Как называется упорядоченное движение заряженных частиц
Перейти к содержимому

Как называется упорядоченное движение заряженных частиц

  • автор:

электрический ток

направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц: электронов, ионов и др. Условно за направление электрического тока принимают направление движения положительных зарядов.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЙ ТОК, направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц: электронов (см. ЭЛЕКТРОН (частица)) , ионов (см. ИОНЫ) и др. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц; если ток создается отрицательно заряженными частицами (например, электронами), то направление тока считают противоположным направлению движения частиц.
Различают электрический ток проводимости, связанный с движением заряженных частиц относительно той или иной среды (т. е. внутри макроскопических тел), и конвекционный ток (см. КОНВЕКЦИОННЫЙ ТОК) — движение макроскопических заряженных тел как целого (например, заряженных капель дождя).
Если в цепи устанавливается электрический ток, то это означает, что через поперечное сечение проводника (см. ПРОВОДНИКИ) все время переносится электрический заряд. Заряд, перенесенный в единицу времени, служит основной количественной характеристикой тока, называемой силой тока (см. СИЛА ТОКА) . Сила тока равна отношению величины заряда, переносимого через поперечное сечение проводника за определенный интервал времени, к продолжительности этого интервала. Если сила тока и его направление со временем не меняется, то ток называют постоянным током (см. ПОСТОЯННЫЙ ТОК) .
Для возникновения и существования электрического тока необходимо наличие свободных положительно или отрицательно заряженных частиц, не связанных в единую электрически нейтральную систему, и силы, создающей и поддерживающей их упорядоченное движение. Обычно силой, вызывающей такое движение, является сила со стороны электрического поля внутри проводника, которая определяется электрическим напряжением (см. НАПРЯЖЕНИЕ (электрическое)) на концах проводника.
Важнейшей характеристикой проводника является зависимость силы тока от напряжения — вольт-амперная характеристика (см. ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА) . Она имеет простейший вид для металлических проводников и электролитов: сила тока прямо пропорциональна напряжению (Ома закон (см. ОМА ЗАКОН) ).
Протекая по веществу, электрический ток может оказывать магнитное, тепловое, химическое воздействие. Магнитное действие заключается в возникновении магнитного поля, это действие является всеобщим, проявляется у всех без исключения проводников. Тепловое действие электрического тока заключается в нагреве вещества, через которое протекает ток (исключение — сверхпроводники (см. СВЕРХПРОВОДНИКИ) , в которых выделения теплоты не происходит). Химическое действие наблюдается преимущественно в электролитах и заключается в протекании химических реакций под действием электрического тока (например, при электролизе (см. ЭЛЕКТРОЛИЗ) ).
Максвеллом введено понятие полного тока, который, в соответствии с его теорией всегда замкнут: на концах проводника обрывается лишь ток проводимости, а в диэлектрике (см. ДИЭЛЕКТРИКИ) (вакууме) между концами проводника имеется ток смещения (см. ТОК СМЕЩЕНИЯ) , который замыкает ток проводимости. Поэтому плотность полного электрического тока jполн равна сумме плотности тока проводимости j и плотности тока смещения jсм, и определяет создаваемое им магнитное поле.
Jполн = j + ?D/?t
Способность веществ проводить электрический ток очень сильно различается для разных материалов и характеризуется электропроводностью (см. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ) . Проводники (см. ПРОВОДНИКИ) , благодаря наличию в них большого количества подвижных заряженных частиц — носителей заряда, хорошо проводят электрический ток. Концентрация носителей заряда в диэлектриках (см. ДИЭЛЕКТРИКИ) крайне мала, и даже при больших напряжениях они служат хорошими изоляторами. В металлах (см. МЕТАЛЛЫ) свободными заряженными частицами — носителями тока — являются электроны проводимости, концентрация которых практически не зависит от температуры и составляет 10 22 -10 23 см -3 . В электролитах (см. ЭЛЕКТРОЛИТЫ) электрический ток обусловлен направленным движением положительных и отрицательных ионов, образующихся в результате электролитической диссоциации.
Газы из нейтральных молекул являются диэлектриками. Электрический ток проводят лишь ионизованные газы — плазма (см. ПЛАЗМА) . Носителями тока в плазме служат положительные и отрицательные ионы (как в электролитах) и свободные электроны (как в металлах).

Энциклопедический словарь . 2009 .

  • электрический счётчик
  • электрический трансформатор

Электрический ток

Электри́ческий ток — упорядоченное (направленное) движение электрически заряженных частиц или заряженных макроскопических тел [1] .

Носителями электрического заряда могут являться: в металлах — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в газах — ионы и электроны, в вакууме при определённых условиях — электроны, в полупроводниках — электроны или дырки (электронно-дырочная проводимость). С точки зрения квантовой теории поля переносчиком электромагнитного взаимодействия является фотон [2] .

Последующее электромагнитное взаимодействие между заряженными частицами осуществляется не прямо, а посредством электромагнитного поля. Скорость распространения электромагнитного взаимодействия (поля) или скорость электромагнитного излучения достигает световых скоростей, что многократно превышает скорость движения самих носителей электрического заряда.

Иногда электрическим током называют также ток смещения, возникающий в результате изменения в пространстве электрического поля [3] .

Электрический ток проявляется следующими действиями:

  • нагревание проводников (исключая сверхпроводники);
  • изменение химического состава проводников (наблюдается преимущественно в электролитах);
  • создание магнитного поля (проявляется у всех без исключения проводников) [1] .

Классификация

Если заряженные частицы движутся внутри макроскопических тел относительно той или иной среды, то такой ток называют электрическим током проводимости. Силой, вызывающей такое движение, является электрическое поле внутри проводника, создаваемое разностью потенциалов на концах проводника (проводящей среды). Таковым, например, является движение электронов в металлическом проводе или ионов в электролите либо в ионизированном газе.

Токи, возникающие за счёт перемещения зарядов под воздействием электрического поля в вакуумных приборах (радиолампах, электронно-лучевых трубках) или движения макроскопических заряженных тел как целого (например, заряженных капель дождя), называют конвекционными [1] [4] .

Пульсирующий ток Постоянный ток Произвольно изменяющийся переменный ток Синусоидальный переменный ток

Основные виды электрических токов (при определении видов тока слово «электрический» опускают) [1] [3] :

  • однонаправленный ток — ток, не изменяющий своего направления;
  • постоянный ток — ток, не изменяющийся по направлению и во времени. В электротехнике постоянным током также считают пульсирующий (например, выпрямленный переменный, который, строго говоря, является однонаправленным);
  • переменный ток — ток, изменяющийся во времени. Под переменным током понимают любой ток, не являющийся однонаправленным;
  • периодический ток — ток, мгновенные значения которого повторяются через равные интервалы времени в неизменной последовательности. Таковым, в частности, является переменный синусоидальный ток;
  • пульсирующий ток — периодический ток, среднее значение которого за период отлично от нуля;

В отдельном ряду можно выделить такие виды токов, как:

  • квазистационарный ток — относительно медленно изменяющийся переменный ток, для мгновенных значений которого с достаточной точностью выполняются законы постоянных токов. Условие квазистационарности для синусоидальных переменных токов сводится к малости геометрических размеров электрической цепи по сравнению с длиной волны рассматриваемого тока. Квазистационарными являются обычные промышленные токи, кроме токов в линиях дальних передач, в которых условие квазистационарности вдоль линии не выполняется. Например, ток промышленной частоты 50 Гц квазистационарен для цепей протяженностью до 100 км [5] ;
  • вихревые токи (токи Фуко) — замкнутые электрические токи в массивном проводнике, возникающие при изменении пронизывающего его магнитного потока, оттого вихревые токи являются индукционными токами. Чем выше скорость изменения магнитного потока, тем сильнее вихревые токи. Вихревые токи не текут по определённым путям в проводах, а замыкаясь в проводнике образуют вихреобразные контуры [6] .

Характеристики

Электрический ток характеризуется рядом характеристик, основные из которых приведены ниже.

Направление тока

Исторически принято, что направление тока совпадает с направлением движения положительных зарядов в проводнике, то есть ток течёт от «плюса» к «минусу». При этом, если единственными носителями тока являются отрицательно заряженные частицы (например, электроны в металле), то принятое направление тока противоположно фактическому направлению движения заряженных частиц.

Дрейфовая скорость электронов

Схематичное изображение распространения волн электромагнитного поля

Дрейфовая скорость направленного движения частиц в проводниках, вызванного внешним полем, зависит от материала проводника, массы и заряда частиц, окружающей температуры, приложенной разности потенциалов. За 1 секунду электроны в проводнике перемещаются за счёт упорядоченного движения незначительно, менее чем на 0,1 мм.

Несмотря на это, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости распространения электромагнитного поля, возникающего при включении электрической цепи и распространяющегося вдоль проводов со скоростью света в среде. Это поле приводит в движение свободные электрические заряды почти одновременно во всех проводниках электрической цепи.

Сила и плотность тока

Электрический ток характеризуется количественными характеристиками: скалярной силой тока и векторной плотностью тока. Сила тока — физическая величина, равная отношению количества заряда Δ Q , прошедшего за некоторое время Δ t через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени [7] .

Сила тока в Международной системе единиц (СИ) измеряется в амперах (A).

По закону Ома сила тока I на участке цепи прямо пропорциональна напряжению U , приложенному к этому участку цепи, и обратно пропорциональна его сопротивлению R :

Если на участке цепи электрический ток не постоянный, то напряжение и сила тока постоянно изменяется, при этом у обычного (синусоидального) переменного тока средние значения напряжения и силы тока за период равны нулю. Однако средняя мощность выделяемого при этом тепла нулю не равна. Для уточнения применяют следующие понятия:

  • мгновенные напряжение и сила тока, то есть действующие в данный момент времени;
  • амплитудные напряжение и сила тока, то есть максимальные абсолютные значения;
  • эффективные (действующие) напряжение и сила тока определяются тепловым действием тока, то есть имеют те же значения, которые они были бы у постоянного тока с таким же тепловым эффектом [8] .

Плотность тока — вектор, абсолютная величина которого равна отношению силы тока, протекающего через некоторое сечение проводника, перпендикулярное направлению тока, к площади этого сечения, а направление вектора совпадает с направлением движения положительных зарядов, образующих ток [9] .

Согласно закону Ома в дифференциальной форме плотность тока в среде j → >> пропорциональна напряжённости электрического поля E → >> и проводимости среды σ :

На практике плотность тока обычно определяют как отношение силы тока к площади проводника:

где I — сила тока через поперечное сечение проводника площадью S . Единица измерения плотности тока в системе СИ — А/м 2 .

Мощность

При прохождении через проводник электрического тока совершается работа против сил сопротивления. Электрическое сопротивление любого проводника состоит из двух составляющих:

  • активное сопротивление — сопротивление теплообразованию;
  • реактивное сопротивление — сопротивление, обусловленное передачей энергии электрическому или магнитному полю (и обратно) [10] .

Как правило, бо́льшая часть работы электрического тока выделяется в виде тепла. Мощностью тепловых потерь называется величина, равная количеству выделившегося тепла в единицу времени. Согласно закону Джоуля — Ленца мощность тепловых потерь в проводнике пропорциональна силе протекающего тока и приложенному напряжению:

Мощность измеряется в ваттах (Вт).

В сплошной среде объёмная мощность потерь p определяется скалярным произведением вектора плотности тока j → >> и вектора напряжённости электрического поля E → >> в данной точке:

Объёмная мощность измеряется в ваттах на кубический метр (Вт/м 3 ).

Сопротивление излучения

Сопротивление излучения — это сопротивление, вызванное образованием электромагнитных волн вокруг проводника и обусловленное энергией, уносимой в виде радиоволн. При обычном сопротивлении «теряемая» энергия переходит в тепло, в случае излучения «потерянная» энергия уходит в окружающее пространство. Но с точки зрения теории цепей, без учета того, куда уходит энергия, общий эффект для электрической цепи один и тот же — энергия «теряется», оттого антенна представляется генератору обладающей электрическим сопротивлением [11] . Это сопротивление находится в сложной зависимости от формы и размеров проводника и от длины излучаемой волны. Для одиночного прямолинейного проводника, в котором по всей его длине ток одного направления и силы, и длина которого L значительно меньше длины излучаемой им электромагнитной волны λ , зависимость сопротивления от длины волны и длины проводника относительно проста:

Промышленному электрическому току со стандартной для России и некоторых прочих стран частоты 50 Гц соответствует волна длиной около 6.000 км, оттого мощность излучения пренебрежительно мала по сравнению с мощностью тепловых потерь. Однако, с увеличением частоты тока длина излучаемой волны уменьшается и соответственно возрастает мощность излучения. Проводник, способный излучать заметную энергию, называется антенной.

Частота

Графики токов разной частоты:
— сверху график тока низкой частоты
— снизу график тока высокой частоты

Понятие частоты относится к току, периодически изменяющему силу или направление (например, к переменному току, изменяющемуся по синусоидальному закону).

Период переменного тока — наименьший промежуток времени (выраженный в единицах времени), через который изменения силы тока и напряжения периодически повторяются [8] . Количество периодов, совершаемое током за единицу времени, носит название частоты. Частота измеряется в герцах, один герц (Гц) соответствует одному периоду в секунду (с).

Ток смещения

Ток смещения в конденсаторе.
B — интеграл магнитного поля вокруг края d S поверхности S

Иногда для удобства вводят понятие тока смещения. В уравнениях Максвелла ток смещения присутствует на равных правах с током, вызванным движением зарядов [12] . Интенсивность магнитного поля зависит от полного электрического тока, равного сумме тока проводимости и тока смещения. По определению, плотность тока смещения j → D >_> — векторная величина, пропорциональная скорости изменения электрического поля E → >> :

где ε 0 > — электрическая постоянная, а ε — диэлектрическая проницаемость. При изменении электрического поля, так же, как и при протекании тока, происходит генерация магнитного поля, что делает эти два процесса схожими один с другим. Помимо этого, изменение электрического поля обычно сопровождается переносом энергии. Так, при заряде и разряде конденсатора, несмотря на то, что между его обкладками не происходит движения заряженных частиц, говорят о протекании через него тока смещения, переносящего некоторую энергию и своеобразным образом замыкающего электрическую цепь. Ток смещения I D > в конденсаторе определяется по формуле:

где Q — заряд на обкладках конденсатора, U — разность потенциалов между обкладками, C — ёмкость конденсатора.

Строго говоря, ток смещения не является электрическим током, поскольку не связан с перемещением электрического заряда между полюсами источника тока.

Механизмы протекания тока в различных средах

Основной характеристикой среды для протекания электрического тока является её способность проводить ток — проводимость.

В отличие от диэлектриков в проводниках имеются свободные носители нескомпенсированных зарядов, которые под действием разности электрических потенциалов приходят в движение и создают электрический ток. Вольт-амперная характеристика (ВАХ, зависимость силы тока от напряжения) является важнейшей характеристикой проводника. Для металлических проводников и электролитов она имеет простейший вид: сила тока прямо пропорциональна напряжению (закон Ома).

  • Металлы — носителями тока являются электроны проводимости, которые принято рассматривать как электронный газ, отчётливо проявляющий квантовые свойства вырожденного газа;
  • Плазма — ионизированный газ. Электрический заряд переносится ионами (положительными и отрицательными) и свободными электронами, образующимися под действием излучения (ультрафиолетового, рентгеновского и других) и/или нагревания.
  • Электролиты — «жидкие или твёрдые вещества и системы, в которых присутствуют в сколько-нибудь заметной концентрации ионы, обусловливающие прохождение электрического тока» [13] . Ионы образуются в процессе электролитической диссоциации. При нагревании проводимость электролитов растёт вследствие увеличения числа молекул, распавшихся на ионы. В результате прохождения тока через электролит ионы движутся к электродам и нейтрализуются, оседая на них. Законы электролиза Фарадея определяют массу вещества, выделившегося на электродах.

Возможен также электрический ток, обусловленный движением электронов в вакууме, что используется в электронно-лучевых приборах [1] [4] . Здесь наличие тока обусловлено термоэлектронной эмиссией электронов из горячего металлического катода и притяжением их к положительно заряженному аноду.

Электрические токи в природе

Электрические токи могут протекать в проводящих материалах, газах, живых организмах и пр.

Атмосферное электричество

Начало научному изучению атмосферного электричества было положено в XVIII веке американским учёным Б. Франклином, экспериментально установившим электрическую природу молнии, и русским учёным М. В. Ломоносовым — автором первой гипотезы, объясняющей электризацию грозовых облаков. Две основные современные теории атмосферного электричества были созданы английским учёным Ч. Вильсоном и советским учёным Я. И. Френкелем. Согласно теории Вильсона, Земля и ионосфера играют роль обкладок конденсатора, заряжаемого грозовыми облаками. [14] В дальнейшем было установлено, что электричество накапливается в сгущениях паров в верхних слоях атмосферы, и указаны следующие законы, которым следует атмосферное электричество:

  • у земной поверхности существует стационарное электрическое поле, при этом атмосфера в целом заряжена положительно. Разность потенциалов между поверхностью земли и ионосферой может достигать величины 200-250 кВ;
  • проявления атмосферного электричества растут при возрастании влажности воздуха. По мере укрупнения частиц облака, увеличения его толщины, усиления осадков из него растет его электризация. В грозовых облаках увеличивается плотность объёмных зарядов;
  • электрический пробой под действием сил электрического поля воздушного промежутка между заряженным грозовым облаком и поверхностью земли либо между противоположно заряженными облаками формирует в атмосфере мощный естественный искровой разряд — молнию. Средняя вспышка молнии формирует электрический ток силой порядка 40-50 килоампер (кА).

Помимо токов проводимости, в атмосфере протекают значительные электрические диффузионные и конвективные токи. Также, была установлена электрическая природа полярных сияний [14] .

Огни святого Эльма — естественный коронный электрический разряд, когда электрическое поле вызывает ионизацию молекул воздуха, создавая слабое свечение, хорошо заметное в условиях низкой освещенности [15] .

Биоэлектрические потенциалы

Биоэлектрические потенциалы (устар. биотоки) — электрические потенциалы в телах живых организмов, играющие весьма существенную роль во всех жизненных процессах. Биопотенциалы существуют как на внутриклеточном уровне, так и на уровне отдельных частей тела и органов. Передача нервных импульсов происходит посредством электрохимических сигналов [16] . Некоторые животные (электрические скаты, электрический угорь) способны накапливать потенциал в несколько сотен вольт и используют это свойство для самозащиты.

Применение

При изучении электрического тока было обнаружено множество его свойств, которые позволили найти ему практическое применение в различных областях человеческой деятельности, и даже создать новые области, которые без существования электрического тока были бы невозможны. После того, как электрическому току нашли практическое применение и по причине того, что электрический ток можно получать различными способами, в промышленной сфере возникло новое понятие — электроэнергетика [17] .

Электрический ток используется как источник вторичной энергии — энергии, получаемой человеком после преобразования первичной энергии (форма энергии в природе, которая не была подвергнута процессу искусственного преобразования и которая может быть преобразована в электрическую, тепловую, механическую, химическую) [18] и как носитель информационных сигналов разной сложности и видов.

Электрический ток как источник энергии находит ряд применений:

  • получение тепловой энергии в нагревательных приборах, электропечах, при электросварке;
  • получение световой энергии в осветительных и сигнальных приборах;
  • возбуждение электромагнитных колебаний целого спектра частот;
  • получение звука;
  • получение различных веществ путём электролиза, зарядка электрических аккумуляторов путем превращения электрической энергии в химическую;
  • создание магнитного поля (в электромагнитах).

Широкое применение электрический ток нашел в медицине:

  • Диагностика — биотоки в здоровых и больных органах отличаются, что делает возможным определить заболевание, выявить его причины и назначить лечение. Раздел физиологии, изучающий электрические явления в организме, называется электрофизиологией. Здесь можно выделить следующие виды диагностики:
    • электроэнцефалография — метод исследования функционального состояния головного мозга;
    • электрокардиография — методика регистрации и исследования электрических полей при работе сердца;
    • электрогастрография — метод исследования моторной деятельности желудка;
    • электромиография — метод исследования биоэлектрических потенциалов, возникающих в скелетных мышцах.
    • электростимуляция определённых областей головного мозга;
    • лечение болезни Паркинсона и эпилепсии, электрофорез.
    • водитель ритма, стимулирующий сердечную мышцу импульсным током, что показано при брадикардии и иных сердечных аритмиях.

    Безопасность

    Тело человека является проводником электрического тока. Сопротивление человека при сухой и неповрежденной коже у разных людей колеблется от 3 до 100 кОм, при этом сопротивление внутренних слоев тела менее одного килоома, что характерно при проведении биоимпедансометрии.

    Ток, пропущенный через организм человека или животного, приводит к следующим воздействиям:

    • термическому (нагрев и ожоги тканей, нагрев и повреждение кровеносных сосудов);
    • электролитическому (разложение крови, нарушение её физико-химического состава);
    • биологическому (раздражение и возбуждение тканей организма, судороги);
    • механическому (разрыв кровеносных сосудов под действием давления пара, вызванного нагревом крови электрическим током).

    Основным фактором, обуславливающим исход поражения током, является величина тока, проходящего через тело человека. По технике безопасности электрический ток классифицируется следующим образом [20] :

    • безопасным считается сила тока, длительное прохождение которого через организм человека не причиняет ему вреда и не вызывает никаких ощущений. Его величина не превышает 50 мкА (переменный ток 50 Гц) и 100 мкА (постоянный ток);
    • сила минимально ощутимого человеком переменного тока составляет около 0,6–1,5 мА (переменный ток 50 Гц) и 5—7 мА (постоянный ток);
    • пороговым неотпускающим называется минимальный ток такой силы, при которой человек уже неспособен усилием воли оторвать руки от токоведущей части. Для переменного тока это около 10—15 мА, для постоянного — 50—80 мА;
    • фибрилляционным порогом называется сила переменного тока (50 Гц) около 100 мА и постоянного тока 300 мА, воздействие которого дольше 0,5 с уже вызывает фибрилляцию сердечных мышц. Этот порог одновременно считается условно смертельным для человека.

    Правила электробезопасности регламентируются правовыми и техническими документами, нормативно-технической базой [20] . Знание основ электробезопасности обязательно для персонала, обслуживающего электроустановки и электрооборудование.

    Примечания

    1. ↑ 1,01,11,21,31,4 Электрический ток // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров . — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978. [1]
    2. ↑Что такое электрический ток(неопр.) . Образовательный сайт Школа для электрика. Дата обращения: 10 января 2024.
    3. ↑ 3,03,1ГОСТ Р 52002-2003. ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. Термины и определения основных понятий(неопр.) . Госстандарт России (1 июля 2003). Дата обращения: 10 января 2024.
    4. ↑ 4,04,1Электрический ток(неопр.) . Энциклопедия физики и техники. Дата обращения: 16 января 2024.
    5. ↑ Квазистационарный ток // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров . — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978. [2]
    6. ↑ Вихревые токи // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров . — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978. [3]
    7. ↑ Сила тока // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров . — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978. [4]
    8. ↑ 8,08,1 Переменный ток // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров . — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978. [5]
    9. ↑ Плотность электрического тока // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров . — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978. [6]
    10. ↑ Электрическое сопротивление // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров . — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978. [7]
    11. ↑Michael A. Gottlieb and Rudolf Pfeiffer.Radiation Damping. Light Scattering(англ.). California Institute of Technology. Дата обращения: 11 января 2024.
    12. ↑ Ток смещения // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров . — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978. [8]
    13. ↑ Электролиты // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров . — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978. [9]
    14. ↑ 14,014,1 Атмосферное электричество // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров . — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978. [10]
    15. ↑ Коронный разряд // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров . — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978. [11]
    16. ↑ Биоэлектрические потенциалы // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров . — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978. [12]
    17. ↑ Электроэнергетика // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров . — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978. [13]
    18. ↑Энергия в природе и ее виды // Курс лекций. — Белорусский государственный университет.
    19. ↑Электролечение(неопр.) . БУЗОО «ЦМР».Центр медицинской реабилитации. Дата обращения: 12 января 2024.
    20. ↑ 20,020,1ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ(неопр.) . Самарский государственный университет путей сообщения. Дата обращения: 12 января 2024.

    Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!

    • Знание.Вики:Готовые статьи по науке
    • Знание.Вики:Готовые статьи о технологиях
    • Все статьи
    • Электричество

    Постоянный электрический ток (определение)

    Электрический ток – упорядоченное движение заряженных частиц под действием сил электрического поля или сторонних сил. За направление тока выбрано направление движения положительно заряженных частиц. Электрический ток называют постоянным, если сила тока и его направление не меняются с течением времени.

    Условия существования постоянного электрического тока

    Для существования постоянного электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц и наличие источника тока, в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля.

    Источник тока – устройство, в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля. В источнике тока на заряженные частицы в замкнутой цепи действуют сторонние силы. Причины возникновения сторонних сил в различных источниках тока различны. Например в аккумуляторах и гальванических элементах сторонние силы возникают благодаря протеканию химических реакций, в генераторах электростанций они возникают при движении проводника в магнитном поле, в фотоэлементах – при действиях света на электроны в металлах и полупроводниках.

    Электродвижущей силой источника тока называют отношение работы сторонних сил к величине положительного заряда, переносимого от отрицательного полюса источника тока к положительному:

    Основные понятия

    Сила тока – скалярная физическая величина, равная отношению заряда, прошедшего через проводник, ко времени, за которое этот заряд прошел:

    где I – сила тока, q – величина заряда (количество электричества), t – время прохождения заряда.

    Плотность тока – векторная физическая величина, равная отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника:

    где j – плотность тока, S – площадь сечения проводника.

    Направление вектора плотности тока совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц.

    Напряжение – скалярная физическая величина, равная отношению полной работе кулоновских и сторонних сил при перемещении положительного заряда на участке к значению этого заряда:

    где A – полная работа сторонних и кулоновских сил, q – электрический заряд.

    Электрическое сопротивление – физическая величина, характеризующая электрические свойства участка цепи:

    где ρ – удельное сопротивление проводника, l – длина участка проводника, S – площадь поперечного сечения проводника.

    Проводимостью называется величина, обратная сопротивлению:

    где G – проводимость.

    Электрический ток

    Электрический ток

    Электрический ток — направленное движение электрически заряженных частиц под воздействием электрического поля. Такими частицами могут являться: в проводниках – электроны , в электролитах – ионы (катионы и анионы), в полупроводниках – электроны и, так называемые, «дырки» («электронно-дырочная проводимость»). Также существует «ток смещения «, протекание которого обусловлено процессом заряда емкости, т.е. изменением разности потенциалов между обкладками. Между обкладками никакого движения частиц не происходит, но ток через конденсатор протекает.

    В теории электрических цепей за ток принято считать направленное движение носителей заряда в проводящей среде под действием электрического поля.

    Током проводимости (просто током) в теории электрических цепей называют количество электричества, протекающего за единицу времени через поперечное сечение проводника: i=q/ t , где i — ток. А; q = 1,6 · 10 9 — заряд электрона, Кл; t — время, с.

    Это выражение справедливо для цепей постоянного тока. Для цепей переменного тока применяют так называемое мгновенное значение тока, равное скорости изменения заряда во времени: i(t)= dq/ dt .

    Электрический ток возникает тогда, когда на участке электрической цепи появляется электрическое поле, или разность потенциалов между двумя точками проводника. Разность потенциалов между двумя точками электрической цепи называют напряжением или падением напряжения на этом участке цепи .

    Электрический ток и напряжение

    Вместо термина «ток» («величина тока») часто применяется термин «сила тока». Однако последний нельзя назвать удачным, так как сила тока не есть какая-либо сила в буквальном смысле этого слова, а только интенсивность движения электрических зарядов в проводнике, количество электричества, проходящего за единицу времени через площадь поперечного сечения проводника.
    Ток характеризуется силой тока, которая в системе СИ измеряется в амперах (А), и плотностью тока , которая в системе СИ измеряется в амперах на квадратный метр.
    Один ампер соответствует перемещению через поперечное сечение проводника в течение одной секунды (с) заряда электричества величиной в один кулон (Кл):

    В общем случае, обозначив ток буквой i, а заряд q, получим:

    Единица тока называется ампер (А) . Ток в проводнике равен 1 А, если через поперечное сечение проводника за 1 сек проходит электрический заряд, равный 1 кулон.

    Направленное движение электронов в проводнике

    Рис. 1. Направленное движение электронов в проводнике

    Если вдоль проводника действует напряжение, то внутри проводника возникает электрическое поле. При напряженности поля Е на электроны с зарядом е действует сила f = Ее. Величины f и Е векторные. В течение времени свободного пробега электроны приобретают направленное движение наряду с хаотическим. Каждый электрон имеет отрицательный заряд и получает составляющую скорости, направленную противоположно вектору Е (рис. 1). Упорядоченное движение, характеризуемое некоторой средней скоростью электронов vcp, определяет протекание электрического тока.

    Электроны могут иметь направленное движение и в разреженных газах. В электролитах и ионизированных газах протекание тока в основном обусловлено движением ионов. В соответствии с тем, что в электролитах положительно заряженные ионы движутся от положительного полюса к отрицательному, исторически направление тока было принято обратным направлению движения электронов.

    За направление тока принимается направление, в котором перемещаются положительно заряженные частицы, т.е. направление, противоположное перемещению электронов.
    В теории электрических цепей за направление тока в пассивной цепи (вне источников энергии) взято направление движения положительно заряженных частиц от более высокого потенциала к более низкому. Такое направление было принято в самом начале развития электротехники и противоречит истинному направлению движения носителей заряда — электронов, движущихся в проводящих средах от минуса к плюсу.

    Направление электрического тока в электролите и свободных электронов в проводнике

    Направление электрического тока в электролите и свободных электронов в проводнике

    Величина, равная отношению тока к площади поперечного сечения S, называются плотностью тока (обозначается δ ): δ = I / S

    При этом предполагается, что ток равномерно распределен по сечению проводника. Плотность тока в проводах обычно измеряется в А/мм2.

    По типу носителей электрических зарядов и среды их перемещения различают токи проводимости и токи смещения . Проводимость делят на электронную и ионную. Для установившихся режимов различают два вида токов: постоянный и переменный.

    Электрическим током переноса называют явление переноса электрических зарядов заряженными частицами или телами, движущимися в свободном пространстве. Основным видом электрического тока переноса является движение в пустоте элементарных частиц, обладающих зарядом (движение свободных электронов в электронных лампах), движение свободных ионов в газоразрядных приборах.

    Электрическим током смещения (током поляризации) называют упорядоченное движение связанных носителей электрических зарядов. Этот вид тока можно наблюдать в диэлектриках.
    Полный электрический ток — скалярная величина, равная сумме электрического тока проводимости, электрического тока переноса и электрического тока смещения сквозь рассматриваемую поверхность.

    Постоянным называют ток, который может изменяться по величине, но не изменяет своего знака сколь угодно долгое время. Подробнее об этом читайте здесь: Постоянный ток

    Переменным называют ток, который периодически изменяется как по величине, так и по знаку. Величиной, характеризующей переменный ток, является частота (в системе СИ измеряется в герцах), в том случае, когда его сила изменяется периодически. Переменный ток высокой частоты вытесняется на поверхность проводника. Токи высокой частоты применяется в машиностроении для термообработки поверхностей деталей и сварки, в металлургии для плавки металлов. Переменные токи подразделяют на синусоидальные и несинусоидальные . Синусоидальным называют ток, изменяющийся по гармоническому закону:

    где Im, — амплитудное (наибольшее) значение тока, А,

    Скорость изменения переменного тока характеризуется его частотой, определяемой как число полных повторяющихся колебаний в единицу времени. Частота обозначается буквой f и измеряется в герцах (Гц). Так, частота тока в сети 50 Гц соответствует 50 полным колебаниям в секунду. Угловая частота ω — скорость изменения тока в радианах в секунду и связана с частотой простым соотношением:

    Установившиеся (фиксированные) значения постоянного и переменного токов обозначают прописной буквой I неустановившиеся (мгновенные) значения — буквой i. Условно положительным направлением тока считают направление движения положительных зарядов.

    Переменный ток — это ток, который изменяется по закону синуса с течением времени.

    Под переменным током также подразумевают ток в обычных одно- и трёхфазных сетях. В этом случае параметры переменного тока изменяются по гармоническому закону.

    Поскольку переменный ток изменяется во времени, простые способы решения задач, пригодные для цепей постоянного тока, здесь непосредственно неприменимы. При очень высоких частотах заряды могут совершать колебательное движение — перетекать из одних мест цепи в другие и обратно. При этом, в отличие от цепей постоянного тока, токи в последовательно соединённых проводниках могут оказаться неодинаковыми. Ёмкости, присутствующие в цепях переменного тока, усиливают этот эффект. Кроме того, при изменении тока сказываются эффекты самоиндукции, которые становятся существенными даже при низких частотах, если используются катушки с большой индуктивностью. При сравнительно низких частотах цепи переменного тока можно по-прежнему рассчитывать с помощью правил Кирхгофа, которые, однако, необходимо соответствующим образом модифицировать.

    Электрический ток

    Цепь, в которую входят разные резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы, можно рассматривать, как если бы она состояла из обобщённых резистора, конденсатора и катушки индуктивности, соединённых последовательно.

    Рассмотрим свойства такой цепи, подключённой к генератору синусоидального переменного тока. Чтобы сформулировать правила, позволяющие рассчитывать цепи переменного тока, нужно найти соотношение между падением напряжения и током для каждого из компонентов такой цепи.

    Конденсатор играет совершенно разные роли в цепях переменного и постоянного токов. Если, например, к цепи подключить электрохимический элемент, то конденсатор начнёт заряжаться, пока напряжение на нём не станет равным ЭДС элемента. Затем зарядка прекратится и ток упадёт до нуля. Если же цепь подключена к генератору переменного тока, то в один полупериод электроны будут вытекать из левой обкладки конденсатора и накапливаться на правой, а в другой — наоборот. Эти перемещающиеся электроны и представляют собой переменный ток, сила которого одинакова по обе стороны конденсатора. Пока частота переменного тока не очень велика, ток через резистор и катушку индуктивности также одинаков.

    В устройствах-потребителях переменного тока переменный ток часто выпрямляется выпрямителями для получения постоянного тока.

    Проводники электрического тока

    Материал, в котором течёт ток, называется проводником. Некоторые материалы при низких температурах переходят в состояние сверхпроводимости. В таком состоянии они не оказывают почти никакого сопротивления току, их сопротивление стремится к нулю. Во всех остальных случаях проводник оказывает сопротивление течению тока и в результате часть энергии электрических частиц превращается в тепло. Силу тока можно рассчитать по закону Ома для участка цепи и закону Ома для полной цепи.

    Скорость движения частиц в проводниках зависит от материала проводника, массы и заряда частицы, окружающей температуры, приложенной разности потенциалов и составляет величину, намного меньшую скорости света. Несмотря на это, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости света в данной среде, то есть скорости распространения фронта электромагнитной волны.

    Как ток влияет на организм человека

    Ток, пропущенный через организм человека или животного, может вызвать электрические ожоги, фибрилляцию или смерть. С другой стороны, электрический ток используют в реанимации, для лечения психических заболеваний, особенно депрессии, электростимуляцию определённых областей головного мозга применяют для лечения таких заболеваний, как болезнь Паркинсона и эпилепсия, водитель ритма, стимулирующий сердечную мышцу импульсным током, используют при брадикардии. В организме человека и животных ток используется для передачи нервных импульсов.

    По технике безопасности, минимально ощутимый человеком ток составляет 1 мА. Опасным для жизни человека ток становится начиная с силы примерно 0,01 А. Смертельным для человека ток становится начиная с силы примерно 0,1 А. Безопасным считается напряжение менее 42 В.

    Категории товаров

    • Буры и сверла
    • Инструменты
      • Инструмент WITTE
        • Отвертки
        • Рулетки
        • Уровни
        • Отвертки
        • Ключи,клещи
        • ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ СНЯТИЯ ИЗОЛЯЦИИ
        • ПАССАТИЖИ, БОКОРЕЗЫ
        • Шпилька
        • Дюбель
          • Дюбель металлический для газобетона
          • Дюбель складной пружинный,крючок
          • Дюбель пластиковый
          • Черные /частый шаг/
          • Черные /редкий шаг/
          • Рамные
          • Забивной
          • Анкерный болт
          • Уголки
            • Анкерные
            • Усиленные
            • Скользящие
            • Ровносторонние
            • Уголки под 135 градусов
            • Обычные
            • Ассиметричные
            • Z-образные
            • tekfor
            • ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ ДЛЯ БАНИ И САУНЫ
            • ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
            • КРЫШНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
            • ПОТОЛОЧНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
            • ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ (РАДИАЛЬНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ)
            • ПЛАСТИКОВЫЕ ВОЗДУХОВОДЫ
            • АВТОМАТИКА ДЛЯ ВЕНТИЛЯЦИИ
            • ГИБКИЕ ВОЗДУХОВОДЫ ИЗ ПВХ
            • ВЫТЯЖНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
            • ОКОННЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
            • ОСЕВЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
            • КАНАЛЬНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
              • ПРОМЫШЛЕННЫЕ И КОММЕРЧЕСКИЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ
              • ВЕНТИЛЯТОРЫ ДЛЯ КРУГЛЫХ КАНАЛОВ
              • УВЛАЖНИТЕЛИ ВОЗДУХА, МОЙКИ ВОЗДУХА
              • СУШКИ ДЛЯ РУК
              • ОТОПИТЕЛЬНЫЕ АГРЕГАТЫ
              • ИНФРАКРАСНЫЕ ОБОГРЕВАТЕЛИ
              • АВТОМАТИКА ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ ЗАВЕС
              • ГАЗОВЫЕ ОБОГРЕВАТЕЛИ
              • ТЕПЛОВЫЕ ЗАВЕСЫ
              • АРОМАТИЗАТОРЫ, ИОНИЗАТОРЫ
              • ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛИ
              • ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ОБОГРЕВАТЕЛИ
                • ТЕПЛОВЕНТИЛЯТОРЫ
                • КОНВЕКТОРЫ
                • ПАТРОНЫ
                • ПОДРОЗЕТНИКИ
                • АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
                  • ASD
                  • Дифференциальные автоматы ABB
                  • ABB
                  • EATON
                  • EKF
                  • LEGRAND
                  • EKF
                  • Кабель ШВВП
                  • Кабель ПВС
                    • ПВС 3-жилы
                    • ПВС 2-жилы
                    • КГ 5-жил
                    • КГ 4-жилы
                    • КГ 3-жилы
                    • КГ 2-жилы
                    • КГ 1-жила
                    • ВВГ 4-жилы
                    • ВВГ 3-жилы
                    • ВВГ 2-жилы
                    • ПРЕДОХРАНИТЕЛИ
                    • МИНИ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
                    • BYLECTRICA
                      • РОЗЕТКИ ШТЕПСЕЛЬНЫЕ
                      • БЛОКИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОЧНЫЕ
                      • РАМКИ
                      • ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
                        • ВСТРАИВАЕМЫЕ
                        • НАКЛАДНЫЕ
                        • ВСТРАИВАЕМЫЕ
                        • НАКЛАДНЫЕ
                        • Выключатели
                        • Рамки
                        • Розетки
                        • РОЗЕТКИ
                        • РАМКИ
                        • ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *