Как течет ток: Каким образом течет электричество?

Каким образом течет электричество?

Электрический ток может приводит в действие машины только тогда, когда он циркулирует в цепи. Электрическая цепь — это канал, по которому течет электричество. Начинается цепь в источнике питания (например, в батарейке), к которому соединительным проводом подключен потребитель, например, лампа накаливания.

Цепь не оканчивается на потребителе, а возвращается по кольцу снова к источнику питания. Сила, поддерживающая течение электрического тока в цепи, называется электродвижущей силой, или напряжением. Так как потребители ослабляют ток в цепи, они называются сопротивлениями.

Понимание взаимосвязи между электрическим током, напряжением и сопротивлением может быть облегчено путем проведения аналогии между электрическим током и водой, текущей по каналу (рисунок вверху). Батарейка может быть представлена в виде водяного насоса, а электрический ток — в виде определенного объема воды. Аналогами двух электрических сопротивлений (двух ламп накаливания) являются два водослива в канале.

В такой модели каждый раз, когда вода (электрический ток) встречает водослив (сопротивление), она падает на более низкий уровень (меньшее напряжение). Объем воды остается неизменным, однако ее уровень (энергия) уменьшается. То же самое происходит с электрическим током. Когда электрический ток проходит через сопротивление, его энергия отводится в окружающую среду, а напряжение уменьшается.

Вычисление падения напряжения

Когда электрический ток проходит через сопротивление, например, через лампу накаливания, силовое воздействие на заряды (напряжение) уменьшается. Это уменьшение называется падением напряжения. Изменение напряжения может быть определено численно, путем умножения величины сопротивления на силу тока.

Электрический ток и поток электронов

Электроны (синие шарики) текут по направлению к положительному полюсу источника тока, т.е. навстречу электрическому току, который движется от положительного полюса к отрицательному (большая голубая стрелка).

Сила тока зависит от того, сколько электронов пройдет через поперечное сечение проводника в единицу времени.

Электрический ток в параллельной цепи

В параллельной цепи электрический ток (синие стрелки), прежде чем вернуться к своему источнику (красная батарейка), разделяется на две отдельные ветви.

Вид цепи и напряжение

Последовательная цепь содержит два сопротивления (R), которые поочередно снижают напряжение (V). Падение напряжения определяется суммой сопротивлений.

В параллельной цепи электрический ток проходит по различным путям. Такое расположение сопротивлений (R) вызывает одновременное падение напряжения.

Как течет ток в электрической цепи

Вы, наверное, видели, как трогается с места железнодорожный состав: паровоз делает рывок, медленно начинает двигаться и почти одновременно с ним начинают двигаться все вагоны. Это несколько напоминает то, что происходит в электрической цепи: сами вагоны, подобно электронам, двигаются медленно, но почти одновременно начинается движение всего состава, так же как почти одновременно начинается электрический ток во всех участках цепи.

Рассказывая о поезде, мы опять не случайно применили слово «почти», и вы можете сами убедиться в том, что без этого слова обойтись нельзя. Движение паровоза не сразу передается всему составу: сначала сдвигается с места первый вагон, за ним — второй, тот увлекает за собой третий, затем сдвигается четвертый, и так, передаваясь от вагона к вагону, рывок, который сделал паровоз, доходит до конца состава. Лишь через некоторое время последний вагон как бы получит сигнал о том, что паровоз сдвинулся с места. Для железнодорожного состава время это, конечно, невелико, и поэтому мы говорим, что все вагоны начинают двигаться одновременно, но для точности прибавляем слово «почти».

В отдаленных участках электрической цепи электроны начинают двигаться с некоторым опозданием, так же как и отдаленные от паровоза вагоны. Однако, сравнивая электрический ток с движением железнодорожного состава, необходимо отметить два существенных момента.

Во-первых, движение от электрона к электрону передается не благодаря непосредственным толчкам, а в результате взаимодействия электрических сил, а точнее, в результате движения вдоль проводника электрического поля, о котором мы еще поговорим,

И во-вторых, скорость распространения рывка паровоза по железнодорожному составу (обычно несколько десятков километров в час) даже в сравнение не может идти со скоростью распространения по проводу электрического «толчка» — электрический сигнал движется со скоростью 300 000 километров в секунду! Это так называемая скорость света, которая присуща всем без исключения электрическим и магнитным процессам, в том числе и свету, имеющему, как известно, электромагнитную природу (рис.

22).

Скорость света является самой высокой скоростью, встречаемой в природе. Она настолько велика, что электрический сигнал, двигающийся со скоростью света из Москвы, через 0,03 секунды придет во Владивосток и менее чем за полторы секунды десять раз обогнет земной шар или доберется до Луны. Да что говорить! Если построить космический корабль, который будет двигаться с такой же скоростью, как и электрический сигнал, то на этом корабле можно будет за каких-нибудь пять минут добраться до Марса!

Наряду с исключительно высокой скоростью у электрического сигнала есть еще одно замечательное достоинство — он очень легко поддается самым различным преобразованиям. Именно это и определило появление таких средств связи, как буквопечатающий телеграф, телефон, фототелеграф. Очень интересные преобразования электрического сигнала лежат в основе радиопередачи и радиоприема. С некоторыми из этих преобразований мы сейчас и познакомимся.

Направление тока в проводнике, как, откуда и куда течет электрический ток в проводниках.

Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц. В твердых телах это движение электронов (отрицательно заряженных частиц) в жидких и газообразных телах это движение ионов (положительно заряженных частиц). Более того ток бывает постоянным и переменным, и у них совсем разное движение электрических зарядов. Чтобы хорошо понять и усвоить тему движение тока в проводниках пожалуй сначала нужно более подробно разобраться с основами электрофизики. Именно с этого я и начну.

Итак, как вообще происходит движение электрического тока? Известно, что вещества состоят из атомов. Это элементарные частицы вещества. Строение атома напоминает нашу солнечную систему, где в центре расположено ядро атома. Оно состоит из плотно прижатых друг к другу протонов (положительных электрических частиц) и нейтронов (электрически нейтральных частиц). Вокруг этого ядра с огромной скоростью по своим орбитам вращаются электроны (более мелкие частицы, имеющие отрицательный заряд). У разных веществ количество электронов и орбит, по которым они вращаются, может быть различным. Атомы твердых веществ имеют так называемую кристаллическую решетку. Это структура вещества, по которой в определенной порядке располагаются атомы относительно друг друга.

А где же тут может возникнуть электрический ток? Оказывается, что у некоторых веществ (проводников тока) электроны, что наиболее удалены от своего ядра, могут отрываться от атома и переходить на соседний атом. Это движение электронов называется свободным. Просто электроны перемещаются внутри вещества от одного атома к другому. Но вот если к этому веществу (электрическому проводнику) подключить внешнее электромагнитное поле, тем самым создав электрическую цепь, то все свободные электроны начнут двигаться в одном направлении. Именно это и есть движение электрического тока внутри проводника.

Теперь давайте разберемся с тем, что собой представляет постоянный и переменный ток. Итак, постоянный ток всегда движется только в одном направлении. Как говорилось в самом начале — в твердых телах движутся электроны, а в жидких и газообразных движутся ионы. Электроны, это отрицательно  заряженные частицы. Следовательно, в твердых телах электрический ток течет от минуса к плюсу источника питания (перемещаются электроны по электрической цепи). В жидкостях и газах ток движется сразу в двух направлениях, а точнее, одновременно, электроны текут к плюсу, а ионы (отдельные атомы, что не связаны между собой кристаллической решеткой, они каждый сам по себе) текут к минусу источника питания.

Учеными же было принято официально считать, что движение происходит от плюса к минусу (наоборот, чем это происходит в действительности). Так что, с научной точки зрения правильно говорить, что электрический ток движется от плюса к минусу, а с  реальной точки зрения (электрофизическая природа) правильнее полагать, что ток течет от минуса к плюсу (в твердых телах). Наверное это сделано для какого-то удобства.

Теперь, что касается переменного электрического тока. Тут уже немного все сложнее. Если в случае постоянного тока движение заряженных частиц имеет только одно направление (физически электроны со знаком минус текут к плюсу), то при переменном токе направление движения периодически меняется на противоположное. Вы наверное слышали, что в обычной городской электросети переменное напряжение величиной 220 вольт и стандартной частотой 50 герц. Так вот эти 50 герц говорят о том, что электрический ток за одну секунду успевает 50 раз пройти полный цикл, имеющий синусоидальную форму. Фактически за одну секунду направление тока меняется аж 100 раз (за один цикл меняется два раза).

P.S. Направление тока в электрических схемах имеет важное значение. Во многих случаях если схема рассчитана на одно направление тока, а вы случайно его поменяете на противоположный или вместо постоянного тока подключите переменный, то скорее всего устройство просто выйдет из строя. Многие полупроводники, что работают в схемах, при обратном направлении тока могут пробиваться и сгорать. Так что при подключении электрического питания направление тока должно быть вами строго соблюдаться.

Как в реальности протекает электрический ток | Энергофиксик

Общепринятое направление протекание тока принято считать от плюсовой клеммы источника питания к минусовой клемме источника питания. Но как в действительности обстоят дела в металлических проводниках, газах и жидкостях давайте разберемся.

Примечание. В данном материале рассмотрена общепринятая теория, согласно которой электроны действительно свободно перемещаются в кристаллической решетке проводника.

Направление движения электрического тока в металлах

Давайте начнем наш разбор с металлов. Вы все прекрасно знаете, что у любого металла присутствует кристаллическая решетка, которую очень приблизительно можно изобразить так:

При этом так же известно, что протоны и нейтроны имеют статическое положение и не могут перемещаться, а электроны, вращающиеся на орбитах, вполне могут перемещаться по всему объему проводника.

Пока у нас не приложено внешнее воздействие (нет разности потенциалов) электроны движутся в хаотичном порядке. Как только мы подключаем данный проводник к источнику (например, к аккумуляторной батарее), электроны под оказываемым воздействием электромагнитного поля начинают двигаться в заданном направлении.

А так как они (электроны) имеют отрицательный заряд, то они начинают притягиваться к положительной обкладке источника питания. То есть ток движется следующим образом:

Но по сей день принято считать, что движение тока происходит так:

Ампером было предложено принять за направление тока направление движения положительного электричества и говорить о направлении тока подразумевая движение положительного заряда. С тех пор так и повелось.

Движение заряженных частиц в газах и жидкостях

Несколько другая картина наблюдается в жидкостях и газах, ведь в них отсутствует жесткая кристаллическая решетка, а значит, в этом случае носителями зарядов могут выступать как ионы, так и электроны. 18 электронов) и 0,5 Кл положительно заряженных ионов.

Заключение

На самом деле для большинства современных схем нет принципиальной разницы по какому пути будет течь электрический ток: от плюса к минусу или же наоборот. На работу это никоим образом не повлияет.

Если статья оказалась вам полезна, тогда оцените ее лайком и спасибо за ваше внимание!

Скорость электрического тока

Жизнь современного человека полна комфорта. Сегодня мы имеем все блага цивилизации в свободном доступе. Главным достижением, которое совершенствовалось в течение долгого времени, является электрическая энергия, доступная практически в любой части мира. Мы привыкли к тому, что электроэнергия повсюду и задумываемся о ней лишь в тот момент, когда она внезапно пропадает. На самом деле явление электричества таит в себе много интересного, что желательно было бы знать каждому человеку.

Например, одним из вопросов, которым нужно задаться, является скорость электрического тока. Мало кто думал о том, как быстро зажжется лампочка, находящаяся в сотне километров от источника энергии. Этот вопрос актуален для населенных пунктов, которые находятся вдали от цивилизации.

Опытным путем учеными и исследователями было доказано, что электрический сигнал движется по кабелю со скоростью света, а именно 300 тысяч км/сек.

Важно отметить, что электроны и ионы в проводнике при этом движутся совсем не с такой скоростью. Они просто на просто не могут иметь столь высокую скорость в проводящем материале. 

Под скоростью света в случае с электрическим током понимается показатель скорости, с которым заряженные частицы приходят в движение друг за другом, а не движутся относительно друг друга. Носители заряда при этом обладают средней скоростью, равной, как правило, нескольким миллиметрам за 1 сек.

Более подробно объясним данную ситуацию примером:

К заряженному конденсатору присоединяются провода большой длины, идущие к лампе, что находится на расстоянии около 100 км.

Замыкание цепи происходит вручную. После этого носители зарядов приходят в движение на том отрезке провода, который подключен к конденсатору. При этом начинается покидание электронами минусовой обкладки конденсатора, следовательно, происходит уменьшение электрического поля в конденсаторе параллельно с уменьшением плюсовой обкладки.

Таким образом, между обкладками сокращается разность потенциалов. При этом электроны, пришедшие в движение, приходят на место тех, что ушли. То есть, запущен процесс перераспределения электронов внутри провода за счет влияния электрического поля. Данный процесс растет, как снежный ком, и переходит дальше по всей длине провода, достигая в итоге нити накаливания лампы.

Получается, что перемены в состоянии электрического поля распространяются внутри проводника со скоростью, равной скорости света. При этом происходит активация электронов в электрической цепи с аналогичной скоростью. Хотя сами электроны движутся друг за другом по проводнику с гораздо меньшей скоростью.

Теперь разберемся в явлении гидравлической аналогии. Рассмотрим это понятие на примере движения водного потока из пункта А в пункт Б.

Допустим, что из небольшого населенного пункта по трубе в город поступает вода. Для этого функционирует специальный насос, который повышает давление внутри трубы, и вода под влиянием давления движется гораздо быстрее. Малейшие перемены в давлении по трубе распространяются очень быстро (приблизительно 1400 км/сек). Скорость распространения данных перемен напрямую зависит от показателя плотности жидкости, ее температуры и степени оказываемого давления. Через совсем короткий промежуток времени (доля секунды) вода уже поступила в город. Но это уже совсем другая вода. Ведь молекулы в ее составе провоцируют движение друг друга из-за столкновений между собой. При этом скорость движения данных молекул гораздо меньше, ведь дрейфовая скорость имеет прямую связь с силой напора. То есть, столкновения молекул друг с другом распространяются очень быстро, а скорость одной молекулы при этом не увеличивается.

Абсолютно аналогичный процесс происходит с электрическим током. Проведем параллели: скорость распространения поля есть скорость распространения давления, а скорость движения молекул, следовательно, есть скорость электронов, создающих ток.

Дрейфовая скорость – это скорость последовательного движения заряженных частиц. Электронами данная скорость приобретается за счет действия внешнего электрического поля.

В случае, если внешнее электрическое поле отсутствует, то движение электронов внутри проводника происходит хаотично. Иными словами, конкретного направления у электрического тока нет, а дрейфовая скорость при этом нулевая.

При наличии внешнего электрического поля у проводника носители заряда приходят в движение, скорость которого зависит от ряда факторов (концентрация свободных электронов, площадь сечения провода, величины тока).

Таким образом, электрический ток имеет скорость распространения по проводнику равную скорости света. При этом скорость  движения тока в проводнике – очень мала.

Вам будут интересны такие познавательные статьи, как:

Переменный ток (AC) против постоянного тока (DC)

Есть два вида электричества, которые мы используем для питания устройств в нашей жизни. При постоянном токе (DC) электрический заряд течет только в одном направлении, а переменный ток (AC) течет вперед и назад. Мы рассмотрели оба типа электричества, чтобы помочь вам лучше понять разницу между постоянным и переменным током и то, как мы используем их в повседневной жизни.

Общие выводы

переменный ток

• Меняет свою полярность.

• Примером является электричество, поступающее из розетки.

• Состоит из напряжения, тока и сопротивления.

• Быстро течет вперед и назад.

• Меняет полярность от 50 до 60 раз в секунду.

• Питание электродвигателей.

ОКРУГ КОЛУМБИЯ

• Остается такой же; постоянная.

• Примером является электричество, поступающее от батареи.

• Состоит из напряжения, тока и сопротивления.

• Его постоянство важно для компьютеров.

• Без изменений напряжения с течением времени.

• Питает всю бытовую электронику.

Электричество — это поток электронов через проводящий материал, такой как металлическая проволока. Электроны сталкиваются друг с другом в длинной цепочке, что вызывает общее движение электронов вниз по проводу. Это движение электронов через проводник создает электричество, а также магнитное поле. Эта электрическая энергия питает все в вашей жизни с помощью вилки или выключателя.

Когда вы подключаете такое устройство, как телевизор, к сетевой розетке, используется электричество переменного тока. Бытовые электроприборы в вашем доме используют переменный ток, получая электричество, которое меняет направление и напряжение с более высоких на более низкие токи.

Когда электричество исходит от батареи , это постоянный ток. Поскольку постоянный ток имеет постоянное и постоянное напряжение, это важно для питания электроники, такой как планшет или смартфон. Источник постоянного тока имеет плавный и устойчивый электрический ток, который всегда течет в одном и том же направлении между положительными и отрицательными клеммами.

Электричество состоит из трех основных компонентов: напряжения , тока и сопротивления . Напряжение показывает, насколько силен электрический поток, ток — насколько быстро течет электричество, а сопротивление показывает, насколько трудно электронам течь по проводнику.

Переменный и постоянный ток: постоянство и быстрое течение

переменный ток

ОКРУГ КОЛУМБИЯ

• Ток не меняется.

• Постоянный ток без изменений напряжения с течением времени.

Переменный и постоянный ток имеют напряжение, ток и сопротивление. Разница в том, как течет ток.

AC быстро течет вперед и назад, изменяя свою полярность между 50 и 60 раз в секунду. Это сразу вступает в противоречие с интуитивным пониманием. Если электроны входят и затем возвращаются обратно, как эти электроны могут питать что-нибудь?

Однако, не накопление электронов создает энергию. Электронам не нужно добираться до места назначения, пока не будет создана сила. Это движение электронов, которое создает электрическую энергию. Точно так же, как вода, протекающая по трубе, создает силу независимо от направления, электроны, протекающие по проволоке, создают электричество.

SparkFun / CC BY-SA 4.0

DC, с другой стороны, не чередуется. В идеальных условиях это постоянный ток без изменений напряжения с течением времени. Хотя постоянный ток, преобразованный из переменного тока с выпрямителем, часто является приближением этой устойчивой линии, он не переворачивается, как переменный ток. Если мы визуализируем DC как поток воды, он создает постоянную скорость движения только в одном направлении.

SparkFun / CC BY-SA 4.0

Использование переменного и постоянного тока: разные типы означают разные рабочие места

переменный ток

ОКРУГ КОЛУМБИЯ

Из-за различий в природе переменного и постоянного тока, каждый из них используется по-разному.

Большинство электродвигателей в мире работают на переменном токе. В этих двигателях быстрое изменение напряжения тока быстро меняет полярность магнита назад и вперед. Это быстрое изменение полярности вызывает вращение провода внутри магнитов, создавая вращающуюся силу, которая приводит в движение двигатель.

AC также используется для передачи энергии. Напряжение переменного тока сравнительно легко изменить, что делает его лучшим выбором для передачи на большие расстояния, чем постоянное. Переменный ток может передаваться при огромных напряжениях через провода, что приводит к небольшим потерям на пути к клиенту.

По прибытии напряжение снижается с 765 000 вольт до управляемых от 110 до 220 вольт и отправляется в ваш дом.

С другой стороны, постоянный ток не может достичь таких резких преобразований напряжения без больших потерь мощности.

Постоянный ток обычно используется для питания небольших чувствительных устройств. Вся бытовая электроника, от планшетов до ПК, работает от постоянного тока, как и все, что работает от батареи.

Эти устройства не только выигрывают от постоянного тока. Эти устройства не могут работать от сети переменного тока. Устройства, которые работают на 1 и 0 (как компьютеры), нуждаются в постоянном уровне напряжения, чтобы различать высокий сигнал, который представляет единицу, и низкий сигнал, который представляет ноль. Из-за постоянно меняющегося тока переменного тока электронные устройства не имеют постоянного состояния для использования для сравнения. Без стабильного тока эти устройства не могут работать. Поскольку переменный ток постоянно меняется, он не может обеспечить стабильный уровень сравнения для электроники.

Переменный ток может быть изменен на постоянный ток с помощью адаптера, который может использоваться для питания аккумулятора ноутбука.

Окончательный вердикт: оба необходимы для современной жизни

Питание переменного и постоянного тока широко используется в различных типах устройств, от холодильников до компьютеров. Некоторые устройства могут использовать и то и другое, например, для питания двигателя от сети переменного тока и для питания сенсорного экрана . С переменным и постоянным током вам не нужно выбирать, и одно не лучше другого. Они разные и оба необходимы.

5 минут об электричестве в человеке

Всем привет, я Маша Осетрова, и сегодня я немного расскажу вам про электричество в теле человека.

Сюжет о Викторе Франкенштейне, создавшем монстра из неживой материи, идейно восходит к проведенным в XVIII веке опытам Луиджи Гальвани, который заставил мышцы лягушки сокращаться под действием электрического тока. Его эксперименты вдохновили многих исследователей на изучение функций электричества в теле живых существ. На сегодняшний день ученые сильно продвинулись в этой области: придумали обезболивающие, выяснили, что заставляет наше сердце биться, что происходит в голове у влюбленных и многое другое.

Между электричеством нашего организм, и электричеством, которое обеспечивает наши дома, есть два фундаментальных различия. Электричество из розетки представляет собой поток электронов. В отличие от этого практически все токи в живых существах являются потоками ионов — атомов, имеющих электрический заряд. Токи в нашем организме связаны с пятью типами частиц: четырьмя положительными ионами — натрия, калия, кальция и водорода — и одним отрицательным хлорид-аниона.

Второе важное различие связано с направлением движения частиц. Ток в электрической цепи течет вдоль проводника, в то время как распространению электрического импульса по нейрону способствует движение ионов в перпендикулярном направлении.

В книге «Искра жизни» Фрэнсис Эшкрофт собрала воедино имеющиеся на сегодняшний день знания об электрических токах в организме человека и процессах на клеточном и молекулярном уровне, управляющих передачей электрических импульсов.

В состоянии покоя на мембране всех клеток существует разность потенциалов в 70 мВ, которую также называют потенциалом покоя. Изменение этого потенциала возможно при проходе заряженных частиц через мембрану внутрь и наружу клетки через специальные шлюзы — ионные каналы.

Для управления ионными каналами соседей нервные клетки выпускают в синаптическую щель — место контакта нейронов — специальные вещества, нейромедиаторы. Они специфично взаимодействуют с ионными каналами в мембране целевой клетки, подходя к определенному типу каналов как ключ к замку. В результате взаимодействия канал открывается, пропуская через себя ионы внутрь или наружу клетки. Направление движения частиц при этом зависит от концентрации ионов и распределения зарядов.

В состоянии покоя потенциал-зависимые натриевые и калиевые каналы клеток нервной и мышечной ткани находятся в закрытом состоянии под действием потенциала покоя. Они открываются только тогда, когда потенциал смещается в положительную сторону: когда это происходит, генерируется нервный импульс.

Хотя потенциально нервные волокна могут проводить импульсы в любую сторону, обычно они передают их только в одном направлении. Двигательные нервы передают сигнал от головного и спинного мозга к мышцам для управления их сокращением, а чувствительные нервы передают информацию в обратном направлении — от органов чувств к головному мозгу.

Поддержание клеток в поляризованном состоянии жизненно важно для организма и крайне энергозатратно. Один лишь мозг использует около 10% вдыхаемого кислорода для поддержания работы натриевого насоса и подзарядки аккумуляторов нервных клеток.

Наибольшее значение для генерации нервного импульса имеют калиевые и натриевые каналы. Это подчеркивает тот факт, что яды пауков, моллюсков, актиний, лягушек, змей, скорпионов и множества других экзотических существ воздействуют именно на них и, таким образом, нарушают функционирование нервов и мышц. Многие токсины крайне специфичны и нацелены на какой-нибудь один вид ионных каналов.

Разные яды имеют разный механизм действия: некоторые из них закупоривают ионные поры, а некоторые выступают в роли «распора», фиксируя канал в открытом состоянии. Это приводит к тому, что результатом проникновения в организм одних токсинов является паралич, а других — чрезмерное возбуждение, вызывающее судороги.

К примеру, яд тетродотоксин, содержащийся во внутренностях иглобрюха, которого японцы называют «рыба фугу», обладает специфичностью к натриевым каналам. Прочно закупоривая ионные поры, он препятствует нормальной передаче нервных импульсов, вызывая паралич и зачастую приводя к летальному исходу. Тем не менее, гурманы со всего мира регулярно рискуют жизнью, чтобы отведать фугу: при правильном приготовлении она перестает быть ядовитой, и лишь слегка покалывает небо.

Еще один токсин, ради эффекта которого люди готовы рискнуть — ботокс, используемый в косметических целях для разглаживания морщин. Ботокс, он же ботулотоксин — яд бактерий вида Clostridium botulinum, — один из самых сильных известных природных ядов. Он препятствует сокращению мышц и постепенно приводит к смерти от удушья. В количестве, умещающемся на кончике иглы, он смертелен для взрослого человека, однако инъекции ботокса под кожу в ничтожных концентрациях способствуют избавлению от мимических морщин.

На этом все, читайте умные книги, не суйте пальцы в розетку и читайте портал «Чердак»! А в следующем выпуске я расскажу вам о том, как мы делаем ЭТО.

 Анастасия Тмур

Общие сведения об электричестве — Узнайте об электричестве, токе, напряжении и сопротивлении

Дом > Поддержка> Электроэнергетика Электроэнергетика Что такое электричество? Любая техника, которую мы используем в нашей повседневной жизни, например, бытовая техника, оргтехника и промышленное оборудование, почти все это требует электричества. Следовательно, мы должны понимать электричество. Первый вопрос, который мы узнаем ответ « где электричество родом из? « Все дела состоят из атомы. Затем задайте следующий вопрос: « Что такое атомы? ». Атомы — это самая маленькая часть элемента.Они состоят ядра и электронов, электроны окружают ядро. Элементы идентифицируются по количеству электронов на орбите вокруг ядра атомов и числом протонов в ядре. Ядро состоит из протонов и нейтронов, а количество протоны и нейтроны уравновешены. У нейтронов нет электрического заряда, протоны имеют положительный заряд (+), а электроны — отрицательный заряды (-). Положительный заряд протона равен отрицательному заряду электрона. Электроны связаны по своей орбите за счет притяжения протонов, но электроны во внешней зоне могут покинуть свою орбиту за счет некоторые внешние силы. Их называют свободными электронами, которые перемещаются от одного атома к другому, образуются потоки электронов. Это основа электричества. Материалы, позволяющие свободно перемещающиеся электроны называются проводниками а материалы, которые позволяют перемещаться небольшому количеству свободных электронов, называются изоляторы . Все вещества состоят из атомов, имеющих электрические заряды. Следовательно, у них есть электрические заряды. Что касается сбалансированного количество протонов и электронов, сила положительного заряда и сила отрицательного заряда уравновешена. Это называется нейтральным состоянием. атома. (Число протонов и электронов остается равным.) « Статическое электричество » представляет собой ситуацию, когда все вещи состоят из электрических обвинения.Например, трение материала о другой может вызвать статическое электричество. Свободные электроны одного материала двигаться с силой, пока они не освободятся от своих орбит вокруг ядра и перейти к другому. Электроны одного материала уменьшаются, он представляет собой положительный заряд. В то же время электроны другого увеличиваются, он имеет отрицательные заряды. В общем заряд производство материи означает, что материя имеет электрические заряды.Он имеет положительный и отрицательный заряды, что выражается в кулон. Ток, Напряжение и сопротивление Что сейчас? Электрическое явление вызвано потоком свободные электроны от одного атома к другому.Характеристики текущее электричество противоположны тем статического электричества. Провода состоят из проводников, таких как медь. или алюминий. Атомы металла состоят из свободных электронов, которые свободно переходить от одного атома к другому. Если добавлен электрон в проводе свободный электрон притягивается к протону, чтобы оставаться нейтральным. Вытеснение электронов с их орбит может вызвать недостаток электронов. Электроны, которые непрерывно движутся по проволоке, называются Electric. Текущий . Для одножильных проводников электрический ток относится к направленным отрицательно-положительные электроны от одного атома к другому. Жидкость проводники и газопроводы, электрический ток относится к электронам а протоны текут в обратном направлении. Ток — это поток электронов, но ток и электроны текут в противоположное направление. Ток течет от положительного к отрицательному и электроны перетекают с отрицательного на положительный. Ток определяется количеством электронов, проходящих через поперечное сечение проводника за одну секунду. Ток измеряется в ампер , что сокращенно « ампер ».Обозначение усилителя — это буква « A ». А ток в один ампер означает что ток проходит через поперечное сечение двух проводников, которые расположены параллельно на расстоянии 1 м друг от друга с 2×10 -7 Ньютон сила на метр возникает в каждом проводнике. Это также может означать сборы одного кулона (или 6,24х10 18 электронов), проходящего через поперечное сечение проводника за одну секунду. Что такое напряжение? Электрический ток — это поток электронов в проводнике. Сила необходим для протекания тока через проводник, называется напряжение и потенциал другой срок напряжения. Например, у первого элемента больше положительные заряды, поэтому он имеет более высокий потенциал. С другой стороны, второй элемент имеет более отрицательные заряды, поэтому он имеет более низкий потенциал.Разница между двумя точками называется разность потенциалов . Электродвижущая сила означает силу, которая заставляет ток непрерывно течь через дирижер. Эта сила может создаваться генератором энергии, аккумулятор, аккумулятор фонарика и топливный элемент и т. д. Вольт, сокращенно « В », это единица измерения измерения, используемые взаимозаменяемо для напряжения, потенциала, и электродвижущая сила.Один вольт означает силу, которая заставляет ток в один ампер проходит через сопротивление в один Ом. Что такое сопротивление? Электроны движутся через проводник при протекании электрического тока. Все материалы мешают протекание электрического тока до некоторой степени. Эта характеристика называется сопротивлением .Сопротивление увеличивается с увеличением длины или уменьшением поперечного сечения материал. Единица измерения сопротивления Ом и его символ — греческая буква омега ( Ω ). Сопротивление в один Ом означает, что проводник пропускает ток. одного ампера на поток с напряжением один вольт. Все материалы различаются по пропусканию электронов.Материалы которые позволяют свободно перемещаться большому количеству электронов, называются проводниками такие как медь, серебро, алюминий, раствор хлористоводородной, серной кислота и соленая вода. Напротив, материалы, пропускающие мало электронов для протекания называются изоляторы , такие как пластмассовые, резина, стекло и сухая бумага. Другой тип материалов, полупроводники имеют характеристики как проводников, так и изоляторов.Они позволяют электронам двигаться, имея возможность контролировать поток электронами и примерами являются углерод, кремний, германий и т. д. Сопротивление проводника зависит от следующих двух основных факторов: 1. Виды материала 2. Температура материала Как измерить ток Прибор для измерения силы тока называется амперметр или амперметр . Шаги для измерения тока Подключите небольшую лампочку к сухой батарее.Измерьте ток который проходит через лампочку при подключении положительной клеммы (+) амперметра к отрицательной клемме (-) сухого элемента (см. рисунок) Указания по технике безопасности при измерении силы тока; 1. Оценить ток, требующий измерения затем выберите подходящий амперметр, так как каждый амперметр имеет разные предел измерения тока. 2. Убедитесь, что соединение с плюсовой клеммой (+) и отрицательная клемма (-) амперметра правильные. 3. Не подключайте клеммы амперметра напрямую сушить клеммы ячеек. Так как это может повредить счетчик. Как измерить напряжение Прибор для измерения напряжения, разницы Потенциальная или электродвижущая сила называется вольтметром . Шаги для измерения напряжения Подключите небольшую лампочку к сухому элементу. Вольтметр есть подключен параллельно лампочке для измерения напряжения поперек лампочки. Подключите положительный вывод (+) вольтметр к плюсовой клемме (+) сухого элемента и подключите отрицательная клемма (-) вольтметра к отрицательной клемме (-) сухой ячейки (см. рисунок). Указания по технике безопасности при измерении Напряжение; 1. Оценить напряжение, требующее измерения затем выберите подходящий вольтметр , поскольку каждый вольтметр рассчитан на предел измерения напряжения. 2. Убедитесь, что подключение положительной клеммы (+) и отрицательная клемма (-) вольтметра правильные. Как измерить сопротивление Инструмент, используемый для измерения Сопротивление называется тестером или мультиметром .Мультиметр или тестовый метр используется для изготовления различных электрических измерения, такие как ток, напряжение и сопротивление. Он сочетает в себе функции амперметра, вольтметра и омметра. Шаги для измерения сопротивления Поверните лицевую шкалу в положение для требуемого измерения, сопротивления, затем коснитесь обоих выводов мультиметра (см. рисунок 1) и отрегулируйте диапазон измерителя на 0 Ом.Трогать оба вывода измерителя к сопротивлению и возьмите чтение (см. рисунок 2). Как работает электричество? Электрический ток — это способность делать работу.Электрический ток можно преобразовать в тепло, мощность и магнетизм, чтобы назвать несколько. Электрический ток классифицирован по своим функциям и трем основным типам: 1. Теплоэнергетика 2. Электрохимия 3. Магнетизм 1. Тепло и энергия используется для производства тепла и электроэнергии. Например, нихромовая токоведущая проволока. проволока имеет высокое сопротивление и выделяет тепло.Это применяется быть составной частью электрических духовок, тостеров, электрических утюгов и лампочки и др. Эксперимент проводится путем измерения нагреть количество воды калориметром. Увеличьте напряжение на провод вариаком и подключите амперметр и вольтметр для измерения ток и напряжение. Установите шкалу переменного тока, чтобы отрегулировать напряжение и текущее значение нихромовая проволока и ток периодически пропускается и измерить количество тепла от нихромовой проволоки.Есть какие-то указания напряжения и тока. Если напряжение, ток и время увеличиваются, количество тепла также увеличится. Они выражаются отношение, как показано ниже. Это называется Джоуля. Закон . Количество тепла зависит от напряжения время тока и интервал времени.По закону Ома V (напряжение) = I (ток) x R (Сопротивление), следовательно, Количество тепла зависит от текущий квадрат, умноженный на сопротивление и интервал времени. При пропускании тока через нихромовую проволоку в воде ток превращается в тепло, и температура повышается. Работу выполняет тепло, выделяемое в электрической цепи, которая называется Electric мощность . Измеряется электрическая мощность в ватт-часах (Втч), а количество тепла измеряется в калориях. (Cal). Работа выполняется за счет выделяемого тепла в электрической цепи написано мощность, что означает что номинальная работа выполняется в цепи, когда ток 1 А с Применяется 1 Вольт, а его единица измерения — ватт. 2. Электрохимия Например, когда ток проходит через хлорид натрия (NaCl), химическая реакция, называемая электролизом. происходит. Применяется для производства электролиза, цинкования. и аккумулятор и т. д. Эксперимент проводится путем пропитывания двух платиновых (Pt) пластин. в расплаве соли. Подключите батареи к двум платиновым пластинам, ток проходит через расплав соли и производит хлор пузыри вокруг положительной пластины (+) и пузырьки водорода вокруг отрицательной пластины (-), поскольку хлорид натрия составляет натрия (Na) и хлорида (Cl). Когда хлорид натрия тает в воде, элементы разделяются. Натрий имеет положительные заряды (+), а у хлора отрицательные заряды (-) и эти заряды называются ионами . Расплав соли имеет оба положительных заряда, которые называются анодами и , а отрицательные заряды называются катодами . Состояние разделенных элементов называется ионизация .Если соль растапливается водой, в растворе имеются ионы, называется раствор электролита . И если текущий проходит через раствор электролита, химическая реакция происходит электролиз. 3. Магнетизм Пример данной электромонтажной работы — токоведущий проволока, возникают магнитные линии потока. Это применяется для производства электродвигатели, электрические трансформаторы и магнитофоны, пр. Понимание смысла магнетизма: Что такое магнетизм? Составная формула магнита: Fe 3 O 4 . Все магниты обладают двумя характеристиками. Во-первых, они привлекают и держи железо.Вторичный, если свободно двигаться, как компас игла, они займут положение север-юг. Любые материалы Имеют такие характеристики, они называются магнит . Характеристики магнита Каждый магнит имеет два полюса, один северный полюс и один южный полюс. Противоположные полюса притягиваются друг к другу, в то время как полюса отталкивают друг друга. Электричество и магнитное поле Когда магнитная стрелка находится рядом с электрическим проводом, который ток пропускается, магнитная стрелка включает направление тока (см. рисунок 1 и 2).Следовательно, электрический ток также создает связанный магнитный силу или говорят, что электричество способно производить магнитное поле. Когда магнитная игла помещена в проволочную катушку с одной петлей (см. рисунок), и ток проходит через катушку с проволокой, магнитный игла поворачивается в направлении, показанном на рисунке выше.А направления магнитных линий потока показаны стрелки. Когда магнитная игла помещена в проволочную катушку с множеством петель как показано на правом рисунке, ток проходит через катушка. Направление магнитных линий магнитных параллелей катушка проволоки. Характеристики магнитных линий потока как характеристики магнита, но без магнитного полюса. Когда катушка с токоведущим проводом находится рядом с железным стержнем, железный стержень немного сдвинется (см. рисунок 1). Если сердечник размещен в катушке из проволоки железный стержень сильно притягивается (см. фигура 2). Поскольку сердечник — это мягкое железо, которое проводит магнитные силовые линии, когда ток проходит через проволочную катушку вокруг сердечника сердечник намагничивается с высокой мощностью что называется электромагнитов .Эта функция широко применяется в промышленности.

В каком направлении действительно течет ток?

---

Если вы спросите нескольких инженеров-электронщиков, техников, ученых или профессоров, как протекает ток в электрической цепи, некоторые скажут вам, что он течет от отрицательной клеммы источника питания через нагрузку к положительной клемме источника питания. Другие скажут вам прямо противоположное, что ток на самом деле течет от плюсовой стороны источника напряжения к минусу.

Кто прав? Как может так много технических профессионалов запутаться в таком простом деле, как текущий поток? Знаем ли мы вообще, в каком направлении течет ток? И действительно ли имеет значение, в каком направлении течет ток? Давайте проясним все это.

Почему это так важно?

Основным принципом любого электронного приложения является контроль тока.Думаю об этом. Разве все, что мы делаем в электронике, не предназначено для управления током каким-либо образом, чтобы получить полезный результат, например, телевизор, компьютеры или сотовые телефоны? Взгляните на Рисунок 1 . Эта очень простая модель представляет все электронные приложения. Мы производим входы, которые представляют собой какой-то тип электронного сигнала, обрабатываем их определенным образом, а затем генерируем соответствующие выходные сигналы. Например, входной сигнал может поступать с микрофона. Он обрабатывается усилителем для увеличения уровня мощности.Выход приводит в движение динамик.

РИСУНОК 1. Упрощенная модель всех электронных схем и оборудования.

---

Теперь снова рассмотрим, что находится в поле с надписью «процесс» на , рис. 1 . В простейшей форме это может быть всего лишь один электронный компонент, например резистор. Но это также может быть схема, такая как инструментальный усилитель, или миллионы полевых МОП-транзисторов, как в микропроцессоре Pentium.

Теперь посмотрим на Рисунок 2 . Вот еще один способ помочь вам визуализировать, что происходит во всех электрических или электронных цепях.Источник напряжения инициирует ток в нагрузке. Источником напряжения может быть батарея, генератор сигналов, источник питания, радиосигнал или сигнал от преобразователя, такого как микрофон или фотоэлемент. Нагрузка — это устройство, которое дает полезный конечный результат. Это может быть лампочка, нагревательный элемент, двигатель, соленоид или просто другая электронная схема. Теперь обратите внимание на элемент управления. Это электронный компонент или схема, контролирующая ток в нагрузке.

РИСУНОК 2. Упрощенное объяснение того, как работают все электронные схемы.

---

Схемы управления могут быть более сложными, например, операционный усилитель, набор логических вентилей или даже полный набор различных электронных схем. Компоненты и схемы управляют током, создаваемым начальным входом, различными способами, иногда с помощью множества различных последовательных и параллельных шагов, до тех пор, пока не будет сгенерирован соответствующий выходной сигнал. Суть в том, что создание и управление током — это и есть вся электроника.

Зависимость условного тока от потока электронов

Ученые, инженеры, профессора колледжей и другие уже более 100 лет знают, что ток действительно перемещает электроны. Тем не менее, они продолжали использовать исходную модель протока положительно-отрицательного тока. Это стало известно как обычный ток (CCF). Сегодня эта концепция все еще широко используется и почти повсеместно преподается в научных и инженерных программах.

Только в середине 20-го века электронный поток (EF) получил широкое распространение.Это произошло в результате массового обучения техников-электронщиков во время Второй мировой войны. Армия и флот решили, что поток электронов более уместен, чем обычный поток, поэтому они разработали все свои классы и учебные материалы с использованием потока электронов. После войны поток электронов прижился и стал основным способом обучения техников в общественных колледжах, технических институтах и ​​профессиональных училищах. Почему научное, инженерное и академическое сообщества отказались перейти на электронный поток, неизвестно.Вероятно, возникло ощущение, что теория электричества всегда преподавалась с использованием традиционной модели протекания тока, и не было особой необходимости, желания или причины для изменений. Изменения — дело трудное, а традиции умирают с трудом.

Что такое электрон?

Электрон — это субатомная частица, одна из нескольких различных частей атома. Атомы — это крошечные частицы, из которых состоит вся материя. Все, что мы знаем, чувствуем, видим, прикасаемся и обоняем, состоит из атомов. Атомы — это мельчайшие частицы материалов, которые мы называем элементами.Элементы — это основные строительные блоки природы. Типичные элементы — кислород, водород, углерод, медь, серебро, золото и кремний. Если вы, например, возьмете кусок меди и разделите его снова и снова, пока не получите наименьший возможный кусок, который все еще распознается как медь, то у вас будет один атом меди. Все, что не является основным элементом, состоит из двух или более элементов, объединенных в то, что мы называем соединениями. Вода — это соединение двух атомов водорода и одного атома кислорода, ну вы знаете, h3O.Соль — это соединение натрия и хлора (HCl). Самая маленькая распознаваемая частица соединения называется молекулой.

Атомы можно разделить на более мелкие части. Поскольку на самом деле никто никогда не видел атома, физики веками строили теории о том, как атом выглядит и из чего состоит. Одна популярная теория гласит, что атом состоит из центрального ядра, состоящего из крошечных частиц, называемых протонами и нейтронами. Протоны имеют положительный электрический заряд. Нейтроны, конечно, нейтральны.Вокруг ядра вращаются кольца или оболочки электронов. Электроны имеют отрицательный электрический заряд. Электронов столько же, сколько протонов, поэтому атом электрически сбалансирован или нейтрален. Число протонов в атоме — это его атомный номер, и это число определяет характеристики элемента.

На рисунке 3 показан атом меди. Есть 29 протонов и 29 электронов. Обратите внимание на внешнюю оболочку атома. Это называется валентной оболочкой, поскольку она содержит электроны, которые объединяются и реагируют с другими элементами, образуя химические связи в соединениях.

РИСУНОК 3. Атом меди.

---

И именно электрон или электроны во внешней валентной оболочке высвобождаются, чтобы создать ток в электрических и электронных компонентах и ​​схемах.

Как течет ток

Ток в большинстве электрических и электронных цепей — это поток электронов. Однако есть некоторые особые случаи, когда задействованы и другие частицы. Предположим, что медный провод подключен между положительной и отрицательной клеммами элемента фонарика, как показано на рисунке 4 .Избыток электронов накапливается на отрицательном выводе ячейки, в то время как на положительном выводе электронов не хватает. Это состояние вызвано химическим воздействием в клетке.

РИСУНОК 4. Течение электронов в медной проволоке.

---

Когда медный провод подключается к ячейке, происходят две вещи. Во-первых, положительный вывод оттягивает валентные электроны от атомов меди в проводе. Когда атом теряет один или несколько электронов, он становится положительным ионом, потому что теперь у него больше протонов, чем электронов. Будучи положительными, ионы притягивают другие отрицательные электроны от соседних атомов, создавая цепную реакцию протекания тока.

В тот же момент отрицательный вывод ячейки отталкивает валентные электроны от соседних атомов в медной проволоке. Эти освобожденные электроны притягиваются к положительным ионам, создаваемым положительным выводом ячейки. Конечным результатом является массовое движение электронов от отрицательной клеммы батареи к положительной. Так протекает ток в проводах и кабелях, а также в большинстве электронных компонентов.

Не весь ток протекает за счет движения электронов. В некоторых случаях ток на самом деле является движением других носителей тока. Например, отверстия являются уникальными для протекания тока в определенных типах полупроводниковых материалов. Ионный поток — это метод протекания тока в плазме и электрохимических реакций в батареях.

Течение тока в полупроводниках

Полупроводник — это особый тип материала, удельное сопротивление или проводимость которого находится где-то между хорошими проводниками, такими как медь и алюминий, и изоляторами, такими как стекло, керамика или пластик. Полупроводники уникальны тем, что они могут иметь любую желаемую степень проводимости. Конечно, полупроводники — это материалы, из которых сделаны диоды, транзисторы и интегральные схемы.

Самый распространенный полупроводниковый материал — это кремний (Si). Германий (Ge) — еще один полупроводниковый элемент. Существуют также полупроводниковые соединения, такие как арсенид галлия (GaAs), фосфид индия (InP) и кремний-германий (SiGe). Кремний, как и другие полупроводниковые материалы, уникален тем, что имеет четыре валентных электрона.Эта характеристика заставляет атомы кремния связываться вместе таким образом, что они разделяют свои валентные электроны. Результатом является уникальная структура кристаллической решетки, подобная показанной на , рис. 5, . Показаны только валентные электроны. Обратите внимание, как атомы разделяют валентные электроны с соседними атомами. В результате каждый атом думает, что на его внешней орбите находится восемь электронов. Это делает материал чрезвычайно стабильным.

РИСУНОК 5. Чистый кремний состоит из атомов, которые образуют ковалентные связи с соседними атомами, образуя структуру кристаллической решетки.

---

Атомы кремния образуют так называемую структуру кристаллической решетки. Все валентные электроны полностью заняты, так как они распределяются между атомами. Это означает, что в структуре кристаллической решетки чистого кремния нет электронов, доступных для электронного потока, поскольку все они заняты своими ковалентными связями. В результате полупроводники, такие как кремний в чистом виде, по сути, являются изоляторами.Конечно, если к кремнию приложить достаточно тепла или приложить высокое внешнее напряжение, некоторые электроны могут высвободиться, что вызовет протекание небольшого количества тока.

Чтобы сделать кремний проводящим, мы добавляем в него другие химические вещества. Этот процесс называется допингом. Легируя кремний химическими веществами, которые имеют три или пять валентных электронов, мы можем создать кремний, в котором легко течет ток. Рисунок 6 показывает, что происходит, когда мы добавляем в кремний мышьяк (As). Мышьяк имеет пять валентных электронов.Четыре электрона соединяются с электронами в соседних атомах кремния, как и раньше, с образованием ковалентных связей. Однако остался один лишний электрон. Этот дополнительный электрон доступен для протекания тока.

РИСУНОК 6. Полупроводниковый материал N-типа использует электроны для протекания тока.

---

Кремний, легированный химическими веществами, имеющими дополнительный электрон, называется полупроводником N-типа. «N» означает отрицательный, что относится к дополнительному отрицательному электрону.Когда внешнее напряжение подается на кусок полупроводникового материала N-типа, ток легко течет, поскольку несвязанные электроны притягиваются и протягиваются через кремний внешним напряжением. Если кремний сильно легирован мышьяком, доступно много свободных электронов и будет течь большой ток. Это то же самое, что сказать, что у материала очень низкое сопротивление. Если добавлено только несколько атомов мышьяка, меньше электронов доступно для протекания тока, поэтому уровень тока будет меньше при внешнем напряжении.Такой материал имеет гораздо более высокую стойкость.

Как видите, ток в полупроводниковом материале N-типа по-прежнему осуществляется электронами. Однако мы также можем легировать кремний материалом, который имеет только три валентных электрона. Это проиллюстрировано на рис. 7, , где кремний легирован атомами бора (B).

РИСУНОК 7. Полупроводниковый материал P-типа, в котором дырки являются носителями тока.

---

Три валентных электрона в атоме бора образуют ковалентные связи с соседними атомами кремния.Однако у одного из атомов кремния отсутствует электрон. Этот недостающий валентный электрон называется дыркой. Следовательно, дырка — это не настоящая частица, а просто вакансия в валентной оболочке структуры кристаллической решетки, которая действует как носитель тока. Эта вакансия или дыра имеет положительный заряд. Если электрон проходит рядом с отверстием, он притягивается и заполняет отверстие, завершая ковалентную связь.

Ток в этом типе полупроводникового материала протекает через отверстия.Этот тип полупроводникового материала называется материалом P-типа. P означает положительный, что относится к заряду отверстия.

Когда электрическое напряжение подается на кусок полупроводникового материала P-типа, электроны перетекают в материал с отрицательной клеммы источника напряжения и заполняют отверстия. Положительный заряд внешнего источника напряжения вытягивает электроны с внешних орбит, создавая новые дыры. Таким образом, электроны перемещаются от дырки к дырке. Электроны по-прежнему текут от отрицательного к положительному, но дырки перемещаются от положительного к отрицательному, поскольку они создаются внешним зарядом.

Ионный поток

В некоторых типах материалов, особенно в жидкостях и плазме, ток представляет собой комбинацию электронов и ионов.

На рисунке 8 показан упрощенный чертеж ячейки напряжения. Все элементы состоят из двух электродов из разных материалов, погруженных в химикат, называемый электролитом. Происходящая химическая реакция разделяет создаваемые заряды. Электроны накапливаются на одном электроде, поскольку он отдает положительные ионы, создавая отрицательный вывод, в то время как электроны вытягиваются из другого электрода, создавая положительный вывод.

РИСУНОК 8. Течение в химической ячейке.

---

Всякий раз, когда вы подключаете внешнюю нагрузку к этой батарее, электроны текут от отрицательной пластины через нагрузку к положительному электроду. Внутри ячейки электроны текут от положительного к отрицательному, а положительные ионы — от отрицательного к положительному.

Жизнь в отрицании

Итак, почему мы продолжаем увековечивать миф об обычном потоке тока (CCF), когда мы уже сто лет знаем, что ток в большинстве электрических и электронных цепей является потоком электронов (EF)? Я уже много лет задаю этот вопрос своим коллегам и другим специалистам в сфере промышленности и науки. Несмотря на то, что поток электронов — это реальность, все инженерные школы настаивают на преподавании CCF. Если вы служили в вооруженных силах или поднялись по служебной лестнице в качестве технического специалиста, скорее всего, вы научились и предпочитаете поток электронов.

То, как вы выучили его в школе, вы обычно используете, когда разрабатываете, анализируете, устраняете неполадки или преподаете в реальном мире.

Действительно ли это имеет значение?

Как вы, возможно, знаете, на самом деле не имеет значения, какое направление тока вы используете для анализа схемы и проектирования, работает в любом случае.Фактически, эта проблема затрагивает только DC, который течет только в одном направлении. В переменном токе электроны текут в обоих направлениях, перемещаясь вперед и назад с рабочей частотой. Но если на самом деле не имеет значения, в каком направлении мы принимаем участие, то почему бы нам не последовать истине и не положить конец этой чепухе раз и навсегда?

В заключение

Если вы когда-нибудь захотите завязать оживленную беседу или даже поспорить, попробуйте поднять эту тему в группе технических специалистов. Вы просто можете быть удивлены накалом чувств и ханжеством с обеих сторон.Я делал это много раз, и меня до сих пор поражает эмоциональная реакция, которую вызывает этот вопрос.

Я пришел к выводу, что концепция CCF никогда не будет оставлена. Это в некоторой степени похоже на принуждение всех нас перейти на метрическую систему измерения с использованием метров и Цельсия, а не футов и Фаренгейта, с которыми мы более знакомы и привыкли. С этого момента обучение CCF будет продолжено. Я начал принимать все это как одну из странных причуд электроники. NV

---

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Ранние исследователи электричества сначала открыли понятие напряжения и полярности, а позже определили ток как движение зарядов.Термин «напряжение» означает энергию, которая заставляет ток течь. Первоначально напряжение создавалось статическими средствами, такими как трение или молния. Позже химические элементы и батареи использовались для создания постоянного заряда или напряжения. Затем были разработаны механические генераторы.

Заряды относятся к некоему физическому объекту, который движется, когда на него действует сила напряжения. Конечно, еще в 18 веке те, кто работал над электрическими проектами, толком не знали, что это за заряды.Насколько они знали, заряды могли быть микроминиатюрными фиолетовыми кубиками внутри провода или другого проводника. Что они действительно знали, так это то, что напряжение заставляло заряды двигаться. В целях анализа и обсуждения они произвольно предположили, что заряды были положительными и перетекали с положительного на отрицательный. Это ключевой момент. На самом деле они не знали направления тока, поэтому предположили, что происходит. И, как оказалось, не угадали. Нет ничего плохого в том, чтобы ошибаться, поскольку ученые часто выдвигают одну гипотезу, а позже обнаруживают, что истина — это что-то другое.Большая ошибка состоит в том, что неверная гипотеза сохраняется и преподается как истина.

В конце 19 века было окончательно установлено, что обсуждаемые заряды на самом деле были электронами, а ток на самом деле был электронами, текущими от отрицательного вывода источника напряжения через цепь к положительной стороне источника напряжения. Британский физик Джозеф Дж. Томсон сделал это открытие в 1897 году. Наконец правда была доказана и открыта.

---

Корпус для обычного протекания тока.

1. Традиционно.
2. Большинство инженеров и некоторых технических специалистов узнали это таким образом.
3. Очень сложно изменить такие вещи, как учебники по инженерии и условные обозначения (стрелки на диодах и транзисторах указывают в направлении CCF).
4. Человеческая природа не терпит перемен.
5. CCF стал стандартом де-факто.

Корпус для электронного потока.

1. Это правда.
2. Работу электронных устройств легче объяснить и изучить с помощью электронного потока.
3. Почему бы не стандартизировать то, что есть на самом деле?

DK Science & Technology: Circuits

Электрический ток течет по петле, питая лампочки или другие электрические КОМПОНЕНТЫ. Петля представляет собой электрическую цепь. Схема состоит из различных компонентов, связанных между собой проводами. Ток передается по цепи источником питания, например АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕЕЙ.

Таблица 26. ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦЕПИ

Напряжение	— это энергия, отданная каждой единице заряда, протекающей в цепи
Ток	— это количество электрического заряда, протекающего мимо точка в цепи каждую секунду
Мощность	— это количество электроэнергии, которое цепь использует каждую секунду

ЧТО ТАКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК?

Электрический ток — это поток электрического заряда (обычно в форме электронов) через вещество.Вещество или проводник, по которому протекает электрический ток, часто является металлической проволокой, хотя ток также может протекать через некоторые газы, жидкости и другие материалы.

КОГДА ИМЕЕТСЯ ТОК В КОНТУРЕ?

Ток протекает только тогда, когда цепь замкнута — когда в ней нет разрывов. В замкнутой цепи электроны текут от отрицательной клеммы (соединения) на источнике питания через соединительные провода и компоненты, такие как лампочки, и обратно к положительной клемме.

ЧТО ДАЕТ ТЕКУЩИЙ ПОТОК В КОНТУРЕ?

Когда провод подсоединяется к клеммам аккумулятора, электроны перетекают с отрицательного полюса на положительный. В отличие от (противоположных) зарядов притягиваются, подобные (одинаковые) заряды отталкиваются. Электроны имеют отрицательный заряд — они отталкиваются от отрицательного и притягиваются к положительному.

Аккумулятор — это компактный, легко транспортируемый источник электроэнергии. Когда батарея подключена к цепи, она обеспечивает энергию, которая движет электроны в токе.Батареи содержат химические вещества, которые вместе реагируют, разделяя положительный и отрицательный заряды.

ЧТО ВНУТРИ АККУМУЛЯТОРА?

Батарея состоит из одной или нескольких секций или ячеек. Внутри каждой ячейки два химически активных материала, называемых электродами, разделены жидкостью или пастой, называемой электролитом. Маленькие батарейки могут иметь только одну ячейку. Большие мощные батареи могут иметь шесть ячеек.

КАК РАБОТАЕТ АККУМУЛЯТОРНАЯ ЯЧЕЙКА?

Внутри ячейки электролит реагирует с электродами, заставляя электроны перемещаться через электролит от одного электрода к другому.Один электрод получает отрицательный заряд, а другой — положительный. Два электрода — это положительный и отрицательный выводы.

Различные объекты, составляющие схему, называются компонентами. Схема должна иметь источник питания, например аккумулятор, а ток течет по проводнику, например по проводу. Лампы, зуммеры и двигатели — это компоненты, которые преобразуют электричество в свет, звук и движение.

Батарея и другие компоненты искусственного кардиостимулятора посылают электрические импульсы по проводам в сердце пациента, чтобы оно продолжало устойчиво биться.Кардиостимулятор вводится, когда сердце само по себе не бьется устойчиво.

Материал, который хорошо проводит ток, называется проводником. Металлы являются хорошими проводниками, потому что атомы металлов легко выпускают электроны, переносящие ток. Серебро и медь — лучшие проводники, и большинство электрических проводов сделано из меди. Во избежание поражения электрическим током провода покрывают изолятором.

Некоторые материалы плохо переносят ток. Говорят, что они сопротивляются (противодействуют) току.Материалы, которые делают это, называются изоляторами. Пластик, стекло, резина и керамика — хорошие изоляторы. Изоляторы используются для покрытия проводов и компонентов для предотвращения поражения электрическим током и предотвращения протекания токов.

Выключатели похожи на ворота, которые контролируют поток электричества в цепи. Когда переключатель разомкнут, он создает разрыв в цепи, и ток не течет. Когда он замкнут, он замыкает цепь, и через нее течет ток. Переключатели используются в параллельных цепях для включения и выключения различных частей цепи.

КАК ПОСТАВЛЯЕТСЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ?

Большая часть электроэнергии, которую мы используем в наших домах и на работе, вырабатывается машинами на электростанциях, называемыми генераторами. Генераторы посылают электрический ток через огромную сеть цепей и проводов в дома, офисы и другие здания.

Текущий расход — MagLab

В этом руководстве показано, как поток воды через систему труб можно использовать для понимания протекания тока через электрическую цепь.

В этом руководстве показано, как поток воды через систему труб можно использовать для понимания протекания тока через электрическую цепь. Здесь синие частицы представляют собой поток воды, движущийся, как электроны по цепи, для создания электричества. Скорость потока воды, определяемая как объем жидкости, проходящей мимо определенной точки за фиксированный промежуток времени, сопоставима со скоростью прохождения заряда через точку в цепи (электрический ток), которая измеряется в амперах ( кулонов в секунду) .

Отрегулируйте ползунок Flow Rate , чтобы увеличить или уменьшить мощность водяного насоса и скорость потока по трубам. Водяной насос эквивалентен электрической батарее или другому источнику энергии в этой аналогии, обеспечивая импульс, который проталкивает воду через систему, поскольку батарея обеспечивает разность потенциалов (напряжение) , что приводит к перемещению электронов по проводам (электричество ).

Насос проталкивает воду в разные части системы трубопроводов, которая затем рекомбинирует, точно так же, как параллельная цепь направляет электричество по каждой параллельной ветви, которая затем также рекомбинирует.Вода встречает сопротивление , точно так же, как электричество в параллельной цепи. Сопротивление потоку воды обеспечивают змеевик из длинных тонких трубок и пропеллер, который вращается в ответ на ток. Катушка из узкой проволоки могла служить резистором в электрической цепи. Другие распространенные резисторы, встречающиеся в электрических цепях, включают лампочки и электродвигатели. Электрическое сопротивление измерено в Ом в честь Георга Ома, физика, экспериментально установившего, что идеальных проводников не бывает.

В этом руководстве катушка обеспечивает гораздо большее сопротивление, чем пропеллер, поэтому больше воды будет проходить по пути наименьшего сопротивления. Обратите внимание, однако, что поток в ответвлениях складывается из общего количества воды, протекающей через систему. Например, когда скорость потока максимальна, первый расходомер показывает три единицы потока, в то время как поток мимо змеевика показан как одна единица, а поток за пропеллером — две единицы. В электрической цепи амперметров, измеряют протекание тока в ампер, ; показания суммируются с полным током, протекающим по цепи.

Когда я щелкаю выключателем, свет включается очень быстро. Насколько быстро в проводе течет электричество? | Ребята из науки

Когда я щелкаю выключателем, свет включается очень быстро. Насколько быстро в проводе течет электричество?

ноябрь 2001

Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно взглянуть на саму материю на самом базовом уровне. Материя состоит из небольших единиц, называемых атомами. На этом атомном уровне материя обладает двумя основными характеристиками. Материя имеет массу и может иметь электрический заряд, положительный или отрицательный, или может быть нейтральным без заряда.Каждый атом содержит три типа частиц с разными характеристиками; положительные протоны, нейтральные нейтроны и отрицательные электроны.

Электрический ток (электричество) — это поток или движение электрического заряда. Электричество, проводимое в вашем доме по медным проводам, состоит из движущихся электронов. Протоны и нейтроны атомов меди не движутся. Фактическое продвижение отдельных электронов в заданном направлении через проволоку довольно медленное. Электроны должны пройти через миллиарды атомов в проводе, а это занимает значительное время.В случае медного провода калибра 12, по которому проходит ток 10 ампер (типично для домашней электропроводки), отдельные электроны перемещаются только примерно на 0,02 см в секунду или 1,2 дюйма в минуту (в науке это называется дрейфовой скоростью электронов). . Если такова природа, почему свет загорается так быстро? При такой скорости электронам потребовались бы часы, чтобы добраться до огней.

Атомы очень крошечные, менее миллиардной метра в диаметре. Проволока «заполнена» атомами и свободными электронами, и электроны движутся между атомами.В типичном медном проводе каждую секунду будут проходить триллионы электронов через любую заданную точку провода, но они будут проходить через эту точку очень медленно. Подумайте о проволоке в сравнении с трубкой, полной шариков. Если мы протолкнем еще один шарик в заполненную трубу, то один шарик должен будет выйти из другого конца. Электроны похожи на проволоку. Если кто-то двинется, они все должны двигаться. Таким образом, когда вы включаете переключатель, разность электрических потенциалов (создаваемая генератором) немедленно вызывает силу, которая пытается переместить электроны.Если вы заставляете двигаться один электрон при включении переключателя, электроны по всей проволоке перемещаются, даже если длина проволоки составляет много миль. Поэтому, когда вы включаете выключатель, электроны в свете начинают двигаться «мгновенно», насколько нам известно, то есть что-то начинает происходить во всей электрической системе. Хотя на самом деле электроны движутся по проводу медленно, мы говорим, что скорость электричества близка к скорости света (очень быстро). На самом деле мы имеем в виду, что воздействие электричества происходит «мгновенно».»Свет загорается в тот момент, когда вы щелкаете выключателем. Вам не нужно ждать, пока электроны потекут от выключателя к свету.

Условный ток против потока электронов

Условный ток против потока электронов © 2015 Chris E. ChaulkVTR1R2R3ITIT

Нажмите кнопку вверху.

Обычный ток предполагает, что ток течет от положительной клеммы, через цепь к отрицательной клемме источника. Это было условием, выбранным при открытии электричества.Они были не правы!

Электронный поток — это то, что происходит на самом деле, и электроны текут из отрицательной клеммы через цепь и попадают в положительную клемму источника.

Используются как обычный ток, так и поток электронов. Многие учебники доступны в обоих форматах.

Floyd, 1989, Принципы электрических цепей , 5-е издание, Версия для обычных токов.

Floyd, 1990, Принципы электрических цепей , 4-е издание, версия для электронного потока.

На самом деле, не имеет значения, в каком направлении протекает ток, если он используется последовательно . Направление тока не влияет на его действия.

Как правило, в программах обучения физике средней школы и двухгодичных программах для технических специалистов используется Electron Flow.

Но трехлетние технологические и университетские инженерные программы используют обычный ток. Определенные символы (например, диоды и транзисторы) и правила (например, правила правой руки) были созданы с использованием обычного тока.Переход от обычного тока к электронному потоку вызовет некоторую путаницу для старых и новых студентов, и возникнут ошибки, поэтому традиционный ток был сохранен, чтобы не было путаницы с теми, кто уже обучался с обычным током. Две системы могут показаться сбивающими с толку, но пока их использование единообразно, на самом деле это не так!

Вы должны понимать, какое соглашение используется, потому что правила меняются. Бывший. Правила правой руки в обычном токе становятся правилами левой руки в электронном потоке.Пример

На протяжении всего курса используется обычный ток. Поэтому всегда предполагайте, что ток течет через положительный вывод источника.

ELTK1100

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

.