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%:

Δ=75мВ+40мВ=115мВΔ=75мВ+40мВ=115мВ

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

х1 = 65,2%, х2 = 34,8%

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.

Пётр Тотов

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

Литература:

[1] – Новых. А., Эзоосмос, К.: ЛОТОС, 2013. – 312 с. http://schambala.com.ua/book/ezoosmos

[2] – Доклад «ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА» интернациональной группы учёных Международного общественного движения «АЛЛАТРА» под ред. Анастасии Новых, 2015 г. http://allatra-science.org/publication/iskonnaja-fizika-allatra

Источник: https://allatra-science.org/publication/chto-takoe-elektricheskiy-tok

Почему принято считать, что электрический ток движется от положительного заряда к отрицательному?

 

---

Достоверно известно, что электрический ток — это направленное движение электронов или, в некоторых случаях, положительных или отрицательных ионов. Электричество как таковое также связано с понятием ЭДС, то есть для тока в проводнике нужна разность потенциалов. Тогда направление движения тока при движении электронов и отрицательно заряженных ионов будет от отрицательного полюса к положительному, так как одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. Движение же положительных ионов будет связано с движением обратным по направлению. Почему тогда официально считается, что ток идет всегда от плюса к минусу и такое же направление указывается на электрических схемах?! Преподаватели физики мне отвечали, что так сложилось исторически, но ведь в двух случаях из трех это ошибка. Так тогда как понимать?

---

Дело в том, что электрический ток стали изучать задолго до того, как разобрались с его «переносчиками». Наверное, первые систематические опыты с ним можно датировать 1801 годом, когда итальянский учёный Алессандро Вольта опустил в банку с кислотой две пластинки — цинковую и медную. Так возникла первая батарея — Вольтов столб, хотя, безусловно, электрические явления не были в тот период новостью. Например, в то же время Бруньятелли осуществил посеребрение, оцинкование и омеднение электродов. Позже последовали опыты Эрстеда, Ампера, Ома, Фарадея и множества других исследователей. В 1861-1862 годах английский физик Джеймс Кларк Максвелл опубликовал свои труды, которые привели к возникновению четырёх уравнений Максвелла — своеобразное обобщение  всех классических электрических и магнитных явлений. Исследования об электричестве и магнетизме стали единой классической электродинамикой. То есть на тот момент людям уже пришлось договориться о единых понятиях направления тока, но что именно выступает в проводниках в качестве переносчика зарядов, тогда известно не было.

Электроны в чистом виде были выделены только в 1869 году немецким исследователем Иоганном Вильгельом Гитторфом, когда он впервые наблюдал катодные лучи — потоки электронов, испускаемых катодом. Они используются в старых телевизорах, осциллографах, радиолампах и электронных микроскопах. Это случилось уже позже формирования уравнений Максвелла, кроме того, на осознание, что именно такое катодные лучи, то есть на собственно открытие электрона ушло ещё 28 лет, пока этим вопрос вплотную не занялся английский физик Джозеф Джон Томсон.
 

2. Электрический ток. Электрическая цепь. Гальванические элементы. Аккумуляторы

Электрический ток — направленное, упорядоченное движение электрических зарядов.

Электрические заряды могут быть разными. Это могут быть электроны или ионы (положительно или отрицательно заряженные).
Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать в нём электрическое поле. Под действием поля электрические заряды начнут перемещаться, возникнет электрический ток.

 

Обрати внимание!

Условия существования электрического тока:

• наличие свободных электрических зарядов;
• наличие электрического поля, которое обеспечивает движение зарядов;
• замкнутая электрическая цепь.
Электрическое поле создают источники электрического тока.

Источник тока — это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию.

В любом источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц, которые накапливаются на полюсах источника.

 

Существуют различные виды источников тока:

  

• Механический источник тока — механическая энергия преобразуется в электрическую энергию. Сюда относятся: электрофорная машина, динамо-машина, генераторы.

 

Рис. \(1\). Электрофорная машина

 

Диски электрофорной машины приводятся во вращение в противоположных направлениях. В результате трения щёток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака.

 

• Тепловой источник тока — внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию.

 

 

 

Рис. \(2\). Тепловой источник тока

 

К нему относится термоэлемент. Две проволоки из разных металлов спаяны с одного края. Затем место спая нагревают, тогда между другими концами этих проволок появляется напряжение.

 

• Световой источник тока — энергия света преобразуется в электрическую энергию.  Сюда относится фотоэлемент.

 

Рис. \(3\). Световой источник тока

 

При освещении некоторых полупроводников световая энергия превращается в электрическую. Из фотоэлементов составлены солнечные батареи.

 

• Химический источник тока — внутренняя энергия преобразуется в электрическую в результате протекающих химических реакций.
Примером такого источника является гальванический элемент. 

 

 

Рис. \(4\). Химический источник тока

 

Угольный стержень У (с металлической крышкой М) помещают в полотняный мешочек, наполненный смесью оксида марганца с углём С, а затем  в цинковый сосуд Ц. Оставшееся пространство заполняют желеобразным раствором соли Р. При протекании химической реакции цинк заряжается отрицательно (отрицательный электрод), а угольный стержень — положительно (положительный электрод). Между заряженным угольным стержнем и цинковым сосудом возникает электрическое поле.

Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею.

 

 

Рис. \(5\). Батарея гальванических элементов

 

Источники тока на основе гальванических элементов применяются в бытовых автономных электроприборах, источниках бесперебойного питания. Они являются одноразовыми. В быту часто используют батарейки, которые можно подзаряжать многократно. Их называют аккумуляторами.

 

 

 

Рис. \(6\). Аккумуляторы

 

Простейший аккумулятор состоит из сосуда, наполненного слабым раствором серной кислоты в воде, в который опущены две свинцовые пластины (электроды). Чтобы аккумулятор стал источником тока, его надо зарядить. Если обе пластины соединить с полюсами какого-либо источника электрической энергии, то электрический ток, проходя через раствор, зарядит один электрод положительно, а другой — отрицательно. Такие аккумуляторы называют кислотными или свинцовыми. Кроме них ещё существуют щелочные или железоникелевые аккумуляторы. В металлогидридных аккумуляторах отрицательный электрод состоит из порошкообразного железа, а положительный из гидроокиси никеля с добавками графита и окиси бария. Электролитом служит раствор едкого калия с добавками моногидрата лития. 
Аккумуляторы используют в автомобилях, электромобилях, сотовых телефонах, железнодорожных вагонах и даже на искусственных спутниках Земли.
Наряду с источниками тока существуют различные потребители электроэнергии: лампы, пылесосы, компьютеры и многие другие.

 

Элементы электрической цепи:

• источник напряжения;
• потребители: резисторы, лампы, реостат…
• измерительные приборы: вольтметр, амперметр, ваттметр, омметр;
• соединительные провода;
• ключи для размыкания и переключения цепи.

Для поддержания электрического тока в цепи необходимы источники электрической энергии: источники электрического тока, источники электрического напряжения.

Источник ЭДС (идеальный источник напряжения) — двухполюсник, на зажимах которого электродвижущая сила (и напряжение) всегда поддерживается постоянным значением.

Источник электрического тока — двухполюсник, создающий ток постоянного значения, не зависящего от значения сопротивления на подключенной нагрузке. Внутреннее сопротивление такого источника приближается к бесконечности.

 

Необходимое условие существования тока  – замкнутая цепь! Это означает, что все элементы цепи должны быть проводниками электричества и в цепи не должно быть разрывов. В случае размыкания цепи ток прекращает течь. Именно размыкание цепи и лежит в основе работы всех реле, кнопок и выключателей.

  

Порядок сборки электрической цепи указывается на специальном чертеже, который принято называть схемой.

  

 

Рис. \(7\). Схема 

 

Приборы на схемах обозначают условными знаками. Вот некоторые из них:

Таблица 1. Некоторые приборы и их обозначения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Источники:

Рис. 2. Тепловой источник тока. © ЯКласс.
Рис. 3. Световой источник тока. © ЯКласс.
Рис. 4. Химический источник тока. © ЯКласс.
Рис. 5. Батарея гальванических элементов. © ЯКласс.

http://www.fizika.ru/kniga/index.php?mode=paragraf&theme=09&id=9010
http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669ba06a-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/3_8.swf

Понятие об электрическом токе

Электрическим током называется упорядоченный поток отрицательно заряженных элементарных частиц – электронов. Электрический ток необходим для освещения домов и улиц, обеспечения работоспособности бытовой и производственной техники, движения городского и магистрального электротранспорта и.т.п.

Электрический ток

 

 

 

• Rн – сопротивление нагрузки
• A – индикатор
• К – коммутатор цепи

Ток – количество зарядов прошедших в единицу времени через поперечное сечение проводника.

Исторически принято считать, что ток в замкнутой цепи, движется от положительного, к отрицательному полюсу источника питания.

• I – сила тока
• q – количество электричества
• t – время

Единицу силы тока называют амперам А, по имени французского учёного Ампера.

1А = 103мА = 106мкА

Плотность электрического тока

Электрическому току присущ ряд физических характеристик, имеющих количественные значения, выражаемые в определенных единицах. Основными физическими характеристиками электротока являются его сила и мощность. Сила тока количественно выражается в амперах, а мощность тока – в ваттах. Не менее важной физической величиной считается векторная характеристика электрического тока, или плотность тока. В частности, понятием плотности тока пользуются при проектировании линий электропередач.

• J – плотность электрического тока А / ММ2
• S – площадь поперечного сечения
• I – ток

Постоянный и переменный ток

Электропитание всех электрических устройств осуществляется постоянным либо переменным током.

Электрический ток, направление и значение которого не меняются, называется постоянным.

Электрический ток, направление и значение которого способны изменяться называется переменным.

Электропитание многих электротехнических устройств осуществляется переменным током, изменение которого графически представлено в виде синусоиды.

Использование электрического тока

Можно с уверенностью констатировать, что самым великим достижением человечества является открытие электрического тока и его использование. От электрического тока зависят тепло и свет в домах, поступление информации из внешнего мира, общение людей, находящихся в различных точках планеты, и многое другое.

Современную жизнь невозможно представить без повсеместного наличия электричества. Электричество присутствует абсолютно во всех сферах жизнедеятельности людей: в промышленности и сельском хозяйстве, в науке и космосе.

Электричество также является неизменной составляющей повседневного быта человека. Такое повсеместное распространение электричества стало возможным благодаря его уникальным свойствам. Электрическая энергия может мгновенно передаваться на огромные расстояния и преобразовываться в различные виды энергий иного генезиса.

Основными потребителями электрической энергии являются промышленная и производственная сферы. При помощи электроэнергии приводятся в действие различные механизмы и устройства, осуществляются многоэтапные технологические процессы.

Невозможно переоценить роль электроэнергии в обеспечении работы транспорта. Практически полностью электрифицирован железнодорожный транспорт. Электрификация железнодорожного транспорта сыграла значительную роль в обеспечении пропускной способности дорог, увеличении скорости передвижения, снижении себестоимости пассажироперевозок, решении проблемы экономии топлива.

Наличие электричества является непременным условием обеспечения комфортных условий жизни людей. Вся бытовая техника: телевизоры, стиральные машины, микроволновые печи, нагревательные приборы – нашла свое место в жизни человека только благодаря развитию электротехнического производства.

Главенствующая роль электроэнергии в развитии цивилизации неоспорима. Нет такой области в жизни человечества, которая обходилась бы без потребления электрической энергии и альтернативу которой могла бы составить мускульная сила.

что это такое и как он возникает

Без электричества невозможно представить жизнь современного человека. Вольты, Амперы, Ватты – эти слова звучат в разговоре об устройствах, которые работают от электричества. Но что это такое электрический ток и каковы условия его существования? Об этом мы расскажем далее, предоставив краткое объяснение для начинающих электриков.

Определение

Электрическим током является направленное движение носителей зарядов – это стандартная формулировка из учебника физики. В свою очередь носителями заряда называются определенные частицы вещества. Ими могут быть:

• Электроны – отрицательные носители заряда.
• Ионы – положительные носители заряда.

Но откуда берутся носители заряда? Для ответа на этот вопрос нужно вспомнить базовые знания о строении вещества. Всё что нас окружает – вещество, оно состоит из молекул, мельчайших его частиц. Молекулы состоят из атомов. Атом состоит из ядра, вокруг которого движутся электроны на заданных орбитах. Молекулы также хаотично движутся. Движение и структура каждой из этих частиц зависят от самого вещества и влияния на него окружающей среды, например температуры, напряжения и прочего.

Ионом называют атом, у которого изменилось соотношение электронов и протонов. Если изначально атом нейтрален, то ионы в свою очередь делят на:

• Анионы – положительный ион атома, потерявшего электроны.
• Катионы – это атом с «лишними» электронами, присоединившиеся к атому.

Единица измерения тока – Ампер, согласно закону Ома он вычисляется по формуле:

I=U/R,

где U – напряжение, [В], а R – сопротивление, [Ом].

Или прямопропорционален количеству заряда, перенесенному за единицу времени:

I=Q/t,

где Q – заряд, [Кл], t – время, [с].

Условия существования электрического тока

Что такое электрический ток мы разобрались, теперь давайте поговорим о том, как обеспечить его протекание. Для протекания электрического тока необходимо выполнение двух условий:

1. Наличие свободных носителей заряда.
2. Электрическое поле.

Первое условие существования и протекания электричества зависит от вещества, в котором протекает (или не протекает) ток, а также его состояния. Второе условие также выполнимо: для существования электрического поля обязательно наличие разных потенциалов, между которыми находится среда, в которой будут протекать носители заряда.

Напомним: Напряжение, ЭДС – это разность потенциалов. Отсюда следует, что для выполнения условий существования тока – наличия электрического поля и электрического тока, нужно напряжение. Это могут быть обкладки заряженного конденсатора, гальванический элемент, ЭДС возникшее под действием магнитного поля (генератор).

Как он возникает, мы разобрались, давайте поговорим о том, куда он направлен. Ток, в основном, в привычном для нас использовании, движется в проводниках (электропроводка в квартире, лампочки накаливания) или в полупроводниках (светодиоды, процессор вашего смартфона и другая электроника), реже в газах (люминесцентные лампы).

Так вот основными носителями заряда в большинстве случаев являются электроны, они движутся от минуса (точки с отрицательным потенциалом) к плюсу (точке с положительным потенциалом, подробнее об этом вы узнаете ниже).

Но интересен тот факт, что за направление движения тока было принято движение положительных зарядов – от плюса к минусу. Хотя фактически всё происходит наоборот. Дело в том, что решение о направлении тока было принято до изучения его природы, а также до того, как было определено за счет чего протекает и существует ток.

Электрический ток в разных средах

Мы уже упоминали о том, что в различных средах электрический ток может различаться по типу носителей заряда. Среды можно разделить по характеру проводимости (по убыванию проводимости):

1. Проводник (металлы).
2. Полупроводник (кремний, германий, арсенид галия и пр).
3. Диэлектрик (вакуум, воздух, дистиллированная вода).

В металлах

В металлах есть свободные носители зарядов, их иногда называют «электрическим газом». Откуда берутся свободные носители зарядов? Дело в том, что металл, как и любое вещество, состоит из атомов. Атомы, так или иначе движутся или колеблются. Чем выше температура металла, тем сильнее это движение. При этом сами атомы в общем виде остаются на своих местах, собственно и формируя структуру металла.

В электронных оболочках атома обычно есть несколько электронов, у которых связь с ядром достаточно слабая. Под воздействием температур, химических реакций и взаимодействия примесей, которые в любом случае находятся в металле, электроны отрываются от своих атомов, образуются положительно заряженные ионы. Оторвавшиеся электроны называются свободными и двигаются хаотично.

Если на них будет воздействовать электрическое поле, например, если подключить к куску металла батарейку – хаотичное движение электронов станет упорядоченным. Электроны от точки, в которую подключен отрицательный потенциал (катод гальванического элемента, например), начнут двигаться к точке с положительным потенциалом.

В полупроводниках

Полупроводниками являются такие материалы, в которых в нормальном состоянии нет свободных носителей заряда. Они находятся в так называемой запрещенной зоне. Но если приложить внешние силы, такие как электрическое поле, тепло, различные излучения (световое, радиационное и пр.), они преодолевают запрещенную зону и переходят в свободную зону или зону проводимости. Электроны отрываются от своих атомов и становятся свободными, образуя ионы – положительные носители зарядов.

Положительные носители в полупроводниках называются дырками.

Если просто передать энергию полупроводнику, к примеру нагреть, начнется хаотичное движение носителей заряда. Но если речь идет о полупроводниковых элементах, типа диода или транзистора, то на противоположных концах кристалла (на них нанесен металлизированный слой и припаяны выводы) возникнет ЭДС, но это не относится к теме сегодняшней статьи.

Если приложить источник ЭДС к полупроводнику, то носители заряда также перейдут в зону проводимости, а также начнется их направленное движение – дырки пойдут в сторону с меньшим электрическим потенциалом, а электроны – в сторону с большим.

В вакууме и газе

Вакуумом называют среду с полным (идеальный случай) отсутствием газов или минимизированным (в реальности) его количеством. Так как в вакууме нет никакого вещества, то и носителям заряда браться не откуда. Однако протекание тока в вакууме положило начало электронике и целой эпохе электронных элементов – электровакуумных ламп. Их использовали в первой половине прошлого века, а в 50-х годах они начали постепенно уступать месту транзисторам (в зависимости от конкретной сферы электроники).

Допустим, что у нас есть сосуд, из которого откачали весь газ, т.е. в нём полный вакуум. В сосуд помещено два электрода, назовем их анод и катод. Если мы подключим к катоду отрицательный потенциал источника ЭДС, а к аноду положительный – ничего не произойдет и ток протекать не будет. Но если мы начнем нагревать катод – ток начнет протекать. Этот процесс называется термоэлектронной эмиссией – испускание электронов с нагретой поверхности электрона.

На рисунке изображен процесс протекания тока в вакуумной лампе. В вакуумных лампах катод нагревают расположенной рядом нитью накала на рис (Н), типа такой, как в осветительной лампе.

При этом, если изменить полярность питания – на анод подать минус, а на катод подать плюс – ток протекать не будет. Это докажет, что ток в вакууме протекает за счет движения электронов от КАТОДА к АНОДУ.

Газ также как и любое вещество состоит из молекул и атомов, это значит, что если газ будет находиться под воздействием электрического поля, то при определенной его силе (напряжение ионизации) электроны оторвутся от атома, тогда будут выполнены оба условия протекания электрического тока – поле и свободные носители.

Как уже было сказано, этот процесс называется ионизацией. Она может происходить не только от приложенного напряжения, но и при нагреве газа, рентгеновском излучении, под воздействием ультрафиолета и прочего.

Ток через воздух потечет, даже если между электродами установить горелку.

Протекание тока в инертных газах сопровождается люминесценцией газа, это явление активно используется в люминесцентных лампах. Протекание электрического тока в газовой среде называется газовым разрядом.

В жидкости

Допустим, что у нас есть сосуд с водой в который помещены два электрода, к которым подключен источник питания. Если вода дистиллированная, то есть чистая и не содержит примесей, то она является диэлектриком. Но если мы добавим в воду немного соли, серной кислоты или любого другого вещества, образуется электролит и через него начнет протекать ток.

Электролит – вещество, которое проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы.

Если в воду добавить медный купорос, то на одном из электродов (катоде) осядет слой меди – это называется электролиз, что доказывает что электрический ток в жидкости осуществляется за счет движения ионов – положительных и отрицательных носителей заряда.

Электролиз – физико-химический процесс, который заключается в выделении на электродах компонентов составляющих электролит.

Таким образом происходит омеднение, золочения и покрытие другими металлами.

Заключение

Подведем итоги, для протекания электрического тока нужны свободные носители зарядов:

• электроны в проводниках (металлы) и вакууме;
• электроны и дырки в полупроводниках;
• ионы (анионы и катионы) в жидкости и газах.

Для того, чтобы движение этих носителей стало упорядоченны, нужно электрическое поле. Простыми словами — приложить напряжение на концах тела или установить два электрода в среде, где предполагается протекание электрического тока.

Также стоит отметить, что ток определенным образом воздействует на вещество, различают три типа воздействия:

• тепловое;
• химическое;
• физическое.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезно видео, в котором более подробно рассматриваются условия существования и протекания электрического тока:

Полезное по теме:

виды и применение электротока, основные понятия, движение носителей заряда, формулы

Применение электрического тока разнообразно, поскольку невозможно представить без него жизнь человечества. Следует понимать его природу возникновения, чтобы направить энергию во благо, а не во вред. Электрический ток подчиняется законам физики, которые используются для изготовления различных устройств. Для его грамотного использования нужно знать основные электрические величины.

Основные понятия

Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц, благодаря которым может порождаться электромагнитное поле. К заряженным частицам можно отнести следующие: электроны, протоны, нейтроны, дырки и ионы. В научной литературе нейтрон не имеет заряда, однако участвует в образовании электромагнитного поля.

Кроме того, некоторые не знают, почему электроток является векторной величиной. Это утверждение следует из его определения, поскольку он имеет направление. В некоторых источниках можно встретить такое определение: электроток — скорость, с которой происходит изменение зарядов элементарных частиц в определенный момент времени. Ток характеризуется силой и напряжением (разность потенциалов). Свойства, которыми обладает электроток: тепловое, механическое, химическое и создание электромагнитного поля.

Сила и тип тока

Сила тока — количество заряженных частиц, проходящих через проводник за единицу времени, равную одной секунде. Материалы по проводимости делятся на три группы: проводники, полупроводники и диэлектрики. Проводники — вещества, которые способны проводить ток, поскольку в них есть свободные электроны. Их наличие можно выяснить по таблице Д. И. Менделеева, воспользовавшись электронной конфигурацией химического элемента.

Полупроводники могут проводить поток заряженных частиц при определенных условиях. Простым примером является полупроводниковый диод, проводящий ток только в одном направлении. (-7) Н.

Упрощенный вариант формулировки следующий: сила электротока, при которой через площадь поперечного сечения проводника за единицу времени t проходит количество электричества Q, называется ампером. Определение записывается в виде формулы и имеет следующий вид: I = Q / t.

Бывают вспомогательные единицы измерения, к которым относят мА (0,001 А), кА (1000 А) и т. д.

Значение силы тока измеряется при помощи амперметра, который подключается в цепь последовательно. Видов электрического тока всего два: постоянный и переменный. Если ток остается постоянным или изменяется по величине, не меняя направления, то он называется постоянным.

Переменный ток изменяется по амплитудному значению и направлению протекания по какому-либо закону. Его основной характеристикой является частота. По закону изменения амплитуды их можно разделить на следующие виды: синусоидальные и несинусоидальные. Первые изменяются по гармоническому закону и его графиком является синусоида. Формула синусоидального тока включает в себя максимальное значение силовой характеристики Iм, время t и угловую частоту w = 2 * 3,1416 * f (частота тока источника питания): i = Iм * sin (w * t). Еще одной величиной, характеризующей электроток, является напряжение или разность потенциалов.

Разность потенциалов

Любое вещество состоит из атомов, состоящих из элементарных частиц. Ядро обладает положительным зарядом, а вокруг него по своим орбитам вращаются электроны, имеющие отрицательный заряд. Атомы являются нейтральными, поскольку число электронов равно количеству протонов в ядре.

При потерях электронов атомами образуется электромагнитное поле, создаваемое протонами, поскольку они стремятся вернуть недостающие отрицательно заряженные частицы. Если по какой-то причине произошел избыток электронов, то формируется электромагнитное поле с отрицательной составляющей. В первом и во втором случаях формируются положительные и отрицательные потенциалы соответственно. Различие между ними называется напряжением или разностью потенциалов.

Величина различия прямо пропорциональна значению напряжения: при увеличении разницы возрастает значение напряжения. При соединении потенциалов с различными знаками возникает электроток, который стремится устранить причину разности и вернуть атом в исходное состояние.

Электрическое напряжение — работа, совершаемая электромагнитным полем по перемещению точечного заряда. Единица измерения напряжения является вольт (В), а его значение можно измерять с помощью вольтметра. Он подключается параллельно участку или электроприбору, на котором необходимо измерить разность потенциалов. 1 В является разностью потенциалов между двумя точками с зарядом 1 Кл, при котором сила электромагнитного поля совершает работу, равную 1 Дж.

Условия получения и законы

Электроток возникает при воздействии электромагнитного поля на проводник. Но также справедливо и обратное утверждение, доказывающее возникновение электрического поля в результате протекания тока. Важными условиями его получения являются такие факторы: наличие свободных электронов и источника напряжения. Наличие носителей заряда влияет на проводимость, а напряжение является внешней силой, которая способствует «вырыванию» из кристаллической решетки этих частиц.

Проводимость веществ

Носителями заряда в металлах являются электроны. При высокой температуре проводника возникает движение атомов, некоторые из них распадаются и образуются новые свободные электроны. Заряженные частицы взаимодействует с атомами и узлами кристаллической решетки, и часть энергии превращается в тепловую. Этот процесс называется электрическим сопротивлением проводника. Оно зависит от следующих составляющих:

• Температуры.
• Типа вещества.
• Длины проводника.
• Площади поперечного сечения.

При уменьшении температуры вещества происходит снижение его сопротивления. Зависимость от типа вещества объясняется тем, что каждое вещество состоит из атомов. Они образуют между собой кристаллическую решетку, причем у каждого вещества она разная. Каждый атом имеет определенную электронную конфигурацию, а следовательно, отличается от других наличием носителей заряда.

Кроме того, потоку заряженных частиц сложнее пройти через длинный проводник с маленьким значением его площади поперечного сечения.

Проводником является и электролит или жидкость, проводящая электрический ток. Носителями заряда в жидкостях являются ионы, которые бывают положительно (анионы) и отрицательно (катионы) заряжены. Электрод с положительным потенциалом называется анодом, а с отрицательным — катодом. Перемещение происходит при подаче напряжения на электроды. Катионы перемещаются к аноду, а анионы — к катоду.

При протекании тока через электролит происходит его нагревание, в результате которого увеличивается сопротивление жидкости. Некоторые газы способны проводить электроток тоже. Носителями заряда в них являются ионы и электроны, а сам «заряженный газ» называется плазмой.

Электричество в полупроводниках подчиняется тем же законам, что и в проводниках, но есть некоторые отличия. Представлять носители заряда в них могут электроны и дырки. При уменьшении температуры сопротивление его возрастает. При внешнем воздействии на полупроводник связи в кристаллической решетке ослабевают и появляются свободные электроны, а в месте, где они были, происходит образование дырки. Однако она притягивает другой электрон, который находится рядом. Так и происходит движение дырок. Следовательно, сумма дырочного и электронного электромагнитных полей образует электроток.

Основные соотношения

Все явления подчиняются физическим законам, и электричество не является исключением. Основные соотношения зависимости одной величины от других описаны в законах, которые применяются для расчета различных схем для простых и сложных устройств. Кроме того, правила помогают избежать различных аварийных ситуаций, поскольку электричество может служить и во вред человечеству, вызывая пожары, травмы и даже смерть.

Основным законом, используемым в электротехнике, является закон Ома для участка и полной цепи. Для участка цепи он показывает зависимость силы тока I от напряжения U и электрического сопротивления R и его формулировка следующая: ток, протекающий на участке цепи, прямо пропорционален значению напряжения и обратно пропорционален сопротивлению этого участка (I = U / R).

Для полной цепи, в которой существует электродвижущая сила (e) и внутреннее сопротивление источника питания: формулировка выглядит следующим образом: ток, протекающий в полной цепи, прямо пропорционален электродвижущей силе (ЭДС) и обратно пропорционален полному сопротивлению цепи с учетом внутреннего сопротивления источника питания (i = e / (R + Rвн)).

Из этих законов можно получить следствия, которые нужны для нахождения величин напряжения, ЭДС и сопротивлений. Следствия из законов Ома:

• R = U / I.
• U = I * R.
• e = i * (R + Rвн).
• R = (e / i) — Rвн.
• Rвн = (e / i) — R.

Электроток, при прохождении через проводник или полупроводник, совершает работу, при которой выделяется тепловая энергия. Это одно из его свойств. Ее численное значение определяется с помощью закона Джоуля-Ленца.

Закон показывает зависимость количества теплоты от величин напряжения и силы тока, а также времени протекания электротока.

Его формулировка следующая: количество теплоты Q, выделяемое током при протекании через проводник за единицу времени, прямо пропорционально зависит от напряжения и силы тока (Q = U * I * t). Следствия из этого закона следующие:

• • Q = sqr (I) * R * t.
  • Q = (sqr (U) * t) / R.
  • I = Q / (U * t).
  • I = sqrt ((Q / (R * t)).
  • U = Q / (I * t).
  • U = sqrt (Q * R * t).
  • t = Q / (U * I).
  • t = Q / (sqr (I) * R).

• Q = P * t.
• P = Q / t.
• t = Q / P.

Величина Р является мощностью и вычисляется по формуле: Р = U * I. Если электрический ток в цепи не совершает механическую работу и не производит никакого действия, то все электрическая энергия преобразуется в тепловую, т. е. A = Q.

Опытным путем было установлено, что при пересечении линий электромагнитной индукции проводником замкнутого типа в нем появляется электроток. Закон о влиянии электромагнитного поля на возникновение тока называется законом Фарадея. Он гласит: отрицательное значение ЭДС электромагнитной индукции в контуре, который является замкнутым, равно изменению магнитного потока с течением времени. Из закона Фарадея следует, что при движении проводника в постоянном магнитном поле на концах первого возникает разность потенциалов. Этот принцип используется для изготовления генераторов, трансформаторов и т. д.

Таким образом, электрический ток, как все явления и процессы, подчиняется определенным законам, которые позволяют не только контролировать, но и избегать негативных последствий, связанных с его работой. Производить расчеты нужно и для экономии времени, поскольку подбор номинала какого-либо элемента схемы может привести к выходу из строя устройства.

– Керченский политехнический колледж

Современное представление электрического тока.

На сегодняшний день считается, что электрический ток это направленное движение заряженных частиц – то есть движение электронов. В любом учебнике описано классическое понятие электрического тока, приводить его не имеет смысла. В это понятие не укладываются некоторые электрические явления и примеры.

1. Не имеет решения с точки зрения классического определения электрического тока следующая задача. Ток проходя через свинцовый предохранитель пережигает его. Найти скорость движения электронов в предохранителе. Нам дано: материал из которого сделан предохранитель – свинец. В справочниках мы можем посмотреть температуру плавления свинца Тпл знаем комнатную температуру при которой находится предохранитель Тком. Разница этих температур и есть искомая температура на которую надо нагреть предохранитель

Тиск.

Т_иск=Тпл-Т_ком

Q = Т_искmC+l m (Дж)

Где: m- масса предохранителя

C- удельная теплоёмкость свинца

l – плавление свинца

Соответственно ту же работу Q1=Q совершают и электроны несущие электрический ток.

Q₁=m_эV²k/2

Где: mэ- масса электрона.

V- скорость электрона.

k- количество электронов.

Зная что по классическому определению тока в процессе участвует только один электрон от каждого атома, то k-количество атомов свинца в предохранителе. При решении этой задачи V получается просто запредельная. Учитывая то, что электроны движутся по касательной к ядру атома, а не попадают в него перпендикулярно. Можно сделать предположение, что всё таки электрический ток это не движение электронов, а что то другое.

2. Явление пьезоэффекта трудно объяснить с точки зрения электрического тока. Невозможно объяснить как с механическое воздействие на объект вызывает электрический ток. И обратный процесс, электрический ток деформирует объект.

3. В промышленном производстве используется электросварка. При начале сварки в момент контакта электрода со свариваемым предметом, когда электрическая дуга ещё не зажглась. По сварочным кабелям течёт максимальный электрический ток. Так вот в этот короткий момент кабели начинают двигаться-дёргаться. Объяснить это явление с точки зрения классической теории электрического тока также невозможно.

4. Кроме того невозможно объяснить явление статического электричества. При натирании шерсти янтарём и янтарь и шерсть являются диэлектриками.

Теоретическое предположение.

Возможно электрический ток это не упорядоченное движение электронов, а упорядоченное движение ядер атомов вещества которое проводит электрический ток.

Попытаемся обосновать это предположение.

Пусть электрический ток это упорядоченное колебание ядер атомов проводника.

При отсутствии электрического тока ядро покоится в центре атома, а при воздействии электрического тока начинает вращаться. Причём если ток течёт по проводнику от вас, то ядро вращается по часовой стрелке, а при течении тока на вас, против часовой.

Эта гипотеза легко объясняет такое явление как магнетизм. Рассмотрим схематично самый простой стержневой магнит.

Предположим для простоты, что стержневой магнит имеет один виток провода. В правом проводе ток идёт от нас, а в левом проводе на нас. Соответственно правое ядро атома проводника будет вращаться по часовой стрелке, а левое ядро проводника против часовой. Во всех атомах стержневого магнита ядра сместятся в верх. Соответственно в верху будет S в низу N. При пропадании электрического тока ядра вновь займут своё положение. Соответственно обратный процесс. При внесении постоянного магнита в катушку атомы ядер проводника начинают раскручиваться в зависимости от полярности магнита в ту или иную сторону. Эту гипотезу подтверждает и другой электротехнический опыт.

Если на ферромагнитный стержень намотать например 100 витков провода, потом этот же самый провод перегнуть и намотать в другую сторону те же 100 вит ков этого же самого провода, то сопротивление такой индуктивности будет бесконечным по переменному току.

Соответственно ядро в правом проводнике будет вращаться по часовой стрелке, а в левом проводнике то же по часовой стрелке и смещения ядер атомов в стержневом магните не произойдёт.

Эту гипотезу может подтвердить другой более сложный электротехнический опыт.

Возьмём обыкновенный соленоид. Подвесим его на нити в такое положение, что если на него подать ток, с условием, что возникшее в соленоиде магнитное поле будет перпендикулярно магнитному полю земли. Это делается для того, чтобы магнитное поле земли не влияло на проведение опыта. Таким образом мы можем раскачать этот соленоид до практически любой амплитуды. Переменное напряжение подаваемое на соленоид естественно должно совпадать с частотой качания соленоида. Этот опыт приведён на рисунке ниже.

Раскачивание соленоида происходит из-за того, что, при подаче на него тока все ядра атомов соленоида одновременно начинают двигаться в одну сторону, соответственно возникает импульс, и соленоид качнётся в ту же сторону, куда и будет направлено движение этих ядер.

При первом импульсе когда соленоид максимально отклонится, начнёт двигаться в обратную сторону и в момент его прохождения точки покоя следует отключить ток. Ядра атомов возвратятся на своё прежнее место ив соленоиде вновь возникнет импульс только в обратную сторону. Сразу после прохождения соленоидом точки покоя следует опять подать на него ток только обратной полярности, а при прохождении соленоидом точки покоя в обратном направлении этот ток отключить.

Таким образом соленоид можно раскачать до любой амплитуды.

Этот эффект очень хорошо слышен. Если соленоид установить вертикально и подать на него переменный электрический ток, то вы услышите гудение. То ест соленоид колеблется в верх в низ. Колеблется он с той частотой с какой подаётся на него переменное напряжение. По сути инженерная задача сводится к тому, чтобы заставить соленоид колебаться не в вех в низ на одном месте, а чтобы он колебался в верх в верх в верх.

Можно привести ещё один пример из школьной учебной программы. Известный всем опыт по притягиванию и отталкиванию между собой проводников. Опыт заключается в том, если по двум параллельным проводникам пропустить ток в одном направлении, то проводники будут притягиваться между собой. А если ток по ним идёт в разных направлениях, то они отталкиваются между собой. Весь фокус заключается в том, что проводники должны обязательно питаться от одного источника тока, иначе опыт не удаётся, или удаётся частично.

Эта теория подтверждается и другим опытом, более сложным. Возьмём полнотелый металлический шар из ферромагнетика. Намотаем на него две перпендикулярные обмотки А и В. На эти обмотки подадим различные переменные напряжения сдвинутые друг относительно друга на 90 градусов. Причём, если напряжение на обмотку А будет синусоидальным, то есть положительные и отрицательные импульсы одинаковые. То напряжение на обмотку В будет иметь большую положительную составляющую, а отрицательная составляющая будет равна полу периоду обмотки А. Рисунок намотки на шар приведён ниже. В этом случае можно изменять вес шара, не меняя его массы.

Все ядра атомов шара будут двигаться в этом шаре не только вверх-вниз, а в плоскости по фигуре Листажу. А значит в самом шаре появится сила направленная в верх. И сам шар либо потеряет вес либо начнёт двигаться с ускорением в туже сторону.

Это явление наблюдается при включении силового трансформатора. При включении трансформатор начинает гудеть, то есть колебаться в верх и в низ. Колебания силового трансформатора можно так же ощутить коснувшись его рукой. Вы почувствуете его вибрацию. Представленный выше опыт практически повторяет силовой трансформатор. Только колебания шара не происходят в верх в низ на одном месте а колеблются в верх в верх в верх. Подобный процесс хорошо видно при катании детей на скейтборде. Ребёнок может начать движение не отталкиваясь не от чего, а резко перемещая массу своего тела в одну сторону, и плавно возвращая его в исходную точку. При этом происходит движение в заданном направлении. Здесь практически представлена модель скейтбордиста, только в микромире.

Проведённый эксперимент показывает очень низкий КПД безопорного двигателя, всего порядка 7%. Есть возможность повысить КПД двигателя изменив напряжения подаваемые на обмотки шара. Если на обмотку А будет подаваться то же переменное синусоидальное напряжение, то на обмотку В будет подаваться пилообразносинусоидальное напряжение по частоте в два раза превышающее частоту подаваемую на обмотку А. Поясняющий рисунок ниже.

В этом случае КПД возрастает значительно. А ядро атома будет двигаться по фигуре Листажу. Затем собирается установка для определения КПД.

Это явление можно использовать для добычи редкоземельных и драгоценных металлов, перемещения в пространстве и т. д. и т.п.

Электрический ток: что это такое? (Формула, единицы измерения переменного и постоянного тока)

Что такое электрический ток?

Электрический ток определяется как поток заряженных частиц, таких как электроны или ионы, движущихся по электрическому проводнику или пространству. Это скорость прохождения электрического заряда через проводящую среду во времени. Электрический ток выражается математически (например, в формулах) с помощью символа «I» или «i». Единицей измерения тока является ампер или ампер. Это представляет А.

Математически скорость потока заряда по отношению ко времени может быть выражена как

   

Другими словами, поток заряженных частиц, протекающих через электрический проводник или пространство, известен как электрический ток. Движущиеся заряженные частицы называются носителями заряда. Это могут быть электроны, дырки, ионы и т. д.

Протекание тока зависит от проводящей среды. Например:

• В проводнике ток течет за счет электронов.
• В полупроводниках ток течет за счет электронов или дырок.
• В электролите ток обусловлен ионами, а
• В плазме — ионизированном газе ток обусловлен ионами и электронами.

При приложении разности электрических потенциалов между двумя точками в проводящей среде электрический ток начинает течь от более высокого потенциала к более низкому. Чем выше напряжение или разность потенциалов, тем больше ток протекает между двумя точками.

Если две точки цепи имеют одинаковый потенциал, ток не может течь. Величина тока зависит от напряжения или разности потенциалов между двумя точками. Следовательно, мы можем сказать, что ток есть эффект напряжения.

Электрический ток может создавать электромагнитные поля, которые используются в катушках индуктивности, трансформаторах, генераторах, двигателях. В электрических проводниках ток вызывает резистивный нагрев или джоулев нагрев, который зажигает лампу накаливания.

Изменяющийся во времени электрический ток создает электромагнитные волны, которые используются в телекоммуникациях для передачи данных.

Переменный ток и постоянный ток

В зависимости от потока заряда электрический ток подразделяется на два типа: переменный ток (AC) и постоянный ток (DC).

Переменный ток

Поток электрического заряда в периодически обратном направлении известен как переменный ток (AC). Переменный ток также называют «переменным током». Хотя технически это дважды говорит одно и то же «AC Current Current».

Переменный ток меняет свое направление через определенные промежутки времени.

Переменный ток начинается с нуля, возрастает до максимума, уменьшается до нуля, затем меняется на противоположное и достигает максимума в обратном направлении, затем снова возвращается к исходному значению и повторяет этот цикл бесконечно.

Форма волны переменного тока может быть синусоидальной, треугольной, квадратной или пилообразной и т. д.

Форма волны не имеет значения, если это повторяющаяся форма волны.

При этом в большинстве электрических цепей типичной формой волны переменного тока является синусоида. Типичная форма синусоидального сигнала, которую вы можете увидеть как переменный ток, показана на изображении ниже.

Генератор переменного тока может генерировать переменный ток. Генератор переменного тока представляет собой особый тип электрического генератора, предназначенный для выработки переменного тока.

Электроэнергия переменного тока широко используется в промышленности и жилых помещениях.

Постоянный ток

Поток электрического заряда только в одном направлении известен как постоянный ток (DC). Постоянный ток также называют «постоянным током».Хотя технически это дважды говорит одно и то же «Постоянный ток».

Поскольку постоянный ток течет только в одном направлении; поэтому его также называют однонаправленным током. Форма волны постоянного тока показана на изображении ниже.

Постоянный ток может генерироваться батареями, солнечными элементами, топливными элементами, термопарами, электрическими генераторами коллекторного типа и т. д. Переменный ток можно преобразовать в постоянный с помощью выпрямителя.

Электроэнергия постоянного тока обычно используется в низковольтных устройствах.Большинству электронных схем требуется источник питания постоянного тока.

В чем измеряется электрический ток (единицы тока)?

Единицей силы тока в СИ является ампер или ампер. Это представлено А. Ампер, или ампер является базовой единицей СИ электрического тока. Единица измерения ампер названа в честь великого физика Андрея Мари Ампера.

В системе СИ 1 ампер — это поток электрического заряда между двумя точками со скоростью один кулон в секунду. Таким образом,

   

Следовательно, ток также измеряется в кулонах в секунду или C/S.

Формула электрического тока

Основные формулы для тока:

1. Связь между током, напряжением и сопротивлением (закон Ома)
2. Связь между током, мощностью и напряжением
3. Связь между током, мощностью и сопротивлением

Эти отношения показаны на изображении ниже.

Формула тока треугольник

Формула тока 1 (закон Ома)Определить ток, протекающий через резистор.

Решение:

Данные:

Согласно закону Ома,

   

Таким образом, используя уравнение, мы получаем, что ток, протекающий через резистор, равен .

Формула тока 2 (мощность и напряжение)

Передаваемая мощность является произведением напряжения питания и электрического тока.

   

Таким образом, мы получаем, что ток равен мощности, деленной на напряжение. Математически

   

Где обозначает ампер или амперы (единицы электрического тока).

Пример

Как показано на схеме ниже, на лампу подается напряжение питания . Определить ток, потребляемый лампой.

Решение:

Данные:

Согласно формуле,

   

Таким образом, по уравнению получаем, что ток, потребляемый лампой, равен .

Формула тока 3 (мощность и сопротивление, омические потери, резистивный нагрев)

Мы это знаем,

Теперь подставим в вышеприведенное уравнение и получим,

   

Таким образом, ток представляет собой квадратный корень из отношения и сопротивление. Математически,

   

Пример

Как показано на схеме ниже, определите ток, потребляемый лампой.

Решение:

Данные:

Согласно формуле,

   

Таким образом, используя уравнение, мы получаем ток, принимаемый , лампа равна .

Размеры тока

Размеры тока с точки зрения массы (M), длины (L), времени (T) и силы тока (A) определяются как .

Ток (I) представляет собой кулон в секунду.Таким образом,

   

Обычный ток против потока электронов

Существует небольшое заблуждение относительно обычного течения тока и потока электронов. Попробуем понять разницу между ними.

Частицы, переносящие электрический заряд по проводникам, представляют собой подвижные или свободные электроны. Направление электрического поля внутри цепи, по определению, соответствует закону выталкивания положительных пробных зарядов. Таким образом, эти отрицательно заряженные частицы, т. е. электроны, движутся в направлении, противоположном электрическому полю.

В соответствии с электронной теорией, когда к проводнику прикладывается напряжение или разность потенциалов, по цепи текут заряженные частицы, образующие электрический ток.

Эти заряженные частицы перетекают от более высокого потенциала к более низкому, т. е. от положительной клеммы к отрицательной клемме батареи через внешнюю цепь.

Но в металлическом проводнике положительно заряженные частицы удерживаются в фиксированном положении, а отрицательно заряженные частицы, т.е.е., электроны, могут свободно двигаться. В полупроводниках поток заряженных частиц может быть положительным или отрицательным.

Поток носителей положительного заряда и носителей отрицательного заряда в противоположном направлении имеет одинаковый эффект в электрической цепи. Поскольку протекание тока связано либо с положительными, либо с отрицательными зарядами, либо с обоими, требуется соглашение для направления тока, которое не зависит от типов носителей заряда.

Направлением обычного тока считается направление, в котором текут носители положительного заряда, т. е.е., от более высокого потенциала к более низкому потенциалу. Следовательно, носители отрицательного заряда, т. е. электроны, текут в направлении, противоположном обычному течению тока, т. е. от более низкого потенциала к более высокому потенциалу. Следовательно, обычный ток и поток электронов идут в противоположных направлениях, что показано на изображении ниже.

Направление обычного тока и потока электронов

So—

• Условный ток: Поток носителей положительного заряда от положительного полюса к отрицательному полюсу батареи известен как обычный ток.
• Поток электронов: Поток электронов называется электронным током. Поток носителей отрицательного заряда, т. е. электронов, от отрицательной клеммы к положительной клемме батареи известен как поток электронов. Электронный поток противоположен обычному току.

Направление обычного тока и потока электронов показано на изображении ниже.

Обычный поток тока и поток электронов

Конвекционный ток и поток проводимости

Конвекционный ток

Конвекционный ток относится к току, протекающему через изолирующую среду, такую ​​как жидкость, газ или вакуум.

Конвекционный ток не требует протекания проводников; следовательно, он не удовлетворяет закону Ома. Примером конвекционного тока является вакуумная трубка, в которой электроны, испускаемые катодом, текут к аноду в вакууме.

Ток проводимости

Ток, протекающий по любому проводнику, называется током проводимости. Ток проводимости требует, чтобы проводник протекал; следовательно, он удовлетворяет закону Ома.

Ток смещения

Предположим, что резистор и конденсатор подключены параллельно к источнику напряжения V, как показано на рисунке ниже.Характер тока, протекающего через конденсатор, отличается от протекания тока через резистор.

Напряжение или разность потенциалов на резисторе создает непрерывный ток, который определяется уравнением

   

Этот ток называется «током проводимости».

Теперь ток течет через конденсатор только тогда, когда напряжение на конденсаторе изменится, что определяется уравнением

   

Этот ток называется «током смещения». ”

Физически ток смещения не является током, так как нет потока физической величины, подобного потоку зарядов.

Как измерять ток

В электрических и электронных схемах измерение тока является важным параметром, который необходимо измерять.

Прибор для измерения электрического тока, называемый амперметром. Для измерения тока амперметр должен быть включен последовательно в цепь, ток которой измеряется.

Измерение тока через резистор с помощью амперметра показано на рисунке ниже.

Измерение тока амперметром

Электрический ток можно также измерить с помощью гальванометра. Гальванометр дает как направление, так и величину электрического тока.

Ток может быть измерен путем обнаружения магнитного поля, связанного с током, без разрыва цепи. Существуют различные приборы, используемые для измерения тока без разрыва цепи.

• Датчики тока на эффекте Холла
• Трансформатор тока (ТТ) (только для измерения переменного тока)
• Измерительные клещи
• Шунтирующие резисторы
• Магниторезистивные датчики поля

Общие вопросы о

Общие вопросы о

вопросы, связанные с электрическим током.

Что использует электромагнит для измерения электрического тока?

Гальванометр представляет собой измерительный прибор, использующий электромагнит для измерения электрического тока.

Гальванометр является абсолютным прибором; он измеряет электрический ток с точки зрения тангенса угла отклонения.

Гальванометр может измерять электрический ток напрямую, но это требует разрыва цепи; поэтому иногда это неудобно.

Как электрический ток создает магнитную силу?

Проводник с током, помещенный в магнитное поле, будет испытывать силу, поскольку ток есть не что иное, как поток зарядов.

Рассмотрим проводник с током, по которому течет ток, как показано на рисунке ниже (а). Согласно правилу правой руки Флеминга; этот ток создаст магнитное поле в направлении по часовой стрелке.

Магнитная сила, создаваемая электрическим током

Результатом действия магнитного поля проводника является то, что оно создает магнитное поле над проводником и пробуждает его внизу.

Линии поля подобны натянутым резиновым лентам; следовательно, он будет толкать проводник вниз, т.е.д., сила направлена ​​вниз, как показано на рисунке (b).

Этот пример говорит о том, что на проводник с током в магнитном поле действует сила. Следующее уравнение определяет величину магнитной силы, действующей на проводник с током.

   

Чтобы протекал электрический ток, необходимо иметь

Чтобы протекал электрический ток, необходимо иметь:

• Разность потенциалов между двумя точками. Если две точки цепи имеют одинаковый потенциал, ток не может течь.
• Источник напряжения или тока, такой как батарея или элемент, который заставляет свободные электроны создавать электрический ток.
• Проводник или проволока, несущие электрические заряды.
• Цепь должна быть замкнута или замкнута. Если цепи разомкнуты, ток не может течь.

Это условия, необходимые для протекания электрического тока. На изображении ниже показан ток, проходящий в замкнутой цепи.

Ток, протекающий в замкнутой цепи

Что лучше всего описывает разницу между электрическим током и статическим электричеством

Основное различие между электрическим током и статическим электричеством заключается в том, что электроны или заряды протекают через проводник в электрическом токе.

В то время как при статическом электричестве заряды покоятся и накапливаются на поверхности вещества.

Электрический ток возникает из-за потока электронов, тогда как статическое электричество возникает из-за отрицательных зарядов от одного объекта к другому.

Электрический ток генерируется только в проводнике, тогда как статическое электричество генерируется как в проводнике, так и в изоляторе.

Как электрический ток влияет на магнитный полюс?

Мы знаем, что при протекании электрического тока, т.е.е., электрический заряд находится в движении, он создает магнитное поле. Если мы держим магнит в магнитном поле, на него действует сила.

Для электрических зарядов, т. е. электрического тока, как магнитные полюса притягиваются, так и противоположные магнитные полюса отталкиваются. Итак, мы можем сказать, что электрический ток воздействует на магнитный полюс через магнитное поле.

Какой прибор используется для измерения электрического тока

Прибор для измерения электрического тока называется амперметром. Амперметр должен быть включен последовательно с цепью, ток которой необходимо измерить.

Другие различные приборы также используются для измерения электрического тока.

• Преобразователи тока на эффекте Холла
• Трансформатор тока (ТТ) (измеряет только переменный ток)
• Измерительные клещи
• Шунтирующие резисторы
• Магниторезистивные датчики поля

Электрический ток. Определение

Как правило, Текущий означает перетекание чего-либо из одного места в другое.За например, вода, падающая с холма, речная вода, текущая с одного места в другое место, и океанская вода, движущаяся из одного места в другое место известны как водные потоки. В реке и океан, молекулы воды движутся из одного места в другое место будет проводить ток.

В а аналогичным образом, носители электрического заряда, движущиеся от одного точка на другую точку в проводнике или полупроводнике будет проводит электрический ток.

Электрический Текущий определение

течение носителей электрического заряда в проводнике или полупроводнике называется электрический ток.

В дирижеры или полупроводники, электрический ток проводится крошечными частицы. Эти крошечные частицы известны как электрический заряд. перевозчики.

носителями электрического заряда могут быть электроны, дырки, протоны, ионы и т.Однако электрический ток часто проводится электронами и дырками.

В проводники, отверстия незначительны. Итак, электроны проводят электрический ток. В полупроводниках присутствуют как электроны, так и дырки. Так и электроны, и дырки проводят электрический ток.

Электрический ток является важной величиной в электронных схемах.Когда напряжение применяется через проводник или полупроводник, начинает течь электрический ток. Электрический ток часто называется «текущим» для простоты.

Электрический Текущий символ

Электрический ток представлен символом ɪ. То символ ɪ был использовал французский физик Андре-Мари Ампер.То единица электрического тока (ампер) названа в его честь.

Что представляет собой электрический заряд?

Электрический заряд является фундаментальным свойством частиц, таких как электроны и протоны. Электрический заряд не может быть создан ни уничтожены. Это означает, что если есть электрон или протон потом идет зарядка.

электронов имеют отрицательный заряд, а протоны — положительный.Протоны намного тяжелее электронов. Тем не менее, обвинение протона равен заряду электрона.

Мы известно, что если два противоположных заряда поместить рядом друг с другом другие их привлекают. С другой стороны, если два одинаковых или заряды, расположенные близко друг к другу, отталкиваются.

Когда протон находится ближе к электрону, они притягиваются. С другой стороны, когда два протона или два электрона расположенные близко друг к другу, они отталкиваются.

Электрический обвинение измеряется в кулонах (С). Один кулон – это количество заряд, переносимый током 1 ампер за 1 секунду. За Например, если заряд 4 Кл проходит за 2 секунды, то ток = 4 ÷ 2 = 2 ампера (А).

Как возникает электрический ток?

атома являются основными строительными блоками материи. Каждый объект в вселенная состоит из атомов. Атомы самые крошечные частицы. Их размер в нанометрах.

Каждый атом состоит из субатомных частицы, такие как электроны, протоны и нейтроны. Эти субатомные частицы меньше атома.

Электроны отрицательно заряжены частицы, протоны – положительно заряженные частицы, а нейтроны – нейтральные частицы (без заряда).

Протоны и нейтроны намного тяжелее чем электроны. Таким образом, протоны и нейтроны всегда находятся на центр атома. То сильный ядерная сила между протонами и нейтронами заставляет их всегда держаться вместе.

протона имеют положительный заряд и нейтроны не имеют заряда. Таким образом, общий заряд ядра положительный.

Электроны всегда вращаются вокруг ядра из-за электростатической силы притяжения между ними.

Электроны вращаются вокруг ядра на разных орбитах. Каждая орбита имеет энергетический уровень связанные с ним.

Электроны вращаются на близком расстоянии расстоянии от ядра имеют очень низкую энергию. С другой стороны, электроны вращаются на большем расстоянии от ядра обладают очень высокой энергией.

Электроны на внешней орбите атом называется валентным электроны. Эти электроны очень слабо связаны с родительский атом.Таким образом, применяя небольшое количество энергии достаточно, чтобы освободить их от родительского атома.

При небольшом количестве энергии в форме тепла, света или электричества поле прикладывается к валентным электронам, они приобретают достаточную энергию, а затем отделяется от родительского атома.

Электроны, отделенные от родительский атом называется свободным электроны.Эти электроны свободно перемещаются из одного места в другое место.

Мы знаем, что электроны имеют отрицательную обвинение. Таким образом, свободные электроны несут отрицательный заряд с одного место в другое место.

Мы знаем, что электрический ток означает поток заряда. Так что электроны свободно перемещаются из одного места в другое место будет проводить электрический ток.

В полупроводниках оба свободных электрона и дырки есть. Свободные электроны отрицательно заряженные частицы. Поэтому они несут отрицательный заряд (электрический Текущий). Дырки — это положительно заряженные частицы. Поэтому они несут положительный заряд (электрический ток).

Таким образом, и свободные электроны, и дырки проводят электрический ток в полупроводниках.

В проводниках отверстия незначительны. Так свободные электроны проводят электрический ток.

Протоны также обладают способностью проводить электрический ток. Однако протоны не могут свободно двигаться из одного места в другое место, как электроны. Они всегда удерживается в фиксированном положении. Значит, протоны не проводят электрический ток.

СИ единица электрического тока

Единицей электрического тока в СИ является ампер, названный в честь французского физика Андре-Мари Ампер. Электрический ток, протекающий в проводнике или полупроводник измеряется в амперах. Ампер тоже иногда именуемые усилителями или А.

Ток, протекающий через электронный компонент (например, диод) в цепи измеряется с помощью прибора под названием амперметр.

Текущий направление

При подаче напряжения на проводник или полупроводник, начинает течь электрический ток.

В проводниках, положительно заряженных протоны удерживаются в фиксированном положении и отрицательно заряженные электроны перемещаются из одного места в другое несущий заряд. Таким образом, электроны проводят электрический ток в проводниках.

В полупроводниках оба свободных электрона а дырки переносят заряд из одного места в другое. Таким образом, электроны и дырки проводят электрический ток в полупроводники.

При подаче напряжения электроны (отрицательные заряды) перемещаются от отрицательного полюса батареи к положительный конец батареи. Итак, электроны (отрицательные заряды) направление тока от отрицательного к положительному.

С другой стороны, отверстия (поз. заряды) перемещаются от положительного конца батареи к отрицательному конец батареи. Так что дырки (положительные заряды) тока направление от положительного к отрицательному.

Обычный текущее направление от положительного к отрицательному (так же, как текущее направление положительных зарядов).

Заряд положительно заряженного частица (дырка) равна заряду отрицательно заряженного частица (свободный электрон), но противоположная по полярности.

Поток отрицательных зарядов в цепи будет производить ток такой же, как поток положительных зарядов производить. Так что не имеет значения, течет ли ток от положительного к отрицательному или от отрицательного к положительному, генерируемый ток будет таким же.

Электрический ток – Энергетическое образование

Рисунок 1. Крупные высоковольтные линии электропередач являются важнейшим компонентом энергосистемы. Они переносят электрический ток с небольшими потерями энергии. ^[1]

Электрический ток , также известный как сила тока — количество электрического заряда, протекающего в проводнике в секунду. Это то, что переносит электроэнергию от электростанций через систему передачи и распределительную сеть для промышленного и бытового использования электроэнергии. Иначе его называют электричеством. Сила тока определяется количеством заряда, протекающего в секунду, и измеряется в амперах, сокращенно А или ампер.Когда электрический заряд течет в одном направлении, это называется постоянным током, а когда электрический заряд колеблется взад и вперед, меняя направления, это называется переменным током.

Величину постоянного тока можно рассчитать по следующей формуле:

[math]I=\frac{\Delta Q}{\Delta t}[/math]

[math]I[/math] = ток в амперах,

[math]\Delta Q[/math] = заряд в кулонах, протекающий мимо данного места и

[math]\Delta t[/math] = прошедшее время в секундах.

Однако кулоны заряда нельзя измерить напрямую, поэтому обычно для измерения тока используется устройство, известное как мультиметр. Переменный ток использует аналогичное уравнение для определения величины тока, но математика становится немного сложнее, поскольку направление движущегося заряда быстро меняется.

По соглашению, термин ток (также называемый обычным током) определяется зарядами, перемещающимися от положительного вывода к отрицательному. Также существует термин поток электронов, который используется для определения зарядов, движущихся от отрицательного вывода к положительному.Обратите внимание, что это противоположности. Обычный ток более популярен, хотя можно использовать любой термин, если это делается последовательно, чтобы избежать путаницы. Чтобы посмотреть популярный веб-комикс о том, как определяются положительные и отрицательные заряды, посетите XKCD.

Всякий раз, когда ток проходит через компонент или цепь, часть энергии теряется в виде тепла. Некоторые специальные приложения, такие как тостеры, используют это тепло. Часто это тепло является неэффективностью системы, например, в электрической передаче.Избыточное тепло может быть настоящей неприятностью в некоторых приложениях, таких как настольные компьютеры, которые склонны к перегреву и нуждаются в вентиляторах, обеспечивающих циркуляцию воздуха для охлаждения.

Выключатели используются для почти мгновенного выключения (или включения) тока. Как только заряду некуда деваться (помните, ток движется только тогда, когда есть полная цепь), ток прекращается. Если начинает течь слишком большой ток, специальный тип переключателя действует как аварийная мера безопасности для автоматического отключения тока. Эти аварийные меры безопасности включают предохранители и автоматические выключатели.

Токовые и магнитные поля

Электрический ток порождает магнитные поля, как это было открыто Гансом Эрстедом в 1819 году. Вскоре после этого эта идея получила развитие в работах Андре-Мари Ампера, ^[2] Жан-Батист Био и Феликс Савар, сформировавшие первые законы электромагнетизма. . ^[3] Электрические двигатели являются распространенным применением этого явления — они используют токи и их магнитные поля для преобразования электрической энергии в механическую.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. соответствующие страницы ниже:

Чтобы узнать о физике электрического тока, см. гиперфизику.

Ссылки

Электрический ток | Encyclopedia.com

Электрический ток обычно рассматривается как поток электронов. Когда два конца батареи соединены друг с другом с помощью металлической проволоки, электроны вытекают из одного конца (электрода или полюса) батареи, через провод и в противоположный конец батареи.

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

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 силы тока. Единица была названа в честь французского математика и физика Андре Мари Ампера (1775–1836), основавшего современные исследования электрических токов.Ампер определяется количеством электронов, которые проходят любую данную точку за некоторую единицу времени. Поскольку электрический заряд измеряется в кулонах, точное определение ампера — это количество кулонов, которые каждую секунду проходят через данную точку.

Характеристики электрического тока

Разность потенциалов. Чтобы протекал электрический ток, необходимо выполнить ряд 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 каком-то другом месте. Большая сила отталкивает электроны от первого места ко второму месту.

Потенциальные различия обычно не встречаются в природе. В большинстве случаев распределение электронов в окружающем нас мире довольно равномерно. Однако ученые изобрели определенные виды устройств, в которых электроны могут накапливаться, создавая разность потенциалов. Батарея, например, есть не что иное, как устройство для производства больших масс электронов на одном электроде (точке, из которой посылается или принимается электрический ток) и дефицита электронов на другом электроде.Эта разница объясняет способность батареи генерировать разность потенциалов или напряжение.

Электрическое сопротивление. Вторым условием, необходимым для протекания тока, является путь, по которому могут двигаться электроны. Одни материалы способны обеспечить такой путь, а другие нет. Материалы, пропускающие электрический ток, называются проводниками. Те, которые блокируют поток электрического тока, называются диэлектриками или изоляторами. Металлическая проволока, соединяющая два полюса батареи в приведенном ранее примере, обеспечивает путь для движения электронов от одного полюса батареи к другому.

Проводимость 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 может свободно двигаться, и они легко передают поток электронов.

Электрическое сопротивление (или удельное сопротивление) измеряется в единицах, известных как омы (Ом). Единица была названа в честь немецкого физика Георга Симона Ома (1789–1854), первого человека, сформулировавшего законы электропроводности.Противоположностью сопротивления является проводимость, свойство, которое измеряется в единицах, называемых мхо (Ом, написанный наоборот).

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

Количество воды, протекающей по шлангу, аналогично силе тока в проводе.Точно так же, как через толстый пожарный шланг может пройти больше воды, чем через тонкий садовый шланг, толстый металлический провод может пропускать больший ток, чем тонкий металлический провод. Для 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. Воде труднее течь по длинному шлангу просто потому, что она должна проходить дальше. Аналогично, току труднее проходить по длинному проводу, чем по короткому.

Удельное сопротивление — это свойство материала, из которого изготовлена ​​сама проволока, и оно отличается от материала к материалу. Представьте, что вы наполняете пожарный шланг патокой, а не водой. Патока будет течь медленнее просто из-за своей вязкости (липкости или сопротивления течению). Точно так же электрический ток протекает 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, цепь состоит из (1) источника электронов (например, батареи), который обеспечивает разность потенциалов, и (2) пути, по которому могут двигаться электроны (например, металлической проволоки). Напомним, что разность потенциалов (или напряжение) относится к большей силе электронов в одном месте, чем в другом; эта большая сила толкает электроны к месту с меньшей силой.

Для любого практического (или полезного) применения тока также требуется (3) прибор, работа которого зависит от потока электрического тока.К таким приборам относятся электрические часы, тостеры, радиоприемники, телевизоры и различные типы электродвигателей. Во многих случаях электрические цепи также содержат (4) какой-либо измеритель, который показывает количество электрического тока или разность потенциалов в цепи. Наконец, цепь может включать (5) различные устройства для управления потоком электрического тока, такие как выпрямители, трансформаторы, конденсаторы и автоматические выключатели.

Приборы могут быть включены в электрическую цепь одним из двух способов.В последовательной цепи ток протекает через приборы один за другим. В параллельной цепи входящий ток разделяется и проходит через каждую отдельную цепь независимо.

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

Принципиальная математическая зависимость, управляющая потоком электрического тока в цепи, была открыта Омом в 1827 году. Закон Ома гласит, что величина тока (i) в цепи прямо пропорциональна разности потенциалов (V) и обратно пропорциональна разности потенциалов (V). сопротивление (r) в цепи. Другими словами, i = V/r. Закон Ома говорит о том, что увеличение разности потенциалов или уменьшение сопротивления приводит к увеличению тока.И наоборот, уменьшение разности потенциалов или увеличение сопротивления приводит к уменьшению протекающего тока. Чем сложнее становится электрическая цепь, тем сложнее становится применить закон Ома.

Поток тока и поток электронов

Область электротехники обременена странной проблемой, возникшей более 200 лет назад. Когда ученые впервые изучали поток электрического тока из одного места в другое, они полагали, что этот поток создается движением мельчайших частиц.Поскольку электрон еще не был открыт, они предположили, что эти частицы несут положительный заряд.

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

Тип электрического тока, описанный до сих пор, представляет собой постоянный ток (постоянный ток).Постоянный ток всегда включает движение электронов из области с высоким отрицательным зарядом в область с меньшим отрицательным зарядом. Электрический ток, производимый батареями, является постоянным током.

Интересно, что подавляющее большинство электрического тока, используемого для практических целей, представляет собой переменный ток (переменный ток). Переменный ток — это ток, который очень быстро меняет направление своего течения. В Северной Америке, например, коммерческие линии электропередач работают на частоте 60 герц.(Герц — это единица измерения частоты.) В линии с частотой 60 герц ток меняет свое направление 60 раз в секунду.

Другие виды переменного тока также широко используются. За пределами Северной Америки более распространена линия электропередач с частотой 50 герц. А в самолетах переменный ток обычно рассчитан на 400 герц.

[ См. также Электричество; Электродвигатель ]

Электрический ток

Единицей электрического заряда является кулон (сокращенно C). Обычное вещество 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 создаваемыми ими электрическим полем и напряжением. Один кулон заряда — это заряд, который проходит через 120-ваттную лампочку (120 вольт переменного тока) за одну секунду. Два заряда одного кулона каждый, разделенный на метр, оттолкнули бы друг друга с силой около миллиона тонн!

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

Представляя одно из фундаментальных свойств материи, возможно, уместно отметить, что мы используем упрощенные наброски и построения, чтобы представить концепций, и неизбежно есть намного больше к истории. Нет значения должны быть присоединены к кружкам, представляющим протон и электрон, в чувство подразумевая относительный размер или даже то, что они представляют собой твердую сферу объекты, хотя это полезная первая конструкция. Самое важное идея открытия, электрически, заключается в том, что они обладают свойством, называемым «зарядом». то же размера, но противоположной полярности для протона и электрона.То протон имеет В 1836 раз больше массы электрона, но точно такого же размера стоимость только положительный, а не отрицательный. Даже термины «положительный» и “отрицательные” являются произвольные, но прочно укоренившиеся исторические ярлыки. Самое важное значение заключается в том, что протон и электрон будут сильно притягиваться друг к другу. другой, исторический архетип клише «противоположности притягиваются». Два протоны или два электрона будут сильно отталкивать друг друга. Однажды ты имеют установил те основные представления об электричестве, «как заряды отталкивать и в отличие от зарядов притягиваются”, то у вас есть основание для электричество и может строить оттуда.

Из точной электронейтральности объемного вещества, а также из подробных 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 частично заряженных частиц, называемых кварками, эти дробные заряды не наблюдаются по отдельности — всегда в комбинациях, которые создают +/- заряд электрона.

Изолированный единичный заряд можно назвать «электрическим монополем». Одинаковые положительные и отрицательные заряды, расположенные близко друг к другу, образуют электрический диполь. Два противоположно направленных диполя, расположенных близко друг к другу, называются электрическим квадруполем. Вы можете продолжить этот процесс до любого количества полюсов, но здесь упоминаются диполи и квадруполи, потому что они находят значительное применение в физических явлениях.

Одной из фундаментальных симметрий природы является сохранение электрического заряда.Ни один известный физический процесс не приводит к чистому изменению электрического заряда.

Что такое электрический ток?

Когда вы подсоединяете провода к клеммам батареи, заряд может течь, и образуется полный путь, называемый цепью. Этот поток заряда называется током . Символ тока — буква I, а единица измерения — ампер. Чем выше ток, проходящий через провод, тем больше заряда.

Как заряд течет по цепи?

При подключении медного провода к клеммам аккумулятора течет заряд. Если вы наденете резиновую ленту на клеммы, заряд не будет перемещаться. Почему это? Причина связана со свойствами меди, которая является хорошим проводником заряда. Материалы, которые являются хорошими проводниками, имеют 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 связь между электрическим потенциалом и электрическим током. Эта взаимосвязь была впервые продемонстрирована экспериментально ученым по имени Джордж Саймон Ом.

В чем разница между электрическим током и потоком электронов? Почему они в разных направлениях?

В этом вопросе до сих пор много путаницы. Это происходит из-за того, что когда Бенджамин Франклин впервые обнаружил электричество, он думал, что по проводу движутся положительные заряды.Таким образом, Ток был определен как поток положительного заряда, который двигался в металлических проводах, с которыми он играл (это часто называют Конвенционным Током). Теперь мы знаем, что Франклин был неправ — 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, движутся 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. Это отношение показано в следующей писке

.

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

Ток прямо пропорционален потере напряжения через резистор. То есть, если ток удвоится, то и напряжение тоже. 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:

Текущее направление

Электроны, движущиеся по проводу, могут непрерывно двигаться по проводу в одном и том же направлении.Это называется постоянным током. Электричество от сухих элементов или батарей является примером постоянного тока. Электроны также могут регулярно изменять или чередовать свое направление. Это называется переменным током. Электричество в вашем доме переменное. В США течение меняет направление 120 раз в секунду.

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

Постоянный ток

Постоянный ток вырабатывается такими источниками, как батареи, термопары, солнечные батареи и электрические машины коллекторного типа.Постоянный ток может течь не только по проводам, но и по полупроводникам. Постоянный ток можно получить из переменного тока с помощью выпрямителя .

Первая коммерческая передача электроэнергии, разработанная Томасом Эдисоном, использовала 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 представляет собой устройство переменного тока, которое используется для производства 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 превосходил постоянный ток в электротермическом запуске мышечных сокращений. Силовой трансформатор был впервые продемонстрирован в Лондоне в 1881 году Люсьеном Голаром и вызвал интерес у Вестингауза.Хотя они подали заявки на патенты на свои технологии, они были отклонены, 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 то, что требуется большая изоляция.

 

Как измерить электрический ток?

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

Амперметр измеряет количество электронов, проходящих через него каждую секунду. Сила тока измеряется в единицах, называемых амперами. Чтобы использовать амперметр, вы включаете его последовательно с нагрузкой, которую используете. (См. изображение выше.)

Для измерения напряжения или электрического потенциала вы включаете вольтметр параллельно в цепь. Вольтметр должен быть подключен параллельно для измерения напряжения устройства, потому что параллельные объекты испытывают одинаковую разность потенциалов.См. изображение ниже.

 

Связь между электрическим током и магнитными полями

Связь между электрическим током, магнитными полями и физическими силами впервые обнаружил Ганс Кристиан Орстед в 1820 году. Он наблюдал, как стрелка компаса отклонялась от направления на север, когда по соседнему проводу протекал ток. Это было известно как тангенциальный гальванометр. Для измерения токов с использованием этого эффекта использовался тангенциальный гальванометр.Силой, возвращающей счетчик на ноль в этой системе, была сила магнитного поля Земли. Таким образом, измеритель можно было использовать только в том случае, если он был ориентирован на магнитное поле Земли. Чувствительность прибора стала возможной за счет увеличения числа витков используемого провода.

---

Проверьте свои Понимание:

Как человеческий организм использует электричество

Эмбер Планте

Электричество есть везде, даже в человеческом теле.Наши клетки специализируются на проведении электрических токов. Электричество требуется нервной системе для отправки сигналов по всему телу и в мозг, что позволяет нам двигаться, думать и чувствовать.

Итак, как клетки контролируют электрические токи?

Элементы в нашем организме, такие как натрий, калий, кальций и магний, имеют определенный электрический заряд. Почти все наши клетки могут использовать эти заряженные элементы, называемые ионами, для выработки электричества.

Содержимое клетки защищено от внешней среды клеточной мембраной.Эта клеточная мембрана состоит из липидов, которые создают барьер, который могут преодолеть только определенные вещества, чтобы достичь внутренней части клетки. Клеточная мембрана действует не только как барьер для молекул, но и как способ для клетки генерировать электрические токи. Покоящиеся клетки внутри заряжены отрицательно, тогда как внешняя среда заряжена более положительно. Это происходит из-за небольшого дисбаланса между положительными и отрицательными ионами внутри и снаружи клетки. Клетки могут достичь такого разделения зарядов, позволяя заряженным ионам входить и выходить через мембрану.Поток зарядов через клеточную мембрану генерирует электрические токи.

Клетки контролируют поток определенных заряженных элементов через мембрану с помощью белков, которые располагаются на поверхности клетки и создают отверстие для прохождения определенных ионов. Эти белки называются ионными каналами. Когда клетка стимулируется, она позволяет положительным зарядам проникать в клетку через открытые ионные каналы. Затем внутренняя часть клетки становится более положительно заряженной, что вызывает дальнейшие электрические токи, которые могут превращаться в электрические импульсы, называемые потенциалами действия.Наши тела используют определенные модели потенциалов действия, чтобы инициировать правильные движения, мысли и поведение.

Нарушение электрического тока может привести к болезни. Например, чтобы сердце работало, клетки должны генерировать электрические токи, которые позволяют сердечной мышце сокращаться в нужное время. Врачи могут даже наблюдать эти электрические импульсы в сердце с помощью аппарата, называемого электрокардиограммой или ЭКГ. Нерегулярные электрические токи могут препятствовать правильному сокращению сердечных мышц, что приводит к сердечному приступу.Это всего лишь один пример, показывающий важную роль электричества в здоровье и болезни.

Ссылки
CrashCourse. «Нервная система, часть 2 — действие! Потенциал! Ускоренный курс A&P №9». Видео на YouTube, 11:43. 2 марта 2015 г. https://www.youtube.com/watch?v=OZG8M_ldA1M.
Основы анатомии и физиологии. «Каналы, управляемые напряжением, и потенциал действия». Компания McGraw-Hill, видео. 2016. http://highered.mheducation.com/sites/0072943696/student_view0/chapter8/animation__voltage-gated_channels_and_the_action_potential__quiz_1_.HTML.
Нельсон, Дэвид Л. и Майкл М. Кокс. 2013. Ленингерские принципы биохимии, 6-е изд. Книга. 6-е изд. Нью-Йорк: WH Фримен и Ко. doi: 10.1016/j.jse.2011.03.016.

 

.