Меню

Как сила тока зависит от заряда частиц



Электрический ток. Все о силе тока в физике

Прежде чем выяснять, что такое сила тока и от чего она зависит, нужно дать определение электрическому току как движению заряженных частиц.

Что такое электрический ток

Слово “ток” обозначает течение, а электрический ток – это течение заряда. Какие же частицы обладают зарядом?

В металлах имеются свободные электроны, а в растворах солей, кислот или щелочей – положительно и отрицательно заряженные ионы. Все эти частицы могут участвовать в создании электрического тока. Но сами по себе заряженные частицы не создают электрический ток.

Чтобы в проводнике возник электрический ток, движение заряженных частиц должно быть упорядоченным. В соединительном проводнике свободные электроны перемещаются под действием электрического поля.

Итак, электрический ток – это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц под действием электрического поля.

Источники электрического тока

Чтобы получить электрический ток в проводнике, необходимо привести заряженные частицы в направленное движение. Но как получить ток, который существовал бы длительное время?

Возьмем два заряженных тела А и В, заряды которых равны по модулю, но противоположны по знаку, и соединим их проводником.

На отрицательно заряженном теле находится избыток электронов, на положительно заряженном теле – недостаток электронов. В проводнике на короткое время возникнет электрический ток. Он будет существовать до тех пор, пока не исчезнет электрическое поле.

Процесс разделения зарядов осуществляют источники электрического тока.

В источнике тока благодаря химическим или иным процессам (в зависимости от принципа его действия) происходит разделение положительно и отрицательно заряженных частиц.

Эти разделенные частицы накапливаются на так называемых полюсах источника тока.

Примерами источников тока являются аккумуляторы. Они могут быть свинцовыми(кислотными), а также широкое применение получили железно-никелевые(щелочные).

В последние десятилетия наряду с традиционными источниками тока стали широко применяться источники, изготовленные на основе химического элемента лития.

Впечатляет также разнообразие габаритов источников электричества: от миниатюрныхбатареек для питания ручных часов и до мощных аккумуляторных батарей, устанавливаемых на подводных лодках.

Что такое сила тока

Подобно автомобилям разных конструкций и оснащения, заряженные частицы перемещаются в прямом или обратном направлении, быстрее или медленнее. Их скорость и концентрация создают «движение», только не на шоссе, а в проводнике.

Для количественной характеристики электрического тока в цепи вводится понятие силы тока. Силу тока обочначают буквой І.

Сила тока

Сила тока – физическая величина, равная отношению количества заряда к величине этого промежутка времени.

Это физическая величина, равная количеству заряда, проходящего за единицу времени через поперечное сечение проводящего материала-проводника. Его носители могут быть как отрицательно, так и положительно заряженные.

В первом случае, это электроны или отрицательные ионы-анионы, во втором – положительные ионы-катионы или «дырки» (пустоты в кристаллической решетке полупроводника, которые ведут себя как положительно заряженные частицы).

Электрическое напряжение

Нетрудно представить, что электрический ток подобен потоку воды в шланге. Если удерживать оба конца шланга на одном уровне, то никакого течения воды не будет.

Если же один из концов опустить вниз, то вода потечет с более высокого уровня на низкий. Разность уровней воды аналогична напряжению источника тока.

Чем выше напряжение (чем больше разница в уровнях воды), тем больше сила тока в цепи (тем быстрее движется вода в шланге).
Работу электрического поля, создающего электрический ток, называют работой тока Аэл.

Работа тока зависит от напряжения.
Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного электрического заряда из одной точки в другую и обозначают буквой U.

Единица электрического напряжения называют вольтом.

Прибор, с помощью которого измеряют напряжение на полюсах источника тока или на каком-нибудь участке цепи, называют вольтметром. По внешнему виду и устройству вольтметр очень похож на амперметр.

На электрических схемах вольтметр изображают в виде кружка с буквой V.

Электрическое сопротивление

Если включать в цепь различные проводники, то сила тока будет различной.

Посмотрим на зависимость силы тока от вида проводника, включенного в цепь. Соберем цепь, состоящую из источника тока, ключа, лампочки и амперметра. Будем последовательно подсоединять проводники одинакового размера, но сделанные из разного материала: железа, меди, никеля.

Свечение лампочки и сила тока больше при подключении железного проводника, чем при включении никелевого, но меньше, чем при включении медного.

Разные проводники обладают различным сопротивлением электрическому току из-за особенностей в строении их кристаллической решетки.

Такая зависимость остается справедливой не только для металлов, но и для проводников другой природы, например электролитов.
Электрическое сопротивление – это физическая величина характеризующая способность проводника препятствовать протеканию электрического тока в этом проводнике.

Сопротивление обозначают буквой R.

Единицу сопротивления называют Ом (1 Ом). 1 Ом – это сопротивление такого проводника, в котором при напряжении на концах 1В сила тока равна 1А:

Как возникает сила тока

Сила тока возникает из-за разности значений напряжения (или потенциалов) в начале и на конце проводника. Для поддержания разности потенциалов нужен источник энергии.

В зависимости от устойчивости показателя и направления протекания, ток бывает постоянным или переменным. Постоянный может существовать только в замкнутом контуре, в котором есть непрерывное круговое движение заряженных частиц. Например, в гальванических элементах – батарейках и аккумуляторах. В этих устройствах энергия вырабатывается благодаря химическим процессами.

Возникновение силы тока

Для возникновения постоянного электрического тока в веществе необходимо наличие свободных заряженных частиц.

Постоянный ток получают не только от батареек и аккумуляторов, но и путем выпрямления переменного, в частности, производимого генераторами.

Работа электронной аппаратуры от сети переменного источника в квартирах осуществляется посредством дополнительных приборов: блоков питания с выпрямителями сигналов, стабилизаторов напряжения.

В чем она измеряется и как посчитать

Сила тока измеряется в амперах – обозначение 1 А. Ампер – одна из семи основных единиц.

1А = 1Кл/c, где Кл (или С) – это кулон, единица измерения количества электрического заряда.

Сила тока обозначается символом I (согласно первой букве французского Intensite´ du courant).

Величина ее определяется по формуле I=qn Vср S cos a, где:

  • q – сумма зарядов;
  • n – концентрация частиц;
  • Vср – средняя скорость их упорядоченного движения;
  • S – площадь проводника;
  • a – угол между вектором направления движения и вектором нормали (перпендикуляра) к поверхности проводника.

Ампер

Ампер – единица измерения силы электрического тока.

Закон Ома

Экспериментально доказано, что во сколько раз увеличивается напряжение на участке цепи, во столько же раз увеличивается и сила тока на этом участке. То есть сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах этого проводника.

График зависимости силы тока от напряжения будет представлять собой прямую линию, проходящую через начало координат . Его называют вольт-амперной характеристикой цепи.

Зависимость силы тока от сопротивления показывает, что чем больше сопротивление проводника, тем меньше сила тока при одном и том же напряжении между концами проводника. Поэтому сила тока в проводнике обратно пропорциональна сопротивлению проводника

Для участка цепи величина I рассчитывается по формуле немецкого физика Георга Ома, открывшего в 1926 г. закон взаимосвязи между силой тока, напряжением и сопротивлением проводника:

  • U – напряжение (или падение напряжения, или разность потенциалов), измеряется в вольтах – обозначение В или V;
  • R – сопротивление проводника, измеряется в омах – обозначение Ом или W.
Читайте также:  От чего зависит сила индукционного тока в замкнутом контуре

Или по формуле I=UG, где обозначение G – это проводимость или электропроводность (величина, обратная сопротивлению, измеряется в сименсах, обозначение – См или S).

Расчет для полной цепи происходит по формуле I=e/R+r, где:

  • e – ЭДС или электро-движущая сила в цепи, измеряется в вольтах;
  • R – суммарное сопротивление всех приборов, включенных в цепь;
  • r – внутреннее сопротивление источника напряжения.

Сила тока зависит от электрического напряжения (или разности потенциалов, или ЭДС). В случаях, когда r<>R, можно считать, что она обратно пропорциональна либо сопротивлению цепи, либо сопротивлению источника.

Закон Ома

Закон Ома для полной цепи.

Значение I связано с показателем скорости преобразования электрической энергии – мощностью P (единицы измерения ватты -обозначение Вт или W). Для линейной цепи, в которой соблюдается закон Ома, расчет P производится по формуле:

P=IU или P=I2R=U2/R.

Значение I прямо пропорционально мощности: I=P/U. В приборах большей мощности возникает ток большей силы.

Как измерить силу тока

Эту характеристику можно измерить с помощью амперметра. Прибор последовательно подключается к электрической сети (плюс к плюсу, минус к минусу). Чем ниже сопротивление амперметра, тем меньше его влияние на измерения, и тем они точнее. Если сопротивление амперметра стремится к нулю, он нейтрален и не влияет на показатели сети.

Работа амперметра основана на магнитном действии тока. Чем больше сила тока, проходящего по катушки, тем сильнее она взаимодействует с магнитом и тем больше угол поворота стрелки амперметра.

При измерении силы тока амперметр включается в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором нужно измерить.

У каждой клеммы прибора стоит свой знак: “+” или “-“.

Клемму со знаком “+” нужно соединить с проводом, идущим от положительного полюса источника тока, а клемму со знаком “-” – с проводом, идущим от отрицательного полюса источника тока.

На электрических схемах амперметр изображают в виде кружка с буквой А.

Виды амперметров

По конструкции амперметры бывают:

  • аналоговые (со стрелочной измерительной головкой);
  • цифровые (с индикатором).

Амперметр

Амперметр – прибор для измерения силы тока в амперах.

По способу измерения:

  1. Магнитоэлектрические, в которых отклонение чувствительной стрелки и показатели зависят от силы взаимодействия полей постоянного магнита и поля электрического тока в алюминиевой рамке, и угла поворота последней.
  2. Электромагнитные, показатели которых меняются с подвижками железного сердечника под влиянием электромагнитного поля катушки.
  3. Электродинамические, в которых отклонение стрелки связано с притяжением или отклонением подвижной катушки относительно неподвижной, соединенных последовательно или параллельно.
  4. Тепловые, в которых при нагреве электрическим током происходит изменение длины металлической нити и положения связанной с нитью измерительной стрелки.
  5. Индукционные, в которых связанный со стрелкой металлический диск отклоняется под воздействием электромагнитного поля неподвижных катушек.
  6. Детекторные, в которых магнитоэлектрический прибор соединен с выпрямителем-детектором.
  7. Термоэлектрические, которые состоят из нагревателя и магнитоэлектрического измерительного механизма.
  8. Фотоэлектрические, в которых фотоэлектрический элемент преобразует световой поток в электрический.

Магнитоэлектрические приборы определяют только силу постоянного тока, индукционные и детекторные – переменного. Фотоэлектрические высокоточные приборы работают с постоянным током и током низкой и высокой частоты.

Остальные из перечисленных подходят для разных токов.

Приборы бывают многофункциональными, т.е. действующими в разных режимах. Например, мультиметр работает и как вольтметр, и как омметр, и как мегомметр (для высоких сопротивлений).

В всех современных измерительных приборах есть переключатель диапазона чувствительности.

Правила измерения

  1. Амперметр включается в электросеть последовательно, «в разрыв цепи».
  2. При включении прибора в сеть, необходимо соблюдать полярность, присоединяя «+» прибора к «+» источника тока, а «-» к «-».
  3. Тестируемая линия при подключении должна быть обесточена. Иначе прикасание щупами прибора к проводам или контактам может вызвать короткое замыкание.
  4. При высоких напряжениях в цепь переменного тока помимо амперметра включается трансформатор или шунт, в цепь постоянного – магнитный усилитель или шунт.
  5. Тип амперметра для измерений выбирают в соответствии с типом электрического прибора или линии. Также учитывают требуемую точность показателей.

Перед подключением необходимо подробно изучить инструкцию к амперметру.

Источник

Как сила тока зависит от заряда частиц

  • Главная
  • Список рефератов
  • Карта сайта
  • Контакты

Учебник по физике для поступающих в ВУЗ

Сила тока зависит от заряда, переносимого каждой частицей, концентрации частиц, скорости их направленного движения и площади поперечного сечения проводника.

Плотность тока – векторная физическая величина численно равная заряду переносимому за единицу времени через единичную площадку поперечного сечения расположенного перпендикулярно току: Самая детальная информация морг хранение здесь.

Единица измерения – А/м2 = Кл/с*м2

Можно говорить о потоке вектора плотности тока через площадь поперечного сечения.

Для измерения силы тока амперметр включают в цепь последовательно.

Сам амперметр обладает некоторым внутренним сопротивлением RA. Поэтому сопротивление участка цепи с включенным амперметром увеличивается и при неизменном напряжении сила тока в нем уменьшается по закону Ома.

Для уменьшения влияния амперметра на силу измеряемого тока внутреннее сопротивление амперметра делают очень малым.

Источник тока – устройство, разделяющее положительные и отрицательные заряды.

Разделение зарядов возможно в результате преобразования механической, тепловой, химической, световой энергии в электрическую. Так, в гальваническом элементе заряды на электродах оказываются разными за счет химической реакции между электродами и электролитом.

См.ниже «Закон Ома»

См.ниже «Удельное сопротивление»

См.ниже «Последовательное и параллельное соединение проводников»

Для измерения напряжения на участке цепи с сопротивлением R, к нему параллельно подключают вольтметр. Напряжение на вольтметре совпадает с напряжением на участке цепи.

Если сопротивление вольтметра RV, то после его включения в цепь сопротивление участка изменится и будет уже не R, а R’= R║RV =

Источник

Учебники

Разделы физики

Журнал «Квант»

Лауреаты премий по физике

Общие

SA. Электрический ток

Содержание

Электрический ток

Электрический ток в проводниках представляет собой:

в металлах — направленное движение электронов (проводники первого рода);

в электролитах — направленное движение положительных и отрицательных ионов (проводники второго рода);

в плазме — направленное движение электронов и ионов обоих знаков (проводники третьего рода).

За направление электрического тока условились считать направление движения положительно заряженных частиц.

Движение заряженных частиц внутри проводника нельзя наблюдать, но судить о наличии электрического тока можно по его действиям:

  1. тепловому — проводник с током нагревается;
  2. магнитному — вокруг проводника с током возникает магнитное поле;
  3. световому — проводник с током может светиться;
  4. химическому — в проводнике с током изменяется химический состав (такие проводники называются проводниками второго класса).

Для продолжительного существования электрического тока в замкнутой цепи необходимо выполнение следующих условий:

  1. наличие свободных заряженных частиц (носителей тока);
  2. наличие электрического поля, силы которого, действуя на заряженные частицы, заставляют их двигаться упорядоченно;
  3. наличие источника тока, внутри которого сторонние силы перемещают свободные заряды против электростатических (кулоновских) сил.

Количественными характеристиками электрического тока являются сила тока I и плотность тока j.

  • Сила тока — скалярная физическая величина, равная отношением заряда Δq, проходящего через поперечное сечение проводника за некоторый промежуток времени Δt, к этому промежутку:
Читайте также:  Как происходит самовозбуждение генератора постоянного тока с параллельным возбуждением

Единицей силы тока в СИ является ампер (А).

Если сила тока и его направление со временем не изменяются, то ток называется постоянным.

  • Плотность тока j — это векторная физическая величина, модуль которой равен отношению силы тока I в проводнике к площади S поперечного сечения проводника:

$$

В СИ единицей плотности тока является ампер на квадратный метр (А/м 2 ).

*Зависимость силы тока от скорости зарядов

Рассмотрим, как зависит сила тока от скорости упорядоченного движения свободных зарядов.

Выделим участок проводника площадью сечения S и длиной Δl (рис. 1). Заряд каждой частицы q. В объеме проводника, ограниченном сечениями 1 и 2, содержится n∙S∙Δl частиц, где n — концентрация частиц. Их общий заряд \(

\Delta q = q_0 \cdot n \cdot S \cdot \Delta l\).

Если средняя скорость упорядоченного движения свободных зарядов \(

\left\langle \upsilon \right\rangle\), то за промежуток времени \(

\Delta t = \dfrac<\Delta l><\left\langle \upsilon \right\rangle>\) все частицы, заключенные в рассматриваемом объеме, пройдут через сечение 2. Поэтому сила тока:

Таким образом, сила тока в проводнике зависит от заряда, переносимого одной частицей, их концентрации, средней скорости направленного движения частиц и площади поперечного сечения проводника.

Заметим, что в металлах модуль вектора средней скорости упорядоченного движения электронов \(

\left\langle \upsilon \right\rangle\) при максимально допустимых значениях силы тока

10 -4 м/с, в то время как средняя скорость их теплового движения

Как следует из формулы (1), плотность тока \(

\vec j = q_0 \cdot n \cdot \left\langle \vec \upsilon \right\rangle\).

    Направление вектора плотности тока \(

\vec j\) совпадает с направлением вектора скорости упорядоченного движения \(

\left\langle \vec \upsilon \right\rangle\) положительно заряженных частиц. Плотность постоянного тока постоянна по всему поперечному сечению проводника.

Источник тока

Для поддержания в цепи электрического тока необходимо, чтобы на концах ее (рис. 2) существовала постоянная разность потенциалов φ1 – φ2. Пусть в начальный момент времени φ1 > φ2, тогда перенос положительного заряда q от клеммы источника «+» к клемме «–» приведет к уменьшению разности потенциалов между ними . Для сохранения постоянной разности потенциалов необходимо перенести точно такой же заряд от клеммы «–» к клемме «+». Если в направлении от «+» к «–» положительные заряды движутся под действием сил кулоновских сил Fk, то в направлении от «–» к «+» перемещение зарядов происходит против направления действия кулоновских сил, т.е. под действием другой силы Fст, которая называется сторонней силой.

  • Сторонние силы — это любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением электростатических (кулоновских) сил.

Сторонние силы возникают в источнике тока.

  • Источник тока — это устройство, способное поддерживать разность потенциалов между концами электрической цепи и обеспечивать упорядоченное движение электрических зарядов во внешней цепи.

Источники электрического тока могут быть различны по своей конструкции, но в любом из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Разделение зарядов происходит под действием сторонних сил. Перечислим наиболее распространенные источники тока:

  1. гальванические элементы (батарейки) (рис. 3, а) и аккумуляторы — сторонние силы используют энергию химических реакций;
  2. генераторы (динамо-машины) — сторонние силы используют механическую энергию падающей воды, ветра, пара и т.п.;
  3. фотоэлементы (солнечные батареи) (рис. 3, б) — сторонние силы используют энергию электромагнитных излучений (света).

    Источник электрического тока имеет два полюса (две клеммы), к которым присоединяются концы проводов.

    Проводник, соединяющий клеммы источника снаружи, называют внешним участком цепи. Сопротивление этого источника обозначают R и называют внешним сопротивлением.

    Внутри самого источника заряды движутся по внутреннему участку цепи. Сопротивление источника обозначают r и называют внутренним сопротивлением.

    Сумма внешнего и внутреннего соспротивлений (R + r) называют полным сопротивлением цепи.

    На электрических схемах источник тока обозначается так, как показано на рис. 4. Положительный полюс (клемма) источника условно изображается более длинной чертой, чем отрицательный.

    Любой источник тока характеризуют электродвижущей силой — ЭДС.

    • ЭДС (Электродвижущей силой) ε источника тока называют физическую скалярную величину, численно равную работе сторонних сил Ast по перемещению единичного положительного заряда внутри источника тока:

    \(

    Единицей электродвижущей силы в СИ является вольт (В).

    ЭДС является энергетической характеристикой источника тока.

    • Термин «электродвигающая сила» был введен Ампером в 1822 г. Аббревиатуру ЭДС принято читать без расшифровки.

    См. также

    Закон Ома для замкнутой цепи

    Рассмотрим простейшую полную электрическую цепь, содержащую источник ЭДС ε с внутренним сопротивлением r подключенный к ним резистор сопротивлением R (рис. 5).

    I = \dfrac<\varepsilon>. \qquad (2)\)

    • Данная формула представляет собой закон Ома для полной цепи: Сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

    Заметим, что максимально возможный ток в цепи с данным источником тока возникает в том случае, если сопротивление внешней цепи стремится к нулю.

    Подключение к полюсам источника тока проводника с ничтожно малым сопротивлением называется коротким замыканием, а максимальную для данного источника силу тока называют током короткого замыкания:

    У источников с малым значением r (например, у свинцовых аккумуляторов r = 0,1 — 0,01 Ом) сила тока короткого замыкания очень велика. Особенно опасно короткое замыкание в осветительных сетях, питаемых от подстанций (ε > 100 В), Ikz может достигнуть тысячи ампер. Чтобы избежать пожаров, в такие цепи включают предохранители.

    *Вывод закона Ома

    Рассмотрим простейшую полную электрическую цепь, содержащую источник ЭДС ε с внутренним сопротивлением r подключенный к ним резистор сопротивлением R (см. рис. 5).

    Из определений силы тока и ЭДС источника тока следует, что совершаемая источником работа

    \(A_ =\varepsilon \cdot \Delta q=\varepsilon \cdot I\cdot \Delta t.\)

    При прохождении тока проводники нагреваются, при этом выделяется энергия как во внешней цепи Q1, так и во внутренней цепи Q2. Тогда количество теплоты Q, выделившаяся во всей полной цепи, равна сумме этих энергий. По закону Джоуля-Ленца

    \(Q=Q_ <1>+Q_ <2>=I^ <2>\cdot R\cdot \Delta t+I^ <2>\cdot r\cdot \Delta t=I^ <2>\cdot \left(R+r\right)\cdot \Delta t.\)

    Из закона сохранения энергии получаем, что в такой цепи работа сторонних сил за промежуток времени Δt равна выделившемуся в цепи количеству теплоты:

    КПД источника тока

    Для замкнутой цепи, мощность Pp, выделяемая на внешнем участке цепи, называется полезной мощностью. Она равна

    С учетом закона Ома для участка цепи \(

    I = \dfrac\) полезную мощность можно найти, если известны любые две величины из трех: I, U, R.

    Для замкнутой цепи, мощность Pt, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника, называется теряемой мощностью. Она равна

    Полная мощность P источника тока равна

    P = P_p + P_t = I^2 \cdot R + I^2 \cdot r = I^2 \cdot \left( R + r \right). \)

    Источник

    Электрический ток. Сила тока

    Урок 51. Физика 10 класс ФГОС

    Доступ к видеоуроку ограничен

    Конспект урока «Электрический ток. Сила тока»

    Термин «электрический ток» и определение направления тока были введены Адре Мари Ампером в далёком 1820 году. Электрическим током он назвал упорядоченное движение заряженных частиц.

    Обратите внимание на очень важное слово в этом определении: «упорядоченное». Иначе говоря, не всякое движение заряженных частиц является электрическим током. Например, вы знаете, что в металлах свободными носителями зарядов являются электроны. При нормальных условиях эти электроны участвуют в хаотическом тепловом движении. А вот для того чтобы в этом кусочке металла возник электрический ток, электроны должны начать движение в каком-то одном определённом направлении. Чтобы это произошло в проводнике необходимо создать электрическое поле. Тогда заряженные частицы под действием сил поля придут в движение в направлении действия сил, и, следовательно, в проводнике возникнет электрический ток. И он будет существовать так долго, как долго будет действовать электрическое поле на заряженные частицы.

    За направление электрического тока в цепи́ принято направление, в котором движутся (или могли бы двигаться) в проводнике положительные заряды.

    Как мы упоминали в начале урока, определение направления тока было предложено Андре Мари Ампером в 1820 году, когда ещё не до конца была известна природа электрического тока. Ампер, как и многие другие учёные того времени, считали, что перемещаться могут только положительные заряды. Когда же было установлено, что в большинстве случаев носителем тока являются электроны (то есть отрицательно заряженные частицы), стало понятно, что выбор был сделан неудачно. Однако к этому определению настолько привыкли, что старую договорённость менять не стали.

    Движение частиц в проводнике мы, конечно же, не можем увидеть в силу их очень маленьких размеров. Но о наличии тока в проводнике мы можем судить по некоторым очень важным физическим явлениям, которые с большой пользой применяются в практической жизни. Эти явления принято называть действиями электрического тока. К числу самых очевидных принадлежат:

    · магнитное действие тока.

    Тепловое действие тока проявляется в том, что среда, в которой протекает ток, нагревается. Именно это действие тока человек давно и успешно использует в электрических утюгах, электрических чайниках и кофеварках, а также в обычных электролампах с металлической спиралью.

    Тепловое действие тока в жидкостях можно пронаблюдать на таком опыте. Возьмём два угольных электрода и опустим их в сосуд с обычной водой. Подключив электроды к источнику тока, дающем небольшое напряжение, уже через 10—15 секунд мы заметим, как термометр начнёт фиксировать повышение температуры воды.

    А проявлением теплового действия тока в газах является обычная молния.

    Однако нагревание отсутствует у сверхпроводников (это такие вещества, электрическое сопротивление которых при понижении температуры до некоторой величины становится равным нулю).

    Химическое действие тока проявляется, как правило, при его протекании через растворы солей, кислот или щелочей. Например, если опустить угольные электроды, в раствор медного купороса и пустить по цепи ток, то через пару минут мы увидим хорошо заметный красный налёт на электроде, соединённом с отрицательным полюсом источника. Это — чистая медь, которая выделяется из сложного соединения.

    Химическое действие ток может производить и в газах. Именно благодаря этому нидерландский физик Мартин Ван Марум открыл озон — особую форму кислорода, молекулы которого состоят из трёх атомов.

    Но вот в твёрдых телах, (в которых атомы, молекулы и ионы весьма жёстко связаны друг с другом и ограничены в своих движениях), химические изменения обычно не происходят.

    Единственное действие тока, которое проявляется у всех без исключения проводников — это магнитное. Открыто оно было датским физиком Хансом Эрстедом совершенно случайно.

    На одной из лекций он демонстрировал студентам нагрев проволоки электричеством от вольтова столба. На демонстрационном столе в этот момент находился компас, поверх стеклянной крышки которого, проходил один из проводов цепи. Когда учёный замкнул цепь, кто-то из студентов случайно заметил, что магнитная стрелка компаса отклонилась в сторону, тем самым фиксируя наличие магнитного поля.

    Магнитное действие тока можно пронаблюдать и на таком опыте. Возьмём подковообразный магнит и поместим между его полюсами металлическую рамку, соединённую через ключ с источником тока. Пока цепь не замкнута рамка находится в покое. Однако если по рамке пустить ток, то она начнёт поворачиваться.

    В последнее время принято выделять ещё одно действие тока — световое. В простейшем виде световое действие электрического тока можно наблюдать в лампе накаливания, спираль которой разогревается проходящим через неё током до белого каления и излучает свет.

    Но для лампы накаливания на световую энергию приходится лишь около 5 % от подведённой электроэнергии. Более эффективно световое действие электрического тока реализуется в люминесцентных лампах (до 20 %) и светодиодах, где КПД доходит до 50 %.

    Важнейшей характеристикой электрического тока, от которой зависит эффективность его действий, является сила тока.

    Сила тока — это скалярная физическая величина, численно равная электрическому заряду, протекающему через поперечное сечение проводника за единицу времени:

    Напомним, что обозначается сила тока большой латинской буквой I. А единицей её измерения в СИ является ампер:

    Один ампер — это сила такого неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии одного метра друг от друга, вызвал бы на каждом метре проводника силу взаимодействия, равную 2 ∙ 10 –7 Н.

    Напомним, что если сила тока не изменяется со временем, то ток называют постоянным.

    Давайте для примера найдём силу тока в проводнике по графику зависимости перенесённого заряда от времени. А заодно определим и количество электронов, прошедших через поперечное сечение проводника за 4 с секунды?

    Теперь давайте посмотрим, зависит ли сила тока от скорости упорядоченного движения свободных зарядов. Для этого предположим, что у нас есть цилиндрический проводник, площадь поперечного сечения которого равна S. Выделим в этом проводнике небольшой участок, длиной Δl. В выделенном объёме содержится nSΔl частиц, где п — это концентрация носителей тока.

    Пусть заряд каждой частицы равен q. Тогда общий заряд всех частиц в выбранном объёме будет определяться выражением, которые вы сейчас видите на экране:

    Δq = qnSΔl.

    Теперь предположим, что средняя скорость упорядоченного движения свободных зарядов равна υ. Тогда, за промежуток времени t = Δl/υ все частицы, заключённые в рассматриваемом объёме, пройдут через сечение 2. Как мы знаем, сила тока численно равна электрическому заряду, протекающему через поперечное сечение проводника за единицу времени:

    Подставим в это уравнение выражения для общего заряда всех частиц в выбранном объёме и выражение для промежутка времени.

    Сила тока в проводнике зависит от заряда, переносимого одной частицей, их концентрации, средней скорости направленного движения частиц и площади поперечного сечения проводника.

    Обратим ваше внимание на то, что скорость направленного движения свободных зарядов очень и очень мала. Для примера, давайте с вами определим среднюю скорость упорядоченного движения свободных электронов в медном проводнике сечением 1 мм 2 , если сила тока в нём равна 1 А. Будем считать, что степень окисления меди равна +2.

    Как видим, средняя скорость упорядоченного движения свободных носителей зарядов очень мала. Поэтому запомните: скорость распространения тока и скорость направленного движения свободных зарядов — это не одно и то же. Когда говорят о скорости протекания тока в проводнике, то имеют в виду скорость распространения электрического поля внутри проводника. А оно, как известно, распространяется со скоростью света.

    Источник