 мА. Сколько времени потребуется, чтобы заряд 1,00 C прошел от солнечных элементов? Могут ли солнечные элементы использоваться вместо батарей для запуска традиционных двигателей внутреннего сгорания, которые в настоящее время используются в большинстве легковых и грузовых автомобилей?

Ответ

Время для 1.3 \, с. \]

Это чуть меньше часа. Это сильно отличается от 5,55 мс для аккумулятора грузовика. Калькулятор требует очень мало энергии для работы, в отличие от стартера грузовика. Есть несколько причин, по которым в автомобилях используются батареи, а не солнечные элементы. Помимо очевидного факта, что источник света для запуска солнечных элементов в автомобиле или грузовике не всегда доступен, большое количество тока, необходимого для запуска двигателя, не может быть легко обеспечено современными солнечными элементами.Солнечные элементы могут быть использованы для зарядки батарей. Зарядка аккумулятора требует небольшого количества энергии по сравнению с энергией, необходимой для работы двигателя и других аксессуаров, таких как обогреватель и кондиционер. Современные автомобили на солнечных батареях питаются от солнечных батарей, которые могут приводить в действие электродвигатель, а не двигатель внутреннего сгорания.

Упражнение \ (\ PageIndex {1B} \)

Автоматические выключатели

в доме имеют номинал в амперах, обычно в диапазоне от 10 до 30 ампер, и используются для защиты жителей от повреждений, а их приборы — от повреждений из-за больших токов. Один автоматический выключатель на 15 А может использоваться для защиты нескольких розеток в гостиной, а один автоматический выключатель на 20 А может использоваться для защиты холодильника на кухне. Что вы можете сделать из этого о токе, используемом различными приборами?

Ответ

Суммарный ток, необходимый всем приборам в гостиной (несколько ламп, телевизор и ваш ноутбук), потребляет меньше тока и потребляет меньше энергии, чем холодильник.

Ток в цепи

В предыдущих параграфах мы определили ток как заряд, который проходит через площадь поперечного сечения в единицу времени. Для прохождения заряда через устройство, такое как фара, показанная на рисунке \ (\ PageIndex {4} \), должен быть полный путь (или цепь , ) от положительной клеммы к отрицательной. Рассмотрим простую схему автомобильного аккумулятора, выключателя, лампы фары и проводов, обеспечивающих ток между компонентами. Для того, чтобы лампа загорелась, должен быть полный путь прохождения тока. Другими словами, заряд должен иметь возможность покинуть положительный полюс батареи, пройти через компонент и вернуться к отрицательной клемме батареи. Переключатель предназначен для управления цепью. На части (а) рисунка показана простая схема автомобильного аккумулятора, выключателя, токопроводящей дорожки и лампы фары. Также показана схема схемы [часть (b)]. Схема — это графическое представление схемы, которое очень полезно для визуализации основных характеристик схемы.На схемах используются стандартные символы для обозначения компонентов в цепях и сплошные линии для обозначения проводов, соединяющих компоненты. Батарея показана в виде серии длинных и коротких линий, представляющих историческую гальваническую батарею. Лампа изображена в виде круга с петлей внутри, представляющей нить накаливания. Переключатель показан в виде двух точек с проводящей полосой для соединения этих двух точек, а провода, соединяющие компоненты, показаны сплошными линиями. Схема в части (c) показывает направление тока, когда переключатель замкнут.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): (а) Простая электрическая схема фары (лампы), батареи и переключателя. Когда переключатель замкнут, непрерывный путь прохождения тока обеспечивается проводящими проводами, соединяющими нагрузку с клеммами батареи. (b) На этой схеме батарея представлена ​​параллельными линиями, которые напоминают пластины в оригинальной конструкции батареи. Более длинные линии указывают на положительный вывод. Токопроводящие провода показаны сплошными линиями. Переключатель показан в разомкнутом положении в виде двух клемм с линией, представляющей токопроводящую шину, которая может контактировать между двумя клеммами.Лампа представлена ​​в виде круга, охватывающего нить накаливания, как если бы это была лампа накаливания. (c) Когда переключатель замкнут, цепь замыкается и ток течет от положительной клеммы к отрицательной клемме батареи.

Когда переключатель замкнут на рисунке \ (\ PageIndex {4c} \), существует полный путь для прохождения зарядов от положительной клеммы аккумулятора через переключатель, затем через фару и обратно к отрицательной клемме. батареи. Обратите внимание, что направление тока — от положительного к отрицательному.Направление обычного тока всегда представлено в направлении протекания положительного заряда от положительного вывода к отрицательному.

Обычный ток течет от положительного вывода к отрицательному, но в зависимости от реальной ситуации положительные заряды, отрицательные заряды или и то, и другое могут перемещаться. В металлических проводах, например, ток переносится электронами, то есть движутся отрицательные заряды. В ионных растворах, таких как соленая вода, перемещаются как положительные, так и отрицательные заряды.То же самое и с нервными клетками. Генератор Ван де Граафа, используемый для ядерных исследований, может производить ток чисто положительных зарядов, таких как протоны. В ускорителе Тэватрон в Фермилабе, до его закрытия в 2011 году, сталкивались пучки протонов и антипротонов, движущихся в противоположных направлениях. Протоны положительны, и поэтому их ток направлен в том же направлении, в котором они движутся. Антипротоны заряжены отрицательно, и, следовательно, их ток идет в направлении, противоположном направлению движения реальных частиц.

Более пристальный взгляд на ток, протекающий по проводу, показан на рисунке \ (\ PageIndex {5} \). На рисунке показано движение заряженных частиц, составляющих ток. Тот факт, что обычный ток считается направленным в направлении протекания положительного заряда, можно проследить до американского ученого и государственного деятеля Бенджамина Франклина 1700-х годов. Не зная о частицах, составляющих атом (а именно о протоне, электроне и нейтроне), Франклин полагал, что электрический ток течет от материала, который имеет больше «электрической жидкости», и к материалу, который имеет меньше этого «электрического флюида». электрическая жидкость.Он придумал термин положительный для материала, в котором больше этой электрической жидкости, и отрицательный для материала, в котором отсутствует электрическая жидкость. Он предположил, что ток будет течь от материала с большим количеством электрической жидкости — положительного материала — к отрицательному материалу, в котором меньше электрической жидкости. Франклин назвал это направление тока положительным током. Это было довольно продвинутое мышление для человека, который ничего не знал об атоме.

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Ток I — это скорость, с которой заряд движется через область A , такую ​​как поперечное сечение провода.Обычный ток определяется движением в направлении электрического поля. (а) Положительные заряды движутся в направлении электрического поля, которое совпадает с направлением обычного тока. (б) Отрицательные заряды движутся в направлении, противоположном электрическому полю. Обычный ток идет в направлении, противоположном движению отрицательного заряда. Поток электронов иногда называют электронным потоком.

Теперь мы знаем, что материал является положительным, если в нем больше протонов, чем электронов, и отрицательным, если в нем больше электронов, чем протонов.В проводящем металле ток в основном возникает из-за того, что электроны текут от отрицательного материала к положительному, но по историческим причинам мы рассматриваем положительный ток, и ток, как показано, течет от положительного вывода батареи к положительному. отрицательный терминал.

Важно понимать, что электрическое поле присутствует в проводниках и отвечает за выработку тока (рисунок \ (\ PageIndex {5} \)). В предыдущих главах мы рассматривали случай статического электричества, когда заряды в проводнике быстро перераспределяются по поверхности проводника, чтобы нейтрализовать внешнее электрическое поле и восстановить равновесие.В случае электрической цепи заряды никогда не достигают равновесия с помощью внешнего источника электрического потенциала, такого как батарея. Энергия, необходимая для перемещения заряда, обеспечивается за счет электрического потенциала батареи.

Хотя электрическое поле отвечает за движение зарядов в проводнике, работа, совершаемая электрическим полем над зарядами, не увеличивает кинетическую энергию зарядов. Мы покажем, что электрическое поле отвечает за то, чтобы электрические заряды двигались с «дрейфовой скоростью».”

Авторы и авторство

  • Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

Электрический ток и поток заряда

Электрическая батарея

Электрическая батарея — это устройство, преобразующее химическую энергию в электрическую.Он состоит из двух разных металлических пластин, которые мы называем электродами. Один из них — отрицательно заряженный электрод, а другой — положительно заряженный катод. Эти пластины помещают в раствор, похожий на разбавленную кислоту, также называемый электролитом. Эта установка называется электрическим элементом, и соединение электрических элементов производит аккумулятор. Между электродами должна быть разность потенциалов, чтобы заряды текли.

Электрический ток и зарядка

Если подключить провод к батарее, между концами проводника возникнет разность потенциалов.Эта разность потенциалов создает электрическое поле по направлению от положительного конца проводника к отрицательному. На свободные заряды внутри этого электрического поля действует сила F = q.E. Под действием этой силы электрические заряды начинают течь. Этот поток заряда называется электрическим током . Если разницы потенциалов нет, то не будет протекания заряда или электрического тока. Можно провести аналогию с теплообменом. Как мы обсуждали в предыдущих главах, тепло течет от вещества с более высокой температурой к более низкой температуре.В этом случае заряды перетекают от более высокого потенциала к более низкому потенциалу.

Электрический ток в твердых телах, переносимый свободными электронами, в жидкостях со свободными ионами и в газах со свободными электронами и свободными ионами. Мы также можем определить электрический ток как заряд в единицу времени, проходящий через поперечное сечение проводника, как показано на рисунке, который показан красными пунктирными линиями. Средний ток определяется по следующей формуле;

Где; I — ток, Q — заряд, t — время

Единица измерения электрического тока — кулон в секунду, и мы даем конкретное название Ампер (А) .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *