Действие электрического тока
Наличие тока в электроцепи всегда проявляется каким-либо действием. Например, работа при конкретной нагрузке или какое-то сопутствующее явление. Следовательно, именно действие электротока говорит о его присутствии как таковом в той или иной электроцепи. То есть, если работает нагрузка, то ток имеет место быть.
Известно, что электрический ток вызывает различного рода действия. Например, к таковым относятся тепловые, химические, магнитные, механические или световые. При этом различные действия электрического тока способны проявлять себя одновременно. Более подробно о всех проявлениях мы расскажем Вам в данном материале.
Тепловое явление
Известно, что температура проводника повышается при прохождении через него тока. В качестве таких проводников выступают различные металлы или их расплавы, полуметаллы или полупроводники, а также электролиты и плазма. Например, при пропускании через проволоку из нихрома электрического тока происходит ее сильное нагревание.
Количество выделяемой теплоты напрямую зависит от того, какое напряжение было приложено к данному участку, а также от электротока и времени его прохождения по цепи.
Для расчета объемов выделяемой теплоты используется или напряжение, или сила тока. При этом необходимо знание показателя сопротивления в электроцепи, поскольку именно оно провоцирует нагрев из-за ограничения тока. Также количество тепла можно определить при помощи тока и напряжения.
Химическое явление
Химическое действие электротока заключается в электролизе ионов в электролите. Анод при электролизе присоединяет к себе анионы, катод – катионы.
Иными словами, во время электролиза на электродах источника тока происходит выделение определенных веществ.
Приведем пример: в кислотный, щелочной или же солевой раствор опускаются два электрода. После пропускается по электроцепи ток, что провоцирует создание положительного заряда на одном из электродов, на другом – отрицательного. Ионы, которые находятся в растворе, откладываются на электроде с иным зарядом.
Химическое действие электротока применяется в промышленности. Так, используя данное явление, осуществляют разложение воды на кислород и водород. Кроме того, при помощи электролиза получают металлы в их чистом виде, а также осуществляют гальваническое покрытие поверхности.
Магнитное явление
Электрический ток в проводнике любого агрегатного состояния создает магнитное поле. Иными словами, проводник при электрическом токе наделяется магнитными свойствами.
Таким образом, если к проводнику, в котором протекает электроток, приблизить магнитную стрелку компаса, то та начнет поворачиваться и займет к проводнику перпендикулярное положение.
Если же на сердечник из железа намотать данный проводник и пропустить сквозь него постоянный ток, то данный сердечник примет свойства электромагнита.
Природа магнитного поля всегда заключается в наличии электрического тока. Объясним: движущиеся заряды (заряженные частицы) образуют магнитное поле. При этом токи противоположного направления отталкиваются, а одинакового направления – притягиваются. Данное взаимодействие обосновано магнитным и механическим взаимодействием магнитных полей электротоков. Выходит, что магнитное взаимодействие токов первостепенно.
Магнитное действие применяется в трансформаторах и электромагнитах.
Световое явление
Самый простой пример светового действия – лампа накаливания. В данном источнике света спираль достигает нужной температурной величины посредством проходящего сквозь нее тока до состояния белого каления. Тем самым и излучается свет. В традиционной лампочке накаливания всего лишь пять процентов всей электроэнергии расходуется на свет, остальная же львиная доля преобразуется в тепло.
Более современные аналоги, например, люминесцентные лампы наиболее эффективно преобразуют электроэнергию в свет. То есть, около двадцати процентов всей энергии лежит в основе света. Люминофор принимает УФ-излучение, идущее от разряда, что возникает в ртутных парах или в инертных газах.
Самая эффективная реализация светового действия тока происходит в светодиодных источниках света. Электрический ток, проходя через pn-переход, провоцирует рекомбинацию носителей заряда с излучением фотонов. Лучшими led излучателями света являются прямозонные полупроводники. Изменяя состав данных полупроводников, возможно создание светодиодов для различных световых волн (разной длины и диапазона). Коэффициент полезного действия светодиода достигает 50 процентов.
Механическое явление
Напомним, что вокруг проводника с электрическим током возникает магнитное поле. Все магнитные действия преобразуются в движение. Примером служат электрические двигатели, магнитные подъемные установки, реле и др.
В 1820 году Андре Мари Ампер вывел известный всем «Закон Ампера», который как раз описывает механическое действие одного электротока на другой.
Данный закон гласит, что параллельные проводники с электрическим током одинакового направления испытывают притяжение друг другу, а противоположного направления, наоборот, отталкивание.
Также закон ампера определяет величину силы, с которой магнитное поле воздействует на небольшой отрезок проводника с электротоком. Именно данная сила лежит в основе функционирования электрического двигателя.
Статьи по теме:
Физика 8 класс. Действия электрического тока :: Класс!ная физика
Физика 8 класс. ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Действия электрического тока — это те явления, которые вызывает электрический ток.
По этим явлениям можно судить «есть» или «нет» в электрической цепи ток.
Тепловое действие тока.
Химическое действие тока.
— при прохождении электрического тока через электролит возможно выделение веществ,
содержащихся в растворе, на электродах..
— наблюдается в жидких проводниках.
Магнитное действие тока.
— проводник с током приобретает магнитные свойства.
— наблюдается при наличии электрического тока в любых проводниках (твердых, жидких, газообразных).
А СМОЖЕШЬ ЛИ ТЫ СООБРАЗИТЬ ?
Открытие физика Араго в 1820 г. заключалось в следующем: когда тонкая медная проволока,
соединенная с источником тока, погружалась в железные опилки, то они приставали к ней.
Объясните это явление.
В коробке перемешаны медные винты и железные шурупы.
Каким образом можно быстро рассортировать их, имея аккумулятор, достаточно длинный
медный изолированный провод и железный стержень?
КНИЖНАЯ ПОЛКА
ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА.
Физиологическое действие тока на ранней стадии развития науки об электричестве было единственным,
о котором было известно ученым, и было основано на собственных ощущениях экспериментаторов.
Одним из первых, кто ощутил на себе действие тока, был голландский физик П.Мушенбрук,
живший в 18 веке. Получив удар током он заявил, что «не согласился бы подвергнуться
ещё раз такому испытанию даже за королевский трон Франции.»
отрицательное действие :
Электрический ток вызывает изменения в нервной системе, выражающиеся в ее раздражении
При воздействии электрического тока возникают судорожные спазмы мышц. Принято говорить, что электрический ток человека «держит»: пострадавший не в состоянии
выпустить из рук предмет — источник электричества.
___
При поражении достаточно сильным электрическим током происходит
судорожный спазм диафрагмы — главной дыхательной мышцы в организме — и сердца.
Это вызывает моментальную остановку дыхания и сердечной деятельности. Действие электрического тока на мозг вызывает потерю сознания. Соприкасаясь с телом человека, электрический ток
оказывает также тепловое действие, причем в месте контакта возникают ожоги III степени.
___
Постоянный ток менее опасен, чем переменный в электросети, который даже под напряжением 220В может вызвать очень тяжелое поражение организма. Действие электрического тока на человека усиливается при наличии промокшей обуви, мокрых рук, которым свойственна
Устали? — Отдыхаем!
Перечислить действия электрического тока.
Какое действие тока наблюдается всегда? ПОМГИТЕ ПЖ ДАЮ 30Б ПЖ ТОЛЬКО НОМЕР ЗАДАНИЯ И БУКВА ОТВЕТ ПЖ ПОМОГИТЕ СРОЧНО НАДО !‼️‼️‼️‼️‼️‼️‼️3. У якому випадку тіло можна вважати матеріальною точ
… кою? а) двері вагону зачинаються, б) учень виходить до дошки, в) чоловік піднімається сходами на сьомий поверх, г) спортсмен виконує стрибки на скакалці. 4. Виберіть означення траєкторії. а) довжина лінії, по якій рухається тіло б) Уявна лінія, яку описує в просторі точка, що рухається, в напрямлений відрізок прямої, який з’єднує початкове та кінцеве положення тіла, Г) переміщення тіла за певний час.5. Які з наведених тверджень є істинними (декілька варіантів)? а) траєкторія руху кінця стрілки годинника є коло, б) під час зняття показів приладів вантажівки, і можна вважати матеріальною точкою; B) під час руху мотоцикліста прямою ділянкою дороги можна вважати, що усі точки колеса мотоцикла рухаються за однаковими траєкторіями, г) учня, що рухається від дому до школи можна вважати матеріальною точкою.
Час позначається символом a)s б)t B)поможіть будь ласка!!!
Переведи дану швидкість у зазначені одиниці виміру. (Результат округли до одиниць) 32 км/год = м/с 60 м/с = км/год
закинчити речення тепловым рукам называть а) замену положение тела в просторі б) неперевний безллдний рух молекул (атомів) в) швидку зміну температури … тіла.СРОЧНО
помогите пожалуйста
Промені світла спрямовані горизонтально. Під яким кутом до горизонту треба розташувати плоске дзеркало, щоб спрямувати відбиті промені вертикально? Зр … обіть рисунок.
поможіть будь ласка!!!
Ударна частина молота масою 4,6 т, вільно падаючи з висоти 1 м, вдаряє залізну деталь масою 50 кг. Скільки ударів зробив молот, якщо деталь нагрілася … на 10°C. Вважати, що на нагрівання витрачається 50% енергії молота.
В астрономії існує одиниці довжини світловий рік яку застосовують для визначення між зоряних відстаней 1 світловий рік дорівнює відстань яку долає сві … тло у вакуумі за один рік подайте цю відстань у кілометрах вважаючи швидкість поширення світла у вакуумі дорівнює 300000 км в секунду
виразити запропонований шлях в одиницях CL.
6км 2дм=17км 9см=24км 3мм=
1.Организационный этап (задача: создание психологического настроя) | Нацеливание учащихся на работу. Здравствуйте. Ребята, вы верите в чудеса?… Может быть, вы слышали такие слова …Пора
чудес прошла, и нам (Уильям Шекспир) Мы с вами тоже будем искать причины… Вспомните, пожалуйста, какую тему мы сейчас изучаем? (Электрический ток) | Подготовка к уроку | Регулятивные УУД. Личностные
УУД. | Кратковременная организация учебного процесса: полная готовность класса и оборудования, быстрое включение учащихся в деловой ритм. Оценивание усваиваемого содержания, исходя из личностных ценностей. | 2.Подготовительный этап (задача: актуализация опорных знаний и умений) | Учитель проводит фронтальный опрос ранее изученного материала: Ответьте на вопросы: 1. Как называются вещества, которые проводят электрический ток? 2. Как называются вещества, которые не проводят электрический ток? 3. Разделите предложенные вещества на проводники и диэлектрики. Как вы делаете это обычно в два столбика (предложенные вещества на экране) 4. Что такое электрический ток? 5. (появляются условия на экране, учащиеся имеют возможность проверить свои ответы) 6. На экране вы видите электрическую цепь. Будет ли протекать ток по такой цепи? Что отсутствует в этой цепи? Какую роль играет источник тока в электрической цепи? | Учащиеся отвечают на вопросы учителя, сопровождая свои ответы пояснениями. Работают в тетради. Источник тока – устройство, создающее электрическое поле и поддерживающее его длительное время | Коммуникативные УУД Регулятивные УУД | Актуализация имеющихся знаний и представлений по изученной теме | 3. (задачи: изучить действия электрического тока) А) Мотивационно – целевой этап Б) Ориентировочный этап В) Проблемно-исследовательский этап | А) Опыт. Посмотрите на цепь, собранную на моём столе (источник, ключ, лампочка). Можем ли мы определить, есть в этой цепи ток или нет? По какому признаку? Мы не можем видеть движение свободных электронов, о наличии тока в цепи мы можем судить только по явлениям, которые сопровождают прохождение тока по проводнику (например, свечение лампочки). Эти явления называются действиями электрического тока. Как вы думаете, как мы можем сформулировать тему урока? Учитель
подводит учащихся к формулировке
темы урока. Наша цель:
Б) Что же называется действиями тока? В) Без сомнения, всё наше знание начинается с опыта. (Кант Иммануил немецкий философ, 1724 — 1804 г.г.) Вместе со мной сегодня вы будете физиками – экспериментаторами, исследователями. Нам ведь известно, что учёные сначала выдвигают теоретические гипотезы, а затем проверяют их путём проведения многочисленных опытов. Оборудование: источник тока, резистор или проволока,
ключ, соединительные провода. Рисунок 1 Оборудование: источник тока, медный провод, ключ, провода, железный гвоздь, металлические опилки. (Рис. 2). Рисунок 2 Рисунок 3 Оборудование: источник тока, ключ, провода, лампочка на подставке, электроды, дистиллированная вода, раствор соли (медного купороса) (Рис. 4). Рисунок 4 Примером применения данного действия является прибор гальванометр. Учитель рассказывает его устройство и принцип действия. Демонстрация действия гальванометра – подключение солнечной батареи с целью показа тока разных направлений. Минутка отдыха Учитель: Ребята,
однажды великого мыслителя Сократа
спросили о том, что, по его мнению,
легче всего в жизни? Он ответил, что
легче всего – поучать других, а труднее
– познать самого себя. На уроках физики мы говорим о познании природы. Но сегодня давайте познаем себя. Как мы воспринимаем окружающий мир? Как «художники» или как «мыслители»?
У кого получился результат «ЛЛЛ» — «художники», а «ППП» — «мыслители». У кого получились разные буквы – гармонично развитые личности, которым свойственно, как логическое, так и образное мышление. | Учащиеся
пытаются высказывать свои предположения
по данной проблеме. Формулируют тему. Учащиеся записывают в тетради тему урока. Формулируют вывод: Действия электрического тока – это явления, которые наблюдаются при наличии электрического тока в цепи Фронтальная работа Учащиеся проводят опыты совместно с учителем на демонстрационном столе и записывают выводы. ВЫВОДЫ:
| Познавательные УУД Регулятивные УУД Коммуникативные УУД Познавательные УУД | Организовать и направить к цели познавательную деятельность учащихся, подвести учащихся к формулировке темы и цели урока. Дать учащимся возможность получить конкретное представление об изучаемых фактах, явлениях посредством создания проблемы и проведения исследования. Выявление, идентификация проблемы, поиск и оценка альтернативных способов разрешения конфликта, принятие решения и его реализация Общеучебные: — поиск и выделение информации; | 3. А) практический этап. Б) рефлексия | Закрепление изученного. Учитель: Русская пословица гласит — не стыдно не знать, стыдно не учиться. ПРОВЕРЬ СЕБЯ Отчет — рассказ о полученных результатах исследований по плану: 1. Электрический ток представляет собой упорядоченное движение ……… частиц 2. Чтобы по цепи протекал электрический ток, цепь должна быть …. 3. Чистая соль и дистиллированная вода не проводят электрический
ток, т. 4. Раствор соли проводит электрический ток, т.к. …….. 5. О наличии электрического тока можно судить по ……… электрического тока. 6. Мы узнали о 4 действиях электрического тока: …….. Что вы нового узнали на уроке? Что вам понравилось? Что хотите нового узнать? | Учащиеся работают в парах на карточках, опираясь на конспект и параграф учебника. | Регулятивные УУД Коммуникативные УУД Личностные УУД Регулятивные УУД | Закрепить
у учащихся те знания и умения, которые
необходимы для самостоятельной работы
по этому материалу. Выработка умений оперировать полученными знаниями. Установить, усвоили или нет учащиеся связь между фактами, содержание новых понятий, закономерностей, устранить обнаруженные пробелы. Выделение и осознание учащимися того, что уже усвоено и что ещё подлежит усвоению, осознание качества и уровня усвоения. | 4.Домашнее задание (задачи: разъяснить методику выполнения домашнего задания, мотивировать обязательность выполнения. | I. Уровень знания: § 35; II. Уровень применения: Приготовить примеры действий электрического тока, встречающиеся в жизни | Учащиеся
слушают рекомендации учителя по
домашнему заданию, записывают домашнее
задание в дневник. | Регулятивные УУД | Сообщение учащимся о домашнем задании, разъяснение методики его выполнения. Необходимо объяснить содержание домашней работы, приемов и последовательности ее выполнения, дать короткие указания и порядок выполнения. Обязательное и систематическое выполнение этого этапа в границах урока. | 5. Подведение итогов урока. (Задачи: проанализировать, дать оценку успешности достижения цели и наметить перспективу на будущее). | Учитель подводит итоги урока, выставляет оценки за урок. | Выставление оценок в дневник. | Регулятивные УУД | Самооценка
и оценка работы класса и отдельных
учащихся. Аргументация выставленных
отметок, замечания по уроку, предложения
о возможных изменениях на последующих
уроках. |
При каких условиях существует
электрический ток?
Изучение
нового материала
(Рис.
1).
Первичное
закрепление нового материала (задача: закрепить знания и умения,
необходимые для самостоятельной
работы учащихся).
к. ………
Освобождение от действия электрического тока / КонсультантПлюс
Освобождение от действия электрического тока
В случае нахождения пострадавшего на высоте, необходимо принять меры, предотвращающие получение дополнительных травм вследствие падения с высоты.
Для освобождения пострадавшего от действия электрического тока отключить электроустановку можно с помощью выключателя, рубильника или другого отключающего аппарата, а также путем снятия предохранителей, разъема штепсельного соединения, создания искусственного короткого замыкания на воздушной линии «набросом».
Если отсутствует возможность быстрого отключения электроустановки, то необходимо принять меры к отделению пострадавшего от токоведущих частей, к которым он прикасается.
При напряжении до 1000 В для отделения пострадавшего от токоведущих частей или провода следует воспользоваться канатом, палкой, доской или каким-либо другим сухим предметом, не проводящим электрический ток.
Можно оттянуть пострадавшего от токоведущих частей за одежду (если она сухая и отстает от тела), например, за полы пиджака или пальто, за воротник, избегая при этом прикосновения к окружающим металлическим предметам и частям тела пострадавшего, не прикрытым одеждой. Можно оттащить пострадавшего за ноги, при этом оказывающий помощь не должен касаться его обуви или одежды без хорошей изоляции своих рук, так как обувь и одежда могут быть сырыми и являться проводниками электрического тока. Для изоляции рук оказывающий помощь, особенно если ему необходимо коснуться тела пострадавшего, не прикрытого одеждой, должен надеть диэлектрические перчатки или обмотать руку шарфом, надеть на нее суконную фуражку, натянуть на руку рукав пиджака или пальто, накинуть на пострадавшего резиновый ковер, прорезиненную материю (плащ) или просто сухую материю. Можно также изолировать себя, встав на резиновый ковер, сухую доску или какую-либо не проводящую электрический ток подстилку, сверток сухой одежды и т.
п. При отделении пострадавшего от токоведущих частей следует действовать одной рукой.
При напряжении выше 1000 В для отделения пострадавшего от токоведущих частей необходимо использовать основные и дополнительные средства защиты: надеть резиновые диэлектрические перчатки и диэлектрические боты и действовать изолирующей штангой или изолирующими клещами, рассчитанными на соответствующее напряжение.
На воздушных линиях электропередачи (ВЛ) 6 — 20 кВ, когда нельзя быстро отключить их со стороны электропитания, следует создать искусственное короткое замыкание для отключения ВЛ. Для этого на провода ВЛ надо набросить гибкий неизолированный проводник. Набрасываемый проводник должен иметь достаточное сечение во избежание перегорания при прохождении через него тока короткого замыкания. Перед тем как набросить проводник, один его конец надо заземлить (присоединить к телу металлической опоры, заземляющему спуску или отдельному заземлителю), а на другой конец для удобства наброса желательно прикрепить груз.
Набрасывать проводник надо так, чтобы он не касался людей, в том числе оказывающего помощь и пострадавшего. При набросе проводника необходимо пользоваться диэлектрическими перчатками и ботами.
Открыть полный текст документа
Освобождение пострадавшего от действия электрического тока
Когда человек поражается электрическим током, то самое первое, что нужно сделать — это освободить его от воздействия, так как продолжительное влияние может привести к тяжелой электротравме. При этом важная информация для тех, кто оказывает помощь пострадавшему: прикасаться к человеку под воздействием тока стоит по технике безопасности. Стоит сперва отключить часть установки, которой касается пострадавший.
Имейте в виду, что если пострадавший в момент воздействия тока находится на высоте, то отключение опасного фактора может привести к падению гражданина. Стоит продумать его безопасность перед началом помощи, предупредить падение.
Если невозможно оперативно отключить установку, то важно принять меры по отделению пострадавшего от токоведущих элементов, атрибутов. Стоит знать, что обучение по электробезопасности — это залог минимизации или вовсе исключения несчастных случаев, тяжелых травм током.
Напряжение до 1000 В
Если напряжение, воздействующее на пострадавшего, до 1000 В, то необходимо отодвинуть человека от токоведущих элементов при этом не забыв про электроизолирующие средства защиты. Воспользуйтесь такими предметами, как сухая ветошь, одежда, канат, палка, доска и др. Можно проводить мероприятие и голой рукой, но только прикасаясь за одежду сухую, которая не прилегает плотно к телу. Не трогайте брюки, обувь, так как эти атрибуты могут быть сырыми, а значит, проводящими ток.
Если невозможно отодвинуть пострадавшего от токоведущих элементов, то просто перерубите или перережьте провода лопатой, топором. Имейте в виду, что рукоятка у инструментария должна быть деревянной.
Есть вариант применить кусачки, но тоже с изолированными ручками. Перерубайте провода по отдельности, чтобы избежать замыкания между кабелями.
Напряжение выше 1000 В
Если напряжение, воздействующее на пострадавшего, выше 1000 В и оперативное отключение не представляется возможным, то пользоваться подручными средствами нельзя ни в коем случае! Электрозащитные перчатки и ботинки — лучший вариант. Оттащите пострадавшего от источника только по технике безопасности именно для этого уровня напряжения.
Если ситуация произошла на воздушных линиях электропередачи, то освобождение пострадавшего выше указанными методиками невозможно. Важно создать искусственное короткое замыкание для того, чтобы отключить релейную защиту.
Помните, что на воздушных линиях напряжение превышает отметку в 1000 В и даже после отключения опасный заряд сохраняется. Только после качественного, надежного и грамотного заземления можно трогать пострадавшего без средств защиты. Безусловно, обучение по электробезопасности и проверку знаний стоит проводить периодически для всех, кто имеет дело с данным фактором.
Источники электрического тока и его действие | RuAut
Электричество так прочно вошло сегодня в нашу жизнь, что без него не мыслимы ни быт, ни производство. Прогресс науки и техники во многом стал возможен, благодаря широкому использованию электрического тока. Развитие сети атомных электростанций, дальнейшее совершенствование электронной техники, создание сложнейших генераторов — таков на сегодняшний день Российской электроэнергетики.
В источниках электрического тока происходит превращение других видов энергии в электрическую. Механическая энергия превращается в электрическую как в лабораторных машинах, так и в промышленных генераторах при получении электрического тока различной мощности. Превращение химической энергии в электрическую происходит в гальванических элементах. Они имеют различные размеры и применяются для питания портативной и другой аппаратуры. Для электропитания движущихся устройств применяются химические источники тока — аккумуляторы. В зависимости от материала электродов, аккумуляторы бывают щелочные, железоникелевые, серебряно-цинковые и свинцовые.
Аккумулятор для работы необходимо заряжать. В термоэлементе, состоящем из двух спаянных между собой проводников из различных материалов, при нагревании места спая, возникает электрический ток. Термоэлемент превращает внутреннюю энергию нагревателя в электрическую. Термоэлектрические генераторы применяются на навигационных буях, автоматических маяках и удаленных метеостанциях. Световая энергия, также может превращаться в электрическую. Например, при освещении селена, оксида меди или кремния. Это явление лежит в основе работы устройства фотоэлемента. Фотоэлементы применяются в автоматике, телевидении, фототехнике и кино. Солнечные батареи, установленные на космических кораблях и гелиоустановках, также являются источниками электроэнергии. Солнечные батареи непосредственно преобразуют световую энергию в электрическую. Гелиоустановки не требуют топлива и не загрязняют окружающую среду. Они используются в районах с наибольшим количеством солнечных дней в году.
Сегодня используется тепловое, химическое и магнитное действие электрического тока.
При возникновении электрического тока в проводнике, проводник нагревается. На этом основано действие электрических нагревательных приборов. С увеличением силы тока повышается температура проводника. В лампах накаливания тонкая проволочка наливается электрическим током до яркого свечения. Тепловое действие тока используется также в плавких предохранителях и автоматических выключателях, защищающих от короткого замыкания. А способность электрического тока нагревать металлы до температуры их плавления позволяет надежно соединить их с помощью сварки. Химическое действие тока наблюдается при прохождении его через раствор электролита. В результате на электродах осаждаются нейтральные частицы вещества. Это явление используется для получения чистых металлов, при никелировании или хромировании металлических предметов для защиты их от коррозии. Свойство электрического тока создавать магнитное поле используется в самых различных технических устройствах. Например, в телефонах и громкоговорителях. В миниатюрных записывающих и воспроизводящих головках видеомагнитофонов и в гигантских промышленных подъемных кранах.
В результате взаимодействия проводника с током с магнитным полем проявляется магнитное действие тока. Это явление лежит в основе работы электроизмерительных приборов и в электродвигателях.
У истоков применения электричества в технике стояли многие русские ученые. Имена Петрова, Шилинга, Якоби, Лодыгина, Попова навеки вписаны в историю науки и техники. Пример патриотизма ученого проявил Павел Николаевич Яблочков. Все деньги, полученные за свое изобретение электрической свечи, он употребил на выкуп патента, который преподнес в дар России.
Мы уже научились превращать в электрическую энергию, энергию приливов, внутреннего тепла земли и ветров. Развитие сети мощных электростанций и высоковольтных линий электропередач, дальнейшее совершенствование электротехнических устройств существенно влияет на темпы научно-технического прогресса. Наука об электричестве ждет новых открытий.
Учебное пособие по физике: Электрический ток
Если два требования электрической цепи выполнены, заряд будет проходить через внешнюю цепь.
Говорят, что есть ток — поток заряда. Использование слова current в этом контексте означает просто использовать его, чтобы сказать, что что-то происходит в проводах — заряд движется. Однако ток — это физическая величина, которую можно измерить и выразить численно. Как физическая величина, , ток — это скорость, с которой заряд проходит через точку в цепи.Как показано на диаграмме ниже, ток в цепи можно определить, если можно измерить количество заряда Q , проходящего через поперечное сечение провода за время t . Ток — это просто соотношение количества заряда и времени.
Текущее — это величина ставки. В физике есть несколько скоростных величин. Например, скорость — это величина скорости — скорость, с которой объект меняет свое положение. Математически скорость — это отношение изменения положения к времени.Ускорение — это величина скорости — скорость, с которой объект меняет свою скорость. Математически ускорение — это отношение изменения скорости к времени.
А мощность — это величина скорости — скорость, с которой работа выполняется на объекте. Математически мощность — это отношение работы к времени. В каждом случае величины скорости математическое уравнение включает некоторую величину во времени. Таким образом, ток как величина скорости будет математически выражен как
Обратите внимание, что в приведенном выше уравнении для обозначения величины тока используется символ I .
Как обычно, когда количество вводится в Классе физики, также вводится стандартная метрическая единица, используемая для выражения этой величины. Стандартная метрическая единица измерения тока — ампер . Ампер часто сокращается до Ампер и обозначается символом А . Ток в 1 ампер означает, что 1 кулон заряда проходит через поперечное сечение провода каждую 1 секунду.
1 ампер = 1 кулон / 1 секунда Чтобы проверить свое понимание, определите ток для следующих двух ситуаций.
Обратите внимание, что в каждой ситуации дается некоторая посторонняя информация. Нажмите кнопку Проверить ответ , чтобы убедиться, что вы правы.
| Провод изолируют поперечным сечением 2 мм и определяют, что заряд 20 C пройдет через него за 40 с. | Сечение провода длиной 1 мм изолируется, и определяется, что заряд 2 Кл проходит через него за 0,5 с. |
| I = _____ Ампер | I = _____ Ампер |
Частицы, которые переносят заряд по проводам в цепи, являются подвижными электронами.Направление электрического поля в цепи по определению является направлением, в котором проталкиваются положительные испытательные заряды. Таким образом, эти отрицательно заряженные электроны движутся в направлении, противоположном электрическому полю.
Но в то время как электроны являются носителями заряда в металлических проводах, носителями заряда в других цепях могут быть положительные заряды, отрицательные заряды или и то, и другое. Фактически, носители заряда в полупроводниках, уличных фонарях и люминесцентных лампах одновременно являются как положительными, так и отрицательными зарядами, движущимися в противоположных направлениях.
Бен Франклин, проводивший обширные научные исследования статического и токового электричества, считал положительные заряды носителями заряда. Таким образом, раннее соглашение о направлении электрического тока было установлено в том направлении, в котором будут двигаться положительные заряды. Это соглашение прижилось и используется до сих пор. Направление электрического тока условно является направлением движения положительного заряда. Таким образом, ток во внешней цепи направлен от положительной клеммы к отрицательной клемме батареи.Электроны действительно будут двигаться по проводам в противоположном направлении.
Зная, что настоящими носителями заряда в проводах являются отрицательно заряженные электроны, это соглашение может показаться немного странным и устаревшим. Тем не менее, это соглашение, которое используется во всем мире, и к которому студент-физик может легко привыкнуть.
Ток связан с количеством кулонов заряда, которые проходят точку в цепи за единицу времени.Из-за своего определения его часто путают со скоростью дрейфа количества. Скорость дрейфа означает среднее расстояние, пройденное носителем заряда за единицу времени. Как и скорость любого объекта, скорость дрейфа электрона, движущегося по проводу, — это отношение расстояния ко времени. Путь типичного электрона через проволоку можно описать как довольно хаотический зигзагообразный путь, характеризующийся столкновениями с неподвижными атомами. Каждое столкновение приводит к изменению направления электрона.
Однако из-за столкновений с атомами в твердой сети металлического проводника на каждые три шага вперед приходится два шага назад. С электрическим потенциалом, установленным на двух концах цепи, электрон продолжает движение до , перемещаясь вперед на . Прогресс всегда идет к положительному полюсу. Однако общий эффект бесчисленных столкновений и высоких скоростей между столкновениями состоит в том, что общая скорость дрейфа электрона в цепи ненормально мала. Типичная скорость дрейфа может составлять 1 метр в час.Это медленно!
Тогда можно спросить: как может быть ток порядка 1 или 2 ампер в цепи, если скорость дрейфа составляет всего около 1 метра в час? Ответ таков: существует много-много носителей заряда, движущихся одновременно по всей длине цепи. Ток — это скорость, с которой заряд пересекает точку в цепи. Сильный ток является результатом нескольких кулонов заряда, пересекающих поперечное сечение провода в цепи. Если носители заряда плотно упакованы в провод, тогда не обязательно должна быть высокая скорость, чтобы иметь большой ток.
То есть носители заряда не должны преодолевать большое расстояние за секунду, их просто должно быть много, проходящих через поперечное сечение. Ток не имеет отношения к тому, насколько далеко заряды перемещаются за секунду, а скорее к тому, сколько зарядов проходит через поперечное сечение провода в цепи.
Чтобы проиллюстрировать, насколько плотно упакованы носители заряда, мы рассмотрим типичный провод, который используется в цепях домашнего освещения — медный провод 14-го калибра. В срезе этой проволоки длиной 0,01 см (очень тонком) их будет целых 3.51 x 10 20 атом меди. Каждый атом меди имеет 29 электронов; маловероятно, что даже 11 валентных электронов одновременно будут двигаться как носители заряда. Если мы предположим, что каждый атом меди вносит только один электрон, то на тонком 0,01-сантиметровом проводе будет целых 56 кулонов заряда. При таком большом количестве подвижного заряда в таком маленьком пространстве малая скорость дрейфа может привести к очень большому току.
Чтобы проиллюстрировать это различие между скоростью заноса и течением, рассмотрим аналогию с гонками.Предположим, что была очень большая гонка черепах с миллионами и миллионами черепах на очень широкой гоночной трассе. Черепахи не очень быстро двигаются — у них очень низкая скорость дрейф . Предположим, что гонка была довольно короткой — скажем, длиной 1 метр — и что значительный процент черепах достиг финишной черты в одно и то же время — через 30 минут после начала гонки. В таком случае течение будет очень большим — миллионы черепах пересекают точку за короткий промежуток времени.В этой аналогии скорость связана с тем, насколько далеко черепахи перемещаются за определенный промежуток времени; а ток зависит от того, сколько черепах пересекли финишную черту за определенный промежуток времени.
Природа потока заряда Как только было установлено, что средняя скорость дрейфа электрона очень и очень мала, вскоре возникает вопрос: почему свет в комнате или в фонарике загорается сразу после включения переключателя? Разве не будет заметной задержки перед тем, как носитель заряда перейдет от переключателя к нити накала лампочки? Ответ — нет! и объяснение того, почему раскрывает значительную информацию о природе потока заряда в цепи.
Как было сказано выше, носителями заряда в проводах электрических цепей являются электроны. Эти электроны просто поставляются атомами меди (или любого другого материала, из которого сделана проволока) внутри металлической проволоки. Как только переключатель переводится в положение на , цепь замыкается, и на двух концах внешней цепи устанавливается разность электрических потенциалов. Сигнал электрического поля распространяется почти со скоростью света ко всем мобильным электронам в цепи, приказывая им начать марш с маршем .По получении сигнала электроны начинают двигаться по зигзагообразной траектории в обычном направлении. Таким образом, щелчок переключателя вызывает немедленную реакцию во всех частях схемы, заставляя носители заряда повсюду двигаться в одном и том же направлении. В то время как фактическое движение носителей заряда происходит с низкой скоростью, сигнал, который информирует о начале движения, движется со скоростью, составляющей долю от скорости света.
Электроны, которые зажигают лампочку в фонарике, не должны сначала пройти от переключателя через 10 см провода к нити накала.Скорее, электроны, которые зажигают лампочку сразу после того, как переключатель переведен в положение на , являются электронами, которые присутствуют в самой нити накала. Когда переключатель повернут, все подвижные электроны повсюду начинают движение; и именно подвижные электроны, присутствующие в нити накала, непосредственно ответственны за зажигание ее колбы. Когда эти электроны покидают нить накала, в нее входят новые электроны, которые ответственны за зажигание лампы. Электроны движутся вместе, как вода в трубах дома.Когда кран поворачивается с на , вода в кране выходит из крана. Не нужно долго ждать, пока вода из точки входа в ваш дом переместится по трубам к крану. Трубы уже заполнены водой, и вода во всем водном контуре одновременно приводится в движение.
Развиваемая здесь картина потока заряда представляет собой картину, в которой носители заряда подобны солдатам, идущим вместе, повсюду с одинаковой скоростью.
Их движение начинается немедленно в ответ на установление электрического потенциала на двух концах цепи. В электрической цепи нет места, где носители заряда расходуются или расходуются. Хотя энергия, которой обладает заряд, может быть израсходована (или лучше сказать, что электрическая энергия преобразуется в другие формы энергии), сами носители заряда не распадаются, не исчезают или иным образом не удаляются из схема. И нет места в цепи, где бы носители заряда начали скапливаться или накапливаться.Скорость, с которой заряд входит во внешнюю цепь на одном конце, такая же, как скорость, с которой заряд выходит из внешней цепи на другом конце. Ток — скорость потока заряда — везде одинакова. Поток заряда подобен движению солдат, идущих вместе, повсюду с одинаковой скоростью.
1.Говорят, что ток существует всякий раз, когда _____.
а. провод заряженг.
аккумулятор присутствует
г. электрические заряды несбалансированные
г. электрические заряды движутся по петле
аккумулятор присутствует2. У тока есть направление. По соглашению ток идет в направлении ___.
а. + заряды перемещаютсяг.- электроны движутся
г. + движение электронов
3. Скорость дрейфа подвижных носителей заряда в электрических цепях ____.
а. очень быстро; меньше, но очень близко к скорости светаг. быстро; быстрее, чем самая быстрая машина, но далеко не скорость света
г. медленный; медленнее Майкла Джексона пробегает 220-метровую
г.очень медленно; медленнее улитки
4. Если бы электрическую цепь можно было сравнить с водяной цепью в аквапарке, то ток был бы аналогичен ____.
Выбор:
A. давление воды | Б. галлонов воды, стекающей с горки в минуту |
С.вода | D. нижняя часть ползуна |
E. водяной насос | F. верх горки |
5. На схеме справа изображен токопроводящий провод. Две площади поперечного сечения расположены на расстоянии 50 см друг от друга. Каждые 2,0 секунды через каждую из этих областей проходит заряд 10 ° C.Сила тока в этом проводе ____ А.
а. 0,10 | г. 0,25 | г. 0,50 | г. 1.0 |
e. 5,0 | ф. 20 | г. 10 | ч.40 |
и. ни один из этих | |||
6.
Используйте диаграмму справа, чтобы заполнить следующие утверждения:
а. Ток в один ампер — это поток заряда со скоростью _______ кулонов в секунду.
г. Когда заряд 8 C проходит через любую точку цепи за 2 секунды, ток составляет ________ A.
г. Если за 10 секунд поток заряда через точку A (диаграмма справа) проходит 5 ° C, то ток равен _________ A.
г. Если ток в точке D равен 2,0 А, то _______ C заряда проходит через точку D за 10 секунд.
e. Если 12 ° C заряда пройдет мимо точки A за 3 секунды, то 8 C заряда пройдут мимо точки E за ________ секунд.
ф. Верно или неверно:
Ток в точке E значительно меньше тока в точке A, поскольку в лампочках расходуется заряд.
Электрический ток
Единица электрического заряда — кулон (сокращенно C). Обычная материя состоит из атомов, которые имеют положительно заряженные ядра и окружающие их отрицательно заряженные электроны.
Заряд квантуется как кратное заряду электрона или протона:
Влияние зарядов характеризуется силами между ними (закон Кулона) и создаваемым ими электрическим полем и напряжением.Один кулон заряда — это заряд, который будет проходить через лампочку мощностью 120 ватт (120 вольт переменного тока) за одну секунду. Два заряда одного кулона каждый, разделенный метром, будет отталкивать друг друга с силой около миллиона тонн!
Скорость прохождения электрического заряда называется электрическим током и измеряется в амперах.
Представляя одно из фундаментальных свойств материи, возможно, уместно указать, что мы используем упрощенные наброски и конструкции, чтобы представить
концепции, и в истории неизбежно гораздо больше.Не имеет значения
следует прикрепить к кружкам, представляющим протон и электрон, в
чувство
подразумевая относительный размер, или даже что они являются твердой сферой
объекты,
хотя это полезная первая конструкция. Самое важное
начальная идея,
электрически, состоит в том, что они обладают свойством, называемым «заряд», который
такой же
размер, но противоположные по полярности для протона и электрона.
В
протон имеет
1836 раз больше массы электрона, но точно такого же размера
стоимость только
скорее положительный, чем отрицательный.Даже термины «положительный» и
«отрицательные»
произвольные, но прочно укоренившиеся исторические ярлыки. Жизненноважный
значение
в том, что протон и электрон будут сильно притягивать друг друга.
другое — исторический архетип клише «противоположности притягиваются».
Два
протоны или два электрона сильно отталкиваются друг от друга. Однажды ты
имеют
установил эти основные представления об электричестве, «как заряды
отталкивать и
в отличие от обвинений привлекают «, то у вас есть основание для
электричество и можно строить оттуда.
Из точной электрической нейтральности объемного вещества, а также из детальных микроскопических экспериментов мы знаем, что протон и электрон имеют одинаковую величину заряда. Все заряды, наблюдаемые в природе, кратны этим фундаментальным зарядам. Хотя стандартная модель протона изображает его состоящим из дробно заряженных частиц, называемых кварками, эти дробные заряды не наблюдаются изолированно — всегда в комбинациях, которые производят +/- заряд электрона.
Изолированный одиночный заряд можно назвать «электрическим монополем». Равные положительный и отрицательный заряды, помещенные близко друг к другу, составляют электрический диполь. Два противоположно направленных диполя, расположенных близко друг к другу, называются электрическим квадруполем. Вы можете продолжить этот процесс для любого числа полюсов, но здесь упоминаются диполи и квадруполи, потому что они находят важное применение в физических явлениях.
Одна из фундаментальных симметрий природы — сохранение электрического заряда.Ни один из известных физических процессов не приводит к чистому изменению электрического заряда.
Электрический ток | Encyclopedia.com
Электрический ток обычно рассматривается как поток электронов. Когда два конца батареи соединяются друг с другом с помощью металлического провода, электроны выходят из одного конца (электрода или полюса) батареи через провод к противоположному концу батареи.
Электрический ток можно также рассматривать как поток положительных «дырок».
«Дыра» в этом смысле — это область пространства, где обычно можно найти электрон, но не существует.Отсутствие отрицательного заряда электрона можно рассматривать как создание положительно заряженной дыры.
В некоторых случаях электрический ток может также состоять из потока положительно заряженных частиц, известных как катионы. Катион — это просто атом или группа атомов, несущих положительный заряд.
Измерение тока
Ампер (ампер) используется для измерения величины протекающего тока. Отделение было названо в честь французского математика и физика Андре Мари Ампера (1775–1836), основавшего современные исследования электрических токов.Ампер определяется как количество электронов, которые проходят через любую заданную точку за определенную единицу времени. Поскольку электрический заряд измеряется в кулонах, точное определение ампера — это количество кулонов, которые проходят через заданную точку каждую секунду.
Характеристики электрического тока
Разность потенциалов.
Для протекания электрического тока необходимо выполнение ряда условий. Во-первых, между двумя точками должна существовать разность потенциалов. Термин разность потенциалов (или напряжение) означает, что сила, создаваемая группой электронов в одном месте, больше, чем сила электронов в другом месте.Большая сила отталкивает электроны от первого места ко второму.
Потенциальные различия обычно не встречаются в природе. В большинстве случаев распределение электронов в окружающем нас мире довольно равномерное. Однако ученые изобрели определенные виды устройств, в которых электроны могут накапливаться, создавая разность потенциалов. Например, батарея — это не что иное, как устройство для производства больших масс электронов на одном электроде (точка, из которой отправляется или принимается электрический ток) и недостатка электронов на другом электроде.Эта разница объясняет способность батареи генерировать разность потенциалов или напряжение.
Электрическое сопротивление. Второе условие, необходимое для протекания тока, — это путь, по которому могут перемещаться электроны. Некоторые материалы могут обеспечить такой путь, а другие — нет. Материалы, которые пропускают электрический ток, называются проводниками. Те, которые блокируют прохождение электрического тока, называются непроводниками или изоляторами. Металлический провод, соединяющий два полюса батареи в приведенном ранее примере, обеспечивает путь для движения электронов от одного полюса батареи к другому.
Электропроводность материалов — это внутреннее (или естественное) свойство, основанное на их сопротивлении движению электронов. Электроны в некоторых материалах связаны химическими связями и не могут проводить электрический ток. В других материалах большое количество электронов свободно перемещается, и они легко передают поток электронов.
Электрическое сопротивление (или удельное сопротивление) измеряется в единицах, известных как ом (Ом). Устройство было названо в честь немецкого физика Георга Симона Ома (1789–1854), первого человека, выразившего законы электропроводности.Противоположностью сопротивлению является проводимость, свойство, которое измеряется единицей, называемой mho (ом, записанный наоборот).
Сопротивление куска провода, используемого в электрической цепи, зависит от трех факторов: длины провода, его площади поперечного сечения и удельного сопротивления материала, из которого он сделан. Чтобы понять влияние электрического сопротивления, представьте себе воду, текущую по шлангу.
Количество воды, протекающей по шлангу, аналогично току в проводе.Подобно тому, как через толстый пожарный шланг может пройти больше воды, чем через тонкий садовый шланг, толстая металлическая проволока может пропускать больше тока, чем тонкая металлическая проволока. У провода чем больше площадь поперечного сечения, тем меньше его сопротивление; чем меньше площадь поперечного сечения, тем больше его сопротивление.
Аналогичное сравнение можно провести и по длине. Воду сложнее течь по длинному шлангу просто потому, что она должна течь дальше. Точно так же току труднее пройти по длинному проводу, чем по короткому.
Удельное сопротивление — это свойство материала, из которого изготовлен сам провод, которое различается от материала к материалу. Представьте, что вы наполняете пожарный шланг патокой, а не водой. Меласса будет течь медленнее просто из-за ее вязкости (липкости или сопротивления течению). Точно так же электрический ток проходит через некоторые металлы (например, свинец) с большим трудом, чем через другие металлы (например, серебро).
Электрические цепи
В большинстве случаев путь, по которому проходит электрический ток, известен как электрическая цепь.Как минимум, схема состоит из (1) источника электронов (например, батареи), который будет обеспечивать разность потенциалов, и (2) пути, по которому могут перемещаться электроны (например, металлической проволоки). Вспомните, что разность потенциалов (или напряжение) означает большую силу электронов в одном месте, чем в другом; эта большая сила толкает электроны к месту с меньшей силой.
Для любого практического (или полезного) применения ток также требует (3) устройства, работа которого зависит от протекания электрического тока.К таким приборам относятся электрические часы, тостеры, радио, телевизоры и различные типы электродвигателей. Во многих случаях электрические цепи также содержат (4) какой-то измеритель, который показывает величину электрического тока или разность потенциалов в цепи. Наконец, схема, вероятно, будет включать (5) различные устройства для управления потоком электрического тока, такие как выпрямители, трансформаторы, конденсаторы и автоматические выключатели.
Приборы можно включать в электрическую цепь одним из двух способов.В последовательной цепи ток течет через приборы один за другим. В параллельной цепи входящий ток разделяется и передается через каждую отдельную цепь независимо.
Важным преимуществом параллельных цепей является их устойчивость к повреждениям. Предположим, что какой-либо из приборов в последовательной цепи поврежден, и ток не может течь через него. Этот пробой предотвращает протекание тока в любом из приборов. При параллельной схеме такой проблемы не возникает.Если одно из устройств в параллельной цепи выходит из строя, ток все равно продолжает течь через другие устройства в цепи.
Принципиальная математическая зависимость, управляющая протеканием электрического тока в цепи, была обнаружена Омом в 1827 году. Закон Ома гласит, что величина тока (i) в цепи напрямую связана с разностью потенциалов (V) и обратно пропорциональна сопротивление (r) в цепи. Другими словами, i = V / r. Закон Ома гласит, что увеличение разности потенциалов
или уменьшение сопротивления приводит к увеличению тока.И наоборот, уменьшение разности потенциалов или увеличение сопротивления приводит к уменьшению тока. Чем сложнее становится электрическая цепь, тем труднее становится применить закон Ома.
Поток тока и поток электронов
Область электротехники обременена странной проблемой, которая возникла более 200 лет назад. Когда ученые впервые изучили поток электрического тока из одного места в другое, они считали, что этот поток создается движением крошечных частиц.Поскольку электрон еще не был обнаружен, они предположили, что эти частицы несут положительный заряд.
Сегодня мы знаем иначе. Электрический ток — это поток отрицательно заряженных частиц: электронов. Но обычай отображать электрический ток как положительный существует уже давно и до сих пор широко используется. По этой причине нередко можно увидеть электрический ток в виде потока положительных зарядов, хотя мы уже давно знаем это лучше.
Описанный выше тип электрического тока — постоянный ток (DC).Постоянный ток всегда включает в себя движение электронов из области с высоким отрицательным зарядом в область с более низким отрицательным зарядом. Электрический ток, вырабатываемый батареями, — это постоянный ток.
Интересно, что подавляющее большинство электрического тока, используемого в практических целях, — это переменный ток (AC). Переменный ток — это ток, который очень быстро меняет направление своего протекания. В Северной Америке, например, коммерческие линии электропередач работают с частотой 60 герц.(Герц — это единица измерения частоты.) В линии с частотой 60 Гц ток меняет свое направление 60 раз каждую секунду.
Также широко используются другие виды переменного тока. За пределами Северной Америки чаще встречается линия электропередачи на 50 герц. А в самолетах переменный ток обычно составляет 400 герц.
[ См. Также Электричество; Электродвигатель ]
Электрический ток — Как генерируется электрический ток | Определение
Как правило, Текущий означает поток чего-либо из одного места в другое.Для Например, вода падает с холма, речная вода движется с из одного места в другое, и океанская вода движется из одного место в другое место известны как водные потоки. В реке и океан, молекулы воды движутся из одного места в другое. другое место будет проводить ток.
В
а
подобным образом переносчики электрического заряда движутся из одного
указывает на другую точку в проводнике или полупроводнике.
проводит электрический ток.
Электрический Текущий определение
поток носителей электрического заряда в проводнике или полупроводнике называется электрический ток.
В проводники или полупроводников, электрический ток проводится крошечными частицы. Эти крошечные частицы известны как электрический заряд. перевозчики.
Носителями электрического заряда могут быть электроны, дырки,
протоны, ионы и т. д.Однако электрический ток часто бывает
проводятся электронами и дырками.
В
проводники, отверстия незначительны. Итак, электроны проводят
электрический ток.
В полупроводниках присутствуют как электроны, так и дырки. Так
и электроны, и дырки проводят электрический ток.
Электрический ток — важная величина в электронных схемах.Когда напряжение наносится поперек проводника или полупроводника, электрический ток начинает течь. Электрический ток часто бывает для простоты называется «текущий».
Электрический Текущий символ
Электрический ток представлен символом ɪ. В символ ɪ было использовался французским физиком Андре-Мари Ампер.В его именем названа единица электрического тока (ампер).
Что такое электрический заряд?
Электрический заряд — это фундаментальное свойство таких частиц, как электроны и протоны. Электрический заряд не может быть создан ни уничтожен. Это означает, что если есть электрон или протон тогда есть заряд.
электронов имеют отрицательный заряд, а протоны — положительный.Протоны намного тяжелее электронов. Однако обвинение протона равен заряду электрона.
ср знайте, что если два противоположных заряда помещены рядом с каждым другие они привлекаются. С другой стороны, если два одинаковых или как заряды помещаются близко друг к другу, они отталкиваются.
Когда
протон помещается ближе к электрону, они притягиваются.С другой стороны, когда два протона или два электрона
размещенные близко друг к другу, они отталкиваются.
Электрический плата измеряется в кулонах (C). Один кулон — это количество заряд переносится током в 1 ампер за 1 секунду. Для Например, если 4 кулонов (Кл) заряда проходят за 2 секунды, ток = 4 ÷ 2 = 2 ампера (А).
Как электрический ток генерируется?
Атомов являются основными строительными блоками материи. Каждый объект в Вселенная состоит из атомов. Атомы крошечные частицы. Их размер указан в нанометрах.
Каждый атом состоит из субатомных частицы, такие как электроны, протоны и нейтроны. Эти субатомные частицы меньше атома.
электронов отрицательно заряжены. частицы, протоны — положительно заряженные частицы, и нейтроны — нейтральные частицы (без заряда).
Протоны и нейтроны намного тяжелее чем электроны. Таким образом, протоны и нейтроны всегда находятся в центр атома. В сильный ядерная сила между протонами и нейтронами заставляет их всегда держитесь вместе.
Протонов имеют положительный заряд и нейтроны не имеют заряда. Итак, общий заряд ядра положительный.
Электроны всегда вращаются вокруг ядро из-за электростатической силы притяжения между ними.
Электроны вращаются вокруг ядро на разных орбитах. Каждая орбита имеет уровень энергии связанные с ним.
Электроны, вращающиеся при закрытии расстояние от ядра имеют очень низкую энергию. С другой стороны, электроны вращаются на большем расстоянии от ядра обладают очень высокой энергией.
Электроны на внешней орбите атом называют валентным электроны. Эти электроны очень слабо прикреплены к родительский атом.Итак, приложив небольшое количество энергии достаточно, чтобы освободить их от родительского атома.
Когда небольшое количество энергии в форма тепла, света или электричества поле передается валентным электронам, они получают достаточной энергии, а затем отделяется от родительского атома.
Электроны, отделенные от
родительский атом известен как свободный
электроны.Эти электроны свободно перемещаются из одного места в другое.
другое место.
Мы знаем, что электроны имеют отрицательный плата. Таким образом, свободные электроны несут отрицательный заряд от одного место в другое место.
Мы знаем, что электрический ток означает
поток заряда. Итак, электроны свободно перемещаются из одного места
в другое место будет проводить электрический ток.
В полупроводниках оба свободных электрона
и дырки присутствуют. Свободные электроны отрицательно
заряженные частицы. Таким образом, они несут отрицательный заряд (электрический
Текущий). Дыры — это положительно заряженные частицы. Поэтому они
несут положительный заряд (электрический ток).
Таким образом, и свободные электроны, и дырки проводить электрический ток в полупроводниках.
В проводниках отверстия незначительны. Так
свободные электроны проводят электрический ток.
Протоны также обладают способностью проводить электрический ток. Однако протоны не могут свободно перемещаться из одного места в другое, как электроны. Они всегда удерживается в фиксированном положении. Итак, протоны не проводят электрический ток.
SI единица электрического тока
Единицей измерения электрического тока в системе СИ является
ампер, названный в честь французского физика Андре-Мари
Ампер. Электрический ток, протекающий в проводнике или
полупроводник измеряется в амперах. Ампер тоже иногда
называются усилителями или A.
Ток, протекающий через электронный компонент (например, диод) в цепи измеряется с помощью устройства, называемого амперметром.
Текущий направление
Когда напряжение подается на проводник или полупроводник, начинает течь электрический ток.
В проводниках, положительно заряженных протоны удерживаются в фиксированном положении, а отрицательно заряженные электроны перемещаются из одного места в другое за счет несущий заряд. Таким образом, электроны проводят электрический ток в проводниках.
В полупроводниках оба свободных электрона
а дыры переносят заряд из одного места в другое. Таким образом,
электроны и дырки проводят электрический ток в
полупроводники.
При подаче напряжения электроны (отрицательные заряды) перемещаются от отрицательного конца батареи к положительный конец батареи. Итак, электроны (отрицательные зарядов) направление тока от отрицательного к положительному.
С другой стороны, отверстия (положительный заряды) перемещаются от положительного конца батареи к отрицательному конец батареи. Так дыры (положительные заряды) ток направление от положительного к отрицательному.
Обычный текущее направление — от положительного к отрицательному (то же, что и текущее направление положительных зарядов).
Заряд положительно заряженного частица (дырка) равна заряду отрицательно заряженной частица (свободный электрон), но противоположной полярности.
Поток отрицательных зарядов в цепи будет производить ток такой же, как поток положительных зарядов производить. Так что не имеет значения, течет ли ток от положительного к отрицательному или от отрицательного к положительному, генерируемый ток будет таким же.
В чем разница между электрическим полем, напряжением и током?
Я надеюсь, что вы никогда не окажетесь в ситуации, когда вам угрожает обрушенная, но находящаяся под напряжением линия электропередачи.Однако, если это когда-либо произойдет, рекомендуемая процедура безопасности — уйти крошечными, перемешанными шагами. Этот тип движения поможет вам избежать шока.
Конечно, лучший вариант — просто избежать такой опасной ситуации, но это также возможность поговорить о важной физике того, почему маленькие шаги являются лучшими. Мы поговорим о трех больших идеях: разнице электрических потенциалов (напряжении), электрическом токе и электрическом поле. Да, все они связаны, и я покажу вам, как это сделать с водой и светодиодом.Это отличная демонстрация физики, но сначала мне нужно рассмотреть самые простые вещи.
Электрический ток
Пожалуй, лучше всего начать с электрического тока. Возможно, это легче всего понять. Все начинается с электрических зарядов. Практически для каждого электрического взаимодействия в реальной жизни есть только два заряда. Эти два заряда — положительно заряженный протон и отрицательно заряженный электрон. Хотя эти частицы имеют разные массы, они имеют прямо противоположный заряд.Обе частицы имеют заряд 1,6 x 10 19 кулонов (единица заряда). Это значение появляется в других ситуациях, поэтому мы называем это фундаментальным зарядом и представляем его как «e» (сокращение от электронного заряда). Допустим, у вас есть длинный цилиндр из такого металла, как медь (a w). Каждый атом в этом металле имеет 29 протонов и 29 электронов, так что весь провод имеет нулевой общий заряд. Все эти атомы меди в материале взаимодействуют с соседними атомами таким образом, что позволяет одному электрону легко перемещаться от одного атома меди к другому (мы называем их свободными электронами).Когда материал делает это, мы называем его электрическим проводником. Практически все металлы — проводники.
Хорошая модель — подумать об этом металлическом проводе как о связке положительных зарядов (протонов), которые застряли на месте, вместе с равным количеством отрицательных зарядов (электронов), которые могут двигаться. Но все равно общий провод нейтральный. Теперь представьте, что все эти свободные электроны движутся в одном направлении — это электрический ток. Это поток электрических зарядов.
Иллюстрация: Rhett AllainElectric Current (I) — обзор
Приложение A.12.1 Магнитоупругая устойчивость системы катушек полоидального поля ИТЭР
Рассмотрим более подробно понятие магнитной жесткости. Остановимся на взаимодействии электрических токов I i и I j в кольцевых катушках номер i и номер j (рис. A.12.1.1). Из-за малых линейных размеров поперечного сечения катушек по сравнению с их радиусом и расстоянием между ними, магнитная жесткость будет определяться для эквивалентной пары кольцевых токов.Катушки считаются абсолютно жесткими. Обозначим единичные векторы осей координат, как е х , е у и е г .
Рисунок A.12.1.1. Оценка взаимной магнитной жесткости кольцевых токов I i и I j .
u 1 = 0; u 2 = u — горизонтальные перемещения витков по оси х .
В общем случае (u = ui − uj, h = zi − zj) сила, направленная на i -ю катушку от j -ой катушки, может быть записана как
Fij = −cij ( PF) (ui − uj),
, где
cijPF = μ02IiIjRiRj∫0πzi − zj2−2Ri2 + Rj2cosΨ + RiRj3 + cos2ΨRi2 + Rj2−2RiRjcosΨ + zi − zj25 / 2 d 11) cji (м) — взаимная магнитная жесткость катушек i и j .
Магнитная жесткость может быть положительной или отрицательной в зависимости от ориентации катушек относительно друг друга и направления токов.Например, взаимная магнитная жесткость двух катушек, лежащих в одной пластине, отрицательна, если токи протекают в одном направлении. В противном случае магнитная жесткость положительная. Следовательно, электромагнитные силы, вызванные относительным смещением катушек, могут либо дестабилизировать положение катушки, либо, наоборот, играть стабилизирующую роль.
Введем потенциал магнитомеханического взаимодействия
Uij (PF) ui, uj = 12cij (PF) ui − uj2.
Общий потенциал взаимодействия N PF PFC представляет собой сумму потенциалов
UPFmui ,…, uNPF = 14∑j = 1NPF∑i = 1NPFcijmui − uj2, j ≠ i.
Преобразуем это выражение в стандартную форму:
UPF (м) = 12∑i = 1NPF∑j = 1NPFaijPFuiuj = 12uT⋅APF (m) ⋅u,
где компоненты матрицы магнитной жесткости APFm равны
aij (PF) = δij∑j = 1NPFcij (PF) −Cij (PF), где δij — дельта-функция.
Далее рассмотрим взаимодействие катушек полоидального поля с КП. Параметры CS: полный ток ( I 0 ), внутренний радиус ( R дюйм ), толщина стенки ( t w ) и высота ( H ).Заменяя КП токоведущей оболочкой с эквивалентным радиусом
R0 = (Rin + tw) 33tw − Rin20,5,
, приравниваем линейную магнитную энергию (и магнитный поток) обсуждаемой токонесущей оболочки к энергии соленоида заданной толщины в случае бесконечной длины.
Для определения силы, действующей на PFC, мы выделяем элементарный компонент CS, то есть токопроводящую ленту dz , и оцениваем силу его взаимодействия с i -м PFC.Для этого воспользуемся исходным выражением для F ij и возьмем интеграл от высоты соленоида
Fi (CS) = ci (CS) ⋅ui,
ci (CS) = μ02I0IiR0Ri1H⋅
⋅∫ − h3 − zih3 − zi∫0πh3−2Ri2 + R02cosφ + RiR03 + cosφ2Ri2 + R02−2RiR0cosφ + h35 / 2dφdh,
где h = z − zi.
Соответствующий потенциал электромагнитных сил
Ui (cs) ui = 12ci (CS) ⋅ui2.
Потенциал взаимодействия всех TFC и CS
UCS (m) ui, u2 ,…, uNPF = 12∑i = 1NPFci (CS) ui2,
или в стандартной квадратичной форме
UCSm = 12∑i = 1NPF∑j = 1NPFaijCSuiuj = 12uT⋅ACSm⋅u, aijCS = δijciCS.
Далее определяем силы упругости. Каждый PFC имеет упругие механические опоры N SP . Жесткость каждой опоры в радиальном и тороидальном направлениях составляет c ( r ) и c ( t ) соответственно. Эластичная опора ориентирована так, что c ( r ) / c ( t ) << 1.Для i -го PFC общая жесткость опор относительно перемещения по оси х составляет
ci (e) = ci (r) ∑j = 1NSPcos22πNSPj + ci (t) sin22πNSPj.
Общий потенциал сил упругости
USP (e) u1, u2, …, uNPF = 12∑i = 1Nci (e) ui2,
или, в стандартной форме
USP (e) = 12∑ i = 1NPF∑j = 1NPFaij (e) uiuj = 12uT⋅ASP (e) ⋅u, aij (e) = δijcij (e).
Общий потенциал всех сил, действующих на систему PFC, представляет собой сумму полученных потенциалов магнитных и упругих сил, то есть
Uu1, u2 ,…, uNPF = UPF (m) + UCS (m) + USP (e), U = 12uT⋅A⋅u, A = APF (m) + ACS (m) + ASP (e).
Система PFC является стабильной, если потенциал U в исходном (недеформированном) состоянии системы ( u = 0) минимален. Другими словами, система устойчива, если матрица A , составленная из значений магнитной и упругой жесткости, положительно определена. Матрица Матрица является положительно определенной матрицей, если все ее собственные значения положительны, то есть
det (A − λE) = 0, λ1> 0, λ2> 0,…, λNPF> 0.
Здесь E — это единичная матрица.
Наиболее подходящим критерием для численного анализа является критерий Сильвестра. Матрица A положительно определена, если определитель A и все ведущие главные миноры положительны
a11> 0, a11a12a12a22> 0, .., detA> 0.
Для определения запаса прочности матрицу A необходимо заменить матрицей
ASF = APF (m) + ACS (m) ⋅KSF + ASP (e).
Коэффициент запаса прочности является самым низким из K SF , при котором A SF перестает быть положительно определенным.Полученный коэффициент безопасности показывает, во сколько раз следует умножить магнитную жесткость и токи PFC, чтобы дестабилизировать систему.
Сделаем некоторые численные оценки на примере одного из проектов ИТЭР (таблицы A.12.1.1 и A.12.1.2). Высота центрального соленоида ( H ) составляет 12,129 м, его внутренний радиус ( R в ) составляет 1,9 м, а толщина намотки ( t w ) составляет 0,77 м. Оценки даны для следующих характерных моментов времени рабочего цикла: начальная намагниченность ТС (IM), формирование конфигурации дивертора магнитного поля (XPF), начало плоской вершины (SOF), начало и завершение термоядерной реакции (плазма начало горения, SOB и конец прожига, EOB, соответственно).
Таблица A.12.1.1. Параметры катушек полоидального поля
| PFC | Радиус R i (м) | Вертикальная координата z i (м) | жесткость 9505 c i ( e ) (GN м −1 ) |
|---|---|---|---|
| PF1 | 3,883 | 9,767 | 1,9 |
| PF2 | 5.991 | 9,887 | 4,47 |
| PF3 | 12,974 | 7,305 | 7,57 |
| PF4 | 15,360 | 4,013 | 46,6 |
| 46,6 | |||
| 46,6 | |||
| PF6 | 13,194 | −9,088 | 3,16 |
| PF7 | 9,631 | −9,157 | 26,0 |
| PF8 | 5.864 | −9.808 | 37.9 |
| PF9 | 3.883 | −10.152 | 6.07 |
Таблица A.12.1.2. Токи в системе полоидального поля