Меню

Что необходимо чтобы в проводнике существовал электрический ток

Электрический ток в проводнике

Если в точке А (рис. 1.3) — избыток электронов в сравнении с точкой В, то говорят, что между точками А и В существует разность потенциалов, или напряжение, а источник создающий этот избыток, характеризуется потенциалом. В свою очередь потенциал это величина, которая показывает работу источника по перемещению заряда. Если соединить точки А и В каким-либо проводником, например простой проволокой, то избыточные электроны из точки А начнут перетекать в точку В, тем самым возникнет электрический ток в проводнике. То есть этот поток электронов и есть электрический ток.Разность потенциалов связана с напряжением или электродвижущей силой. То есть напряжение это и есть та самая сила, которая перемещает электроны в цепи.

Электрический ток в проводнике

Количественно ток можно выразить как сумму зарядов тех электронов, которые прошли через заданную точку. Но электрон имеет очень маленький заряд, поэтому для оценки заряда ввели единицу измерения – кулон (Кл). Один кулон равен сумме зарядов 6,25*1018 или 6250000000000000000 электронов.
Говорят, что если заряд в один кулон проходит через данную точку за 1секунду, то это значит, что через эту точку в проводнике течет электрический ток в один ампер (А). Таким образом, сила тока, как вы уже догадались, измеряется в амперах.

Точка А по причине избытка электронов имеет отрицательный потенциал, а точка В — положительный.
Поток электронов подобен потоку воды, текущему из бака А в бак В, как показано на рис. 1.4. Труба между баками является эквивалентом электрического проводника, а разность уровней воды — эквивалентом разности потенциалов между точками А и В.

Электрический ток в проводнике

Хотя электроны перетекают от отрицательного полюса к положительному, принято говорить, что электрический ток в проводнике течет от положительного полюса к отрицательному . Эта договоренность восходит к тому времени, когда о природе электрического тока было ничего не известно.
Разность потенциалов, или напряжение, измеряется в вольтах иобозначается буквой U. Величина электрического тока, как уже было сказано, измеряется в амперах и обозначается буквой I.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Источник

Урок 4. Условия существования электрического тока

электроника рисунок 4 1

И снова доброго времени суток вам, уважаемые. Без лишних прелюдий начнём наш сегодняшний разговор. Казалось бы, с причинами возникновения тока в проводнике мы давно разобрались. Поместили проводник в поле – побежали электроны, возник ток. Что еще надо. Но оказывается, чтобы этот ток существовал в проводнике постоянно, необходимо соблюдать некоторые условия. Для более ясного понимания физики процесса протекания электрического тока в проводнике рассмотрим пример.

Предположим, что у нас имеется некоторый проводник, который мы поместим в электрическое поле как показано на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Проводник в электрическом поле

Условно обозначим величину напряженности на концах проводника как E1и E2, причем E1>E2. Как мы выяснили ранее, свободные электроны в проводнике начнут двигаться в сторону большей напряженности поля, то есть в точку А. Однако со временем потенциал, образованный скоплением электронов в точке А станет таким, что создаваемое им собственное электромагнитное поле E сравняется по модулю с внешним полем, причем направления полей будут противоположными, поскольку потенциал точки В – более положительный (недостаток электронов, вызванный воздействием внешнего поля).

Поскольку результирующее действие двух одинаковых противоположных сил равно нулю: |E|+|(E)|=0, электроны прекращают упорядоченное движение, электрический ток прекращается. Для того, чтобы поток электронов был непрерывный необходимо: во-первых, приложить дополнительную силу не потенциального характера, которая бы компенсировала влияние собственного электрического поля проводника и, во-вторых, создать замкнутый контур, поскольку перемещение электронов может происходить только в проводниках (ранее мы указали, что диэлектрики хоть и имеют некоторую электропроводность, но не пропускают электрический ток) и для обеспечения постоянства компенсирующей силы необходимо постоянство полей: как внешнего так и собственного.

Начнём разбираться со второго пункта. Будем рассматривать проводник, помещенный в поле, как показано на рисунке 4.2. Предположим, что после того, как взаимодействие внешнего и собственного электромагнитных полей было скомпенсировано, мы приложили дополнительно к внешнему полю еще одно такое же поле. Суммарное действие внешнего поля составит 2•|E|. Ток в проводнике продолжит течь в том же направлении, однако ровно до того момента, пока 2•|E|>|E|, после чего электрический ток вновь прекратиться. То есть внешнее воздействие должно увеличиваться непрерывно для обеспечения протекания тока в разомкнутом проводнике, что невозможно.
Если замкнуть проводник так, чтобы одна его часть лежала вне поля, тогда за счет работы дополнительной силы помимо внешнего поля (эта сила в таком случае должна быть не потенциальной, поскольку работа потенциальной силы в замкнутом контуре равна нулю и не зависит от формы траектории), то в проводнике возникнет электрический ток, обусловленный влиянием только внешнего поля, поскольку собственно поле проводника будет полностью скомпенсировано. Именно поэтому любая электрическая цепь всегда должна быть замкнутой.

Читайте также:  Измерение токов в электрических сетях

электроника рисунок 4 2

Можно попробовать объяснить необходимость введения дополнительной силы из такого соображения: если бы мы могли заряды с конца В проводника частично перебрасывать на конец А проводника, электрический ток бы так же не прекращался. Однако, на такое «десантирование» так же требуется энергия. Значит, введение дополнительной силы всё равно необходимо. Не потенциальные силы так же называют сторонними силами. А их источники – источниками или генераторами тока.

Рисунок 4.2 – Возникновение собственного электромагнитного поля в проводнике

электроника формула 4 1

Так где же взять дополнительную силу, которая, притом, не должна быть создана полем, ведь без нее тока мы не получим? Оказывается, во время протекания химической восстановительно-окислительной реакции, например, взаимодействие диодксида свинца и разбавленной серной кислоты, происходит высвобождение свободных электронов:

Для того, чтобы «притянуть» все электроны, высвобожденные в процессе реакции к одной точки пространства, в раствор серной кислоты помещается несколько свинцовых решёток, называемых электродами. Одна часть электродов изготавливается из свинца и называется катод, другая – анод – изготавливается из диоксида свинца. Катод является источником свободных электродов для внешней цепи, а анод – приемником.

Приведённый пример соответствует известному всем автомобилистам (да и не только) устройству – свинцово-кислотному аккумулятору. Конечно, приведенный пример мало совпадает с тем, что происходит внутри аккумулятора в действительности, однако, суть возникновения тока отражает хорошо. Таким образом, между положительным анодом (мало электронов) и отрицательным катодом (много электронов) возникает электрическое поле, которое формирует сторонние силы и создаёт ток в проводнике. Эта сила зависит только от протекания химической реакции, то она практически постоянная до того момента, пока существуют элементы этой реакции – кислота и оксид свинца. Следовательно, если мы уберём электрическое поле и подключим проводник к аноду и катоду, электрический ток всё равно будет протекать из-за того, что аккумулятор создаёт стороннюю силу. Проводник будет иметь вокруг себя собственное электрическое поле, которое нужно преодолеть аккумулятору, чтобы перенести электрон от катода к аноду. В этом и есть суть сторонней силы.

Теперь рассмотрим ситуация с аккумулятором и подключенным к нему проводником.Электрическое поле совершает положительную работу по перемещению положительного заряда (мы говорим именно о положительных зарядах, так как направлению их движения соответствует направление тока) в направлении уменьшения потенциала поля. Источник тока проводит разделение электрических зарядов – на одном полюсе накапливаются положительные заряды, на другом отрицательные. Напряженность электрического поля в источнике направлена от положительного полюса к отрицательному, поэтому работа электрического поля по перемещению положительного заряда будет положительной при его движения от «плюса» к «минусу». Работа сторонних сил, наоборот, положительна в том случае, если положительные заряды перемещаются от отрицательного полюса к положительному, то есть от «минуса» к «плюсу».В этом принципиальное отличие понятий разности потенциалов и ЭДС, о котором всегда необходимо помнить.

электроника рисунок 4 3

На рисунке 4.3 показано направление протекания тока Iв проводнике, подключенному к аккумулятору – от положительного анода к отрицательному катоду, однако внутри аккумулятора сторонние силы химической реакции производят «десантирование» электронов, пришедших из внешней цепи с анода на катод и положительных ионов с катода на анод, то есть действуют против направления движения тока и направления поля.

Читайте также:  Выделение тепла при протекании электрического тока через них

Рисунок 4.3 – Демонстрация сторонних сил при возникновении электрического тока

Из сделанных выше соображений можно сделать следующий вывод: силы, действующие на заряд внутри источника тока отличны от сил, действующий внутри проводника. Соответственно, необходимо эти силы отличать друг от друга. Для характеристики сторонних сил была введена величина электродвижущей силы (ЭДС) – работы, совершаемой сторонними силами по перемещению единичного положительного заряда.Обозначается латинской буквой &#949 («эпсилон») и измеряется так же, как и разность потенциалов – в вольтах.
электроника формула 4 2
Поскольку разность потенциалов и ЭДС являются силами различного типа, можно говорить о том, что ЭДС вне выводов источника равно нулю. Хотя в обычной жизни этими тонкостями пренебрегают и говорят: «Напряжение на батарее 1.5В», хотя строго говоря напряжение на участке цепи – суммарная работа электростатических и сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда. В будущем мы еще будем сталкиваться с этими понятиями и они пригодятся нам при расчете сложных электрических цепей.

На этом, пожалуй всё, потому что урок получился чересчур нагруженным… Но понятия напряжение и ЭДС нужно уметь отличать.

  • Для существования электрического тока необходимо два условия:
    1)замкнутая электрическая цепь;
    2)наличие источника сторонних непотенциальных сил.
  • Электродвижущая сила (ЭДС) – работа, совершаемая сторонними силами по перемещению единичного положительного заряда.
  • Источники сторонних сил в электрической цепи называются так же источниками тока.
  • Положительный вывод аккумулятора называется анод, отрицательный – катод.

Задачек на этот раз не будет, лучше лишний повторить этот урок, чтобы понимать всю физику протекания тока в проводнике. Как всегда любые возникшие вопросы, предложения и пожелания можете оставлять в комментариях ниже! До новых встреч!

Источник



Вопросы § 32

Физика А.В. Перышкин

1. Что такое электрический ток?

Электрическим током называется упорядочен¬ное (направленное) движение заряженных частиц.

2. Что нужно создать в проводнике, чтобы в нём возник и существовал ток?

Чтобы в проводнике возник и существовал ток, надо создать в нем электрическое поле с помощью источников электрического тока.

3. Какие превращения энергии происходят внутри источника тока?

В источниках электрического тока происходит превращение механической, внутренней или другой энергии в электрическую в результате работы по разделению заряженных частиц.

4. Как устроен сухой гальванический элемент?

Сухой гальванический элемент содержит цинковый сосуд (Zn), внутри которого есть угольный стержень (С), помещенный в смесь оксида марганца (IV) (МnО2) и углерода, между ними находится желеобразный раствор соли (NH4CI). В ходе химической реакции цинка с хлоридом аммония цинковый сосуд заряжается отрицательно, а стержень — положительно.

5. Что является положительным и отрицательным полюсами батареи?

Корпус батареи является отрицательным полюсом, а стержень — положительным.

6. Как устроен аккумулятор?

Простейший аккумулятор состоит из двух свинцовых пластин (электродов), помещенных в раствор серной кислоты. Бывают и щелочные аккумуляторы.

7. Где применяются аккумуляторы?

Аккумуляторы применяются в мобильных телефонах, плеерах, ноутбуках, автомобилях, железнодорожных вагонах, на подводных лодках, на искусственных спутниках Земли и многих других современных устройствах.

Источник

Тест с ответами: “Электрический ток”

1. Что называют электрическим током:
а) направленное движение электронов
б) направленное движение заряженных частиц +
в) направленное движение частиц

2. Что необходимо, чтобы в проводнике возник электрический ток:
а) создание в проводнике электрического поля +
б) действие на электроны сил, вызывающих их движение
в) наэлектризовать проводник

3. Назначение источника тока:
а) создавать электрические заряды в проводнике
б) освобождать электроны в проводнике от связи с атомами
в) поддерживать существование в проводнике электрического поля +

4. Во всех источниках тока происходит этот процесс:
а) разделение положительно и отрицательно заряженных частиц +
б) скопление электронов или ионов
в) создание потоков заряженных частиц

5. Полюсами источника тока называется место, где:
а) электрические заряды взаимодействуют
б) разделяются электрические заряды
в) накапливаются электрические заряды разного знака +

Читайте также:  Ток утечки диода что это

6. Какие полюса и их количество имеет источник тока?
а) 3; положительный, отрицательный и нейтральный
б) 2; положительный и отрицательный +
в) 2; отрицательный и нейтральный

7. Для разделения в источнике тока электрических зарядов необходима такая энергия:
а) химическая
б) механическая
в) внутренняя
г) все ответы верны +

8. В гальваническом элементе разделение заряженных частиц происходит за счёт этой энергии:
а) энергии химических реакций +
б) энергии света
в) внутренней

9. Что в гальваническом элементе служит положительным электродом, а что — отрицательным:
а) положительным — слой смолы, отрицательным — цинковый сосуд
б) положительным — угольный стержень, отрицательным — цинковый сосуд +
в) положительным — угольный стержень, отрицательным — клейстер

10. Аккумулятор дает электрический ток только после того, как:
а) его зарядили от другого источника тока +
б) его согрели в теплом помещении
в) наэлектризовали его электроды

11. За направление электрического тока условно принимают то направление, по которому движутся в проводнике:
а) электроны и отрицательные ионы
б) отрицательные ионы
в) положительные ионы +

12. При протекании электрического тока через растворы солей в растворах выделяются вещества. В этом проявляется:
а) тепловое действие тока
б) химическое действие тока +
в) магнитное действие тока

13. При силе тока 4 А с электрическим сопротивлением 2 Ом, чему равно напряжение на участке цепи:
а) 8 В +
б) 2 В
в) 16 В

14. Если напряжение увеличить в 4 раза, а сопротивление остается неизменным, как изменится сила тока на участке цепи:
а) уменьшится в 4 раза
б) не изменится
в) увеличится в 4 раза +

15. Резисторы с сопротивлением 2 Ом и 3 Ом соединены последовательно. Необходимо выбрать верное утверждение:
а) сила тока в первом резисторе меньше, чем во втором
б) общее сопротивление резисторов больше 3 Ом +
в) общее сопротивление резисторов равно 1,2 Ом

16. Проволоку разрезали пополам и сложили вдвое. Её сопротивление изменится?
а) не изменится
б) увеличится в 4 раза
в) уменьшится в 4 раза +

17. Что необходимо для того чтобы в проводнике возник электрический ток:
а) только создать в нем электрическое поле +
б) только наличие в нем свободных электрических зарядов
в) только иметь потребителя электрической энергии

18. Устройство плавкого предохранителя основано на действии электрического тока:
а) на химическом
б) на тепловом +
в) на магнитном

19. В электрическую цепь включены параллельно друг другу сопротивления 2 Ом и 3 Ом. По меньшему из них течет ток 6 А. По большему – течет ток:
а) 4 А +
б) 2 А
в) 3 А

20. Сила тока измеряется в:
а) Джоулях
б) Омах
в) Амперах +

21. Каким бывает электрический ток:
а) заряженным и незаряженным
б) кратковременным и долговременным +
в) быстрым и медленным

22. В обычных условиях газ:
а) не проводит электрический ток +
б) проводит электрический ток
в) может проводить или не проводить ток в зависимости от вида газа

23. Ток начинает существовать когда:
а) когда молекулы начинают двигаться хаотично
б) появляются свободные заряды +
в) когда молекулы газа начинают сталкиваться друг с другом

24. Какие разряды электрического тока существуют:
а) самостоятельные +
б) ограниченные
в) неограниченные

25. Какой разряд можно назвать самым слабым:
а) тлеющий
б) тихий +
в) искровой

26. Что называется рекомбинацией:
а) аналогичный процесс ионизации
б) происходит одновременно с ионизацией
в) обратный процесс ионизации +

27. В результате чего возникает электрический ток в газах:
а) ионизации +
б) понижения температуры
в) расщепления молекул

28. Какой из разрядов электрического тока применяется в бактерицидных лампах:
а) дуговой
б) искровой
в) тлеющий +

29. Как называются разряды, которые существуют, пока на них действует тело из вне:
а) тлеющие разряды
б) несамостоятельные разряды +
в) самостоятельные разряды

30. Что называется электрическим полем:
а) особый вид материи, проявляющий себя в действии на электрические заряды +
б) вид материи, имеющий электрические заряды
в) особый вид материи, проявляющий себя в действии на движущиеся электрические заряды

Источник