Меню

Где можно обнаружить электрический ток

Как в реальности протекает электрический ток?

Подписка на рассылку

  • ВКонтакте
  • Facebook
  • ok
  • Twitter
  • YouTube
  • Instagram
  • Яндекс.Дзен
  • TikTok

Существование современного мира невозможно представить без электрического тока. Он обеспечивает функционирование огромного множества устройств и электроприборов, а также целых систем. Понятие «электрический ток» помогает провести аналогию между этим явлением и протеканием жидкости, что придает данному термину некоторую наглядность.
Электрический ток протекает благодаря тому, что электромагнитное поле движется вдоль проводящей среды со скоростью, примерно равной скорости света. Данное движение идет в направлении от большего потенциала к меньшему, то есть от «+» к «-». Одновременно с этим носители зарядов перемещаются с чуть медленнее и в разных направлениях (в зависимости от материала).

Как заряды движутся

Какие бывают носители зарядов?

Существуют два вида носителей зарядов – отрицательные и положительные. Заряд со знаком «минус» может иметь ионы и электроны, а положительный заряд в основном имеют только ионы. Отрицательные заряды перемещаются в направлении большему потенциала, а положительные – наоборот. Это движение и приводит к появлению электрического тока.
Данная неопределенность устранена в общепринятом правиле, которое гласит, что ток всегда протекает от «+» к «-», вне зависимости от типа зарядов.

заряды движутся

Как заряды движутся в металлах?

Почти все металлы, применяемые в электротехнике, не содержат ионов, поскольку пребывают в твердом состоянии.
Для них свойственна проводимость электронного типа. Это означает, что свободные электроны, выступающие в роли носителей зарядов, движутся в направлении, обратном току.

Металлы обладают относительно низким электрическим сопротивлением. Если разность потенциалов отсутствует, электрическое поле срывает электроны со своих орбит. По этой причине при небольшой разности потенциалов возникает значимое количество носителей зарядов.

ионы

Как заряды движутся в полупроводниках?

Полупроводники имеют гораздо более низкую проводимость, чем металлы (в условиях комнатной температуры). Существуют полупроводники двух типов – n и p. Полупроводники первого типа содержат избыток электронов. Когда они переходят к p-типу, возникает их недостаток. Остальные электроны без особых трудностей перемещаются по своим возможным местам внутри атома. Это равноценно движению зарядов со знаком «+».
Поскольку в полупроводниках электроны слабо связаны с атомами, при повышении температуры изменяется количество несвязанных электронов, и проводимость полупроводника быстро возрастает.
Вывод: в полупроводниках заряды могут двигаться в направлении протекания тока или же в противоположном направлении (p- и n-тип соответственно).

Как заряды движутся в газах и жидкостях?

В жидкостях и газах носителями зарядов выступают ионы, которые бывают отрицательными (так называемые катионы) и положительными (анионы). Если количество катионов больше, они движутся обратно направлению тока. Если же преобладают анионы, их движение совпадает с направлением тока.

Источник

Никто не может увидеть электричество

Это утверждение спорное. Например, молнии в небе не увидит только слепой, а разряд дугового тока может привести к слепоте, если посмотреть на него хотя бы пару секунд.

Но небольшая поправка — мы наблюдаем вовсе не движение электронов, которое и составляет электричество, а ионизированный газ, испускающий световые частицы — фотоны, которые мы видим прекрасно.

Никто не может увидеть электричество

Словом, мы видим последствия электричества, а не то, что оно представляет собой на самом деле. Но есть существа, которые видят или, точнее, воспринимают именно это движение электронов, абсолютно неразличимое в обычном спектре световых лучей. Таких существ известно множество.

Опишем двух из них. Первое — это акула, обладатель многих поразительных способностей. Помимо многочисленных достоинств, у нее присутствует и эта особенность — обнаруживать при помощи специальных рецепторов — пузырьков Лоренцини — слабые электротоки, которые генерируют животные при движении.

Как известно, передача сигналов в нервных волокнах основана на электрохимической природе, то есть организм любого существа, имеющий нервную систему, непрерывно излучает электромагнитные волны. Она чрезвычайно мала, но ее можно легко обнаружить, приложив к коже животного достаточно чувствительный прибор, как это сделал в свое время знаменитый Гальвани. Акула же обходится безо всяких приборов.

Рыба-молот

Рыба-молот

Эти пузырьки распределены у нее на передней части головы и чувствительнее любого прибора. Она может обнаружить напряжение 0,005 милливольта на достаточном расстоянии. Это значит, что она увидит добычу, если та лежит, абсолютно не двигаясь, под слоем грунта. Именно так акула отлавливает спрятавшуюся камбалу. Строение головы одного из видов акул — рыбы-молота — имеет под собой основу именно в расположении этих рецепторов: она образует широкую Т-образную лопасть для увеличения сканируемой поверхности. Хотя можно сказать, что рыбы не видят этих сигналов, а скорее слышат, поскольку сеть рецепторов подключена к слуховому нерву.

Утконос

Утконос

Второе из этих электрочувствительных животных не рыба, а млекопитающее. Не менее знаменитый утконос, яйцекладущее примитивное теплокровное, также умеет различать электрические импульсы при помощи своего уникального клюва, на поверхности которого находятся все те же рецепторы. Он, например, запросто находит заряженную батарейку, лежащую в толстом слое ила, тогда как на обесточенную и внимания не обращает. Такое чувство электричества ему нужно затем же, зачем и акуле, — находить замаскированную добычу в непрозрачной воде или тине.

Читайте также:  Недостатки электрических машин постоянного тока

Источник



Где можно обнаружить электрический ток

Любые ремонтные работы, связанные со сверлением и штраблением стен, требуют четкого понимания того, где проложены провода. Как же найти скрытую проводку?

Чтобы не портить дизайн интерьера неэстетичными проводами, их укладывают в штрабы и закрывают слоем гипсового раствора или алебастра, после чего выравнивают поверхность. Согласно Правилам устройства электроустановок (ПЭУ) кабель можно прокладывать только под прямыми углами. Диагонали, пересечения или другие «градусы» категорически запрещены. Но понимание того, что токопроводящая жила подведена к розетке/выключателю вертикально или горизонтально, не особенно помогает в поисках. Да и попытки определить замаскированную штрабу визуально не всегда заканчиваются успешно. Остается прибегнуть к помощи специальных приборов.

1. Индикаторная отвертка

Простой и доступный по цене инструмент, который реагирует на электромагнитные волны, идущие от кабеля под напряжением. Чтобы найти скрытую в толще стены проводку, необходимо «кнопкой» прислонить ее вплотную к стене и поводить в разные стороны. При обнаружении токопроводящей жилы загорится светодиод.

Как правило, отвертка-индикатор имеет три режима: «О» — определение фазы в питающей сети, «L» — поиск электропроводки с малой чувствительностью, и «Н» — поиск электропроводки с повышенной чувствительностью. Зона охвата устройства составляет 10-20 см.

Минус отвертки-индикатора состоит в том, что она довольно «слабая», и вряд ли обнаружит проводку, проложенную в стене более чем на 1-2 см. И, конечно же, найти обесточенные или экранированные провода ей не под силу.

2. Электромагнитный детектор проводки

Это устройство «видит» электромагнитное поле провода под напряжением 1 кВт и выше. А значит, прежде чем искать электрокабель, его нужно нагрузить. То есть включить все лампочки и подключить к розеткам бытовые приборы. Это — обязательное условие. Глубина поиска электромагнитного детектора проводки варьируется от 1 до 7,5 см.

В обращении детектор предельно прост. На его корпусе есть два светодиода — синий/зеленый и красный. Первый загорается, когда прибор находит электромагнитное поле, то есть кабель. А второй — когда расстояние до его источника сокращается до минимума.

Наиболее совершенные приборы имеют несколько режимов чувствительности. Но при этом следует учитывать, что чем чувствительнее детектор, тем больше он подвержен воздействию помех, которые могут вызывать, в частности, металлические предметы. Влажность поверхности тоже мешает поиску скрытой проводки. Так что, если стена по тем или иным причинам отсырела, исследования лучше отложить до ее полного высыхания.

Чтобы точно определить, где находится проводка, стену желательно промерить несколько раз

3. Металлодетектор

Прибор реагирует на алюминиевую или медную жилу внутри электрокабеля, для чего детектор создает собственное электромагнитное поле, которое в свою очередь создает наведенное электромагнитное поле вокруг проводников поблизости от излучателя детектора. А уже это поле улавливается электромагнитным приемником детектора.

Металлодетектор позволяет искать не только исправную проводку под напряжением, но и оборванный кабель, и это безусловное преимущество. Минусом прибора является то, что он реагирует на любые металлические предметы — гвозди, саморезы и, конечно же, арматуру. Так что искать проводку в бетонных стенах с его помощью не стоит.

Наиболее совершенные металлодетекторы могут «понять», какой именно металл обнаружен. Это облегчает процесс поиска электропроводки

4. Универсальный детектор

Этот прибор способен находить не только скрытую проводку (как под напряжением, так и без) но также реагировать на скрытые в толще стены инородные материалы — цветные и черные металлы, дерево, пластик и т.д.

Универсальный детектор — довольно сложный прибор, генерирующий магнитное поле и улавливающий его изменения при прохождении через различные среды. Например, железо усиливает электромагнитное поле, а алюминий — снижает. Анализируя полученные сигналы, устройство приводит довольно точные данные.

Стоит отметить, что при исследовании стены могут возникать некоторые сложности. Например, если два кабеля проложены рядом, детектор может определить их как один. Но этим «грешат» лишь бытовые модели. Профессиональные отличаются максимальной точностью. Правда, и стоят они довольно дорого. Покупать высокотехнологичный девайс для разового определения скрытой проводки нерационально.

Перед поиском скрытой проводки желательно протестировать детектор на конструкции, в которой положение электропроводки уже известно

5. Мультиметр

Мультиметр представляет собой универсальный прибор, объединяющей вольтметр, амперметр и омметр для измерения напряжения, силы тока и сопротивления соответственно. Для поиска скрытых проводов его придется модифицировать, подключив полевой транзистор. Он имеет три вывода — затвор, исток и сток. Затвор служит антенной (поэтому его обычно удлиняют), а к истоку и стоку подсоединяют отводы мультиметра.

Читайте также:  Определить величину тока который пройдет через тело человека

При поиске проводки прибор переводят в режим работы омметра, не обращая внимания на полярность. Антенну подносят к стене и проводят исследования, отслеживая текущие показания. Любое их изменение укажет на близкое расположение электрокабеля.

6. Радиоприемник

Если под рукой нет ни одного из описанных выше приборов, а определить место проводки нужно хотя бы приблизительно, делу поможет обычный радиоприемник. Его включают и настраивают на частоту 100 Гц. Вытянутую антенну используют как щуп. Если в толще стены обнаружится провод под напряжением, появятся характерные помехи — треск, усиливающийся по мере приближения к кабелю. Кстати, тот же эффект даст работающий слуховой аппарат.

7. Смартфон/планшет

Для мобильных телефонов и планшетов, работающих на ОС Android или iOS, существуют специальные приложения, которые превращают устройство в некое подобие металлодетектора. Для исследования нужно запустить программу и поднести девайс к поверхности стены. При помощи встроенного датчика он найдет кабель. или любой другой металлический предмет. Насколько точны будут полученные данные, сказать трудно, и все же этот способ имеет право на жизнь.

Лучше всего детекторы определяют объект, лежащий близко к поверхности. Чем глубже замурован кабель, тем труднее определить его местонахождение

Источник

Что такое электрический ток

Когда мы произносим словосочетание «электрический ток», то обычно имеем ввиду самые разные проявления электричества. Ток течет по проводам высоковольтных линий электропередач, ток вращает стартер и заряжает аккумулятор в нашем автомобиле, молния во время грозы — это тоже электрический ток.

Что такое электрический ток

Электролиз, электросварка, искры статического электричества на расческе, по спирали лампы накаливания течет ток, и даже в крохотном карманном фонарике через светодиод течет крохотный ток. Что и говорить о нашем сердце, которое также генерирует небольшой электрический ток, особенно это заметно во время прохождения процедуры ЭКГ.

В физике электрическим током принято называть упорядоченное движение заряженных частиц и в принципе любых носителей электрического заряда. Движущийся вокруг атомного ядра электрон — это тоже ток. И заряженная эбонитовая палочка, если держать ее в руке и двигать из стороны в сторону — также станет источником тока: не равный нулю заряд есть и он движется.

Физические аналогии между течением воды в системе водоснабжения и электрическим током: Электропроводка и трубопровод

Электропроводка и трубопровод: аналогии и различия

Постоянный ток

Ток течет по проводам бытовых электроприборов питающихся от розетки — электроны перемещаются туда-сюда 50 раз за секунду — это называется переменным током.

Высокочастотные сигналы внутри электронных приборов — это тоже электрический ток, поскольку электроны и дырки (носители положительного заряда) перемещаются внутри схемы.

Любой электрический ток порождает своим существованием магнитное поле. Вокруг проводника с током оно обязательно присутствует. Не существует магнитного поля без тока и тока без магнитного поля.

Даже если магнитного поля вокруг тока не наблюдается, это лишь значит что магнитные поля двух токов в момент наблюдения взаимно скомпенсированы, как в двужильном проводе любого электрического чайника — переменные токи в каждый момент направлены в противоположные стороны и текут параллельно друг другу — их магнитные поля друг друга нейтрализуют. Это называется принципом наложения (суперпозиции) магнитных полей.

Практически для существования электрического тока необходимо наличие электрического поля, потенциального или вихревого. Исключительно редко заряды перемещаются чисто механическим образом (как например в генераторе Ван Де Граафа — наэлектризованной резиновой лентой).

Генератор Ван Де Граафа:

Генератор Ван Де Граафа

Если электрический ток представляет собой направленное движение электрически заряженных частиц, то нужно найти ответ на вопрос, что приводит эти частицы в движение.

Если рассмотреть некоторую замкнутую систему, в которой циркулирует вода, то в этой системе должен быть насос, который сообщает частицам воды энергию и заставляет их двигаться по трубопроводам. Частицы воды в процессе их циркуляции отдают полученную ими энергию (затрачивая ее, например, на преодоление сил трения). Когда же частицы воды вновь возвращаются к насосу, то в отличие от своего исходного состояния они обладают меньшей энергией.

Если уподобить электроны частицам воды, то аналогично можно представить себе процессы, протекающие в электрической цепи. В этом случае водяному насосу будет соответствовать некий «насос для электронов», или источник электрической энергии, а трубопроводам будут соответствовать провода. Следует особо подчеркнуть то обстоятельство, что в электрической цепи электроны не производятся, а просто в каждом проводнике имеются свободные высокоподвижные электроны.

Если на некотором участке цепи носители зарядов получают энергию, то принято говорить, что этот участок цепи — источник, развивающий электродвижущую силу (ЭДС).

Итак, в электрическом поле заряженная частица испытывает действие электрической силы, которая у источников тока называется ЭДС — электродвижущая сила. ЭДС измеряется в вольтах как и напряжение между двумя точками электрической цепи. Чем больше напряжение приложенное к потребителю — тем больший электрический ток это напряжение способно вызвать.

Читайте также:  Вынужденные колебания переменный ток в осветительной сети

Переменное напряжение порождает в проводнике, к которому оно приложено, переменный ток, поскольку электрическое поле, приложенное к носителям заряда, будет в этом случае также переменным. Постоянное напряжение — условие существования в проводнике тока постоянного.

Высокочастотное напряжение (изменяющее свое направление сотни тысяч раз за секунду) также способствует переменному току в проводниках, но чем выше частота — тем меньше носителей заряда участвуют в создании тока в толще проводника, поскольку электрическое поле действующее на заряженные частицы вытесняется ближе к поверхности, и получается что ток течет не в проводнике, а по его поверхности. Это называется скин-эффект.

Вакуумные лампы

Электрический ток может существовать в вакууме, в проводниках, в электролитах, в полупроводниках и даже в диэлектриках (ток смещения). Правда в диэлектриках постоянного тока быть не может, поскольку в них заряды не имеют возможности к свободному перемещению, а способны лишь смещаться в пределах внутримолекулярного расстояния от своего первоначального положения под действием приложенного электрического поля.

Настоящий электрический ток всегда предполагает возможность свободного перемещения электрических зарядов под действием электрического поля. Смотрите — условия существования электрического тока.

В металлических проводниках электрический ток представляет собой движение «свободных» электронов, причем электроны движутся в направлении, противоположном условному направлению тока (т. к. за направление тока условно принято направления движения зарядов).

Электрический ток в газах представляет собой движение положительных ионов в одном направлении, а электронов (и отрицательных ионов) в другом направлении. Наконец, электрический ток в электролитах представляет собой движение существующих в жидкости положительных и отрицательных ионов в противоположных направлениях.

Сила электрического тока — количество электричества, прошедшее через все поперечное сечение тока за 1 сек., зависит, с одной стороны, от количества движущихся зарядов, а с другой — от средней скорости их регулярного движения.

В металлических проводниках количество движущихся зарядов (свободных электронов) чрезвычайно велико (порядка 10 23 в 1 см 3 ), но зато средняя скорость регулярного движения очень мала (при самых сильных токах, которые может выдержать проводник, эта средняя скорость имеет величину порядка сантиметра в секунду). Обычно несколько меньше количество движущихся зарядов в жидкостях и соответственно их средние скорости несколько больше.

В газах же вследствие их гораздо меньшей плотности и вследствие того, что только небольшая доля всех молекул газа оказывается ионизированной, количество движущихся зарядов гораздо меньше, но зато средние скорости движения электронов и ионов гораздо больше, чем в металлических проводниках, и достигают сотен и даже тысяч километров в секунду.

Понятие «электрический ток» ввел итальянский физик Алессандро Вольта. Электрический ток, или по его версии «электрический флюид» протекал в замкнутой цепи, соединяющей металлическим проводником крайние кружки вольтова столба.

«Вотльтов столб» (1800 г.) был первый источник электричества неэлектростатического типа (источник постоянного электрического тока), который состоял из чередующихся между собой медных и цинковых кружков, разделенных суконными прокладками, смоченными подкисленной водой или кислотой.

Вольтов столб

Существование неизменного высокого потенциала на вольтовом столбе было явлением для того времени совершенно новым. Это был первый химический источник электричества, потенциал которого был постоянен во времени и не требовал каких-либо приемов электризации для его возобновления.

Вольтов столб, составленный из большого количества кружков, имел на концах достаточно высокий потенциал, который можно было обнаружить не только измерительными приборами (в частности электроскопом), но и прикоснувшись к крайним кружкам руками. При этом ощущался сильный электрический удар, как от лейденской банки.

Открытие Вольты очень быстро распространилось в физике, стало предметом дальнейших исследований. В 1800 г. ученые-физики с помощью вольтова столба обнаружили электрохимическое действие тока, и в частности разложение под действием тока воды на кислород и водород. Опыты с гальваническими элементами позволили обнаружить, кроме химических, и другие новые свойства тока, в том числе его тепловое и магнитное действие.

Французский физик А. М. Ампер посвятил ряд своих работ изучению связи электрического тока и магнетизма. Он обнаружил, что два проводника с током испытывают взаимное воздействие — притяжение или отталкивание в зависимости от направления в них токов. Своими работами он заложил основы электродинамики.

Он предложил термин «электрический ток» и ввел понятие о его направлении, совпадающем с движением положительного электричества. В честь А. М. Ампера названа единица измерения электрического тока. Ампер является одной из семи основных единиц системы СИ.

Электрический ток обладает рядом свойств, которые могут быть эффективно использованы во многих практических случаях. К таким свойствам относятся трансформация простыми техническими средствами энергии электрического тока в энергию других видов (тепловую, световую, механическую, химическую) и возможность передачи ее на большие расстояния, быстрота распространения.

Источник