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

Что такое электрический ток? В учебнике физики есть определение:

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

В академических учебниках определение описывается так:

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК — это скорость изменения электрического заряда во времени.

• • Заряд электронов отрицателен.

• • протоны — частицы с положительным зарядом;

• нейтроны — с нейтральным зарядом.

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

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

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

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

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

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

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

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

Бывают химические элементы без электронов:

1.  Атомарный космический водород.

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

2. Все вещества в состоянии плазмы.

3. В ускорителях, коллайдерах.

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

Рассмотрим работу электровакуумных приборов.

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

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

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

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

---

Давайте теперь разберёмся в основных характеристиках тока

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

Коробку с бутылками можно сравнить с поперечным сечением проводника:

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

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

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

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

По нашей аналогии получилось:

Общее количество бутылок это — МОЩНОСТЬ

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

Количество ящиков в высоту (этажей) это — НАПРЯЖЕНИЕ

Ширина коробки (вместимость) это — СОПРОТИВЛЕНИЕ участка электрической цепи

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

Закон Ома

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

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

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

Закон Ватта

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2. Электрический ток может изменять химический состав проводника;

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

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

Опасность электрического тока и другие опасные свойства электричества и техника безопасности

Электрический ток нагревает проводник, по которому течёт. Поэтому:

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

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

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

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

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

Как обезопасить себя от поражения электрическим током

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

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

Видео по теме: что такое электрический ток

8. Что представляет собой электрический ток?

Электрические и электромагнитные явления.

1 вариант. Обязательная часть.

1. Как обозначают электрический заряд? а) t; б) q; в) I; г) s;

2.Кусочек шелка потерли о стекло. Одно или оба тела при этом наэлектризовались? Какие заряды появились на кусочке шелка и на стекле? А) Оба, на шелке- отрицательный, а на стекле – положительный; б) оба, на кусочке шелка- положительный. На стекле – отрицательный; в) Отрицательный заряд приобретает кусочек шелка, а стекло- нет; г) положительный заряд приобретает только стекло.

3. Определите заряд второго тела. А) отрицательный; б) положительный; в) 0

+ ?

4. Атом состоит из: а)протонов и нейтронов; б) электронов, протонов в) нейтронов и электронов; г) электронов и ядра.

5. Из каких частиц состоит ядро? а)электронов и протонов; б) протонов и нейтронов; в)электронов и нейтронов;

в) молекул и электронов.

6. Какими электрическими зарядами обладают электрон и протон? а) электрон- отрицательным, протон- положительным; б) электрон- положительным, протон- отрицательным; в)электрон и протон – положительным; г) электрон и протон- отрицательным;

7. Сколько электронов в нейтральном атоме водорода? а)1; б) 2; в) 3; г) 0;

8.Что представляет собой электрический ток? а) Направленное движение заряженных частиц; б) беспорядочное движение заряженных частиц; в)направленное движение атомов; г)направленное движение молекул;

9. Сила тока, проходящая через нить накала лампы, 0,3А, напряжение на лампы 6 В. Каково электрическое сопротивление нити лампы?

а) 2 Ом; б) 1,8 Ом; в) 20 Ом; г) 0.5 Ом;

10. Какой длины надо взять медную проволоку площадью поперечного сечения 0,5 мм², чтобы сопротивление было равно 34 Ом?

11. Какова мощность электрического тока в электрической плите при напряжении 200 В и силе тока 2А?

а) 100 Вт; б) 400Вт; в) 0,01 Вт; г) 1 кВт;

12. Какая физическая величина вычисляется по формуле Q=I² R t? а) мощность электрического тока; б) количество теплоты, выделяющееся на участке электрической цепи; в) электрический заряд, протекающий в цепи за время t

; г) количество теплоты, выделяющееся в единицу времени.

13. Определите стоимость израсходованной энергии при пользовании телевизором в течение 2 часов. Мощность телевизора равна 100 Вт, а стоимость 1 кВтч равна 80 копеек.

14. Имеется стальной магнит. Если распилить пополам между А и В, то каким магнитным свойством будет обладать конец В ?

N A B S а) будет северным магнитным полюсом; б) будет южным магнитным полюсом;

в) не будет обладать магнитным полем; г) сначала будет северным, а потом

южным магнитным полюсом.

15. На рисунке представлена схема электрической цепи. Каково общее сопротивление цепи?

2 Ом

16. Длину проводника уменьшили в 2 раза. Как изменится сопротивление

2 Ом проводника? а) увеличится в 2 раза; б) уменьшится в 2 раза; в) не изменится

г) уменьшится в 4 раза;

17. Алюминиевая и медная проволоки имеют равные длины и одинаковые

площади сечении. Какая из проволок имеет большее сопротивление?

2 Ом а ) алюминиевый проводник; б) медный; в) одинаковые сопротивления;

г) недостаточно данных, невозможно узнать

18.Как изменится сила тока на участке цепи, если при неизменном сопро-

2 Ом тивлении увеличить напряжение на его концах в 2 раза?

а ) уменьшится в 2 раза; б) увеличится в 2 раза; в) не изменится;

г) уменьшится в 4 раза;

. Дополнительная часть.

19. Как включаются плавкие предохранители, отключающие при перегрузках электрическую сеть квартиры, последовательно или параллельно электрическим приборам, включаемым в квартире? Ответ обосновать.

20. Общее сопротивление последовательно включенных двух ламп сопротивлением 15 Ом каждая и реостата равны 54 Ом. Определите сопротивление реостата.

21.Рассчитайте силу тока, проходящего по медному проводу длиной 100м и площадью поперечного сечения 0,5 мм² при напряжении 6,8 В.

Электрические и электромагнитные явления. 11 вариант.

Обязательная часть.1.В каких единицах измеряют заряд (количество электричества) ? а ) в Амперах; б) в Омах;

В) в Вольтах; г) в Кулонах;

2. Определите заряд второго тела. а ) только положительный;

б) только отрицательный;

в) 0

г) может быть отрицательным или

+ ? положительным; От этого ничего

не изменится.

3.Атом какого химического элемента содержит 15 электронов? а ) кислород; б) фосфор; в) углерод; г) фтор;

4. У какого атома общий заряд всех электронов равен q= — 1.6 10^-19

   Кл? а ) кислород; б) азот; в) водород; г) иод;

5..Какими электрическими зарядами обладают электрон и нейтрон? а) электрон- отрицательным, нейтрон – положительным; б) электрон- положительным, нейтрон- отрицательным; в) электрон и нейтрон- отрицательным; г) электрон – отрицательным, нейтрон не имеет заряда.

6. Чему равен заряд ядра атома гелия ?. а) +4; б) -4; в) +2; г) -2;

7. От атома гелия отделился один электрон. Как называется образовавшаяся частица? Каков ее заряд?

а ) положительный ион; б) отрицательный ион; в) протон; г) нейтрон;

8. За направление тока принято: 1) то направление, в котором должны были бы двигаться положительные заряды; 2) то направление, в котором должны были бы двигаться отрицательно заряженные частицы; 3) направление движения электронов; 4) направление от положительного полюса источника к отрицательному.

а) 1; б) 2; в) 3; г)1и 4;

9. Каково напряжение на участке электрической цепи сопротивлением 20 Ом при силе тока в цепи 2 А?

А) 40 В; б) 4 В; в) 10 В; г) 0,01 В;

10.Чему равно сопротивление алюминиевой проволоки длиной 80 см и площадью поперечного сечения 0,2 мм²?

11. Два проводника сделанные из меди имеют одинаковые длины, причем площадь сечения первого проводника больше в 2 раза. У какого проводника сопротивление больше?

а ) сопротивления одинаковы; б) у первого больше в 2 раза; в) у первого меньше в 2 раза; г) у второго больше в 4 раза;

12. Напряжение на концах участка уменьшили в 4 раза. Как изменится сила тока на этом участке? А) не изменится;

б) увеличится в 4 раза; в) уменьшится в 4 раза; г) уменьшится в 2 раза;

13. По какой формуле вычисляется мощность электрического тока? а) A = IU t; б) P =I t; в) Q =I² R t; г)I =;

14.Какое количество теплоты выделяется в проводнике сопротивлением 20 Ом за 10 мин при силе тока в цепи 2 А?

а ) 480 кДж; б) 48 кДж; в) 24 кДж; г) 400 Дж;

15. Как называется единица измерения напряжения? А ) Ватт; б) Ампер; в) Вольт; г) Джоуль;

16. В электрическую цепь включены 4 электрические лампы. 1

Какие из них включены последовательно?

а) только 1 и 2; б) только 1 и 4; в) все;

г) последовательно включенных ламп нет;

17. К одному из полюсов магнитной стрелки приблизили иголку. 2

Полюс стрелки притянулся к иголке. Может ли это служить

доказательством того, что игла была намагничена?

а ) да; б) нет; 3

18. Реостат включен в цепь так, как показано на схеме. Как будут

изменяться показания амперметра при передвижении ползунка реостата

вправо?

4

а ) увеличатся;

б) уменьшатся;

в) не изменится;

г) станут равными 0;

Дополнительная часть. 19. Алюминиевая и медная проволоки имеют равные массы и одинаковые площади поперечных сечений. Какая из проволок имеет большее сопротивление?

20. В спирали электронагревателя, изготовленного из никелиновой проволоки площадью поперечного сечения 0,1 мм², при напряжении 220 В сила тока 4 А. Какова длина проволоки составляющей спираль?

21.Почему вместо перегоревшей пробки предохранителя в патрон нельзя вставлять какой- нибудь металлический предмет, например гвоздь?

Электричество. (зачет №1)

1. Одно или оба тела электризуются при трении?

2. Какие два рода электрических зарядов существуют в природе?

3. Как называется единица заряда?

4. Какие вещества называются проводниками? Диэлектриками? Что такое заземление? На каком свойстве оно основано?

5. Можно ли уменьшать заряд бесконечно?

6. Какой заряд называют элементарным?

7. Кто и когда открыл электрон? Как заряжен электрон?

8 Кто и когда открыл строение атома? Как устроен атом?

9.Чем отличаются альфа-лучи, бета-лучи, гамма-лучи?

10. Чем отличаются друг от друга атомы разных химических элементов?

11. Что представляют собой положительные и отрицательные ионы?

12.Из каких частиц состоит атомное ядро?

13 Что такое энергия связи?

14.Какие заряженные частицы переносят заряд по проводнику? (металлу)

15 Закон сохранения заряда.

16. Что такое электрическое поле?.

17. Перечислите основные свойства электрического поля.

18. В каком случае электрическое поле увеличивает скорость частицы и в каком уменьшает ее?

19. Что такое электрический ток? Какие условия необходимы для существования тока?

20 Перечислите действия, оказываемые электрическим током.

21. Источник тока. Кто и когда изобрел первый источник тока?

22. Из чего состоит электрическая цепь?

23. Какое направление выбирают за направление тока?

24.Что такое сила тока? Формула . Единица измерения. Как называется прибор для измерения силы тока? Как включают в цепь амперметр?

25. Что такое электрическое напряжение? Обозначение. Единица измерения. Формула.

26.Как называется прибор для измерения напряжения? Как включают в цепь вольтметр?

27. Что характеризует и как обозначается электрическое сопротивление? Формула. Единица измерения?

28. Что показывает удельное сопротивление? Обозначение. Единица измерения.

29. Что такое резистор? Обозначение. Что такое реостат? Чем они отличаются?

30 Сформулируйте закон Ома.

31 Что такое короткое замыкание?

Электричество. (зачет №1)

1. Одно или оба тела электризуются при трении?

2. Какие два рода электрических зарядов существуют в природе?

3. Как называется единица заряда?

4. Какие вещества называются проводниками? Диэлектриками? Что такое заземление? На каком свойстве оно основано?

5. Можно ли уменьшать заряд бесконечно?

6. Какой заряд называют элементарным?

7. Кто и когда открыл электрон? Как заряжен электрон?

8 Кто и когда открыл строение атома? Как устроен атом?

9.Чем отличаются альфа-лучи, бета-лучи, гамма-лучи?

10. Чем отличаются друг от друга атомы разных химических элементов?

11. Что представляют собой положительные и отрицательные ионы?

12.Из каких частиц состоит атомное ядро?

13 Что такое энергия связи?

14.Какие заряженные частицы переносят заряд по проводнику? (металлу)

15 Закон сохранения заряда.

16. Что такое электрическое поле?.

17. Перечислите основные свойства электрического поля.

18. В каком случае электрическое поле увеличивает скорость частицы и в каком уменьшает ее?

19. Что такое электрический ток? Какие условия необходимы для существования тока?

20 Перечислите действия, оказываемые электрическим током.

21. Источник тока. Кто и когда изобрел первый источник тока?

22. Из чего состоит электрическая цепь?

23. Какое направление выбирают за направление тока?

24.Что такое сила тока? Формула . Единица измерения. Как называется прибор для измерения силы тока? Как включают в цепь амперметр?

25. Что такое электрическое напряжение? Обозначение. Единица измерения. Формула.

26.Как называется прибор для измерения напряжения? Как включают в цепь вольтметр?

27. Что характеризует и как обозначается электрическое сопротивление? Формула. Единица измерения?

28. Что показывает удельное сопротивление? Обозначение. Единица измерения.

29. Что такое резистор? Обозначение. Что такое реостат? Чем они отличаются?

30 Сформулируйте закон Ома.

31 Что такое короткое замыкание?

Что такое электрический ток — Строительный журнал Palitrabazar.ru

Электрический ток

Что такое электрический ток

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

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

Током проводимости (просто током) в теории электрических цепей называют количество электричества, протекающего за единицу времени через поперечное сечение проводника: i=q/ t , где i — ток. А; q = 1,6 · 10 9 — заряд электрона, Кл; t — время, с.

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 1. Направленное движение электронов в проводнике

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

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

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

Направление электрического тока в электролите и свободных электронов в проводнике

Величина, равная отношению тока к площади поперечного сечения S, называются плотностью тока: I / S

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

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

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

Электрическим током смещения (током поляризации) называют упорядоченное движение связанных носителей электрических зарядов. Этот вид тока можно наблюдать в диэлектриках.

Полный электрический ток — скалярная величина, равная сумме электрического тока проводимости, электрического тока переноса и электрического тока смещения сквозь рассматриваемую поверхность.

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

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

Переменным называют ток, который периодически изменяется как по величине, так и по знаку. Величиной, характеризующей переменный ток, является частота (в системе СИ измеряется в герцах), в том случае, когда его сила изменяется периодически.

Переменный ток высокой частоты вытесняется на поверхность проводника. Токи высокой частоты применяется в машиностроении для термообработки поверхностей деталей и сварки, в металлургии для плавки металлов. Переменные токи подразделяют на синусоидальные и несинусоидальные . Синусоидальным называют ток, изменяющийся по гармоническому закону:

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

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

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

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

Поскольку переменный ток изменяется во времени, простые способы решения задач, пригодные для цепей постоянного тока, здесь непосредственно неприменимы. При очень высоких частотах заряды могут совершать колебательное движение — перетекать из одних мест цепи в другие и обратно. При этом, в отличие от цепей постоянного тока, токи в последовательно соединённых проводниках могут оказаться неодинаковыми.

Ёмкости, присутствующие в цепях переменного тока, усиливают этот эффект. Кроме того, при изменении тока сказываются эффекты самоиндукции, которые становятся существенными даже при низких частотах, если используются катушки с большой индуктивностью.

При сравнительно низких частотах цепи переменного тока можно по-прежнему рассчитывать с помощью правил Кирхгофа, которые, однако, необходимо соответствующим образом модифицировать.

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

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

Конденсатор играет совершенно разные роли в цепях переменного и постоянного токов. Если, например, к цепи подключить электрохимический элемент, то конденсатор начнёт заряжаться, пока напряжение на нём не станет равным ЭДС элемента. Затем зарядка прекратится и ток упадёт до нуля.

Если же цепь подключена к генератору переменного тока, то в один полупериод электроны будут вытекать из левой обкладки конденсатора и накапливаться на правой, а в другой — наоборот.

Эти перемещающиеся электроны и представляют собой переменный ток, сила которого одинакова по обе стороны конденсатора. Пока частота переменного тока не очень велика, ток через резистор и катушку индуктивности также одинаков.

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

Проводники электрического тока

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

Материал, в котором течёт ток, называется проводником. Некоторые материалы при низких температурах переходят в состояние сверхпроводимости. В таком состоянии они не оказывают почти никакого сопротивления току, их сопротивление стремится к нулю.

Во всех остальных случаях проводник оказывает сопротивление течению тока и в результате часть энергии электрических частиц превращается в тепло. Силу тока можно рассчитать по закону Ома для участка цепи и закону Ома для полной цепи.

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

Как ток влияет на организм человека

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

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

Что такое электрический ток?

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

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

Электрическую энергию можно доставить практически везде:

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

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

Что такое электрический ток?

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

Как всё начиналось

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

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

Рис. 1. Опыт с заряженными телами

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

Определение

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

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

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

Рисунок 2. Электрофорная машина

Источники тока

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

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

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

Характеристики

Электрический ток характеризуется величинами, которые описывают его свойства.

Сила и плотность тока

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

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

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

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

Мощность

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

Частота

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

Ток смещения

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

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

Виды тока

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

Классификация переменного тока

Классифицировать изменяющиеся во времени токи можно следующим образом:

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

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

Дрейфовая скорость электронов

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

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

Направление электрического тока

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

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

Электрический ток в различных средах

В металлах

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

Рис. 3. Электрический ток в металлах

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

В полупроводниках

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

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

В вакууме и газе

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

Рис 4. Электрический ток в газах

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

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

В жидкостях

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

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

Рис. 6. Электрический ток в средах

Проводники электрического тока

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

Небольшое сопротивление имеют:

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

Электробезопасность

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

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

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

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

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

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

Как образуется ток?

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

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

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

Где возникает ток?

Процессы образования электрического тока в различных средах имеют свои особенности:

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

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

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

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

Посмотрите видео ниже с подробным рассказом об электрическом токе:

От чего зависит ток?

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

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

В чем измеряется ток?

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

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

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

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

Что такое электрический ток? Природа электричества

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

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

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

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

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

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

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

(Delta = 75 мВ+40 мВ = 115 мВ)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 2. Силовые линии прямоугольного магнита

Рис. 3. Силовые линии спирали с током

Рис. 4. Силовые линии отдельных участков спирали

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

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

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

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

Электрический ток, что это такое

Электрический ток — направленное (упорядоченное) движение частиц или квазичастиц — носителей электрического заряда.

Когда мы произносим словосочетание «электрический ток», то обычно имеем ввиду самые разные проявления электричества. Ток течет по проводам высоковольтных линий электропередач, ток вращает стартер и заряжает аккумулятор в нашем автомобиле, молния во время грозы — это тоже электрический ток.

Электролиз, электросварка, искры статического электричества на расческе, по спирали лампы накаливания течет ток, и даже в крохотном карманном фонарике через светодиод течет крохотный ток. Что и говорить о нашем сердце, которое также генерирует небольшой электрический ток, особенно это заметно во время прохождения процедуры ЭКГ.

В физике электрическим током принято называть упорядоченное движение заряженных частиц и в принципе любых носителей электрического заряда. Движущийся вокруг атомного ядра электрон — это тоже ток. И заряженная эбонитовая палочка, если держать ее в руке и двигать из стороны в сторону — также станет источником тока: не равный нулю заряд есть и он движется.

Физические аналогии между течением воды в системе водоснабжения и электрическим током: Электропроводка и трубопровод

Постоянный ток:

Ток течет по проводам бытовых электроприборов питающихся от розетки — электроны перемещаются туда-сюда 50 раз за секунду — это называется переменным током.

Высокочастотные сигналы внутри электронных приборов — это тоже электрический ток, поскольку электроны и дырки (носители положительного заряда) перемещаются внутри схемы.

Любой электрический ток порождает своим существованием магнитное поле. Вокруг проводника с током оно обязательно присутствует. Не существует магнитного поля без тока и тока без магнитного поля.

Даже если магнитного поля вокруг тока не наблюдается, это лишь значит что магнитные поля двух токов в момент наблюдения взаимно скомпенсированы, как в двужильном проводе любого электрического чайника — переменные токи в каждый момент направлены в противоположные стороны и текут параллельно друг другу — их магнитные поля друг друга нейтрализуют. Это называется принципом наложения (суперпозиции) магнитных полей.

Практически для существования электрического тока необходимо наличие электрического поля, потенциального или вихревого. Исключительно редко заряды перемещаются чисто механическим образом (как например в генераторе Ван Де Граафа — наэлектризованной резиновой лентой).

Генератор Ван Де Граафа:

В электрическом поле заряженная частица испытывает действие электрической силы, которая у источников тока называется ЭДС — электродвижущая сила. ЭДС измеряется в вольтах как и напряжение между двумя точками электрической цепи. Чем больше напряжение приложенное к потребителю — тем больший электрический ток это напряжение способно вызвать.

Переменное напряжение порождает в проводнике, к которому оно приложено, переменный ток, поскольку электрическое поле, приложенное к носителям заряда, будет в этом случае также переменным. Постоянное напряжение — условие существования в проводнике тока постоянного.

Высокочастотное напряжение (изменяющее свое направление сотни тысяч раз за секунду) также способствует переменному току в проводниках, но чем выше частота — тем меньше носителей заряда участвуют в создании тока в толще проводника, поскольку электрическое поле действующее на заряженные частицы вытесняется ближе к поверхности, и получается что ток течет не в проводнике, а по его поверхности. Это называется скин-эффект.

Электрический ток может существовать в вакууме, в проводниках, в электролитах, в полупроводниках и даже в диэлектриках (ток смещения). Правда в диэлектриках постоянного тока быть не может, поскольку в них заряды не имеют возможности к свободному перемещению, а способны лишь смещаться в пределах внутримолекулярного расстояния от своего первоначального положения под действием приложенного электрического поля.

Настоящий электрический ток всегда предполагает возможность свободного перемещения электрических зарядов под действием электрического поля.

Ранее ЭлектроВести писали, что две команды американских физиков разработали стратегию производства устройств для преобразования света в электричество с помощью органических полупроводников и «освобожденных» электронов.

По материалам: electrik.info.

Что такое электрический ток? | homeofknowledge.ru

Электрическим током называют направленное (упорядоченное) движение электрических зарядов — пишут в учебнике по физике Пёрышкин А.В. и Краукликс В.В.

Казалось бы, всё просто и понятно, но если постараться осмыслить это определение, то возникнут дополнительные вопросы (как выглядит электрический заряд? куда он направлен? кто направляет? и как бы углядеть этот процесс в целом?), на которые мы сразу внятных ответов не найдём. Более того, в процессе поиска в тех же самых классических учебниках, мы встретим множество оговорок, которые прямо влияют на изменение процесса протекания электрического тока. Ток бывает переменный и постоянный, в металлах и вакууме, в электролите и газе и т.д. Чем дальше мы будем углубляться в этом вопросе, тем больше мы будем “уходить” от первоначально поставленного вопроса (что такое электрический ток?), поэтому давайте не спешить с “погружением” в теоретическую физику электричества и постараемся, не спеша, обрести понимание электрического тока, отталкиваясь от того, что нам уже известно.

А известно нам то, что если засунуть пальцы в розетку, то нас тряханёт так, что запомним на всю жизнь (в случае если выживем). Почему же так происходит? Прежде чем дать ответ на этот вопрос, нужно вспомнить анатомию, и из чего мы состоим (кратко: мы состоим из органов => тканей => молекул => атомов, где постоянно двигаются (вращаются) электроны, которые и “скрепляют” наши атомы вместе, что б наше физ. тело не развалилось). Далее нужно вспомнить, из чего состоят провода, по которым “направленно движется” электрический ток. А состоят они обычно из алюминия или меди, которые в свою очередь тоже состоят из атомов и электронов, которые также удерживают (скрепляют) металл, чтобы он не развалился. По сути, в этом плане, человеческое тело не отличается от металла, там и там мельчайшей неделимой структурой является электрон. Именно электрон является носителем электрического заряда, о котором говорится в первоначальном определении электрического тока, и одновременно, связующим звеном между атомами. Как именно электрон это делает, можно почитать в статье, как соединены атомы.

Итак, электроны. Как же их привести в “направленное движение”?. Ведь, по сути, они и так двигаются, но только по своим орбитам, а нам нужно, чтоб они двигались вдоль проводника. Нужна какая-то сила или причина, чтобы это произошло. И такая сила есть! Она так и называется – электродвижущая сила (ЭДС). ЭДС – это сторонний источник (к примеру батарейка или генератор) который подсоединяется к нашему проводнику и создаёт там напряжение, которое заставляет электроны “срываться” со своих орбит, и перескакивать на орбиты других атомов. И так по цепочке вплоть до конечного получателя.  Получается, что и в каждом проводе (к примеру от утюга или смартфона) уже есть эл. ток, и в человеческом теле тоже есть эл. ток, но только он не приведён в движение (там и там электроны). И если на человека подать напряжение (пальцы в розетку), то в теле начнётся процесс перемещения электронов с тех мест, где они должны быть, на те места, где они быть не должны. Человека начинает трясти, и если этот процесс не остановить, человеческое тело погибнет. Осталось только разобраться, как именно напряжение заставляет электроны направленно двигаться, пропихивая их вдоль проводника.

Напряжение и разность потенциалов.

По сути, напряжение – это явление, которым косвенно научился пользоваться человек, до конца не понимая его природу. Человек уловил, что каждая материя стремится к устойчивости (гармонии). И если эту гармонию разрушить, то на восстановлении этой гармонии можно “прокатиться” или “нагреть руки” (т.е. использовать с пользой для себя). В напряжении, гармонией будет является кол-во электронов в определённой области. И если в какой-либо области, электронов станет много, то они при первой же возможности  “побегут” туда, где их мало. Такую искусственную ситуацию создаёт обычная батарейка:

Батарейка “специально” создаёт избыток электронов в одной своей части, и их дефицит в другой. И электроны вынуждено “бегут” по проводнику, что нам и нужно. И чем выше будет создан этот искусственный дисбаланс (разность потенциалов), тем мощнее побегут электроны. Такова суть напряжения.

Обратите внимание, что на картинке электроны бегут от минуса к плюсу, хотя в классической физике принято считать наоборот =)

Не будем углубляться, что такое Анод и Катод, а вот что такое “плюс” и “минус” надо разобраться т.к. к нашему первоначальному определения эл. тока иногда добавляют соответствующую фразу: Эл. ток – это направленное (упорядоченное) движение электрических зарядов от плюса к минусу.

Плюс и минус это полюса. А что такое полюс? Полюса бывают же и у нашей Земли, и у магнита, а в батарейке что это? А это просто концы батарейки (клеммы) для условного обозначения. Вот так, казалось бы, просто? Да, просто, если опустить следующий вопрос: Почему электроны бегут от минуса к плюсу, а в некоторых случаях наоборот?. Увы, но классическая физика внятного ответа на этот вопрос дать не может. Ближе к концу, мы попробуем разобраться в этом вопросе самостоятельно…

Постоянный и переменный ток.

Итак, всё, о чём писалось выше, касалось только постоянного тока. Т.е. движение электронов было однонаправленным и не на миг не прерывалось. Переменный же ток имеет всю ту же природу, но только меняет своё направление 50 раз за 1 секунду.

Т.е. электроны бегут то вперёд, то обратно, то вперёд, то обратно. И так 50 раз за 1 секунду, если мы говорим о бытовой розетке. Как же розетке удаётся так ими руководить? А дело в том, что источник (спрятанный за розеткой) меняет полюса местами 50 раз в секунду, соответственно и электроны меняют своё направление 50 раз в секунду. Вот и вся принципиальная разница между постоянным и переменным током.

Ну и что же тогда получается… когда все электроны истратятся, электрический ток кончится как исчерпаемый ресурс? Или они безконечные? Нет, электроны никуда не тратятся и не испаряются. Нужно помнить, что, как и в постоянном, так и в переменном токе эл. цепь всегда замкнута. И у розетки, и у батарейки есть “вход” и “выход”. В случае постоянного тока, электроны бегают по кругу, многократно проходя через свой “родной” первоначальный атом, стремясь устранить дисбаланс, который мы постоянно искусственно создаём. А в случае переменного тока, электроны не успевают далеко убежать и возвращаются на свои “родненькие” атомы т.к. источник меняет полюса местами.

Электроны никто не съедает. Это не бензин, который перерабатывается и превращается в выхлопной газ. Тогда как мы получаем энергию от электричества если мы ничего не тратим?! А нужно вспомнить первоначальное определение эл. тока, что эл. ток – это движение электрических зарядов, а не электронов. А электрон – это носитель заряда. Ну и какой же количественный заряд имеет 1 электрон? 1 электрон имеет отрицательный заряд равный – 1.6 x 10^-19 Кл. (Кл – Кулон). Стоп, как что-то, что имеет определённую энергию, которая тратится на какую-либо полезную работу может иметь отрицательный заряд?! А вот так и может, т.к. это условность, которую ввели физики/теоретики, чтоб хоть как-то обозначить отношения ядра атома и электронов, которые мотаются вокруг него. Помните неведомый закон природы, что все стремится к гармонии (равновесию)? Так физики тут обозначили это равновесие указав, что протоны ядра атома имеют положительный заряд, а электроны, мотающиеся вокруг этого ядра, имеют отрицательный заряд. Баланс? Баланс. Но всё равно, как-то запутанно. Сложно в голове представить, что такое электрон (т.к. он проявляет себя не только как материя, но и как волна), а тут ещё он отрицательно заряженный…

Чувствуете, что чем дальше мы пытаемся вникнуть в суть природы явления эл. тока, тем больше мы сталкиваемся с новыми явлениями, вещами и терминологией, которые всё только усложняют и превращают в бессмыслицу? Это явный показатель того, что внятного и точно понимания природы эл. тока у современного научного мира нет.  Человек методом проб и ошибок нашёл способ поставить это явление себе на службу, но как внятно это объяснить…загвоздочка…

Поэтому я предлагаю взглянуть на этот вопрос с другой позиции, более современной, внятной и я б даже сказал революционной.

Принципиально новый взгляд.

Как нынешняя физика требует большого труда, чтоб разобраться что такое эл. ток, так и принципиально новый взгляд потребует отбросить “шоры”, навешанные современной наукой, чтобы суметь “увидеть” протекающие процессы, на которые мы ранее не обращали внимание.

И в первую очередь, внимание стоит обратить на то, что в некоторых вопросах научный мир всё же вынужденно и открыто сдаётся, т.к. он не может предположить, в чём причина того или иного явления. Например, в вопросе “почему галактики двигаются и вращаются?” научный мир обозначил эту неведомую силу как “тёмная материя”, т.е. неизвестно что (тёмная материя) двигает галактики, что составляет 90% материи большого космоса.  Но что именно представляет из себя тёмная материя, современный научный мир не знает даже приблизительно.

Как водится, начнём издалека.

Всё наше пространство неоднородно. Т.е. свойства и качества пространства меняются в зависимости от того, где мы находимся в этом пространстве. Глупо отрицать это. Простой пример с открытием глаз под водой подтверждает это.  Те предметы, которые мы увидим под водой, буду отличиться от того, если бы мы их увидели в воздушной среде. Более того, анализ радиоволн от отдалённых галактик, сделанный  доктором Джорджем Нодландом и доктором Джоном Ралстоном, подтвердили это в научном мире. Так вот, внутри этих неоднородностей пространства, могут формироваться звёзды и планеты.

 

Принципиально новый подход говорит, что вся наша Вселенная состоит из 7-ми первичных материй, которые взаимодействуя между собой образуют всё физ. вещество нашей Вселенной. Последовательно сливаясь между собой, каждая новая гибридная материя образует новое вещество внутри предыдущего гибридного вещества:

Так, внутри неоднородности, образовалась наша планета Земля. Это понимание очень важно для последующего понимания, что такое электрон и что такое эл.ток.

Можно сказать, что процессы протекающие на уровне галактик, звёзд и планет – это процессы макропространства, а процессы протекающие на уровне атома – это процессы микропространства.

Теперь представим ситуацию на уровне микропространства, что у нас слилось 6 первичный материй, а 7-ая не может, т.к. ей не хватает совсем чуть-чуть деформации самого микропростнаства. Но само пространство (микро и макро) никогда не находится в статическом положении. Всегда есть (хоть и небольшие) колебания. И как только это колебание достигает нашей деформации, оно кратковременно накладывается на нашу деформацию. На короткое время возникают условия, при которых все семь первичных материй в состоянии слиться и образовать гибридную форму. Начинается процесс синтеза, появляется материальное облако, которое начинает уплотняться, но процесс уплотнения не успевает завершиться. Именно это материальное облако и называют электроном!  Получается, что электрон – это крайне неустойчивая материя, которая постоянно балансирует на грани синтеза и распада.

Тогда как же он двигается вокруг атома? А он вообще не двигается в физически плотной среде, и в первую очередь потому, что электрон не является в полном смысле физически плотной материей, а есть, ни что иное, как крайне неустойчивое граничное состояние этой материи. Электрон просто материализуется и распадается в разных участках орбиты атома, следуя “воле” волнам, которые несут так недостающую деформацию для слияния 7-ми первичных материй.

Раз электроны не двигаются вокруг ядра атома, значит они и не бегают вдоль проводника, как мы это указывали в первоначальном определении. Тут нужно вспомнить, что проводник (металл) имеет кристаллическую структуру (атомы жестко и упорядоченно “сцеплены”), и если в проводнике создать горизонтальный перепад мерности (неоднородность), то все материи, формирующие электроны в физ. мире буду  “сноситься” в одну сторону, а вторая сторона потребует действий, чтоб как-то компенсировать недостаток материй. Именно процесс восстановления баланса нехватки первичных материй и электронов и будет называться электрическим током.

Тут требуется пояснить, что каждая материя имеет свой собственный уровень мерности т.е. свои свойства и качества, которые она может проявить только в определённых условиях (пространстве). И если она туда не попадёт, то никак себя и не проявит. Материя стремится занять положение, где свойства и качества самой материи, будут тожественны свойствам и качествам пространства. Именно этим объясняется стремление материи к устойчивости, о котором говорилось выше.

Горизонтальный перепад мерности создаёт условия, при которых, положительные ионы должны двигаться против перепада, в то время, как отрицательные ионы—вдоль этого перепада мерности. Положительные ионы вынуждены двигаться «против течения», в то время как отрицательные «по течению». В результате этого скорость движения, а следовательно энергия положительных ионов уменьшается, а отрицательных ионов — увеличивается. Ускоренные подобным образом отрицательные ионы, при столкновении с кристаллической решёткой, теряют избыточные электроны, становясь нейтральными атомами. Кристаллическая решётка, при этом, приобретает дополнительные электроны. И, если теперь, соединить между собой эти две пластины с разными уровнями собственной мерности посредством провода из совместимого с ними материала, то в последнем (проводе) возникнет, так называемый, постоянный электрический ток — направленное движение электронов от плюса к минусу, где плюс—пластина, имеющая больший уровень собственной мерности, а минус — пластина имеющая меньший уровень собственной мерности. И если продолжить данный анализ, то перепад потенциалов между пластинами есть ни что иное, как перепад уровней собственной мерности кристаллических решёток этих пластин.

Сложно “въехать” в понятие эл.тока. А уж принципиально новый взгляд освоить и того сложнее. Чем больше изучаешь новую позицию, тем больше накапливается вопросов. Поэтому, если ваше любопытство ещё не остыло, отправляю вас к источнику столь замечательного и полезного труда “Неоднородная Вселенная” Н.В. Левашова, который распространяется в интернете абсолютно безплатно. Сам автор гораздо более детальнее и яснее изложит свою позицию.

Что такое электрический ток

Что такое электрический ток?

Как известно действие абсолютно всех различных электрических приборов, таких как электромоторы, электроплитки, лампочки и т.п., полностью основано на прохождении в них электрического тока. Такие слова, как включить и выключить ток, известны каждому ещё с детства. Но всё же — что такое электрический ток? Давайте узнаем подробнее.

Не секрет что передача электрического напряжения проходит по металлическим проводам. Точнее, если в них «заглянуть поглубже» и рассмотреть металл на молекулярном уровне, то мы узнаем, что в нём расположены в определённом порядке атомы металлов.

Особенность металла, существенно отличающая его от неких других тел, это наличие внутри металла свободных электронов, которые отклонились от своих атомов и продолжают странствовать по всему объёму, занимаемому металлом. Свободные электроны – это электроны внешней, самой слабо притягиваемой ядром электронной оболочки.

Свободные электроны, прежде беспорядочно блуждавшие, на момент «включения» тока начинают двигаться вдоль проводника. Данное движение свободных электронов становится упорядоченным, что и представляет собой электрический ток в металле.

Постоянное движение электронов в проводнике в одном направлении – постоянный ток. Попеременное движение электронов такое, когда электроны упорядоченно движутся то в одном, то в другом направлении вдоль проводника. Это означает, что ток переменный. Далее будет рассказано более подробно о получении и применении переменного и постоянного тока.

Электрический ток становится сильнее, когда через сечение проводника в секунду проходит больше электронов. Один ампер принят за единицу силы электрического тока. На время электрического тока в один ампер по каждому сечению проводника протекает более 6 миллиардов электронов в секунду. Обыкновенная лампочка, которой мы пользуемся дома, потребляет электрический ток силой в половину ампера, а мотор станка или лифта 30-50 ампер.

Электротехникам в повседневной практике доводится включать ток на линиях электропередачи длиной не в одну сотню километров. При этом совершенно невозможно заметить тот отрезок времени, который минул с момента включения до «возникновения» электрического тока на противоположенном конце линии. Как известно, нам не приходится ждать, до того как начнет светить лампочка. Мы видим, что она моментально загорается после подачи на неё электричества через выключатель.

Дело в том, что поток электронов очень медленно движется по проводу, и это утверждение может показаться не более чем странным. Вот, к примеру, по вольфрамовой нити включенной лампочки за одну секунду электронный поток проходит путь, равносильный практически нескольким миллиметрам.

И как же всё-таки объяснить это кажущееся на первый взгляд несоответствие? Объяснить это можно обратившись к примеру подачи воды в трубах. Представьте себе трубу поршневого насоса продолжительностью в 10 метров и полностью заполненную водой. При этом если нажать на поршень, то некоторое количество воды на этот момент выльется из другого конца трубы. Может ли это означать, что вылились именно те частицы воды, которые находились в трубе непосредственно под поршнем? Нет, конечно.

При давлении нами на поршень к движению привило всю массу воды, которая заполняла трубу. Те частицы воды, которые оказались у противоположенного выходного конца трубы вышли наружу, так как отдельные частицы воды перемещались со скоростью равной движениям поршня. В металлическом проводнике происходит нечто похожее со свободными электронами во время подключения его к электрическому источнику питания.

Под воздействием своеобразного, можно сказать электрического напора, а точнее электрического напряжения, свободные электроны с этого момента начинают своё упорядоченное движение по всем участкам проводника. Вот отчего лампочка при включении даже на удалённой дистанции, а именно на множество десятков километров от станции электропередачи, моментально загорается и не «томится» в ожидании, пока электричество «дойдет» до неё.

И тут появляется вопрос: что же так вынуждает непрерывно следовать вдоль проводника в определённую сторону свободные электроны?

Попробуем увидеть нечто подобное на примере с двумя сосудами. Если взять два идентичных сосуда и соединить их снизу трубкой, в которой наличествует кран, и закрыв кран набрать в сосуды воды, но так чтобы её уровень в сосудах отличался (то есть в один меньше, в другой больше), то когда мы откроем кран, вода начнёт вытекать из сосуда с большим уровнем воды в сосуд, в котором воды было меньше.

Это объясняется тем, что чем больше в сосуде уровень воды, тем выше её давление на дно сосуда. Причина разности давления воды у концов соединительной трубки заключается в разности уровней, тем самым заставляя воду перетекать из сосуда в другой сосуд. На момент выравнивания уровня воды между сосудами, ток воды прекращается.

Данный пример предоставляет нам возможность уяснить причину возникновения электрического тока. Разность «электрических уровней» – напряжение на полюсах источника электрического тока можно уподобить разности уровней воды в сосудах. Замыканию электрической цепи выключателем соответствует открывания крана в соединительной трубке.

Однако необходимо уточнить главное отличие электрического тока от тока жидкости.

Движущая сила, о которой говорилось в первом случае – это разность давлений в жидкости, тогда как электрическая сила (отталкивание от отрицательно заряженного полюса источника тока и притяжения электронов к положительно заряженному полюсу) служит причиной движения свободных электронов по проводнику. Электроны, приходя на положительный полюс источника тока устраняют его положительный заряд.

Известно, что без стабильного возобновления данного заряда ток в тот же момент прекратился бы. В этом и состоит роль абсолютно любого источника тока, чтобы на концах проводника поддерживать разноимённые заряды, «перекачивая» снова и снова на отрицательный полюс те электроны, которые пришли под действием электрических сил из внешней цепи на положительный полюс источника.

Рассмотрим, к примеру, как это достигается в аккумуляторе карманного плеера, при помощи химических процессов, протекающих в нем. Заметим, что и в сообщающихся сосудах для создания постоянного тока жидкости мы тоже должны постоянно перекачивать жидкость из сосуда в сосуд, тем самым искусственно поддерживая разность уровней.

Итак, как стало понятно, разность электрических уровней полюсов источника тока, к которому проводник присоединён, служит причиной электрического тока в проводнике. Выходит, что напряжение в цепи это и есть разность электрических уровней.

Электрический ток в полупроводниках — Основы электроники

  

В любом кристалле атомы расположены в определенном порядке, образуя так называемую кристаллическую решетку. Связь между отдельными атомами создается за счет электронов, слабо связанных с ядрами атомов. Такая связь получила название валентной или электронной. Именно она удерживает атомы в определенных местах кристаллической решетки.

Наиболее широкое применение в полупроводниковой технике нашли германий и кремний. Оба эти элемента имеют по четыре валентных электрона, которые и создают связи с соседними атомами. Каждый атом, например, в кристалле германия связан с четырьмя соседними атомами. Заметим, что электронную связь создают обязательно два электрона (один от данного и другой от соседнего атома). Условно электронные связи в кристалле германия можно показать так, как это сделано на рис. 1.

Рисунок 1. Условное изображение электронных связей в кристале германия.

 

При нагревании, под действием света, радиоактивного излучения и других факторов электронные связи в полупроводнике нарушаются. Если полупроводник поместить в электрическое поле, то образовавшиеся при нарушении электронных связей свободные электроны начнут перемещаться в одну сторону под действием сил поля. В полупроводнике возникнет электрический ток.

Рисунок 2. Протекание электрического тока в кристале германия.

 

Так как этот ток представляет собой, как и в металле, движение свободных электронов, то принято говорить, что полупроводник обладает электронной проводимостью.

Если из электронной связи вырван электрон, то образуется так называемая дырка. Эту дырку может заполнить электрон с соседнего атома, в котором в свою очередь образуется дырка. Дырка соседнего атома будет заполнена электроном следующего атома и т. д.

Если полупроводник находится в электрическом поле, то дырки как бы перемещаются навстречу движению электронов. В этом случае говорят, что полупроводник обладает дырочной проводимостью.

Для создания свободных носителей заряда (электронов или дырок) в полупроводник вводят примеси.

Наличие двух видов проводимости — характерная особенность полупроводников.  

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

Что такое электрический ток? Простое объяснение

Электрический ток — это поток электрического заряда между двумя точками. Представьте, что это как вода в реке, несущая энергию. Электрический заряд в электронах вызывает нагрев резисторов в лампах и электрических огнях. Он также создает магнитные поля в двигателях, индукторах и генераторах.

Есть два типа электрических токов. Первый — это постоянный ток (DC), который течет в одном направлении, как батарея.Вторые — это переменные токи (AC), периодически меняющие направление. Мы можем увеличивать и уменьшать напряжение переменного тока с помощью трансформаторов.

Изображение: Ле Рой К. Кули

Большая гибкость переменного тока означает, что мы можем эффективно транспортировать его по национальным высоковольтным сетям, а затем направлять его туда, где мы используем, на наших рабочих местах и ​​дома.

Откуда идет электрический ток

Электрический ток — это естественное явление. Мы видим это в молнии, статическом электричестве, солнечном ветре и полярных сияниях.История Бенджамина Франклина, запускающего воздушного змея с ключом на веревке в молниеносное облако, чтобы доказать, что это было электричество, вероятно, вымысел. Если бы это сработало, его сын, держащий веревку, вероятно, умер бы, потому что шел дождь.

Мы создаем электрический ток, вращая ротор в генераторе, или от солнца, используя солнечные батареи. Теоретически мы можем производить столько электроэнергии, сколько захотим, но у нас нет аккумуляторной технологии для хранения больших количеств. Следовательно, мы должны генерировать его «как раз вовремя», чтобы удовлетворить наши потребности.

Как мы контролируем поток электрического тока

Изображение: Smial

Мы можем сравнить оптимальный поток электронов через сетку с системой полива сада. Нам нужно достаточное давление, чтобы поднять всплывающие окна на лужайке. Однако, если давление будет слишком высоким, распылители тумана сломаются на клумбах.

Электрический ток такой же. Слишком мало, и лампочки загораются коричневым. Слишком много, и они взорвутся.

Наши электростанции и подстанции — это «ответвители», гарантирующие, что мы получаем необходимое количество электрического тока.

Связанные

Разница между электрическим зарядом и электрическим током

Как сделать простой генератор

Электрический ток

Единица электрического заряда — кулон (сокращенно С). Обычная материя состоит из атомов, которые имеют положительно заряженные ядра и окружающие их отрицательно заряженные электроны. Заряд квантуется как кратное заряду электрона или протона:

Влияние зарядов характеризуется силами между ними (закон Кулона) и создаваемым ими электрическим полем и напряжением.Один кулон заряда — это заряд, который будет проходить через лампочку мощностью 120 ватт (120 вольт переменного тока) за одну секунду. Два заряда одного кулона каждый, разделенный метром, будет отталкивать друг друга с силой около миллиона тонн!

Скорость прохождения электрического заряда называется электрическим током и измеряется в амперах.

Представляя одно из фундаментальных свойств материи, возможно, уместно указать, что мы используем упрощенные наброски и конструкции, чтобы представить концепции, и в истории неизбежно гораздо больше.Не имеет значения следует прикрепить к кружкам, представляющим протон и электрон, в чувство подразумевая относительный размер, или даже то, что они являются твердой сферой объекты, хотя это полезная первая конструкция. Самое важное начальная идея, электрически, состоит в том, что они обладают свойством, называемым «заряд», который одинаковый размер, но противоположные по полярности для протона и электрона. В протон имеет 1836 раз больше массы электрона, но точно такого же размера стоимость только скорее положительный, чем отрицательный.Даже термины «положительный» и «отрицательные» произвольные, но прочно укоренившиеся исторические ярлыки. Жизненноважный значение в том, что протон и электрон будут сильно притягивать друг друга. другое — исторический архетип клише «противоположности притягиваются». Два протоны или два электрона сильно отталкиваются друг от друга. Однажды ты имеют установил эти основные представления об электричестве, «как заряды отталкивать и в отличие от обвинений привлекают «, то у вас есть основание для электричество и можно строить оттуда.

Из точной электрической нейтральности объемного вещества, а также из детальных микроскопических экспериментов мы знаем, что протон и электрон имеют одинаковую величину заряда. Все заряды, наблюдаемые в природе, кратны этим фундаментальным зарядам. Хотя стандартная модель протона изображает его состоящим из дробно заряженных частиц, называемых кварками, эти дробные заряды не наблюдаются изолированно — всегда в комбинациях, которые производят +/- заряд электрона.

Изолированный одиночный заряд можно назвать «электрическим монополем». Равные положительный и отрицательный заряды, помещенные близко друг к другу, составляют электрический диполь. Два противоположно направленных диполя, расположенных близко друг к другу, называются электрическим квадруполем. Вы можете продолжить этот процесс для любого количества полюсов, но здесь упоминаются диполи и квадруполи, потому что они находят важное применение в физических явлениях.

Одна из фундаментальных симметрий природы — сохранение электрического заряда.Ни один из известных физических процессов не приводит к чистому изменению электрического заряда.

Общие сведения об электричестве — Узнайте об электричестве, токе, напряжении и сопротивлении

Дом > Поддержка> Общие сведения об электричестве Электроэнергетика Что такое электричество? Любая бытовая техника, которую мы используем в нашей повседневной жизни, например, бытовая техника, оргтехника и промышленное оборудование, почти все это требует электричества.Следовательно, мы должны понимать электричество. Первый вопрос, который мы узнает ответ: « где электричество родом из? « Все дела складываются из атомы. Затем задайте следующий вопрос: « Что такое атомы? ». Атомы — это самая маленькая часть элемента.Они состоят ядра и электронов, электроны окружают ядро. Элементы идентифицируются по количеству электронов на орбите вокруг ядра атомов и числом протонов в ядре. Ядро состоит из протонов и нейтронов, а количество протоны и нейтроны уравновешены. У нейтронов нет электрического заряда, протоны имеют положительный заряд (+), а электроны — отрицательный заряды (-).Положительный заряд протона равен отрицательному заряду. электрона. Электроны связаны по своей орбите за счет притяжения протонов, но электроны во внешней зоне могут покинуть свою орбиту за счет некоторые внешние силы. Их называют свободными электронами, которые перемещаются от одного атома к другому, образуются потоки электронов. Это основа электричества. Материалы, которые позволяют электроны, которые свободно перемещаются, называются проводниками а материалы, которые позволяют перемещаться небольшому количеству свободных электронов, называются Изоляторы . Все вещества состоят из атомов, имеющих электрические заряды. Следовательно, у них есть электрические заряды. Что касается сбалансированного количество протонов и электронов, сила положительного заряда и сила отрицательного заряда уравновешена. Это называется нейтральным состоянием. атома. (Число протонов и электронов остается равным.) « Статическое электричество » представляет собой ситуацию, когда все вещи состоят из электрических обвинения.Например, трение материала о другой может вызвать статическое электричество. Свободные электроны одного материала двигаться с силой, пока они не освободятся от своих орбит вокруг ядра и перейти к другому. Электроны одного материала уменьшаются, он представляет собой положительный заряд. В то же время электроны другого увеличиваются, он имеет отрицательные заряды. В общем зарядить производство материи означает, что материя имеет электрические заряды.Он имеет положительный и отрицательный заряды, что выражается в кулон. Ток, Напряжение и сопротивление Что сейчас? Электрическое явление вызвано потоком свободные электроны от одного атома к другому.Характеристики текущее электричество противоположны тем статического электричества. Провода состоят из проводников, например медных. или алюминий. Атомы металла состоят из свободных электронов, которые свободно переходить от одного атома к другому. Если добавлен электрон в проводе свободный электрон притягивается к протону, чтобы оставаться нейтральным. Вытеснение электронов с их орбит может вызвать недостаток электронов.Электроны, которые непрерывно движутся по проволоке, называются Electric. Текущий . Для одножильных проводов электрический ток относится к направленным отрицательно-положительные электроны от одного атома к другому. Жидкость проводники и газопроводы, электрический ток относится к электронам а протоны текут в обратном направлении. Ток — это поток электронов, но ток и электроны текут в противоположное направление. Ток течет от положительного к отрицательному и потоки электронов от отрицательного к положительному. Ток определяется количеством электронов, проходящих через поперечное сечение проводника за одну секунду. Ток измеряется в ампер , что сокращенно « ампер ».Обозначение усилителя — это буква « A ». А ток в один ампер означает что ток проходит через поперечное сечение двух проводников, которые расположены параллельно на расстоянии 1 метра друг от друга с 2×10 -7 Ньютон сила на метр возникает в каждом проводнике. Это также может означать сборы одного кулона (или 6,24х10 18 электронов), проходящего через поперечное сечение проводника за одну секунду. Что такое напряжение? Электрический ток — это поток электронов в проводнике. Сила необходим для протекания тока через проводник, называется Напряжение и потенциал другой срок напряжения. Например, у первого элемента больше положительные заряды, поэтому он имеет более высокий потенциал. С другой стороны, второй элемент имеет более отрицательные заряды, поэтому он имеет более низкий потенциал.Разница между двумя точками называется разность потенциалов . Электродвижущая сила означает силу, которая заставляет ток непрерывно течь через дирижер. Эта сила может создаваться генератором энергии, аккумулятор, аккумулятор фонарика и топливный элемент и т. д. Вольт, сокращенно « В », это единица измерения измерения взаимозаменяемо для напряжения, потенциала, и электродвижущая сила.Один вольт означает силу, которая заставляет ток в один ампер проходит через сопротивление в один Ом. Что такое сопротивление? Электроны движутся через проводник при протекании электрического тока. Все материалы мешают протекание электрического тока до некоторой степени. Эта характеристика называется сопротивлением .Сопротивление увеличивается с увеличением длины или уменьшением поперечного сечения материал. Единица измерения сопротивления Ом и его символ — греческая буква омега ( Ω ). Сопротивление в один Ом означает, что проводник пропускает ток. одного ампера на поток с напряжением один вольт. Все материалы имеют различие в пропускании электронов.Материалы которые позволяют свободно перемещаться большому количеству электронов, называются проводниками такие как медь, серебро, алюминий, раствор хлористоводородной, серной кислота и соленая вода. Напротив, материалы, пропускающие мало электронов для протекания называются изоляторы типа пластмассовые, резина, стекло и сухая бумага. Другой тип материалов, полупроводники имеют характеристики как проводников, так и изоляторов.Они позволяют электронам двигаться, в то же время имея возможность контролировать поток электронами и примерами являются углерод, кремний, германий и т. д. Сопротивление проводника зависит от следующих двух основных факторов: 1. Виды материала 2. Температура материала Как измерить ток Прибор для измерения силы тока называется Амперметр или Амперметр . Шаги для измерения тока Подключите небольшую лампочку к сухой батарее.Измерьте ток который проходит через лампочку при подключении положительной клеммы (+) амперметра к отрицательной клемме (-) сухого элемента (см. рисунок) Указания по технике безопасности при измерении силы тока; 1. Оценить ток, требующий измерения затем выберите подходящий амперметр, так как каждый амперметр имеет разные предел измерения тока. 2. Убедитесь, что соединение с плюсовой клеммой (+) и отрицательная клемма (-) амперметра правильные. 3. Не подключайте клеммы амперметра напрямую сушить клеммы ячеек. Так как это может повредить счетчик. Как измерить напряжение Прибор для измерения напряжения, разницы Потенциальную или электродвижущую силу называют вольтметром . Шаги для измерения напряжения Подключите небольшую лампочку к сухому элементу. Вольтметр есть подключен параллельно лампочке для измерения напряжения через лампочку. Подключите положительную клемму (+) вольтметр к плюсовой клемме (+) сухого элемента и подключите отрицательная клемма (-) вольтметра к отрицательной клемме (-) сухой ячейки (см. рисунок). Указания по технике безопасности при измерении Напряжение; 1. Оценить напряжение, необходимое для измерения затем выберите подходящий вольтметр , так как каждый вольтметр рассчитан на предел измерения напряжения. 2. Убедитесь, что подключение положительной клеммы (+) и отрицательная клемма (-) вольтметра правильные. Как измерить сопротивление Инструмент, используемый для измерения Сопротивление называется тестером или мультиметром .Мультиметр или тестовый метр используется для изготовления различных электрических измерения, такие как ток, напряжение и сопротивление. Он сочетает в себе функции амперметра, вольтметра и омметра. Шаги для измерения сопротивления Поверните лицевую шкалу в положение для требуемого измерения, сопротивления, затем коснитесь обоих выводов мультиметра (см. рисунок 1) и отрегулируйте диапазон измерителя на 0 Ом.Трогать оба вывода измерителя к сопротивлению и возьмите чтение (см. рисунок 2). Как работает электричество? Электрический ток — это способность делать работу.Электрический ток можно преобразовать в тепло, мощность и магнетизм, чтобы назвать несколько. Электрический ток классифицирован по своим функциям и трем основным типам: 1. Теплоэнергетика 2. Электрохимия 3. Магнетизм 1. Тепло и энергия используется для производства тепла и электроэнергии. Например, нихромовая токоведущая проволока. проволока имеет высокое сопротивление и выделяет тепло.Это применяется быть составной частью электрических духовок, тостеров, электрических утюгов и лампочки и др. Эксперимент проводится путем измерения нагреть количество воды калориметром. Увеличьте напряжение на провод вариаком и подключите амперметр и вольтметр для измерения ток и напряжение. Установите шкалу переменного тока, чтобы отрегулировать значение напряжения и тока нихромовая проволока и ток периодически пропускается и измерить количество тепла от нихромовой проволоки.Есть какие-то указания напряжения и тока. Если напряжение, ток и время увеличиваются, количество тепла также увеличится. Они выражаются отношение, как показано ниже. Это называется Джоуль. Закон . Количество тепла зависит от напряжения время тока и интервал времени.По закону Ома V (напряжение) = I (ток) x R (сопротивление), следовательно, Количество тепла зависит от текущий квадрат, умноженный на сопротивление и интервал времени. При пропускании тока через нихромовую проволоку в воде ток превращается в тепло, и температура повышается. Работу выполняет тепло, выделяемое в электрической цепи, которая называется Electric. мощность . Измеряется электрическая мощность в ватт-часах (Втч), а количество тепла измеряется в калориях. (Cal). Работа выполняется за счет выделяемого тепла в электрической цепи написано мощность, что означает что номинальная работа выполняется в цепи, когда ток 1 А с Применяется 1 вольт, а его единица измерения — ватт. 2. Электрохимия Например, когда ток проходит через хлорид натрия (NaCl), химическая реакция, называемая электролизом. происходит. Применяется для производства электролиза, цинкования. и аккумулятор и т. д. Эксперимент проводится путем пропитывания двух платиновых (Pt) пластин. в расплаве соли. Подключите батареи к двум платиновым пластинам, ток проходит через расплав соли и производит хлор пузыри вокруг положительной пластины (+) и пузырьки водорода вокруг отрицательной пластины (-), поскольку хлорид натрия составляет натрия (Na) и хлорида (Cl).Когда хлорид натрия тает в воде, элементы разделяются. Натрий имеет положительные заряды (+), в то время как хлор имеет отрицательные заряды (-) и эти заряды называются ионами . Расплав соли имеет оба положительных заряда, называемые анодами и , а отрицательные заряды называются катодами . Состояние разделенных элементов называется ионизация .Если соль растапливается водой, в растворе имеются ионы, называется раствор электролита . И если текущий проходит через раствор электролита, химическая реакция происходит электролиз. 3. Магнетизм Примером данной электромонтажной работы является токоведущий проволока, возникают магнитные линии потока.Это применяется для производства электродвигатели, электрические трансформаторы и магнитофоны, пр. Понимание смысла магнетизма: Что такое магнетизм? Составная формула магнита: Fe 3 O 4 . Все магниты обладают двумя характеристиками. Во-первых, они привлекают и держи железо.Вторичный, если свободно двигаться, как компас игла, они займут положение север-юг. Любые материалы Обладают такими характеристиками, они называются магнит . Характеристики магнита: Каждый магнит имеет два полюса, один северный полюс и один южный полюс. Противоположные полюса притягиваются друг к другу, в то время как полюса отталкивают друг друга. Электричество и магнитное поле Когда магнитная стрелка находится рядом с электрическим проводом, который ток проходит, магнитная стрелка включает направление протекания тока (см. рисунок 1 и 2).Следовательно, электрический ток также создает связанный магнитный силу или говорят, что электричество способно производить магнитное поле. Когда магнитная игла помещена в катушку с проволокой с одной петлей (см. рисунок) и ток проходит через проволочную катушку, магнитную игла поворачивается в направлении, показанном на рисунке выше.А направления магнитных линий потока показаны стрелки. Когда магнитная игла помещена в проволочную катушку с множеством петель как показано на правом рисунке, ток проходит через катушка. Направление магнитных линий магнитных параллелей катушка проволоки. Характеристики магнитных линий потока как характеристики магнита, но без магнитного полюса. Когда катушка с токоведущим проводом помещается рядом с железным стержнем, железный стержень немного сдвинется (см. рисунок 1). Если сердечник размещен в катушке из проволоки железный стержень сильно притягивается (см. фигура 2). Поскольку сердечник — это мягкое железо, которое проводит магнитные силовые линии, когда ток проходит через проволочную катушку вокруг сердечника сердечник намагничивается с высокой мощностью что называется электромагнитами .Эта функция широко применяется в промышленности.

Текущее электричество — Science World

Цели

• Опишите компоненты, необходимые для замыкания электрической цепи.

• Продемонстрируйте различные способы завершения цепи (параллельной или последовательной).

• Определите, как электричество используется в бытовых приборах.

• Опишите связь между электроном и текущим электричеством.

Материалы

Фон

Электричество используется для работы вашего мобильного телефона, силовых поездов и кораблей, для работы вашего холодильника и двигателей в таких машинах, как кухонные комбайны. Электрическая энергия должна быть заменена на другие формы энергии, такие как тепловая, световая или механическая, чтобы быть полезной.

Все, что мы видим, состоит из крошечных частиц, называемых атомами. Атомы состоят из еще более мелких частей, называемых протонами, электронами и нейтронами.Атом обычно имеет одинаковое количество протонов (имеющих положительный заряд) и электронов (имеющих отрицательный заряд). Иногда электроны можно отодвинуть от своих атомов.

Электрический ток — это движение электронов по проводу. Электрический ток измеряется в амперах и (амперах) и относится к количеству зарядов, которые перемещаются по проводу за секунду.

Для протекания тока цепь должна быть замкнута; Другими словами, должен быть непрерывный путь от источника питания через цепь, а затем обратно к источнику питания.

Параллельная цепь (вверху)

Цепь серии (внизу)

Напряжение иногда называют электрическим потенциалом и измеряется в вольт . Напряжение между двумя точками в цепи — это полная энергия, необходимая для перемещения небольшого электрического заряда из одной точки в другую, деленная на размер заряда.

Сопротивление измеряется в Ом и относится к силам, которые противодействуют потоку электронного тока в проводе.Мы можем использовать сопротивление в своих интересах, преобразовывая электрическую энергию, потерянную в резисторе, в тепловую энергию (например, в электрической плите), световую энергию (лампочка), звуковую энергию (радио), механическую энергию (электрический вентилятор) или магнитную энергию. энергия (электромагнит). Если мы хотим, чтобы ток протекал напрямую из одной точки в другую, мы должны использовать провод с минимально возможным сопротивлением.

Аккуратная аналогия, помогающая понять эти тер мс: система водопроводных труб.

• Напряжение эквивалентно давлению воды, которая выталкивает воду в трубу
• Ток эквивалентен расходу воды
• Сопротивление похоже на ширину трубы — чем тоньше труба, тем выше сопротивление и тем труднее протекает вода.

В этой серии заданий учащиеся будут экспериментировать с проводами, батареями и переключателями, чтобы создать свои собственные электрические цепи, одновременно изучая напряжение, ток и сопротивление.

Интересный факт!

Вы можете заметить, что символы для некоторых единиц СИ (Международной системы единиц) в этом плане урока написаны с заглавной буквы, например, вольт (В) и ампер (А), в отличие от тех, к которым вы привыкли. используя (м, кг). При названии единицы в честь человека принято использовать заглавную букву. В этих случаях подразделения были названы в честь Алессандро Вольта и Андре-Мари Ампера. Единица измерения сопротивления также была названа в честь человека (Георг Симон Ома), но использует символ Ω, который представляет греческую букву омега.Эти правила важно соблюдать, поскольку строчные и прописные буквы могут означать разные единицы измерения, такие как тонна (т) и тесла (Т). Единственным исключением является то, что для литров допустимо использовать L, поскольку букву «l» часто путают с цифрой «1»!

Словарь

амперметр : прибор для измерения электрического тока в цепи; единица измерения — амперы или амперы (А).
цепь : Путь для прохождения электрического тока.
проводник : Вещество, состоящее из атомов, которые свободно удерживают электроны, что позволяет им легче перемещаться через него.
электрический ток : непрерывный поток электрического заряда, перемещающийся из одного места в другое по пути; требуется для работы всех электрических устройств; измеряется в амперах или амперах (A).
электрохимическая реакция : реакция, которая чаще всего включает перенос электронов между двумя веществами, вызванный или сопровождаемый электрическим током.
электрод : проводник, по которому ток входит или выходит из объекта или вещества.
электрон : субатомная частица с отрицательным электрическим зарядом.
изолятор : Вещество, состоящее из атомов, которые очень прочно удерживают электроны, что не позволяет электронам легко проходить сквозь них.
параллельная цепь : Тип схемы, которая позволяет току течь по параллельным путям. Электрический ток распределяется между разными путями.Если лампочки подключены в параллельную цепь, и одна из лампочек удалена, ток все равно будет течь, чтобы зажечь другие лампочки в цепи.
полупроводник : Вещество, состоящее из атомов, которые удерживают электроны с силой между проводником и изолятором.
последовательная цепь : Схема, в которой все компоненты соединены по единому пути, так что один и тот же ток течет через все компоненты. Если вынуть одну из лампочек, цепь разорвется, и ни одна из других лампочек не будет работать.
напряжение : Разность потенциалов между двумя точками в цепи, например положительным и отрицательным полюсами батареи. Его часто называют «толчком» или «силой» электричества. Возможно иметь напряжение без тока (например, если цепь неполная и электроны не могут течь), но невозможно иметь ток без напряжения. Он измеряется в вольтах (В).
вольтметр : прибор, используемый для измерения разности электрических потенциалов между двумя точками в цепи.

Другие ресурсы

г. до н.э. Hydro | Power Smart для школ

г. до н.э. Hydro | Изучение простых схем

г. до н.э. Hydro | Изучение последовательных и параллельных цепей

г. до н.э. Hydro | Электробезопасность

Как работает материал | Как работают светодиоды

Для покупки елочных мини-лампочек: Home Depot, Canadian Tire

Для приобретения небольших учебных лампочек (с номиналом не более 2 вольт каждая): Boreal Science

Электрический ток | Энциклопедия.com

Электрический ток обычно рассматривается как поток электронов. Когда два конца батареи соединяются друг с другом с помощью металлического провода, электроны выходят из одного конца (электрода или полюса) батареи через провод к противоположному концу батареи.

Электрический ток можно также рассматривать как поток положительных «дырок». «Дыра» в этом смысле — это область пространства, где обычно можно найти электрон, но не существует. Отсутствие отрицательного заряда электрона можно рассматривать как создание положительно заряженной дыры.

В некоторых случаях электрический ток может также состоять из потока положительно заряженных частиц, известных как катионы. Катион — это просто атом или группа атомов, несущих положительный заряд.

Измерение тока

Ампер (ампер) используется для измерения величины протекающего тока. Отделение было названо в честь французского математика и физика Андре Мари Ампера (1775–1836), основавшего современные исследования электрических токов. Ампер определяется как количество электронов, которые проходят через любую заданную точку за определенную единицу времени.Поскольку электрический заряд измеряется в кулонах, точное определение ампера — это количество кулонов, которые проходят через заданную точку каждую секунду.

Характеристики электрического тока

Разность потенциалов. Для протекания электрического тока необходимо выполнение ряда условий. Во-первых, между двумя точками должна существовать разность потенциалов. Термин разность потенциалов (или напряжение) означает, что сила, создаваемая группой электронов в одном месте, больше, чем сила электронов в другом месте.Большая сила отталкивает электроны от первого места ко второму.

Потенциальные различия обычно не встречаются в природе. В большинстве случаев распределение электронов в окружающем нас мире довольно равномерное. Однако ученые изобрели определенные виды устройств, в которых электроны могут накапливаться, создавая разность потенциалов. Например, батарея — это не что иное, как устройство для производства больших масс электронов на одном электроде (точка, из которой отправляется или принимается электрический ток) и недостатка электронов на другом электроде.Эта разница объясняет способность батареи генерировать разность потенциалов или напряжение.

Электрическое сопротивление. Второе условие, необходимое для протекания тока, — это путь, по которому могут перемещаться электроны. Некоторые материалы могут обеспечить такой путь, а другие — нет. Материалы, которые пропускают электрический ток, называются проводниками. Те, которые блокируют прохождение электрического тока, называются непроводниками или изоляторами. Металлический провод, соединяющий два полюса батареи в приведенном ранее примере, обеспечивает путь для движения электронов от одного полюса батареи к другому.

Электропроводность материалов — это внутреннее (или естественное) свойство, основанное на их сопротивлении движению электронов. Электроны в некоторых материалах связаны химическими связями и не могут проводить электрический ток. В других материалах большое количество электронов свободно перемещается, и они легко передают поток электронов.

Электрическое сопротивление (или удельное сопротивление) измеряется в единицах, известных как ом (Ом). Устройство было названо в честь немецкого физика Георга Симона Ома (1789–1854), первого человека, выразившего законы электропроводности.Противоположностью сопротивлению является проводимость, свойство, которое измеряется единицей, называемой mho (ом, записанный наоборот).

Сопротивление куска провода, используемого в электрической цепи, зависит от трех факторов: длины провода, его площади поперечного сечения и удельного сопротивления материала, из которого он сделан. Чтобы понять влияние электрического сопротивления, представьте себе воду, текущую по шлангу.

Количество воды, протекающей по шлангу, аналогично току в проводе.Подобно тому, как через толстый пожарный шланг может пройти больше воды, чем через тонкий садовый шланг, толстая металлическая проволока может пропускать больше тока, чем тонкая металлическая проволока. У провода чем больше площадь поперечного сечения, тем меньше его сопротивление; чем меньше площадь поперечного сечения, тем больше его сопротивление.

Аналогичное сравнение можно провести и по длине. Воду сложнее течь по длинному шлангу просто потому, что она должна течь дальше. Точно так же току труднее пройти по длинному проводу, чем по короткому.

Удельное сопротивление — это свойство материала, из которого изготовлен сам провод, которое различается от материала к материалу. Представьте, что вы наполняете пожарный шланг патокой, а не водой. Меласса будет течь медленнее просто из-за ее вязкости (липкости или сопротивления течению). Точно так же электрический ток проходит через некоторые металлы (например, свинец) с большим трудом, чем через другие металлы (например, серебро).

Электрические цепи

В большинстве случаев путь, по которому проходит электрический ток, известен как электрическая цепь.Как минимум, схема состоит из (1) источника электронов (например, батареи), который будет обеспечивать разность потенциалов, и (2) пути, по которому могут перемещаться электроны (например, металлической проволоки). Вспомните, что разность потенциалов (или напряжение) означает большую силу электронов в одном месте, чем в другом; эта большая сила толкает электроны к месту с меньшей силой.

Для любого практического (или полезного) применения ток также требует (3) устройства, работа которого зависит от протекания электрического тока.К таким приборам относятся электрические часы, тостеры, радио, телевизоры и различные типы электродвигателей. Во многих случаях электрические цепи также содержат (4) какой-либо измеритель, который показывает величину электрического тока или разность потенциалов в цепи. Наконец, схема, вероятно, будет включать (5) различные устройства для управления потоком электрического тока, такие как выпрямители, трансформаторы, конденсаторы и автоматические выключатели.

Приборы можно включать в электрическую цепь одним из двух способов.В последовательной цепи ток течет через приборы один за другим. В параллельной цепи входящий ток разделяется и передается через каждую отдельную цепь независимо.

Важным преимуществом параллельных цепей является их устойчивость к повреждениям. Предположим, что какой-либо из приборов в последовательной цепи поврежден, и ток не может течь через него. Этот пробой предотвращает протекание тока в любом из приборов. При параллельной схеме такой проблемы не возникает.Если одно из устройств в параллельной цепи выходит из строя, ток все равно продолжает течь через другие устройства в цепи.

Принципиальная математическая зависимость, управляющая протеканием электрического тока в цепи, была обнаружена Омом в 1827 году. Закон Ома гласит, что величина тока (i) в цепи напрямую связана с разностью потенциалов (V) и обратно пропорциональна сопротивление (r) в цепи. Другими словами, i = V / r. Закон Ома гласит, что увеличение разности потенциалов

или уменьшение сопротивления приводит к увеличению тока.И наоборот, уменьшение разности потенциалов или увеличение сопротивления приводит к уменьшению тока. Чем сложнее становится электрическая цепь, тем труднее становится применить закон Ома.

Поток тока и поток электронов

Область электротехники обременена странной проблемой, которая возникла более 200 лет назад. Когда ученые впервые изучили поток электрического тока из одного места в другое, они считали, что этот поток создается движением крошечных частиц.Поскольку электрон еще не был обнаружен, они предположили, что эти частицы несут положительный заряд.

Сегодня мы знаем иначе. Электрический ток — это поток отрицательно заряженных частиц: электронов. Но обычай отображать электрический ток как положительный существует уже давно и до сих пор широко используется. По этой причине нередко можно увидеть электрический ток в виде потока положительных зарядов, хотя мы уже давно знаем это лучше.

Типом электрического тока, описанного выше, является постоянный ток (DC).Постоянный ток всегда включает в себя движение электронов из области с высоким отрицательным зарядом в область с более низким отрицательным зарядом. Электрический ток, производимый батареями, — это постоянный ток.

Интересно, что подавляющее большинство электрического тока, используемого в практических целях, — это переменный ток (AC ток). Переменный ток — это ток, который очень быстро меняет направление своего протекания. В Северной Америке, например, коммерческие линии электропередач работают с частотой 60 герц.(Герц — это единица измерения частоты.) В линии с частотой 60 Гц ток меняет свое направление 60 раз каждую секунду.

Также широко используются другие типы переменного тока. За пределами Северной Америки чаще встречается линия электропередачи на 50 герц. А в самолетах переменный ток обычно составляет 400 герц.

[ См. Также Электричество; Электродвигатель ]

Что такое электрический ток?

Когда вы подключаете провода к клеммам аккумулятора, заряд может течь, и образуется полный путь, называемый цепью.Этот поток заряда называется током . Символом тока является буква I, а единицей измерения является ампер. Чем выше ток, протекающий по проводу, тем больше заряда проходит.

Как заряд проходит через контур?

Когда к клеммам аккумуляторной батареи прикреплен медный провод, идет заряд. Если надеть на клеммы резинку, заряд не сдвинется. Почему это? Причина кроется в свойствах меди, которая является хорошим проводником заряда.Материал, который является хорошими проводниками, имеет слабо удерживаемые электроны. Движение электронов происходит очень быстро, переходя от атома к атому по проводу. Для перемещения заряда между двумя точками должна быть разность потенциалов .

Существует взаимосвязь между электрическим потенциалом и электрическим током. Эта взаимосвязь была впервые экспериментально продемонстрирована ученым по имени Джордж Саймон Ом.

В чем разница между электрическим током и потоком электронов? Почему они разнятся?

По этому поводу до сих пор существует большая путаница.Это происходит из-за того, что Бенджамин Франклин впервые открыл электричество, он думал, что это положительные заряды, движущиеся по проводу. Таким образом, ток Current был определен как поток положительного заряда, который двигался в металлических проводах, с которыми он играл (это часто называют током Convention). Теперь мы знаем, что Франклин ошибался — отрицательные (электроны) заряды двигались в направлении , противоположном направлению его положительного заряда в проводе.Важно отметить, что положительные заряды не движутся в медной проволоке, но в других случаях, например, в растворах, перемещаются как отрицательные, так и положительные заряды.

Что такое закон Ома?

Закон

Ома гласит, что в электрической цепи ток, проходящий через резистор между двумя точками, связан с разностью напряжений между двумя точками и обратно пропорционален электрическому сопротивлению между двумя точками. Эта связь показана в следующем письме

.

Где I — ток в амперах, V — разность потенциалов в вольтах, а R — постоянная, измеряемая в омах, называемая сопротивлением.

Ток прямо пропорционален потере напряжения через резистор. То есть, если удваивается ток, то увеличивается и напряжение. Чтобы ток протекал через сопротивление, на этом сопротивлении должно быть напряжение. Закон Ома показывает взаимосвязь между напряжением (V), током (I) и сопротивлением (R). Его можно записать тремя способами:

Направление тока

Электроны, движущиеся по проволоке, могут непрерывно перемещаться по проволоке в одном и том же направлении.Это называется постоянным током. Электричество от сухих элементов или батарей является примером постоянного тока. Электроны также могут регулярно менять или чередовать свое направление. Это называется переменным током. Электроэнергия в вашем доме — переменный ток. В Соединенных Штатах ток меняет направление 120 раз в секунду.

В чем разница между преимуществами и недостатками постоянного и переменного тока?

Постоянный ток

Постоянный ток вырабатывают такие источники, как батареи, термопары, солнечные элементы и электрические машины коммутаторного типа.Постоянный ток может течь не только по проводам, но и по полупроводникам. Постоянный ток можно получить из переменного тока с помощью выпрямителя .

В первой коммерческой передаче электроэнергии, разработанной Томасом Эдисоном, использовался постоянный ток.

DC обычно используется во многих низковольтных устройствах, особенно там, где они питаются от батарей. В большинстве автомобильных приложений используется постоянный ток, хотя генератор переменного тока является устройством переменного тока, которое используется для выработки постоянного тока.Большинству электронных устройств требуется постоянный ток.

Переменный ток

Переменный ток — это способ подачи электроэнергии в дома и на предприятия. Первое зарегистрированное применение переменного тока было сделано Гийомом Дюшенном, который изобрел электротерапию. Он пришел к выводу, что переменный ток превосходит постоянный ток для электротеплового запуска мышечных сокращений. Силовой трансформатор был впервые продемонстрирован в Лондоне в 1881 году Люсьеном Гауляром и вызвал интерес у Вестингауза.Хотя они подали заявку на патенты на свои технологии, они были отменены, потому что Никола Тесла смог продемонстрировать предыдущие работы в этой области. Никола Тесла наиболее известен разработкой современной системы электроснабжения переменного тока.

Напряжение переменного тока может быть увеличено или уменьшено с помощью трансформатора. Использование высокого напряжения приводит к значительно большей эффективности передачи энергии. Недостатком высокого напряжения является необходимость большей изоляции.

Как измерить электрический ток?

Амперметр — это прибор для измерения силы тока.(IMGE НЕОБХОДИМО (. Амперметр

Амперметр измеряет количество электронов, проходящих через измеритель каждую секунду. Ток измеряется в единицах, называемых амперами. Чтобы использовать амперметр, вы подключаете его последовательно к нагрузке, которую вы используете. (См. Изображение выше.)

Для измерения напряжения или электрического потенциала вы включаете вольтметр в цепь параллельно. Вольтметр должен быть подключен параллельно, чтобы измерить напряжение устройства, потому что объекты, подключенные параллельно, испытывают одинаковую разность потенциалов.См. Изображение ниже.

Связь между электрическим током и магнитными полями

Связь между электрическим током, магнитными полями и физическими силами была впервые обнаружена Гансом Кристианом Орстедом в 1820 году. Он наблюдал, как стрелка компаса отклонялась от направления на север, когда в соседнем проводе протекал ток. Это было известно как касательный гальванометр. Тангенциальный гальванометр использовался для измерения токов с использованием этого эффекта.Возвращающей силой к обнулению счетчика в этой системе была сила магнитного поля Земли. Таким образом, измеритель можно было использовать только тогда, когда он был привязан к магнитному полю Земли. Чувствительность прибора стала возможной за счет увеличения числа витков используемого провода.

---

Проверьте свой Понимание:

Что такое электрический ток — типы и его действие

Электричество — великий дар науки человечеству.Мы почти постоянно пользуемся электричеством, и это стало частью нашего современного образа жизни. Мы не можем даже представить свою жизнь без этого драгоценного дара. Электрический ток — это ядро ​​электричества. А что такое электрический ток? Электрический ток — это движение заряженных частиц в проводе. Например, поток воды в реке или океане называется потоком воды, так же, как в электрическом токе текут заряженные частицы.

Электрические расходы

В атоме три частицы; электрон, протон и нейтрон. Электрон — отрицательно заряженная частица, в то время как протон заряжен положительно. Электроны и протоны притягиваются друг к другу, в то время как электрон-электрон (как заряды) и протон-протон (как заряды) отталкиваются друг от друга.

Частицы электрического заряда — это электроны и дырки. Отверстия на самом деле являются недостатком электронов. В проводнике присутствуют электроны и дырки, но в основном электроны. В то время как в полупроводнике электроны и дырки присутствуют почти в равном количестве.Эти заряженные частицы являются основой для создания множества электронных устройств, таких как диоды, транзисторы и т. Д.

Что такое электрический ток?

Когда электрический провод подключен к батарее, к нему прикладывается электрический потенциал. Это заставит электроны течь от отрицательной клеммы к положительной клемме батареи. Свободные электроны, которые движутся, передавая кинетическую энергию, ответственны за проводящие свойства элемента. Это движение электронов, которые на самом деле являются носителями заряда, производит ток.Таким образом, электрический ток — это скорость прохождения электрического заряда через проводник во времени.

Электрический ток обозначается символом « I ». Заряд носителей заряда обозначается « Q ».

Следовательно, I = Q / t

Единица электрического тока

Электрический ток — это количество заряда, проходящего через проводник во времени. Единица заряда — кулон, время — секунды. Итак, формула для тока составляет К / с или мы называем это ампер .

1 Ампер электрического тока означает, что 1 кулон заряда проходит через проводник за 1 секунду.

Направление электрического тока

Направление потока тока и электронов

Когда мы подключаем батарею к электрическому проводнику, электроны с отрицательной клеммы батареи начинают двигаться к положительной клемме батареи. Таким образом, электроны движутся от отрицательного полюса аккумулятора к положительному. В то время как направление обычного тока — от положительной клеммы к отрицательной клемме аккумулятора.

Виды электрического тока

В основном есть два типа тока.

Переменный ток : Переменный ток (AC) — это поток зарядов, который периодически меняет свое направление. Этот тип источника питания используется для электроснабжения зданий, офисов и т. Д. Вы получаете электропитание переменного тока от сетевой розетки у себя дома.

Постоянный ток: Постоянный ток (DC) — это поток зарядов только в одном направлении.