Меню

Где протекает электрический ток по проводнику



Как течет ток

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.

Движение зарядов в проводнике

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.

Физическая сущность течения тока в цепи

Наличие тока в цепи обусловлено направленным перемещением заряженных частиц. В твердых телах течение тока создается движением отрицательно заряженных электронов, в газах и жидкостях – положительными ионами. В таких широко распространенных веществах, как полупроводники, электрический ток возникает при движении частиц – электронов и «дырок» (положительно заряженных частиц, представляющих собой атомы с недостающим количеством электронов на внешних уровнях).

Основными условиями возникновения и существования электрического тока являются:

  • Наличие носителей зарядов – перемещающиеся по проводнику, газу или электролиту частицы;
  • Создаваемое определенным источником питания электрическое поле – без данного силового поля движение свободных носителей зарядов будет хаотичным, не имеющим определенного направления;
  • Замкнутая цепь – направленное движение зарядов возможно только в замкнутых цепях. Так, например, состоящий из источника питания ключа (переключатель) и лампочки накаливания ток будет протекать только тогда, когда ключ, располагающийся в разрыве проводника между одним из полюсов питания и лампой, находится во включенном состоянии, позволяя носителям заряда перемещаться по замкнутой цепи от отрицательного полюса батареи к положительному.

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.

Ядро и электроны

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.).

Электрический ток в параллельной цепи

В электрических схемах предусмотрены параллельные и последовательные соединения элементов. При параллельном соединении, например, резисторов, напряжение одинаково для каждого из них, а сила тока, протекающего через каждый элемент, пропорциональна его сопротивлению. Чтобы определить величину тока через каждый компонент при параллельной комбинации их соединения, используют закон Ома.

Параллельная электрическая цепь

Вид цепи и напряжение

В зависимости от направления протекания тока и особенностей напряжения, различают два вида электрических цепей:

  • Цепи постоянного тока;
  • Цепи переменного тока.

Напряжение цепей постоянного тока является работой, совершаемой электрическим полем в ходе перемещения пробного плюсового заряда из точки A в точку Б. Напряжение в цепи постоянного тока определяется как разность потенциалов на его концах. В таких цепях принято считать, что ток идет от плюса к минусу (от плюсового полюса к минусовому).

На заметку. В реальности ток течет не от плюса к минусу, а, наоборот, от минуса к плюсу. Сформировавшееся ошибочное представление о направлении течения именно от плюса не стали изменять и оставили для удобства понимания физической сущности данного явления.

Для цепей переменного тока характерны такие виды и значения напряжения, как:

  • мгновенное;
  • амплитудное;
  • среднее значение;
  • среднеквадратическое;
  • средневыпрямленное.

Напряжение в таких цепях – это достаточно сложная функция времени. Грубо говоря, ток в них течет от фазного провода, проходит через нагрузку и частично уходит в нулевой (течет от фазы к нулю)

Читайте также:  Направление тока в обмотке подковообразного магнита показано стрелками определите полюсы сердечника

Виды токов: постоянные и переменные

В зависимости от изменения направления протекания заряженных частиц, различают следующие виды токов:

  • Постоянный – формируется движением заряженных частиц в одном направлении. Его основные характеристики (сила тока, напряжение) имеют постоянные значения и не изменяются во времени;
  • Переменный – направление перемещения зарядов при таком виде движения заряженных частиц периодически меняется. Количество изменений направления движения за единицу времени, равную одной секунде, называется частотой тока и измеряется в Герцах. Так, например, значение данной характеристики в обычной бытовой электрической цепи равно 50 Гц. Это означает, что в течение 1 секунды движущиеся по цепи электроны меняют свое направление 50 раз, вызывая тем самым такое же количество изменений напряжения в фазном проводе от 220 до 0 В.

Основные характеристики переменного тока

Двунаправленное перемещение зарядов

Наряду с упорядоченным движением носителей зарядов (электронов), в проводниках наблюдается также незначительный обратный процесс – условное перемещение положительных зарядов, потерявших отрицательные частицы атомов. Вместе с основным током данное явление получило название двунаправленное перемещение зарядов. Особенно оно ярко проявляется при протекании электричества через электролиты (явление электролиза).

Двунаправленное перемещение зарядов в аккумуляторной батарее

Значение перемещения электронов в электрической схеме

Понимание того, как идет в цепи ток, необходимо при составлении такого графического изображения расположения электронных деталей, как схема. Важно понимать, откуда течет ток, для того чтобы правильно располагать на схеме, затем соединять различные радиоэлектронные элементы. Если для таких радиодеталей, как конденсатор, резистор, полярность подключения не имеет значения, то полупроводниковый транзистор,

диод необходимо размещать на схеме и затем запитывать, учитывая направление движения тока, иначе они и собираемое с их использованием устройство, электронный блок не будут правильно функционировать.

Таким образом, знание физической сущности направления течения заряженных частиц в проводнике, электролите, полупроводнике позволит любому человеку не только расширить свой кругозор, но и применять его на практике при монтаже электропроводки, пайке различных электронных блоков и схем. Также подобная информация поможет разобраться в том, почему произошла поломка того или иного электроприбора, как ее устранить и предотвратить в будущем.

Видео

Источник

Протекание тока

Электрический ток это есть медленное движение потока электронов в область положительного заряда из области отрицательного заряда. В качестве единицы измерения силы тока используют ампер (А). Названа эта единица в честь французского ученого Андре Мари Ампера. Один ампер это сила тока, возникающая в проводнике при перемещении заряда через заданную точку величиной в один кулон за одну секунду.
Следующая формула показывает соотношение между силой тока и зарядом за секунду:

где I — сила тока в амперах, Q — величина электрическо¬го заряда в кулонах, t — время в секундах.

Пример. Чему будет равна сила тока в цепи, если через заданную точку в цепи прошло 12 кулон заряда за 4 секунды.
Решение.
Q=12 Кл;
T=4 с;
I=Q/t=12/4=3 (А).

Рассмотрим протекание тока по проводнику. Обычно носителями заряда в цепи являются отрицательно заряженные электроны. Тогда ток это есть поток отрицательно заряженных электронов. Так исторически сложилось, что направление протекания тока не совпадает с направлением потока электронов, то есть противоположно. Однако в свое время было открыто, что когда электроны перемещаются от одного атома к другому, то возникают положительные заряды, названные дырками. (рис 2.2).

Протекание тока

Можно сказать, что дырка это место на оболочке, откуда ушел электрон. Дырки перемещаются в направлении противоположном потоку электронов (рис 2.3).

Направление протекания тока

В том случае, если электроны берутся с одного конца проводника и добавляются на другой конец проводника, то по проводнику будет течь ток. В результате медленного движения свободных электронов по проводнику, они сталкиваются с атомами, при этом освобождая другие электроны. Эти освободившиеся электроны движутся к положительному заряженному концу проводника, так же сталкиваясь с другими атомами. Это перемещение (или его еще называют дрейф) происходит как следствие отталкивания зарядов. К тому же положительно заряженный конец проводника, где присутствует дефицит электронов, притягивает отрицательно заряженные электроны.
Так вследствие «работы» законов взаимодействия электрических зарядов происходит медленный дрейф электронов. Хотя отдельные электроны сталкиваются с атомами и освобождают другие электроны, скорость которых достигает скорости света.
Для наглядности возьмем полую трубу и заполним ее шариками (рис. 2.4.).

Если добавить шарик в один конец трубы, то из второго конца шарик выталкивается. Отдельные шары тратят для перемещения некоторое время, но частота их столкновений иногда будет достаточно высокой.

Устройство, которое забирает электроны с положительно заряженного конца проводника и отдает их в отрицательно заряженный конец проводника, называют источником напряжения. В сравнении с системой водопровода источник напряжения может рассматриваться как своего рода насос (рис. 2.5).

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Источник

Куда течет ток или где же этот чертов катод?

Есть вещи, которые хочется, что называется «развидеть» — термин вполне устоявшийся и понятный.

— Евгений Гришковец, рассказывает про железнодорожников. (с) Спектакль «Одновременно»

Читайте также:  Автомобильный генератор вырабатывает постоянный или переменный ток

А есть вещи которые, ну никак не получается запомнить. Это возникает от того, что новое понятие не может однозначно зацепиться за уже известные факты в сознании, никак не получается построить новую связь в семантической сети фактов.

Все знают, что у диода есть катод и анод. Все знают, как диод обозначается на электрической схеме. Но далеко не все могут правильно сказать, где же на схеме что.

Под спойлером картинка, посмотрев на которую, вы навсегда запомните, где у диода анод, а где катод. Должен предупредить, развидеть это не получится, так что тот, кто не уверен в себе, пусть не открывает.


Да, вот так все просто. Буква К — это катод, буква А — это анод. Извините, теперь и вы это никогда не забудете.

Продолжим, и разберемся куда течет ток. Если приглядеться, обозначение диода представляет собой стрелку. Вот, не поверите — ток течет именно туда, куда показывает стрелка! Что логично, не правда ли? Дальше больше — ток течет «Аткуда» (от Анода) и «Куда» (к Катоду). В обозначениях транзисторов тоже есть стрелки, и они так же обозначают направление тока.

Ток — направленное движение заряженных частиц — это мы все знаем из школьной физики. Каких частиц? Да, любых заряженных! Это могут быть и электроны несущие отрицательный заряд и обделенные электронами частицы — атомы или молекулы, в растворах и плазме — ионы, в полупроводниках — «свободные электроны» или вообще «дырки», что бы это не значило. Так вот, во всем этом зоопарке проще всего разобраться так: ток течет от плюса к минусу, и все. Запомнить это очень просто: «плюс» — интуитивно — это там где чего-то «больше», больше в данном случае зарядов (еще раз — не важно каких!) и текут они в сторону «минуса», где их мало и ждут. Все остальные подробности, непринципиальны.

Ну, и последнее — батарейка. Обозначение тоже всем известно, две палочки подлинней потоньше и покороче потолще. Так вот покороче и потолще символизирует собой минус — эдакий «жирный минус» — как в школе, помните: «ставлю тебе четыре с жирным минусом». Я только так и запомнил, возможно, кто-то предложит вариант лучше.

Теперь, вы без труда ответите на вопрос, загорится ли лампочка в этой схеме:

Всех с 1 апреля! Улыбайтесь, господа. Улыбайтесь!

Источник

Электричество для начинающих

1. Основные данные.
1.1. Электричество проистекает от того что на разных концах возникает разница потенциалов.
Потенциал появляется от избытка или недостатка электронов.

1.2.Для понимания процесса электричества надо знать что такое:
— НАПРЯЖЕНИЕ это разница потенциалов измеряется в вольтах (дома в розетке между двумя клеммами — 220 вольт)
— ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК это направленное движение электронов по проводнику.Считается что электроны «бегут» туда где их нет.Ток возникает если замкнуть электрическую цепь между контактами с разным потенциалом, измеряется в амперах.
— СОПРОТИВЛЕНИЕ это свойство проводника оказывать препятствие движению тока по проводнику.
Сопротивление зависит:
— от сечения проводника (чем больше сечение тем меньше сопротивление)
общее сопротивление проводника зависит также от его длины.
— его температуры ( чем меньше температура металла тем меньше сопротивление) и
— материала из которого он сделан (лучше всего проводят ток золото,затем серебро, медь и алюминий)
Сопротивление измеряется в омах.
Ток в проводнике находится в прямой зависимости от напряжения и в обратной зависимости от сопротивления цепи — Закон Ома.
Ток в амперах вычисляется делением напряжения в вольтах на сопротивление в омах.
МОЩНОСТЬ — определяется как произведение напряжения на ток. Измеряется в ваттах.
Бытовой потребитель (утюг) мощностью в 1000 ватт (один киловатт ) при напряжении в 220 вольт дает ток 4,545 ампер. Сопротивление цепи у такого потребителя будет 48,8 ом.

2. Электрический ток.
2.1. Электрический ток бывает двух видов:
постоянный — ( DC ) и переменный — ( AC ).
При этом имеется ввиду его величина и направление движения.
Постоянный ток имеет постоянное направление, а величина зависит от сопротивления цепи.Источниками постоянного тока являются например аккумуляторы и батарейки. Постоянный ток используется во многих электронных схемах, в машинах, его преимущества — он легко управляем и более безопасен для человека, чем переменный. Но,у него большие потери при передачи на расстояния. Постоянный ток используется при двухпроводной схеме — ток (условно) бежит от минуса к плюсу.
2.2.Переменный ток это обычно трехфазный. Трехпроводная (трехфазная) схема самая распространенная. Она представляет из себя три изолированных провода идущих от источника тока. Напряжение между любыми двумя линейными проводами ( линейное напряжение)среднее 380 вольт.
При этом потенциал и направление тока на каждом проводе колеблется и меняется на противоположное с частотой в 50 герц т.е 50 раз в секунду. (это можно заметить если посмотреть на лампочку.)
2.3. При трехфазной системе используется четвертый нейтральный (нулевой) провод. Его потенциал равен нулю — потенциалу земли. Между любым из фазных проводов и нулевым проводом разница потенциалов (фазное напряжение) 220 вольт.Это напряжение бытовой сети и всех бытовых приборов.
Сейчас в сети используется еще пятый заземляющий провод (желто-зеленый)он присоединяется на корпус.

Читайте также:  Эдс источника тока 12в а внутреннее сопротивление равно 2ом чему равна сила тока в цепи

2.4. Ток может двигаться в проводнике, в газах, в электролите и даже в вакууме.
Что происходит при движении тока по проводнику?
Много чего происходит. Например. 1. электроэнергия передается на расстояние.
2. возникает электрическое поле, которое взаимодействует с магнитным и электромагнитным полем — это используется в эл. машинах.
3. при движении электротока проводник нагревается.Это используется с пользой, например, в утюге. Но других случаях этого не нужно. Например при передаче тока на большие расстояния это потери. Для того чтобы избежать потерь используют большое и очень большое напряжение.
4. в электротехнике вместе с эл.током передается сигнал или информация.

2.5. Ток по проводнику бежит аналогично тому как течет река. Т.е.если один проводник
разделяется в цепи на два или более то, сумма токов в разделенных проводниках равна току в общем.
Это называется правило Киргофа.

3. Электрические машины и устройства.
3.1. ТРАНСФОРМАТОРЫ. Это электрическое устройство для преобразования напряжения (без изменения мощности). Трансформатор имеет замкнутый сердечник и две катушки (первичная и вторичная) намотанные на этот сердечник. Работает он так. Ток,протекая по первичной катушке, наводит в сердечнике магнитную индукцию, которая в свою очередь возбуждает вторичную катушку и наводит в ней ток(при замкнутой цепи). При этом напряжение меняется в зависимости от числа витков на первичной и вторичной обмотке (коэффициент трансформации)
Чем больше витков — тем больше напряжение.
Конечно число витков должно соответствовать рабочему напряжению, а сечение провода витков — рабочему току.
Трансформироваться может только напряжение переменного тока.

3.2.ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ. Электродвигатель имеет статор он неподвижен — выполнен вместе с корпусом, и ротор — вращающаяся на подшипниках подвижная цилиндрическая часть.
3.3 Асинхронный трехфазный электродвигатель переменного тока.
Имеет три обмотки (катушки) уложенные в пазы статора. Номинальное напряжение каждой обмотки 220 вольт. Каждая обмотка имеет начало и конец. Обычно (при соединении звездой) три конца обмоток соединены вместе в центральный узел это выполняется в клеммнике. На три других свободных конца (начало обмотки) подается(подключается) через пусковую аппаратуру трехфазное напряжение — 380 вольт.
При этом в статоре возникает вращающееся электромагнитное поле.
Ротор асинхронного электродвигателя выполнен в виде короткозамкнутых стержней (беличье колесо). Это называется коротко замкнутый ротор. В роторе возникают большие токи, которые взаимодействуют со полем статора и происходит
асинхронное вращение ротора,которое состоит в том что ротор постоянно отстает или догоняет вращение поля статора- здесь используется выражение «скольжения».
3.4 Нормальная работа асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором это работа с нормальным скольжением.
Ток в его обмотке и частота вращения обычно не регулируются.
Но иногда используются частотные регуляторы скорости вращения асинхронных двигателей.
3.5 При торможении ротора ( в следствии например большой нагрузки) происходит отставание ротора, разрыв связи электрического поля и ток в обмотке статора растет. Это может привести к выходу двигателя из строя. Для защиты от этого используются ограничители по току,отключатели нагрузки (автоматы и тепловая защита)
3.6. В двигателе ток во всех обмотках должен быть номинальным и одинаковым. Выход из строя двигателя может произойти при витковом замыкании в одной обмотке. Это определяется
токоизмерительными клещами по разнице токов. Такой двигатель надо перематывать.
3.7. Асинхронный двигатель может иметь фазный ротор.В его ротор вмонтирована обмотка, которая через коллектор и щетки снимается и подключается к реостату (регулируемому сопротивлению). Цель — управлять током в роторе и регулировать вращение двигателя.

4. Как работает электрическая лампочка накаливания.
Внутри запаянной стеклянной колбы находится газ Азот. Он отличается тем что абсолютно инертен и не вступает в реакцию даже при больших температурах. Внутри колбы в среде Азота помещена вольфрамовая спиралька -нить накаливания. Вольфрам имеет среди других металлов самую высокую температуру плавления (3000гр) При пропускании тока через спираль
она нагревается и начинает испускать свет.

5. Как работает люминесцентная лампа.
Это стеклянная колба с откаченным воздухом и парами ртути и люминофором на стенках. чтобы лампа светилась. нужно ее зажечь. Для этого нужно высокое напряжение. Для этого используют или дроссель в виде катушки или электронную схему.
Для зажигания через дроссель используется стартер, который включает дроссель, а потом размыкает его. При этом возникает большое напряжение.

Источник