Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц. В жестких телах это движение электронов (негативно заряженных частиц) в водянистых и газообразных телах это движение ионов (положительно заряженных частиц). Более того ток бывает неизменным и переменным, и у них совершенно различное движение электрических зарядов. Дабы отлично осознать и усвоить тему движение тока в проводниках пожалуй поначалу необходимо более тщательно разобраться с основами электрофизики. Конкретно с этого я и начну.
Итак, как вообщем происходит движение электрического тока? Понятно, что вещества состоят из атомов. Это простые частички вещества. Строение атома припоминает нашу галлактику, где в центре размещено ядро атома. Оно состоит из плотно прижатых друг к другу протонов (положительных электрических частиц) и нейтронов (электрически нейтральных частиц). Вокруг этого ядра с большой скоростью по своим орбитам крутятся электроны (более маленькие частички, имеющие отрицательный заряд). У различных веществ количество электронов и орбит, по которым они крутятся, может быть разным. Атомы жестких веществ имеют так именуемую кристаллическую решетку. Это структура вещества, по которой в определенной порядке размещаются атомы относительно друг дружку.
А где же здесь может появиться электрический ток? Оказывается, что у некоторых веществ (проводников тока) электроны, что более удалены от собственного ядра, могут отрываться от атома и перебегать на примыкающий атом. Это движение электронов именуется свободным. Просто электроны передвигаются снутри вещества от 1-го атома к другому. Но вот если к этому веществу (электрическому проводнику) подключить наружное электромагнитное поле, тем создав электрическую цепь, то все свободные электроны начнут двигаться в одном направлении. Конкретно это и есть движение электрического тока снутри проводника.
Сейчас давайте разберемся с тем, что собой представляет неизменный и переменный ток. Итак, неизменный ток всегда движется исключительно в одном направлении. Как говорилось в самом начале — в жестких телах движутся электроны, а в водянистых и газообразных движутся ионы. Электроны, это негативно заряженные частички. Поэтому, в жестких телах электрический ток течет от минуса к плюсу источника питания (передвигаются электроны по электрической цепи). В жидкостях и газах ток движется сходу в 2-ух направлениях, а поточнее, сразу, электроны текут к плюсу, а ионы (отдельные атомы, что не связаны между собой кристаллической решеткой, они каждый сам по для себя) текут к минусу источника питания.
Учеными же было принято официально считать, что движение происходит от плюса к минусу (напротив, чем это происходит в реальности). Так что, с научной точки зрения верно гласить, что электрический ток движется от плюса к минусу, а с реальной точки зрения (электрофизическая природа) вернее считать, что ток течет от минуса к плюсу (в жестких телах). Наверняка это изготовлено для какого-то удобства.
Сейчас, что касается переменного электрического тока. Здесь уже незначительно все труднее. Если в случае неизменного тока движение заряженных частиц имеет только одно направление (на физическом уровне электроны со знаком минус текут к плюсу), то при переменном токе направление движения временами изменяется на обратное. Вы наверняка слышали, что в обыкновенной городской электросети переменное напряжение величиной 220 вольт и стандартной частотой 50 герц. Итак вот эти 50 герц молвят о том, что электрический ток за секунду успевает 50 раз пройти полный цикл, имеющий синусоидальную форму. Практически за секунду направление тока изменяется аж 100 раз (за один цикл изменяется дважды).
Как течет ток
Электрический ток может быть представлен как направленное перемещение заряженных частиц, за которые обычно принимаются носители отрицательного заряда либо электроны. Это утверждение справедливо для твёрдых проводников, где неизменное присутствие свободных заряженных частиц считается нормой. Для водянистых и газообразных сред такими носителями являются положительно заряженные ионы, средством которых осуществляется перенос вещества.
Физическая суть
Для чёткого осознания того, как течёт ток, поначалу будет нужно ознакомиться с основными физическими явлениями, приводящими к образованию упорядоченного потока. Согласно молекулярно-атомистической теории, все природные тела (независимо от их агрегатного состояния) состоят из молекул и атомов, в состав которых входят негативно заряженные электроны.
Для выяснения принципов образования потока заряженных частиц удобнее всего представить состав физических тел следующим образом:
- Входящие в состав молекул атомы условно представляются в виде находящегося в центре ядра и крутящихся вокруг него со скоростью света электронов;
- За счёт различной полярности этих 2-ух составляющих их композиция в обычных критериях имеет нулевой заряд;
Дополнительная информация. В атомах любого хим элемента количество крутящихся на орбитах электронов равно суммарному заряду ядра, что обеспечивает их электрическую нейтральность.
- В атомах некоторых веществ на внешних оболочках имеется огромное количество электронов, которые к тому же удалены от ядра на значимые по атомным меркам расстояния;
- В отдельные моменты времени некоторые из них срываются со собственных орбит и начинают свободно «блуждать» между атомами, притягиваясь к примыкающим ядрам либо отталкиваясь от их электронов.
Вследствие этих процессов в железных предметах возникают свободные заряды, которые при приложении обратных по знаку электрических потенциалов (напряжения) начинают упорядоченно передвигаться.
Направленное движение свободных носителей заряда в твёрдых телах (проводниках) и именуется электрическим током.
В субстанциях с малым содержанием свободных электронов обозначенное перемещение либо совершенно нереально (диэлектрики), либо ограничивается маленькой величиной. Такие недостаточно насыщенные носителями электричества материалы именуются полупроводниками.
Виды токов
Потоки электронов, имеющиеся в проводящих материалах, могут двигаться всё время в одну сторону или повсевременно поменять своё направление. В первом случае они сформировывают переменный, а во 2-м – неизменный токи.
Переменные потоки образуются под воздействием меняющихся по собственной величине и знаку напряжений, прикладываемых к концам проводника, а для получения неизменного токового сигнала применяется разность потенциалов одной полярности.
Направьте внимание! Меняющиеся токи протекают по проводке хоть какой квартиры, а примером 2-ой разновидности может служить однонаправленное движение электронов в аккумах либо батарейках.
Исторически сложилось так, что в цепи неизменного потока за его направление принято считать движение от «плюса» источника питания к его «минусу». Хотя в реальности носители отрицательного заряда передвигаются в прямо обратном направлении (от «минуса» к «плюсу»). Но принятое ранее условное направление так закрепилось в сознании людей, что его оставили постоянным, полагая полностью условным значение этого параметра.
Для того дабы разобраться с тем, куда текут переменные токи, следует отталкиваться конкретно от их определения. В этой ситуации под воздействием переменного потенциала (напряжения) они меняют своё направление с определённой периодичностью.
Принципиально! В русских бытовых сетях переменное напряжение имеет частоту 50 Герц. С соответственной периодичностью меняет своё направление и текущий по проводке ток.
В забугорных электрических сетях (в США и Стране восходящего солнца, а именно) данная частота составляет 60 Герц, что несколько увеличивает эффективность с одновременным возрастанием утрат в питающих линиях.
Переменный ток (график)
Двунаправленное перемещение зарядов
В большинстве металлов сразу с потоком электронов наблюдается оборотное движение обратных по знаку частиц, образованных положительно заряженными атомами. Их перемещение совпадает с исторически сложившимся определением (от «плюса» к «минусу»), так что при желании за настоящее направление можно принимать движение этих составляющих вещества.
Добавим к произнесенному, что в жидкостях и газах имеющие разные заряды атомные частички (уже упоминавшиеся ионы и электроны) также движутся в обратных направлениях. Таковой метод формирования потока частиц в цепи именуется электролизом, который обширно применяется в разных отраслях промышленного производства.
В заключение отметим, что в отличие от теоретического взора, на практике условно выбранное направление перемещения электронов в определенной электрической схеме имеет принципное значение. Неважно какая цепочка из включённых в неё радиоэлементов начально рассчитывается на определённую полярность подаваемого напряжения, а, поэтому, и на данное направление создаваемого токового сигнала.
Направление тока: от минуса к плюсу либо напротив?
Все мы отлично знаем, что электричество представляет собой направленный поток заряженных частиц в итоге воздействия электрического поля. Это для вас произнесет хоть какой школьник. А вот вопрос о том, каково направление тока и куда деваются эти самые частички, многих может поставить в тупик.
Сущность вопроса
Как понятно, в проводнике электричество переносят электроны, в электролитах – катионы и анионы (либо просто ионы), в полупроводниках электроны работают с так именуемыми «дырками», в газах – ионы с электронами. От наличия свободных простых частиц в том либо ином материале и зависит его электропроводность. При отсутствии электрического поля в железном проводнике ток идти не будет. Но как на 2-ух его участках возникнет разность потенциалов, т.е. появится напряжение, в движении электронов закончится хаос и наступит порядок: они начнут отталкиваться от минуса и направятся в сторону плюса. Казалось бы, вот и ответ на вопрос «Каково направление тока?». Но не тут-то было. Довольно заглянуть в энциклопедический словарь либо просто в хоть какой учебник по физике, как сходу станет приметно некое противоречие. Там говорится, что условно словосочетание «направление тока» обозначает направленное движение положительных зарядов, другими словами: от плюса к минусу. Как быть с этим утверждением? Ведь тут невооруженным глазом приметно противоречие!
Сила привычки
Когда люди научились составлять цепь неизменного тока, они еще не знали о наличии электрона. Тем паче, в то время не подозревали что он движется от минуса к плюсу. Когда Ампер предложил в первой половине 19-го столетия направление тока от плюса к минусу, все восприняли это как подабающее и это решение никто не стал оговаривать. Прошло 70 лет, пока люди не узнали, что ток в металлах получается благодаря движениям электронов. А когда они это сообразили (это случилось в 1916 году), все так привыкли к произведенному Ампером выбору, что уже не стали ничего поменять.
«Золотая середина»
В электролитах негативно заряженные частички движутся к катоду, а положительные — к аноду. То же самое происходит и в газах. Если поразмыслить, какое направление тока будет в данном случае, в голову идёт только один вариант: перемещение разнополярных электрических зарядов в замкнутой цепи происходит навстречу друг дружке. Если принять это утверждение за базу, то оно снимет имеющееся сейчас противоречие. Может быть, это вызовет удивление, но еще больше 70 годов назад Исследователи получили документальные доказательства того, что обратные по знаку электрические заряды в проводящей среде вправду движутся друг дружке навстречу. Данное утверждение будет справедливо для любого проводника вне зависимости от его типа: металла, газа, электролита, полупроводника. Вроде бы там ни было, остается возлагать, что с течением времени физики избавят неурядицу в терминологии и воспримут однозначное определение того, что все-таки все-же такое направление движения тока. Привычку, естественно, поменять трудно, но ведь необходимо же в конце концов поставить все на свои места.
