Меню

Электрический ток переноса определение



Электрические токи проводимости, переноса и смещения

Электрическое напряжение. Разность электрических потенциалов. Электродвижущая сила.

Электрические токи проводимости, переноса и смещения.

Лекция 2. Понятие электрического тока, напряжения, ЭДС

Литература:1. Теоретические основы электротехники [Текст]: В 3-х т. Учебник для вузов. Том 1. – 4-е изд. / К. С. Демирчян, Л. Р.

Нейман, Н. В. Коровкин, В. Л. Чечурин. – СПб.: Питер, 2004. – 463, [1] с.: ил. – 4000 экз. – ISBN 5-94723-620-6. – ISBN 5-94723-479-3.

Явление направленного движения свободных носителей зарядов называют электрическим током.

При анализе электрических свойств веществ, в которых отсутствуют свободные носители заряда (например, диэлектриков при определенных условиях), используется понятие электрического смещения. В связи с этим имеет место более точное определение электрического тока:

явление направленного движения свободных зарядов и/или явление изменения вектора электрического смещения во времени, сопровождаемые магнитным полем, называют полным электрическим током.

Полный электрический ток принято разделять на три основных вида: ток проводимости, ток переноса и ток смещения.

Ток проводимости имеет место в проводниках и полупроводниках (металлы, уголь, электролиты, полупроводниковые материалы). Ток проводимости сквозь некоторую поверхность s определяется количеством зарядов q, проходящих за единицу времени сквозь эту поверхность. В любой момент времени ток проводимости можно определить из выражения

где N – количество зарядов величиной qj, прошедших сквозь поверхность s за время t.

С понятием электрического тока тесно связано понятие плотности тока. Плотность тока есть векторная величина, равная пределу отношения тока Di сквозь элемент поверхности Ds, нормальный к направлению движения заряженных частиц (рисунок 1, а), к этому элементу, когда Ds ® 0, то есть

Вектор плотности тока имеет направление, совпадающее с направлением движения положительно заряженных частиц (противоположное направлению движения отрицательно заряженных частиц). Если вектор составляет с положительной нормалью к поверхности некоторый угол a (рисунок 1, б), то используется соотношение

откуда ток, проходящий через поверхность s конечных размеров, может быть определен как

Единицей тока является ампер (А), а единицей плотности тока – ампер на метр квадратный (А/м 2 ).

Плотность тока проводимости при постоянной температуре проводника (полупроводника) пропорциональна напряженности электрического поля

где g — коэффициент пропорциональности, называемый удельной электрической проводимостью вещества.

Величину называют удельным электрическим сопротивлением вещества.

Единицей удельной проводимости является сименс на метр (См/м), а единицей удельного сопротивления – ом-метр (Ом × м).

Под электрическим током переноса понимают явление переноса электрических зарядов движущимися в свободном пространстве заряженными частицами или телами. Ток переноса имеет место в пустоте, в газах.

Ток смещения имеет место при переменном электрическом поле в диэлектриках. Любое изменение электрического поля во времени изменяет поляризованность диэлектрика. При этом в веществе диэлектрика движутся элементарные частицы с электрическими зарядами, входящие в состав атомов и молекул вещества. Такой вид электрического тока в диэлектрике еще называют электрическим током поляризации.

С учетом изложенного выше, количественно полный электрический токможно представить как скалярную величину, равную сумме тока проводимости и тока смещения сквозь рассматриваемую поверхность, то есть

где – составляющая вектора электрического смещения;

e = 8, 85 × 10 -12 Ф/м – электрическая постоянная;

– напряженность электрического поля.

В выражении (6) в q входят как заряды свободных носителей, так и суммарный связанный заряд, проходящий сквозь поверхность при поляризации вещества. Второй член в выражении для тока представляет собой ток смещения в пустоте, являющийся скалярной величиной и равный производной по времени от потока электрического смещения сквозь рассматриваемую поверхность.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Электрический ток — перенос

Электрический ток переноса — электрический ток, осуществляемый переносом телами электрических зарядов. [1]

Электрическим током переноса называют явление переноса электрических зарядов заряженными частицами или телами, движущимися в свободном пространстве. Основным видом электрического тока переноса является движение в пустоте элементарных частиц, обладающих зарядом ( движение свободных электронов в электронных лампах), движение свободных ионов в газоразрядных приборах. [2]

Важным видом электрического тока переноса является движение в пустоте элементарных частиц, обладающих зарядом. Не менее важным видом электрического тока переноса является электрический ток в газах. Пусть ребро dl параллельно вектору скорости. [3]

Важным видом электрического тока переноса является движение в пустоте элементарных частиц, обладающих зарядом. Не менее важным видом электрического тока переноса является электрический ток в газах. Выразим плотность тока переноса через среднюю объемную плотность р заряда движущихся частиц и их скорость и. Пусть ребро dl параллельно вектору скорости. Следовательно, ток сквозь поверхность ds равен di dqldt pv ds, и для плотности тока имеем J di / ds ру. [4]

Важным видом электрического тока переноса является движение в пустоте элементарных частиц, обладающих зарядом. Не менее важным видом электрического тока переноса является электрический ток в газах. Выразим плотность тока переноса через среднюю объемную плотность р заряда движущихся частиц и их скорость и. Пусть ребро dl параллельно вектору скорости. [5]

Конвекционным электрическим током ( электрическим током переноса ) называется электрический ток, осуществляемый движением в пространстве заряженного макроскопического тела. Например, движущаяся заряженная лента электростатического генератора, изготовленная из диэлектрического материала ( см. § 16.3), образует конвекционный ток. [6]

Читайте также:  Не поступает ток в бензонасос газель

Какое явление понимается под электрическим током переноса . [7]

Конвекционным элем рическим током ( электрическим током переноса ) называется электрический ток, осуществляемый движением в пространстве заряженного макроскопического тела. [8]

Рассмотрим другой вид электрического тока, именуемый электрическим током переноса , под которым понимают явление переноса электрических зарядов движущимися в свободном пространстве заряженными частицами или телами. Ток переноса отличается от тока проводимости тем, что его плотность не может быть представлена соотношением J уЕ, где удельная проводимость у есть определенная величина, характеризующая среду, проводящую ток. Ускорение такой частицы пропорционально напряженности поля. Соответственно движение ее в свободном пространстве будет равноускоренным, так как отсутствует сопротивление среды. [9]

Рассмотрим другой вид электрического тока проводимости, именуемый электрическим током переноса , под которым понимают явление переноса электрических зарядов движущимися в свободном пространстве заряженными частицами или телами. Ток переноса отличается от тока проводимости в проводниках тем, что его плотность не может быть представлена соотношением J уЕ, где удельная проводимость у есть определенная величина, характеризующая среду, проводящую ток. Ускорение такой частицы пропорционально напряженности поля. Соответственно, движение ее в свободном пространстве будет равноускоренным, так как отсутствует сопротивление среды. [10]

В междуэлектродном пространстве между катодом и фронтом первых электронов протекает электрический ток переноса , обусловленный движением электрических зарядов. [11]

Действительно, движение заряженных тел относительно него и относительно прибора, с помощью которого он определяет магнитное поле, представляет собой электрический ток переноса , а всякий электрический ток связан с магнитным полем. [12]

Электрическим током переноса называют явление переноса электрических зарядов заряженными частицами или телами, движущимися в свободном пространстве. Основным видом электрического тока переноса является движение в пустоте элементарных частиц, обладающих зарядом ( движение свободных электронов в электронных лампах), движение свободных ионов в газоразрядных приборах. [13]

Важным видом электрического тока переноса является движение в пустоте элементарных частиц, обладающих зарядом. Не менее важным видом электрического тока переноса является электрический ток в газах. Пусть ребро dl параллельно вектору скорости. [14]

Важным видом электрического тока переноса является движение в пустоте элементарных частиц, обладающих зарядом. Не менее важным видом электрического тока переноса является электрический ток в газах. Выразим плотность тока переноса через среднюю объемную плотность р заряда движущихся частиц и их скорость и. Пусть ребро dl параллельно вектору скорости. Следовательно, ток сквозь поверхность ds равен di dqldt pv ds, и для плотности тока имеем J di / ds ру. [15]

Источник

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

date image2015-03-22
views image3040

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Полным электрическим током называют явление направленного движения зарядов и явление изменения электрического поля во времени, сопровождаемые магнитным полем.

Различают три основных вида электрического тока: ток проводимости, ток переноса, ток смещения.

Ток проводимости

Ток проводимости может возникать в среде, обладающей электропроводностью и обусловлен движением свободных заряженных частиц в проводнике. Количественная сторона этого явления характеризуется силой тока i ( [ ] = A). Величина тока i определяется зарядом q, проходящим через некоторую поверхность S в единицу времени

Для характеристики распределения в проводнике заряженных частиц используется векторная величина , называемая плотностью тока. Направление вектора указывает направление движения положительно заряженных частиц. Величина характеризует интенсивность их прохождения через площадку , [ ] = A/м 2 .

При известной плотности тока сила тока , проходящего через некоторую поверхность , может быть рассчитана по формуле

где вектор направлен по нормали к поверхности .

Для тока проводимости характерна зависимость , где символом обозначена удельная электрическая проводимость вещества проводника ([ ] = 1/Ом м).

Типичным примером тока проводимости является электрический ток в металлах.

Ток переноса

Током переноса называют явление перемещения в свободном пространстве электрически заряженных частиц. Принципиальное отличие тока переноса от тока проводимости заключается в том, что плотность тока переноса не пропорциональна напряженности электрического поля, а определяется объемной плотностью переносимого заряда и скоростью движения частиц

Примером тока переноса может служить поток электронов в электронно-лучевой трубке.

Источник

Что такое электрический ток?

Открытия, связанные с электричеством, кардинально изменили нашу жизнь. Используя электрический ток как источник энергии, человечество сделало прорыв в технологиях, которые облегчили наше существование. Сегодня электричество приводит в движение токарные станки, автомобили, управляет роботизированной техникой, обеспечивает связь. Этот список можно продолжать очень долго. Даже трудно назвать отрасль, где можно обойтись без электроэнергии.

В чём секрет такого массового использования электричества? Ведь в природе существуют и другие источники энергии, более дешевые, чем электричество. Оказывается всё дело в транспортировке.

Электрическую энергию можно доставить практически везде:

  • к производственному цеху;
  • квартире;
  • на поле;
  • в шахту, под воду и т. д.

Электроэнергию, накопленную аккумулятором, можно носить с собой. Мы пользуемся этим ежедневно, беря с собой сотовый телефон. Ни один другой вид энергии не обладает такими универсальными свойствами как электричество. Разве это не является достаточной причиной для того, чтобы глубже изучить природу и свойства электричества?

Что такое электрический ток?

Электрические явления наблюдались давно, но объяснить их природу человек смог относительно недавно. Удар молнии казался чем-то неестественным, необъяснимым. Странным казалось потрескивание некоторых предметов при их трении. Искрящаяся в темноте расчёска, после расчёсывания шерсти животных (например, кошки) вызвала недоумение, но подогревала интерес к этому явлению.

Читайте также:  Обработка полотенцесушителя от блуждающих токов

Как всё начиналось

Ещё древним грекам было известно свойство янтаря, потёртого о шерсть, притягивать некоторые мелкие предметы. Кстати, от греческого названия янтаря –«электрон» пошло название «электричество».

Когда физики вплотную занялись исследованием электризации тел, они начали понимать природу подобных явлений. А первый кратковременный электрический ток, созданный человеком, появился при соединении проводником двух наэлектризованных предметов (см. рис. 1). В 1729 году англичане Грей и Уиллер открыли проводимость зарядов некоторыми материалами. Но определения электрического тока они не смогли дать, хотя и понимали, что заряды перемещаются от одного тела к другому по проводнику.

Опыт с заряженными телами

Рис. 1. Опыт с заряженными телами

Об электрическом токе, как о физическом явлении заговорили лишь после того, как итальянец Вольта дал объяснение опытам Гальвани, а в 1794 году изобрёл первый в мире источник электричества – гальванический элемент (столб Вольта). Он обосновал упорядоченное перемещение заряженных частиц по замкнутой цепи.

Определение

В современной трактовке электрическим током называют направленное перемещение силами электрического поля заряженных частиц, Носителями зарядов металлических проводников являются электроны, а растворов кислот и солей — отрицательные и положительные ионы. Полупроводниковыми носителями зарядов являются электроны и «дырки».

Для того чтобы электрический ток существовал, необходимо всё время поддерживать электрическое поле. Должна существовать разница потенциалов, поддерживающая наличие первых двух условий. До тех пор, пока эти условия соблюдены, заряды будут упорядоченно перемещаться по участкам замкнутой электрической цепи. Эту задачу выполняют источники электричества.

Такие условия можно создать, например, с помощью электрофорной машины (рис. 2). Если два диска вращать в противоположных направлениях, то они будут заряжаться разноимёнными зарядами. На щётках, прилегающих к дискам, появится разница потенциалов. Соединив контакты проводником, мы заставим заряженные частицы двигаться упорядоченно. То есть электрофорная машина является источником электричества.

Электрофорная машина

Рисунок 2. Электрофорная машина

Источники тока

Первыми источниками электрической энергии, нашедшими практическое применение, были упомянутые выше гальванические элементы. Усовершенствованные гальванические элементы (народное название – батарейки) широко применяются по сей день. Они используются для питания пультов управления, электронных часов, детских игрушек и многих других гаджетов.

С изобретением генераторов переменных токов электричество приобрело второе дыхание. Началась эра электрификации городов, а позже и всех населённых пунктов. Электрическая энергия стала доступной для всех граждан развитых стран.

Сегодня человечество ищет возобновляемые источники электроэнергии. Солнечные панели, ветряные электростанции уже занимают свои ниши в энергосистемах многих стран, включая Россию.

Характеристики

Электрический ток характеризуется величинами, которые описывают его свойства.

Сила и плотность тока

Для описания характеристики электричества часто используют термин «сила тока». Название не совсем удачное, так как оно характеризует только интенсивность движения электрических зарядов, а не какую-то силу в буквальном смысле. Тем не менее, этим термином пользуются, и он означает количество электричества (зарядов) проходящего через плоскость поперечного сечения проводника. Единицей измерения силы тока в системе СИ является ампер (А).

1 А означает то, что за одну секунду через поперечное сечение проводника проходит электрический заряд 1 Кл. (1А = 1 Кл/с).

Плотность тока – векторная величина. Вектор направлен в сторону движения положительных зарядов. Модуль этого вектора равен отношению силы тока на некотором перпендикулярном к направлению движения зарядов сечении проводника к площади этого сечения. В системе СИ измеряется в А/м 2 . Плотность более ёмко характеризует электричество, однако на практике чаще используется величина «сила тока».

Разница потенциалов (напряжение) на участке цепи выражается соотношением: U = I×R, где U – напряжение, I – сила тока, а R – сопротивление. Это знаменитый закон Ома.

Мощность

Электрическими силами совершается работа против активного и реактивного сопротивления. На пассивных сопротивлениях работа преобразуется в тепловую энергию. Мощностью называют работу, выполненную за единицу времени. По отношению к электричеству применяют термин «мощность тепловых потерь». Физики Джоуль и Ленц доказали, что мощность тепловых потерь проводника равна силе тока умноженной на напряжение: P = I× U. Единица измерения мощности – ватт (Вт).

Частота

Переменный ток характеризуется также частотой. Данная характеристика показывает, как за единицу времени изменяется количество периодов (колебаний). Единицей измерения частоты является герц. 1 Гц = 1 периоду за секунду. Стандартная частота промышленного тока составляет 50 Гц.

Ток смещения

Понятие «ток смещения» ввели для удобства, хотя в классическом понимании его нельзя назвать током, так как отсутствует перенос заряда. С другой стороны, интенсивность магнитного поля пребывает в зависимости от токов проводимости и смещения.

Токи смещения можно наблюдать в конденсаторах. Несмотря на то, что при зарядке и разрядке между обкладками конденсатора не происходит перемещения заряда, ток смещения протекает через конденсатор и замыкает электрическую цепь.

Виды тока

По способу генерации и свойствам электроток бывает постоянным и переменным. Постоянный – это такой, что не меняет своего направления. Он течёт всегда в одну сторону. Переменный ток периодически меняет направление. Под переменным понимают любой ток, кроме постоянного. Если мгновенные значения повторяются в неизменной последовательности через равные промежутки времени, то такой электроток называют периодическим.

Читайте также:  Метод наложения токов при расчете цепей постоянного тока

Классификация переменного тока

Классифицировать изменяющиеся во времени токи можно следующим образом:

  1. Синусоидальный, подчиняющийся синусоидальной функции во времени.
  2. квазистационарный – переменный, медленно изменяющийся во времени. Обычные промышленные токи являются квазистационарными.
  3. Высокочастотный – частота которого превышает десятки кГц.
  4. Пульсирующий – импульс которого периодически изменяется.

Различают также вихревые токи, которые возникают в проводнике при изменении магнитного потока. Блуждающие токи Фуко, как их ещё называют, не текут по проводам, а образуют вихревые контуры. Индукционный ток имеет ту же природу что и вихревой.

Дрейфовая скорость электронов

Электричество по металлическому проводнику распространяется со скоростью света. Но это не означает, что заряженные частицы несутся от полюса к полюсу с такой же скоростью. Электроны в металлических проводниках встречают на своём пути сопротивление атомов, поэтому их реальное перемещение составляет всего 0,1 мм за секунду. Реальная, упорядоченная скорость перемещения электронов в проводнике называется дрейфовой.

Если замкнуть проводником полюсы источника питания, то вокруг проводника молниеносно образуется электрическое поле. Чем больше ЭДС источников, тем сильнее проявляется напряжённость электрического поля. Реагируя на напряжённость, заряженные частицы вмиг принимают упорядоченное движение и начинают дрейфовать.

Направление электрического тока

Традиционно считают, что вектор электрического тока направлен к отрицательному полюсу источника. Но на самом деле электроны движутся к положительному полюсу. Традиция возникла из-за того, что за направление вектора было выбрано движение положительных ионов в электролитах, которые действительно стремятся к негативному полюсу.

Электроны проводимости с отрицательным зарядом в металлах были открыты позже, но физики не стали менять первоначальные убеждения. Так укрепилось утверждение, что ток направлен от плюса к минусу.

Электрический ток в различных средах

В металлах

Носителями тока в металлических проводниках являются свободные электроны, которые из-за слабых электрических связей хаотично блуждают внутри кристаллических решёток (рис. 3). Как только в проводнике появляется ЭДС, электроны начинают упорядочено дрейфовать в сторону позитивного полюса источника питания.

Электрический ток в металлах

Рис. 3. Электрический ток в металлах

В результате прохождения тока возникает сопротивление проводников, которое препятствует потоку электронов и приводит нагреванию. При коротком замыкании выделение тепла настолько сильное, разрушает проводник.

В полупроводниках

В обычном состоянии у полупроводника нет свободных носителей зарядов. Но если соединить два разных типа полупроводников, то при прямом подключении они превращаются в проводник. Происходит это потому, что у одного типа есть положительно заряженные ионы (дырки), а у другого – отрицательные ионы (атомы с лишним электроном).

Под напряжением электроны из одного полупроводника устремляются для замещения (рекомбинации) дырок в другом. Возникает упорядоченное движение свободных зарядов. Такую проводимость называют электронно-дырочной.

В вакууме и газе

Электрический ток возможен и в ионизированном газе. Заряд переносится положительными и отрицательными ионами. Ионизация газов возможна под действием излучения или вследствие сильного нагревания. Под действием этих факторов возбуждаются атомы, которые превращаются в ионы (рис. 4).

Электрический ток в газах

Рис 4. Электрический ток в газах

В вакууме электрические заряды не встречают сопротивления, поэтому. заряженные частицы движутся с околосветовыми скоростями. Носителями зарядов являются электроны. Для возникновения тока в вакууме необходимо создать источник электронов и достаточно большой положительный потенциал на электроде.

Примером может служить работа вакуумной лампы или электронно-лучевая трубка.

В жидкостях

Оговоримся сразу – не все жидкости являются проводниками. Электрический ток возможен в кислотных, щёлочных и соляных растворах. Иначе говоря – в средах, где имеются заряженные ионы.

Если опустить в раствор два электрода и подключить их к полюсам источника, то между ними будет протекать электрический ток (рис. 5). Под действием ЭДС катионы устремятся к катоду (минусу), а анионы к аноду. При этом будет происходить химическое воздействие на электроды – на них будут оседать атомы растворённых веществ. Такое явление называют электролизом.

Для лучшего понимания свойств электротока в разных средах, предлагаю рассмотреть картинку на рисунке 6. Обратите внимание на вольтамперные характеристики (4 столбец).

Рис. 6. Электрический ток в средах

Проводники электрического тока

Среди множества веществ, лишь некоторые являются проводниками. К хорошим проводникам относятся металлы. Важной характеристикой проводника является его удельное сопротивление.

Небольшое сопротивление имеют:

  • все благородные металлы;
  • медь;
  • алюминий;
  • олово;
  • свинец.

На практике наиболее часто применяют алюминиевые и медные проводники, так как они не слишком дорогие.

Электробезопасность

Несмотря на то что электричество прочно вошло в нашу жизнь, не следует забывать об электробезопасности. Высокие напряжения опасны для жизни, а короткие замыкания становятся причиной пожаров.

При выполнении ремонтных работ необходимо строго соблюдать правила безопасности: не работать под высоким напряжением, использовать защитную одежду и специальные инструменты, применять ножи заземления и т.п.

В быту используйте только такую электротехнику, которая рассчитана на работу в соответствующей сети. Никогда не ставьте «жучки» вместо предохранителей.

Помните, что мощные электролитические конденсаторы имеют большую электрическую емкость. Накопленная в них энергия может вызвать поражение даже спустя несколько минут после отключения от сети.

Источник