Sanitaryhygiene.ru

Санитары Гигиены
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Куда течет электричество

Куда течет электричество

Куда течет электричество?В электрической цепи, включающей источник тока и потребитель электроэнергии, возникает электрический ток. Но в каком направлении возникает этот самый ток? Традиционно считается, что во внешней цепи ток имеет направление от плюса источника к минусу в то время, как внутри источника питания — от минуса к плюсу.

И действительно, электрический ток — это упорядоченное движение электрически заряженных частиц. В случае, если проводник изготовлен из металла, такими частицами служат электроны — отрицательно заряженные частицы. Однако во внешней цепи электроны движутся именно от минуса (отрицательного полюса) к плюсу (положительному полюсу), а не от плюса к минусу.

Если включить во внешнюю цепь полупроводниковый диод, то станет ясным, что ток возможен лишь тогда, когда диод подключен катодом в сторону минуса. Из этого следует, что за направление электрического тока в цепи принимают направление противоположное реальному движению электронов.

электрическая цепь с батареей, диодом и лампочкой

Если проследить историю становления электротехники как самостоятельной науки, можно понять, откуда возник такой парадоксальный подход.

Американский исследователь Бенжамин Франклин выдвинул в свое время унитарную (единую) теорию электричества. По этой теории электрическая материя является невесомой жидкостью, которая может вытекать из одних тел, при этом накапливаться в других.

По Франклину, электрическая жидкость есть во всех телах, но наэлектризованными тела становится лишь тогда, когда в них имеет место избыток или недостаток электрической жидкости (электрического флюида). Недостаток электрического флюида (по Франклину) означал отрицательную электризацию, а избыток – положительную.

Так было положено начало понятиям положительного заряда и отрицательного заряда. В момент соединения тел заряженных положительно с телами, заряженными отрицательно, электрическая жидкость перетекает от тела с большим количеством электрической жидкости к телам с пониженным ее количеством. Это похоже на систему сообщающихся сосудов. В науку вошло устойчивое понятие электрического тока, движения электрических зарядов.

Эта гипотеза Франклина предварила электронную теорию проводимости, однако она оказалась совсем не безупречной. Французский физик Шарль Дюфе обнаружил, что в реальности есть два вида электричества, которые в отдельности подчиняется теории Франклина, однако при соприкосновении взаимно нейтрализуются. Появилась новая дуалистическая (двойственная) теория электричества, выдвинутая естествоиспытателем Робертом Симмером на основании опытов Шарля Дюфе.

При натирании, с целью электризации, электризуемых тел, заряженным становится не только натираемое тело, но и натирающее. Дуалистическая теория утверждала, что в обычном состоянии в телах содержатся два рода электрического флюида и в разных количествах, которые нейтрализуют друг друга. Объяснялась электризация изменением соотношения отрицательных и положительных электричеств в электризуемых телах.

электрические флюиды

Как гипотеза Франклина, так и гипотеза Симмера успешно объясняли электростатические явления и даже конкурировали между собой.

Изобретенный в 1799 году вольтов столб и открытие явления электролиза привели к выводам о том, что при электролизе растворов и жидкостей в них наблюдается два противоположных по направлению движения зарядов – отрицательное и положительное. Это было торжество дуалистической теории, ведь при разложении воды теперь можно было наблюдать, как на положительном электроде происходит выделение пузырьков кислорода, в то же время на отрицательном – водорода.

Но здесь не все было гладко. Количество выделяемых газов получалось разным. Водорода выделялось вдвое больше, чем кислорода. Это ставило физиков в тупик. Тогда химики еще не имели представления о том, что в молекуле воды присутствуют два атома водорода и всего один атом кислорода.

Электролиз

Эти теории не были понятны всем.

Но в 1820 году Андре-Мари Ампер в работе, представленной членам Парижской академии наук, сперва решает выбрать одно из направлений токов в качестве основного, но затем дает правило, согласно которому можно точно определить воздействие магнитов на электрические токи.

Чтобы все время не говорить о двух противоположных по направлению токах обоих электричеств, во избежание лишних повторений, Ампер решил за направление электрического тока строго принять направление движения именно положительного электричества. Так, впервые Ампером было введено до сих пор общепринятое правило направления электрического тока.

Этого положения придерживался позже и сам Максвелл, придумавший правило «буравчика», определяющее направление магнитного поля катушки. Но вопрос об истинном направлении электрического тока так и оставался открытым. Фарадей писал, что такое положение вещей лишь условно, оно удобно ученым, и помогает им ясно определять направления токов. Но это лишь удобное средство.

После открытия Фарадеем электромагнитной индукции, появилась необходимость определять направление индуцированного тока. Русский физик Ленц дал правило: если металлический проводник движется вблизи тока или магнита, то в нем возникает гальванический ток. И направление возникающего тока таково, что неподвижный провод пришел бы от его действия в движение, противоположное исходному перемещению. Просто, облегчающее понимание правило.

Простая электрическая цепь

Даже после открытия электрона, эта условность существует более полутора столетий. С изобретением такого устройства, как электронная лампа, с широким внедрением полупроводников, стали возникать трудности. Но электротехника, как и прежде, оперирует старыми определениями. Порой это вызывает настоящую путаницу. Но внесение коррективов вызовет больше неудобств.

Открытый урок "Действия электрического тока и его направление"

Оборудование: Выпрямители, провода с розетками, ключи, магниты, штативы, подставки, электроды угольные и серебряные, раствор медного купороса, кипячёная вода, резистор, лампочка на подставке, шкала, термометр, гвозди, проволока, проволочный моток, таблица на доске, схемы электрических цепей, карточки, интерактивная доска.

Ход урока

1. Организационный момент.

Сообщение темы и цели урока.

2. Экспресс-опрос по пройденному материалу:

  1. Что такое электрический ток?
  2. Перечислите условия существования электрического тока.
  3. Какие заряженные частицы могут участвовать в возникновении электрического тока?
  4. Что создает и поддерживает длительное время электрическое поле в цепи?
  5. Что такое источник тока?
  6. Каково его назначение?
  7. Какие виды источников тока вам знакомы?
  8. Соотнесите источник тока с энергией, в котором происходит превращение энергии в электрическую энергию.

Класс разбивается на три группы для дальнейшей работы ребят в группах. Каждой группе выдается карточка с заданиями экспериментальной работы (Приложение 1) и рабочий лист для ученика (Приложении 2).

3. Объяснение нового материала (обратить внимание ребят на рабочие листы):

При объяснении вопроса электрический ток в металлах и направление электрического тока учащиеся заполняют пробелы в предложениях рабочего листа.

1. Электрический ток в металлах.

Металлы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение.

В узлах кристаллической решётки металлов расположены положительные ионы, а в пространстве между ними движутся электроны. Электроны не связаны с ядрами своих атомов и движутся беспорядочно, поэтому их называют свободными.

Отрицательный заряд всех свободных электронов по абсолютному значению равен положительному заряду всех ионов решётки. Поэтому в обычных условиях металл электрически нейтрален.

Если в металлах создать электрическое поле, то свободные электроны начнут двигаться направленно под действием электрических сил. Возникает электрический ток. Все электроны начинают двигаться в одном направлении по всей длине проводника, но между ними сохраняется беспорядочное движение (стайка мошкары, движущаяся в сторону ветра).

Электрический ток в металлах – это упорядоченное движение свободных электронов.

Скорость движения самих электронов в проводнике под действием электрического поля мала (несколько мм в секунду).

Но почему при замыкании электрической цепи лампочка загорается практически мгновенно?

Оказывается электрическое поле распространяется с огромной скоростью (близкой к С= 300 000 км/с) по всей длине проводника. Под действием электрического поля в упорядоченное движение приходят свободные е, находящиеся не только в подводящих проводниках, но и в спирали сомой лампы.

Поэтому, когда говорят о скорости распространения электрического тока в проводнике, то имеют в виду скорость распространения по проводнику электрического поля (выполнение задания в рабочих листах).

2. Направление электрического тока.

В металлах электрический ток – это упорядоченное движение электронов (отрицательно заряженных частиц). Т.к. в основном мы будем сталкиваться с электрическим током в металлах, разумно было бы предположить, что за направление электрического тока принимают направление движения электронов в электрическом проводнике (т.е. от « – » полюса источника к « + »).

Ток возникает и в электролитах – растворах кислот, солей, щёлочей.

Электрический ток в электролитах – упорядоченное движение ионов обоих знаков.

Но вопрос о направлении электрического тока возник задолго до открытия электронов и ионов. В то время считали, что во всех проводниках могут перемещаться как « + », так и « – » заряды.

За направление электрического тока приняли направление, по которому могли бы двигаться в проводнике «+» заряды, т.е. от «+» к «–», а т.к. это условие было учтено во всех законах и правилах электрического тока, то после открытия электронов и ионов ничего изменять не стали. (Проставить направление тока в схемах рабочего листа).

3. Действия электрического тока.

Рассмотрим 2 проводника. Можно ли по их внешнему виду определить протекает по ним электрический ток или нет? (опыт на демонстрационном столе) Решить эту проблему поможет нам изучение действий электрического тока.

Действиями электрического тока называют те явления, которые наблюдаются при наличии электрического тока в цепи. По этим действиям судят о протекании электрического тока в данной цепи, т.к. нельзя непосредственно наблюдать за движением заряженных частиц в проводнике.

Выясним, какие действия может совершать электрический ток. Для этого разделимся на 4 групп, каждая из которых получит свою карточку с экспериментальным заданием. При работе в группах надо не только провести предлагаемый эксперимент, но и сделать определённые выводы из наблюдений и понять, какое действие тока вы наблюдали во время опытов работы. После выполнения экспериментального задания один человек от группы расскажет о своих наблюдениях, а второй человек, во время рассказа, аккуратно заполнит предоставленную таблицу на доске.

Действия электрического тока.

Названия действия электрического тока
Приборы
Схема
Применение

4. Перед началом работы, вспомним о технике безопасности:

Человеческое тело – проводник. Если случайно человек окажется под напряжением 24В, то в большинстве случаев он не избежит травмы или даже смерти. Поэтому любому человеку, имеющему дело с электричеством, надо помнить следующие правила:

  1. Очень опасно одновременное прикосновение двумя руками к двум оголённым проводам.
  2. Очень опасно прикосновение к оголённому проводу, стоя на земле, на сыром или цементном полу.
  3. Опасно пользоваться неисправными электроприборами.
  4. Нельзя собирать, разбирать, исправлять что-либо в электрическом приборе, не отключив его от источника питания.
  5. Нельзя проводить какие либо операции с электрической арматурой, не выключив её из сети.

Мы пользуемся на уроке напряжением безопасным для жизни 4В. Но правила, оговоренные выше, надо соблюдать.

5. Групповая работа по карточкам, отчёты групп, систематизация выводов в таблице на доске и в рабочих листах.

6. Закрепление изученного материала с помощью тестовых заданий

(где количество правильных ответов будет соответствовать вашей оценке). (Приложение 3)

Электрический ток, сила тока, направление электрического тока, напряжение, условие существования тока в проводнике, электрическая цепь, условие существования тока в цепи.

Говоря об использовании эл.энергии в быту, то имеют ввиду работу электрического тока. Его проводят к потребителю по проводам, и когда случаются перебои с электричеством, то говорят, что в проводах исчез ток. Слово «ток» означает движение или течение чего-либо. Чио же может перемещаться в проводах?

Известно, что в молекулах есть электроны, движением которых объясняются различные электрические явления.

Опыт –металлич.стержнем соединяем «+» заряженный и незаряженный электроскопы. Свободные электроны стержня под действием эл.поля придут в движение по направлению к незаряженному электроскопу, он зарядится «+».

Опыт – «+» заряженная палочка и нейтральная гильза. Гильза притянется к палочке из-за перераспределения в ней зарядов. Электроны перейдут ближе к палочке, противоположный конец гильзы «+». При касании часть электронов гильзы перейдет на палочку, на гильзе останется «+».

Кроме электронов, в веществах есть ионы — более крупные частицы.

Мы знаем, что в некоторых веществах (особенно в металлах) есть электроны, которые слабо удерживаются ядром и могут свободно перемещаться.

Электрический ток – упорядоченное движение электрических зарядов.

Условия возникновения тока – наличие электрического поля и наличие свободных зарядов. Чтобы электрический ток в проводнике существовал длительное время, необходимо все время поддерживать в нем электрическое поле. Для этого существуют источники электрического тока. Они различны, но в каждом совершается работа по разделению «+» и «-» заряженных частиц. Разделенные частицы накапливаются на полюсах источника, к которым присоединяют проводники.

В источниках тока происходит превращение механической, внутренней энергии в электрическую.

Например, термоэлемент – превращает внутреннюю энергию в электрическую. Две проволоки из разного металла спаяны и место спая нагревается. В проволоках возникнет эл.ток.

Фотоэлемент – при освещении некоторых веществ наблюдается потеря отрицательного заряда.

Гальванический элемент –в результате химической реакции внутренняя энергия превращается в электрическую. Цинковый корпус (Ц), угольный стержень (У) с металлической крышкой (М). Стержень помещен в смесь оксида марганца и размельченного углерода (С). К стенкам корпуса прилегает раствор соли хлорида аммония (Р). Корпус реагирует с хлоридом аммония и становится «-» заряженным. Оксид марганца несет «+» заряд и через стержень передается металлической крышке. Между цинковым корпусом и угольным стержнем возникает эл.поле.

Аккумулятор – источник тока с возможностью многократной подзарядки. Простейший А. – две свинцовые пластины в серной кислоте. Для подзарядки через аккумулятор пропускают постоянный ток. В результате химических реакций одна пластина (электрод) получает «+» заряд, другая «-». Для зарядки Аккумулятора его «+ полюс присоединяют к «+» полюсу источника, а «-» к «-». Бывают кислотные и щелочные.

Однако в любом источнике есть сторонние силы – перемещают заряды против кулоновских.

Работа эл.поля по перемещению (разделению) заряда равна разности потенциальных энергий взаимодействия заряда и поля в начале и в конце участка .

Чтобы использовать энергию тока, нужно иметь источник тока. В домах находятся приемники или потребители тока. Для доставки эл.энергии от источника к приемнику используют провода.

Электрическая цепь – источник тока, потребители (приборы, лампы), замыкающие устройства (выключатель), соединенные проводами.

Чтобы в электрической цепи был ток, она должна быть замкнутой, содержать источник и состоять из проводников.

Ток течет от «+» полюса источника к «-». При обрыве цепи на ее участках быстро накапливаются заряды, поле которых нейтрализует поле источника и ток прекращается.

Действие тока

— магнитноеопыт –медный провод с изоляцией наматываем на железный гвоздь. Провод соединяем с источником. Замыкаем цепь, гвоздь намагничивается и притягивает к себе мелкие железные предметы. Аналогично с рамкой, которую потом помещаем между полюсами магнита. Явление взаимодействия катушки с током и магнита используют в гальванометре.

— тепловое — к полюсам источника присоединяют железную проволоку, она нагревается и провисает, может накалиться докрасна, как в лампочке

— химическое — в некоторых растворах при прохождении тока выделяются вещества. При прохождении тока через медный купорос CuSO4 на «-» электроде осядет чистая медь.

За направление эл.тока принимают направление предполагаемого движения положительных зарядов или направление, противоположное движению отрицательных.

Сила тока – скалярная физическая величина, равная отношению заряда, проходящего через поперечное сечение проводника ко времени прохождения .

В основу определения единицы силы тока положено взаимодействие двух проводников с током. Опыт – два гибких прямых провода параллельны друг другу. Оба подсоединены к источнику тока. При замыкании цепи по ним течет ток и проводники притягиваются или отталкиваются в зависимости от направления тока в них. Силу их взаимодействия можно измерить. Она зависит от:

— среды, в которой они находятся,

— от силы тока в них.

Если взять очень длинные и очень тонкие проводники на расстоянии 1 м, в вакууме, с одинаковой силой тока, то за единицу силы тока принимают силу тока, при которой такие проводники взаимодействующих с силой 2*10 -7 Н. Это 1 Ампер (А).

Так как сила тока то Следовательно, 1 кулон=1Ампер1секунду.

За единицу электрического заряда принимают заряд, проходящий сквозь поперечное сечение проводника при силе тока в 1А за время 1 с.

Электрический ток это направленное движение частиц. Это движение создается электрическим полем. Поле при этом совершает работу.

Работу сил электрического поля, создающего электрический ток, называют работой тока.

От чего она зависит? От силы тока, т.е. от заряда, протекающего по цепи в единицу времени (см тепловое действие тока, чем выше сила тока, тем выше температура проволоки и тем больше тепловое действие тока). Кроме того, работа тока зависит еще от одной величины, называемой напряжением.

Напряжение – физическая величина, характеризующая электрическое поле.

Опыт –цепь с маленькой лампой и аккумулятором и цепь с с большой лампой и городской сетью. Амперметры показывают одинаковую силу тока. Но лампа от городской сети дает больше тепла и света.

Вывод- при одинаковой силе тока работа тока при перемещении заряда в 1 Кл различна. Эта работа тока и определяет напряжение.

Напряжение (Вольт) – скалярная физическая величина, равная отношению работы кулоновских и сторонних сил по перемещению точечного «+» заряда по участку цепи к величине этого заряда .

За единицу напряжения принимают такое напряжение на концах проводника, при котором работа по перемещению эл.заряда в 1 кл по этому проводнику равна 1 Дж.

Если в цепи нет источника, то присутствует работа только кулоновских сил. Рассчитывается как разность потенциалов на концах участка .

Зависимость силы тока от напряжения. (Вольт – амперная характеристика)

Ток – упорядоченное движение заряженных частиц в поле. Поле характеризуется напряжением.

Опыт – эл.цепь (аккумулятор, амперметр, проводник, ключ, вольтметр). Цепь замыкают и снимают показания приборов. К первому источнику добавляют второй.

Напряжение на проводника увеличится вдвое, как и сила тока в цепи. Далее – третий источник и т.д.

Опыт показывает, что во сколько раз увеличивается сила тока в проводнике, во столько же увеличивается напряжение на его концах.

Как определить направление токов в цепи постоянного тока

Электрический ток — это направленное (упорядоченное, то есть не хаотичное) движение электрически заряженных частиц или заряженных макроскопических тел. Под заряженными частицами, обычно, подразумеваются электроны или ионы, а под макроскопическими (macroscopic — видимые невооруженным глазом) — крупные частицы, например, заряженные капли дождя. Ток возникает при наличии электрического поля. Разберемся с тем как определяется направление электрического тока.

Электрический ток в разных веществах

Электрический ток возникает в самых разных веществах, которые могут находиться в различных агрегатных состояниях. Рассмотрим некоторые примеры, демонстрирующие возникновение направленного потока заряженных частиц в твердых, жидких и газообразных средах:

  • В металлах имеется много свободных электронов, которые являются главным источником тока;
  • Электролиты — это жидкости, проводящие электрический ток. Водные растворы кислот, щелочей, солей — все это примеры электролитов. Попадая в воду молекулы этих веществ распадаются на ионы, представляющие собой заряженные атомы или группы атомов, имеющие положительный (катионы) или отрицательный (анионы) электрические заряды. Катионы и анионы образуют электрический ток в электролитах;
  • В газах и плазме ток создается за счет движения электронов и положительно заряженных ионов;
  • В вакууме — за счет электронов, вылетающих с поверхности металлических электродов.

Примеры электрического тока в разных веществах (металлах, электролитах, газах, плазме, вакууме)

Рис. 1. Примеры электрического тока в разных веществах (металлах, электролитах, газах, плазме, вакууме).

В приведенных примерах токи возникают в результате движения заряженных частиц относительно той или иной среды (внутри тел). Такой ток называется током проводимости. Движение макроскопических заряженных тел называется конвекционным током. Примером конвекционного тока могут служить капли дождя во время разряда молнии.

ионы

Видео по теме: что такое электрический ток

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

Электрический ток – одно из основных благ цивилизации, без которого жизнь современного человечества была бы невозможна. Применяемый во всех областях современного мира (от простого электрочайника, встречающегося на кухни почти любой домохозяйки до мощной дуговой электроплавильной печи) он делает жизнь людей более удобной и простой. В то же самое время очень мало из тех, кто пользуется многочисленными электроприборами, задумывается над природой данного явления. В частности, не все понимают, что оно собой представляет, на протекании каких процессов основывается, какое направление течения заряженных частиц в проводниках и электрических цепях.

Для того чтобы разобраться в том, как течет ток, необходимо понять его физическую сущность, основанную на атомарно-молекулярной теории строения материи, узнать, какие условия необходимы для его возникновения и существования, какие виды токов бывают, и какими характеристиками они обладают.

В каком направлении течет ток

За направление тока принято направление движения положительно заряженных частиц; если же ток создается отрицательно заряженными частицами (например, электронами), то направление тока считается противоположным направлению движения частиц.

Направление движения тока для любой электрической цепи

Рис. 2. Направление движения тока для любой электрической цепи.

Возникает вопрос: почему не был принят очевидный вариант направления, совпадающий с направлением движения электронов? Для того, чтобы это стало понятно, надо немного окунуться в историю физики.

Электрический ток и поток электронов

Разобравшись в том, что в большинстве случаев носителями электрических зарядов являются электроны, необходимо понять, почему они движутся. Для этого необходимо заглянуть в микромир частиц – атомов и понять их строение, физические процессы, происходящие с ними.

Атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него множества электронов, количество которых зависит от суммарного заряда ядра. Электроны передвигаются по определенным траекториям – орбиталям (уровням). При этом те из них, которые располагаются ближе всего к ядру, удерживаются им очень сильно и не участвуют в химических реакциях и физических процессах. Те частицы, которые находятся на внешних уровнях, являются активными и определяющими способность того или иного атома к химическому взаимодействию и образованию свободных зарядов. Их называют валентными.

Активность и способность атомов к отщеплению свободных электронов зависят от количества частиц на внешних уровнях. Так, у одних веществ многочисленные электроны удалены от ядра, поэтому срываются со своих орбиталей и начинают устремляться к другим атомам, в результате чего наблюдается перемещение свободных зарядов. При подаче электрических потенциалов (напряжения) движение электронов становится направленным, появляется электрический ток. Поэтому твердые тела (например, металлы) с большим количеством свободных электронов являются проводниками.

У диалектиков частицы, способные переносить электрический заряд, отсутствуют – у них мало электронов на внешних уровнях, поэтому они не могут срываться, переходя сначала в хаотичное, потом и в направленное движение.

Промежуточное положение между диэлектриками и проводниками занимают полупроводники, электропроводность которых зависит от внешних факторов (температуры, освещенности и т.д.).

Почему надо знать историю физических открытий

Природу электрических явлений пытались объяснить многие исследователи задолго до открытия электрона (1897 г.). Впервые к пониманию о существовании двух типов зарядов — положительных и отрицательных пришел американский физик Бенджамин Франклин в 1747 г. На основе своих наблюдений он предположил (выдвинул гипотезу), что существует некая “электрическая материя”, состоящая из мелких, невидимых частиц. Он же первым ввел обозначение для электрических зарядов “−” и “+”. Франклин предложил считать, что если тело наполняется электрической материей, то оно заряжается положительно, а если оно теряет электричество, то заряжается отрицательно. В случае замыкания (соединения) цепи положительный заряд потечет туда, где его нет, то есть к “минусу”. Эта плодотворная гипотеза стала популярной, получила свое признание среди ученых, вошла в справочники и учебные пособия.

Конечно, после открытия отрицательно заряженного электрона, эта “нестыковка” реального направления движения с ранее общепринятым была обнаружена. Однако, мировым научным сообществом было принято решение оставить в силе предыдущую формулировку о направлении тока, поскольку в большинстве практических случаев это ни на что не влияет.

В случае необходимости, для объяснения отдельных физических эффектов в полупроводниках и искусственных материалах (гетероструктурах), принимается во внимание настоящее направление движения электронов.

Бенджамин Франклин знаменит еще как выдающийся политический деятель, дипломат и писатель. Он является одним из авторов конституции США. В знак признания заслуг Франклина на купюре номиналом в 100 долларов с 1914 г. изображен его портрет.

Изображение купюры 100 долларов США с портретом Бенджамина Франклина

Рис. 3. Изображение купюры 100 долларов США с портретом Бенджамина Франклина.

Давайте теперь разберёмся в основных характеристиках тока

Представим картину: У вас имеется стандартная картонная коробка с горячительным напитком на 12 бутылок. А вы пытаетесь засунуть туда ещё бутылку. Предположим вам это удалось, но коробка едва выдержала. Вы засовываете туда ещё одну, и вдруг коробка рвётся и бутылки вываливаются.

Коробку с бутылками можно сравнить с поперечным сечением проводника:

Чем шире коробка (толще провод), тем большее количество бутылок (СИЛУ ТОКА), она может в себя поместить (обеспечить).

В коробке (в проводнике) можно поместить от одной до 12 бутылок – она не развалится (проводник не сгорит), а большее число бутылок (большую силу тока) она не вмещает (представляет сопротивление). Если сверху на коробку, мы поставим ещё одну коробку, то на одной единице площади (сечении проводника) мы разместим не 12, а 24 бутылки, ещё одну сверху — 36 бутылок. Одну из коробок (один этаж) можно принять за единицу аналогичную НАПРЯЖЕНИЮ электрического тока.

Чем шире коробка (меньше сопротивление), тем большее количество бутылок (СИЛУ ТОКА) она может обеспечить.

Увеличив высоту коробок (напряжение), мы можем увеличить общее количество бутылок (МОЩНОСТЬ) без разрушения коробок (проводника).

По нашей аналогии получилось:

Общее количество бутылок это — МОЩНОСТЬ

Количество бутылок в одной коробке (слое) это — СИЛА ТОКА

Количество ящиков в высоту (этажей) это — НАПРЯЖЕНИЕ

Ширина коробки (вместимость) это — СОПРОТИВЛЕНИЕ участка электрической цепи

Путём перечисленных аналогий, мы пришли к «ЗАКОНУ ОМА«, который ещё называется Законом Ома для участка цепи. Изобразим его в виде формулы:

где I

– сила тока,
U
– напряжение (разность потенциалов),
R
– сопротивление.

По-простому, это звучит так: Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению

Кроме того, мы пришли и к «ЗАКОНУ ВАТТА«. Так же изобразим его в виде формулы:

где I

– сила тока,
U
– напряжение (разность потенциалов),
Р
– мощность.

По-простому, это звучит так: Мощность равна произведению силы тока на напряжение

Сила электрического тока

измеряется прибором называемым Амперметром. Как вы догадались, величина электрического тока (количество переносимого заряда) измеряется в амперах. Для увеличения диапазона обозначений единицы изменения существуют такие приставки кратности как микро — микроампер (мкА), мили – миллиампер (мА). Другие приставки в повседневном обиходе не используются. Например: Говорят и пишут «десять тысяч ампер», но никогда не говорят и не пишут 10 килоампер. Такие значения в обычной жизни не реальны. То же самое можно сказать про наноампер. Обычно говорят и пишут 1×10 -9 Ампер.

Электрическое напряжение

(электрический потенциал) измеряется прибором называемым Вольтметром, как вы догадались, напряжение, т. е. разность потенциалов, которая заставляет течь ток, измеряется в Вольтах (В). Так же, как для тока, для увеличения диапазона обозначений, существуют кратные приставки: (микро — микровольт (мкВ), мили – милливольт (мВ), кило – киловольт (кВ), мега – мегавольт (МВ). Напряжение ещё называют ЭДС – электродвижущей силой.

Направление электрического тока

Направление движения заряженных частиц, образующих ток, зависит от знака их заряда. Положительно заряженные частицы будут двигаться от «плюса» к «минусу», а отрицательно заряженные — наоборот, от «минуса» к «плюсу». В электролитах и газах, например, присутствуют как положительные, так и отрицательные свободные заряды, и ток создаётся их встречным движением в обоих направлениях. Какое же из этих направлений принять за направление электрического тока?

Направлением тока принято считать направление движения положительных зарядов.

Попросту говоря, по соглашению ток течёт от «плюса» к «минусу» (рис. 1 ; положительная клемма источника тока изображена длинной чертой, отрицательная клемма — короткой).

Рис. 1. Направление тока

Данное соглашение вступает в некоторое противоречие с наиболее распространённым случаем металлических проводников. В металле носителями заряда являются свободные электроны, и двигаются они от «минуса» к «плюсу». Но в соответствии с соглашением мы вынуждены считать, что направление тока в металлическом проводнике противоположно движению свободных электронов. Это, конечно, не очень удобно.

3. Положительные направления тока и напряжения.

Электрический ток в общем случае представляет собой движения электрических зарядов отрицательного и положительного знаков в разные стороны.

Численно ток определяется как придел отношения количества электричества, переносимого заряженными частицами сквозь рассматриваемое поперечное сечение проводника за некоторый промежуток времени, к этому времени, при условии, что данный промежуток времени стремится к нулю:

где q — количество электричества, прошедшее через рассматриваемое сечение проводника за время t.

Количество электричества (заряд) измеряется в Кулонах [K], промежуток времени в секундах [сек], а единицей измерения тока служит Ампер [A].

Электрическому току приписывают направление.

За положительное направление тока принимают направление перемещения положительных зарядов от точки высшего потенциала к точке меньшего потенциала.

Направление тока характеризуется знаком тока. Понятия положительный или отрицательный ток имеют смысл, если сравнивать направление тока в проводнике с некоторым заранее выбранным направлением – так называемым положительным направлением тока.

Положительное направление тока выбирается произвольно и указывается стрелкой.

Рассмотрим пассивный участок электрической цепи с выбранным положительным направлением тока:

При протекании тока от точки 1 к точке 2 подразумевается, что потенциал точки 1 выше потенциала точки 2.

Под напряжением на данном участке подразумевается разность электрических потенциалов точек 1 и 2.

Единица измерения напряжения Вольт [B].

Порядок индексов при напряжении означают его выбранное положительное направление.

Чаще всего положительное направление напряжения выбирают совпадающим с положительным направлением тока и указывают стрелкой.

4. Источник напряжения и источник тока.

В теории электрических цепей используют понятия идеальные источники электрической энергии: источник напряжения и источник тока.

Им приписывают следующие свойства:

Источник напряжения представляет собой активный элемент с двумя зажимами, напряжение на котором не зависит от тока, проходящего через источник

Рис.2. Идеальный источник напряжения и

его вольтамперная характеристика(BAX).

Предполагается, что внутри идеального источника напряжения пассивные сопротивление, индуктивность и емкость отсутствуют и, следовательно, прохождение тока не вызывает падения напряжения.

Упорядоченное перемещение положительных зарядов в источнике напряжения от меньшего потенциала к большему возможно за счет работы сторонних сил, которые присущи источнику.

Величина работы, производимой данными сторонними силами по перемещению единицы положительного заряда от отрицательного полюса источника напряжения к положительному по полюсу, называется электродвижущей силой (э.д.с.) источника и обозначается e(t).

На рис.2(а) указано направление напряжения на зажимах идеального источника, которое всегда равно э.д.с. источника по величине и противоположно ей по направлению.

Идеальный источник напряжения называют еще источником бесконечной мощности. Это — теоретическое понятие. Величина тока в пассивной цепи зависит от параметров этой цепи и e(t). Если зажимы идеального источника напряжения замкнуть накоротко, то ток цепи должен быть теоретически равен бесконечности. В действительности при замыкании зажимов источника ток имеет конечное значение, так как реальный источник обладает внутренним сопротивлением.

Обычно внутренние параметры источника конечной мощности незначительны по сравнению с параметрами внешней цепи и в некоторых случаях (по условию задачи) могут вообще не учитываться. Внутреннее сопротивление источника напряжения на схемах замещения изображается последовательно соединенным с самим источником.

Рис.3. Источник напряжения конечной мощности.

Источник тока представляет собой активный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах.

Рис.4. Идеальный источник тока и его вольтамперная характеристика.

Предполагается, что внутренне сопротивление идеального источника тока равно бесконечности, и поэтому параметры внешней цепи, от которых зависит напряжение на зажимах источника тока, не влияют на ток источника.

При увеличении напряжения внешней цепи, присоединенной к источнику тока, напряжение на его зажимах, и следовательно, мощность возрастают. Поэтому идеальный источник тока теоретически так же рассматривается как источник бесконечной мощности.

Источник тока конечной мощности изображен на рис.5. g – внутренняя проводимость источника. Она характеризует внутренние параметры источника и ограничивает мощность, отдаваемую в цепь.

Рис.5. Источник тока конечной мощности.

Часто при решении задач методом эквивалентных преобразований возникает необходимость заменить реальный источник напряжения эквивалентным источником тока или наоборот. Преобразование осуществляется по схеме и формулам рис.6.

(1)

голоса
Рейтинг статьи
Читайте так же:
Одним проводом подключит несколько лампочек
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector