Как появляется ток: Страница не найдена — Сам электрик

определение, единицы измерения, переменный и постоянный

Пример HTML-страницы

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Электрическим током называют направленное перемещение заряженных частиц, которое происходит под влиянием электрического поля.

Содержание

1. Как образуется электрический ток?
2. В каким материалах возникает ток?
3. Возникновение тока в различных материалах
4. От чего зависит электрический ток?
5. В чем измеряется электрический ток? Единицы измерения
6. Постоянный и переменный ток

Как образуется электрический ток?

Электрический ток появляется в веществе при условии наличия свободных (несвязанных) заряженных частиц. Носители заряда могут присутствовать в среде изначально, либо образовываться при содействии внешних факторов (ионизаторов, электромагнитного поля, температуры).

В отсутствие электрического поля их передвижения хаотичны, а при подключении к двум точкам вещества разности потенциалов становятся направленными – от одного потенциала к другому.

Количество таких частиц влияет на проводимость материала – различают проводники, полупроводники, диэлектрики, изоляторы.

В каким материалах возникает ток?

Процессы образования электрического тока в различных средах имеют свои особенности:

1. В металлах заряд перемещают свободные отрицательно заряженные частицы – электроны. Переноса самого вещества не происходит – ионы металла остаются в своих узлах кристаллической решетки. При нагревании хаотичные колебания ионов близ положения равновесия усиливаются, что мешает упорядоченному движению электронов, — проводимость металла уменьшается.
2. В жидкостях (электролитах) носителями заряда являются ионы – заряженные атомы и распавшиеся молекулы, образование которых вызвано электролитической диссоциацией. Упорядоченное движение в этом случае представляет собой их перемещение к противоположно заряженным электродам, на которых они нейтрализуются и оседают.
   

   Катионы (положительные ионы) движутся к катоду (минусовому электроду), анионы (отрицательные ионы) – к аноду (плюсовому электроду).  При повышении температуры проводимость электролита возрастает, так как растет число разложившихся на ионы молекул.

3. В газах под действием разности потенциалов образуется плазма. Заряженными частицами являются ионы, плюсовые и минусовые, и свободные электроны, образующиеся под воздействием ионизатора.
4. В вакууме электрический ток существует в виде потока электронов, которые движутся от катода к аноду.
5. В полупроводниках в направленном движении участвуют электроны, перемещающиеся от одного атома к другому, и образующиеся при этом вакантные места – дырки, которые условно считают плюсовыми.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

При низких температурах полупроводники приближаются по свойствам к изоляторам, так как электроны заняты ковалентными связями атомов кристаллической решетки. При увеличении температуры валентные электроны получают достаточную для разрыва связей энергию, и становятся свободными. Соответственно, чем выше температура – тем лучше проводимость полупроводника.

Посмотрите видео ниже с подробным рассказом об электрическом токе:

Возникновение тока в различных материалах

От чего зависит электрический ток?

На количество свободных заряженных частиц и на скорость их упорядоченного передвижения влияют следующие факторы:

1. Материал проводящего вещества;
2. Заряд и масса частиц;
3. Величина разности потенциалов;
4. Окружающая температура;
5. Наличие дополнительных внешних факторов – магнитного поля, ионизирующего излучения.

В чем измеряется электрический ток? Единицы измерения

Для измерения электрического тока пользуются понятиями силы тока и его плотности. Измеряется сила тока специальным приборам — амперметром.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Сила тока измеряется в Амперах (А) и представляет собой величину заряда, который проходит через поперечное сечение проводящего материала за единицу времени. Единица измерения силы тока называется Ампер (А). Один ампер приравнивают к отношению одного Кулона (Кл) к одной секунде.

Плотностью тока называют отношение силы тока к площади этого сечения. Единицей измерения измеряют в Амперах на квадратный метр (А/м2).

Ниже представлено видео о силе электрического тока в рамках школьной программы:

Постоянный и переменный ток

Электрический ток, который всегда имеет одно направление, называется постоянным. Если же периодически он устремляется в обратную сторону, а также меняет свою величину, то называется переменным.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Сети с переменным током используют для передачи энергии по проводам на значительные расстояния. Это связанно с тем, что переменный ток легко трансформируется по классам напряжения, т. е. для того чтобы передать большое количество энергии необходимо высокое напряжение и провод или кабель с небольшим сечением. Сети постоянного тока больше распространены в Европе, т.к. там нет больших расстояний как в России.

Генерация такого тока основана на явлении электромагнитной индукции. Происходит она за счет вращения магнита вокруг катушки с замкнутым проводящим контуром. Поэтому сила переменного тока при разворачивании ее по времени представляет собой синусоиду.

Действие электрического тока

Наличие тока в электроцепи всегда проявляется каким-либо действием. Например, работа при конкретной нагрузке или какое-то сопутствующее явление. Следовательно, именно действие электротока говорит о его присутствии как таковом в той или иной электроцепи. То есть, если работает нагрузка, то ток имеет место быть. 

Известно, что электрический ток вызывает различного рода действия. Например, к таковым относятся тепловые, химические, магнитные, механические или световые. При этом различные действия электрического тока способны проявлять себя одновременно. Более подробно о всех проявлениях мы расскажем Вам в данном материале.

Тепловое явление

Известно, что температура проводника повышается при прохождении через него тока. В качестве таких проводников выступают различные металлы или их расплавы, полуметаллы или полупроводники, а также электролиты и плазма. Например, при пропускании через проволоку из нихрома электрического тока происходит ее сильное нагревание. Данное явление используют в приборах нагрева, а именно: в электрических чайниках, кипятильниках, обогревателях и т.п. Электродуговая сварка отличается самой большой температурой, а именно нагрев электродуги может достигать до 7 000 градусов по Цельсию. При такой температуре достигается легкое расплавление металла. 

Количество выделяемой теплоты напрямую зависит от того, какое напряжение было приложено к данному участку, а также от электротока и времени его прохождения по цепи.  

Для расчета объемов выделяемой теплоты используется или напряжение, или сила тока. При этом необходимо знание показателя сопротивления в электроцепи, поскольку именно оно провоцирует нагрев из-за ограничения тока. Также количество тепла можно определить при помощи тока и напряжения.

Химическое явление

Химическое действие электротока заключается в электролизе ионов в электролите. Анод при электролизе присоединяет к себе анионы, катод – катионы. 

Иными словами, во время электролиза на электродах источника тока происходит выделение определенных веществ.

Приведем пример: в кислотный, щелочной или же солевой раствор опускаются два электрода. После пропускается по электроцепи ток, что провоцирует создание положительного заряда на одном из электродов, на другом – отрицательного. Ионы, которые находятся в растворе, откладываются на электроде с иным зарядом. 

Химическое действие электротока применяется в промышленности. Так, используя данное явление, осуществляют разложение воды на кислород и водород. Кроме того, при помощи электролиза получают металлы в их чистом виде, а также осуществляют гальваническое покрытие поверхности. 

Магнитное явление

Электрический ток в проводнике любого агрегатного состояния создает магнитное поле. Иными словами, проводник при электрическом токе наделяется магнитными свойствами.

Таким образом, если к проводнику, в котором протекает электроток, приблизить магнитную стрелку компаса, то та начнет поворачиваться и займет к проводнику перпендикулярное положение. Если же на сердечник из железа намотать данный проводник и пропустить сквозь него постоянный ток, то данный сердечник примет свойства электромагнита. 

Природа магнитного поля всегда заключается в наличии электрического тока. Объясним: движущиеся заряды (заряженные частицы) образуют магнитное поле. При этом токи противоположного направления отталкиваются, а одинакового направления – притягиваются.

Данное взаимодействие обосновано магнитным и механическим взаимодействием магнитных полей электротоков. Выходит, что магнитное взаимодействие токов первостепенно. 

Магнитное действие применяется в трансформаторах и электромагнитах. 

Световое явление

Самый простой пример светового действия – лампа накаливания. В данном источнике света спираль достигает нужной температурной величины посредством проходящего сквозь нее тока до состояния белого каления. Тем самым и излучается свет. В традиционной лампочке накаливания всего лишь пять процентов всей электроэнергии расходуется на свет, остальная же львиная доля преобразуется в тепло. 

Более современные аналоги, например, люминесцентные лампы наиболее эффективно преобразуют электроэнергию в свет. То есть, около двадцати процентов всей энергии лежит в основе света. Люминофор принимает УФ-излучение, идущее от разряда, что возникает в ртутных парах или в инертных газах.

 

Самая эффективная реализация светового действия тока происходит в светодиодных источниках света. Электрический ток, проходя через pn-переход, провоцирует рекомбинацию носителей заряда с излучением фотонов. Лучшими led излучателями света являются прямозонные полупроводники. Изменяя состав данных полупроводников, возможно создание светодиодов для различных световых волн (разной длины и диапазона). Коэффициент полезного действия светодиода достигает 50 процентов. 

Механическое явление

Напомним, что вокруг проводника с электрическим током возникает магнитное поле. Все магнитные действия преобразуются в движение. Примером служат электрические двигатели, магнитные подъемные установки, реле и др.

В 1820 году Андре Мари Ампер вывел известный всем «Закон Ампера», который как раз описывает механическое действие одного электротока на другой. 

Данный закон гласит, что параллельные проводники с электрическим током одинакового направления испытывают притяжение друг другу, а противоположного направления, наоборот, отталкивание.  

Также закон ампера определяет величину силы, с которой магнитное поле воздействует на небольшой отрезок проводника с электротоком. Именно данная сила лежит в основе функционирования электрического двигателя.

Статьи по теме: 

• Что такое проводник и диэлектрик?
• Электрический ток и его скорость
• Что такое электролитическое заземление?

Понимание течения электрического тока

Для большинства людей электричество — это таинственная сила, которая каким-то волшебным образом появляется, когда мы щелкаем выключателем или подключаем электроприбор. Тем не менее, хотя наука, стоящая за потоком электричества, очень сложна, основы электрического потока или тока

, легко понять, если вы изучите некоторые ключевые термины и функции. Это также помогает сравнить поток электричества по проводам с потоком воды по трубам. Хотя аналогия не идеальна, многие характеристики электрического потока в проводах цепи аналогичны потоку воды в водопроводной системе.

Вот что вам нужно знать о том, как течет электричество.

• 01 05

  Движущиеся электроны

  Шариф Тарабай / Getty Images

  То, что мы называем электрическим током, происходит на уровне частиц между атомами проводящего материала — в бытовой цепи это медная проводка. В каждом атоме есть три типа частиц: нейтроны, протоны (несущие положительный электромагнитный заряд) и электроны (несущие отрицательный заряд). Важнейшей частицей здесь является электрон, поскольку он обладает уникальной способностью отделяться от своего атома и перемещаться к соседнему атому. Этот поток электронов создает электрический ток — скачок отрицательно заряженных электронов от атома к атому.

  Как работают генераторы

  Что приводит электроны в движение? Физика сложна, но, по сути, электрический ток в проводах цепи возможен благодаря генератору коммунальных услуг (турбине, питаемой ветром, водой, атомным реактором или сжиганием ископаемого топлива). В 1831 году Майкл Фарадей обнаружил, что электрические заряды возникают, когда материал, проводящий электричество (металлическая проволока), перемещается в магнитном поле. Это принцип, по которому работают современные генераторы: турбины, питаемые от падающей воды или пара, создаваемого ядерными реакторами, вращают огромные витки металлической проволоки внутри гигантских магнитов, создавая тем самым электрические заряды.

  При установлении этого массивного электрического поля положительных и отрицательных зарядов электроны в проводах по всей энергосистеме начинают действовать и начинают течь в ритме с электрическим полем. Когда вы щелкаете выключателем, включаете лампу или тостер, вы на самом деле подключаетесь к огромному потоку электронов, который вытягивается и выталкивается коммунальными генераторами, которые могут быть в сотнях миль от вас.

  Электрические генераторы иногда сравнивают с водяными насосами — они не производят электричество (точно так же, как водяной насос не создает воду), но они делают возможным поток электронов.

• 02 05

  Ток = Поток электроэнергии

   Виктор Де Шванберг/Science Photo Library/Getty Images

  Термин ток относится к простому потоку электронов в цепи или электрической системе. Вы также можете сравнить электрический ток с количеством или объемом воды, протекающей по водопроводной трубе. Электрический ток измеряется в амперах или амперах.

  Переменный и постоянный ток

  Электрический ток бывает двух видов: переменный ток (AC) и постоянный ток (DC). Технически постоянный ток течет только в одном направлении, а переменный ток меняет направление. Говоря повседневным языком, переменный ток — это форма электричества, создаваемого генератором, который питает освещение, приборы и розетки в вашем доме, а постоянный ток — это форма энергии, обеспечиваемая батареями.

  Например, ваши фонарики — это системы постоянного тока, в то время как в домашних розетках используется система переменного тока.

  Многие возобновляемые источники энергии, такие как солнечные и ветряные генераторы, производят электричество постоянного тока, которое преобразуется в переменный ток для использования в домашних условиях. Аккумулятор автомобиля представляет собой систему постоянного тока, используемую для запуска двигателя, но как только двигатель запускается, электрическая система автомобиля имеет генератор переменного тока, который начинает создавать переменный ток для работы различных систем.

• 03 из 05

  Напряжение = Давление

  Марек Ягода / EyeEm / Getty Images

  Напряжение, также известное как электродвижущая сила часто определяется как давление электронов в системе. Его можно сравнить с давлением воды в трубе. Стандартные электрические цепи в вашем доме имеют напряжение около 120 вольт (фактическое напряжение может варьироваться от 115 до 125 вольт) или 240 вольт (фактический диапазон: от 230 до 250 вольт). Большинство осветительных приборов и розеток питаются от цепей на 120 вольт, в то время как сушилки, плиты и другие крупные приборы обычно используют цепи на 240 вольт.

• 04 из 05

  Мощность = Скорость потока

  Том Чанс / Getty Images

  Термин «мощность» относится к скорости , с которой электрическая энергия рассеивается, или потребляется. Общее количество электроэнергии, потребляемой электрической системой в вашем доме, считывается с помощью электросчетчика коммунальной компании. Она измеряется в киловатт-часах или 1000 ватт-часов, и именно так вам выставляется счет.

  Каждое электрическое устройство, такое как светильник или электроприбор, имеет коэффициент использования, измеряемый в ваттах. Например, 100-ваттная лампочка, горящая 10 часов, потребляет один киловатт-час электроэнергии.

  Амперы, вольты и ватты существуют в математической зависимости друг от друга, выражаемой следующим образом: Вт = Вольт x Ампер

  Если прибор рассчитан на 120 вольт и 10 ампер, он будет потреблять до 1200 ватт во время работы: 120 вольт x 10 ампер = 1200 ватт.

• 05 из 05

  Ом = сопротивление

  Стэнли К. Патц / Getty Images

  Ом является измерением сопротивления потоку электронов через проводящий материал. Чем выше сопротивление, тем меньше поток электронов. Это сопротивление вызывает выделение определенного количества тепла в цепи. Например, фен дует горячим воздухом из-за сопротивления внутренней проводки, которая выделяет тепло. И именно сопротивление в крошечных проводах лампы накаливания заставляет ее нагреваться и светиться. Это также сопротивление, которое может привести к перегреву удлинителя, если он используется с прибором, который потребляет слишком много тока.

  В электрической цепи слишком большое сопротивление может привести к перегрузке цепи и вызвать электрический пожар. Поскольку плохие соединения, вызванные такими вещами, как ослабление винтовых клемм и коррозия, вероятные виновники, электрические соединения следует регулярно проверять, чтобы обеспечить безопасность в электрической системе. Если у вас есть какие-либо опасения по поводу вашей работы с электричеством или вы хотите принять меры по обеспечению безопасности, подумайте о том, чтобы нанять профессионала для проведения плановой проверки.

электрическое сопротивление — Как протекает ток в цепи с конденсатором?

спросил 1 год, 4 месяца назад

Изменено 1 год, 4 месяца назад

Просмотрено 10 тысяч раз

$\begingroup$

Когда конденсатор подключен к батарее, в цепи начинает течь ток, который заряжает конденсатор до тех пор, пока напряжение между обкладками не станет равным напряжению батареи.

Так как между обкладками конденсатора находится изолятор/диэлектрик, как возможно, что в цепи с конденсатором течет ток, ведь по закону Ома ток обратно пропорционален сопротивлению, а изолятор по определению имеет большое сопротивление, так что у нас в основном разомкнутая цепь?

• электрические цепи
• электрические сопротивления
• напряжения
• емкости
• диэлектрики

$\endgroup$

$\begingroup$

Так как это физика q и a, объяснение физики в порядке.

Есть два вида тока.

Ток проводимости представляет собой чистый поток зарядов. Это то, о чем люди обычно думают, когда используют слово «ток».

Ток смещения — еще одна форма тока, впервые обнаруженная Максвеллом. Ток смещения играет существенную роль в уравнениях Максвелла. Плотность тока смещения пропорциональна производной по времени от изменения плотности электрического потока.

Когда ток электронов течет в одну сторону конденсатора, электроны накапливаются, так как им некуда деваться. По мере накопления электронов плотность электрического потока изменяется. Это вызывает или, возможно, «является» током смещения.

На противоположной обкладке конденсатора происходит аналогичный процесс, но с противоположной электрической полярностью.

Ток смещения течет от одной пластины к другой через диэлектрик всякий раз, когда ток втекает или выходит из пластин конденсатора, и имеет точно такую ​​же величину, что и ток, протекающий через клеммы конденсатора.

Можно предположить, что этот ток смещения не имеет никакого реального эффекта, кроме «сохранения» тока. Однако ток смещения создает магнитные поля так же, как и ток проводимости.

Этот ответ, возможно, больше, чем хотелось бы знать, но это часть истории электричества, которую стоит рассказать.

$\endgroup$

1

$\begingroup$

как возможно, что ток течет в цепи с конденсатором так как по закону Ома сила тока обратно пропорциональна сопротивление, а изолятор по определению имеет большое сопротивление, поэтому мы в основном есть разомкнутая цепь?

Короткий ответ заключается в том, что электроны могут течь к конденсатору и от него без необходимости прохождения электронов через изоляцию между пластинами. Предлагается следующее качественное объяснение:

Если предположить, что конденсатор изначально не заряжен, то перед его подключением к батарее каждая металлическая пластина имеет равное количество протонов (положительный заряд) и высокоподвижных электронов (отрицательный заряд), так что каждая пластина электрически нейтральна и между пластинами нет напряжения (разности потенциалов).

Когда конденсатор подключен к батарее, положительная клемма батареи притягивает электроны от пластины, соединенной с ним, перемещая их к положительной клемме батареи. Это оставляет дефицит электронов на этой пластине, что делает ее положительно заряженной.

В то же время отрицательный полюс батареи подает равное количество электронов на подсоединенную к нему пластину, создавая избыток электронов, делая пластину отрицательно заряженной.

Это перемещение электронов с одной пластины на положительную клемму батареи и с отрицательной клеммы батареи на другую пластину представляет собой ток конденсатора. Обратите внимание, что электроны не проходят через изоляционный материал (диэлектрик) между пластинами.

Вы можете представить себе это примерно как электроны, которые «стягиваются» с одной пластины и «выталкиваются» на другую силой электрического поля, создаваемого батареей, но заряды «застревают» на пластине. пластины, потому что они не могут пройти через изолирующий диэлектрик.

В конце концов, как вы, кажется, уже знаете, батарея перестает перемещать электроны между пластинами, когда разность потенциалов между пластинами становится равной разности потенциалов батареи.

Надеюсь, это поможет.

$\endgroup$

9

$\begingroup$

Удаление электронов с обкладки конденсатора, подключенной к клемме +, представляет собой ток. Поскольку эти электроны удаляются для этой пластины, происходит накопление электронов на другой пластине. Это движение электронов составляет ток.

Ток прекращается, когда потенциалы пластин конденсатора становятся равными потенциалам соответствующих клемм батареи. Это не происходит мгновенно, а скорее зависит от времени, потому что транспорт электронов из конденсатора и в него требует времени, а потенциалы зависят от дисбаланса заряда пластин.

$\endgroup$

$\begingroup$

Наличие плоского конденсатора означает, что в части цепи (лишь малая часть; конденсаторы редко имеют такой большой зазор как один миллиметр) нет движения электронов, только накопление поля (в сопровождении электронов, если конденсатор не вакуумный тип). Это проблематично, потому что есть простой способ обнаружения ток, который заключается в наблюдении за магнитным полем, создаваемым током, и ЧАСТЬ цепи больше не имеет тока.

Дело в том, что «поправка» на магнитное поле не существует. Соответствующее уравнение Максвелла для тока, создающего магнетизм имеет член, добавленный к текущему току смещения, который представляет собой скорость изменения электрическое поле (например, поле внутри диэлектрика конденсатора). Это дополнение к уравнению необходимо не только для цепей, у него есть дополнительный побочный эффект, заключающийся в том, что изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле даже при отсутствии движущихся заряженных частиц.

Этот член уравнения объясняет, почему электромагнитные волны (свет) путешествует в вакууме. И, почему зарядка конденсатора (по-нашему измерений) неотличимы от непрерывного течения тока в цепь.

Буквально мы можем видеть, как светит солнце, потому что конденсатор в цепи не отличим от непрерывного тока в цепи.

$\endgroup$

2

$\begingroup$

Конденсатор действительно блокирует постоянный ток (DC). Однако значительный переменный ток (AC) может протекать, когда период колебаний меньше времени зарядки конденсатора.

$\endgroup$

3

$\begingroup$

Накачка электронов в одну пластину конденсатора приводит к тому, что свободные электроны на другой пластине отталкиваются, когда они «видят» входящие другие электроны. другая пластина. Для больших тарелок этот короткий импульс длинный, а для маленьких тарелок короткий импульс.

Это означает, что короткие импульсы переменного тока могут легко проходить через конденсатор, в то время как установившийся постоянный ток полностью блокируется.