Может ли сила тока быть отрицательной: объяснение отрицательного тока

Что такое отрицательный ток в электрических цепях. Как интерпретировать отрицательные значения силы тока. Почему сила тока может принимать отрицательные значения. В каких случаях возникает отрицательный ток.

Что такое сила тока и как она определяется

Сила тока — это физическая величина, характеризующая интенсивность электрического тока. Она определяется как отношение заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника за некоторый промежуток времени, к величине этого промежутка:

I = ΔQ / Δt

где I — сила тока, ΔQ — перенесенный заряд, Δt — промежуток времени.

Единица измерения силы тока в СИ — ампер (А).

Может ли сила тока принимать отрицательные значения?

Да, сила тока может быть как положительной, так и отрицательной величиной. Знак силы тока определяется выбранным положительным направлением тока в цепи:

• Если реальное направление тока совпадает с выбранным положительным направлением, то сила тока считается положительной.
• Если реальное направление тока противоположно выбранному положительному направлению, то сила тока считается отрицательной.

Таким образом, отрицательная сила тока означает, что ток течет в направлении, противоположном условно выбранному положительному направлению.

Физический смысл отрицательного тока

Отрицательный ток имеет вполне конкретный физический смысл:

1. Он указывает на то, что носители заряда движутся в направлении, противоположном выбранному положительному направлению тока.
2. При отрицательном токе происходит перенос отрицательного заряда в положительном направлении или положительного заряда в отрицательном направлении.
3. Отрицательный ток создает такое же магнитное поле, как и положительный ток той же величины, текущий в противоположном направлении.

Важно понимать, что отрицательный ток — это не какой-то особый вид тока, а просто способ описания направления движения зарядов относительно выбранного положительного направления.

В каких случаях возникает отрицательный ток?

Отрицательный ток может наблюдаться в следующих ситуациях:

• При изменении направления тока в цепи переменного тока.
• При разрядке конденсатора или аккумулятора.
• В полупроводниковых приборах при обратном смещении p-n перехода.
• При протекании тока через измерительные приборы в направлении, противоположном маркировке.
• В расчетах сложных электрических цепей при использовании методов контурных токов или узловых потенциалов.

Как интерпретировать отрицательные показания амперметра?

Если амперметр показывает отрицательное значение силы тока, это означает:

1. Ток течет через прибор в направлении, противоположном указанному на его клеммах.
2. Нужно поменять местами провода, подключенные к клеммам амперметра, чтобы получить положительные показания.
3. При расчетах следует использовать модуль показаний, но учитывать, что направление тока противоположно ожидаемому.

Важно помнить, что физически ток всегда течет от точки с более высоким потенциалом к точке с более низким потенциалом, независимо от знака показаний прибора.

Отрицательный ток в полупроводниковых приборах

В полупроводниковой электронике понятие отрицательного тока имеет особое значение:

• Для диодов и транзисторов отрицательный ток соответствует обратному смещению p-n перехода.
• В характеристиках полевых транзисторов отрицательный ток стока означает, что ток течет от истока к стоку.
• Для некоторых типов датчиков отрицательный выходной ток может указывать на направление измеряемой величины.

Понимание природы отрицательного тока важно для правильной интерпретации характеристик и работы полупроводниковых устройств.

Отрицательный ток в энергетике

В энергетических системах отрицательный ток может иметь следующий смысл:

• Обратный поток энергии от потребителя к источнику (например, при рекуперативном торможении электротранспорта).
• Генерация электроэнергии солнечными панелями или ветрогенераторами, подключенными к общей сети.
• Работа аккумуляторных систем в режиме отдачи энергии.

В таких случаях отрицательный ток означает, что энергия передается в направлении, противоположном обычному потоку от электростанции к потребителю.

Заключение

Отрицательная сила тока — это не ошибка измерений или расчетов, а важная характеристика электрического тока, позволяющая описывать направление движения зарядов в электрических цепях. Понимание природы и смысла отрицательного тока необходимо для правильного анализа работы электрических и электронных устройств, а также для эффективного управления энергетическими системами.

Сила тока

Сила тока – отношение заряда, пронесенного через поперечное сечение проводника за интервал времени, к этому интервалу времени.

Сила тока, как и заряд, величина скалярная. Она может быть как положительной, так и отрицательной. За положительное направление силы тока принято движение положительных зарядов. Если с течением времени сила тока не меняется, то ток называется постоянным.

За единицу принимают силу тока, при которой отрезки пар. проводников длиной 1м. Взаимодействуют с силой 2*10^-7 Н. Единица — 1Ампер. 1Кл=1А*1сек. Кулон равен эл. заряду, преходящему сквозь поперечное сечение проводника при силе тока 1А за время 1сек

. Амперметр включают в цепь последовательно с прибором силу тока которого измеряют.

Электродвижущая сила

Для того, чтобы в проводнике существовал электрический ток длительное время, необходимо поддерживать неизменными условия, при которых возникает электрический ток.

Во внешней цепи электрические заряды движутся под действием сил электрического поля. Но, чтобы поддерживать разность потенциалов на концах внешней цепи, необходимо перемещать электрические заряды внутри источника тока против сил электрического поля. Такое перемещение может осуществляться только под действием сил неэлектростатической природы.

Силы, вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника постоянного тока против направления действия сил электростатического поля, называются сторонними силами. Сторонние силы в гальваническом элементе или аккумуляторе возникают в результате электрохимических процессов, происходящих на границе раздела электрод – электролит. В машине постоянного тока сторонней силой является сила Лоренца.

Полная работа сил электростатического поля при движении зарядов по замкнутой цепи постоянного тока равна нулю. Следовательно, вся работа электрического тока в замкнутой электрической цепи оказывается совершенной за счет действия сторонних сил, вызывающих разделение зарядов внутри источника и поддерживающих постоянное напряжение на выходе источника тока.

Отношение работы сторонних сил по перемещению заряда вдоль цепи называется электродвижущей силой источника:

Электродвижущая сила выражается в тех же единицах, что и напряжение, т. е. в вольтах.

ЭДС численно равна работе по перемещению единичного положительного заряда. Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы не консервативные (потенциальные) и их работа зависит от траектории.

13. Закон Ома. Сопротивление проводников. См. 3 случая. Сопротивление проводников

Сопротивление является основной электрической характеристикой проводника.

Сопротивление проводника можно определить из закона Ома:

Единица электрического сопротивления в СИ – Ом. Электрическим сопротивлением 1 Обладает такой участок цепи, на котором при силе тока 1 А напряжение равно 1 В.

Опыт показывает, что электрическое сопротивление проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади поперечного сечения:

Зависимость удельного электрического сопротивления от температуры – см. стр. 16

Постоянный для данного вещества параметр называетсяудельным электрическим сопротивлением вещества. Удельное сопротивление зависит от рода вещества и его состояния (в первую очередь от температуры).

Законы Постоянного Тока

До 1800 г. были построены машины, позволяющие достигать статического электричества довольно высоких потенциалов. С помощью этих машин удавалось получать сильные разряды, но практического значения они не имели.

В 1800 г. произошло событие огромного значения. Алессандро Вольта (1745-1827) изобрел электрическую батарею и впервые получил с ее помощью устойчивый поток зарядов. Это открытие знаменовало начало новой эпохи, полностью преобразившей нашу цивилизацию, — вся современная электротехника основана на использовании электрического тока.

Электрическим током называют упорядоченное движение электрических зарядов. В различных средах электрический ток обусловлен движением различных зарядов, но за направление электрического тока условно выбрано направление движения положительных зарядов.

Постоянный ток в проводниках создается благодаря особым устройствам — источникам тока. Проводники — это такие тела, в которых имеются свободные частицы, обладающие электрическим зарядом, способные ускоряться и перемещаться под действием приложенных к ним электрических сил. Возьмем два тела, заряженных противоположными зарядами (рис. 44). Если их соединить проводником, то по нему пойдет ток. В результате выравнивания потенциалов ток прекращается.

Для того чтобы движение зарядов не прекратилось, необходимо каким-то образом положительные заряды с тела В перенести снова на тело А. Такой перенос силы электростатической природы сделать не могут. Следовательно, для поддержания тока должны существовать силы не кулоновской природы. Силы неэлектростатического происхождения, способные разделить электрические заряды, называются сторонними силами.

Источник тока — это устройство, в котором происходит разделение электрических зарядов под действием сторонних сил.

Сторонние силы могут быть различной природы (магнитной, химической и др.).

Количественно электрический ток характеризуется силой тока. Сила тока (I) равна отношению заряда дельта q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени At, к этому интервалу времени. Сила тока — величина скалярная. При решении задач она может быть положительной или отрицательной. Знак силы тока зависит от того, какое из направлений обхода вдоль проводника принять за положительное. Сила тока I > О, если направление тока совпадает с условно выбранным положительным направлением обхода.

В Международной системе единиц силу тока измеряют в амперах (А). Эту единицу устанавливают на основе магнитного взаимодействия токов.

ГОСТ 8.417-81 дает такое определение единицы силы тока:

«Ампер равен силе неизменяющего тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длины 1 м силу взаимодействия, равную 2 • 10^-7 Н».

Немецкий физик Г. Ом в 1826 г. обнаружил, что отношение разности потенциалов между концами проводника, являющегося участком электрической цепи, к силе тока в цепи есть величина постоянная:

Эту величину R назвали электрическим сопротивлением. Единицей электрического сопротивления в СИ является ом (1 Ом). За единицу электрического сопротивления 1 Ом принято сопротивление такого проводника, в котором при разности потенциалов между его концами в 1 В течет ток силой в 1 А.

Удельное сопротивление р — величина, численно равная сопротивлению проводника длиной 1 м и поперечным сечением 1 м². Единица удельного электрического сопротивления ом • метр (Ом • м).

Для металлов и сплавов зависимость удельного сопротивления от температуры в небольшом интервале температур вблизи комнатной выражается формулой:

где р₀— удельное сопротивление при температуре t = 0 °С, а— температурный коэффициент сопротивления.

Температурный коэффициент сопротивления а — величина, равная отношению относительного изменения сопротивления участка цепи к изменению его температуры, вызвавшему это изменение сопротивления.

Выражение (3.10) есть закон Ома для участка цепи.

Сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению R:

Для создания постоянного тока в цепи необходим источник тока. Условно источник тока изображен на рис. 45. Сторонние силы, разделяя электрические заряды внутри источника, создают накопление их на полюсах. Если замкнуть полюсы источника проводами с нагрузкой, то по ней потечет ток. Участок цепи abed называют внешней частью цепи, участок ad — внутренней (рис. 46).

Отношение работы, совершаемой сторонними силами при перемещении положительного заряда по всей замкнутой цепи, к значению этого заряда называется электродвижущей силой источника (сокращенно ЭДС):

Участок электрической цепи, не содержащей источников ЭДС, называется однородным. Участок электрической цепи, который содержит источники ЭДС, называется неоднородным.

В однородном участке цепи движение электрических зарядов обусловлено действием на них электрической силы. Электрическое поле, обусловливающее движение электрических зарядов в цепи, называется стационарным. Стационарное электрическое поле создается во внешней цепи зарядами полюсов источника тока и обусловливает движение зарядов в электрической цепи. Отличается от электростатического поля неподвижных зарядов тем, что оно существует внутри проводников.

Примером неоднородного участка цепи является схема зарядки аккумулятора, представленная на рис. 47.

В этой цепи «+» и «-» — полюса источника тока, реостат, регулирующий ток и аккумулятор (be). Участок цепи abc — неоднородный, так как содержит источник сторонних сил — аккумулятор. Уточним понятие «напряжение».

За напряжение принимается физическая величина, равная отношению работы всех сил, действующих на данном участке, к значению переносимого заряда:

где А — работа всех сил, действующих на данном участке цепи (электростатических и сторонних).

Если на участке действуют только электростатические силы, то е = 0, при этом понятие напряжения и разность потенциалов совпадают.

Закон Ома (3.11) можно для неоднородного участка цепи записать в виде:

Составим электрическую цепь по схеме (рис. 48). Для внешней части цепи АВ:

Внутренний участок цепи ВСА является неоднородным, следовательно, согласно (3.12):

где r — внутреннее сопротивление источника тока. Сложив оба равенства (3.13) и (3.14), получим

Формула (3.15) выражает закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи равна электродвижущей силе источника, деленной на сумму сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи.

Из формулы (3.15) следует, что если R = 0, то напряжение между полюсами уменьшается до нуля, а сила тока достигает максимального значения (короткое замыкание).

Если R ~ r, то измеряя напряжение на полюсах источника, получим приближенное значение ЭДС источника.

При последовательном соединении проводников общее сопротивление равно сумме сопротивлений всех отдельных проводников: R = R₁ + R₂ + R₃ (рис. 49).

При параллельном соединении проводников величина, обратная сопротивлению всего разветвленного участка цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлению каждого из параллельно соединенных проводников (рис. 50):

Измерение силы тока производится амперметрами. Для расширения пределов измерения силы тока параллельно амперметру присоединяют шунт. Если амперметр рассчитан на измерения тока I₀, а необходимо измерить ток, равный пI₀, то параллельно амперметру присоединяют сопротивление в (п — 1) меньше сопротивления амперметра:

Для увеличения пределов измерения напряжения вольтметром последовательно с вольтметром включают дополнительное сопротивление. Если вольтметр рассчитан для измерения напряжения U₀, а необходимо измерить nU₀, то дополнительное сопротивление в (п — 1) больше сопротивления вольтметра:

Для расчета электрических величин (I, U, R, r) в разветвленных электрических цепях, содержащих источники ЭДС, справедливы правила Кирхгофа.

Первое правило Кирхгофа относится к узлам: алгебраическая сумма всех токов, приходящих в точку разветвления (узел) и выходящих их нее, равна нулю.

Принято считать токи, подходящие к узлу, положительными, выходящие — отрицательными. I₁ и I₂ — величины положительные, I₃ и I₄ — величины отрицательные (рис. 51).

Второе правило относится к отдельным замкнутым контурам цепи: при обходе любого замкнутого контура в сложной электрической цепи алгебраическая сумма падений напряжения на элементах цепи (включая и внутреннее сопротивление источника тока) равна алгебраической сумме ЭДС источников тока, имеющихся в этом контуре.

Направление обхода каждого контура (по часовой стрелке или против нее) произвольное. Падение напряжения считается положительным, если выбранное заранее направление тока на этом участке между двумя узлами совпадает с направлением обхода контура, и отрицательным, если направление тока противоположно направлению обхода.

ЭДС считается положительной, если при обходе по контуру источник тока проходится от отрицательного полюса к положительному, и отрицательной — в противоположном направлении.

Если в результате решения задачи получают отрицательное значение для силы тока на каком-то участке, то это означает, что ток на этом участке идет в направлении, противоположном выбранному обходу контура.

Мостик Уитстона — одна из распространенных схем, предназначенная для точного измерения сопротивлений. Электрическая схема представлена на рис. 52.

Четыре резистора с сопротивлениями R₁, R₂, R₃, R₄ составляют «плечи» схемы. Участок цепи, содержащий гальванометр, сопротивление которого r_г, представляет собой некий мостик, соединяющий точки D и С цепи.

Из первого закона Кирхгофа для узлов A, D, С следует:

Уравнение для узла В не даст ничего нового; в него войдут те же величины.

Из второго правила для контуров ADBMNA, ADCA, DBCD, приняв направление их обхода по часовой стрелке за положительное, получим

Правые части двух последних уравнений равны нулю, так как последние два контура не содержат источников тока. Если известны ЭДС источника и все шесть сопротивлений участков цепи, то составленная система из шести уравнений позволяет вычислить все шесть значений сил токов в цепи.

Система этих уравнений существенно упростится, если, изменяя сопротивление резисторов, добиться, чтобы ток в мостике отсутствовал (I_Г = 0). Это можно сделать, изменяя, например, сопротивление R₃ так, чтобы разность потенциалов на участках цепи BD и ВС была одинаковой. Тогда разность потенциалов между точками D и С будет равна нулю, а значит, будет равна нулю сила тока в мостике I_Г. а В этом случае

Разделив последние два уравнения друг на друга и учитывая написанные выше равенства для сил токов, получим

Такую мостиковую схему применяют для измерения одного из неизвестных сопротивлений, входящих в «плечи» мостика, например R₄. Тогда

Видим, что для измерения неизвестного сопротивления R₄ достаточно знать лишь сопротивление R₃ и отношение R₁/R₂.

Обычно отношение R₁/R₂ остается постоянным, а изменяем эталонное сопротивление R₃. Точность измерения неизвестного сопротивления с помощью мостика определяется точностью эталонного сопротивления R₃ и точностью отношения R₁/R₂ . Этот способ определения сопротивления дает меньшую погрешность, чем определение сопротивления резистора путем измерения силы тока и напряжения.

Работа сил электрического поля (или работа электрического тока) при протекании через проводник с электрическим сопротивлением R в течение времени t постоянного электрического тока I будет равна:

Мощность Р электрического тока равна:

Единицей работы электрического тока в СИ является джоуль (1 Дж), единицей мощности — ватт (Вт):

Для расчета работы и мощности тока пригодны любые выражения из соотношений (3.16) и (3.17).

Если электрический ток протекает в цепи, где энергия электрического поля превращается только во внутреннюю энергию проводника (и его температура возрастает), то на основании закона сохранения энергии:

Этот закон независимо друг от друга установили опытным путем Дж. Джоуль и X. X. Ленц. Он называется законом Джоуля-Ленца.

ампер — Что такое отрицательный ток?

спросил 3 года, 6 месяцев назад

Изменено 3 года, 6 месяцев назад

Просмотрено 22к раз

\$\начало группы\$

Насколько я понимаю, напряжение относительно земли, поэтому оно может быть отрицательным. Однако в настоящее время я смотрю на датчики тока (датчик тока ACS712), и в таблице рабочих характеристик он указывает Оптимизированный диапазон точности . В случае с этим датчиком он указывается в амперах в диапазоне от -5 А до +5 А

Я не могу найти ничего, объясняющего, как у вас может быть отрицательный ток. Насколько я знаю, электрический ток — это скорость потока электрического заряда внутри (части) цепи.

Как поток заряда, воспринимаемый датчиком, может быть отрицательным?

• сила тока
• базовая
• электричество
• токоизмерительный

\$\конечная группа\$

5

\$\начало группы\$

понимает, что напряжение относительно земли,

Я предпочитаю не соглашаться. Напряжение относительно опорной точки и . Часто эта точка отсчета является землей, но не всегда.

Принимая во внимание вышеизложенное, ваш ток определяется так же.

Возьмите контакт/порт компонента или схемы. Теперь вы можете определить ток, проходящий через в этого порта/вывода, как положительный, из чего следует, что если ток поступает через из этого порта/вывода, ток будет отрицательным.

\$\конечная группа\$

5

\$\начало группы\$

Это означает, что ток может протекать через устройство в любом направлении.

Подобно тому, как сетевое напряжение переменного тока меняет полярность на нагрузке, ток течет либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки в петле через нагрузку.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Электрический ток в физическом смысле представляет собой скорость потока электрического заряда. Но заряд может течь в одном направлении или в противоположном направлении. Вот причина положительного или отрицательного тока: вопрос в том, как вы установите свою ссылку.

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Это ток, идущий в направлении, противоположном направлению, определяемому как положительное, не более и не менее этого.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Отрицательный ток — это ток, текущий в направлении, противоположном положительному току, точно так же, как оси на графике имеют отрицательное и положительное направления в противоположных направлениях.

Датчик, который может считывать отрицательный и положительный ток, можно использовать для измерения скорости зарядки или разрядки аккумулятора. при этом один является положительным током, а другой отрицательным.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Отрицательный ток представляет собой поток зарядов, создаваемых отрицательным напряжением.

Кажется, вы думаете, что ток — это величина потока заряда, как скорость — это изменение положения. На самом деле ток — это вектор, и у него есть направление, как и у скорости. Просто в проводе есть только два возможных направления протекания зарядов, поэтому ток становится скаляром со знаком.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Проще говоря, эта ИС обеспечивает выходное напряжение с положительным наклоном, которое можно напрямую преобразовать в ток. Если напряжение на контактах 1+2 и 3+4 отрицательное или положительное, устройство все равно будет представлять ток как положительное напряжение.

Здесь важна полярность напряжения. В техническом описании подразумевается, что если на вышеупомянутые контакты подается отрицательное или положительное напряжение, микросхема может выдерживать 5 ампер независимо от полярности.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Повторим опыт Эрстеда с длинной тонкой трубкой Фламминга с нагревателем на одном конце и катодом на другом. Затем поместите магнитный компас гораздо меньшего размера ближе к середине трубы.

Разогрейте нить. Приложите напряжение между нитью накала и катодом и обратите внимание на отклонение стрелки компаса. Назовите это измерением положительного тока. Выключите трубку. Назовите показания компаса нулем. Теперь переверните трубку Флеминга и зажгите ее при том же напряжении нагревателя и катода. Стрелка компаса теперь отклонится в направлении, противоположном тому, что вы ранее называли положительным током. Вы только что измерили отрицательный ток (правило левой руки для магнитного потока, создаваемого электронами, текущими в вакууме)

Течение тока в проводе аналогично, но с гораздо большим числом электронов, выталкиваемых в направлении с гораздо меньшей средней составляющей скорости, параллельной проводу. Из-за того, что Бенджамин Франклин случайно поменял местами стикеры на двух лейденских банках (или что-то в этом роде), поток электронов теперь называется отрицательным током.

\$\конечная группа\$

1

Заряд и отрицательный ток0001

спросил 3 года, 1 месяц назад

Изменено 3 года, 1 месяц назад

Просмотрено 448 раз

\$\начало группы\$

Рассмотрим следующий график заряд-время:

Если нам нужно рассчитать ток в интервале от 8 до 12 секунд, ток будет отрицательным (поскольку ток представляет собой дифференцирование заряда по времени, т. е. наклон графика и в этом интервале наклон равен -ve), так каков же физический смысл этого отрицательного тока или что происходит с зарядами, чтобы сделать ток отрицательным в этом интервале? Насколько я понимаю, отрицательный ток означает, что ток имеет противоположное направление, но здесь заряд уменьшился, так как это связано с этим отрицательным током?

• текущий
• заряд

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Увеличение заряда конденсатора. Уменьшение или отрицательный ток — это разрядка конденсатора, поэтому ток уменьшается.

Горизонтальная линия показывает время, в течение которого конденсатор сохраняет заряд перед разрядкой.

Работа конденсатора заключается в накоплении заряда/энергии в электростатическом поле между двумя пластинами.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Каков физический смысл этого отрицательного тока или что происходит с зарядами, чтобы сделать ток отрицательным в этом интервале?

Отрицательный ток — это ток, протекающий в направлении, противоположном тому, в каком направлении, по вашему мнению, течет положительный ток.