Электрический ток, наверняка, 2-ое самое принципиальное после огня явление, которое узнает человек, но никак не узнает его до конца.
Электрический ток – это свет, телевидение, радио, детские игрушки, фонарики, различные генераторы и движки, тепло… Всюду ток, как и воздух, но он не лицезреем. Мы смотрим только его деяния и платим за его деяния. Мы знаем, где этот ток берется, как доставляется к нам, сколько его доставляется к нам и какого свойства.
Общее определение электрического тока такое:
“Электрический ток — направленное движение электрически заряженных частиц, к примеру, под воздействием электрического поля. Такими частичками могут являться: в проводниках — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость).
Электрический ток обширно применяется в энергетике для передачи энергии на расстоянии”.
Это практически все, что понятно о физической сути электрического тока. Далее идут только дискуссии о форме тока, о направлении тока, о количественных параметрах, о его применении и т.п. Есть понятия о токе проводимости и о токе смещения, но что же все-таки это такое толком разъяснить никто не желает, а может быть и не может.
Попытаемся последнее положение представить в более приятных видах.
При исследовании электрического тока обычно применяют способ сопоставления тока с водой. Напряжение представляют в виде напора воды, к примеру, в виде водяного столба, ток представляют в виде количества воды протекающего в трубе, сопротивление представляется шириной трубы. Чем больше внутреннее сечение трубы, тем меньше сопротивление она оказывает току воды, означает, тем больше протекает воды через это сечение, другими словами тем больше ток. Чем выше водонапорная башня, тем больше течет воды по трубе, тем больше ток. Это незамудреное сопоставление применим и мы.
Представим систему в виде замкнутого кольца. Рисунок1.
Труба, в виде кольца, заполненная водой, в точке А в трубе установлен насос, которым можно перекачивать воду по направлению стрелки. Это будет аналог генератора тока.
Пусть это будет ручной насос, нечто наподобие шнека, и он сходу поднимает весь столб воды. Возьмемся за ручку и начнем ее поворачивать. Пока воды в трубе не было, насос крутился просто, а при заполненной трубе проворачивать насос становится сложнее. Согласно второму закону Ньютона вода оказывает сопротивление вращению насоса, которое передается руке. Но вот сопротивление начинает слабеть. Вода набирает определенную скорость, равную скорости движения лопасти насоса по направлению стрелки, и сопротивление воды становится наименьшим. Если б пропали все побочные силы, к примеру, трение в насосе, поверхностное сопротивление воды, шероховатость трубы и т.п., то вода циркулировала бы сама, и насос вертелся бы без нагрузки. Вода никак бы не нагружала насос, а насос не чинил бы сопротивления воде.
В случае появления торможения воды в зоне а, кинетическая энергия воды в зоне b принудит воду в зоне а течь с прежней скоростью. Но при открытии крана в точке Б часть воды утечет и в зоне b окажется меньше воды и, поэтому, меньше кинетической энергии. Сейчас дабы в зоне а текло столько же воды и с таковой же скоростью, убывшую энергию воды следует поменять работой насоса. Можно поступить и по-другому. В точку В добавить соответственное количество воды под определенным давлением. Тогда характеристики воды в зонах аa и b останутся прежними. Можно заместо воды добавить хоть какое другое вещество: керосин, воздух либо что угодно только бы в точке В сделать такое же давление, как давление столба воды из зоны c.
Это значит, что может быть организовать циркуляцию любого вещества в данной трубе и если не будет утрат этого вещества и оказания ему сопротивления, то цикл может повторяться нескончаемо. Не достаточно того, снутри вещества можно организовывать любые циклы, не выходя за границы вещества. Можно испарять либо замораживать воду и позже возвращать все назад. Поэтому, в цикле сохраняется не вещество, а энергия. Вещество представляет просто упаковку энергии.
Мы знаем несколько форм энергии: возможная, кинетическая, электромагнитная, термическая, ядерная и другие. Но что является содержанием этих форм? Это один и тот же субстрат либо это различные субстраты? Другими словами, понятие энергия имеет одну и ту же базу либо для каждой формы энергии свои базы? В данной статье мы попытаемся осознать содержание электромагнитной энергии. Формой ее является электрический ток проводимости либо ток смещения. Хотя о субстрате этих токов вроде все понятно, проводимость — это частички, а смещение — это электромагнитная волна, мы попытаемся подробнее расшифровать эти понятия.
Наука утверждает, что движение свободных электронов обуславливает появление электрического тока в проводниках и вакууме. И еще наука утверждает, что скорость распространения тока равна скорости света, хотя скорость самого электрона равна ∼~0,1-1 мм/сек. Отсюда сразу появляется такая модель тока. Дабы ток от Братской ГЭС дошел до Москвы, следует выложить цепочку электронов таким макаром, дабы они касались друг дружку и были полностью неупругими. Но в данном случае толчок электрона на электростанции одномоментно откликнется в Москве, а не со скоростью света.
Если Для вас охото, дабы действо передавалось со скоростью света, то нужно между электронами бросить мелкие, мелкие щелочки, при условии, что электроны полностью неупругие. Если щелочки Для вас не нравятся, то допустите некоторую упругость электрона. Выбирайте, но учтите, что в этих вариантах скорость распространения деяния будет зависеть от величины толчка первого электрона, т.е. от напряжения. Это по существу режимы близкодействия. Может быть, у кого-нибудь есть другая модель распространения тока. Мы хотим предложить режим дальнодействия. Пример дальнодействия и близкодействия: сбить (привести в движение) яблоко можно тем, что кинуть в него палку (дальнодействие) либо держа палку в руке (близкодействие).
Так и электрон должен “бросить” в следующий электрон “нечто”, да еще такое, дабы оно летело со скоростью света. Единственное “нечто”, что может кинуть, т.е. излучить, электрон – это фотон . Другого объекта наука пока не знает. Может быть, его и нет. Но электрон не может откуда-то что-то взять конвертировать его в фотон и потом излучить, не считая как из объекта, который приводит этот электрон в движение.
1-ый электрон может быть приведен в движение хоть каким методом, либо при соприкосновении электрического поля 1-го электрона с другим, либо при содействии электрона с фотоном. Следует увидеть, что взаимодействие электрона с фотоном не всегда приводит к появлению движения электрона в направлении движения фотона. Время от времени этого движения может не быть совсем, а время от времени может быть движение навстречу фотону ( гравитация ).
И так, 1-ый электрон испускает фотон, который распространяется со скоростью света. Хоть какой, встречающийся на пути фотона, свободный электрон пробует поглотить его, и в него это выходит, но удержать фотон свободный электрон не может. И фотон в постоянном виде будет излучен электроном. Об этом гласит опыт Физо и то, что свободный электрон рассеивает фотон
.
В итоге такового поглощения/излучения электрон получит импульс от фотона и вточности такой же импульс даст следующему фотону. Электрон остается практически на прежнем месте и исключительно в режиме рассеяния электрон может продвинуться на некоторое расстояние. Такое же явление произойдет со всеми электронами цепи от генератора до потребителя. От электрона до электрона ток течет в виде тока смещения. И это не принципиально, на каких расстояниях находятся электроны: практически вблизи, как в проводах, либо на некотором расстоянии как в трансформаторах, либо на всех расстояниях, как между антеннами передатчика и приемника. В электрических цепях много конденсаторов, через которые проходит ток, но электрон через конденсатор может пройти исключительно в случае его пробоя, другими словами порчи. В других случаях через конденсатор течет ток смещения.
Таким макаром, можно с уверенностью гласить, что основными переносчиками энергии являются фотоны, а частички являются трансляционными пт для передачи фотонов и генераторами фотонов.
Распространение тока фотонами подтверждает такое явление, как повышение передачи энергии при увеличении напряжения на передающей полосы.
Возьмем какую-нибудь линию и нагрузим ее. Пока нагрузка не большая в полосы течет маленький ток и ничего необыкновенного не происходит. Но вот мы начинаем наращивать нагрузку (уменьшать сопротивление цепи), не меняя напряжения генератора. Скоро мы увидим, что соединительная линия начинает греться. Чем больше нагрузка, тем посильнее нагревается линия и, в конце концов, линия сгорит, если мощность источника тока достаточно велика.
Что необходимо выполнить, дабы линия не сгорела? Прирастить толщину проводов либо поменять их проводами с наименьшим удельным сопротивлением. Либо прирастить напряжение генератора, подобрав с надлежащими параметрами нагрузку. В последнем случае мы сможем передать огромную энергию, не меняя толщины либо свойства полосы. А что вышло в последнем случае? Возросло количество электронов в проводах? Нет, провода те же и свободных электронов осталось столько же. Может быть, срываются электроны с атомов вещества проводов? То же нет, по другому появились бы ионы в проводнике и это бы увидели. Тогда может быть электроны побежали резвее в проводнике и никаких фотонов не надо? Ни как нет, по другому бы скорость распространения электричества зависела бы от напряжения, и это сразу ученый народ бы увидел, измерил и вывел бы математическую зависимость скорости передачи энергии от величины напряжения.
К удивлению скорость распространения электрического сигнала равна скорости распространения света. В радиосвязи это вообщем разумеется, с учетом естественно коэффициентов преломления, а в проводах это замаскировано кажущейся нам близостью электронов. Ну, так может быть электроны выстраиваются в более стройную цепочку, дабы толкать друг дружку? Как мы лицезрели выше это маловероятно. Термическое движение разрушит всю цепочку. Больше мало-мальски вразумительные догадки на разум не приходят, и потому придется обратиться к фотону (набору квантов). Только поток фотонов и есть ток.
Таким макаром ток можно представить таким макаром. В генераторе на электростанции есть два такие элементы как статор и ротор, который может крутиться. В роторе и статоре есть проводники. Если, допустим, в статоре пропустить ток, то вокруг него возникнет магнитное поле. А сейчас если закрутить ротор, то свободный электрон, который находится в проводнике, под воздействием сил Кауфмана двинется вдоль проводника и в итоге этого излучит фотон определенной мощности. Фотон со скоростью света, ретранслируясь на попадающихся на его пути электронах, будет двигаться к потребителю (это и есть ток смещения), а электрон продвинется на какое-то маленькое расстояние (это и есть ток проводимости).
В следующем обороте ротора этот электрон продвинется еще чуток далее по проводнику. Когда он выйдет за границы силы Кауфмана, его будет толкать отрицательное поле электронов, которые будут подгоняться силой Кауфмана. И так со всеми электронами, и наш 1-ый электрон за некоторое время сумеет добраться до потребителя. Но это время существенно меньше тех пор, за которое достигнул потребителя фотон.
Вывод таковой: электрический ток проводимости создается электронами либо другими заряженными частичками, а ток смещения создается фотонами. Можно сказать, что в любом проводнике, а не только лишь в пространстве, на фотоны ложится основная нагрузка на передачу электрического тока.
Электрический ток — что же все-таки это такое
Электрический ток (эл ток, либо просто ток) – движущая сила современной людской цивилизации. Без него остановятся фабрики и фабрики, погрузятся во мрак городка, пропадут тепло и жгучая вода в домах, многие другие блага и заслуги технического прогресса станут труднодоступными. Но, невзирая на такую гигантскую роль данного явления в людской жизни, многие не знают, в чем его сущность, по этому он появляется и протекает. В этой статье будет рассмотрено, что такое ток, как он появляется, где применяется, какие частички являются его носителями в разных субстанциях, какие физические законы являются основными для данного явления.
Электрический ток
Главные определения
Существует 2 главных определения данного явления: традиционное и приводимое в академических учебниках. Сущность каждого из них такая:
- Традиционное определение электрического тока говорит, что он представляет собой направленное строго упорядоченное движение частиц, владеющих зарядом;
- В академических учебных пособиях указывается, что электрический ток – это скорость, с которой заряд меняется с течением определенного времени.
Из 2-ух данных определений 1-ое более нередко используемое, 2-ое – применяется пореже, так как не обрисовывает сущности природы электротока.
Электрическая энергия
Понятие «электрическая энергия» значит высвобождаемую при движении потока заряженных частиц энергию, источником которой служит аккумуляторная батарея либо генератор, потребителем – присоединенные к электрической сети приборы и оборудование. Применяется оно, обычно, в быту и технике в таком сокращенном варианте как «электроэнергия». Единицей измерения электроэнергии является киловатт-час (кВт/ч).
Где применяется электрический ток
Данное явление отыскало обширное использование в таких областях людской цивилизации, как:
- Индустрия;
- Сельское хозяйство;
- Коммунальное хозяйство;
- Банковская сфера;
- Транспорт;
- Информационные технологии.
Не считая данных областей, электричество является основой быта любого современного человека – без него нереально функционирование бытовых устройств, аудио,- и видеотехники, внутреннего и внешнего освещения, отопительных котлов, охранного оборудования и других потребителей электроэнергии.
Условия, нужные для получения электротока
Основными критериями образования электрического тока являются следующие:
- Наличия источника – соединенного с турбиной генератора, аккумуляторной либо солнечной батареей.
- Достаточное количество свободных заряженных частиц в проводнике;
- Электрическое поле, создаваемое источником питания и являющееся той посторонней силой, которая упорядочивает движение зарядов в проводнике и цепи;
- Замкнутая цепь, концы которой подключены к полюсам источника питания.
Только наличие всех данных критерий гарантирует, что такое явление, как электрический ток, будет продолжительно протекать в той либо другой цепи, запитывая разных потребителей.
Электрический ток в различных средах
В металлах
В металлах протекание тока получается благодаря движению таких негативно заряженных частиц, как электроны. При подключении к проводнику из меди, алюминия источника питания данные частички движутся от его отрицательного полюса к положительному либо от фазы к нулю.
Медные проводники
В полупроводниках
В полупроводниках (кремний, германий) основными носителями зарядов являются негативно заряженные электроны и владеющие положительным зарядом «дырки». Излишек электронов появляется при внедрении в материал донорной примеси n-типа с огромным, по сопоставлению с начальным веществом, количеством электронов на наружном электронном уровне. Образование «дырок» происходит при внедрении в начальный полупроводник вещества с наименьшим количеством электронов на наружном электронном уровне – акцепторной примеси p-типа.
Протекание тока осуществимо в материалах на примере самой обычный полупроводниковой радиодетали (диодика), состоящей из 2-ух пластинок кремния с введенными в них примесями n и p-типа. При всем этом пластинка с примесью n-типа именуется катод, p-типа – анод.
При подключении к катоду отрицательного полюса источника питания, а к аноду – положительного, вследствие притяжения электронов из области n-типа плюсом батареи в цепи начнет протекать ток. При подключении питания к диодику в оборотной полярности ток протекать не будет – электроны катода будут притягиваться к положительному полюсу батареи, «дырки» анода – к отрицательному.
В вакууме и газе
В обыкновенном состоянии газы являются обычными диэлектриками. Но при воздействии на газ высочайшей температуры, ультрафиолетового либо рентгеновского излучения он подвергается ионизации – находящиеся в нем атомы теряют свои электроны либо притягивают (захватывают) их из примыкающих атомов. Вследствие данного эндотермического процесса атомы газа теряют свою электронейтральность, и из них образуются такие носители зарядов, как ионы (анионы – негативно заряженные и катионы – положительно заряженные).Сам газ в таком состоянии именуется плазмой.
В воды
В жидкостях, владеющих электрической проводимостью (электролитах), основными носителями зарядов являются ионы, образующиеся при электролитической диссоциации солей.
Законы электрического тока
Основными законами электротехники являются такие всем известные из курса школьной физики постулаты, как:
- Закон Ома;
- Закон Фарадея;
- Закон Джоуля-Ленца.
Опасность электрического тока
Кроме нужных параметров, ток – это также довольно опасное для людского здоровья и жизни явление. Так, при соприкосновении с обнаженным проводником, в каком величина силы тока выше 0,1 Аи напряжения – 100 В, вероятны суровые электротравмы, повреждения внутренних органов и даже остановка сердца. Потому до работ на не обесточенном по любым причинам участке цепи свойства протекающего по нему электротока должны в неотклонимом порядке измеряться, дабы уместно оценивать последствия поражения током при контакте с токопроводящей поверхностью.
На заметку. При работе на электроустановках следует знать, как именуются предупреждающие знаки электрической безопасности. Это необходимо для того, дабы ориентироваться в том, как небезопасна работа на том либо ином участке цепи в случае его принужденного либо случайного нахождения под напряжением.
Таким макаром, познание природы и сущности такового явления, как электрический ток (сокращенно эл ток это), позволяет не только лишь осознать, как он протекает по тем либо другим субстанциям, но и понять опасность данного явления для людского здоровья при неаккуратном воззвании с находящимися под напряжением проводниками, вышедшими из строя электроприборами.
Сила тока
Для большинства людей электрический ток — это что-то из категории магии вне Хогвартса. По сути, это всего только упорядоченность природных явлений и больше ничего. Давайте перебегать в категорию разбирающегося меньшинства.
О чем эта статья:
Поделиться статьей
Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы увидели ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).
Электрический ток
По проводам течет электрический ток. При этом он конкретно «течет», фактически как вода. Представим, что вы — счастливый крестьянин, который решил полить свой огород из шланга. Вы немножко приоткрыли кран, и вода сразу побежала по шлангу. Медлительно, но все-же побежала.
Сила струи очень слабенькая. Позже вы приняли решение, что напор нужен побольше и открыли кран на полную катушку. В итоге струя хлынет с таковой силой, что ни один помидор не остается без внимания, хотя в обоих случаях поперечник шланга одинаков.
А сейчас представьте, что вы наполняете два ведра из 2-ух шлангов. У зеленоватого напор посильнее, у желтоватого — слабее. Резвее наполнится то ведро, в которое льется вода из шланга с сильным напором. Все дело в том, что объем воды за равный промежуток времени из 2-ух различных шлангов тоже различный. Другими словами, из зеленоватого шланга количество молекул воды выбежит намного больше, чем из желтоватого за равный период времени.
Если мы возьмем проводник с током, то будет происходить то же самое: заряженные частички будут двигаться по проводнику, как и молекулы воды. Если больше заряженных частиц будет двигаться по проводнику, то «напор» тоже возрастет.
- Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц.
Сила тока
Сходу появляется потребность в величине, которой мы будем «напор» электрического тока определять. Такая, дабы она зависела от количества частиц, которые протекают по проводнику.
Сила тока — это физическая величина, которая указывает, какой заряд прошел через проводник за единицу времени.
Как обозначается сила тока?
Сила тока обозначается буковкой I
Сила тока
I = q/t
Сила тока измеряется в амперах. Единица измерения выбрана не просто так.
Во-1-х, она названа в честь физика Андре-Мари Ампера, который занимался исследованием электрических явлений. А во-2-х, единица этой величины выбрана на базе явления взаимодействия 2-ух проводников.
Тут аналогии с водопроводом провести, как досадно бы это не звучало, не получится. Шланги с водой не притягиваются и не отталкиваются поблизости друг дружку (а жалко, было бы весело).
Когда ток проходит по двум параллельным проводникам в одном направлении, проводники притягиваются. А когда в обратном направлении (по тем же проводникам) — отталкиваются.
За единицу силы тока 1 А принимают силу тока, при которой два параллельных проводника длиной 1 м, находящиеся на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, ведут взаимодействие с силой 0,0000002 Н.
Задачка
Отыскать силу тока в цепи, если за 2 секунды в ней проходит заряд, равный 300 мКл.
Решение:
Возьмем формулу силы тока
I = 300 мКл / 2 с = 150 мА
Ответ: сила тока в цепи равна 150 мА
Дабы отлично уяснить теорию, необходимо много практики. Традиционный курс по физике для 10 класса в онлайн-школе Skysmart — хорошая возможность попрактиковаться в решении задач.
Проводники и диэлектрики
Некоторые делят мир на темное и белоснежное, а мы — на проводники и диэлектрики.
- Проводники — это материалы, которые проводят электрический ток. Самыми наилучшими проводниками являются металлы.
- Диэлектрики — материалы, которые не проводят электрический ток. Изи!
Медь, железо, алюминий, олово, свинец, золото, серебро, хром, никель, вольфрам
Воздух, дистиллированная вода, поливинилхлорид, янтарь, стекло, резина, целофан, полипропилен, полиамид, сухое дерево, каучук
То, что диэлектрик не проводит электрический ток, не означает, что он не может копить заряд. Скопление заряда не находится в зависимости от способности его передавать.
Направление тока
Ранее в учебниках по физике писали так: когда-то издавна приняли решение, что ток ориентирован от плюса к минуса, а позже узнали, что по проводам текут электроны. Но электроны эти — отрицательные, а означает к минусу идти не могут. Но раз уже договорились о направлении, потому оставим, как есть. Вопрос тогда появлялся у всех: почему нельзя поменять направление тока? Но ответ так никто и не получил.
На данный момент пишут мало по другому: положительные частички текут по проводнику от плюса к минусу, туда и ориентирован ток. Тут вопросов ни у кого не появляется.
Так и какая версия верна?
По сути, обе. Носители заряда в каждом типе материала различные. В металлах — это электроны, в электролитах — ионы. У каждого типа частиц свои знаки и потребность в том, дабы бежать к обратно заряженному полюса источника тока.
Не будем же мы для каждого типа материала выбирать направление тока, дабы решить задачку! Потому принято направлять ток от плюса к минусу. В большинстве задач школьного курса направление тока роли не играет, но есть то самое каверзное меньшинство, где этот момент будет очень принципиальным. Потому запомните — направляем ток от плюса к минусу.
Источник тока
Вода в шланге берется из водопровода, ключа с водой в земле — в общем, не из ниоткуда. Электрический ток тоже имеет свой источник.
В качестве источника может выступить, к примеру, гальванический элемент (обычная батарейка). Батарейка работает на базе хим реакций в ней. Эти реакции выделяют энергию, которая позже передается электрической цепи.
У любого источника непременно есть полюса — «плюс» и «минус». Полюса — это его последние положения. На самом деле клеммы, к которым присоединяется электрическая цепь. Фактически, ток как раз течет от «+» к «-».
Амперметр
Мы знаем, куда ток ориентирован, в чем измеряется сила тока, как ее вычислить, зная заряд и время, за которое этот заряд прошел. Осталось только измерить.
Устройство для измерения силы тока именуется амперметр. Его включают в электрическую цепь последовательно с тем проводником, в каком ток определяют.
Амперметры бывают очень различными по принципу деяния: электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические, термические и индукционные — и это только самые распространенные.
Мы разглядим только принцип деяния термического амперметра, так как для осознания принципа деяния других устройств следует знать, что такое магнитное поле и катушки.
Термический амперметр основан на свойстве тока нагревать провода. Устроен так: к двум недвижным зажимам присоединена узкая проволока. Эта узкая проволока оттянута вниз шелковой нитью, связанной с пружиной. По пути эта нить петлей обхватывает недвижную ось, на которой закреплена стрелка. Измеряемый ток подводится к недвижным зажимам и проходит через проволоку (на рисунке стрелками показан путь тока).
Под действием тока проволока малость нагреется, из-за чего удлинится, вследствие этого шелковая нить, прикрепленная к проволоке, оттянется пружиной. Движение нити повернет ось, а означает и стрелку. Стрелка покажет величину измерения.
