Характеристики электрического тока: Что такое электрический ток: определение, характеристики, виды

Что такое электрический ток: определение, характеристики, виды

Открытия, связанные с электричеством, кардинально изменили нашу жизнь. Используя электрический ток как источник энергии, человечество сделало прорыв в технологиях, которые облегчили наше существование. Сегодня электричество приводит в движение токарные станки, автомобили, управляет роботизированной техникой, обеспечивает связь. Этот список можно продолжать очень долго. Даже трудно назвать отрасль, где можно обойтись без электроэнергии.

В чём секрет такого массового использования электричества? Ведь в природе существуют и другие источники энергии, более дешевые, чем электричество. Оказывается всё дело в транспортировке.

Электрическую энергию можно доставить практически везде:

• к производственному цеху;
• квартире;
• на поле;
• в шахту, под воду и т. д.

Электроэнергию, накопленную аккумулятором, можно носить с собой. Мы пользуемся этим ежедневно, беря с собой сотовый телефон. Ни один другой вид энергии не обладает такими универсальными свойствами как электричество. Разве это не является достаточной причиной для того, чтобы глубже изучить природу и свойства электричества?

Что такое электрический ток?

Электрические явления наблюдались давно, но объяснить их природу человек смог относительно недавно. Удар молнии казался чем-то неестественным, необъяснимым. Странным казалось потрескивание некоторых предметов при их трении. Искрящаяся в темноте расчёска, после расчёсывания шерсти животных (например, кошки) вызвала недоумение, но подогревала интерес к этому явлению.

Как всё начиналось

Ещё древним грекам было известно свойство янтаря, потёртого о шерсть, притягивать некоторые мелкие предметы. Кстати, от греческого названия янтаря –«электрон» пошло название «электричество».

Когда физики вплотную занялись исследованием электризации тел, они начали понимать природу подобных явлений. А первый кратковременный электрический ток, созданный человеком, появился при соединении проводником двух наэлектризованных предметов (см. рис. 1). В 1729 году англичане Грей и Уиллер открыли проводимость зарядов некоторыми материалами. Но определения электрического тока они не смогли дать, хотя и понимали, что заряды перемещаются от одного тела к другому по проводнику.

Рис. 1. Опыт с заряженными телами

Об электрическом токе, как о физическом явлении заговорили лишь после того, как итальянец Вольта дал объяснение опытам Гальвани, а в 1794 году изобрёл первый в мире источник электричества – гальванический элемент (столб Вольта). Он обосновал упорядоченное перемещение заряженных частиц по замкнутой цепи.

Определение

В современной трактовке электрическим током называют направленное перемещение силами электрического поля заряженных частиц, Носителями зарядов металлических проводников являются электроны, а растворов кислот и солей — отрицательные и положительные ионы. Полупроводниковыми носителями зарядов являются электроны и «дырки».

Для того чтобы электрический ток существовал, необходимо всё время поддерживать электрическое поле. Должна существовать разница потенциалов, поддерживающая наличие первых двух условий. До тех пор, пока эти условия соблюдены, заряды будут упорядоченно перемещаться по участкам замкнутой электрической цепи. Эту задачу выполняют источники электричества.

Такие условия можно создать, например, с помощью электрофорной машины (рис. 2). Если два диска вращать в противоположных направлениях, то они будут заряжаться разноимёнными зарядами. На щётках, прилегающих к дискам, появится разница потенциалов. Соединив контакты проводником, мы заставим заряженные частицы двигаться упорядоченно. То есть электрофорная машина является источником электричества.

Рисунок 2. Электрофорная машина

Источники тока

Первыми источниками электрической энергии, нашедшими практическое применение, были упомянутые выше гальванические элементы. Усовершенствованные гальванические элементы (народное название – батарейки) широко применяются по сей день. Они используются для питания пультов управления, электронных часов, детских игрушек и многих других гаджетов.

С изобретением генераторов переменных токов электричество приобрело второе дыхание. Началась эра электрификации городов, а позже и всех населённых пунктов. Электрическая энергия стала доступной для всех граждан развитых стран.

Сегодня человечество ищет возобновляемые источники электроэнергии. Солнечные панели, ветряные электростанции уже занимают свои ниши в энергосистемах многих стран, включая Россию.

Характеристики

Электрический ток характеризуется величинами, которые описывают его свойства.

Сила и плотность тока

Для описания характеристики электричества часто используют термин «сила тока». Название не совсем удачное, так как оно характеризует только интенсивность движения электрических зарядов, а не какую-то силу в буквальном смысле. Тем не менее, этим термином пользуются, и он означает количество электричества (зарядов) проходящего через плоскость поперечного сечения проводника. Единицей измерения силы тока в системе СИ является ампер (А).

1 А означает то, что за одну секунду через поперечное сечение проводника проходит электрический заряд 1 Кл. (1А = 1 Кл/с).

Плотность тока  –  векторная величина. Вектор направлен в сторону движения положительных зарядов. Модуль этого вектора равен отношению силы тока на некотором перпендикулярном к направлению движения зарядов сечении проводника к площади этого сечения. В системе СИ измеряется в А/м

2. Плотность более ёмко характеризует электричество, однако на практике чаще используется величина «сила тока».

Разница потенциалов (напряжение) на участке цепи выражается соотношением: U = I×R, где U – напряжение, I – сила тока, а R – сопротивление. Это знаменитый закон Ома для участка цепи.

Мощность

Электрическими силами совершается работа против активного и реактивного сопротивления. На пассивных сопротивлениях работа преобразуется в тепловую энергию. Мощностью называют работу, выполненную за единицу времени. По отношению к электричеству применяют термин «мощность тепловых потерь». Физики Джоуль и Ленц доказали, что мощность тепловых потерь проводника равна силе тока умноженной на напряжение:

P = I× U. Единица измерения мощности – ватт (Вт).

Частота

Переменный ток характеризуется также частотой. Данная характеристика показывает, как за единицу времени изменяется количество периодов (колебаний). Единицей измерения частоты является герц. 1 Гц = 1 периоду за секунду. Стандартная частота промышленного тока составляет 50 Гц.

Ток смещения

Понятие «ток смещения» ввели для удобства, хотя в классическом понимании его нельзя назвать током, так как отсутствует перенос заряда. С другой стороны, интенсивность магнитного поля пребывает в зависимости от токов проводимости и смещения.

Токи смещения можно наблюдать в конденсаторах. Несмотря на то, что при зарядке и разрядке между обкладками конденсатора не происходит перемещения заряда, ток смещения протекает через конденсатор и замыкает электрическую цепь.

Виды тока

По способу генерации и свойствам электроток бывает постоянным и переменным. Постоянный – это такой, что не меняет своего направления. Он течёт всегда в одну сторону. Переменный ток периодически меняет направление. Под переменным понимают любой ток, кроме постоянного. Если мгновенные значения повторяются в неизменной последовательности через равные промежутки времени, то такой электроток называют периодическим.

Классификация переменного тока

Классифицировать изменяющиеся во времени токи можно следующим образом:

1. Синусоидальный, подчиняющийся синусоидальной функции во времени.
2. квазистационарный – переменный, медленно изменяющийся во времени. Обычные промышленные токи являются квазистационарными.
3. Высокочастотный – частота которого превышает десятки кГц.
4. Пульсирующий – импульс которого периодически изменяется.

Различают также вихревые токи, которые возникают в проводнике при изменении магнитного потока. Блуждающие токи Фуко, как их ещё называют, не текут по проводам, а образуют вихревые контуры. Индукционный ток имеет ту же природу что и вихревой.

Дрейфовая скорость электронов

Электричество по металлическому проводнику распространяется со скоростью света. Но это не означает, что заряженные частицы несутся от полюса к полюсу с такой же скоростью. Электроны в металлических проводниках встречают на своём пути сопротивление атомов, поэтому их реальное перемещение составляет всего 0,1 мм за секунду. Реальная, упорядоченная скорость перемещения электронов в проводнике называется дрейфовой.

Если замкнуть проводником полюсы источника питания, то вокруг проводника молниеносно образуется электрическое поле. Чем больше ЭДС источников, тем сильнее проявляется напряжённость электрического поля. Реагируя на напряжённость, заряженные частицы вмиг принимают упорядоченное движение и начинают дрейфовать.

Направление электрического тока

Традиционно считают, что вектор электрического тока направлен к отрицательному полюсу источника. Но на самом деле электроны движутся к положительному полюсу. Традиция возникла из-за того, что за направление вектора было выбрано движение положительных ионов в электролитах, которые действительно стремятся к негативному полюсу.

Электроны проводимости с отрицательным зарядом в металлах были открыты позже, но физики не стали менять первоначальные убеждения. Так укрепилось утверждение, что ток направлен от плюса к минусу.

Электрический ток в различных средах

В металлах

Носителями тока в металлических проводниках являются свободные электроны, которые из-за слабых электрических связей хаотично блуждают внутри кристаллических решёток (рис. 3). Как только в проводнике появляется ЭДС, электроны начинают упорядочено дрейфовать в сторону позитивного полюса источника питания.

Рис. 3. Электрический ток в металлах

В результате прохождения тока возникает сопротивление проводников, которое препятствует потоку электронов и приводит нагреванию. При коротком замыкании выделение тепла настолько сильное, разрушает проводник.

В полупроводниках

В обычном состоянии у полупроводника нет свободных носителей зарядов.  Но если соединить два разных типа полупроводников, то при прямом подключении они превращаются в проводник. Происходит это потому, что у одного типа есть положительно заряженные ионы (дырки), а у другого – отрицательные ионы (атомы с лишним электроном).

Под напряжением электроны из одного полупроводника устремляются для замещения (рекомбинации) дырок в другом. Возникает упорядоченное движение свободных зарядов. Такую проводимость называют электронно-дырочной.

В вакууме и газе

Электрический ток возможен и в ионизированном газе. Заряд переносится положительными и отрицательными ионами. Ионизация газов возможна под действием излучения или вследствие сильного нагревания. Под действием этих факторов возбуждаются атомы, которые превращаются в ионы (рис. 4).

Рис 4. Электрический ток в газах

В вакууме электрические заряды не встречают сопротивления, поэтому. заряженные частицы движутся с околосветовыми скоростями. Носителями зарядов являются электроны. Для возникновения тока в вакууме необходимо создать источник электронов и достаточно большой положительный потенциал на электроде.

Примером может служить работа вакуумной лампы или электронно-лучевая трубка.

В жидкостях

Оговоримся сразу – не все жидкости являются проводниками. Электрический ток возможен в кислотных, щёлочных и соляных растворах. Иначе говоря – в средах, где имеются заряженные ионы.

Если опустить в раствор два электрода и подключить их к полюсам источника, то между ними будет протекать электрический ток (рис. 5). Под действием ЭДС катионы устремятся к катоду (минусу), а анионы к аноду. При этом будет происходить химическое воздействие на электроды – на них будут оседать атомы растворённых веществ. Такое явление называют электролизом.

Рис. 5. Электроток в жидкостях

Для лучшего понимания свойств электротока в разных средах, предлагаю рассмотреть картинку на рисунке 6. Обратите внимание на вольтамперные характеристики (4 столбец).

Рис. 6. Электрический ток в средах

Проводники электрического тока

Среди множества веществ, лишь некоторые являются проводниками. К хорошим проводникам относятся металлы. Важной характеристикой проводника является его удельное сопротивление.

Небольшое сопротивление имеют:

• все благородные металлы;
• медь;
• алюминий;
• олово;
• свинец.

На практике наиболее часто применяют алюминиевые и медные проводники, так как они не слишком дорогие.

Электробезопасность

Несмотря на то что электричество прочно вошло в нашу жизнь, не следует забывать об электробезопасности. Высокие напряжения опасны для жизни, а короткие замыкания становятся причиной пожаров.

При выполнении ремонтных работ необходимо строго соблюдать правила безопасности: не работать под высоким напряжением, использовать защитную одежду и специальные инструменты, применять ножи заземления и т.п.

В быту используйте только такую электротехнику, которая рассчитана на работу в соответствующей сети. Никогда не ставьте «жучки» вместо предохранителей.

Помните, что мощные электролитические конденсаторы имеют большую электрическую емкость. Накопленная в них энергия может вызвать поражение даже спустя несколько минут после отключения от сети.

4.Электрический ток. Основные характеристики и законы

Электрическим током называется направленное движение электрических зарядов. За направление тока принято направление движения положительных зарядов. Для описания и количественной характеристики тока используют такие величины:

а) Ток или сила тока i. Это величина, измеряемая отношением заряда dq, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени dt его прохождения, т.е.:

(4.1)

В СИ ток i измеряется в амперах (А). Если за любые равные промежутки времени через сечение проводника проходят одинаковые величины заряда, то ток называется постоянным и i = q/t,

б) Плотность заряда j. Это величина, измеряемая отношением тока di текущего по проводнику к площади его поперечного сечения ds, проведенного перпендикулярно направлению тока, т.е.:

(4.2)

При равномерном распределении тока по поперечному сечению проводника j=i/s.

Плотность тока можно записать в виде:

(4.3)

где q₀ заряд каждого носителя, которые осуществляют ток в данном проводнике, r — концентрация носителей электрических зарядов; V — скорость их направленного перемещения в проводнике. Исходя из (4.3) видно, что плотность тока является векторной величиной, направление которой определяется направлением вектора V в данной точке проводящего пространства, в отличие от величины i, которая является скалярной величиной. Кроме того, плотность тока j является дифференциальной характеристикой, поскольку показывает ток через малую площадь проводящего пространства, а в пределе может быть отнесена к точке этого пространства.

В СИ плотность тока измеряется А/м².

Для существования электрического тока необходимо, чтобы в пространстве имелись: свободные электрические заряды и электрическое поле, силы которого сообщили бы им направленное перемещение. Для существования электрического поля в проводнике необходимо, чтобы на концах проводника была разность потенциалов. Тогда электрические силы поля переместят по проводнику (или проводящему пространству) заряд из области большего потенциала в область меньшего потенциала (рис.4.1).

Перемещение заряда, т.е. ток будет проходить до тех пор, пока потенциалы проводников М и N не сравняются. Для возобновления тока надо каким-либо способом снова создать на проводнике М потенциал ₁, больший потенциала ₂ проводника N. Ясно, что создание этой разницы потенциалов не может быть осуществлено за счет электрических сил, т.к. они могут перемещать заряд только в направлении от большего потенциала к меньшему. Следовательно, возобновление разности потенциалов на концах проводника возможно только за счет работы сил неэлектрического происхождения, называемых сторонними.

Устройства, в которых за счет работы сторонних сил создается разность потенциалов, называются источниками тока. В зависимости от природы сторонних сил источники могут быть: химические (гальванические элементы, аккумуляторы, сухие элементы), тепловые (термоэлементы), механические (динамомашины) и др.

Для того, чтобы ток существовал длительное время, необходимо, чтобы была составлена цепь, содержащая проводники, источник тока и обязательно была замкнута.

Закон Ома для участка цепи.

Для металлических проводников экспериментально установлена зависимость между током i, текущем по проводнику, и напряжением U, приложенным к его концам. Эта зависимость отражена в законе Ома, который гласит, что ток в проводнике прямопропорционален приложенному к его концам напряжению, т.е. i=U, где  — коэффициент электропроводности данного проводника, который для этого проводника является постоянной величиной. Величина, обратная электропроводности, т.е. R = 1/, называется электрическим сопротивлением, или просто сопротивлением проводника. Закон Ома пишется в виде: i = U/R, Графически закон Ома представляет собой прямую, проходящую через начало координат (i =f(U) рис.4.2). Тангенс угла наклона  зависит от электропроводности проводника. Тогда tg = i/U = ; R=ctg.

Рисунок 4.2 – исправить.

Измерение токов.

Величина тока в проводнике в простейшем случае может быть измерена с помощью амперметра, который включается в цепи последовательно данному проводнику (рис.4.3).

Тогда по амперметру течет такой же ток, как и в проводнике в данный момент. Ясно, что ток, показываемый амперметром, отличается от того значения тока, который протекал по этому проводнику до его включения. Чтобы отличие было минимально, т.е. чтобы изменение тока, вносимое включением амперметра в цепь проводника было минимальным, необходимо, чтобы электрическая мощность, поглощаемая амперметром, имела минимальное значение:

Это возможно при условии, что сопротивление амперметра R_A должно иметь минимальное значение. Реально такое условие достигается, если сопротивление амперметра значительно меньше сопротивления цепи, в которой проводится измерение тока.

Измерение напряжений

Напряжение на концах проводника в простейшем случае можно измерять вольтметром, присоединенным к проводнику параллельно (рис.4.4).

R-наверху

Тогда напряжение, показываемое вольтметром, равно напряжению на концах сопротивления R, но оно отличается от того значения напряжения на проводнике, которое существовало на его концах до включения вольтметра. Чтобы это отличие сделать минимальным, необходимо, чтобы сам вольтметр поглощал из цепи минимальную мощность, т.е.. Последнее возможно лишь при условии, что сопротивление вольтметраR_v достаточно велико. Реально выполнение этого условия достигается, если R_v значительно превосходит сопротивление того элемента цепи, к концам которого он присоединен.

Сопротивление проводников

Сопротивление проводника R измеряется в омах (Ом). Экспериментально установлено, что сопротивление металлического проводника зависит от его длины l, площади его поперечного сечения s, материала, из которого изготовлен проводник, т.е.:

(4.4)

где - удельное сопротивление вещества, из которого изготовлен проводник.

Если в формуле (4.4) положить s = 1 площади, l = 1 длины, то сопротивление R станет численно равно . Это означает, что удельное сопротивление показывает, каким сопротивлением обладает проводник единичной длины и единичного сечения, изготовленный из данного материала. Удельное сопротивление  измеряется Ом м.

Зависимость удельного сопротивления  металлических проводников от температуры t(°C) выражается соотношением:

(4.5)

где ₀— удельное сопротивление вещества при t == 0°С,  — температурный коэффициент сопротивления, зависящий от природы или состава вещества. Учитывая (4.5), для сопротивления проводника R имеем:

(4.6)

ПРОСТЕЙШИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ

проводника тока состоит в следующем. Собирают цепь согласно схеме, приведенной на рис.4.5. Измеряют приборами напряжение U и ток i и рассчитывают R по закону Ома.

Постоянный электрический ток: определение, механизм, характеристики

Определение 1

Постоянный ток – это упорядоченное движение заряженных частиц, движущихся в одном направлении.

По теории данные заряженные частицы относят к носителям тока. В проводниках и полупроводниках такими носителями являются электроны, в электролитах – заряженные ионы, в газах – электроны и ионы. Металлы характеризуются перемещением только электронов. Отсюда следует, что электрический ток в них – это движение электронов проводимости.

Результат прохождения электрического тока в металлах и электропроводящих растворах заметно отличается. Наличие химических процессов в металлах при протекании тока отсутствует. В электролитах под воздействием тока происходит выделение ионов вещества на электродах. Различие заключается в отличии носителей зарядов металла и электролита. В металлах – это свободные электроны, отделившиеся от атомов, в растворах – ионы, атомы или их группы с зарядами.

Необходимые условия существования электрического тока

Первое необходимое условие существования электрического тока любого вещества – наличие носителей заряда.

Для равновесного состояния зарядов необходимо равнение нулю разности потенциалов между любыми точками проводника. При нарушении данного условия, заряд не сможет переместиться. Отсюда следует, что второе необходимое условие существования электрического тока в проводнике – создание напряжения между некоторыми точками.

Определение 2

Упорядоченное движение свободных зарядов, возникающее в проводнике как результат воздействия электрического поля, называют током проводимости.

Такое движение возможно при перемещении в пространстве заряженного проводника или диэлектрика. Подобный электрический ток получил название конвекционного.

Механизм осуществления постоянного тока

Для постоянного прохождения тока в проводнике следует подсоединить к проводнику или их совокупности устройство, в котором постоянно происходит процесс разделения электрических зарядов для поддержания напряжения в цепи. Данный механизм получил название источника тока (генератора).

Силы, разделяющие заряды, называют сторонними. Они характеризуются неэлектрическим происхождением, действуют внутри источника. При разделении зарядов сторонние силы способны создать разность потенциалов между концами цепи.

Если электрический заряд перемещается по замкнутой цепи, то работа электростатических сил равняется нулю. Отсюда следует, что суммарная работа сил A, действующих на заряд, равна работе сторонних Ast. Определение физической величины, характеризующей источник тока, ЭДС источника ε запишется как:

ε=Aq (1), где значение q подразумевает положительный заряд. Его движение происходит по замкнутому контуру. ЭДС – это не сила. Единица измерения ε=В.

Природа сторонних сил различна. В гальваническом элементе они являются результатом электрохимических процессов. В машине с постоянным током такой силой является сила Лоренца.

Основные характеристики электрического тока

Условно принято считать направление тока за направление движения положительных частиц. Отсюда следует, что направление тока в металлах характеризуется противоположным направлением относительно направления движения частиц.

Электрический ток обладает силой тока.

Определение 3

Сила тока I – скалярная величина, равняется производной от заряда q по времени для тока, который проходит через поверхность S:

I=dqdt (2).

Ток может быть постоянным и переменным. При неизменной силе тока  с его направлением по времени ток называют постоянным, а выражение силы тока для него примет вид:

I=qt (3), где сила тока рассматривается в качестве заряда, проходящего через поверхность S в единицу времени.

По системе СИ основная единица измерения силы тока – Ампер (А).

1 A=1 Кл1 с.

Определение 4

Плотность – это векторная локальная характеристика. Вектор плотности тока j→способен показывать, каким образом распределяется ток по сечению S. Его направление идет в сторону, куда движутся положительные заряды.

Значение вектора плотности тока по модулю равно:

j=dIdS’ (4), где dS’ является проекцией элементарной поверхности dS на плоскость, перпендикулярную вектору плотности тока, dI – элементом силы, которая идет через поверхности dS и dS’.

Представление плотности в металле возможно по формуле:

j→=-n0qeυ→ (5), где n0 обозначается концентрацией электронов проводимости, qe=1,6·10-19 Кл  – зарядом электрона, υ→ – средней скоростью упорядоченного движения электронов. Если значение плотностей тока максимальное, то

υ→=10-4 мс.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Закон сохранения заряда

Рисунок 1

Основным физическим законом считается закон сохранения электрического заряда. При выборе произвольной замкнутой поверхности S, изображенной на рисунке 1, ограничивающей объем V количество выходящего электричества в единицу времени (1 секунду) из объема V можно определить по формуле ∮sjndS. Такое же количество электричества выражается через заряд -∂q∂t, тогда получаем:

∂q∂t=-∮SjndS (6), где jn считается проекцией вектора плотности на направление нормали к элементу поверхности dS, при этом:

jn=jcos a (7), где a является углом между направлением нормали к dS и вектором плотности тока. Уравнение (6) показывает частое употребление производной для того, чтобы сделать акцент на неподвижности поверхности S.

Выражение (6) считается законом сохранения электрического заряда в макроскопической электродинамике. Если ток постоянен во времени, тогда запись этого закона примет вид:

∮SjndS=0 (8).

Пример 1

Найти формулу для того, чтобы рассчитать конвекционный ток при его возникновении в длинном цилиндре с радиусом сечения R и наличием его равномерной скорости движения υ, который заряжен по поверхности равномерно. Значение напряженности поля у поверхности цилиндра равняется E. Направление скорости движения вдоль оси цилиндра.

Решение

Основой решения задачи берется определение силы тока в виде:

I=dqdt (1.1).

Из формулы (1.1) следует, что возможно нахождение элемента заряда, располагающегося на поверхности цилиндра.

Напряженность поля равномерно заряженного цилиндра на его поверхности находится по выражению:

E=σε0 (1.2), где σ является поверхностной плотностью заряда, ε0=8,85·10-12 КлН·м2. Выразим σ из (1.2), тогда:

σ=E·ε0 (1.3).

Связь поверхностной плотности заряда с элементарным зарядом выражается при помощи формулы:

dqdS=σ (1.4).

Используя (1.3), (1.4), имеем:

dq=E·e0dS (1.5).

Выражение элемента поверхности цилиндра идет через его параметры:

dS=2π ·Rdh (1.6), где dh является элементом высоты цилиндра. Запись элемента заряда поверхности цилиндра примет вид:

dq=E·ε0·2h·Rdh (1.7).

Произведем подстановку из (1.7) в (1.1):

I=d(E·ε0·2π·Rdh)dt=2πRε0Edhdt (1.8).

Движение цилиндра идет вдоль оси, тогда запишем:

dhdt=υ (1.9).

Получим:

I=2πRε0Eυ.

Ответ: конвективный ток I=2πRε0Eυ.

Пример 2

Изменение тока в проводнике происходит согласно закону I=1+3t. Определить значение заряда, проходящего через поперечное сечение проводника, за время t, изменяющегося от t1=3 с до t2=7 c. Каким должен быть постоянный электрический ток, чтобы за аналогичное время происходило то же значение заряда?

Решение

Основа решения задачи – выражение, связывающее силу тока и заряд, проходящий через поперечное сечение проводника:

I=dqdt (2.1).

Формула (2.1) показывает, что нахождение количества заряда, проходящего через поперечное сечение проводника за время от t1 до t2 возможно таким образом:

q=∫t1t2Idt (2.2).

Произведем подстановку имеющегося по условию закона в (2.2) для получения:

q=∫t1t2(1+3t)dt=∫t1t2dt+∫t1t23tdt=t2-t1+3·t22t1t2=(t2-t1)+32t22-t12 (2.3).

Вычислим заряд:

q=7-3+32(72-32)=4+32·40=64 (Кл).

Чтобы определить постоянный ток для получения силы используется формула:

Iconst=qt (2.3), где t считается временем, за которое поперечное сечение проводника пройдет заряд q.

Тогда время протекания заряда равняется:

t=t2-t1 (2.4).

Выражение (2.3) примет вид:

Iconst=qt2-t1 (2.5).

Произведем подстановку и вычислим:

Iconst=647-3=644=16 (A).

Ответ: q=64 Кл. Iconst=16 А..

Понятие электрического тока электрический ток понятие определение

Электричество стало постоянным и незаменимым спутником человечества. Несмотря на то что в окружении любого обывателя постоянно находятся различные устройства, само понятие электрического тока остается чем-то загадочным и недоступным по сути. И это неудивительно. Электрический ток невидим, не обладает запахом, а все попытки потрогать его руками, как правило, приводят к неприятным ощущениям и грозят серьезными травмами, а в отдельных случаях даже несовместимыми с жизнью.

Если задать большинству людей вопрос: «Так что же такое электричество?» То в лучшем случае ответом будет: «Упорядоченное движение электронов». И в принципе это правильно. Однако электрический ток обладает рядом параметров, которые имеют количественные и качественные определения, с чем и попробуем разобраться.

Общие понятия об электрическом токе

Так что же представляет собой электрический ток? Совершенно верно – это упорядоченное перемещение (движение) заряженных частиц, в качестве которых выступают электроны, что характерно для металлов, или ионы, что свойственно для электролитов.

Рассмотрим сущность электрического тока на примере металлов. В солевых растворах (электролитах) механизм образования электричества будет аналогичен и нет смысла описывать его дополнительно. Кристаллическая решетка металлов состоит из атомов, вокруг ядер которых вращаются электроны. Но они не обладают степенью свободы. Для того чтобы электрон стал свободным носителем заряда необходимы определенные процессы. Например, химическая реакция. Т.к. сами по себе заряды не могут перемещаться, необходимым условием для существования тока является наличие электрического тока, которое возникает, когда катод и анод будет замкнут проводником.

Первый является отрицательным полюсом источника, а второй соответственно положительным. В итоге образуется электрическая цепь, в которую могут быть включены различные элементы влияющие качественные характеристики электротока.

Качественные и количественные характеристики электрического тока

Основными понятиями, которые характеризуют электрический ток являются его сила, напряжение и сопротивление. Это наиболее распространенные параметры, о которых можно услышать. Имеет место и ряд других характеристик. Например, мощность тока, его плотность и т.д. Но о них по своей специфике, не часто можно услышать в быту.

Что такое сила тока? Все просто, это количество носителей заряда которое пересекло сечение проводящего элемента за единицу времени. Сила тока имеет обозначение с системы СИ – «I», а единицей измерения установлен ампер. Формула для силы тока, из определения, будет следующей:

I=∆Q/∆t, где ∆Q – количество заряда, а ∆t – промежуток времени за который оно пересекает сечение проводника.

Следующим понятием, которое характеризует электрический ток является напряжение. Оно по своей сути является работой электрического поля по перемещению заряда от одного электрода к другому. Поскольку потенциалы контактов источника электрического тока разные, то напряжение можно считать разностью этих потенциалов. Таким образом, напряжение является отношением работы к заряду. Формула выглядит следующим образом: U=Axq. Единицей измерения разности потенциалов в системе Си принят вольт. С работой непосредственно связано понятие мощности электрического тока, которая является производной от нее. Через напряжение и силу, мощность (Р) можно выразить следующим образом – Р=UxI.

Взаимосвязь напряжения и силы тока была определена опытным путем Г. Омом. Правда для этого пришлось ввести такое понятие как сопротивление проводника. Эта величина не относиться к количественным характеристикам электрического тока, но позволяет определить необходимые параметры. По закону Ома взаимосвязь силы тока, напряжения и сопротивления видна из выражения I=U/R.

Понятие постоянного и переменного тока

Перемещение носителей заряда, которое по своему направлению неизменно называется постоянным электрическим током. Необходимо пояснить, что при невозможности изменения своего направления, данный вид тока может менять свои количественные характеристики. Например, в зависимости от электрической схемы подключения проводников (элементов) может изменятся сила, напряжение на участке и т.д. Постоянный ток характерен, например, для гальванических элементов.

А вот переменный ток, на протяжении конкретного промежутка времени, меняет свое направление в определенной закономерности. Регулярность или периодичность изменения называется частотой и измеряется в герцах (Гц). Распространенность электрического тока переменного типа в первую очередь обусловлена низкими потерями при передаче на большие расстояния.

Основные характеристики электрического тока.

	I	U	R
Название физической величины	Сила тока – основная количественная характеристика электрического тока	Электрическое напряжение	Электрическое сопро- тивление – основная электрическая характе- ристика проводника
Определение	физическая величина, численно равная заряду, переносимому через поперечное сечение проводника в единицу времени.	физическая вели- чина, численно равная работе электрического поля по переме- щению единично- го заряда вдоль проводника	Характеристика проводни- ка, показывающая его способность противо- действовать прохождению эл. тока по проводнику за счёт особенностей молеку- лярного строения и его геометр. параметров
Формула для нахождения	I = q¢ I = = q0nuS I – сила тока q – эл.заряд t – время q0 – заряд свободной заряженной частицы n – концентрация носителей заряда u — ср. скорость упорядо- ченного движения зарядов вдоль проводника S – площадь поперечного сечения проводника	U = U — эл.напряжение A — работа q — эл.заряд	R = R – эл.сопротивление l – длина проводника S – площадь поперечного сечения проводника r — удельное сопротивле- ние материала, из которого изготовлен проводник.
Единицы измерения	[ I ] = А (Ампер) А = =	[ U ] = В (Вольт) В = = А·Ом	[ R ] = Ом (Ом) Ом =
Прибор для измерения и его подключение	Амперметр   включается в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором нужно измерить	Вольтметр   включается в цепь параллельно тому участку цепи, где измеряют напряжение	Омметр Включается при разомкнутой эл. цепи вместе с сопротивлением, которое измеряют

Электрический ток

Электрический ток образуется в веществе только при условии наличия свободных заряженных частиц. Заряд может находиться в среде изначально или же формироваться при условии содействия внешних факторов (температуры, электромагнитного поля, ионизаторов). Движение заряженных частиц хаотичны при условии отсутствия электромагнитного поля, а при подключении к двум точкам вещества, разности потенциалов превращаются в направленные — от одного вещества к другому.

Понятие, сущность и проявления электрического тока

Определение 1

Электрический ток – это упорядоченное и направленное движение заряженных частиц.

Такими частицами могут быть:

• В газах – ионы и электроны,
• В металлах – электроны,
• В электролитах – анионы и катионы,
• В вакууме – электроны (при определенных условиях),
• В полупроводниках – дырки и электроны (электронно-дырочная проводимость).

Замечание 1

Часто используют такое определение понятия «электрический ток». Электрический ток – это ток смещения, который возникает в результате изменения электрического поля во времени.

Электрический ток может выражаться в следующих проявлениях:

1. Нагрев проводников. Выделение теплоты не происходит в сверхпроводниках.
2. Изменение химического состава некоторых проводников. Данное проявление преимущественно можно наблюдать в электролитах.
3. Формирование электрического поля. Проявляется у всех проводников без исключения.

Рисунок 1. Электрический ток — упорядоченное движение заряженных частиц. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Готовые работы на аналогичную тему

Классификация видов электрического тока

Электрический ток проводимости – это явление, при котором заряженные частицы движутся внутри макроскопических элементов той или иной среды.

Конвекционный ток – явление, при котором движутся макроскопические заряженные тела (к примеру, заряженные капли осадков).

Различают постоянный, переменный и пульсирующий электрические токи и их всевозможные комбинации. Однако в таких комбинациях часто опускают термин «электрический».

Существует несколько разновидностей электрического тока:

1. Постоянный ток – это ток, величина и направление которого слабо изменяются во времени.
2. Переменный ток – это ток, направление и величина которого прогрессивно меняются во времени. Под переменным током понимается ток, который не является постоянным. Среди всех разновидностей переменного тока основным является тот, величина которого может изменяться только по синусоидальному закону. Потенциал каждого конца проводника в данном случае изменяется по отношению к другому концу попеременно с отрицательного на положительный, и наоборот. При этом он проходит через все промежуточные потенциалы. В результате формируется ток, который непрерывно изменяет направление. Двигаясь в одном направлении, ток возрастает, достигая своего максимума, который именуется амплитудным значением. После чего он идет на спад, на какой-то период приравнивается к нулю, после чего цикл возобновляется.
3. Квазистационарный ток – это переменный ток, который изменяется относительно медленно, для его мгновенных значений выполняются законы постоянных токов с достаточной точностью. Подобными законами являются правила Кирхгофа и закон Ома. Квазистационарный то во всех сечениях неразветвленной сети имеет одинаковую силу. При расчете цепей данного тока учитываются сосредоточенные параметры. Квазистационарные промышленные токи – это те, в которых условие квазистационарности вдоль линии не выполняется (кроме токов в линиях дальних передач).
4. Переменный ток высокой частотности – это электрический ток, в котором уже не выполняется условие квазистационарности. Он проходит по поверхности проводника и обтекает его со всех сторон. Такой эффект получил название скин-эффект.
5. Пульсирующий ток – это электрический ток, у которого направление остается постоянным, а изменяется только величина. Вихревые токи или токи Фуко – это замкнутые электрические токи, которые расположены в массивном проводнике и возникают при изменении магнитного потока. Исход из этого, вихревые токи являются индукционными. Чем скорее магнитный поток изменяется, тем сильнее становятся вихревые токи. По проводам они не текут по определенным путям, а замыкаются в проводнике и образуют вихреобразные контуры.

Благодаря существованию вихревых токов, осуществляется скин-эффект, когда магнитный поток и переменный электрический ток распространяются по поверхностному слою проводника. Из-за нагрева вихревыми токами происходит потеря энергии, особенно в сердечниках катушек переменного тока. Чтобы уменьшить потерю энергии для вихревых потоков применяется деление магнитных проводов переменного тока на отдельные пластины, которые изолированы друг от друга и располагаются перпендикулярно по направлению вихревых токов. Из-за этого ограничиваются возможные контуры их путей, и стремительно уменьшается величина этих токов.

Характеристики электрического тока

Исторически так сложилось, что направление движения положительных зарядов в проводнике совпадает с направлением тока. Если естественными носителями электрического тока являются отрицательно заряженные электроны, то направление тока будет противоположно по направлению положительно заряженных частиц.

Скорость заряженных частиц напрямую зависит от заряда и массы частиц, материала проводника, температуры внешней среды и приложенной разности потенциалов. Скорость целенаправленного движения составляет величину, которая значительно меньше скорости света. Электроны за одну секунду перемещаются в проводнике за счет упорядоченного движения меньше, чем на одну десятую миллиметра. Но, несмотря на это, скорость распространения тока приравнивается скорости света и скорости распространения фронта электромагнитных волн.

То место, где меняется скорость перемещения электронов после изменения напряжения, перемещается со скоростью распространение электромагнитного колебания.

Основные типы проводников

В проводниках в отличие от диэлектриков есть свободные носители некомпенсированных зарядов. Они под воздействием силы электрических потенциалов приходят в движение и формируют электрический ток.

Вольтамперная характеристика или, иными словами, зависимость силы тока от напряжения является главной характеристикой проводника. Для электролитов и металлических проводников она принимает простейший вид: сила тока прямо пропорциональна напряжению. Это закон Ома.

В металлах носителями тока являются электроны проводимости, которые рассматриваются как электронный газ. В них отчетливо проявляются квантовые свойства вырожденного газа.

Плазма – это ионизированный газ. В данном случае при помощи ионов и свободных электронов переносится электрический заряд. Свободные электроны образуются под воздействием ультрафиолетового и рентгеновского излучения или нагревания.

Электролиты – это твердые или жидкие системы и вещества, в которых присутствует заметная концентрация ионов, что обуславливает прохождение электрического тока. В процессе электролитической диссоциации образуются ионы. Сопротивление электролитов при нагревании падает из-за роста числа молекул, которые разложились на ионы. В результате прохождения электрического тока сквозь электролит, ионы приближаются к электродам и нейтрализуются, оседая на них.

Физические законы электролиза Фарадея определяют массу вещества, который выделился на электродах. Вообще работы Фарадея на разные темы, связанные с электричеством, отличаются глубиной и масштабностью. Он провел большое число опытов и выступил с огромным количеством докладов.

Кратко упомянем, что также существует электрический ток электронов в вакууме, применяемый в электронно-лучевых приборах.

Электрический ток, сила, плотность, условия существования. Источник тока. Курсы по физике

Тестирование онлайн

• Электрический ток. Основные понятия

• Сила, плотность тока

Условия существования тока

Электрический ток — направленное движение заряженных частиц. Направление, в котором движутся положительно заряженные частицы, считается направлением тока. Вещества, в которых возможно движение зарядов, называются проводниками.

В металлах единственными носителями тока являются электроны. Направление тока противоположно направлению движения электронов.

Для существования тока необходимо:
1) наличие свободных заряженных частиц;
2) существование внешнего электрического поля;
3) наличие источника тока — источника сторонних сил.

Характеристики тока

Сила тока — скалярная величина, определяется по формуле

Если ток изменяется, то заряд, прошедший через поперечное сечение проводника, определяется как площадь фигуры, ограниченной зависимостью I(t).

Плотность тока — векторная величина, определяется по формуле

Прибор для измерения силы тока называется амперметром. Включается в сеть последовательно. Собственное сопротивление амперметра должно быть мало, поскольку включение амперметра не должно изменять силу тока в цепи.

В быту «источником тока» часто неточно называют любой источник электрического напряжения (батарею, генератор, розетку), но в строго физическом смысле это не так, более того, обычно используемые в быту источники напряжения по своим характеристикам гораздо ближе к источнику ЭДС, чем к источнику тока.

Примерами источника тока могут являться катушка индуктивности, вторичная обмотка трансформатора. Внутреннее сопротивление источника тока стремится к нулю.

Под действием электрического поля, созданного источником тока, свободные заряды движутся в веществе с некоторой средней скоростью — скорость дрейфа.

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

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

Электрическое обучение | BrightRidge

Что такое электричество?
Электричество — это форма энергии, которая производит тепло и свет.Электричество также может называться «электрическая энергия».

Где начинается электричество?
Электричество начинается с атома. Атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов. Электричество создается, когда внешняя сила заставляет электроны перемещаться от атома к атому. Поток электронов называется «электрическим током».

Что заставляет электроны двигаться?
Напряжение — это «внешняя сила», которая заставляет электроны двигаться. Напряжение — это потенциальная энергия.Потенциальная энергия обладает способностью выполнять работу. Пример потенциальной энергии — топор, который держат над деревом. Если топор упадет на кусок дерева, оно расколется. Обратите внимание на слово «если». Потенциальная энергия работает ТОЛЬКО, если это разрешено.

Что такое напряжение?

Напряжение — это «внешняя сила», которая заставляет электроны двигаться. Напряжение — это потенциальная энергия. Некоторые характеристики напряжения:

• Напряжение не видно и не слышно.
• Напряжение — это толчок или сила.
• Напряжение само по себе ничего не делает.
• Voltage может работать.
• Напряжение появляется между двумя точками.
• Напряжение есть всегда.

Какие два вида электричества?

Статическое электричество возникает при дисбалансе положительно и отрицательно заряженных атомов. Затем электроны прыгают от атома к атому, высвобождая энергию.Два примера статического электричества: молния и трение ногами о ковер, а затем прикосновение к дверной ручке.

Текущее электричество — это постоянный поток электронов. Существует два вида текущего электричества: постоянный ток (DC) и переменный ток (AC). При постоянном токе электроны движутся в одном направлении. Батареи вырабатывают постоянный ток. В переменном токе электроны текут в обоих направлениях. Электростанции вырабатывают переменный ток. Переменный ток (AC) — это тип электричества, который BrightRidge передает вам для использования.

Что такое проводники и изоляторы?

Проводники — это все, через что легко проходит электричество. Примеры электрических проводников — медь, алюминий и вода.

Изоляторы — это материалы, которые не позволяют электричеству легко проходить через них. Некоторые примеры изоляторов — резина, стекло и пластик.

Атрибуты электричества | Extron

Напряжение и ток

Электричество имеет два основных атрибута: напряжение и ток.Напряжение и ток — это отдельные свойства, но в электронных схемах они взаимосвязаны. Оба должны присутствовать для правильной работы цепи.

Напряжение — это сила, которая заставляет ток течь в цепи. Он измеряется в вольтах (В или Е). Чтобы лучше понять напряжение, подумайте о водопроводном кране. Напряжение можно сравнить с давлением, при котором вода выходит из крана. Рассмотрим кран, из которого вода течет медленным, постоянным потоком. Это было бы аналогично цепи низкого напряжения.Пожарный шланг, распыляющий воду с большой силой, можно считать аналогом цепи высокого напряжения. Во всех электронных схемах должно быть напряжение для протекания тока.

Смеситель	Пожарный шланг

Теперь посмотрим на ток в электронике. Ток — это движение электрических зарядов, поток электронов по электронной схеме.Ток измеряется в амперах или амперах (A или I). Вернитесь к крану; думайте о токе как о количестве выходящей воды. Чем больше воды проходит через кран за час, тем выше ток. Думайте об этом как о реке. После дождя река становится намного тяжелее. Считается, что он имеет более сильный ток, потому что больше воды проходит через заданную точку за установленный промежуток времени. Ток и напряжение идут рука об руку. Чем выше напряжение, тем выше ток. Единственное, что может изменить это, — это то, какое сопротивление в цепи.Электронные компоненты рассчитаны на работу с определенным напряжением и током. Это факторы, определяемые производителем.

Теперь рассмотрим аккумулятор D-cell. У него есть положительный вывод (верхняя сторона с торчащей кнопкой) и отрицательный вывод (нижняя сторона с входящей кнопкой). Если провод соединен от одного полюса к другому, через провод будет протекать ток. Ток протекает в результате того, что называется электромагнитным потенциалом (напряжением) или разностью потенциалов между двумя точками.Считается, что положительная сторона батареи имеет потенциал 1,5 В, в то время как отрицательная сторона батареи считается потенциально равной нулю. Между выводами аккумулятора существует разность потенциалов 1,5 вольта. Ток будет течь по проводу от положительной клеммы к отрицательной или от положительного потенциала к нулевому потенциалу. Земля, обычно используемый термин в электронике, всегда считается нулевым вольт, и термин земля часто используется вместо нуля вольт.В приведенном выше примере отрицательная клемма аккумулятора — это земля с нулевым напряжением, хотя отрицательная клемма и земля не всегда одно и то же.

Снова вернитесь к водопроводному крану, чтобы лучше понять это. Представьте, что есть два крана с подсоединенными к ним шлангами. У них одинаковое давление воды из обоих кранов. Соедините два шланга вместе и откройте краны. Что делает вода? Если в кранах давление одинаковое, разницы потенциалов нет; ни одна сила не сильнее другой, поэтому нет потока.Уберите давление из одного крана, и вода потечет через шланг от крана под давлением к крану без давления, точно так же, как электрический ток течет от положительной клеммы батареи к отрицательной клемме батареи.

Батарея и цепь резистора

Сопротивление

Сопротивление — это явление природы, как и напряжение и ток. Подобно тому, как напряжение — это сила, которая заставляет электроны течь, а ток — это количество электронного потока, сопротивление — это сопротивление электронному потоку.Опять же хорошо применима аналогия со смесителем и шлангом. Рассмотрим смеситель с прикрепленным к нему садовым шлангом. У садового шланга есть определенная площадь, по которой может течь вода; это можно считать сопротивлением шланга. Если шланг изогнут, поток воды уменьшится даже до точки остановки. Изгиб шланга уменьшает диаметр; это увеличивает сопротивление потоку воды. В электронных схемах сопротивление обеспечивается устройствами, называемыми резисторами, а сопротивление резисторов измеряется в омах (Вт).

Обозначение резистора

Резисторы обеспечивают окончательный балансирующий элемент в основной электрической цепи, которая должна иметь три элемента для работы: напряжение, ток и сопротивление. Резистор обеспечивает нагрузку или основной элемент, над которым выполняется работа. В практической схеме нагрузка может состоять из электродвигателя, лампочки или пары динамиков. Все эти нагрузки имеют определенное сопротивление.

Рассмотрим простую схему выше. Он состоит из 9-вольтовой батареи, резистора на 100 Ом и провода, по которому протекает ток 0,090 А. Эти числа получены с помощью закона Ома, который гласит: V = IR, где V — напряжение, I — ток, а R — сопротивление. Закон Ома — простое алгебраическое уравнение. Можно вычислить любую из трех переменных, V, I или R, если даны две другие. В большинстве электронных ситуаций напряжение задается, и нужно рассчитывать либо сопротивление, либо ток.В приведенном выше примере считайте напряжение и сопротивление указанными.

В = 9,0
R = 100
В = ИК

Разделив обе части уравнения на R, получим
I = V / R = 0,09 ампер

Электроэнергия

Мощность — это мера того, сколько энергии используется в любой момент времени или сколько работы выполняется в любой момент времени. В электронике мощность выражается в ваттах, которые складываются из напряжения и тока. Короче говоря, мощность (P) равна напряжению, умноженному на ток, P = VI.В электронных схемах мощность важна во многих отношениях. Схема должна иметь достаточно мощности для управления данной нагрузкой. Так же, как у большого грузовика достаточно мощности, чтобы тянуть за собой большую лодку, а у жучка VW — нет, для правильной нагрузки необходимо выбрать схему с соответствующей выходной мощностью. При определении электрических соединений также важны соображения по питанию. Часто необходимо убедиться, что электрическая система здания имеет достаточно мощности для питания всех подключенных к ней устройств. Чтобы рассчитать мощность системы из предыдущего примера, используйте приведенное здесь уравнение, P = VI.

P = VI = 9,0 В x 0,09 A = 0,810 Вт

Электроэнергия постоянного и переменного тока и формы сигналов

Электронные схемы работают с различными типами напряжения и тока, обычно относящимися к категории переменного или постоянного тока. Приведенный выше пример батареи, работающей с резистором, является примером цепи постоянного тока. DC означает «постоянный ток» и относится к уровню тока или напряжения, который не изменяется со временем. В примере с 9-вольтовой батареей батарея всегда на 9 вольт.Напряжение не меняется со временем, как и ток.

Многие источники напряжения или тока называются переменным током. AC означает «переменный ток» и относится к току и напряжению, которые меняются со временем. Самый распространенный источник переменного напряжения и тока — это настенная электрическая розетка. Он обеспечивает источник синусоидального напряжения, которое плавно изменяется от -110 до +110 вольт, 60 раз в секунду. Есть много других форм волн переменного тока, среди них прямоугольная волна и треугольная волна, но синусоидальная волна является наиболее распространенной.

Синусоидальные, треугольные и квадратные волны (соответственно)

В электронике необходимы как переменные, так и постоянные напряжения. Сигналы, несущие информацию, такие как видео или аудиосигналы, по своей природе являются переменными токами. Информация, которую они несут, представлена ​​изменениями амплитуды, частоты и фазы сигнала. Источники постоянного напряжения и тока обычно используются для питания активных электронных компонентов, таких как усилители или процессоры.

Что такое электрический ток? — Определение, единицы и типы — Видео и стенограмма урока

Постоянный и переменный ток

Сегодня широко используются два разных типа тока. Это постоянный ток, сокращенно DC, и переменный ток, сокращенно AC. В постоянном токе электроны текут в одном направлении. Батареи создают постоянный ток, потому что электроны всегда текут с «отрицательной» стороны на «положительную».

В постоянном токе электроны движутся в одном направлении.

Переменный ток , сокращенно AC, толкает электроны вперед и назад, изменяя направление потока несколько раз в секунду. В Соединенных Штатах ток меняет направление со скоростью 60 герц, или 60 раз за одну секунду. Генераторы, используемые на электростанциях для производства электроэнергии для вашего дома, предназначены для выработки переменного тока.Вы, вероятно, никогда не замечали, что свет в вашем доме на самом деле мерцает при изменении направления тока, потому что это происходит слишком быстро, чтобы наши глаза могли его обнаружить.

Итак, зачем нам два типа тока и какой из них лучше? Что ж, это хороший вопрос, и тот факт, что мы все еще используем оба типа тока, должен сказать вам, что они оба служат определенной цели. Еще в 19 веке считалось, что для эффективной передачи энергии на большие расстояния между электростанцией и домом ее необходимо передавать при очень высоком напряжении.Проблема заключалась в том, что подавать в дом действительно высокое напряжение было чрезвычайно опасно для людей, живущих в нем.

Решением этой проблемы было снижение напряжения прямо за пределами дома перед подачей его внутрь. С технологией, существовавшей в то время, было намного легче снизить напряжение переменного тока, чем постоянного, поэтому переменный ток выиграл как предпочтительный тип тока. По сей день мы все еще используем переменный ток для передачи электроэнергии на большие расстояния, в основном из-за его способности легко преобразовываться в другие напряжения.

Итак, зачем нам вообще DC? Что ж, в первую очередь, важно понимать, что в настоящее время у нас нет никакого способа хранить электрическую энергию. «Но постойте!» — скажете вы. «А что насчет батарей? Разве они не хранят электрическую энергию? На самом деле, батареи преобразуют электрическую энергию и хранят ее в виде химической энергии. Как мы упоминали ранее, батареи создают только постоянный ток и, в свою очередь, могут заряжаться только постоянным током. Это означает, что переменный ток необходимо сначала преобразовать в постоянный, прежде чем его можно будет использовать с батареей.Пока не будет изобретена батарея переменного тока, постоянный ток всегда будет необходим.

За последние несколько десятилетий постоянный ток стал более важным из-за широкого использования электроники. Все наши высокотехнологичные игрушки, такие как компьютеры и сотовые телефоны, содержат детали, которые работают только от постоянного тока. Это означает, что даже если многие из наших гаджетов подключаются к розетке переменного тока, мощность внутри устройства преобразуется в постоянный ток, прежде чем оно будет использовано.

Единицы тока

Единицей измерения тока является ампер , но это слово часто сокращают до «ампер».Вероятно, самое обычное место, где можно увидеть что-то с номинальным током, — это коробка автоматического выключателя в вашем доме. Цифры на переключателях показывают, сколько ампер тока может пройти через прерыватель, прежде чем он отключится для защиты проводов. Это подводит нас к важному моменту. Ток измеряется количеством электрического заряда, который проходит через заданную точку, такую ​​как автоматический выключатель, за период времени в одну секунду. Поскольку электрический заряд измеряется в кулонах, а время — в секундах, истинной единицей измерения тока является кулон в секунду.Но разве не проще сказать «амперы»? К счастью для нас, один ампер определяется как один кулон в секунду, так что технически это одно и то же.

Резюме урока

Подведем итоги тому, что мы узнали. Проводники содержат много свободных электронов, которые обычно перемещаются от атома к атому в случайных направлениях. Когда к проводнику прикладывается напряжение, все свободные электроны текут в одном направлении, которое называется током. В то время как электрическая энергия передается через проводник почти со скоростью света, отдельные электроны движутся гораздо медленнее.

Существует два вида электрического тока: постоянный и переменный. В постоянном токе, сокращенно DC, электроны движутся в одном направлении. Этот тип тока создается, когда электроны движутся по цепи, чтобы перейти от «отрицательного» конца к «положительному» концу батареи. Постоянный ток имеет важные применения в хранении энергии и для питания многих наших электронных устройств.

В переменном токе, сокращенно AC, электроны меняют направление несколько раз в секунду. Этот тип тока создается генераторами на электростанции, потому что он лучше всего подходит для передачи электроэнергии на большие расстояния.Наконец, единицей измерения тока является ампер, который определяется как один кулон заряда, проходящий через заданную точку за одну секунду.

Результаты обучения

После этого урока вы сможете:

• Суммировать, как электроны движутся в токе
• Различие между переменным и постоянным током
• Определить текущую единицу

Основная теория цепей постоянного тока | Глава 1 — Напряжение, ток, энергия и мощность

Взаимосвязь напряжения и тока

Земля — ​​динамичное место.Объекты движутся, происходят химические реакции, температура повышается и понижается. Это изобилие вечной активности связано с концепцией energy . Различные формы энергии — тепловая, механическая, химическая и т. Д. — являются проявлениями фундаментальной сущности, которая приводит к физическим изменениям при передаче от одного объекта к другому.

Электричество — это форма энергии, которая возникает в результате существования и движения заряженных частиц, называемых электронами.Когда накопление электронов создает разницу в электрической потенциальной энергии между двумя точками, мы получаем напряжение (в уравнениях напряжение обозначается как V). Если эти две точки соединены проводящим материалом, электроны естественным образом перейдут от более низкого напряжения к более высокому; этот механизм называется , электрический ток , обозначается I.

Электричество — это особенно удобный и универсальный вид энергии, и это сделало его мощным инструментом в руках бесчисленных умных людей, которые спроектировали все, от большого электрического оборудования до крошечных электронных устройств.Удивительно представить себе разнообразную и сложную функциональность, которая начинается с электрической энергии, которая может передаваться через два небольших медных провода.

Сравнение напряжения и тока

	Текущий	Напряжение
Обозначение	I	В
Отношения	Ток не может течь без напряжения	Напряжение может существовать без тока
Измерения с	Амперметр	Вольтметр
Шт.	А или ампер или сила тока	В или вольт или напряжение
Единица СИ	1 ампер = 1 кулон в секунду	1 вольт = 1 джоуль / кулон (В = W / C)
Поле	Магнитный	электростатический
Последовательное соединение	Ток одинаков для всех	Напряжение распределяется по компонентам
Параллельное соединение	Ток распределяется по компонентам	Напряжения одинаковы для всех компонентов

Мощность в электронике и ее расчет

В научном контексте мощность означает скорость передачи энергии.Таким образом, электрическая мощность — это скорость, с которой передается электрическая энергия. Единица измерения — Вт (Вт), где один ватт равен передаче одного джоуля (Дж) энергии за одну секунду (с).

`1 \ W = 1 \ \ frac {J} {s}`

Электрическая мощность в ваттах равна напряжению в вольтах, умноженному на ток в амперах.

`\ text {power} = \ text {напряжение} \ \ times \ text {current}`

Единица измерения вольт (В) определяется как джоуль на кулон, то есть передает энергию (в джоулях) на кулон заряда. ампер (А) — это кулоны в секунду, то есть сколько кулонов заряда проходит через заданную точку за одну секунду. Мы можем использовать эту информацию, чтобы подтвердить, что единица измерения электроэнергии соответствует приведенной выше формуле:

`\ frac {\ text {джоули}} {\ text {second}} = \ frac {\ text {джоули}} {\ text {coulomb}} \ times \ frac {\ text {coulombs}} {\ text { второй}} `

В правой части уравнения два «кулоновских» члена сокращаются, и мы остаемся с джоулями в секунду.

Когда мы анализируем схемы, мы обычно обсуждаем мощность, используя термин «рассеиваемая» или «потребляемая» вместо «переданная».Это подчеркивает тот факт, что мощность покидает электрическую систему или используется электрическим компонентом. Мы не говорим «передан», потому что, как правило, конечное состояние или местоположение энергии не имеет значения.

Например, если напряжение на резисторе составляет 5 В, а ток через резистор составляет 0,5 А, резистор передает 2,5 Вт мощности (в виде тепла) в окружающую среду. Однако в большинстве случаев мы не собираемся передавать энергию. Мы просто хотим разработать функциональную схему и, следовательно, думаем о том, сколько мощности теряется (т.е., рассеянный) или использованный (т. е. потребленный).

Два распространенных типа напряжения: постоянный и переменный ток

Есть два распространенных способа передачи электроэнергии: постоянный ток и переменный ток.

Постоянный ток (DC) может увеличиваться или уменьшаться всевозможными способами, но величина изменений обычно мала по сравнению со средним значением. Однако наиболее фундаментальной характеристикой постоянного тока является следующее: он не меняет направление регулярно.В этом отличие от переменного тока (AC) , который регулярно меняет направление и используется во всем мире для распределения электроэнергии.

Термины «постоянный ток» и «переменный ток» стали прилагательными, которые часто используются для описания напряжения. Сначала это может немного сбить с толку: что такое напряжение постоянного или переменного тока? Это не лучшая терминология, но вполне стандартная. Напряжение постоянного тока — это напряжение, которое производит или будет производить постоянный ток, а переменное напряжение создает или будет производить переменный ток — и это создает другую терминологическую проблему.Иногда к слову «ток» добавляются «постоянный ток» и «переменный ток», хотя эти фразы означают «постоянный ток» и «переменный ток». Суть в том, что «постоянный ток» и «переменный ток» больше не являются точными эквивалентами «постоянного тока» и «переменного тока»; Постоянный ток в общем относится к величинам, которые не меняют полярность регулярно или имеют очень низкую частоту, а переменный ток в общем случае относится к величинам, которые регулярно меняют полярность на частоте, которая не является «очень низкой» в контексте данная система.

На данный момент мы сосредоточимся на цепях постоянного тока. Цепи переменного тока немного сложнее и будут обсуждаться позже в этой главе.

Символы напряжения

Что такое напряжение постоянного тока?

Пожалуй, самый известный источник постоянного напряжения — это аккумулятор. Аккумулятор — это устройство, преобразующее химическую энергию в электрическую; он выдает напряжение, которое не меняется быстро или не меняет полярности, но оно постепенно уменьшается по мере разряда батареи.

Напряжение постоянного тока можно измерить с помощью вольтметра или (чаще) многофункционального устройства, известного как мультиметр (сокращенно DMM, где D означает «цифровой»). Мультиметры могут измерять, помимо прочего, напряжение, ток и сопротивление.

Рис. 1. Измерение напряжения, отображаемое на цифровом дисплее мультиметра.

Вольтметр обеспечивает самый простой способ определения точного значения постоянного напряжения, хотя в некоторых случаях он не может передать важную информацию, поскольку не может четко отображать быстрые изменения.В настоящее время это важное соображение, потому что многие напряжения постоянного тока генерируются импульсными регуляторами, которые приводят к высокочастотным колебаниям, называемым пульсациями .

Что такое постоянный ток?

Когда между двумя клеммами присутствует постоянное напряжение и к клеммам подключен провод или резистивный элемент, протекает постоянный ток. Самый распространенный резистивный элемент — резистор; мы узнаем больше об этом компоненте на следующей странице. Лампа накаливания также является резистивным элементом.

Ток можно измерить с помощью устройства, называемого амперметром (или функции амперметра мультиметра), но измерение тока менее удобно, чем измерение напряжения. Щупы вольтметра просто помещаются в контакт с двумя проводящими поверхностями (т.е. без изменения схемы), тогда как щупы амперметра необходимо вставлять в токопроводящую дорожку:

Рис. 2. В этой схеме используется переключатель для установления пути тока во время нормальной работы и прерывания пути тока, когда необходимо вставить амперметр или цифровой мультиметр.

Обычный расход тока по сравнению с Электронный поток

Очень важно понимать разницу между обычным потоком и потоком электронов . Электроны имеют отрицательный заряд, и, следовательно, они переходят от более низкого напряжения к более высокому. Однако на рисунке 2 стрелка указывает, что ток течет от положительного полюса аккумулятора к отрицательному полюсу аккумулятора — другими словами, от более высокого напряжения к более низкому напряжению.

Обычный ток изначально был основан на предположении, что электричество связано с движением положительно заряженных частиц. Теперь мы знаем, что это неверно, но в контексте анализа цепей модель обычного протекания тока не является неверной. Это совершенно справедливо, потому что при последовательном применении всегда дает точные результаты. Кроме того, он имеет преимущество создания интуитивно понятной ситуации, в которой ток течет от более высокого напряжения к более низкому напряжению, точно так же, как жидкость течет от более высокого давления к более низкому давлению, а вода падает с более высокой отметки на более низкую.

В мире электротехники схемы обсуждаются и анализируются с использованием обычного тока, а не электронного.

Как измерить постоянный ток

Рассмотрим простой случай, когда аккумулятор питает две лампочки разного сопротивления.

Рис. 3. Базовая схема, состоящая из батареи 3 В и двух резистивных элементов.

Когда через лампочку протекает ток, сопротивление нити вызывает потерю напряжения, пропорциональную сопротивлению и величине тока.Мы называем это напряжением на лампе или падением напряжения лампы .

Рис. 4. Вольтметры используются для измерения напряжения на лампочках.

Мы видим, что напряжение на лампочке A составляет 2 В, а напряжение на лампе B — 1 В.

Затем мы измерим силу тока.

Рисунок 5.Амперметр вставляется таким образом, чтобы ток, протекающий через лампочки, проходил через один датчик через схему измерения тока устройства и выводился из другого датчика.

Предположим, что мы измеряем 1А. Мы выполнили необходимые измерения для определения рассеиваемой мощности лампочек.

Расчет мощности постоянного тока

Для расчета мощности, рассеиваемой каждой лампочкой, мы подставляем измеренные значения в формулу, приведенную выше.

Если мы хотим узнать мощность, рассеиваемую всей схемой, мы складываем мощность, рассеиваемую отдельными компонентами:

Или мы можем умножить ток, подаваемый от батареи, на напряжение батареи:

Следите за обновлениями, потому что на следующей странице мы познакомим вас с законом Ома, который выражает фундаментальную взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением.

Определение вольт-амперной характеристики в физике.

Примеры вольт-амперных характеристик в разделах:

• Различные типы токов

  • Резистивная цепь — это цепь, содержащая только резисторы и идеальные источники тока и напряжения .
  • В данном случае в цепи напряжения и токи не зависят от времени.
  • Конкретная цепь напряжения или тока не зависит от прошлого значения какой-либо цепи напряжения или тока .
  • Это решение дает цепи напряжения и токи , когда цепь находится в установившемся режиме постоянного тока.
  • Два закона Кирхгофа вместе с током — напряжением характеристика (ВАХ) каждого электрического элемента полностью описывают цепь.

• RL Схемы

  • Цепь RL состоит из катушки индуктивности и резистора, включенных последовательно или параллельно друг другу, с током , управляемым источником напряжения .
  • Когда переключатель впервые перемещается в положение 1 (при t = 0), ток равен нулю и в конечном итоге повышается до I0 = V / R, где R — полное сопротивление цепи, а V — напряжение батареи .
  • Начальный ток равен нулю и приближается к I0 = V / R с характеристикой постоянной времени для цепи RL, определяемой по формуле:
  • Характеристика время $ \ tau $ зависит только от двух факторов: индуктивности L и сопротивления R.
  • Опишите соотношение ток — напряжение в цепи RL и вычислите энергию, которая может храниться в катушке индуктивности

• Вольтметры и амперметры

  • Вольтметры и амперметры используются для измерения напряжения и тока соответственно.
  Вольтметры
  • и амперметры измеряют напряжение и ток цепи соответственно.
  • Две важнейшие характеристики любого гальванометра — это его сопротивление и его чувствительность по току и .
  • Ток Чувствительность — это ток , который дает полное отклонение стрелки гальванометра — другими словами, максимальный ток , который может измерить прибор.
  • Подключив резисторы к этому гальванометру различными способами, вы можете использовать его как вольтметр или амперметр для измерения в широком диапазоне напряжений или токов .

• Дроссели в цепях переменного тока: индуктивно-реактивные и фазовые диаграммы

  • График показывает напряжение и ток как функции времени.
  • Ток затем становится отрицательным, снова вслед за напряжением .
  • Ток отстает от напряжения , поскольку индукторы противодействуют изменению тока .
  • Напряжение на катушке индуктивности «ведет» ток из-за закона Ленца.
  • (b) График зависимости тока и напряжения на катушке индуктивности от времени.

• ЭДС и напряжение на клеммах

  • Все источники напряжения создают разность потенциалов и могут подавать ток , если они подключены к сопротивлению.
  • Однако ЭДС отличается от выходного напряжения устройства, когда течет ток .
  • Однако, если выходное напряжение устройства можно измерить без потребления тока , то выходное напряжение будет равно ЭДС (даже для очень разряженной батареи).
  • Чем больше ток , тем меньше напряжение на клемме .
  • Поскольку V = ЭДС-Ir, напряжение на клемме равно ЭДС только в том случае, если не течет ток .

• Измерения тока и напряжения в цепях

  • Электрический ток прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален сопротивлению в цепи.
  • Согласно закону Ома, электрический ток I, или движение заряда, который протекает через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению В.
  • Используя это уравнение, мы можем вычислить ток , напряжение или сопротивление в данной цепи.
  • Если мы знаем ток , и сопротивление, мы можем изменить уравнение закона Ома и решить для напряжения В:
  • Опишите взаимосвязь между электрическим током , напряжением и сопротивлением в цепи

• Закон Ома

  • Закон Ома гласит, что ток пропорционален напряжению ; схемы являются омическими, если они подчиняются соотношению V = IR.
  • Напомним, что в то время как напряжение управляет током , сопротивление препятствует этому.
  • Омические материалы имеют сопротивление R, которое не зависит от напряжения В и тока I.
  • Если напряжение принудительно равно некоторому значению V, то это напряжение В, деленное на измеренный ток I, будет равно R.
  • Или, если ток принудительно равен некоторому значению I, то измеренное напряжение В, деленное на этот ток I, также равно R.

• Эффект Холла

  • Когда ток проходит через провод, подверженный воздействию магнитного поля, в проводнике создается потенциал, поперечный току .
  • Эффект Холла — это явление, при котором разность напряжений (называемая напряжением Холла ) создается поперек электрического проводника, поперек электрического тока проводника, когда прикладывается магнитное поле, перпендикулярное току проводника. .
  • Для металла, содержащего только один тип носителя заряда (электроны), напряжение Холла (VH) может быть рассчитано как коэффициент : ток (I), магнитное поле (B), толщина проводящей пластины (t ), и плотность носителей заряда (n) электронов-носителей:
  • Коэффициент Холла (RH) представляет собой характеристику материала проводника и определяется как отношение индуцированного электрического поля (Ey) к произведению плотности тока (jx) и приложенного магнитного поля (B):
  • Express Hall напряжение для металла, содержащего только один тип носителей заряда

• Резисторы и конденсаторы серии

  • Когда нет тока , нет падения ИК-излучения, поэтому напряжение на конденсаторе должно тогда равняться ЭДС источника напряжения .
  • Первоначально напряжение на конденсаторе равно нулю и сначала быстро возрастает, поскольку начальный ток является максимальным.
  • Напряжение асимптотически приближается к ЭДС, поскольку чем ближе оно приближается к ЭДС, тем меньше протекает ток .
  • Изначально ток равен I0 = V0 / R, управляемый начальным напряжением V0 на конденсаторе.
  • По мере того, как напряжение уменьшается, ток и, следовательно, скорость разряда уменьшается, что подразумевает другую экспоненциальную формулу для V.

• Фазовый угол и коэффициент мощности

  • В последовательной RC-цепи, подключенной к источнику напряжения переменного тока , напряжение и ток поддерживают разность фаз.
  • Как мы изучали ранее в Atom («Импеданс»), ток , напряжение и импеданс в RC-цепи связаны версией закона Ома для переменного тока: $ I = \ frac {V} {Z} $, где I и V — пиковый ток и пиковое напряжение соответственно, а Z — полное сопротивление цепи.
  • мы замечаем, что напряжение $ v (t) $ и ток $ i (t) $ имеют разность фаз $ \ phi $.
  • Поскольку напряжение и ток не совпадают по фазе, мощность, рассеиваемая цепью, не равна: (пиковое напряжение ) раз (пиковое напряжение ).
  • Тот факт, что напряжение источника и ток не совпадают по фазе, влияет на мощность, подаваемую в цепь.

Основные принципы электроэнергетики

Электричество

Электричество, проще говоря, это протекание электрического тока по проводнику.Этот электрический ток принимает форму свободных электронов, которые переходят от одного атома к другому. Таким образом, чем больше в материале свободных электронов, тем лучше он проводит. Есть три основных электрических параметра: вольт, ампер и ом.

1. Вольт

Давление, которое оказывает на свободные электроны, заставляя их течь, известно как электродвижущая сила (ЭДС). Вольт — это единица измерения давления, то есть вольт — это величина электродвижущей силы, необходимая для проталкивания тока в один ампер через проводник с сопротивлением в один Ом.

2. Ампер

Ампер определяет скорость протекания электрического тока. Например, когда один кулон (или 6 x 1018 электронов) проходит через заданную точку проводника за одну секунду, это определяется как ток в один ампер.

3. Ом

Ом — это единица измерения сопротивления проводника. Три вещи определяют величину сопротивления в проводнике: его размер, его материал, например, медь или алюминий, и его температура. Сопротивление проводника увеличивается с увеличением его длины или уменьшения диаметра.Чем более проводящими являются используемые материалы, тем ниже становится сопротивление проводника. И наоборот, повышение температуры обычно увеличивает сопротивление проводника.

Закон Ома

Закон

Ома определяет соотношение между электрическим током (I), напряжением (V) и сопротивлением (R) в проводнике.

Закон Ома можно выразить как: V = I × R

Где: V = вольты, I = амперы, R = ом

Пропускная способность

Допустимая нагрузка — это величина тока, которую может выдержать проводник до того, как его температура превысит допустимые пределы.Эти ограничения приведены в Национальном электротехническом кодексе (NEC), Электротехническом кодексе Канады и в других технических документах, например, опубликованных Ассоциацией инженеров по изолированным кабелям (ICEA). Важно знать, что многие внешние факторы влияют на допустимую нагрузку электрического проводника, и эти факторы следует принимать во внимание, прежде чем выбирать размер проводника.

.