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

Содержание

Что такое минус в постоянном токе. Почему ток идёт от плюса к минусу

4 года назад

я знаю, что так изначально было принято условно, но мне хочется услышать первопричину такового решенияP.S. для особо одарённых: знаю что на самом деле электроны движутся от минуса к плюсу, а напротив движутся «дырки»(т.е. отсутствие электрона).P.P.S. речь идёт о обычных электрических цепях
SLooed, ты хоть сам-то понял, что написал?в металлах движутся электроны (от + к -), а за направление тока принято брать от + к -. Спасибо Zeitshik»у, хорошо расписано…
_Kvita_, заряженные частицы движутся под действием электрического поля…на частицы действует «сила» и они движутся… «поток частиц движется»==»ток идёт»
_Kvita_: все заряженные частицы обладают электростатической «силой».+ и — притягиваются, а + и +, — и — отталкиваютсяhttp://u.wikipedia.og/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B5_%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%B5

Электричество: почему ток идёт от плюса к минусу?

8 месяцев назад

Почему при последовательном соединении батареек они не закорачиваются?

Вопрос волновал с детства. Есть + и — . то, откуда бегут электроны и куда стремяться убежать. и вот в фонарик я запихиваю 1 батарейку, потом следующую, плюсом к минусу первой. так почему же они не закорачиваются? почему из минуса первой электроны не перебегают в + второй? Как бы если исходить из аналогии что плюс- водород, минус — кислород, плюс — инь, минус — янь, то должен же быть какой-то бабах, а всего лишь удваивается напряжение. А если добавляется третья батарейка, через кого она гонит эле…

8 месяцев назад

220V vs 110V. в чем плюсы и минусы.

и почему у нас в стране (Украина. Россия и др. кто тут есть =)) не переходят на 110V? ведь вроде как затрат меньше? или думают, что тяжело перейти будет? ну… типо вся техника у нас требует 220V. то есть в Америке купив, например, бритву — тут, у нас, ей пользоваться можно через переходник, да? а вот если с нашим допустим телевизором ехать в Америку — он там не заработает? =)
Agiosесть же вещи которые не включаться на 110V? да и я знаю, если вещь расчитана на 220 -то вредно не только когда б. ..

7 месяцев назад

Задача по охране труда/физике (электричество), где найти методику решения?

Замечательно нужная и полезная для программистов дисциплина подсунула жабу — в контрольную требуется решить пару задач. Одна дана с теорией, другая, чтобы было интереснее, без оной.. Скажу спасибо за решение/ссылку на типовую задачу/ссылку на адекватную теорию по теме, предпочтительно в рамках охраны труда, а не физики — подозреваю, там какая-нибудь своя гадость присутствует.Определить силу тока, протекающего через организм человека при его прикосновении к одному из оголенных проводников трехфаз…

290576
290765
290904

Ответы (10)

Krista (Гость)

4 года назад

Ампер в труде, представленном Парижской академии наук, сначала решает принять одно из направлений токов за основное, а потом дает правило, по которому можно определить действие магнитов на токи. Читаем: «Так как мне пришлось бы постоянно говорить о двух противоположных направлениях, по которым текут оба электричества, то, во избежание излишних повторений, после слов НАПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА, я буду всякий раз подразумевать ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО электричества» Так впервые было введено ныне общепринятое правило направления тока. Ведь до открытия электрона было более семидесяти лет.
http://www.electrik.info/main/fakty/68-istorija-odnogo-paradoksa.html

Святослав111 (Гость)

4 года назад

Если составить электрическую цепь из источника тока, потребителя энергии и соединяющих их проводов, замкнуть ее, то по этой цепи потечет электрический ток. Резонно спросить: «А в каком направлении?» Учебник теоретических основ электротехники дает ответ: «Во внешней цепи ток течет от плюса источника энергии к минусу, а во внутри источника от минуса к плюсу» (1).

Так ли это? Вспомним, что электрическим током называется упорядоченное движение электрически заряженных частиц. Таковыми в металлических проводниках являются отрицательно заряженные частицы — электроны. Но ведь электроны во внешней цепи движутся как раз наоборот от минуса источника к плюсу. Это можно доказать очень просто. Достаточно поставить в вышеуказанную цепь электронную лампу — диод. В случае, если анод лампы будет заряжен положительно, то ток в цепи будет, если же отрицательно, то тока не будет. Напомним, что разноименные заряды притягиваются, а одноименные — отталкиваются. Поэтому положительный анод притягивает отрицательные электроны, но не наоборот. Сделаем вывод, что за направление электрического тока в науке электротехнике принимают направление ПРОТИВОПОЛОЖНОЕ движению электронов. (2)

Выбор направления, противоположный существующему, иначе как парадоксальным назвать нельзя, но объяснить причины такого несоответствия можно, если проследить историю развития электротехники как науки.

Среди множества теорий, иногда даже анекдотичных, пытающихся объяснить электрические явления, появившихся на заре науки об электричестве, остановимся на двух основных.

Американский ученый Б. Франклин выдвинул так называемую унитарную теорию электричества, по которой электрическая материя представляет собой некую невесомую жидкость, которая могла вытекать из одних тел и накапливаться в других. Согласно Франклину, электрическая жидкость содержится во всех телах, а наэлектризованным становится только тогда, когда в них бывает недостаток или избыток электрического флюида. Недостаток флюида означает отрицательную электризацию, избыток — положительную. Так появилось понятие положительного и отрицательного заряда. (3) При соединении положительно заряженных тел с отрицательными электрическая жидкость (флюид) переходит от тела с повышенным количеством жидкости к телам с пониженным количеством. Как в сообщающихся сосудах. С этой же гипотезой в науку вошло понятие движения электрических зарядов — электрического тока. (4)

Гипотеза Франклина оказалась в высшей степени плодотворной и предвосхитила электронную теорию проводимости, Однако она оказалась далеко не безупречной. Дело в том, что французский ученый Дюфе обнаружил, что существует два вида электричества, которые, подчиняясь каждое в отдельности теории Франклина, при соприкосновении нейтрализовывали друг друга. (5). Причиной появления новой дуалистической теории электричества, выдвинутой Симмером на основании опытов Дюфе, была простой. Как это ни поразительно, но на протяжении многих десятилетий экспериментов с электричеством никто не заметил, что при натирании электризуемых тел, заряжается не только натираемое, но и натирающее тело. Иначе гипотеза Симмера просто бы не появилась. Но в том, что она появилась есть своя историческая справедливость. (6)

Дуалистическая теория считала, что в телах обычном состоянии содержатся два рода электрической жидкости в РАЗНЫХ количествах, нейтрализующих друг друга. Электризация объяснялась тем, что соотношение положительных и отрицательных электричеств в телах менялось. Не очень понятно, но надо же было как-то объяснять реально существующие явления.

Обе гипотезы с успехом объясняли основные электростатические явления и долгое время конкурировали друг с другом. Исторически дуалистическая теория предвосхитила ионную теорию проводимости газов и растворов. (7)

Изобретение вольтова столба в 1799 г. и последовавшее за ним открытие явления электролиза позволило сделать выводы о том, что в них наблюдается два противоположных направления движения зарядов — положительного и отрицательного. Дуалистическая теория торжествовала, так как при разложении, например, воды наглядно можно было видеть, что на положительном электроде выделяются пузырьки кислорода, а на отрицательном — водорода. (8). Однако и здесь было не все гладко. При разложении воды количество выделяемых газов было неодинаково. Водорода было вдвое больше кислорода. Это ставило в тупик. Как мог бы помочь ученым того времени любой нынешний школьник, знающий, что в молекуле воды на атом кислорода приходится два атома водорода (знаменитое ашдвао) но химики до этого еще не додумались.

Нельзя сказать, что эти теории были понятны не только учащимся, но и самим ученым. Революционный демократ А.И. Герцен, кстати, выпускник физико-математического факультета Московского университета, писал, что эти гипотезы не помогают, а даже «делают страшный вред учащимся, давая им слова вместо понятий, убивая в них вопрос ложным удовлетворением. “Что есть электричество?” — “Hевесомая жидкость”. Не правда ли лучше было бы, если бы ученик отвечал: “Не знаю.”?» (10). Все-таки не прав был Герцен. Ведь в современной терминологии электрический ток ТЕЧЕТ от плюса к минусу источника, а не как-нибудь по другому передвигается и мы нисколько этим не огорчены.

Сотни ученых разных стран проводили тысячи опытов с вольтовым столбом, но только через двадцать лет датским ученым Эрстедом было открыто магнитное действие электрического тока. В 1820 г. было опубликовано его сообщение о том, что проводник с током влияет на показания магнитной стрелки. После многочисленных экспериментов он дает правило, по которому можно определить направление отклонения магнитной стрелки от тока или тока от направления магнитной стрелки. «Мы будем пользоваться формулой: полюс, который видит отрицательное электричество, входящим над собой, отклоняется к востоку». Правило настолько туманное, что современный грамотный человек не сразу и разберется как им воспользоваться, а что же говорить о том времени, когда понятия еще не устоялись.

Поэтому Ампер в труде, представленном Парижской академии наук, сначала решает принять одно из направлений токов за основное, а потом дает правило, по которому можно определить действие магнитов на токи. Читаем: «Так как мне пришлось бы постоянно говорить о двух противоположных направлениях, по которым текут оба электричества, то, во избежание излишних повторений, после слов НАПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА, я буду всякий раз подразумевать ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО электричества» Так впервые было введено ныне общепринятое правило направления тока. Ведь до открытия электрона было более семидесяти лет. (11).

В 17-19 веках в Европе получила широкое распространение МНЕМОНИКА. или искусство запоминания, то есть система различных приемов, облегчающих запоминание путем образования искусственных ассоциаций. Например известны стихи для запоминания числа ПИ — «Кто и шутя и скоро пожелаетъ…», которым более ста лет. Или присказку на счет фазанов и охотников для запоминания порядка расположения цветов солнечного спектра.. Это мнемонические правила.

Такое же правило было придумано Ампером для определения направлений сил на проводник с током. Оно называлось «правилом пловца». Мы его не приводим, потому что оно было тоже неудачным и не привилось. Но направление тока во всех правилах подразумевало движение ПОЛОЖИТЕЛЬНО заряженных частиц. (12)

Этого канона придерживался позже и Максвелл, придумавший правило «пробочника» или «буравчика» для определения направления магнитного поля катушки. Оно знакомо каждому школьнику. Однако вопрос об истинном направлении тока оставался открытым. Вот что писал Фарадей: «Если я говорю. что ток идет от положительного места к отрицательному, то лишь в согласии с традиционным, хотя до некоторой степени молчаливым
соглашением, заключенным между учеными и обеспечивающим им постоянное ясное и определенное средство для указания направления сил этого тока
». (13. Курсив наш. БХ)

После открытия электромагнитной индукции Фарадеем (наведение тока в проводнике в изменяющемся магнитном поле) возникла необходимость для определения направления индуцированного тока. Это правило дал выдающийся русский физик Э.Х.Ленц. (14). Оно гласит: «Если металлический проводник перемещается вблизи тока или магнита, то в нем возникает гальванический ток. Направление этого тока таково, что покоящийся провод пришел бы от него в движение, противоположное действительному перемещению». (15). То есть правило сводилось к такому типу, как «спроси совет и поступи наоборот».

Правила, известные нынешним выпускника школ, как «правило левой руки» и «правило правой руки» в окончательном виде предложил английский физик Флеминг и служат они для ОБЛЕГЧЕНИЯ ЗАПОМИНАНИЯ физического явления физикам, студентам и школьникам, а не для того, чтобы им морочить головы.

Эти правила широко вошли в практику и учебники физики и после открытия электрона очень многое пришлось бы изменять и не только в учебниках, если указывать истинное направление тока. Так и живет эта условность более полутора столетий. Сначала она не вызывала трудностей, но с изобретением электронной лампы (по иронии судьбы первую радиолампу изобрел Флеминг) и широким применением полупроводников начали возникать трудности. Поэтому физики и специалисты по электронике предпочитают говорить не о направлениях электрического тока, а о направлениях движения электронов, или зарядов. Но электротехника по-прежнему оперирует старыми определениями. Иногда это вызывает путаницу. Можно было бы внести коррективы, но не вызовет ли это больше неудобств, чем существующие?

Литература:

1. Л.А.Бессонов. Теоретические основы электротехники. М., Высшая школа, 1957, с.8.

2. Н.И.Мансуров, В.С.Попов. Теоретическая электротехника. М., Энергия, 1968, с.46.

3. В.Франклин. Опыты и наблюдения над электричеством. АН СССР, М,. 1956, с.12-13.

4. А.Г.Столетов. Обзор теории электричества. Московские университетские известия. М, 1866, № 1, неоф. отдел. с.26-46..

5. М.И.Радовский. Дюфе — основатель дуалистической теории электричества. «Электричество» № 4, 1938, с.74-79.

6. М.В.Ломоносов. Избранные труды по физике и химии. М., 1961, с.534.

7. В.М.Дуков. Электрон. История открытия и изучения свойств. М., Просвещение, 1966, с. 11-12.

8. А.Азимов. Краткая история химии. М., Мир, 1983. с.66-67.

9. М.Фарадей. Экспериментальные исследования по электричеству. Т.1, М., АН СССР, 1947, с.191.

10. А.И.Герцен. Письма об изучении природы. Соч. в 9 томах. т.2. М., худож. лит. 1955, с.102.

11. А.М.Ампер. Электродинамика. М., АН СССР, 1954, с.229.

12. О.Д.Хвольсон. Курс физики. т.4., Берлин, Госиздат РСФР, 1923, С.491.

13. М.Фарадей. с.269.

14. Э.Х.Ленц. Избранные труды. М., АН СССР., 1950, с.147-157.


«Электрический ток, направленное (упорядоченное)
движение заряженных частиц: электронов, ионов и др.
Условно за направление электрического тока принимают
направление движения положительных зарядов».
Большой энциклопедический словарь.

От условностей к определённостям.

Со времён начала познания электричества и описания электрических явлений с помощью связанных между собой законов, относительно направления движения тока рассматривались только два взаимно противоположных предположения:
— ток течёт от «+» к «-«,
— ток течёт от «-» к «+»,
и до настоящего времени никто и никогда не выдвигал третье предположение: электрический ток есть перемещение противоположных электрических зарядов в замкнутой цепи НАВСТРЕЧУ ДРУГ ДРУГУ!
А ведь это предположение имеет такое же право на существование, как и два предыдущих, так как ни одно из них (двух первых) до настоящего времени так безусловно и не доказано. Теперь это можно рассматривать следующим образом — на вопрос: «В каком направлении течёт электрический ток?» — есть три предполагаемых ответа:
1.Ток течёт от «+» к «-«.
2.Ток течёт от «-» к «+».
3.Электрический ток есть перемещение противоположных электрических зарядов в замкнутой цепи НАВСТРЕЧУ ДРУГ ДРУГУ.
Выберете из них тот, в котором отсутствуют противоречия. Этим правильным ответом как раз и должен стать третий вариант, который и выносится на обсуждение с целью, наконец, расставить все точки над i.

В каком направлении течёт электрический ток по проводнику?

Вопрос о том, в каком направлении течёт электрический ток, далеко не праздный, и может иметь существенное практическое значение, а именно: если удастся этому явлению дать логичное аргументированное объяснение, отличное от существующего, это позволит во-первых, грамотно объяснить многие до сих пор непонятные электрические явления; во-вторых, создавать новые технические решения во многих областях применения электричества и в-третьих, наконец, делать новые открытия.
Такие объяснения типа: «так сложилось исторически» или «так нас учили в школе на уроках физики» нормального, любознательного человека, а «технаря» в особенности, удовлетворить не могут. Или ещё: «нам безразлично в каком направлении течёт ток, главное, какое действие он совершает». Это кому-то безразлично, а мне нет!
Отмечу сразу: во всех более-менее научных трактатах эта тема старательно замалчивается.

Часть 1.
Итак, обратимся к нашим электронам, а точнее к «свободным электронам». Именно с них всё и началось. Одна из небольших фирм решила наладить производство приборов для защиты металлических конструкций от коррозии. Прибор состоял всего из одной единственной радиолампы любого типа в диодном включении. Анод лампы подключается к защищаемой металлической конструкции, на накал подаётся соответствующее напряжение и всё! Эффект потрясающий! При нахождении во влажной среде, не подключенный контрольный образец металла уже через несколько часов покрывается ржавчиной, а на подключенном, только через несколько недель появляются едва заметные следы коррозии. Автор и разработчик этого прибора был абсолютно убеждён в том, что свободные электроны (в лампе), покинувшие катод и долетевшие до анода, перейдя на металлическую конструкцию, распределяются по поверхности, и образуют защитный слой из свободных электронов. На практике же, после установки этих приборов на автомобили, нужного эффекта не последовало. Причина была в том, что применявшаяся лампа прямого накала запитывалась напрямую от аккумулятора. Достаточно было развязать накал лампы через трансформаторный преобразователь напряжения и обеспечить гальваническую связь катода с поверхностью земли через изолированный от корпуса машины антистатический заземлитель, после чего всё заработало соответствующим образом. Вот тогда-то и возник вопрос: а почему всё это работает? Ответ даже искать не пришлось — ведь это же всего-навсего источник тока, только с бесконечно большим внутренним сопротивлением, то есть источник э.д.с., что в сущности одно и то же. Такой источник (лампа 1Ж24Б, на аноде «-«, на катоде «+») выдаёт всего несколько сотен милливольт, то есть ровно столько, сколько требуется для нейтрализации процессов окисления.
Однако эти явления и эффекты известны давно и изучены достаточно, но до настоящего времени никто и никогда не причислял электронную лампу к классу источников тока.
Она (электронная лампа) всегда считалась устройством особым, с наделёнными ей свойствами (детектирование, усиление, генерирование и т.п.) и никогда не считалась источником тока, а именно это обстоятельство являлось поводом для диаметрально противоположных толкований относительно направления течения тока и не позволяло привести классическую электронную теорию к законченному виду.
Чтобы внести полную ясность в вопрос о направлении течения тока следует выделить следующее: как известно, в природе и в практической деятельности известны два вида токов:
— ток во внутренней цепи источника тока — то есть принуждение электронов двигаться под воздействием сторонних сил, что обеспечивает образование разнополярных зарядов,
— ток во внешней (замкнутой) цепи, где происходит утилизация этих самых зарядов, которые стремятся прийти в равновесное состояние, да ещё совершить какую-то работу.
Эти токи, если они в одной цепи, равны по величине, но совершенно различны по природе.
Итак, попытаемся разобраться, рассуждаем логически: если утверждается, что электрический ток в металлическом проводнике есть упорядоченное движение заряженных частиц от одного полюса к другому, это предполагает, что один из полюсов главнее другого. Представьте себе такую картину: мы замкнули электрическую цепь, например, очень длинную, «плюс» лежит и ждёт пока к нему «минус» пробирается сквозь кристаллические решётки проводника, или наоборот «минус» лежит, а «плюс» летит к нему! Вот как об этом пишут в учебниках физики:
«Электрический ток в цепи устанавливается за время t = L/c, где L — длина цепи,
с — скорость света в вакууме. Время t совпадает с временем установления вдоль цепи стационарного электрического поля и появлением упорядоченного движения электронов сразу во всей цепи. Поэтому электрический ток возникает практически одновременно с замыканием цепи». (Справочник по физике, Б.М.Яворский, А.А.Детлаф, 1985г.)
Обратите внимание: «практически одновременно» — то есть это означает, что быстрее скорости света! Да уж… Дедушка Максвелл от такого уже точно в гробу переворачивается.
Теперь представим себе ещё раз (для наглядности с конкретными значениями):
Уединённый металлический проводник, достаточно высокой проводимости, длинной, например, 300 км. , а также источник тока достаточного напряжения и мощности. Выводы проводника располагаются вблизи источника тока. Источник тока и проводник находятся в равновесном состоянии по отношению к друг другу и окружающего их диэлектрика, нам также известна скорость света. Время для преодоления этого расстояния светом и соответственно электрическим током, составляет 1 (одну) миллисекунду.
Итак, вопрос: как будут распределяться электрические заряды по времени вдоль проводника, если мы произведём одновременное подключение выводов проводника к выводам источника тока?
Ответ: 1. В момент подключения выводы проводника получат потенциалы соответствующих полюсов источника тока, тока в цепи ещё нет.
2. Далее, по обоим выводам проводника электрические заряды не встречая препятствий (за исключением затрат энергии на поляризацию окружающего проводник диэлектрика) со скоростью света устремляются к противоположным полюсам, то есть НАВСТРЕЧУ ДРУГ ДРУГУ, стремясь привести в равновесное состояние замкнутую цепь.
3. С середины пути (т.е. через 0,5 мс) заряды начинают перемещаться как бы друг через друга, испытывая при этом сопротивление и затрачивая запасённую энергию на преодоление этого сопротивления, что проявляется в виде выделения теплоты и образования магнитного поля вокруг проводника.
4. И наконец, нарастая, ещё через 0,5 мс, ток достигнет своей максимальной величины, а результатом становится та работа, которую он (ток) совершает в виде выделения теплоты и образования магнитного поля.
Так что же всё-таки такое, электрический ток, и в каком направлении он течёт?
Итак, определение:
Электрический ток во внешней замкнутой электрической цепи есть перемещение разнополярных электрических зарядов в проводящей среде, направленное к противоположным полюсам источника тока, то есть НАВСТРЕЧУ ДРУГ ДРУГУ.
А куда же девался электрон, который движется по металлическому проводнику?
А электрон остался там, в источнике тока, куда же ему тихоходному угнаться за
скоростью света. Вернёмся снова к электронной лампе: получив дополнительную энергию за счёт нагрева, электрон став свободным, долетает до нейтрального анода (анод становится отрицательным полюсом такого источника тока) и попадает в объятия атомов металла и вынужден отдать им свою энергию, а без энергии он уже никто, и здесь лишний, поэтому его выталкивают к диэлектрикам, у них места освободились, потому что соседние электроны полетели свободные места на катоде занимать. Короче говоря, количество электронов в равновесной среде: один полюс источника тока — диэлектрик — другой полюс источника тока, всегда остаётся постоянным, электроны в источнике тока служат всего лишь переносчиками зарядов и быстро (со скоростью света) передвигаться в металлах никак не могут — факт доказанный.
Ещё одно определение:
Источник тока есть устройство или среда состоящее всегда из двух полюсов, где выполняются условия образования и хранения разнополярных электрических зарядов под воздействием сторонних сил путём однонаправленного перемещения полусвободных электронов с одного полюса на другой.
Вывод: признание вышеприведённых утверждений справедливыми, устранит все противоречия существующие до настоящего времени в классической электронной теории.

Часть 2.
Итак ещё раз о сути вопроса. Причиной радикально противоположных представлений о направлении движения тока явилась электронная лампа. А именно: разве мог кто-либо из теоретиков — физиков в те времена, когда электронная лампа считалась чуть не божеством, рискнуть «опустить» её до уровня источников тока?
А ведь именно отнесение вакуумной лампы (и не только) с термоэлектронной эмиссией к классу источников тока позволяет расставить всё по своим местам, потому что только в источниках тока имеет быть место движение электронов, а в проводниках происходит только перемещение разнополярных зарядов и обязательно НАВСТРЕЧУ ДРУГ ДРУГУ, естественно при помощи этих самых электронов, но без их механического перемещения по проводнику.
Посредством движения электрона происходит всего лишь перенос полученной им энергии от стороннего воздействия и образование разнополярных зарядов на полюсах источника тока, а уже следствием перемещения этих зарядов в замкнутой цепи, опять же, НАВСТРЕЧУ ДРУГ ДРУГУ, и является естественно электрический ток.
Следует особо отметить, что более 70-ти лет назад уже имелись документальные подтверждения того, что разнополярные электрические заряды действительно движутся в проводящей среде навстречу друг другу, (статья: «Измерение скорости молнии» в журнале «Наука и техника», № 34 (335), 24 августа 1929г., издание «Красной газеты» в Ленинграде).
Таким образом, в ближайшее время могут стать справедливыми (с нашей помощью) примерно следующие определения:
1). Источник тока — есть устройство или среда состоящее всегда из двух полюсов, где выполняются условия образования и хранения разнополярных электрических зарядов под воздействием сторонних сил путём однонаправленного перемещения полусвободных электронов с одного полюса на другой.
СЛЕДСТВИЕ: Везде, где наблюдается одностороннее перемещение электронов с одного полюса на другой, есть источник тока.
2). Электрический ток во внешней замкнутой электрической цепи — есть перемещение разнополярных электрических зарядов в проводящей среде, направленное к противоположным полюсам источника тока, то есть НАВСТРЕЧУ ДРУГ ДРУГУ.

Приложение.
Статья в журнале «Наука и техника», № 34 (335), 24 августа 1929г., издание «Красной газеты» в Ленинграде:
«ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ МОЛНИИ. Скорость, с которой распространяется грозовой разряд, может быть легко измерена при помощи особого аппарата. Аппарат этот представляет собой фотокамеру с двумя быстро вращающимися объективами, укрепленными на общем диске. Согласно полученных при помощи этого прибора данных, время перекидки молнии с облака на землю составляет промежуток времени порядка 1/7000 секунды и все явление продолжается не более 1/359 секунды. Этим же аппаратом разрешается старый спор о том, ударяет ли молния сверху или из земли в облако. Фотография показывает, что молния одновременно возникает в облаке и из земли и обе половины соединяются в середине пути. Все вместе это продолжается 1/7000 секунды. В виду того, что фотографическая камера имеет два объектива, получается сразу два снимка, несколько отличающиеся один от другого, что дает возможность исчислять расстояние, на котором произошел грозовой разряд».

Шерешевец Александр Иванович,
г. Воронеж, 3 сентября 2003г.
Отредактировано 9 февраля 2004г.
e-mail: [email protected]

Электрическая цепь | Физика

Электрическая цепь и выключатели

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

Одним выключателем мы можем замыкать и размыкать электрическую цепь.

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

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

Условные обозначения

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

Проводники и изоляторы

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

Атомная структура и заряд

Любое тело состоит из атомов.

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

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

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

Гроза

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

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

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

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

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

Направление тока

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

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

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

Сила тока, напряжение, сопротивление

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

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

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

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

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

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

Последовательное соединение

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

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

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

Uобщ = U1 + U2 + U3 + U4 + U5

Таким образом, общее сопротивление цепи рассчитывается следующим образом:

Параллельное соединение

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

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

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

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

V = V1 = V2 = V3
I = I1 + I2 + I3

При параллельном подключении мы можем высчитать общее сопротивление и сопротивление на каждом отдельном участке цепи: Rобщ = Uобщ / Iобщ и в нашем случае: Rобщ = 220 / 12. 6 = 17.5 Ом. Это сопротивление меньше, чем наименьшее отдельное сопротивление. Если мы хотим вычислить общее сопротивление цепи, зная сопротивление отдельных частей, то нам необходимо произвести следующее суммирование: 1/Rобщ = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3. Так выглядит закон вычисления общего сопротивления для параллельного подключения.

Постоянный и переменный ток

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

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

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

Действие электрического тока

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Урок 1. Электричество: куда бегут электроны

– В Европе теперь никто на пианино не играет,
играют на электричестве.
–На электричестве играть нельзя – током убьет.
–А они в резиновых перчатках играют…
–Э! В резиновых перчатках можно!
«Мимино»

Странно… Играют на электричестве, а убивает почему-то каким-то там током… Откуда в электричестве ток? И что это за ток? Здравствуйте, уважаемые! Давайте разбираться.

Ну, во-первых, начнём с того, почему это играть на электричестве в резиновых перчатках всё-таки можно, а, например, в железных или свинцовых – нельзя, хотя металлические прочнее? Дело все в том, что резина не проводит электричество, а железо и свинец – проводят, поэтому и током ударит. Стоп-стоп… Мы идем не в ту сторону, давайте, разворачиваемся… Ага… Начинать нужно с того, что все в нашей Вселенной состоит из мельчайших частичек – атомов. Эти частички настолько малы, что, например, человеческий волос по толщине в несколько миллионов раз превосходит размер самого маленького атома водорода. Атом состоит (см. рисунок 1.1) из двух основных частей – положительно заряженного ядра, состоящего в свою очередь из нейтронов и протонов и вращающихся по определенным орбитам вокруг ядра электронов.

Рисунок 1.1 – Строение электрона

Суммарный электрический заряд атома всегда (!) равен нулю, то есть атом электрически нейтрален. Электроны имеют довольно сильную связь с атомным ядром, однако, если приложить некоторую силу и «вырвать» один или несколько электронов из атома (посредством нагревания или трения, например), то атом превратиться в положительно заряженный ион, поскольку величина положительного заряда его ядра будет больше величины отрицательного суммарного заряда оставшихся электронов. И наоборот, – если каким-либо образом добавить к атому один или несколько электронов (но не посредством охлаждения…), то атом превратится в отрицательно заряженный ион.

Электроны, входящие в состав атомов любого элемента,абсолютно идентичны по своим характеристикам: заряду, размеру, массе.

Теперь, если посмотреть на внутренний состав любого элемента можно увидеть, что не весь объем элемента занимают атомы. Всегда, в любом материале так же присутствуют как отрицательно заряженные, так и положительно заряженные ионы, причем процесс преобразования «отрицательно заряженный ион–атом–положительно заряженный ион» происходит постоянно. В процессе этого преобразования образуются так называемые свободные электроны – электроны, не связанные ни с одним из атомов или ионом. Оказывается, что различных веществ количество этих свободных электронов разное.

Так же из курса физики известно, что вокруг любого заряженного тела (даже такого ничтожно малого, как электрон) существует так называемое невидимое электрическое поле, основными характеристиками которого являются напряженность и направление. Условно принято, что поле всегда направлено из точки положительного заряда к точке отрицательного заряда. Такое поле возникает, например, при натирании эбонитовой или стеклянной палочки о шерсть, при этом в процессе можно услышать характерный треск, явление которого мы рассмотрим позже. Причем, на стеклянной палочке будет образовываться положительный заряд, а на эбонитовой – отрицательный. Это как раз и будет означать переход свободных электронов одного вещества в другое (со стеклянной палочки в шерсть и из шерсти в эбонитовую палочку). Переход электронов означает изменение заряда. Для оценки этого явления существует специальная физическая величина – количество электричества, названная кулон, причем 1Кл= 6.24•1018 электронов. Исходя из этого соотношения заряд одного электрона (или его по-другому называют элементарным электрическим зарядом) равен:

Так при чем же здесь все эти электроны и атомы… А вот при чём. Если взять материал с большим содержанием свободных электронов и поместить его в электрическое поле, то все свободные электроны будут двигаться в направлении положительной точки поля, а ионы – поскольку они имеют сильные межатомные (межионные) связи –оставаться внутри материала, хотя по идее они должны двигаться к той точке поля, заряд которой противоположен заряду иона. Это было доказано с помощью простого эксперимента.

Два различных материала (серебро и золото) соединили друг с другом и поместили в электрическое поле на несколько месяцев. Если бы наблюдалось движение ионов между материалами, то в месте контакта должен был бы произойти процесс диффузии и в узкой зоне серебра образоваться золото, а в узкой зоне золота – серебро, но такого не произошло, что и доказало неподвижность «тяжелых» ионов. На рисунке 2.1 показано движение положительной и отрицательной частиц в электрическом поле: отрицательно заряженные электроны движутся против направления поля, а положительно заряженные частицы – по направлению поля. Однако это справедливо только для частиц, не входящих в кристаллическую решетку какого-либо материала и не связанных между собой межатомными связями.

Рисунок 1.2 – Движение точечного заряда в электрическом поле

Движение происходит именно таким образом, потому как одноимённые заряды отталкиваются, а разноимённые – притягиваются: на частицу всегда действуют две силы: сила притяжения и сила отталкивания.

Так вот, именно упорядоченное движение заряженных частиц и называют электрическим током. Существует забавный факт: изначально считалось (до открытия электрона), что электрический ток порождён именно положительными частицами, поэтому направление тока соответствовало движению положительных частиц от «плюса» к «минусу», однако впоследствии обнаружилось обратное, но направление тока решено было оставить прежним, и в современной электротехнике осталась эта традиция. Так что всё на самом деле наоборот!

Рисунок 1.3 – Строение атома

Электрическое поле можно, хоть и характеризуется величиной напряженности, но создается вокруг любого заряженного тела. Например, если всё ту же стеклянную и эбонитовую палочки натереть о шерсть, то вокруг них возникнет электрическое поле. Электрическое поле существует около любого объекта и воздействует на другие объекты, сколь угодно далеко они бы ни располагались.Однако с ростом расстояния между ними напряженность поля уменьшается и её величиной можно пренебречь, так что два человека, стоящие рядом и имеющие некоторый заряд, хоть и создают электрическое поле, и между ними протекает электрический ток, но он настолько мал, что его величину трудно зафиксировать даже специальными приборами.

Так вот, пора бы уже побольше рассказать о том, что это за характеристика – напряженность электрического поля. Начинается всё с того, что в 1785 году французский военный инженер Шарль Огюстен де Кулон, отвлекшись от рисования военных карт, вывел закон, описывающий взаимодействие двух точечных зарядов:


Модуль силы взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними.

Мы не будем углубляться в то, почему это именно так, просто поверим на слово господину Кулону и введём некоторые условия для соблюдения этого закона:

  • точечность зарядов — то есть расстояние между заряженными телами много больше их размеров — впрочем, можно доказать, что сила взаимодействия двух объёмно распределённых зарядов со сферически симметричными не пересекающимися пространственными распределениями равна силе взаимодействия двух эквивалентных точечных зарядов, размещённых в центрах сферической симметрии;
  • их неподвижность. Иначе вступают в силу дополнительные эффекты: магнитное поле движущегося заряда и соответствующая ему дополнительная сила Лоренца, действующая на другой движущийся заряд;
  • взаимодействие в вакууме.

Математически закон записывается следующим образом:

где q1,q2 – величины взаимодействующих точечных зарядов,
r – расстояние между этими зарядами,
k – некоторый коэффициент, описывающий влияние среды.
На рисунке ниже приведено графическое пояснение закона Кулона.

Рисунок 1.4 – Взаимодействие точечных зарядов. Закон Кулона

Таким образом, сила взаимодействия между двумя точечными зарядами возрастает при увеличении этих зарядов и уменьшается при увеличении расстояния между зарядами, причём увеличение расстояния в два раза приводит к уменьшению силы в четыре раза. Однако подобная сила возникает не только между двумя зарядами, но и между зарядом и полем (и опять электрический ток!). Логично было бы предположить, что на различные заряды одно и то же поле оказывает различное влияние. Так вот отношение силы взаимодействия поля и заряда к величине этого заряда и называется напряжённостью электрического поля. При условии, что заряд и поле неподвижны и не изменяют своих характеристик с течением времени.

где F – сила взаимодействия,
q – заряд.
Причём, как говорилось ранее, поле имеет направление, и это возникает именно исходя из того, что сила взаимодействия имеет направление (является векторной величиной: одноимённые заряды притягиваются, разноимённые – отталкиваются).
После того, как я написал этот урок, я попросил моего друга прочитать его, оценить, так скажем. Кроме того, я задал ему один интересный на мой взгляд вопрос как раз по теме этого материала. Каково же было моё удивление, когда он ответил неверно. Попробуйте и Вы ответить на этот вопрос (он помещен в раздел задач в конце урока) и аргументировать свою точку зрения в комментариях.
И последнее: поскольку поле может переместить заряд из одной точки пространства в другую, оно обладает энергией, а, следовательно, может совершать работу. Этот факт пригодится нам в дальнейшем при рассмотрении вопросов работы электрического тока.
На этом первый урок окончен, но у нас так и остался без ответа вопрос, почему же, в резиновых перчатках током не убьет. Оставим его как интригу на следующий урок. Спасибо за внимание, до новых встреч!

  • Наличие свободных электронов в веществе является условием для возникновения электрического тока.
  • Для возникновения электрического тока необходимо электрическое поле, которое существует только вокруг тел, обладающих зарядом.
  • Направление протекания электрического тока обратно направлению движения свободных электронов – ток течёт от «плюса» к «минусу», а электроны наоборот – от «минуса» к «плюсу».
  • Заряд электрона равен 1.602•10-19 Кл
  • Закон Кулона: модуль силы взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними.

Задачка:

  • Предположим, что в городе-герое Москве имеется некая розетка, самая такая обычная розетка, которые есть и у Вас дома. Так же предположим, что мы протянули провода из Москвы во Владивосток и подключили во Владивостоке лампочку (опять же, лампа совершенно обычная, такая же освещает сейчас комнату и мне, и Вам). Итого, что мы имеем: лампочка, присоединенная к концам двух проводов во Владивостоке и розетку в Москве. Теперь вставим «московские» провода в розетку. Если мы не будем учитывать массу всяких условий и просто предположим, что лампочка во Владивостоке загорелась, то попробуйте предположить, доберутся ли электроны, которые в данный момент находятся в розетке в Москве в нить накала лампочки во Владивостоке? Что случится, если мы подключим лампочку не к розетке, а к аккумулятору?

← Введение | Содержание | Урок 2: Как пересчитать электроны →

В каком направлении движется ток

Подключим к пальчиковой батарейке светодиод, и если полярность окажется соблюдена правильно, то он засветится. В каком направлении установится ток? В наше время всем известно, что от плюса к минусу. А внутри батарейки, стало быть, от минуса к плюсу — ток ведь в этой замкнутой электрической цепи постоянный.

За направление тока в цепи принято считать направление движения положительно заряженных частиц, но ведь в металлах то движутся электроны, а они, мы знаем, заряжены отрицательно. Значит в реальности понятие «направление тока» – это условность. Давайте разберемся, почему в то время как электроны текут по цепи от минуса к плюсу, все вокруг говорят, что ток идет от плюса к минусу . Для чего такая несуразность?

Ответ кроется в истории становления электротехники. Когда Франклин разрабатывал свою теорию электричества, он рассматривал его движение подобно движению жидкости, которая как-бы перетекает от одного тела к другому. Где электрической жидкости больше — оттуда она течет в ту сторону, где ее меньше.

Франклин поэтому и назвал тела с избытком электрической жидкости (условно!) положительно электризованными, а тела с недостатком электрической жидкости — отрицательно электризованными. Отсюда и пошло представление о движении электрических зарядов. Положительный заряд перетекает, словно через систему сообщающихся сосудов, от одного заряженного тела к другому.

Позже французский исследователь Шарль Дюфе в своих экспериментах с электризацией натиранием установил, что заряжаются не только натираемые тела, но и натирающие, причем при контакте заряды обеих тел нейтрализуется. Получалось, что есть на самом деле два отдельных вида электрического заряда, которые при взаимодействии друг друга нейтрализуют. Эту теорию двух электричеств развил современник Франклина Роберт Симмер, который на себе убедился в том, что в теории Франклина что-то не до конца правильно.

Шотландский физик Роберт Симмер носил по две пары чулок: утепленные шерстяные и сверху еще вторые шелковые. Когда он снимал с ноги оба чулка сразу, а затем выдергивал один чулок из другого, то наблюдал такую картину: шерстяной и шелковый чулки раздуваются, принимая как бы форму его ноги и резко слипаются друг с другом. При этом чулки из одинакового материла, как шерстяные и шелковые, отталкивались друг от друга.

Если же Симмер держал в одной руке два шелковых, а в другой – два шерстяных чулка, то когда он сближал руки, отталкивание чулков из одинакового материала и притяжение чулков из разного материала приводило к интересному взаимодействию между ними: разнородные чулки словно набрасывались друг на друга и сплетались в клубок.

Наблюдения за поведением собственных чулков привели Роберта Симмера к выводу, что в каждом теле имеется не одна, а две электрические жидкости – положительная и отрицательная, которые содержатся в теле в одинаковых количествах. При натирании двух тел какая-то из них может перейти из одного тела в другое, тогда в одном теле окажется избыток одной из жидкостей, а в другом – ее недостаток. Оба тела станут наэлектризованными противоположными по знаку электричествами.

Тем не менее, электростатические явления успешно можно было объяснить как при помощи гипотезы Франклина, так и при помощи гипотезы двух электричеств Симмера. Эти теории некоторое время конкурировали между собой. Когда же в 1779 году Алессандро Вольта создал свой вольтов столб, после чего был исследован электролиз, ученые пришли к однозначному выводу, что действительно в растворах и жидкостях движутся два противоположных потока носителей заряда — положительные и отрицательные. Дуалистическая теория электрического тока, хотя и не была понятна всем, все же восторжествовала.

Наконец, в 1820 году, выступая перед Парижской академией наук, Ампер предлагает выбрать в качестве основного направления тока одно из направлений движения заряда. Ему было удобно сделать так, поскольку Ампер исследовал взаимодействия токов между собой и токов с магнитами. И чтобы каждый раз во время сообщения не упоминать, что в двух направлениях по одному проводнику движутся два потока противоположного заряда.

Ампер предложил просто принять за направление тока направление движения положительного электричества, и все время говорить о направлении тока, имея ввиду движение положительного заряда . С тех пор предложенное Ампером положение о направлении тока принято повсеместно, и используется до сих пор.

Когда Максвелл разрабатывал свою теорию электромагнетизма, и решил применять правило правого винта для удобства определения направления вектора магнитной индукции, он также придерживался этого положения: направление тока — это направление движения положительного заряда.

Фарадей в свою очередь отмечал, что направление тока условно, это просто удобное средство для ученых, чтобы однозначно определять направление тока. Ленц, вводя свое Правило Ленца (смотрите – Основные законы электротехники), также оперировал термином «направление тока», имея ввиду движение положительного электричества. Это просто удобно.

И даже после того как Томсон в 1897 году открыл электрон, условность направления тока все равно сохранилась. Даже если в проводнике или в вакууме реально движутся только электроны, все равно за направление тока принимается противоположное направление — от плюса к минусу.

Спустя уже более века с момента открытия электрона, несмотря на представления еще Фарадея об ионах, даже с появлением электронных ламп и транзисторов, хотя и появились трудности в описаниях, все равно привычное положение дел сохраняется. Так просто удобнее оперировать с токами, ориентироваться в их магнитных полях, и никаких реальных трудностей это, похоже, ни у кого не вызывает.

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

Суть вопроса

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

Сила привычки

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

«Золотая середина»

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

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

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

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

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

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

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

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

Проектируем электрику вместе: Направление электрического тока

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

Когда электрическое поле прикладывается к проводнику, свободные электроны (носители отрицательного заряда) начинают дрейфовать в соответствии с направлением электрического поля – возникает электрический ток.

Движение электронов означает движение отрицательных зарядов, следовательно, – электрический ток является мерой количества электрического заряда, переносимого через поперечное сечение проводника за единицу времени.

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

Измерение тока

Единица силы тока Кулон в секунду в системе СИ имеет конкретное название Ампер (А) – в честь знаменитого французского ученого Андре-Мари Ампера (на фото в заголовке статьи).                                              
Как мы знаем, величина отрицательного электрического заряда электрона -1,602 • 10-19 Кулона. Поэтому один Кулон электрического заряда состоит из 1 / 1,602 • 10-19 = 6,24 • 1018 электронов.
Следовательно, если 6,24 • 1018 электронов пересекает поперечное сечение проводника за одну секунду, то величина такого тока равна одному амперу.

Для измерения силы тока существует измерительный прибор — амперметр.

                                                        Рис. 1

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

Направление электрического тока

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

Мы знаем, что электрическим током в металлических проводниках называется упорядоченное движение отрицательно заряженных частиц – электронов (в других средах это могут быть ионы или ионы и электроны). Отрицательно заряженные электроны во внешней цепи двигаются от минуса источника к плюсу (одноименные заряды отталкиваются, противоположные — притягиваются), что хорошо иллюстрирует рис. 2.

Рис. 2
                                                 
Учебник физики за 8 класс дает нам другой ответ: «За направление электрического тока в цепи принято направление движения положительных зарядов», — то есть от плюса источника энергии к минусу источника.

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

Дело в том, что электрические заряды стали изучать задолго до того, как были открыты электроны, поэтому природа носителей заряда в металлах была еще неизвестна.
Понятие о положительном и отрицательном заряде ввёл американский ученый и политический деятель Бенджамин Франклин.
 
В своей работе «Опыты и наблюдения над электричеством» (1747 г.) Франклин  предпринял попытку теоретически объяснить электрические явления. Именно он первым высказал важнейшее предположение об атомарной, «зернистой» природе электричества: «Электрическая материя состоит из частичек, которые должны быть чрезвычайно мелкими».

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

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

После открытия электрона ученые решили оставить все как есть, поскольку пришлось бы очень многое изменять (и не только в учебниках), если указывать истинное направление тока. Также это связано и с тем, что знак заряда практически ни на что не влияет, пока все используют одно и то же соглашение.
Истинное направление движения электронов используется только, когда это необходимо, чтобы объяснить некоторые физические эффекты в полупроводниковых устройствах (диоды, транзисторы, тиристоры и  др.).

Статьи по теме: 1. Что такое электрический ток?
                            2. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона
                            3. Постоянный и переменный ток
                            4. Проводники и изоляторы. Полупроводники
                            5. О скорости распространения электрического тока
                            6. Электрический ток в жидкостях 
                            7. Проводимость в газах
                            8. Электрический ток в вакууме
                            9. О проводимости полупроводников

Внимание! Всех интересующихся практической электротехникой приглашаю на страницы своего нового сайта «Электрика для дома». Он посвящен основам электротехники и электричества с акцентом на домашние электрические установки и происходящие в них процессы.                                                                             

от плюса к минусу или наоборот

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

Свободные носители

Физическая сущность

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

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

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

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

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

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

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

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

Виды токов

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

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

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

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

Постоянный ток

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

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

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

Переменный ток (график)

Двунаправленное перемещение зарядов

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

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

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

Видео

Оцените статью:

Направление тока от плюса к минусу. Занимательная радиотехника. В какую сторону течет электрический ток

В электрической цепи, включающей источник тока и потребитель электроэнергии, возникает электрический ток. Но в каком направлении возникает этот самый ток? Традиционно считается, что во внешней цепи ток имеет направление от плюса источника к минусу в то время, как внутри источника питания — от минуса к плюсу.

И действительно, электрический ток — это упорядоченное движение электрически заряженных частиц. В случае, если проводник изготовлен из металла, такими частицами служат электроны — отрицательно заряженные частицы. Однако во внешней цепи электроны движутся именно от минуса (отрицательного полюса) к плюсу (положительному полюсу), а не от плюса к минусу.

Другим применением электрического тока было его использование в маяках, поскольку дуговая лампа имеет значительно более высокую интенсивность света, чем ранее использовавшиеся свечи или керосиновые лампы. В результате были построены первые электростанции, которые первоначально были оснащены простыми гидротурбинами и паровыми двигателями. С рубежа веков были доступны чрезвычайно мощные паровые турбины, которые на сегодняшний день доминируют как электростанции в производстве электроэнергии.

Технические токи: постоянный ток, переменный ток и трехфазный. В простейшем случае течет постоянный ток. Такой поток называется постоянным током. технич. и физическое. и физическое. Обратите внимание на техническое направление тока: по соглашению считается, что одно направление тока от положительного к отрицательному. Это направление тока также включено во все физические уравнения, касающиеся тока как такового. Однако разность электрических напряжений всегда положительна от положительной до отрицательной.

Если включить во внешнюю цепь , то станет ясным, что ток возможен лишь тогда, когда диод подключен катодом в сторону минуса. Из этого следует, что за направление электрического тока в цепи принимают направление противоположное реальному движению электронов.

Если проследить историю становления электротехники как самостоятельной науки, можно понять, откуда возник такой парадоксальный подход.

Поэтому техническое направление тока имеет смысл и обычно используется так, чтобы направление тока и напряжения было идентичным. Техническое направление тока не следует путать с направлением потока электронов, которое протекает вопреки техническому направлению тока. Также Техническое и физическое направление тока. Направление физического тока: Чтобы понять механизм течения и вывести определенные электрические свойства материалов, рассмотрите фактическое движение носителей заряда.

В электропроводящих жидкостях могут быть положительные и отрицательные носители заряда или приводимые и окисляемые вещества, которые движутся к соответствующим полюсам. На полюсах они восстанавливаются или окисляются, поэтому они поглощают электроны на одном полюсе и выделяют электроны на другом полюсе, тем самым перекрывая перенос электронов в цепи.

Американский исследователь Бенжамин Франклин выдвинул в свое время унитарную (единую) теорию электричества. По этой теории электрическая материя является невесомой жидкостью, которая может вытекать из одних тел, при этом накапливаться в других.

По Франклину, электрическая жидкость есть во всех телах, но наэлектризованными тела становится лишь тогда, когда в них имеет место избыток или недостаток электрической жидкости (электрического флюида). Недостаток электрического флюида (по Франклину) означал отрицательную электризацию, а избыток — положительную.

В эксперименте с водным раствором для определения направления тока было определено физически некорректное техническое направление тока, поскольку были видны только положительные носители заряда, но движущиеся к полюсу минус. Другой случай имеет место с п-легированными полупроводниками: здесь отсутствующие электроны ведут себя как положительные носители с массой. Поскольку электроны заполняют отверстия в линии отверстия, электроны действительно мигрируют, оставляя дыру в своем предыдущем местоположении.

Поэтому дырки движутся в противоположном направлении от электронов. Подходящим источником напряжения постоянного тока являются гальванические элементы, соответствующие динамометры, фотогальванические элементы или импульсные источники питания. Часто встречающаяся в данной области техники также представляет собой комбинацию трансформатора и выпрямителя.

Так было положено начало понятиям положительного заряда и отрицательного заряда. В момент соединения тел заряженных положительно с телами, заряженными отрицательно, электрическая жидкость перетекает от тела с большим количеством электрической жидкости к телам с пониженным ее количеством. Это похоже на систему сообщающихся сосудов. В науку вошло устойчивое понятие электрического тока, движения электрических зарядов.

Если напряжение периодически резко падает, а направление тока остается постоянным, это называется пульсирующим напряжением постоянного тока. Выпрямители обычно обеспечивают пульсирующее постоянное напряжение при преобразовании переменного напряжения в постоянное напряжение, если напряжение не сглаживается конденсаторами или другими средствами.

Частота тока показывает, как часто в секунду ток течет в одном и том же направлении, соответственно, европейский бытовой ток при напряжении 230 вольт имеет частоту 50 Гц. Переменный ток дважды меняет свое направление в каждом периоде. Суммируя в течение периода, переменный ток обычно компенсирует. Тем не менее, чтобы иметь возможность делать заявления о силе тока, определяется эффективный ток для переменного тока; этот размер указывает на постоянный ток, с которым количество транспорта заряда будет таким же, как и с переменным током.

Эта гипотеза Франклина предварила электронную теорию проводимости, однако она оказалась совсем не безупречной. Французский физик Шарль Дюфе обнаружил, что в реальности есть два вида электричества, которые в отдельности подчиняется теории Франклина, однако при соприкосновении взаимно нейтрализуются. Появилась новая дуалистическая (двойственная) теория электричества, выдвинутая естествоиспытателем Робертом Симмером на основании опытов Шарля Дюфе.

Для синусоидального переменного тока эффективная сила тока возникает как корень среднего квадрата амплитуды тока. Для квадратного тока корень полностью отпадает. Если постоянный ток накладывается на переменный ток, это также называется смешанным током.

Для передачи энергии обычно используется трехфазный переменный ток. В трехфазном переменном токе ток течет в трех проводниках, каждый из которых сдвигается по фазе на одну треть цикла, так что сумма всех трех токов в любой момент времени при одинаковой нагрузке на каждой фазе равна нулю. Кроме того, в зависимости от схемы все еще присутствует нейтральный проводник, который поглощает остаточные токи, вызванные различными нагрузками токов в трех фазах.

При натирании, с целью электризации, электризуемых тел, заряженным становится не только натираемое тело, но и натирающее. Дуалистическая теория утверждала, что в обычном состоянии в телах содержатся два рода электрического флюида и в разных количествах, которые нейтрализуют друг друга. Объяснялась электризация изменением соотношения отрицательных и положительных электричеств в электризуемых телах.

В домохозяйстве обычно используются только одна фаза и нейтраль. Поэтому токи на трех фазах обычно не сбалансированы. Трехфазная система представляет собой элегантный вариант для передачи переменного тока: в стандартном европейском трехфазном питании 400 В, каждый с 400 В переменного тока между тремя так называемыми внешними проводниками, между каждым внешним проводником и нейтральным проводником имеется переменное напряжение 230 В В трехфазной системе с четырьмя проводниками потребуется всего шесть проводников, благодаря чему четвертый нейтральный проводник может быть еще более тоньше, поскольку токи в нейтральном проводнике полностью компенсируются желаемой равной «симметричной» нагрузкой в ​​трех цепях переменного тока.

Как гипотеза Франклина, так и гипотеза Симмера успешно объясняли электростатические явления и даже конкурировали между собой.

Изобретенный в 1799 году вольтов столб и открытие привели к выводам о том, что при электролизе растворов и жидкостей в них наблюдается два противоположных по направлению движения зарядов — отрицательное и положительное. Это было торжество дуалистической теории, ведь при разложении воды теперь можно было наблюдать, как на положительном электроде происходит выделение пузырьков кислорода, в то же время на отрицательном — водорода.

Трехфазный переменный ток. Из-за различной нагрузки в домашнем хозяйстве фазы и нейтраль имеют одинаковую прочность. Другая возможность заключается в подключении нагрузки 400 В переменного тока к двум внешним проводникам, поскольку разница между двумя синусоидальными напряжениями снова является синусоидальным напряжением.

Физический механизм: генерация тока

Однако в замкнутой линейной цепи напряжение постоянного тока приводит к постоянному току и переменному напряжению переменного тока. Используя пример электрической батареи, можно проиллюстрировать принцип тока. Электрохимические процессы в аккумуляторе вызывают разделение заряда; электроны собираются с одной стороны, с другой стороны — электронная бедность. Это создает потенциальную разницу, электрическое напряжение. Если вы подключаете два полюса батареи электрическим проводником с заданным электрическим сопротивлением, электроны переходят от отрицательного полюса к полюсу положительного полюса: электрический ток течет.

Но здесь не все было гладко. Количество выделяемых газов получалось разным. Водорода выделялось вдвое больше, чем кислорода. Это ставило физиков в тупик. Тогда химики еще не имели представления о том, что в молекуле воды присутствуют два атома водорода и всего один атом кислорода.

Техническое использование электроэнергии

Разделение зарядов требует энергии, которое снова становится свободным при протекании тока. Соотношение между током, напряжением и сопротивлением может быть выражено законом Ома. Электричество является одним из методов транспортировки энергии. Сегодня все освещение, большая часть бытовой техники и всей электроники и компьютерных технологий питаются от электрической энергии. Электромобили рекламируются как экологически чистая альтернатива обычным бензиновым автомобилям. Кроме того, медицинские приборы от рентгеновского аппарата к МРТ-сканеру и дрель стоматолога питаются от электрической энергии.

Эти теории не были понятны всем.

Но в 1820 году Андре-Мари Ампер в работе, представленной членам Парижской академии наук, сперва решает выбрать одно из направлений токов в качестве основного, но затем дает правило, согласно которому можно точно определить воздействие магнитов на электрические токи.

Чтобы все время не говорить о двух противоположных по направлению токах обоих электричеств, во избежание лишних повторений, Ампер решил за направление электрического тока строго принять направление движения именно положительного электричества. Так, впервые Ампером было введено до сих пор общепринятое правило направления электрического тока.

Электрическая энергия обычно генерируется централизованно на электростанциях и распределяется между домохозяйствами через электрическую сеть. Б. с помощью фотоэлектрических систем на частных крышах. Возможно ли постоянное подключение к сети, например. Прямое хранение электрической энергии возможно только путем преобразования в другую форму энергии, например. Нагнетаемые электростанции. Исключением являются конденсаторы, которые могут поглощать относительно небольшие количества энергии. Разговорный термин «потреблять энергию» не является технически правильным, так как ток, текущий в устройство, также снова вытекает.

Этого положения придерживался позже и сам Максвелл, придумавший правило «буравчика», определяющее направление магнитного поля катушки. Но вопрос об истинном направлении электрического тока так и оставался открытым. Фарадей писал, что такое положение вещей лишь условно, оно удобно ученым, и помогает им ясно определять направления токов. Но это лишь удобное средство.

Фактически, с обычным бытовым током, даже в случае, когда электроны «слегка покачиваются» немного назад и вперед только в проводнике, фактически не вызывая значительного количества электронов, вытекающих из линии в устройство. На самом деле «потоки» — это электрическая энергия. Проделанная работа выполняется так называемым образом, поэтому «энергопотребление» в энергоблоке киловатт-часа и не учитывается в текущем блоке ампер. В дополнение к энергоснабжению электроэнергия также играет ключевую роль в технической коммуникации.

Таким образом, телефонная сеть основана, по крайней мере, на локальном цикле до сегодняшнего дня по передаче электрического сигнала. Однако фактическая телефонная сеть в настоящее время все чаще преобразуется в волоконную оптику. Также на основе электрических сигналов кабельного телевидения.

После открытия Фарадеем электромагнитной индукции, появилась необходимость определять направление индуцированного тока. Русский физик Ленц дал правило: если металлический проводник движется вблизи тока или магнита, то в нем возникает гальванический ток. И направление возникающего тока таково, что неподвижный провод пришел бы от его действия в движение, противоположное исходному перемещению. Просто, облегчающее понимание правило.

Энергопотребление частных домашних хозяйств

Хотя связь с помощью электромагнитных волн напрямую не основана на электрическом токе, но передача и прием волн в принципе возможны только через электрические системы. Потребление энергии на бытовых приборах в процентах. Потребление энергии на единицу использования.

Некоторые местные коммунальные предприятия предоставляют счетчики электроэнергии, которые позволяют индивидуально измерять каждый бытовой прибор. Длительность текущего потока имеет решающее значение для физиологических эффектов. Ток с факелом: около 0, 2 А = 200 мА Ток с вентилятором: около 0, 12 А = 120 мА.
. Что произойдет, если электрический ток больше не течет, а капает?

Даже после открытия электрона, эта условность существует более полутора столетий. С изобретением такого устройства, как электронная лампа, с широким внедрением полупроводников, стали возникать трудности. Но электротехника, как и прежде, оперирует старыми определениями. Порой это вызывает настоящую путаницу. Но внесение коррективов вызовет больше неудобств.

Макса Планка. Его исследование включало охлаждение его туннельного сканирующего микроскопа до пятнадцатитысячных долей выше абсолютного нуля. При этих чрезвычайно низких температурах электроны обнаруживают свою квантовую природу. Поэтому электрический ток представляет собой гранулированную среду, состоящую из отдельных частиц. Электроны капают через проводник, как песчинки в песочных часах, явление, которое можно объяснить с помощью квантовой электродинамики.

Вода, которая течет из крана, похожа на однородную среду — невозможно отличить отдельные молекулы воды. Точно так же происходит с электрическим током. Многие электроны протекают в обычном проводе, который, по-видимому, является однородным. Хотя невозможно отличить отдельные электроны, квантовая механика утверждает, что они должны существовать. Итак, как они себя ведут? При каких условиях ток не течет, как вода через кран, но капает, как песок в песочные часы?

В отдаленные времена, когда физики изучали сравнительно очень узкий круг известных им электрических явлений, были введены понятия положительного и отрицательного электричества. Знак плюс присвоили «стеклянному» электричеству — тому электрическому заряду, который возникает на стекле в результате натирания его шелком. Отрицательным электричеством стали считать «сургучное»— заряд, возникающий на сургуче, натертом шерстью. В дальнейшем условились считать, чтсз электрический ток течет от плюса к минусу.

Аналогия песочных часов очень подходит для сканирующего туннельного микроскопа, где тонкий остроконечный наконечник сканирует образец через поверхность, не касаясь ее. Однако малый ток течет, так как существует небольшая вероятность влияния «туннеля» на электроны остроконечного кончика в образце.

Минимальные вариации туннельного тока позволяют исследователям решать отдельные атомы и атомные структуры на поверхностях и исследовать их электронную структуру. Таким образом, туннельные микроскопы являются одними из самых универсальных и чувствительных детекторов во всей физике твердого тела.

Такая терминология оказалась удобной. Она устраивала и физиков и техников и сохранилась до наших дней. На ее базе сформулированы все основные законы, правила и зависимости учения об электричестве.

Однако несоответствие подобной терминологии физической сущности электрических явлений стало очевидным уже в последние годы прошлого столетия, когда были открыты электроны. Это открытие доказало, что электрический ток имеет «зернистую» структуру и представляет собой поток мельчайших отрицательных зарядов — электронов. Электроны движутся от минуса к плюсу, т. е. в направлении, обратном тому, какое было установлено на заре электротехники.

Это породило двойственность и путаницу. Во многих случаях, когда речь шла о направлении тока, приходилось специально оговаривать, как понимать направление: «по току» или «по электронам». Особенно болезненно эта терминологическая двойственность чувствуется в радиотехнике, где для уяснения работы схем и приборов часто бывает необходимо учитывать именно направление движения электронов. Например, в какую сторону «проводит» электронная лампа? Если считать «по току», то лампа проводит от анода к катоду, а если «по электронам», то от катода к аноду.

Часто высказывается мысль о необходимости устранить двойственность терминологии и установить единообразие в представлении о направлении тока.

Можно ли осуществить подобное единообразие?

Это сделать не так легко, как кажется. Конечно, нетрудно изъять из всей выходйщей литературы упоминание об электрическом токе в его старом толковании и ввести… А что же ввести? Направление движения электронов? А почему именно электронов? Мы теперь знаем, что электрический ток есть движение электрических зарядов, к которым относятся и электроны, и протоны, и ионы, и «дырки» Электроны и отрицательные ионы движутся от нашего условного минуса к столь, же условному плюсу, а положительные ионы, протоны и «дырки» движутся в обратном направлении. Можно составить цепь из металлических проводников, гальванических элементов, полупроводниковых выпрямителей и т. п., в отдельных участках которой электрические заряды, образующие электрический ток, будут двигаться в противоположных направлениях. Чтр принять за направление тока в полупроводниковом диоде, в котором электроны движутся в одном направлений, а «дырки» — в обратном?

Как видим, вопрос о направлении тока не так-то прост.

Подписаться на еженедельную рассылку eduction.ru

ток — Электричество переходит с отрицательного на положительный или наоборот?

Могу ли я отказаться от педантичной теории из учебы в университете? 🙂

Как указали другие ребята, ток, который течет от «плюса» к «минусу», — это всего лишь обычный способ представления явления. Это связано с тем, что электроны по определению имеют отрицательный заряд, и, вероятно, сам по себе этот факт является условием, согласно которому протонам, находящимся в ядре атома, предпочтительно давать положительный знак.Затем, имея дело с отрицательными значениями (которые возникают из-за отрицательного заряда, бла-бла-бла), это раздражает, отсюда и решение рассматривать ток как противоположный движению электронов.


Рассказ о потенциалах и полях

Другая точка зрения состоит в том, что всегда из-за отрицательного носителя заряда электрический потенциал (который определяет напряжения) отрицателен там, где больше электронов, поэтому он положителен там, где электронов меньше, и можно ожидать, что ток течет от чем выше потенциал, тем ниже, когда предметы падают.

Это не влияет на порядок компонентов в одной ветви цепи, поскольку ток (для принципа консервативных полей и бла-бла-бла) одинаков во всей ветви. Для более глубокого анализа см. Это. Рассматривайте это как трубу с водой под давлением: не имеет значения (теоретически), находится ли турбина до или после узкого места, поскольку последнее в любом случае будет влиять на количество воды, протекающей в трубе.


Диод

Диод, по-прежнему просто понять, , что он делает (в основном, ток течет в одном направлении, а не в другом; противоположные вещи для электронов) и более сложно понять , почему он делает именно так.


отверстий

А насчет «дырок», они используются, потому что в физике полупроводников и, в большей степени, при работе с легированными полупроводниками, существуют материалы (или, лучше сказать, легированные материалы), которые имеют меньше электронов в валентной зоне и забирают электроны из близких мест. в зоне проводимости, создавая ток. Но это намного проще, если говорить о дырках , перемещающихся в зоне проводимости

.

постоянного тока — течет ли электрический ток с положительного на отрицательный или с отрицательного на положительный?

Во-первых, у нас есть проблемы с терминологией.«Электричество» — не совсем понятный термин. Я не знаю каких-либо единиц измерения электричества или чего-то подобного, поэтому я просто не буду об этом говорить.

Вместо этого я немного расскажу о физических величинах, которые мы знаем. Здесь наиболее интересны электрический ток, электрический заряд и электрический потенциал.

Ток определяется количеством электрического заряда, который проходит через некоторую поверхность за единицу времени.

Итак, давайте посмотрим на это изображение здесь:

Черная форма — это некий материал, через который каким-то образом может протекать электрический заряд.Красный диск — это поверхность, по которой течет заряд. Это наша «фишка». Поэтому, когда мы говорим, что у нас есть ток в X ампер, это означает, что у нас есть один кулон заряда через поверхность за одну секунду. Все идет нормально.

Теперь идет деталь с «потоком электронов» и «обычным током». Вы должны иметь в виду, что тогда, когда наши первые ученые изучали силу электрического тока, было не так хорошо известно, что это за ток и из чего он сделан.Люди не знали, что заряд переносят электроны. Они действительно знали, что там что-то было, но что именно, было не очень ясно.

Итак, они сделали простое: они изучили макроскопическую модель. Это было практично. Если вы хотите использовать батарею, вам действительно не нужно знать, сколько электронов может перейти с одной стороны на другую. Хорошо, если вы это сделаете, но это не практические знания. Вместо этого было бы гораздо лучше знать, что он может обеспечивать, скажем, 3 ампера в течение двух часов, пока не разрядится.

Также появилось понятие «электрический потенциал». Логично было представить, что наш ток будет течь из мест с более высоким потенциалом в места с более низким потенциалом, поэтому мы определили направление потока тока.

Когда два потенциала выравниваются, ток останавливается.

Итак, со временем круги людей, связанных с электричеством, приняли стандартное направление движения тока и продолжили развивать другие полезные вещи на его основе.Параллельно у вас были люди, которые исследовали микроскопический мир. Со временем им удалось выяснить, что у вас есть носители электрического заряда, и что в металлах это обычно электроны. Они также поняли, что, скажем, в жидких растворах могут быть ионы, которые также могут переносить ток. Со временем выяснилось, что поток электронов противоположен тому, что макроскопические парни, работавшие с током, определили как положительное направление тока, и именно так мы получили «электронный» ток (синий на картинке) и «обычный» «текущий (черный на картинке).

Как было сказано ранее, макроскопический мир работал до определенного уровня, не понимая, что происходит на нижнем уровне. В результате открытие знака заряда электронов не оказало значительного влияния на работу вещей в большой картине электричества. Таким образом, в традиционной электротехнике не было настоятельной необходимости пересматривать направление тока. Оказалось, что наши электроны движутся в противоположном направлении от того, что мы думали, но все остальное остается таким же.Таким образом, оставалось, что обычный ток течет от места с более высоким электрическим потенциалом к ​​месту с более низким электрическим потенциалом, но реальный поток электронов идет в противоположном направлении. Так что оба варианта верны.

В каком направлении на самом деле течет ток?


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

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

Почему это так важно?

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

РИСУНОК 1. Упрощенная модель всех электронных схем и оборудования.


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

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

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


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

Зависимость условного тока от потока электронов

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

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

Что такое электрон?

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

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

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

РИСУНОК 3. Атом меди.


И это электрон или электроны во внешней валентной оболочке, которые высвобождаются для создания тока в электрических и электронных компонентах и ​​схемах.

Как течет ток

В большинстве электрических и электронных схем протекает ток электронов. Однако есть некоторые особые случаи, когда задействованы другие частицы. Предположим, что медный провод подключен между положительной и отрицательной клеммами элемента фонарика, как показано на рисунке 4 .Избыток электронов накапливается на отрицательном выводе ячейки, в то время как на положительном выводе электронов не хватает. Это состояние вызвано химическим действием в клетке.

РИСУНОК 4. Электронный поток в медной проволоке.


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

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

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

Ток в полупроводниках

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

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

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


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

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

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


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

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

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


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

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

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

Ионный поток

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

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

РИСУНОК 8. Течение тока в химической ячейке.


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

Жизнь в отрицании

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

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

Это действительно важно?

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

В заключение

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

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


ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

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

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

В конце 19 века было окончательно установлено, что обсуждаемые заряды на самом деле были электронами, а ток на самом деле был электронами, протекающими от отрицательного вывода источника напряжения через цепь к положительной стороне источника напряжения. Это открытие сделал британский физик Джозеф Дж. Томсон в 1897 году. Наконец-то правда была доказана и открыта.


Корпус для обычного протекания тока.

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

Корпус для электронного потока.

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

Условный ток относительно потока электронов

Условный ток относительно потока электронов

© 2015 Chris E. ChaulkVTR1R2R3ITIT

Нажмите кнопку вверху.

Обычный ток предполагает, что ток течет от положительной клеммы через цепь к отрицательной клемме источника. Это было условием, выбранным при открытии электричества. Они были не правы!

Электронный поток — это то, что происходит на самом деле, и электроны текут из отрицательной клеммы через цепь и попадают в положительную клемму источника.

Используются как обычный ток, так и поток электронов. Многие учебники доступны в обоих форматах.

Floyd, 1989, Принципы электрических цепей , 5-е издание, версия для обычных токов.

Floyd, 1990, Принципы электрических цепей , 4-е издание, версия для электронного потока.

На самом деле, не имеет значения, в какую сторону протекает ток, если он используется последовательно .Направление тока не влияет на его действия.

Как правило, Electron Flow используется в программах по физике средней школы и двухгодичных программах для технических специалистов.

Но трехлетние технологические и университетские инженерные программы используют обычный ток. Определенные символы (например, диоды и транзисторы) и правила (например, правила правой руки) были созданы с использованием обычного тока. Переход от обычного тока к электронному потоку вызовет некоторую путаницу у старых и новых студентов, и возникнут ошибки, поэтому традиционный ток был сохранен, чтобы не было путаницы с теми, кто уже обучался с обычным током.Две системы могут показаться сбивающими с толку, но пока их использование единообразно, это не так!

Вы должны понимать, какое соглашение используется, потому что правила меняются. Бывший. Правила правой руки в обычном токе становятся правилами левой руки в электронном потоке. Пример

На протяжении всего курса используется обычный ток. Поэтому всегда предполагайте, что ток течет через положительный вывод источника.

ELTK1100

Physics4Kids.com: Электричество и магнетизм: постоянный ток

В нашем мире есть два основных типа тока. Один — постоянного тока (DC), который представляет собой постоянный поток зарядов в одном направлении. Другой — переменный ток (AC), то есть поток зарядов, меняющий направление. Давайте посмотрим на мощность постоянного тока, которая была усовершенствована Thomas Edison в 1800-х годах.

Ток в цепях постоянного тока движется в постоянном направлении. Сила тока может измениться, но она всегда будет течь из одной точки в другую.Прежде чем мы продолжим, нам нужно объяснить, что физики, а также электрики имеют в виду нечто, называемое условным током , .

Вы помните, что мы говорили о том, что физики соглашались всегда использовать положительные заряды для определения того, как будут проводиться силовые линии электрического поля? Следуя этому соглашению, они также согласились объяснять поток заряда с точки зрения положительных зарядов, а не электронов. Таким образом, хотя электроны будут течь от отрицательного к положительному, по соглашению (соглашению) физики называют обычный ток потоком от высокого потенциала / напряжения (положительного) к низкому потенциалу / напряжению (отрицательному).Напоминая вам, что потенциал подобен электрической высоте, это означает, что обычный ток течет «под гору», что имеет смысл.

Электроны перемещаются из областей, где есть избыток отрицательных зарядов, в области, где есть недостаток (или положительный заряд). Электроны движутся от «-» к «+», но считается, что обычный ток движется в другом направлении. Когда вы настраиваете схему , считается, что обычный ток движется от «+» к «-» стороне.

Идея использования положительных зарядов при формировании объяснений исходит от Бенджамина Франклина .Во времена Франклина мы не знали о протонах и электронах. Франклин считал, что что-то движется по электрическим проводам, и называл это «зарядом». Он предположил, что существует только один вид заряда, и он логически предположил, что заряд будет перетекать из точки, в которой был избыток (лишний), в точку, в которой был недостаток (слишком мало). Он назвал точку с избытком «положительным», а точку с недостатком — «отрицательной». Итак, для Франклина заряд перетекал с положительного на отрицательный. Мы просто чтим его достижения, продолжая развивать эту идею.

Лучшим реальным примером постоянного тока является батарея . Батареи имеют положительную (+) и отрицательную (-) клеммы. Если вы возьмете провод и соедините положительную и отрицательную клеммы на аккумуляторе, электроны в проводах начнут течь, образуя ток. Вы можете доказать, что ток течет, если подключите к цепи небольшую лампочку. Свет начнет светиться, когда электроны пройдут через нити .
Мощность

постоянного тока используется во всем мире.Вы, вероятно, будете использовать мощность постоянного тока всякий раз, когда носите с собой что-то, что использует электричество. Все, что использует батареи, работает от постоянного тока. Другие страны используют больше портативных источников питания , потому что в их домах может не быть электропроводки.

Электропроводка в вашем доме питается переменным током и полностью отличается от постоянного тока. Есть машины, которые могут преобразовывать постоянный ток в переменный ток. Эти машины могут использоваться для того, чтобы взять батарею постоянного тока в лодку и преобразовать мощность в переменный ток, чтобы ее мог использовать холодильник.






Или выполните поиск на сайтах по определенной теме.


Условный ток относительно электронного | Прядильные номера

Одна из непонятных идей для начинающих инженеров-электриков — это условное направление тока . Эта тема вызывает наибольшее количество вопросов и вызывает наибольшее разочарование при изучении схем. Новым студентам эта идея может показаться розыгрышем или большой ошибкой, вызванной инженерной ленью.Это не.

Автор Вилли Макаллистер.


Содержание


Типичный вопрос от мотивированного ученика

«Вначале в классе объяснили, что есть две теории тока: общепринятая теория и теория электронов. Традиционная теория — это изначальное убеждение, что электричество течет с положительной стороны батареи на отрицательную.

Электронная теория противоположна тому, что объясняется в этом видео (Current).Мне также сказали, что электронная теория оказалась верной из двух; однако общепринятая теория по-прежнему используется, потому что «она работает».

Я не понимаю, почему, когда общепринятая теория оказалась неверной, она все еще используется. Для меня это источник большого замешательства. Не потому ли, что инженерный мир слишком ленив, чтобы перейти от ложной теории к правильной? »

Текущий

Определение тока короткое и простое — Ток — это движение заряда.

Что делает это простое определение интересным, так это то, что ток может быть вызван двумя типами заряда. Эти два типа движутся в противоположных направлениях, когда находятся в электрическом поле. Если вы создадите электрическое поле и введете заряд $ + $ и заряд $ — $. Если отрицательный заряд движется вправо, то положительный заряд движется влево.

Ток может переноситься одним типом заряда, или ток может состоять из двух типов заряда, движущихся в противоположных направлениях одновременно. Некоторые примеры: в металлической проволоке ток переносится только отрицательным зарядом (электронами), но в вашем теле электрические токи переносятся как положительными, так и отрицательными ионами (заряженными атомами).

Это свойство «двух типов» необычно — мы не встречаем его в повседневной жизни. Есть только один вид массы. Две массы всегда тянутся друг к другу. Гравитация никогда не отталкивает. Электричество другое. Это не похоже на повседневную жизнь.

Текущее направление

Это свойство «двигаться в обе стороны одновременно» создает загадку. Это означает, что мы должны сделать выбор, как указать направление тока. Сборы движутся в обе стороны одновременно, поэтому ответ не очевиден.Есть два варианта:

  • Направьте стрелку тока в направлении движения положительного заряда.
  • Направьте стрелку тока в направлении движения отрицательного заряда.

Какой из них вы бы выбрали?

Обычное соглашение для обозначения направления тока — это первый выбор: положительный ток — это направление движения положительного заряда. Мы используем это определение, даже если положительный заряд не движется. Согласно этому соглашению отрицательный заряд движется в направлении, противоположном текущей стрелке.

Обычный ток не является «разновидностью» тока

Иногда вы слышите термин традиционный ток вместо более многословного обычного направления тока . Я думаю, что краткая версия вводит в заблуждение новичков, потому что звучит как какой-то новый тип тока — как ток, сделанный из протонов или чего-то подобного. Это не так. Обычный ток не является новым или другим током. Это просто способ указать текущее направление .

В проводах ток всегда переносится электронами.Даже с проводами мы по-прежнему используем обычное направление тока для обозначения протекания положительного тока. Электроны все еще движутся в предполагаемом направлении, противоположном направлению стрелки тока.

Условное направление тока не является «ложным» или «неправильным» для проводов. Это просто привычка.

Будет меньше путаницы, если вы всегда будете говорить более длинное «условное направление тока» с акцентом на направление . Когда вы слышите или читаете «условный ток», это относится к условному обозначению в направлении .

Амперметр

Инструмент, который мы используем для измерения тока — амперметр — не может отличить положительный заряд, движущийся в одну сторону, от отрицательного заряда, движущегося в другую сторону. При измерении тока амперметр сообщает одно число. Он отображает одно число для комбинированного количества перемещающихся положительных и отрицательных зарядов (см. Определение тока). Амперметр показывает положительный знак, когда ток (направление, в котором протекает положительный заряд) течет по красному проводу и выходит из черного провода.Стрелка тока указывает направление электронов , идущих от .

Синие стрелки указывают условное направление тока в обоих случаях.
$ \ quad \ text {a.} \, 1 \, \ text {mA} $ впадает в красную зону. Счетчик показывает положительный ток.
$ \ quad \ text {b.} \, 1 \, \ text {mA} $ течет в черный провод. Счетчик показывает отрицательный ток.
В обоих случаях электроны движутся в направлении, противоположном синим стрелкам.

Ветераны военной службы

Некоторые военные электронные учебные программы (например, U.Программа S. Navy NEETS в 1960-е годы определяет ток как направление движения электронов. Если вы проходили обучение электронике в армии, возможно, вы встречали это соглашение. В таком случае эта статья, должно быть, сводит вас с ума.

Мы не используем соглашение о электронном токе в Spinning Numbers. Мы следуем соглашению SI для направления тока, которое определяется в терминах положительного заряда.

Другие условные обозначения для направления

Есть и другие условности, которые напоминают мне о том, о чем мы здесь говорим.

Мы привыкли держать карты так, чтобы Север был вверху. Север наверху — это не правильно или неправильно, это просто привычка, которую все знают. Мы все могли бы поставить на первое место Юг или Восток, но мы этого не делаем. Обычное направление для карт — Север вверху.

Другая конвенция — как моряки определяют направление ветра. Если вы новенький моряк и Старый Швабр говорит вам: «Эй, дружище, сегодня дует западный ветер», то вы можете подумать, что ветер дует с запада. «О, — скажете вы, — западный ветер унесет корабль дальше на запад.«Это вполне разумный вывод, если вы впервые в море. Но Старый Шваб говорит: «Нет, приятель, моряки обычно говорят о направлении ветра, где ветер не дует в от . Западный ветер дует с с запада на восток ».

В этот момент у вас может быть одна из двух реакций: «Что! Вы говорите, что есть два вида ветра! Я весьма озадачен!» Или вы можете сказать: «Да, сэр, Старый Швабр», — говорите вы. «С этого момента я буду использовать это соглашение для определения направления ветра.Западный ветер означает, что мы будем обедать дальше на восток отсюда. Пора мне что-нибудь нарисовать ».

Как это получилось?

Это причудливое традиционное направление тока связано с некоторыми историческими совпадениями.

  • Электрон (наша любимая проводящая частица) имеет отрицательный знак.
  • Обвинения мы назвали арифметическими знаками.

Как электрон получил отрицательный знак? Это вклад Бена Франклина. Примерно во время его эксперимента с воздушным змеем / ключом / молнией в 1752 году основная теория заключалась в том, что электричество было смесью двух невидимых жидкостей (поскольку есть два типа заряда).Франклин опубликовал теорию, согласно которой электричество представляет собой единственную невидимую жидкость . По его мнению, если протереть стеклянный стержень мехом, один из них получит электрическую жидкость, а другой потеряет жидкость или ее не будет. Получение и недостаток побудили его назвать два обвинения $ + $ и $ — $.

Электрон был открыт 150 лет спустя, и мы наконец поняли структуру атома. Люди снова провели эксперимент с натиранием и выяснили, что в материале Франклина, в котором отсутствует жидкость, на самом деле ничего не было недостатка, он получил электроны.Отсутствие жидкости означало, что в ней были избыточные электроны. Так у электрона появился знак минус.

Под знаком минус электрона скрыто еще одно совпадение. Франклин назвал два типа заряда «плюс» и «минус». Эти имена создают впечатление, что арифметика продолжается. Неплохая идея. Использование имен из арифметики полезно, когда мы видим, как сочетаются обвинения. Противоположные заряды объединяются, чтобы дать вам что-то нейтральное (что-то вроде «нулевого» заряда).Это кажется «арифметическим».

Но этого не должно было быть. Есть много противоположностей, не основанных на арифметических знаках. Вкл / выкл, вверх / вниз, север / юг (магниты), красный / зеленый (стоп / движение), влево / вправо или даже стекловидное тело (подобие стеклу) или смолистое (подобие янтаря). Тем не менее, сборы называются $ + $ и $ — $.

Когда мы смотрим на ток в проводе, есть два возможных направления, в которых он может течь — так или иначе. Эти направления получают названия $ + $ и $ — $. Нам приходится иметь дело со знаками заряда и указателями направления.Неудивительно, что это сбивает с толку.

Что, если бы Франклин выбрал «красный» и «зеленый» для двух типов заряда? В школе вас учили бы: «Ток — это красный цвет, а зеленый заряд движется в противоположных направлениях. Придайте току положительный знак в направлении движения красного заряда. В проводах движется только зеленый заряд, но вы все равно указываете стрелку тока так, как двигается красный заряд ». Теперь у нас нет арифметических знаков. Было бы меньше беспокойства по поводу определения текущего направления? Я думаю да.Что вы думаете?

В конце концов, электроны оказываются отрицательными, и электроны — это то, что движется в большинстве электронных схем. Должны ли мы изменить стрелку тока, чтобы она указывала, куда уходят электроны? Стоит ли переименовать заряд электрона в $ + $? Возможно, но… Неа.

Эта маленькая причуда сбивает с толку новичков примерно на неделю и полностью раздражает раздражительных инженеров, которые любят жаловаться на все.

Я думаю, что «ошибка» Франклина вовсе не ошибка. На самом деле это подарок каждому инженеру и студенту.Это означает, что мы действительно должны — должны — понимать и ценить заряд и ток.

Совет

Вместо того, чтобы зацикливаться на этом, я советую двигаться дальше и изучать закон Ома и резистивные схемы. Закон Ома основан на условном направлении тока. Вы используете закон Ома, чтобы решить проблемы с резистором и получить правильный ответ для напряжения и тока. Ваши ответы будут соответствовать тому, что вы измерили с помощью мультиметра. Вначале вы также можете представить себе, как электроны движутся по цепи.Я обещаю, что после нескольких проблем вы начнете фокусироваться на обычном направлении тока и будете все меньше и меньше думать об электронном токе.

Центр обработки данных

Переменный ток — Raritan

В этом видео подробно демонстрируется переменный ток с однофазным питанием и приводятся конкретные примеры. В переменном токе электроны движутся не только в одном направлении. Вместо этого они какое-то время прыгают от атома к атому в одном направлении, а затем разворачиваются и прыгают от атома к атому в противоположном направлении.Время от времени электроны меняют направление. В переменном токе электроны не движутся равномерно вперед. Вместо этого они просто двигаются вперед и назад.

Другие ресурсы Raritan


Расшифровка стенограммы:
Добро пожаловать на этот видеокурс по энергоснабжению в центре обработки данных в том, что касается стоек центра обработки данных.

Как мы проиллюстрируем в другом видео, мощность, которая поступает в центр обработки данных, обычно представляет собой трехфазную мощность переменного тока, которую чаще называют трехфазной мощностью переменного тока.

Важно понимать, как работает переменный ток, чтобы иметь возможность оценить тот факт, что трехфазное питание на самом деле представляет собой три линии, разнесенные на 120 градусов. Эта концепция сбивает с толку многих людей, поэтому, чтобы последнее предложение имело смысл, давайте начнем с того, как ток движется при однофазной мощности.

Здесь на верхнем снимке у нас есть магнит. Северный полюс — это положительно заряженный полюс, а южный — отрицательно заряженный. А рядом с этим магнитом у нас есть медный кабель.Медь используется, потому что у нее есть электрон, который легко перемещается.

Я не собираюсь углубляться в основы химии 101, в которых говорится о ядре и электронах и о том, как они функционируют. Позвольте мне просто заявить на простом уровне, что требуется очень небольшая сила, чтобы отодвинуть электрон от ядра в атоме меди. Вот почему медь является отличным проводником электроэнергии.

Магнитные силы притягивают положительные и отрицательные стороны. Если у вас есть два магнита, и вы держите положительные концы близко друг к другу и отпускаете магниты, они будут отталкиваться друг от друга.Если вы держите вместе положительное и отрицательное, они будут притягивать друг друга. Электроны заряжены отрицательно. Поэтому они притягиваются к положительной части магнита и отталкиваются отрицательной частью магнита.

Когда мы размещаем магнит рядом с медным проводом или медной катушкой, магнитная сила становится достаточно сильной, чтобы начать движение медных электронов. Электрон, ближайший к положительному полюсу магнита, хочет приблизиться еще ближе. И тот, кто рядом с ним, хочет заполнить пустоту, которую только что оставил первый, а следующий за ним заполняет следующую пустоту, и в медной проволоке начинается цепная реакция.

В этом упрощенном примере я показываю только один конец медного [провода] вместо петли. В куске медной проволоки миллионы этих электронов. Когда электроны движутся, они генерируют ток. Более толстый провод будет содержать больше меди, а значит, в нем будет больше электронов, генерирующих ток.

Если положительно заряженная часть магнита находится непосредственно рядом с медным кабелем, электроны будут двигаться к магниту с максимальной скоростью. Альтернативная часть заключается в том, что если отрицательно заряженная часть магнита находится непосредственно рядом с медным кабелем, электроны будут двигаться от магнита с максимальной скоростью.

Теперь возьмем этот магнит и начнем вращать его по часовой стрелке. Магнит расположен перпендикулярно проводу. Обратите внимание, что отрицательный и положительный полюса магнита находятся на одинаковом расстоянии от медного провода. Сила притяжения положительного полюса компенсируется отталкивающей силой отрицательного полюса. Это означает, что электроны не движутся, поэтому ток не генерируется. Ток выражается в амперах или амперах, поэтому генерируемые здесь амперы равны нулю.

Если мы повернем магнит еще на 90 градусов, у нас будет южный полюс магнита рядом с проводом.Эта отрицательно заряженная часть магнита теперь отталкивает электроны, и они движутся в противоположном направлении от магнита.

Сила электронов, идущих от одного атома меди к другому, либо в сторону положительного заряда, либо в сторону от отрицательного заряда, является причиной тока.

Переменный ток — это ток, протекающий в одном направлении, достигающий пика силы, замедляясь до остановки, а затем меняя направление, пока не достигнет другого пикового усилия, при котором он замедляется и снова останавливается.Один полный цикл — это от нуля до максимального положительного обратно к нулю до максимального отрицательного и снова обратно к нулю. Это называется Герц.

В Северной Америке у нас 60 Гц в секунду, а в остальном мире — 50 Гц в секунду. Многие люди видят плюсы и минусы, например, плюс 2,3 ампера и минус 2,3 ампера, и они сбиваются с толку и думают, что одно компенсирует другое. Это не так. Положительные и отрицательные числа используются для отображения движения тока.

Ток вызывается движением электронов, и не имеет значения, в каком направлении они движутся.

Вот простая аналогия. Подумайте о том, чтобы выйти из дома, сесть в машину и поехать по кварталу. Автомобиль стартует с нуля и разгоняется до 30 миль или 30 километров в час. Вы знаете, что в конце квартала есть знак остановки, поэтому вы начинаете замедляться и в конечном итоге останавливаетесь. А теперь предположим, что вы что-то забыли дома, и решили сделать резервную копию того же расстояния, которое только что прошли. Вы снова ускоряетесь до 30, а затем начинаете замедляться, приближаясь к дому, пока не останавливаетесь.

Вы просто проехали нулевое расстояние? Конечно, нет.Вы прошли вдвое большую длину квартала, в котором живете, хотя теперь вы вернулись в исходную точку. Вы просто меняли направления, по которым двигались. В нашем примере с автомобилем вы двигаетесь вперед и назад, но с медным проводом электроны движутся в положительную сторону и от отрицательных магнитных сил. Вращая магнит, мы заставляем движение двигаться вперед и назад. Но называть его прямым и обратным током звучит неправильно, поэтому мы просто называем это переменным током.

Амперметр измеряет ампер или ток в линии. Некоторые будут показывать положительные и отрицательные значения, а другие — нет. Другой метод измерения тока — использование цифрового осциллографа. Многие диаграммы показывают положительные и отрицательные числа, чтобы отразить направление тока. Помните, что плюс 2,3 ампера обеспечивает ту же силу тока, что и минус 2,3 ампера.

Позвольте мне повторить это критическое заявление. Ток вызван движением электронов, и не имеет значения, в каком направлении они движутся.

Хотя приведенные выше примеры вращения магнита верны, и Ниагарский водопад в США генерирует электричество таким образом, другие электрические компании используют тот же принцип, но генерируют ток, вращая медную катушку внутри магнитного поля. Во время вращения катушки электроны движутся вперед и назад.

На рисунке показан простой ручной кривошип, но коммунальные предприятия используют внешний источник энергии, такой как пар от угольных или газовых электростанций, чтобы заставить электрическую катушку вращаться внутри магнитного поля.

И последнее замечание: после экспериментов Бена Франклина с электричеством обычно используется утверждение о токе, которое, как говорят, течет в направлении, противоположном электронам.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *