Что такое электрический ток. Как он возникает. Каковы основные характеристики электрического тока. Как измерить силу тока, напряжение и сопротивление. Как работает электричество в разных средах.
Что такое электрический ток и как он возникает
Электрический ток представляет собой направленное движение заряженных частиц. В большинстве случаев носителями заряда являются электроны, движущиеся по проводнику. Для возникновения электрического тока необходимы следующие условия:
- Наличие свободных заряженных частиц (например, свободных электронов в металлах)
- Наличие электрического поля, которое заставляет частицы двигаться упорядоченно
- Замкнутая электрическая цепь
Источником электрического поля служит разность потенциалов (напряжение) между концами проводника. Эту разность потенциалов создают различные источники тока — химические (гальванические элементы, аккумуляторы), механические (электрогенераторы), тепловые (термоэлементы) и другие.
Основные характеристики электрического тока
Электрический ток характеризуется несколькими важными физическими величинами:
Сила тока
Сила тока — это количество заряда, проходящего через поперечное сечение проводника за единицу времени. Измеряется в амперах (А). Формула для расчета силы тока:
I = Q / t
где I — сила тока, Q — заряд, t — время.
Напряжение
Напряжение — это разность потенциалов между двумя точками электрической цепи. Измеряется в вольтах (В). Напряжение характеризует работу, которую совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда.
Сопротивление
Сопротивление — это свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока. Измеряется в омах (Ом). Сопротивление зависит от материала проводника, его длины и площади поперечного сечения.
Как измерить основные характеристики электрического тока
Для измерения электрических величин используются специальные приборы:
Измерение силы тока
Сила тока измеряется амперметром. Амперметр включается в цепь последовательно с тем участком, на котором необходимо измерить ток. Важно, чтобы собственное сопротивление амперметра было как можно меньше.
Измерение напряжения
Напряжение измеряется вольтметром. Вольтметр подключается параллельно тому участку цепи, на котором нужно измерить напряжение. Собственное сопротивление вольтметра должно быть как можно больше.
Измерение сопротивления
Сопротивление можно измерить омметром или рассчитать по закону Ома, измерив силу тока и напряжение на участке цепи:
R = U / I
где R — сопротивление, U — напряжение, I — сила тока.
Поведение электрического тока в различных средах
Механизм протекания электрического тока зависит от среды:
Ток в металлах
В металлах носителями заряда являются свободные электроны. Под действием электрического поля они движутся упорядоченно, создавая электрический ток. Сопротивление металлов обычно увеличивается с ростом температуры.
Ток в полупроводниках
В полупроводниках возможны два типа проводимости — электронная и дырочная. С ростом температуры проводимость полупроводников обычно увеличивается.
Ток в электролитах
В растворах электролитов носителями заряда являются положительные и отрицательные ионы. При прохождении тока происходит электролиз — выделение веществ на электродах.
Ток в газах
В обычных условиях газы являются изоляторами. Однако при определенных условиях (высокая температура, ионизирующее излучение) в газах может возникнуть электрический ток, называемый газовым разрядом.
Законы электрического тока
Поведение электрического тока в цепях описывается несколькими фундаментальными законами:
Закон Ома
Закон Ома устанавливает связь между силой тока, напряжением и сопротивлением участка цепи:
I = U / R
где I — сила тока, U — напряжение, R — сопротивление.
Закон Джоуля-Ленца
Этот закон описывает тепловое действие тока. Количество теплоты, выделяемое проводником с током:
Q = I^2 * R * t
где Q — количество теплоты, I — сила тока, R — сопротивление, t — время.
Применение электрического тока
Электрический ток нашел широчайшее применение в современном мире:
- Электроэнергетика — производство, передача и распределение электроэнергии
- Электропривод — приведение в движение различных механизмов
- Электроосвещение
- Электронагрев
- Электрохимические процессы (гальванопластика, электролиз)
- Электросвязь
- Электроника и вычислительная техника
Понимание природы электрического тока и его свойств лежит в основе работы практически всех современных технологий.
Меры безопасности при работе с электрическим током
Электрический ток может представлять опасность для человека. При работе с электрическими устройствами необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:
- Использовать исправные электроприборы и проводку
- Не прикасаться к оголенным проводам и контактам под напряжением
- Не работать с электроприборами мокрыми руками
- Не перегружать электросеть
- При ремонте электрооборудования отключать его от сети
- Использовать заземление электроприборов
- Применять средства индивидуальной защиты при работе с высоким напряжением
Соблюдение правил электробезопасности поможет избежать поражения электрическим током и связанных с этим травм.
4.Электрический ток. Основные характеристики и законы
Электрическим током называется направленное движение электрических зарядов. За направление тока принято направление движения положительных зарядов. Для описания и количественной характеристики тока используют такие величины:
а) Ток или сила тока i. Это величина, измеряемая отношением заряда dq, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени dt его прохождения, т.е.:
(4.1)
В СИ ток i измеряется в амперах (А). Если за любые равные промежутки времени через сечение проводника проходят одинаковые величины заряда, то ток называется постоянным и i = q/t,
б)
Плотность заряда j.
Это величина, измеряемая отношением
тока di
текущего по проводнику к площади его
поперечного сечения ds,
проведенного перпендикулярно направлению
тока, т.
е.:
(4.2)
При равномерном распределении тока по поперечному сечению проводника j=i/s.
Плотность тока можно записать в виде:
(4.3)
где q0 заряд каждого носителя, которые осуществляют ток в данном проводнике, r — концентрация носителей электрических зарядов; V — скорость их направленного перемещения в проводнике. Исходя из (4.3) видно, что плотность тока является векторной величиной, направление которой определяется направлением вектора V в данной точке проводящего пространства, в отличие от величины i, которая является скалярной величиной. Кроме того, плотность тока j является дифференциальной характеристикой, поскольку показывает ток через малую площадь проводящего пространства, а в пределе может быть отнесена к точке этого пространства.
В
СИ плотность тока измеряется А/м2.
Для существования электрического тока необходимо, чтобы в пространстве имелись: свободные электрические заряды и электрическое поле, силы которого сообщили бы им направленное перемещение. Для существования электрического поля в проводнике необходимо, чтобы на концах проводника была разность потенциалов. Тогда электрические силы поля переместят по проводнику (или проводящему пространству) заряд из области большего потенциала в область меньшего потенциала (рис.4.1).
Перемещение
заряда, т.е. ток будет проходить до тех
пор, пока потенциалы проводников М и N
не сравняются. Для возобновления тока
надо каким-либо способом снова создать
на проводнике М потенциал 1,
больший потенциала 2
проводника N. Ясно, что создание этой
разницы потенциалов не может
быть
осуществлено за счет электрических
сил, т.к. они могут перемещать заряд
только в направлении от большего
потенциала к меньшему. Следовательно,
возобновление разности потенциалов на
концах проводника возможно только за
счет работы сил неэлектрического
происхождения, называемых
сторонними.
Устройства,
Для того, чтобы ток существовал длительное время, необходимо, чтобы была составлена цепь, содержащая проводники, источник тока и обязательно была замкнута.
Закон Ома для участка цепи.
Для
металлических проводников экспериментально
установлена зависимость между током
i,
текущем по проводнику, и напряжением
U,
приложенным
к его концам. Эта зависимость отражена
в законе Ома, который гласит, что ток
в проводнике прямопропорционален
приложенному к его концам напряжению,
т.е. i=U,
где
— коэффициент электропроводности данного
проводника, который для этого проводника
является постоянной величиной.
Рисунок 4.2 – исправить.
Измерение токов.
Величина тока в проводнике в простейшем случае может быть измерена с помощью амперметра, который включается в цепи последовательно данному проводнику (рис.4.3).
Тогда по амперметру течет такой же ток,
как и в проводнике в данный момент. Ясно,
что ток, показываемый амперметром,
отличается от того значения тока, который
протекал по этому проводнику до его
включения.
Это возможно при условии, что сопротивление амперметра RA должно иметь минимальное значение. Реально такое условие достигается, если сопротивление амперметра значительно меньше сопротивления цепи, в которой проводится измерение тока.
Измерение напряжений
Напряжение на концах проводника в простейшем случае можно измерять вольтметром, присоединенным к проводнику параллельно (рис.4.4).
R-наверху
Тогда
напряжение, показываемое вольтметром,
равно напряжению на концах сопротивления
R,
но оно отличается от того значения
напряжения на проводнике, которое
существовало на его концах до включения
вольтметра. Чтобы это отличие сделать
минимальным, необходимо, чтобы сам
вольтметр поглощал из цепи минимальную
мощность, т.
е..
Последнее возможно лишь при условии,
что сопротивление вольтметраRv
достаточно велико. Реально выполнение
этого условия достигается, если Rv
значительно превосходит сопротивление
того элемента цепи, к концам которого
он присоединен.
Сопротивление проводников
Сопротивление проводника R измеряется в омах (Ом). Экспериментально установлено, что сопротивление металлического проводника зависит от его длины l, площади его поперечного сечения s, материала, из которого изготовлен проводник, т.е.:
(4.4)
где - удельное сопротивление вещества, из которого изготовлен проводник.
Если
в формуле (4.4) положить s
= 1 площади, l = 1 длины, то сопротивление
R
станет численно равно .
Это означает, что удельное сопротивление
показывает, каким сопротивлением
обладает проводник единичной длины и
единичного сечения, изготовленный из
данного материала.
Удельное сопротивление
измеряется Ом м.
Зависимость удельного сопротивления металлических проводников от температуры t(°C) выражается соотношением:
(4.5)
где 0— удельное сопротивление вещества при t == 0°С, — температурный коэффициент сопротивления, зависящий от природы или состава вещества. Учитывая (4.5), для сопротивления проводника R имеем:
(4.6)
ПРОСТЕЙШИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ
проводника тока состоит в следующем. Собирают цепь согласно схеме, приведенной на рис.4.5. Измеряют приборами напряжение U и ток i и рассчитывают R по закону Ома.
что это, определение, работа в различных средах, единица измерения, формула
Электрический ток — что это такое простыми словами
Электрический ток используется во множестве современных технологий. Чтобы понять, что это такое, можно представить ток воды, бегущий по трубам с определенной скоростью.
В этом случае роль воды исполняет электрический заряд, под скоростью понимается его сила, а функцию трубы выполняет проводник — среда, вещество или материал, способные проводить электрический ток.
Самым простым проявлением электрического тока являются:
- способность янтаря притягивать мелкие предметы после натирания шелком;
- искрящаяся под воздействием расчески кошачья шерсть.
Определение, откуда берется, основные источники
ОпределениеЭлектрический ток — это упорядоченное передвижение частиц, являющихся носителями электрического заряда.
В металлах и полупроводниках такими частицами выступают электроны, в газах — электроны и ионы, в электролитах — анионы и катионы.
Источники электрического тока бывают:
- Механическими. Это генераторы, которые при помощи падающей воды, газового или парового потока преобразуют механическую энергию в электрическую.
- Тепловыми.
В этом случае ток возникает из-за разности температур двух контактирующих термопар — чем больше разность, тем сильнее ток. - Световыми. Здесь речь идет о превращении энергии света в электричество при помощи солнечных батарей.
- Химическими, основанными на особенностях взаимодействия разных элементов.
Во всех случаях для существования постоянного тока необходимо наличие свободных зарядов, электрического поля, обеспечивающего их движение, замкнутой электрической цепи. В каждом источнике происходит работа по разделению отрицательно и положительно заряженных частиц, скапливающихся на его полюсах.
Виды тока, классификация
В физике различают следующие виды тока:
- постоянный — не меняющий величину, направление во времени;
- переменный — меняющий свои параметры;
- периодический — повторяющий свои мгновенные значения через определенные временные промежутки в одинаковой последовательности;
- синусоидальный — изменяющий свою величину по синусоидальному закону;
- высокой частоты;
- пульсирующий.
Если речь идет о движении макроскопических заряженных тел (к примеру, дождевых капель), то ток принято называть конвекционным. Если же имеется в виду движение заряженных частиц внутри макроскопических тел, то говорят о токе проводимости.
ПримечаниеУ электриков существуют такие понятия, как однофазный, двухфазный и трехфазный ток, а также двухфазная сеть или трехфазная система электроснабжения. Фазой называют провод, находящийся под напряжением переменного тока относительно заземленного или общего провода. От количества фаз зависит название.
Параметры и характеристики электрического тока
Электрическому току свойственны такие характеристики, как сила, плотность, мощность, частота.
ОпределениеСила — это физическая величина, отображающая отношение прошедшего за некоторое время количества заряда к величине этого временного промежутка.
ОпределениеПлотность — это физическая величина.
Отображает отношение силы тока, проходящего через перпендикулярно расположенное сечение, к площади этого сечения.
Мощность — характеристика, показывающая, какая работа была выполнена током за конкретный промежуток времени.
ОпределениеЧастота — это свойство переменного тока, скорость, с которой он меняет свое направление.
Также существует понятие напряжения. Обозначение применяется для определения работы, совершаемой единичным положительным зарядом в момент перемещения вдоль цепи.
Важный параметр — сопротивление. Оно отображает способность проводника препятствовать прохождению через него заряженных частиц.
ПримечаниеИсторически сложилось представление о том, что направление тока всегда совпадает с направлением передвижения положительных зарядов. Если носителями в проводнике являются только отрицательные заряды, как, к примеру, происходит в металле, то за направление тока принимают направление, противоположное движению отрицательных зарядов.
Поведение электрического тока в различных средах
Ток может проходить через разные вещества: металлы, сплавы, газы. Условием для его возникновения является присутствие заряженных частиц, которые могут быть ионами или электронами.
В металлах
Строение металлов напоминает кристаллическую решетку. В ее «узлах» находятся положительные ионы, в пространстве между ними — свободные электроны. Электрическое поле, созданное в металле, заставляет упорядоченно двигаться свободные электроны. Поэтому принято говорить о том, что ток в металлах являет собой упорядоченное движение свободных электронов.
ПримечаниеТраекторию движения электронов нельзя назвать прямолинейной. Она сложна, зависит от их взаимодействия с другими частицами.
В электролитах
ОпределениеЭлектролиты — это растворы щелочей, кислот или солей, способные проводить электрический ток.
В процессе растворения в воде молекулы этих веществ разделяются на отрицательные и положительные ионы.
Явление распада нейтральных молекул на отрицательные и положительные ионы называется электролитической диссоциацией.
При отсутствии электрического поля все ионы передвигаются хаотично. При его наличии положительные будут тяготеть к отрицательному полюсу источника тока. Отрицательные — к положительному. Поэтому физики говорят о том, что ток в электролитах представляет собой движение разнозаряженных ионов в противоположных направлениях.
В газах
В обычных условиях газ не способен проводить электричество. Он является диэлектриком или изолятором. Но при изменении условий окружающей среды — под воздействием радиоактивного излучения или при нагреве — газ может стать проводником.
ОпределениеТок, возникающий в газах в результате ионизации, называют газовым разрядом.
Газовый разряд может быть:
- несамостоятельным — существующим только при условии воздействия внешних сил;
- самостоятельным — продолжающим существование даже после нейтрализации внешних воздействий.
Самостоятельные разряды делятся на:
- тлеющие, формирующие свечение;
- тихие, не образующие света и звука;
- искровой, генерирующий большое количество электричества за краткий временной промежуток;
- дуговой, подразумевающий колебания силы тока от 10 до 100 А;
- коронный.
Коронный разряд возникает при резком изменении напряженности поля.
Измерения силы электрического тока, формулы
В международной системе единицей измерения силы тока является ампер, который обозначается буквой А. Для определения точного значения применяют специальный прибор амперметр. Его подключают к разрыву цепи на том участке, где необходимо произвести замер.
Формула нахождения силы тока выглядит так:
Источник: graficart.ru
Уравнения для определения остальных физических величин:
Источник: oooevna.ru
Единицами измерения напряжения являются вольты (В). Сопротивление измеряется в омах (Ом), работа — в Джоулях (Дж), мощность — в Ваттах (Вт).
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Электрический ток: что это такое, как действует, виды, эффекты
- Ферровиал
- СТЕРЖЕНЬ
Электрический ток — это физическое явление перемещения или течения электрического заряда, обычно электронов, посредством проводящего материала. Чтобы возник электрический ток, электроны, наиболее удаленные от ядра атома определенного материала, должны отрываться и свободно циркулировать по проводнику в электрической цепи.
Сила электрического тока определяется по количество заряда, проходящего через проводник в единицу времени.
Интенсивность измеряется в кулонах в секунду (Кл/с), что эквивалентно одному ампер (А) , а основными измерительными приборами для электрического тока являются гальванометр и амперметр.
Как действует электрический ток?
Электрический ток — это движение частиц, начинающееся в момент приложения внешнего напряжения на одном из концов проводника. Это, в свою очередь, создает электрическое поле на отрицательно заряженных электронах, которые притягиваются к положительной клемме внешнего напряжения.
Для передачи электрического тока из одной точки в другую должны быть материалы с большим количеством свободных электронов , расположенных на последней орбите их ядра, что означает, что они очень восприимчивы к движению из-за более слабого притяжения сила на них со стороны их ядра.
Какова формула электрического тока?
Закон Ома определяет формулу электрического тока:
Ток = Напряжение / Сопротивление.
- Сопротивление представляет собой препятствие, с которым сталкиваются электроны на своем пути. Его единицей измерения является ом.
- Ток — качество электрического тока. Его единицей измерения является ампер.
- Напряжение представляет собой разницу мощности между одной точкой и другой. Его единицей измерения является вольт.
Какие виды электрического тока существуют?
Электрический ток можно классифицировать в зависимости от его природы:
- Постоянный ток (DC): состоит из смещения электрических зарядов, которые не меняют направление своего движения во времени.
- Переменный ток (AC): направление и плоскость движения тока циклически изменяются, в отличие от постоянного тока. Это эффективный ток, поэтому он обычно используется в домах и на предприятиях.
- Трехфазный ток: состоит из трех переменных токов с одинаковой частотой и амплитудой, называемых фазами .
- Однофазный ток: этот вид тока получается из одной фазы трехфазного тока и нейтрального кабеля, что позволяет использовать низковольтную энергию.
Какие виды материалов существуют для электропроводности?
- Токопроводящие материалы: мало сопротивляются току электричества. Электроны свободно перемещаются, потому что они очень слабо связаны с атомами, поэтому они могут проводить много электричества.
- Полупроводниковые материалы: могут действовать как проводники или изоляторы, в зависимости от электрического поля, в котором они используются.
- Изоляционные материалы: электронов не циркулируют свободно, поэтому они не считаются проводниками электрического тока.
На что влияет электрический ток?
Электрический ток может иметь различные эффекты. Некоторые из них включают:
- Тепло: продукт повышения температуры проводника из-за прохождения электрического тока.

Поэтому мы должны понимать электричество.
Нейтроны не имеют электрического заряда,
протоны имеют положительный заряд (+), а электроны – отрицательный.
обвинения (-). Положительный заряд протона равен отрицательному заряду
электрона.
Это называется нейтральное состояние
атома. (Количество протонов и электронов остается равным.)
Электроны, которые непрерывно движутся по проводу, называются Электрический
Текущий .
Ток измеряется
в ампер , что сокращенно « ампер «.
Обозначение усилителя — буква « A ».
Например, у первого элемента больше
положительные заряды, поэтому он имеет более высокий потенциал. С другой стороны,
второй элемент имеет более отрицательные заряды, поэтому он
имеет более низкий потенциал. Разница между двумя точками называется
разность потенциалов .
Напротив, материалы, которые пропускают мало электронов
течь называется изоляторы такие как пластиковые,
резина, стекло и сухая бумага. Другой тип материалов, полупроводники
обладают свойствами как проводников, так и изоляторов. Они
позволяют электронам двигаться, будучи в состоянии контролировать поток
электроны и примерами являются углерод, кремний и германий и т.д.
Вольтметр
подключил параллельно лампочке для измерения напряжения
через лампочку. Подключите положительную клемму (+)
вольтметр к положительной клемме (+) сухого элемента и подключите
минусовая клемма (-) вольтметра к минусовой клемме
(-) сухого элемента (см. рисунок).
рис. 1) и установите диапазон измерителя на 0 Ом. Трогать
оба вывода измерителя к сопротивлению и взять
чтения (см. рис. 2).
Увеличьте напряжение на
подключите вариатор и подключите амперметр и вольтметр для измерения
тока и напряжения.
x R (сопротивление), поэтому
Подсоедините батарейки к двум платиновым пластинам,
ток проходит через расплавленную соль и производит хлор
пузырьки вокруг положительной пластины (+) и пузырьки водорода
вокруг отрицательной пластины (-), так как хлорид натрия составляет
натрия (Na) и хлорида (Cl). Когда хлорид натрия
тает в воде, элементы разделяются. Натрий имеет
положительные заряды (+), а хлор имеет отрицательные заряды
(-) и эти заряды называются ионов .
Расплавленная соль имеет оба положительных заряда, называемых анодами ,
а отрицательные заряды называются катодами .
Состояние разделенных элементов называется ионизацией .
Если соль расплавится водой, раствор будет доступен ионам,
называется раствор электролита .
А если тока
пропускают через раствор электролита, происходит химическая реакция
происходит так называемый электролиз.
Во-первых, они привлекают
и держи железо. Вторичный, если свободно двигаться, как компас
иглы, они примут положение север-юг. Любые материалы
имеют эти характеристики, они называются магнит .
Эта функция
широко применяется для использования в промышленности.