Потенциалът е физическа величина, която характеризира работата на източника за преместване на заряда. Например, ако свържете двете точки с проводник, например с парче медна жица, излишните електрони от точката ще отидат в точка В, като по този начин генерират електрически ток в проводника. Така насоченият поток от електрони всъщност е електрически ток. По този начин напрежението е силата, която движи отрицателно заредените частици, електрони, във веригата.

Количествено може да се опитаме да опишем тока като сума от зарядите на електрони, преминаващи през дадена точка. Но както знаете от общия курс по физика, електронът има много малък заряд, затова за оценка на заряда учените са въвели специална електрическа единица - кулон (Cl).

Една висулка съответства на сумата от таксите 6,25*1018 или 6250000000000000000 електрони. Ако някакъв заряд в един кулон премине през която и да е точка за една секунда, това означава, че през тази точка в проводника е преминал електрически ток от един ампер (А).

Силата на тока, една от основните електрически величини, се измерва в ампери. Точка А, в съответствие с нашата фигура, поради излишъка на електрони има отрицателен потенциал, а точка В съответно е положителна.

Потокът от електрони може да бъде условно представен като вода, която тече от един контейнер в друг. Водопроводът между резервоарите е условен еквивалент на електрически проводник, а разликата в нивата на водата в резервоарите не е нищо повече от условния еквивалент на потенциалната разлика между две точки.

Въпреки че електроните действително се движат от отрицателен полюс към положителен полюс, общоприето е в електротехниката и електрониката, че електрическият ток в проводник тече от положителен полюс към отрицателен полюс. Това споразумение влиза в историята преди няколко века, когато твърде малко се знаеше за природата на електрическия ток.

Потенциалната разлика, известна още като напрежение, се измерва във волта и се обозначава във формули и диаграми с латинска буква U... Величината на електрическия ток, измерена в ампери и обозначена с латинския символ Аз.

Свободните носители на заряд - електрони в проводник, движещи се по електрическа верига, се сблъскват с атоми, които създават известна пречка за движението на електроните, като по този начин значително намаляват номиналния електрически ток. Това препятствие в електротехниката се нарича устойчивост на електрически ток и се обозначава с латинския символ R. Абсолютно всеки материал има съпротивление или електрическа проводимост (физическо количество, обратно на съпротивлението). Добре е да си представим съпротивлението при едно и също движение на вода от един резервоар в друг, но за разлика от предишния случай, ще заменим тръбния участък с по -тесен, следователно общият воден поток ще намалее.

Всеки материал зависи от различни физични свойства: температура, размер, форма и т.н. Вещества с ниско съпротивление на електрически ток се наричат ​​проводници. (имат куп свободни електрони, например: злато, мед, сребро, алуминий, платина). Материали с висока устойчивост на ток се наричат ​​диелектрици. Те имат ниско количество свободни електрони (пластмаса, каучук, стъкло, слюда). Физическата единица за измерване на съпротивлението е Ом.

Един ом е съпротивлението на вещество, което при захранващо напрежение от един волт прави възможно протичането на ток, равен на един ампер.

Два заряда от един и същ знак, два протона или електрони, устояват на приближаването и се опитват да се отдалечат един от друг. Този физически процес се нарича отблъскване. Първият закон на Кулон, който описва взаимодействието на електрическите заряди, казва: зарядите със същия знак се отблъскват. Вторият закон за взаимодействие на електрическите заряди звучи така: противоположните заряди с различни знаци се привличат един към друг.

Отрицателно заредените електрони на елементарни частици се привличат към положително заредени протони в ядрото. Защо тогава електронът остава в орбитата си и не пада върху ядрото? Това се извършва в резултат на факта, че силата на привличане на електрона се компенсира от центростремителната сила, която се появява поради въртенето на електрона в орбитата му около ядрото му. Числената стойност на номиналната стойност на отблъскващите и привличащи сили, съществуващи между две заредени елементарни частици, зависи от следните компоненти: разстоянието между частиците и техните заряди.

Зарядът на един електрон е изключително малък, поради което на практика той не е получил разпределение. Мерната единица на таксата, приета в системата SI, беше кулонът (C). Той е кръстен в чест на френския учен Кулон, а във формулите се обозначава с латинската буква Q. Една висулка е равна на 6,28 * 1018 електронни заряда.

Електрически заряди, произтичащи от изместването на електрони. Когато има силен дефицит на отрицателни частици в една точка и излишък от тях в друга, се създава потенциална разлика. Ако две точки, между които има определено ниво на потенциална разлика, са свързани с проводник, тогава по него ще се движат електрони. Този поток от електрони се нарича електрически ток.

Електрическият ток е насоченото движение на потока от електрони към зоната на положителния заряд от зоната на отрицателния заряд. Ампер (A) се използва като физическа единица за измерване на ток в системата SI. Един ампер е токът, който се появява в проводник, когато заряд от един кулон се движи за време от една секунда.

където Азсила на тока в ампери, Встойността на електрическия заряд в кулони, Tвреме в секунди.

Помислете за физическия процес на протичане на ток през проводник. Носителите на заряд в електрическата верига са отрицателни електрони. Конвенционално се смята, че токът е поток от отрицателно заредени електрони, но всъщност електроните се движат от един атом в друг, тогава те образуват положителни заряди, наречени дупки. С други думи, дупка е следа, която оставя електрон, изхвърлен от орбитата.

Условно можем да кажем, че дупките се движат в посока, обратна на потока от електрони.

Ако електроните преминават от единия край на проводника към другия му край, токът ще тече през проводника. В резултат на насоченото движение на свободните електрони те се сблъскват с атомите, избивайки други електрони от орбитата си, които от своя страна стават свободни. И вече тези освободени електрони се сблъскват с други атоми и така нататък, докато достигнат положително заредения край на проводника, също се сблъскват с други атоми. Това движение, наречено дрейф, се осъществява в резултат на отблъскването на зарядите. В допълнение, положително зареденият край на проводника, с остър дефицит на електрони, привлича отрицателно заредени частици. Следователно, поради "работата" на законите на взаимодействието на електрическите заряди, има бавен дрейф на електрони.

За по -добро разбиране на процеса вземете куха тръба и я напълнете с топки:

Ако добавим допълнителна топка към единия край на тръбата, топката ще се изплъзне от другия край.

Устройство, в което излизат електрони от положително заредения край на проводника и което ги подава към отрицателно заредения край на проводника, се нарича напрежение или източник на енергия.

Свързваме светодиода към пръстовата батерия и ако полярността се спазва правилно, тя ще светне. В каква посока ще се установи токът? В днешно време всеки знае това от плюс до минус. Следователно вътре в батерията от минус до плюс - токът в тази затворена електрическа верига е постоянен.

Посоката на движение на положително заредени частици се счита за посоката на тока във веригата, но в края на краищата електроните се движат в метали, а те, знаем, са отрицателно заредени. Това означава, че в действителност понятието „текуща посока“ е конвенция. Нека го разберем защо, докато електроните преминават през веригата от минус до плюс, всички около тях казват, че токът отива от плюс към минус... Защо е този абсурд?

Отговорът се крие в историята на формирането на електротехниката. Когато Франклин развива своята теория за електричеството, той смята, че движението му е като движението на течност, която сякаш тече от едно тяло в друго. Там, където има повече електрическа течност, оттам тече в посоката, където има по -малко от нея.

Поради тази причина Франклин нарича телата с излишък от електрическа течност (условно!) Положително електрифицирани, а телата с липса на електрическа течност - отрицателно електрифицирани. Оттам идва идеята за движение. Положителният заряд тече, сякаш през система от комуникационни съдове, от едно заредено тяло в друго.

По -късно френският изследовател Шарл Дюфай в своите експерименти с установи, че не само натритите тела се зареждат, но и се търкат, а при контакт зарядите на двете тела се неутрализират. Оказа се, че всъщност има два отделни вида електрически заряд, които, когато си взаимодействат, се неутрализират един друг. Тази теория за две електричества е разработена от съвременника на Франклин Робърт Симър, който сам е убеден, че нещо в теорията на Франклин не е напълно правилно.

Шотландският физик Робърт Симър носеше два чифта чорапи: топли вълнени чорапи и втора коприна отгоре. Когато свали и двата чорапа от крака си наведнъж и след това извади единия чорап от другия, той забеляза следната картина: вълнените и копринените чорапи се подуват, сякаш придобиват формата на краката му и рязко се придържат към всеки други. В същото време чорапите, изработени от един и същ материал, като вълнени и копринени, се отблъскват.

Ако Симър държеше две копринени чорапи в едната си ръка, а две вълнени чорапи в другата, то когато събра ръцете си, отблъскването на чорапите от един и същ материал и привличането на чорапите от различни материали доведоха до интересно взаимодействие между тях : различни чорапи сякаш се нахвърляха един върху друг и се изплитаха на топка.

Наблюденията на поведението на собствените му чорапи доведоха Робърт Симър до извода, че във всяко тяло има не една, а две електрически течности - положителна и отрицателна, които се съдържат в тялото в равни количества. При триене на две тела едното от тях може да премине от едно тяло в друго, след това в едно тяло ще има излишък от една от течностите, а в другото - неговият дефицит. И двете тела ще се електрифицират, противоположно по знаково електричество.

Независимо от това, електростатичните явления биха могли да бъдат обяснени успешно, като се използва както хипотезата на Франклин, така и хипотезата за две електрически сили на Симър. Тези теории се конкурират помежду си от известно време. Когато през 1779 г. Алесандро Волта създава своя волтаичен стълб, след което електролизата е изследвана, учените стигат до недвусмисления извод, че наистина два противоположни потока носители на заряд се движат в разтвори и течности - положителни и отрицателни. Дуалистичната теория за електрическия ток, въпреки че не беше разбрана от всички, все пак триумфира.

И накрая, през 1820 г., говорейки пред Парижката академия на науките, Ампер предлага да се избере една от посоките на движение на заряда като основна посока на течението. За него беше удобно да направи това, тъй като Ампер изучаваше взаимодействието на токовете помежду си и токовете с магнити. И така всеки път по време на съобщение да не говорим, че два потока с противоположен заряд се движат в две посоки по един проводник.

Ампер предложи просто да се вземе посоката на движение на положително електричество за посоката на тока и през цялото време да се говори за посоката на тока, което означава движение на положителен заряд... Оттогава позицията за посоката на течението, предложена от Ампер, е приета навсякъде и се използва и до днес.

Когато Максуел развива своята теория за електромагнетизма и решава да приложи правилото на десния винт за удобство при определяне на посоката на вектора на магнитната индукция, той също се придържа към тази позиция: посоката на тока е посоката на движение на положителен заряд.

Фарадей от своя страна отбеляза, че посоката на течението е условна, това е просто удобен инструмент за учените да определят еднозначно посоката на течението. Ленц, въвеждайки своето правило на Ленц (виж -), също използва термина "посока на тока", което означава движение на положително електричество. Просто е удобно.

И дори след като Томсън открива електрона през 1897 г., условността на посоката на тока все още се запазва. Дори ако само електрони действително се движат в проводник или във вакуум, все пак обратното направление се приема като посоката на тока - от плюс към минус.

Повече от век след откриването на електрона, въпреки представите на Фарадей за йони, дори с появата на електронни тръби и транзистори, въпреки че имаше трудности в описанията, обичайното състояние на нещата все още остава. Така че е по -удобно да се работи с токове, да се навигира в техните магнитни полета и изглежда, че това не създава реални трудности за никого.

Невъзможно е да си представим живота на съвременния човек без електричество. Волта, Ампера, Вата - тези думи звучат в разговор за устройства, които работят на електричество. Но какво представлява този електрически ток и какви са условията за неговото съществуване? Ще говорим за това по -нататък, предоставяйки кратко обяснение за начинаещи електротехници.

Определение

Електрическият ток е насоченото движение на носителите на заряд - това е стандартна формулировка от учебник по физика. От своя страна някои частици от веществото се наричат ​​носители на заряд. Те могат да бъдат:

• Електроните са носители на отрицателен заряд.
• Йони са положителни носители на заряд.

Но откъде идват носителите на такси? За да отговорите на този въпрос, трябва да запомните основните знания за структурата на материята. Всичко, което ни заобикаля, е материя, то се състои от молекули, нейните най -малки частици. Молекулите са изградени от атоми. Атомът се състои от ядро, около което електроните се движат по определени орбити. Молекулите също се движат хаотично. Движението и структурата на всяка от тези частици зависят от самото вещество и влиянието на околната среда върху него, например температура, стрес и т.н.

Йон се нарича атом, в който съотношението на електрони и протони се е променило. Ако атомът е първоначално неутрален, тогава йоните от своя страна се разделят на:

• Анионите са положителен йон на атом, който е загубил електрони.
• Катионите са атом с "допълнителни" електрони, свързани с атома.

Единицата за измерване на тока е Ампер, според нея се изчислява по формулата:

където U е напрежение, [V], а R е съпротивление, [Ом].

Или е правопропорционално на размера на таксата, прехвърлена за единица време:

където Q - заряд, [Cl], t - време, [s].

Условия за съществуване на електрически ток

Разбрахме какво е електрически ток, сега нека поговорим как да осигурим неговия поток. За протичането на електрически ток трябва да бъдат изпълнени две условия:

1. Наличието на безплатни носители на такси.
2. Електрическо поле.

Първото условие за съществуването и протичането на електричество зависи от веществото, в което протича (или не тече) токът, както и от неговото състояние. Второто условие също е изпълнимо: за съществуването на електрическо поле е необходимо наличието на различни потенциали, между които има среда, в която ще текат носители на заряд.

Да припомним:Напрежение, ЕМП е потенциалната разлика. От това следва, че за да се изпълнят условията за съществуване на ток - наличието на електрическо поле и електрически ток, е необходимо напрежение. Това могат да бъдат плочи на зареден кондензатор, галванична клетка, ЕМП, генерирана от магнитно поле (генератор).

Как възниква, разбрахме го, нека поговорим къде е насочено. Токът, главно в обичайната ни употреба, се движи в проводници (електрическо окабеляване в апартамент, крушки с нажежаема жичка) или в полупроводници (светодиоди, процесор на вашия смартфон и друга електроника), по -рядко в газове (флуоресцентни лампи).

Така че основните носители на заряд в повечето случаи са електрони, те се движат от минус (точка с отрицателен потенциал) към плюс (точка с положителен потенциал, ще научите повече за това по -долу).

Интересен факт е, че посоката на движение на тока е взета като движение на положителни заряди - от плюс към минус. Въпреки че всъщност всичко се случва обратното. Факт е, че решението за посоката на тока е взето преди изучаване на неговата природа, а също и преди да бъде определено поради това, което токът тече и съществува.

Електрически ток в различни среди

Вече споменахме, че в различните среди електрическият ток може да се различава по вида на носителите на заряд. Средата може да бъде разделена според естеството на проводимостта (при намаляваща проводимост):

1. Проводник (метали).
2. Полупроводник (силиций, германий, галиев арсенид и др.).
3. Диелектрик (вакуум, въздух, дестилирана вода).

В метали

В металите има безплатни носители на заряд, те понякога се наричат ​​"електрически газ". Откъде идват безплатните оператори на такси? Факт е, че метал, както всяко вещество, се състои от атоми. Атомите се движат или се колебаят по един или друг начин. Колкото по -висока е температурата на метала, толкова по -силно е това движение. В същото време самите атоми обикновено остават на местата си, всъщност образувайки структурата на метала.

В електронните обвивки на атома обикновено има няколко електрона, които имат доста слаба връзка с ядрото. Под въздействието на температурите, химичните реакции и взаимодействието на примеси, които във всеки случай са в метала, електроните се отделят от техните атоми, образуват се положително заредени йони. Отделените електрони се наричат ​​свободни и се движат хаотично.

Ако те са засегнати от електрическо поле, например, ако свържете батерия към парче метал, хаотичното движение на електроните ще стане подредено. Електроните от точката, към която е свързан отрицателният потенциал (катодът на галванична клетка например), ще започнат да се придвижват до точката с положителен потенциал.

В полупроводниците

Полупроводниците са материали, в които няма свободни носители на заряд в нормално състояние. Те са в т. Нар. Забранена зона. Но ако приложите външни сили, като например електрическо поле, топлина, различна радиация (светлина, радиация и т.н.), те преодоляват забранената зона и влизат в свободна или проводима зона. Електроните се отделят от атомите си и стават свободни, образувайки йони - положителни носители на заряд.

Положителните носители в полупроводниците се наричат ​​дупки.

Ако просто прехвърлите енергия към полупроводник, например, го затоплите, ще започне хаотичното движение на носители на заряд. Но ако говорим за полупроводникови елементи, като диод или транзистор, тогава в противоположните краища на кристала ще се появи ЕМП (върху тях се прилага метализиран слой и проводниците се запояват), но това не важи за темата на днешната статия.

Ако приложите източник на ЕМП към полупроводник, тогава носителите на заряд също ще влязат в зоната на проводимост и тяхното насочено движение също ще започне - дупките ще отидат встрани с по -нисък електрически потенциал, а електроните - в страната с голям.

Във вакуум и газ

Вакуум се нарича среда с пълно (в идеалния случай) отсъствие на газове или минималното му (в действителност) количество. Тъй като няма вещество във вакуум, няма откъде да дойдат носители на заряд. Потокът на ток във вакуум обаче поставя началото на електрониката и цяла ера от електронни елементи - вакуумни тръби. Те бяха използвани през първата половина на миналия век, а през 50 -те години започнаха постепенно да отстъпват място на транзисторите (в зависимост от конкретната област на електрониката).

Да приемем, че имаме съд, от който е изпомпван целият газ, т.е. в него има пълен вакуум. В съда са поставени два електрода, нека ги наречем анод и катод. Ако свържем отрицателния потенциал на източника на ЕМП към катода и положителния към анода, нищо няма да се случи и токът няма да тече. Но ако започнем да загряваме катода, токът ще започне да тече. Този процес се нарича термионно излъчване - излъчването на електрони от нагрятата повърхност на електрона.

Фигурата показва процеса на протичане на ток във вакуумна лампа. Във вакуумни тръби катодът се нагрява от близката нажежаема фигура (H), например в осветителна лампа.

В този случай, ако промените полярността на захранването - приложете минус към анода и приложете плюс към катода - токът няма да тече. Това ще докаже, че токът във вакуум тече поради движението на електрони от КАТОДА към АНОДА.

Газът, подобно на всяко вещество, се състои от молекули и атоми, което означава, че ако газът е под въздействието на електрическо поле, тогава при определена сила от него (йонизиращо напрежение) електроните ще бъдат отделени от атома, тогава и двата ще бъдат изпълнени условия за протичане на електрически ток - полето и свободните среди.

Както вече споменахме, този процес се нарича йонизация. Тя може да възникне не само от приложеното напрежение, но и когато газът се нагрява, рентгенови лъчи, под въздействието на ултравиолетова радиация и други неща.

Токът ще тече по въздуха, дори ако между електродите е инсталирана горелка.

Потокът на ток в инертни газове е придружен от луминесценция на газа; това явление се използва активно във флуоресцентни лампи. Потокът на електрически ток в газова среда се нарича газов разряд.

В течност

Да кажем, че имаме съд с вода, в който са поставени два електрода, към който е свързан източник на енергия. Ако водата е дестилирана, тоест чиста и не съдържа примеси, тогава тя е диелектрик. Но ако добавим малко сол, сярна киселина или друго вещество към водата, се образува електролит и през него започва да тече ток.

Електролитът е вещество, което провежда електрически ток поради дисоциация на йони.

Ако към водата се добави меден сулфат, тогава върху един от електродите (катод) ще се утаи слой мед - това се нарича електролиза, което доказва, че електрическият ток в течността се осъществява поради движението на йони - положителен и носители на отрицателен заряд.

Електролизата е физико -химичен процес, който се състои в освобождаване на компонентите, които съставляват електролита върху електродите.

Така се получава медно покритие, позлата и покритие с други метали.

Заключение

За да обобщим, за потока на електрически ток са необходими безплатни носители на заряд:

• електрони в проводници (метали) и вакуум;
• електрони и дупки в полупроводници;
• йони (аниони и катиони) в течности и газове.

За да може движението на тези носители да се подреди, е необходимо електрическо поле. С прости думи, приложете напрежение в краищата на тялото или инсталирайте два електрода в среда, където се очаква да тече електрически ток.

Заслужава да се отбележи, че токът влияе върху веществото по определен начин, има три вида експозиция:

• термичен;
• химически;
• физически.

Полезен

Насочено (подредено) движение на частици, носители на електрически заряд, в електромагнитно поле.

Какво представлява електрическият ток в различните вещества? Да вземем съответно движещи се частици:

• в метали - електрони,
• в електролити - йони (катиони и аниони),
• в газове - йони и електрони,
• във вакуум при определени условия - електрони,
• в полупроводници - дупки (електропроводимост).

Понякога електрически ток също се нарича изместващ ток, резултат от промяна в електрическото поле с течение на времето.

Електрическият ток се проявява, както следва:

• загрява проводници (явлението не се наблюдава при свръхпроводниците);
• променя химическия състав на проводника (това явление е характерно предимно за електролити);
• създава магнитно поле (проявява се във всички проводници без изключение).

Ако заредените частици се движат вътре в макроскопични тела спрямо определена среда, тогава такъв ток се нарича електрически „ток на проводимост“. Ако макроскопично заредени тела се движат (например, заредени дъждовни капки), то този ток се нарича "конвекция".

Токовете се разделят на постоянни и променливи. Има и всички видове променлив ток. При определяне на видовете ток думата "електрически" се пропуска.

• DC- ток, чиято посока и величина не се променят с течение на времето. Тя може да бъде пулсираща, например коригирана променлива, която е еднопосочна.
• Променлив ток- електрически ток, променящ се с течение на времето. Под променлив ток се разбира всеки ток, който не е постоянен ток.
• Периодичен ток- електрически ток, чиито моментни стойности се повтарят на равни интервали в непроменена последователност.
• Синусоидален ток- периодичен електрически ток, който е синусоидална функция на времето. Сред променливите токове основният е токът, чиято стойност се променя според синусоидален закон. Всеки периодичен несинусоидален ток може да бъде представен като комбинация от синусоидални хармонични компоненти (хармоници) със съответни амплитуди, честоти и начални фази. В този случай електростатичният потенциал на всеки край на проводника се променя по отношение на потенциала на другия край на проводника последователно от положителен към отрицателен и обратно, преминавайки през всички междинни потенциали (включително нулев потенциал). В резултат на това възниква ток, който непрекъснато променя посоката: когато се движи в една посока, той се увеличава, достигайки максимум, наречен стойност на амплитудата, след това намалява, за момент става равен на нула, след това отново се увеличава, но в другата посока и също достига максималната стойност, пада, за да премине отново през нула, след което цикълът на всички промени се възобновява.
• Квазистационарен ток- относително бавно променлив променлив ток, за моментните стойности на който законите на постоянните токове се задоволяват с достатъчна точност. Тези закони са законът на Ом, правилата на Кирххоф и други. Квазистационарен ток, подобно на постоянен ток, има еднаква сила на тока във всички секции на неразклонена верига. При изчисляване на веригите на квазистационарен ток поради възникващия e. и т.н. с. Индукциите на капацитета и индуктивността се вземат предвид като параметри в комбинация. Обикновените индустриални течения са квазистационарни, с изключение на токове в далекопроводи, при които условието за квазистационарност по линията не е изпълнено.
• Високочестотен ток- променлив ток (започващ от честота приблизително десетки kHz), за който такива явления стават значими, които са или полезни, определящи използването му, или вредни, срещу които се вземат необходимите мерки, като излъчване на електромагнитни вълни и кожата ефект. Освен това, ако дължината на вълната на излъчването на променлив ток стане сравнима с размерите на елементите на електрическата верига, тогава се нарушава условието за квазистационарност, което изисква специални подходи за изчисляване и проектиране на такива вериги.
• Импулсен токе периодичен електрически ток, чиято средна стойност за периода е различна от нула.
• Еднопосочен токе електрически ток, който не променя посоката си.

Вихрови токове

Вихровите токове (или токовете на Фуко) са затворени електрически токове в масивен проводник, които възникват, когато магнитният поток, проникващ в него, се променя, поради което вихровите токове са индукционни. Колкото по -бързо се променя магнитният поток, толкова по -силни са вихровите токове. Вихровите токове не текат по определени пътища в проводниците, но когато са затворени в проводник, те образуват вихрови вериги.

Наличието на вихрови токове води до ефект на кожата, тоест до факта, че променливият електрически ток и магнитният поток се разпространяват главно в повърхностния слой на проводника. Затоплянето на проводници с вихрови токове води до загуби на енергия, особено в сърцевините на AC намотките. За да се намалят загубите на енергия за вихрови токове, се използва разделянето на AC магнитни вериги на отделни плочи, изолирани една от друга и разположени перпендикулярно на посоката на вихровите токове, което ограничава възможните контури на техните пътища и значително намалява величината на тези течения. При много високи честоти вместо феромагнити за магнитни вериги се използват магнитодиелектрици, при които поради много голямото съпротивление вихровите токове практически не възникват.

Спецификации

Исторически се приема, че "" "посоката на тока" "" съвпада с посоката на движение на положителни заряди в проводника. В този случай, ако единствените носители на ток са отрицателно заредени частици (например електрони в метал), тогава посоката на тока е противоположна на посоката на движение на заредени частици.

Скорост на дрейфа на електроните

Скоростта на дрейфа на насоченото движение на частици в проводници, причинена от външно поле, зависи от материала на проводника, масата и заряда на частиците, температурата на околната среда, приложената разлика в потенциала и е много по -малка от скоростта на светлината. За 1 секунда електроните в проводника се движат поради подреденото движение с по -малко от 0,1 мм. Въпреки това скоростта на разпространение на самия електрически ток е равна на скоростта на светлината (скоростта на разпространение на фронта на електромагнитна вълна). Тоест мястото, където електроните променят скоростта си на движение след промяна на напрежението, се движи със скоростта на разпространение на електромагнитни трептения.

Сила и плътност на тока

Електрическият ток има количествени характеристики: скаларен - сила на тока и вектор - плътност на тока.

Сила на тока е физическа величина, равна на съотношението на размера на заряда

Мина за малко

през напречното сечение на проводника, до стойността на този период от време.

Силата на тока в SI се измерва в ампери (международно и руско обозначение: A).

Токът на закона на Ом

в сечението на веригата е правопропорционално на електрическото напрежение

Приложен към този участък от веригата и е обратно пропорционален на неговото съпротивление

Ако електрическият ток не е постоянен в част от веригата, тогава напрежението и силата на тока се променят постоянно, докато за обикновения променлив ток средните стойности на напрежение и ток са нула. Средната мощност на отделената топлина в този случай обаче не е равна на нула.

Затова се използват следните понятия:

• мигновено напрежение и ток, тоест действащи в даден момент.
• пиково напрежение и ток, тоест максималните абсолютни стойности
• ефективното (ефективно) напрежение и ток се определят от топлинния ефект на тока, тоест те имат същите стойности, които имат за постоянен ток със същия топлинен ефект.

Плътност на тока- вектор, чиято абсолютна стойност е равна на съотношението на тока, протичащ през определен участък от проводника, перпендикулярен на посоката на тока, на площта на този участък, а посоката на вектора съвпада с посоката на движение на положителни заряди, които образуват тока.

Според закона на Ом в диференциална форма, плътността на тока в средата

пропорционално на силата на електрическото поле

и проводимостта на средата

Мощност

При наличие на ток в проводника се работи срещу силите на съпротивление. Електрическото съпротивление на всеки проводник се състои от два компонента:

• активно съпротивление - устойчивост на генериране на топлина;
• реактивност - съпротивление, причинено от прехвърлянето на енергия към електрическо или магнитно поле (и обратно).

Обикновено по -голямата част от работата на електрически ток се генерира като топлина. Силата на топлинните загуби е стойност, равна на количеството топлина, отделяно за единица време. Съгласно закона на Джоул-Ленц, мощността на топлинните загуби в проводник е пропорционална на силата на протичащия ток и приложеното напрежение:

Мощността се измерва във ватове.

В непрекъсната среда загубите на обемна мощност

се определя от скаларното произведение на вектора на плътността на тока

и вектора на силата на електрическото поле

в този момент:

Обемната мощност се измерва във ватове на кубичен метър.

Радиационното съпротивление се причинява от генерирането на електромагнитни вълни около проводника. Това съпротивление е комплексно зависимо от формата и размера на проводника, от дължината на излъчваната вълна. За един праволинеен проводник, в който навсякъде токът със същата посока и сила и дължината на който L е много по -малка от дължината на излъчваната от него електромагнитна вълна

Зависимостта на съпротивлението от дължината на вълната и проводника е сравнително проста:

Най -използваният електрически ток със стандартна честота 50 "" Hz "" съответства на дължина на вълната от около 6 хиляди километра, поради което мощността на радиацията обикновено е незначителна в сравнение със силата на топлинните загуби. Въпреки това, с увеличаване на честотата на тока, дължината на излъчваната вълна намалява, а мощността на излъчването се увеличава съответно. Проводник, способен да излъчва наблюдавана енергия, се нарича антена.

Честота

Честотата се отнася до променлив ток, който периодично променя силата и / или посоката. Това включва и най -често използвания синусоидален ток.

Периодът на променлив ток е най -малкият интервал от време (изразен в секунди), след който промените в тока (и напрежението) се повтарят. Броят периоди, изпълнени от тока за единица време, се нарича честота. Честотата се измерва в херци, един херц (Hz) съответства на един цикъл в секунда.

Ток на отклонение

Понякога за удобство се въвежда понятието за изместващ ток. В уравненията на Максуел изместващият ток присъства наравно с тока, причинен от движението на зарядите. Интензивността на магнитното поле зависи от общия електрически ток, равен на сумата от тока на проводимост и тока на изместване. По дефиниция, плътността на тока на пристрастие

Векторно количество, пропорционално на скоростта на промяна на електрическото поле

на време:

Факт е, че когато електрическото поле се променя, както и когато тече ток, се генерира магнитно поле, което прави тези два процеса подобни помежду си. Освен това промяната в електрическото поле обикновено е придружена от пренос на енергия. Например, при зареждане и разреждане на кондензатор, въпреки факта, че няма движение на заредени частици между неговите плочи, те говорят за изместващ ток, протичащ през него, пренасящ малко енергия и затварящ електрическа верига по особен начин. Ток на отклонение

в кондензатора се определя по формулата:

Зарядът върху плочите на кондензатора,

Електрическо напрежение между плочите,

Електрическият капацитет на кондензатора.

Токът на изместване не е електрически ток, тъй като не е свързан с движението на електрически заряд.

Основни видове проводници

За разлика от диелектриците, проводниците имат свободни носители на некомпенсирани заряди, които под действието на сила, като правило, чрез разлика в електрическите потенциали, се задействат и създават електрически ток. Волта-амперната характеристика (зависимостта на силата на тока от напрежението) е най-важната характеристика на проводника. За метални проводници и електролити той има най -простата форма: силата на тока е правопропорционална на напрежението (законът на Ом).

Метали - тук носителите на тока са електроните на проводимост, които обикновено се разглеждат като електронен газ, ясно показващ квантовите свойства на изроден газ.

Плазмата е йонизиран газ. Електрическият заряд се носи от йони (положителни и отрицателни) и свободни електрони, които се образуват под действието на радиация (ултравиолетова, рентгенова и други) и (или) нагряване.

Електролитите са течни или твърди вещества и системи, в които йони присъстват във всяка забележима концентрация, които причиняват преминаването на електрически ток. Йони се образуват по време на електролитна дисоциация. При нагряване съпротивлението на електролитите намалява поради увеличаване на броя на молекулите, разложени на йони. В резултат на преминаването на ток през електролита, йоните идват към електродите и се неутрализират, като се утаяват върху тях. Законите на електролизата на Фарадей определят масата на веществото, отделяно върху електродите.

Има и електрически ток на електрони във вакуум, който се използва в катодно лъчеви устройства.

Електрически токове в природата

Атмосферното електричество е електричество, което се съдържа във въздуха. За първи път Бенджамин Франклин показа наличието на електричество във въздуха и обясни причината за гръмотевици и мълнии.

По -късно беше установено, че електричеството се натрупва при сгъстяването на парите в горните слоеве на атмосферата и се посочват следните закони, че атмосферното електричество следва:

• при ясно небе, както и при облачно, електричеството на атмосферата винаги е положително, ако на известно разстояние от мястото на наблюдение няма дъжд, градушка или сняг;
• електрическото напрежение на облаците става достатъчно силно, за да го освободи от околната среда само когато облачните пари се кондензират в дъждовни капки, което може да се докаже от факта, че няма мълнии без дъжд, сняг или градушка на мястото на наблюдение, с изключение на обратният ход на мълния;
• атмосферното електричество се увеличава с увеличаване на влажността и достига максимум при дъжд, градушка и сняг;
• мястото, където вали, е резервоар с положително електричество, заобиколен от пояс на отрицател, който от своя страна е затворен в пояс на положител. На границите на тези колани напрежението е нула.

Движението на йони под въздействието на силите на електрическото поле образува вертикален проводим ток в атмосферата със средна плътност от около (2 ÷ 3) · 10 −12 A / m².

Общият ток, протичащ по цялата повърхност на Земята, е приблизително 1800 А.

Мълнията е естествен искрен разряд. Установена е електрическата природа на полярното сияние. Светлините на Сейнт Елмо са естествен коронен електрически разряд.

Биотокове - движението на йони и електрони играе много важна роля във всички жизнени процеси. Създаденият в този случай биопотенциал съществува както на вътреклетъчно ниво, така и в отделни части на тялото и органите. Предаването на нервни импулси става с помощта на електрохимични сигнали. Някои животни (електрически лъчи, електрически змиорки) са способни да акумулират потенциал от няколкостотин волта и да го използват за самозащита.

Приложение

При изучаване на електрически ток бяха открити много от неговите свойства, които му позволиха да намери практическо приложение в различни области на човешката дейност и дори да създаде нови области, които биха били невъзможни без съществуването на електрически ток. След като беше открито практическото приложение на електрически ток и поради факта, че електрическият ток може да бъде получен по различни начини, в индустриалната сфера възникна нова концепция - електроенергийната промишленост.

Електрическият ток се използва като носител на сигнали с различна сложност и тип в различни области (телефон, радио, контролен панел, бутон за заключване на вратата и т.н.).

В някои случаи възникват нежелани електрически токове, като разсеяни токове или токове на късо съединение.

Използване на електрически ток като носител на енергия

• получаване на механична енергия във всички видове електродвигатели,
• получаване на топлинна енергия в отоплителни устройства, електрически пещи, по време на електрическо заваряване,
• получаване на светлинна енергия в осветителни и сигнални устройства,
• възбуждане на електромагнитни трептения на високочестотни, ултрависокочестотни и радиовълни,
• получаване на звук,
• получаване на различни вещества чрез електролиза, зареждане на електрически батерии. Тук електромагнитната енергия се превръща в химическа енергия,
• създаване на магнитно поле (в електромагнити).

Използването на електрически ток в медицината

• диагностика - биотоковете на здрави и болни органи са различни, докато е възможно да се определи болестта, нейните причини и да се предпише лечение. Клонът на физиологията, който изучава електрическите явления в тялото, се нарича електрофизиология.
  • Електроенцефалографията е метод за изследване на функционалното състояние на мозъка.
  • Електрокардиографията е техника за запис и изучаване на електрически полета по време на работата на сърцето.
  • Електрогастрографията е метод за изследване на двигателната активност на стомаха.
  • Електромиографията е метод за изследване на биоелектрически потенциали, възникващи в скелетните мускули.
• Лечение и реанимация: електрическа стимулация на определени области на мозъка; лечение на болестта на Паркинсон и епилепсия, също и за електрофореза. Пейсмейкър, който стимулира сърдечния мускул с импулсен ток, се използва за брадикардия и други сърдечни аритмии.

електрическа безопасност

Включва правни, социално-икономически, организационни и технически, санитарно-хигиенни, лечебно-профилактични, рехабилитационни и други мерки. Правилата за електрическа безопасност се регулират от правни и технически документи, нормативна и техническа база. Познаването на основите на електрическата безопасност е задължително за персонала, обслужващ електрически инсталации и електрическо оборудване. Човешкото тяло е проводник на електрически ток. Човешката резистентност със суха и непокътната кожа варира от 3 до 100 kOhm.

Токът, преминал през човешкия или животинския организъм, произвежда следните действия:

• термични (изгаряния, загряване и увреждане на кръвоносните съдове);
• електролитичен (разлагане на кръв, нарушаване на физико -химичния състав);
• биологични (дразнене и възбуда на телесните тъкани, гърчове)
• механичен (разкъсване на кръвоносните съдове под въздействието на налягането на парата, получено при нагряване с притока на кръв)

Основният фактор, определящ резултата от токов удар, е количеството ток, преминаващ през човешкото тяло. От съображения за безопасност електрическият ток се класифицира, както следва:

• "безопасен" "е ток, чието дългосрочно преминаване през човешкото тяло не му вреди и не предизвиква никакви усещания, стойността му не надвишава 50 μA (променлив ток 50 Hz) и 100 μA постоянен ток;
• "" Минимално възприемчивият "" човешки променлив ток е около 0,6-1,5 mA (AC 50 Hz) и 5-7 mA DC;
• прагът "" не пускане "" е минималният ток на такава сила, при която човек вече не е в състояние да издърпа ръцете си от живата част чрез усилие на волята. За променлив ток той е около 10-15 mA, за постоянен ток е 50-80 mA;
• "Праг на фибрилация" "се отнася до променлив ток (50 Hz) от около 100 mA и 300 mA DC, излагането на което за повече от 0,5 s е вероятно да причини фибрилация на сърдечните мускули. Този праг се счита едновременно за условно фатален за хората.

В Русия, в съответствие с Правилата за техническа експлоатация на електрически инсталации на потребители (Заповед на Министерството на енергетиката на Руската федерация от 13.01.2003 г. № 6 „За одобряване на Правилата за техническа експлоатация на електрически инсталации на потребители ") и Правилата за защита на труда по време на експлоатация на електрически инсталации (Заповед на Министерството на енергетиката на Руската федерация от 27.12.2000 г. N 163" За одобряване на Междуиндустриалните правила за защита на труда (правила за безопасност) по време на експлоатацията на електрически инсталации "), са създадени 5 квалификационни групи за електрическа безопасност, в зависимост от квалификацията и трудовия стаж на служителя и напрежението на електрическите инсталации.

Бележки (редактиране)

• Baumgart K.K., Електрически ток.
• КАТО. Касаткин. Електроинженерство.
• ЮГ. Синдеев. Електротехника с електронни елементи.

Електрическият ток може да бъде представен като насочено движение на заредени частици, които традиционно се приемат като носители на отрицателен заряд или електрони. Това твърдение е вярно за твърди проводници, където постоянното присъствие на свободни заредени частици се счита за норма. За течни и газообразни среди такива носители са положително заредени йони, чрез които се извършва прехвърлянето на материята.

Физическо лице

За ясно разбиране как протича токът, първо трябва да се запознаете с основните физически явления, които водят до образуването на подреден поток. Според молекулярно-атомистичната теория всички естествени тела (независимо от агрегатното им състояние) се състоят от молекули и атоми, които включват отрицателно заредени електрони.

За да се изяснят принципите на образуване на поток от заредени частици, най -удобно е да се представи съставът на физическите тела, както следва:

• Атомите, които изграждат молекулите, са условно представени под формата на ядро ​​в центъра и електрони, въртящи се около него със скоростта на светлината;
• Поради различната полярност на тези два компонента, тяхната комбинация при нормални условия има нулев заряд;

Допълнителна информация.В атомите на всеки химичен елемент броят на електроните, въртящи се в орбити, е равен на общия заряд на ядрото, което осигурява тяхната електрическа неутралност.

• В атомите на някои вещества по външните обвивки има голям брой електрони, които освен това се отстраняват от ядрото на значителни разстояния по атомни стандарти;
• В някои моменти във времето някои от тях се изхвърлят от орбитите си и започват свободно да се „скитат“ между атомите, привличайки се към съседните ядра или отблъсквайки се от електроните си.

В резултат на тези процеси се появяват свободни заряди в метални предмети, които при прилагане на електрически потенциали (напрежение) с противоположен знак започват да се движат по подреден начин.

Насоченото движение на свободни носители на заряд в твърди тела (проводници) се нарича електрически ток.

При вещества с ниско съдържание на свободни електрони това движение е или напълно невъзможно (диелектрици), или е ограничено до малка стойност. Такива материали, недостатъчно наситени с носители на електричество, се наричат ​​полупроводници.

Видове токове

Потоците от електрони, присъстващи в проводящи материали, могат да се движат през цялото време в една посока или постоянно да променят посоката си. В първия случай те образуват променливи токове, а във втория - постоянни токове.

Променливите потоци се образуват под въздействието на напрежения с различна величина и знак, приложени към краищата на проводника, а потенциална разлика с една и съща полярност се използва за получаване на сигнал с постоянен ток.

Забележка!Променящите се токове протичат през окабеляването на всеки апартамент, а пример за втория тип е еднопосочното движение на електрони в акумулатори или батерии.

Исторически погледнато в една верига с постоянен поток нейната посока се счита за движението от "плюс" на захранването към неговия "минус". Въпреки че в действителност носителите на отрицателен заряд се движат в обратна посока (от "минус" към "плюс"). Но приетата по -рано условна посока беше толкова утвърдена в съзнанието на хората, че остана непроменена, като се приеме, че стойността на този параметър е абсолютно условна.

За да разберете къде протичат променливите токове, трябва да започнете директно от тяхното определение. В тази ситуация, под влияние на променлив потенциал (напрежение), те променят посоката си с определена честота.

Важно!В руските домакински мрежи променливото напрежение има честота 50 херца. При подходяща честота, токът, преминаващ през окабеляването, също променя посоката си.

В чуждестранните електрически мрежи (по -специално в САЩ и Япония) тази честота е 60 херца, което донякъде увеличава ефективността с едновременно увеличаване на загубите в захранващите линии.

Двупосочно движение на заряди

В повечето метали, едновременно с потока на електрони, се наблюдава обратното движение на частици с противоположни знаци, образувани от положително заредени атоми. Тяхното движение съвпада с исторически установеното определение (от "плюс" до "минус"), така че при желание движението на тези съставки на материята може да се приеме като истинска посока.

Нека добавим към казаното, че в течности и газове атомни частици с различни заряди (споменатите вече йони и електрони) също се движат в противоположни посоки. Този метод за образуване на поток от частици във верига се нарича електролиза, който се използва широко в различни индустрии.

В заключение отбелязваме, че за разлика от теоретичния възглед, на практика конвенционално избраната посока на движение на електрони в определена електрическа верига е от основно значение. Всяка верига от радиоелементи, включена в нея, първоначално се изчислява за определена полярност на подаденото напрежение и следователно за дадена посока на генерирания токов сигнал.

Видео