Меню

Ток способен оказывать следующие действия



Электрический ток. Действие электрического тока. Условия существования электрического тока. Основные характеристики электрического тока.

Электрический ток. Действие электрического тока. Условия существования электрического тока. Основные характеристики электрического тока.

Электрический ток — это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.

1. Направленное движение свободных зарядов в проводнике под действием сил тока называется электрическим током проводимости или электрическим током.
2. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц,которое совпадает с направлением электрического поля.
Действия тока:
• Проводник, по которому течёт ток, нагревается.
• Электрический ток может изменять химический состав проводника.

• Ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела, что является основным свойством тока.
Условия существования электрического тока.
• Наличие свободных заряженных частиц
• Наличие электрического поля

Основные характеристики электрического тока
1. Характеристика тока (самая зависимая величина). Величина, измеряемая отношением заряда, проходящего через поперечное сечение проводника за какой-нибудь промежуток времени, к величине этого промежутка, называется силой тока. Если сила тока со временем не меняется, то ток называют постоянным.

2. Характеристика источника питания(зависимая только от силы электрического поля). Напряжение — это физическая величина, характеризующая работу электрического поля по перемещению заряда

З. Характеристика проводника. Электрическое сопротивление выражается в Омах.

Закон Ома для участка цепи. Вольт — амперная характеристика тока. Соединение проводников.

Когда по какому-либо участку протекает ток, то между силой тока и напряжением для этого участка существует определённая функциональная зависимость, которую называют вольт-амперной характеристикой.
Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Соединение проводников
• Последовательное соединение
1. При последовательном соединении сила тока во всех участках цепи одинакова

2. При последовательном соединении напряжение на внешней цепи равно сумме напряжений на отдельных участках
U=U+U+U
З. Напряжение на отдельных участках цепи при последовательном соединении прямо пропорциональны сопротивлениям участков

UUU=RRR
4. При последовательном соединении эквивалентное сопротивление всей цепи равно сумме сопротивлений отдельных участков цепи

R=R+R+R
• Параллельное соединение
1. При параллельном соединении напряжения на отдельных ветвях и на всём разветвлении одинаково

U=U=U=U
2. Ток до и после разветвления равен сумме токов в отдельных ветвях

3. Токи в отдельных ветвях разветвления обратно пропорциональны сопротивлениям этих ветвей
I+I+I=1/R+1/R+1/R

4. Проводимость всего разветвления равна сумме проводимостей. отдельных ветвей

Закон Ома для полной цепи. Физический смысл ЭДС. Внутренней и внешнее сопротивление цепи. Соединение одинаковых источников электрической энергии в батарею.

Сила тока в электрической цепи с одним источником ЭДС прямо пропорциональна электродвижущей силе и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внешней и внутренней цепей.

Величина, измеряемая отношением работы сторонних сил, совершаемой источником тока при перемещении заряда по замкнутой цепи, к величине заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС)
ɛ=A/g — ЭДСчисленно равна энергии, полученной единичным электрическим зарядом во внутренней цепи, а напряжение равно той энергии, которую он теряет во внешней цепи.

Внутренней цепью является источник электрической энергии, а внешней вся остальная часть.

Магнитный поток. Закон электромагнитной индукции. Правило правой руки для индукционного тока.

Магнитный Поток — поток вектора магнитной индукции В через какую-либо поверхность. через малую площадку dS, в пределах которой вектор В неизменен. Для замкнутой поверхности магнитный поток равен нулю, что отражает отсутствие в природе магнитных зарядов — источников магнитного поля.

Закон электромагнитной индукции — ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

Правило правой руки.Направление индукционного тока, возникающего в прямолинейном проводнике при его движении в магнитном поле, определяется правилом правой руки: Если правую руку расположить вдоль проводника так, чтобы линии магнитной индукции входила в ладонь, а отогнутый большой палец показывал направление движения проводника, то четыре вытянутых пальца укажут направление индукционного тока в проводнике.

Автоколебательные системы. Ток высокой частоты и его особенности.

Для того чтобы получить незатухающие колебания нужно иметь посторонний источник энергии.,

удовлетворяющий 2 условиям: Поступление энергии за период должно быть точно ее убыли из системы.

Внешняя сила должна действовать в «такт» с собственными колебаниями.

Производство электрической энергии. Генератор.

Индукционные генераторы.

Электрические машины, в которых механическая энергия превращается в электрическую с помощью явления электромагнитной индукции, называется индукционными генераторами.

Закон преломления света.

1. Преломленный луч лежит в той же плоскости, в которой лежат падающий луч и перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча к границе разделов двух сред.

2. При всех изменениях углов падения и преломления отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для данных двух сред есть величина постоянная, называется показателем преломления второй среды относительно первой. (относительный показатель преломления)Он показывает, насколько среда уменьшает скорость распространения света в себе.

Абсолютный показатель преломления-показатель преломления данного вещества по отношению к вакууму. Указывает во сколько раз скорость света в вакууме больше скорости света в данном веществе. N=

Явление при котором световое излучение полностью отражается от поверхности раздела прозрачных сред, называется полным отражением. Наименьший угол падения, при котором наступает полное отражение, называется предельным углом полного отражения.Используется в оптических приборах: бинокли, перископах.

Цвета тонких пленок.

Белый свет падает на тонкую пленку. Частично свет отражается от верхней поверхности пленки, частично, пройдя пленку, отражается от ее нижней поверхности. Обе отраженные волны отличаются разностью хода. Белый свет монохроматичен он содержит электромагнитные волны разной длин от 400 до 760нм. Из-за того что разность хода зависит от длины волны, максимумы интерференционной картины для разных длин волн получаются в разных точках приемника. Поэтому пленки имеют радужный окрас.

Голография и её применение.

Сущность идеи состояла в фиксации полной информации о предмете.. Изображения получаемые

в фотоаппаратах регистрируют интенсивность волны. Фаза волны теряется. Габорг предложил

использовать явление интерференции чтоб зафиксировать частотные соотношения в волне. Если фотография регистрирует 1 параметр волны –амплитуду то, по методу регистрации полная информации о всех параметрах волны –частоте фазы и амплитуде. Голографический метод состоит из 2 этапов. Сначала получают интерференционную картину, Оба потока которые отражаются от зеркала и от предмета образуют интерференционную картину., представляющую собой чередование темных и светлых пятен. Для восстановления голограммы ее освещают излучениями.

Достоинства: В обычной фотографии каждый участок эмульсии изображает отдельный участок предмета. В голограмме каждый участок содержит информацию о всей картине .Голограмму характеризует большая емкость информации по сравнению с фотоснимком.

Применяется в количественном исследовании воздушных потоков в аэродинамических трубах.

52. Виды излучения. Тепловое и люминесцентное излучение (основные характеристики с примерами).

Свет- Электромагнитные волны излучают при ускоренном движении заряженных частиц. Излучение переходит при переходе из стационарного состояния с большей энергией в стационарное состояние с меньшей .При поглощении света атом переходит из стационарного состояния с меньшей энергией в состояние в большей энергией, Излучая атом теряет полученную энергию и для непрерывного свечения необходим приток энергии .

Тепловое излучение — электромагнитное излучение с непрерывным спектром, испускаемое нагретыми телами за счёт их тепловой энергии. Примером теплового излучения является свет от лампы накаливания.

Спектром люминесценции называют зависимость интенсивности люминесцентного излучения от длины

волны испускаемого света.

Квантовая оптика. Абсолютно чёрное тело. Закон Стефана — Больцмана. Распределение энергии в спектре. Квантовая гипотеза Планка.

Излучение испускаемое нагретыми телами наз. тепловым. Каждое тело может не только испускать но и поглощать. Опыты показали что чем больше энергии тело излучает тем сильнее оно поглощает излучение. Хар-кой любого тела является поглощательная способность(показывает какая доля энергии поглощается телом)

Тело которое при любой не разрушающей его температуре полностью поглощает всю энергию падающего на него света любой частоты наз абсолютно черным.(отверстие в ящике сферической формы)Абсолютно черное тело является наиболее интенсивным источником теплового излучения. При оной температуре черное тело испускает в единицу времени больше энергии чем любое другое тело.

Закон ст.б-интегральной светимостью тела наз отношение мощность излучения к площади поверхности излучателя. Спектральной светимостью наз отношение светимости в данном диапазоне длин волн к ширине диапазона.

Задача о распределении энергии излучения абсолютно черного тела между волнами разной длинны сыграла огромную роль .ее решение привело к созданию квантовой физики. на рисунке хар-ие распределение энергии в спектре при разных Темп. площадь ограниченная каждой кривой определяет интенсивность полного излучения. Площадь быстро растет с увелич темп. все кривые имеют максимумы. Длинна волны на которую приходится максимум энергии излучения обратно пропорциональная абсолютной температуре.

Планка- абсолютно черное тело испускает и поглощает свет не непрерывно а определенными порциями энергии –квантами

59. Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Квантовая теория фотоэффекта. Фотон и его энергетические характеристики.

Явление выравнивания электронов из твердых и жидких тел под действием света наз внешним фотоэлектрическим эффектом. Фотоэффект создается ультрафиолетовыми лучами.

Законы: максимальная начальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не зависит от его интенсивности,

-для каждого вещества сущ красная граница фотоэффекта

-число фотоэлектронов вырываемых из катода за 1 с прямо пропорционально интенсивности света

Ур Эйнштейна –h*v=Aв+m*vв2 /2 Красная граница фотоэффекта зависит только от работы выхода электрона.

Фотон его импульс направлен световому лучу .чем больше частота тем больше энергия фотона и тем отчетливее выражены корпускулярные свойства света.

Фотохимические законы

1. Каждый поглощенный веществом фотон вызывает превращение одной молекулы.

2. Молекула вступает в фотохимическую реакцию под действием фотона лишь в том случае, когда энергия фотона не меньше определеннного значения необходимого для разрыва молекулярных связей.

Световое давление.Прибор Лебедева представляет собой очень чувствительные крутильные весы подвижной частью является легкая рама с укрепленными на ней крылышками — светлыми и черными дисками. Так на черный диск почти вдвое меньше давления, чем на светлый. Плотность энергии Лебедев измерял с помощью специально сконструированного калориметра, направляя на него пучок света на определенное время и регистрируя повышение температуры.

Свет – это распространяющиеся в пространстве фотоны, то фотон обладает импульсом. Импульс фотона существенно отличается от импульса других элементарных частиц. Покоящихся фотонов не существует .Если распространяющуюся волну остановить то свет прекратит свое существование, значит фотоны будут поглощены атомами вещества, а их энергия перейдет в другой вид энергии.

Открытие нейтрона. Открытие протона. Протонно — нейтронная модель ядра. Нуклоны.

Открытие нейтрона. В начале 30-х гг. были обнаружены неизвестные ранее лучи. Они были названы бериллиевым излучением. так как возникали при бомбардировке альфа — частицами бериллия.
В 1932 г английский учёный Джеймс Чедвик (ученик Резерфорда) с помощью опытов, проведённых в камере Вильсона, доказал, что бериллиевое излучение представляет собой поток электрически нейтральных частиц, масса которых приблизительно равна массе протона. Отсутствие у исследуемых частиц электрического заряда следовало, в частности, из того, что они не отклонялись ни в электрическом, ни в магнитном поле. А массу частиц удалось оценить по их взаимодействию с другими частицами.
Эти частицы были названы нейтронами (ни тот, ни другой).

Читайте также:  Физиотерапия током высокой частоты

Открытие протона.В 1913 г. Э. Резерфорд выдвинул гипотезу о том, что одной из частиц, входящих в состав атомных ядер всех химических элементов, является ядро атома водорода.

Основание: массы атомов химических элементов превышают массу атома водорода в целое число раз (т.е. кратны ей).

В 1919 г. Резерфорд поставил опыт по исследованию взаимодействия альфа — частиц с ядрами атомов азота.

В этом опыте альфа — частица, летящая с огромной скоростью, при попадании в ядро атома азота выбивала из него какую- то частицу. По предположению Резерфорда, этой частицей было ядро атома водорода, которое Резерфорд назвал протоном (первый).

Нуклон.Так как протон и нейтрон по взаимодействию ядерными силами не отличаются друг от друга, их часто рассматривают как одну частицу нуклон в двух различных состояниях (ядро). Нуклон в состоянии без электрического заряда называется нейтроном, нуклон в состоянии с положительным электрическим зарядом называется протоном.

Одно из замечательных свойств ядерных сил — свойство насыщения — заключается в том, что нуклон оказывается способным к ядерному взаимодействию одновременно лишь с небольшим числом нуклонов-соседей. Свойство насыщения ядерных сил делает их в некоторой мере сходными с силами связи атомов в молекулах.

Электрический ток. Действие электрического тока. Условия существования электрического тока. Основные характеристики электрического тока.

Электрический ток — это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.

1. Направленное движение свободных зарядов в проводнике под действием сил тока называется электрическим током проводимости или электрическим током.
2. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц,которое совпадает с направлением электрического поля.
Действия тока:
• Проводник, по которому течёт ток, нагревается.
• Электрический ток может изменять химический состав проводника.

• Ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела, что является основным свойством тока.
Условия существования электрического тока.
• Наличие свободных заряженных частиц
• Наличие электрического поля

Основные характеристики электрического тока
1. Характеристика тока (самая зависимая величина). Величина, измеряемая отношением заряда, проходящего через поперечное сечение проводника за какой-нибудь промежуток времени, к величине этого промежутка, называется силой тока. Если сила тока со временем не меняется, то ток называют постоянным.

2. Характеристика источника питания(зависимая только от силы электрического поля). Напряжение — это физическая величина, характеризующая работу электрического поля по перемещению заряда

З. Характеристика проводника. Электрическое сопротивление выражается в Омах.

Источник

Действия электрического тока

Мы не обладаем возможностью увидеть электроны, бегущие по проводнику. Как же тогда можно обнаружить ток в проводнике? Наличие электрического тока можно обнаружить по косвенным признакам. Так как, ток, протекая по проводнику, оказывает воздействие на него.

Вот некоторые из признаков:

  1. тепловой;
  2. химический;
  3. магнитный.

Тепловое действие тока

Благодаря такому действию тока мы можем освещать помещения с помощью ламп накаливания. А, так же, используем различные нагревательные электроприборы – конвекторы, электроплиты, утюги (рис. 1).

Используя метровый кусок никелиновой проволоки (рис. 2), можно продемонстрировать нагревание проводника при протекании по нему электрического тока. Для заметного провисания нагретой проволоки из-за теплового увеличения длины и наблюдения красноватого ее свечения будет достаточно тока в 2 — 3 Ампера.

Кусок провода нагревается, когда по нему протекает электрический ток. Чем больше ток в проводнике, тем больше он нагреется. Длина нагретого проводника увеличивается.

Подробнее о выделившемся количестве теплоты можно прочитать в статье о законе Джоуля-Ленца (ссылка).

Примечание: Нихром, никелин, константан – сплавы металлов, обладающие большим удельным сопротивлением (ссылка). Проволоки, изготовленные из таких сплавов, используются в различных нагревательных электроприборах.

Химическое действие тока

Электрический ток, проходя через растворы некоторых кислот, щелочей или солей, вызывает выделение из них вещества. Это вещество осаждается на электродах – пластинках, опущенных в раствор и подключенных к источнику тока.

Такое действие тока используют в гальванопластике – покрытии металлом некоторых поверхностей. Применяют никелирование, омеднение, хромирование, а, так же, серебрение и золочение поверхностей.

С помощью раствора медного купороса можно продемонстрировать выделение вещества под действием тока. Водный раствор этой соли имеет голубоватый оттенок. Пропуская электрический ток (ссылка) через раствор, можно обнаружить выделение меди на одном из электродов (рис. 3).

На каком электроде будет выделяться медь

Медь в растворе купороса присутствует в виде положительных ионов. Тела, имеющие разноименные заряды, притягиваются. Поэтому, ионы меди будут притягиваться к пластинке, имеющей заряд со знаком «минус». То есть, пластинке, подключенной к отрицательному выводу источника тока. Такую пластинку называют отрицательным электродом, или катодом.

Вторую пластинку, подключенную к положительному выводу батареи, называют анодом.

Примечание: Медный купорос можно найти в хозяйственном магазине. Его химическая формула \(\large CuSO_<4>\). Он используется в сельском хозяйстве для опрыскивания листвы плодовых деревьев, кустарников и овощных культур – к примеру, томатов, картофеля. Входит в составы различных растворов, применяемых в борьбе с болезнями растений и насекомыми-вредителями.

Применение химического действия тока в медицине

Химическое действие тока применяют не только в гальванопластике.

Пропускание электрического тока через растворы вызывает в них движение заряженных частиц вещества – положительных и отрицательных ионов. Человеческое тело содержит жидкости, в которых растворены некоторые вещества. А значит, в таких жидкостях присутствуют ионы.

Прикладывая специальные электроды, смоченные растворами лекарств на отдельные участки тела, и пропуская через них маленькие токи, можно вводить в организм некоторые лекарственные препараты (рис. 4).

Химическое действие тока применяют в медицине

Такое введение лекарств называют электрофорезом и используется в физиопроцедурных кабинетах поликлиник и санаториев.

Магнитное действие тока

Медь сама по себе не притягивается к магниту. В этом можно убедиться с помощью небольшого магнита и кусочка медного провода (рис. 5а).

На рисунке 5 кусок медного провода подвешен к двум штативам с помощью тонких нитей, не проводящих электрический ток.

Однако, во время протекания электрического тока, медный проводник начинает взаимодействовать с магнитом — притягиваться, или отталкиваться от него (рис. 5б).

С магнитом взаимодействует не сам медный проводник, а ток, протекающий по этому проводнику.

Почему проводок с током взаимодействует с магнитом

Электрический ток — это большое количество электронов, бегущих по проводку от одного его края к другому краю. Электроны обладают зарядом.

Вокруг движущихся зарядов возникает магнитное поле. Благодаря этому проводок с током превращается в маленький магнитик. И начинает взаимодействовать с магнитом, притягиваясь к нему, или отталкиваясь от него.

При этом, проводок, как более легкий предмет, будет двигаться. А магнит продолжит оставаться на месте. Из-за того, что его масса значительно больше массы кусочка провода.

Направление движения проводка зависит от полярности его подключения к батарейке и, от того, как располагаются полюса магнита.

На магнитном действии тока основано действие электромагнита.

Самодельный электромагнит

Его легко изготовить из куска гибкой изолированной медной проволоки и железного гвоздя.

Гвоздь нужно обернуть кусочком бумаги – гильзой (рис. 6). Затем на гильзу нужно намотать 200 – 300 витков тонкого медного провода в изоляции. К выводам полученной катушки нужно подключить батарейку от карманного электрического фонаря.

Во время протекания тока, к гвоздю притягиваются различные мелкие железные предметы – скрепки, кнопки, гвоздики, железные стружки, опилки и т. п.

Отсоединив батарейку, увидим, что как только ток прекращается, гвоздь перестает притягивать к себе железные предметы.

Рамка с током и подковообразный магнит

Провод, обладающий достаточной жесткостью, можно изогнуть в виде плоской фигуры – прямоугольника, квадрата, окружности. Эластичные же провода навивают на жесткий каркас, изготовленный из подходящего материала – фанеры, картона, пластмассы и т. д. Такой изогнутый провод образует рамку. Проволочную рамку часто называют контуром.

Проволочная рамка, по которой течет электрический ток, может ориентироваться в магнитном поле.

Чтобы убедиться в этом, проведем такой эксперимент. Используем для него подковообразный магнит и проводник, изогнутый в виде прямоугольной рамки. Подвесим рамку к лапке штатива с помощью нити. Размеры рамки нужно выбрать так, чтобы она поместилась между полюсами магнита.

Сначала используем только подвешенную рамку (рис. 7а), без магнита. Подключим к рамке источник тока. Можно убедиться, что после подключения тока рамка продолжает висеть неподвижно. Отключим источник тока.

Теперь поместим магнит так, чтобы рамка находилась между его полюсами (рис. 7б) и, пропустим по цепи электрический ток. Легко заметить, что во время протекания тока рамка поворачивается и ориентируется по магнитному полю. А когда цепь размыкается, рамка возвращается в первоначальное положение.

Примечание: Если изменить полярность подключения источника к рамке, то она будет поворачиваться в противоположную сторону.

Замечательное свойство рамки с током поворачиваться в магнитном поле, используют в различных измерительных приборах. Один из таких приборов – гальванометр.

Устройство гальванометра

Гальванометром прибор назвали в честь итальянского физика и врача Луиджи Гальвани. Этот прибор способен измерять маленькие электрические токи (постоянные).

На схемах прибор обозначают кружком, внутри которого расположена большая латинская буква G. На некоторых схемах внутри круга находится стрелка, направленная вертикально вверх.

  • подковообразный магнит и
  • находящуюся внутри него рамку, содержащую витки тонкого медного провода (рис. 8).

Подвижная рамка находится на оси и может вокруг нее поворачиваться.

К рамке прикреплена стрелка. Она указывает, на какой угол рамка повернулась во время протекания в ней электрического тока.

Угол поворота отмечают по делениям шкалы.

Кто такой Луиджи Гальвани

Гальвани был одним из основателей учения об электричестве.

Обнаружил, что в местах контакта различных видов металлов возникает электрическое напряжение.

Проводил опыты с использованием железного ключа и серебряной монеты.

Изучал сокращения мышц под воздействием электричества и пришел к выводу, что мышцы управляются электрическими импульсами, поступающими по нервным волокнам из мозга.

В итальянском городе Болонья неподалеку от здания Болонского университета находится памятник Гальвани. Он находится на площади Piazza Luigi Galvani, носящей имя ученого.

В его честь, так же, назвали один из кратеров на обратной стороне Луны.

А Болонский лицей назван именем Гальвани еще с 1860-го года.

О приборах магнитоэлектрической системы

Такие приборы, содержащие проводящую рамку и небольшой магнит, называют приборами магнитоэлектрической системы. Они получили широкое распространение из-за своего сравнительно простого устройства.

Шкалы приборов можно градуировать в различных единицах измерения, в зависимости от измеряемых физических величин. На основе таких приборов изготавливают вольтметры, амперметры, омметры и т. п.

Источник

Действия электрического тока: тепловое, химическое, магнитное, световое и механическое

Действия электрического тока: тепловое, химическое, магнитное, световое и механическоеЭлектрический ток в цепи всегда проявляется каким-нибудь своим действием. Это может быть как работа в определенной нагрузке, так и сопутствующее действие тока. Таким образом, по действию тока можно судить о его наличии или отсутствии в данной цепи: если нагрузка работает — ток есть. Если типичное сопутствующее току явление наблюдается — ток в цепи есть, и т. д.

Вообще, электрический ток способен вызывать различные действия: тепловое, химическое, магнитное (электромагнитное), световое или механическое, причем разного рода действия тока зачастую проявляются одновременно. Об этих явлениях и действиях тока и пойдет речь в данной статье.

Читайте также:  Количества тепла выделяемое в проводнике при прохождении электрического тока определяется законом

Тепловое действие электрического тока

При прохождении постоянного или переменного электрического тока по проводнику, проводник нагревается. Такими нагревающимися проводниками в разных условиях и приложениях могут выступать: металлы, электролиты, плазма, расплавы металлов, полупроводники, полуметаллы.

Электрообогреватель

Сварочная дуга

В простейшем случае, если, скажем, через нихромовую проволоку пропустить электрический ток, то она нагреется. Данное явление используется в нагревательных приборах: в электрочайниках, в кипятильниках, в обогревателях, электроплитках и т. д. В электродуговой сварке температура электрической дуги вообще доходит до 7000°С, и металл легко плавится, — это тоже тепловое действие тока.

Закон Джоуля-Ленца

Джеймс Джоуль и Эмилий Ленц

Выделяемое на участке цепи количество теплоты зависит от приложенного к этому участку напряжения, значения протекающего тока и от времени его протекания (Закон Джоуля — Ленца).

Преобразовав закон Ома для участка цепи, можно для вычисления количества теплоты использовать либо напряжение, либо силу тока, но тогда обязательно необходимо знать и сопротивление цепи, ведь именно оно ограничивает ток, и вызывает, по сути, нагрев. Или, зная ток и напряжение в цепи, можно так же легко найти количество выделяемой теплоты.

Химическое действие электрического тока

Электролиты, содержащие ионы, под действием постоянного электрического тока подвергаются электролизу — это и есть химическое действие тока. К положительному электроду (аноду) в процессе электролиза притягиваются отрицательные ионы (анионы), а к отрицательному электроду (катоду) — положительные ионы (катионы). То есть вещества, содержащиеся в электролите, в процессе электролиза выделяются на электродах источника тока.

Например, в раствор определенной кислоты, щелочи или соли погружают пару электродов, и при пропускании электрического тока по цепи на одном электроде создается положительный заряд, на другом — отрицательный. Ионы содержащиеся в растворе начинают откладываться на электроде с противоположным зарядом.

Скажем, при электролизе медного купороса (CuSO4), катионы меди Cu2+ с положительным зарядом движутся к отрицательно заряженному катоду, где они получают недостающий заряд, и становятся нейтральными атомами меди, оседая на поверхности электрода. Гидроксильная группа -OH отдаст электроны на аноде, и в результате выделится кислород. Положительно заряженные катионы водорода H+ и отрицательно заряженные анионы SO42- останутся в растворе.

Химическое действие электрического тока используется в промышленности, например, для разложения воды на составляющие ее части (водород и кислород). Также электролиз позволяет получать некоторые металлы в чистом виде. С помощью электролиза покрывают тонким слоем определенного металла (никеля, хрома) поверхности — это нанесение гальванических покрытий и т.д.

В 1832 году Майкл Фарадей установил, что масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит. Если через электролит пропускается в течение времени t постоянный ток I, то справедлив первый закон электролиза Фарадея:

Здесь коэффициент пропорциональности k называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единичного электрического заряда, и зависит от химической природы вещества.

Магнитное действие электрического тока

При наличии электрического тока в любом проводнике (в твердом, жидком или газообразном) наблюдается магнитное поле вокруг проводника, то есть проводник с током приобретает магнитные свойства.

Так, если к проводнику, по которому течет ток, поднести магнит, например в виде магнитной стрелки компаса, то стрелка повернется перпендикулярно проводнику, а если намотать проводник на железный сердечник, и пропустить по проводнику постоянный ток, то сердечник станет электромагнитом.

В 1820 году Эрстед открыл магнитное действие тока на магнитную стрелку, а Ампер установил количественные закономерности магнитного взаимодействия проводников с током.

Магнитное действие электрического тока

Магнитное поле всегда порождается током, то есть движущимися электрическими зарядами, в частности — заряженными частицами (электронами, ионами). Противоположно направленные токи взаимно отталкиваются, однонаправленные токи взаимно притягиваются.

Такое механическое взаимодействие происходит благодаря взаимодействию магнитных полей токов, то есть это, в первую очередь, — магнитное взаимодействие, а уж потом — механическое. Таким образом, магнитное взаимодействие токов первично.

ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока

В 1831 году, Фарадей установил, что изменяющееся магнитное поле от одного контура порождает ток в другом контуре: генерируемая ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Логично, что именно магнитное действие токов используется по сей день и во всех трансформаторах, а не только в электромагнитах ( например, в промышленных).

Световое действие электрического тока

В простейшем виде световое действие электрического тока можно наблюдать в лампе накаливания, спираль которой разогревается проходящим через нее током до белого каления и излучает свет.

Для лампы накаливания на световую энергию приходится около 5% от подведенной электроэнергии, остальные 95% которой преобразуется в тепло.

Люминесцентные лампы более эффективно преобразуют энергию тока в свет — до 20% электроэнергии преобразуется в видимый свет благодаря люминофору, принимающему ультрафиолетовое излучение от электрического разряда в парах ртути или в инертном газе типа неона.

Световое действие электрического тока

Более эффективно световое действие электрического тока реализуется в светодиодах. При пропускании электрического тока через p-n переход в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

Лучшие излучатели света относятся к прямозонным полупроводникам (то есть к таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), например GaAs, InP, ZnSe или CdTe. Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS). КПД светодиода как источника света доходит в среднем до 50%.

Механическое действие электрического тока

Как было отмечено выше, каждый проводник, по которому течет электрический ток, образует вокруг себя магнитное поле. Магнитные действия превращаются в движение, например, в электродвигателях, в магнитных подъемных устройствах, в магнитных вентилях, в реле и т. д.

Механическое действие электрического тока

Механическое действие одного тока на другой описывает закон Ампера. Впервые этот закон был установлен Андре Мари Ампером в 1820 для постоянного тока. Из закона Ампера следует, что параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных — отталкиваются.

Законом Ампера называется также закон, определяющий силу, с которой магнитное поле действует на малый отрезок проводника с током. Сила, с которой магнитное поле действует на элемент проводника с током, находящегося в магнитном поле, прямо пропорциональна току в проводнике и векторному произведению элемента длины проводника на магнитную индукцию.

На этом принципе основана работа электродвигателей, где ротор играет роль рамки с током, ориентирующейся во внешнем магнитном поле статора вращающим моментом M.

Источник

Воздействие электрического тока на организм человека

Воздействие электрического тока на организм человека

Первые упоминания об электричестве, относятся к IV веку до нашей эры в трудах греческого философа Аристотеля, а в V веке д. н. э., ученый Фалес Милетский упоминал об этом явление в своих трудах. В дальнейшем, вплоть до 17 века в истории человечества не зафиксированы упоминания об электричестве. В конце 18-го века впервые упоминается о влиянии электрического тока на человеческий организм, но в то время ученые еще мало знали о том какую опасность представляет ток для человека.

  1. Основные понятия
  2. Характер и последствия воздействия на человека
  3. Типы поражения электрическим током
  4. Виды воздействия электрического тока на организм человека
  5. Основные виды поражения в результате воздействия электрического тока
  6. Основные причины поражения электрическим током

Основные понятия

Электрический удар – возбуждение живых тканей организма протекающим через него электрическим током, сопровождающееся непроизвольными судорожными сокращениями мышц.

image 4

Формула 1 – Расчет силы тока.

Как мы знаем, по степени электропроводимости все вещества делятся на 3 вида (Рисунок 1)

image 15

Рисунок 1 – Типы веществ по электропроводности

Человеческое тело довольно хорошо проводит электрический ток, а ток проходя через наш организм при превышении определенно его значения способен вызывать различные неприятные последствия, вплоть до летального исхода. Величина тока проходящего через тело попавшего под напряжение, зависит в первую очередь от величин напряжения и сопротивления организма. Сопротивление организма складывается из внутреннего – внутренние ткани, сосуды, и внешнего – кожа.

Внутреннее сопротивление у всех людей относительно мало, и составляет примерно 1000 Ом. Причем если кровь, мышечная ткань, костный и головной мозг имеют удельное сопротивление всего лишь 0,5–1 Ом/м, то сопротивление жира, костей, сухожилий и хрящей достигает 3-20 кОм/м. Сопротивление же чистой сухой кожи может достигать 100 кОм, как раз оно и определяет общее сопротивление тела человека.

Сопротивление человека зависит от многих факторов:

  • места приложения электродов;
  • площади касания (площадь соприкосновения больше – сопротивление организма меньше);
  • время прохождения тока (при увеличении длительности нахождения человека под напряжением — сопротивление организма уменьшается тк в нем нарушаются процессы терморегуляции, происходит местный нагрев внутренних органов и кожи, она выделяет пот, соответственно проводимость кожи возрастает а сопротивление уменьшается, что еще больше увеличивает нагрев…;
  • величины приложенного напряжения — с повышением напряжения уменьшается сопротивление тела в десятки раз: во-первых, за счет упомянутого выше нарушения процесса терморегуляции; во-вторых, за счет развития процессов пробоя кожи при величине приложенного напряжения выше 50 В. при этом величина сопротивления кожи уменьшается до 300 – 500 Ом.

В среднем, общее сопротивление средне-статического человека составляет 50 кОм, оно у всех людей разное, может меняться со временем, в течение жизни, и даже в течении суток и зависит не только от физического состояния кожи, но и от психоэмоционального состояния человека. Прикоснувшись к неизолированному проводнику электрического тока, человек сам становиться «элементом» электрической цепи, и ток протекая через организм оказывает на него специфическое действие.

Характер и последствия воздействия на человека

Характер и последствия опасного и вредного воздействия на человека электрического тока зависит от многих факторов:

  1. от величины и рода (переменный или постоянный) протекающего тока;
  2. продолжительности его воздействия (чем больше время действия тока на человека, тем тяжелее последствия);
  3. пути протекания;
  4. от физического и психологического состояния человека;
  5. от состояния внешней среды, например при высокой влажности воздействие электричества на организм будет сильнее.

Величина и тип протекающего тока является главным фактором от которого зависит исход его воздействия на организм человека (или животного).

По степени воздействия на человека от величины ток делится на три пороговых значения:

  • Человек начинает ощущать воздействие проходящего сквозь него переменного тока при значении 0,6 мА, прямого начиная с 5-7 мА. Эти значения называются пороговыми ощутимыми токами.
  • Следующий порог – порог неотпускающего (удерживающего) тока. Его значение для переменного тока составляет ≥10 мА, для постоянного ≥50 мА.
  • Третье пороговое значение – фибрилляционный ток. Это значение переменного тока 100 мА, а постоянного 300 мА, при длительности воздействия такого тока 0,5 сек, может наступить остановка сердца или его фибрилляция.

В таблице 1 приведены различные реакции организма человека на электрический ток в зависимости от его силы и типа.

Сила тока, мА

Характер воздействия

Постоянный ток

Переменный ток 50 Гц

Читайте также:  Активная индуктивная емкость в цепи переменного тока

Начало ощущения — слабый зуд, пощипывание кожи под электродами

Ощущение тока распространяется и на запястье руки, слегка сводит руку

Начало ощущения. Впечатление нагрева кожи под электродом

Болевые ощущения усиливаются во всей кисти руки, сопровождаются судорогами. Руки, как правило, можно оторвать от электродов

Усиление ощущения нагрева

Сильные боли и судороги во всей руке, включая предплечье. Руки трудно оторвать от электродов

Усиление ощущения нагрева

Едва переносимые боли во всей руке. Руки невозможно оторвать от электродов.

Еще большее усиление ощущения нагрева кожи.

Руки парализуются мгновенно, оторваться от электродов невозможно. Сильные боли, дыхание затруднено

Ощущение сильного нагрева, боли и судороги в руках. При отрыве рук от электродов возникают едва переносимые боли в результате судорожного сокращения мышц

Очень сильная боль в руках и груди. Дыхание крайне затруднено. При длительном токе может наступить паралич дыхания или ослабление деятельности сердца с потерей сознания

Ощущение очень сильного поверхностного и внутреннего нагрева, сильные боли во всей руке и в области груди. Затруднение дыхания. Руки невозможно оторвать от электродов из-за сильных болей при нарушении контакта

Дыхание парализуется через несколько секунд, нарушается работа сердца. При длительном протекании тока может наступить фибрилляция сердца

Паралич дыхания при длительном протекании тока

Фибрилляция сердца через 2-3 с; еще через несколько секунд — паралич сердца

Фибрилляция сердца через 2-3 с; еще через несколько секунд — паралич дыхания

То же действие за меньшее время

Дыхание парализуется немедленно — через доли секунды. Фибрилляция сердца, как правило, не наступает; возможна временная остановка сердца в период протекания тока. При длительном протекании тока (несколько секунд) тяжелые ожоги, разрушения тканей

Как видно из таблицы 1, переменный ток более опасен чем постоянный. Тем не менее, даже небольшой, ниже порога ощущения постоянный ток, дает сильные удары способные вызвать судороги мышц. А при значении напряжения выше 500 В уже опаснее постоянный ток так как он обладает большой «липучестью» и от него практически невозможно самостоятельно освободиться.

В то же время, хотя переменный ток считается более опасным для человека, но это касается в основном частоты 50 Гц. С увеличением частоты, даже с учетом что сопротивление организма падает и ток текущий через него увеличивается – опасность поражения снижается электротоком и полностью исчезает при частоте 450 — 500 гГц, т.к. при высокой частоте возникает так называемый «skin» эффект – ток идет по поверхности организма, те по коже, и не может поразить человека. Но с токами такой частоты мы практически не сталкиваемся ни в быту, ни на производстве, в отличие от 50 герцового переменного напряжения, которое является стандартом в электросетях России.

Типы поражения электрическим током

В зависимости от того, какой наступает исход от электроудара, выделяют 5 типов:

  1. судорожные сокращения мышц, человек находится в сознании;
  2. судорожные сокращения мышц, человек без сознания, дыхание и работа сердца присутствуют;
  3. отсутствие дыхания с нарушением работы сердца;
  4. электрический шок, сильное расстройство дыхания, расстройство функционирования кровеносной и нервной системы, наступление глубокой депрессии которая может длиться от нескольких десятков минут до нескольких суток и в конечном итоге наступает либо полное выздоровление, либо биологическая смерть;
  5. клиническая смерть, отсутствует дыхания, остановка сердца. Ее еще называют мнимой смертью, длится 6-8 минут, является переходным состоянием от жизни к смерти. По прошествии указанного времени, если не проводить реанимационные мероприятия – наступает биологическая смерть.

Также, большое значение имеет и путь, по которому проходит ток через организм т.е. какими частями тела человек касается токопроводящей части. Чаще всего люди «включаются» в электрическую цепь таким образом, что ток проходит по петлям: «рука-ноги», «рука-рука», «нога-нога», «рука-голова», «ноги-голова».

Наибо̀лее опасны петли прохождения, при которых ток проходит через самые важные жизненные органы: сердце, головной мозг, спинной мозг которые к тому же имеют наименьшее электрическое сопротивление в организме и соответственно пропускают через себя бо̀льшее значение силы тока. Отсюда напрашиваются очевидные выводы что наиболее опасные петли «рука-рака» и пути проходящие через голову, а путь «нога-нога» наименее опасный, но тем не менее это не так, так как при этом возникает шаговое напряжение, ноги парализуются – человек оказывается в лежачем состояние и поражение током наносится всему организму.

Есть два варианта подключения организма к электрической цепи:

  1. двухфазное – человек одновременно прикасается частями тела к двум фазам (рис 2),
  2. однофазное – прикосновение к фазе и нулевой точке (рис 3).

image 16

Рисунок 2 — Схема двухфазного включения человека в электрическую сеть

Где, а – сеть с изолированной нейтралью; б – сеть с глухозаземленной нейтралью.

Двухфазное подключение самое опасное, так как в этом варианте ток зависит только от напряжения и сопротивления человека (формула 1) и будет иметь максимальное значение чем при однофазном подключение (см. рис 3).

image 17

image 18

Рисунок 3 — Схема однофазного включения человека в электрическую сеть (в)

  • а – сеть с изолированной нейтралью;
  • б – сеть с глухозаземленной нейтралью.
  • в – сеть с заземленной нейтралью

При варианте a на рисунке 3, к сопротивлению человека — Rч, добавляется сопротивление обуви Rоб, Rп – сопротивление пола, сопротивление изоляции фаз – Rиз. Те формула силы тока примет следующий вид (формула – 2).

image 5

Формула 2 – Сила тока, проходящего через человека при однофазном подключение с изолированной нейтралью.

  • Uф – фазное напряжение, В;
  • Rч – сопротивление человека (принимается равным 1000 Ом.

При расчетах принимается наименьшее сопротивление (при сильном опьянении, с мокрой или поврежденной кожей);

  • Rоб – сопротивление обуви;
  • Rп – сопротивление пола;
  • Rиз – сопротивление изоляции.

С учетом что сопротивления пола-обуви-изоляции имеют на порядки большие значения чем сопротивление человека – то и протекающий при таком варианте ток через человека гораздо слабее и менее опасный чем при 2х фазном подключении.

В аварийном режиме (см. рисунок 3б) когда одна из фаз коротит на корпус или уходит в землю, или происходит касание в месте с поврежденной изоляцией – человек может оказаться под полным линейным напряжением, ток проходящий через организм в таком случае рассчитывается по формуле 3:

image 6

Формула 3 – Сила тока, проходящего через человека при однофазном подключение в аварийном режиме.

Величина тока при однофазном подключении человека к сети с заземленной нейтралью рассчитывается по формуле 4.

image 7

Формула 4 – Сила тока, проходящего через человека при однофазном подключение с заземленной нейтралью.

Виды воздействия электрического тока на организм человека

По типу воздействия на человеческий организм электричества выделяют следующие виды:

  • Биологическое– проявляется раздражением и возбуждением тканей организма, нарушением биологических процессов, в результате чего может произойти остановка сердца и дыхания. Также ток может подавить весьма биотоки протекающие в теле человека, и тем самым вызвать серьезные расстройства в организме вплоть до его гибели.
  • Термическое– ожоги отдельных участков тела: кожи в месте соприкосновения с электродами и внутренних органов и сосудов на пути прохождения электрического тока, а также от воздействия электрической дуги или искры, образующихся при коротком замыкание или приближении человека близко к местам находящимся под высоким напряжением.
  • Электролитическое— разложение биологических жидкостей, в том числе крови, в результате чего нарушается их физико-химический состав.
  • Механическое– приводит к расслоению, разрыву тканей организма в результате электродинамического эффекта, а также взрывоподобного образования пара, образующегося при вскипании биологических жидкостей под действием тока. От сильных судорог могут возникать вывихи, разрыва мышц, сухожилий и даже переломы.

Основные виды поражения в результате воздействия электрического тока

Электрические ожоги — самая распространенная электротравма, возникает в результате локального воздействия тока на ткани. Ожоги бывают двух видов — контактный и дуговой. Контактный ожог является следствием преобразования электрической энергии в тепловую и возникает в основном в электроустановках напряжением до 1 000 В. Дуговой ожог обусловлен воздействием электрической дуги, создающей высокую температуру. Дуговой ожог возникает при работе в электроустановках различных напряжений, часто является следствием случайных коротких замыканий в установках выше 1000 В и до 10 кВ или ошибочных операций персонала. Поражение возникает от перемены электрической дуги или загоревшейся от нее одежды.

Электрические знаки – пятна серого или бледно-желтого цвета, образующиеся на коже. Происходит как бы омертвление верхнего слоя пораженного участка кожи и ее затвердевание наподобие мозоли. Обычно электрические знаки безболезненны и при лечении бесследно исчезают. Знаки после поражения током появляются приблизительно у 11-20 % пострадавших.

Металлизация кожи – проникновение в нее мельчайших частиц металла при его расплавлении и разбрызгивании в случае образования электрической дуги. Металл может проникнуть в кожу также вследствие электролиза в местах соприкосновения человека с токоведущими частями. Возникает приблизительно у каждого десятого пострадавшего. С течением времени пораженный участок кожи регенерирует и приобретает нормальный вид и эластичность. Однако, при поражении глаз, лечение бывает безрезультатным и в результате травмы наступает слепота.

Электроофтальмия – воспаление наружных оболочек глаз в результате воздействия ультрафиолетового излучения электрической дуги. Характерные проявления болезни: слезотечение, частичное ослепление и светобоязнь; боль в глазах продолжается обычно несколько дней.

Механические повреждения проявляются под действием тока непроизвольным судорожным сокращением мышц. Это может привести к разрыву кожи, кровеносных сосудов и нервных тканей. Такие травмы возникают при контакте с напряжением ниже 380 В, когда человек не теряет сознания и пытается самостоятельно освободиться от источника тока.

Основные причины поражения электрическим током

Самые частые причины по которым люди оказываются под действием электротока следующие:

  • прикосновение к неизолированным токоведущим при котором возникает напряжение прикосновения;
  • появление напряжения на частях установок и машин, не находящихся под напряжением в нормальных условиях эксплуатации (корпуса, пульты и др.), что чаще всего происходит вследствие повреждения изоляции;
  • образование электрической дуги между токоведущей частью и человеком, что возможно в электрических установках напряжением 1 кВ;
  • воздействие напряжения шага (в основном при обрыве провода линии электропередачи когда происходит его замыкание на землю);
  • несогласованные и ошибочные действия персонала, отсутствие надзора за электроустановками под напряжением и ряд других организационных причин.

Предугадать электротравмы трудно, так как электричество невидимо, не имеет запаха. И хотя электротравматизм на производстве случается гораздо реже других видов травм – но находиться на первом месте по тяжести и по количеству смертельных исходов от них. К сожалению немалая часть несчастных случаев происходит из-за несоблюдения правил безопасности при работе с электроустановками, а также недостаточной квалификации работников.

Также часть смертельных исходов происходит потому что не все после электрического удара обращаются к врачу, а как было описано выше, существуют виды травм, при которых если не проводить лечение, смерть может наступить не сразу.

Очень важно в организациях проводить периодические инструктажи и объяснять работникам об опасности электрического тока, рассказывать о безопасных способах работы с электроустановками, обучать оказанию первой помощи пострадавшим.

Источник