3. Положительные направления тока и напряжения.
Электрический ток в общем случае представляет собой движения электрических зарядов отрицательного и положительного знаков в разные стороны.
Численно токопределяется как придел отношения количества электричества, переносимого заряженными частицами сквозь рассматриваемое поперечное сечение проводника за некоторый промежуток времени, к этому времени, при условии, что данный промежуток времени стремится к нулю:
где g- количество электричества, прошедшее через рассматриваемое сечение проводника за времяt.
Количество электричества (заряд) измеряется в Кулонах [K], промежуток времени в секундах [сек], а единицей измерения тока служит Ампер [A].
Электрическому току приписывают направление.
За положительноенаправление тока принимают направление перемещения положительных зарядов от точки высшего потенциала к точке меньшего потенциала.
Направление тока характеризуется знаком тока. Понятия положительный или отрицательный ток имеют смысл, если сравнивать направление тока в проводнике с некоторым заранее выбранным направлением – так называемым положительным направлением тока.
Положительное направление тока выбирается произвольнои указывается стрелкой.
Рассмотрим пассивный участок электрической цепи с выбранным положительным направлением тока:
При протекании тока от точки 1 к точке 2 подразумевается, что потенциал точки 1 выше потенциала точки 2.
Под напряжениемна данном участке подразумевается разность электрических потенциалов точек 1 и 2.
Единица измерения напряжения Вольт [B].
Порядок индексов при напряжении означают его выбранное положительное направление.
Чаще всего положительное направление напряжения выбирают совпадающим с положительным направлением тока и указывают стрелкой.
4. Источник напряжения и источник тока.
В теории электрических цепей используют понятия идеальные источники электрической энергии: источник напряжения и источник тока.
Им приписывают следующие свойства:
Источник напряженияпредставляет собой активный элемент с двумя зажимами, напряжение на котором не зависит от тока, проходящего через источник
Рис.2. Идеальный источник напряжения и
его вольтамперная характеристика(BAX).
Предполагается, что внутри идеального источника напряжения пассивные сопротивление, индуктивность и емкость отсутствуют и, следовательно, прохождение тока не вызывает падения напряжения.
Упорядоченное перемещение положительных зарядов в источнике напряжения от меньшего потенциала к большему возможно работа сторонних сил, которые присущи источнику.
Величина работы, производимой данными сторонними силами по перемещению единицы положительного заряда от отрицательного полюса источника напряжения к положительному по полюсу, называется электродвижущей силой(э.д.с.)источникаи обозначаетсяe(t).
На рис.2(а) указано направление напряжения на зажимах идеального источника, которое всегда равно э.д.с. источника по величине и противоположно ей по направлению.
Идеальный источник напряжения называют еще источником бесконечноймощности. Это — теоретическое понятие. Величина тока в пассивной цепи зависит от параметров этой цепи иe(t). Если зажимы идеального источника напряжения замкнуть накоротко, то ток цепи должен быть теоретически равен бесконечности. В действительности при замыкании зажимов источника ток имеет конечное значение, так как реальный источник обладает внутренним сопротивлением.
Обычно внутренние параметры источника конечной мощности незначительны по сравнению с параметрами внешней цепи и в не которых случаях (по условию задачи) могут вообще не учитываться. Внутреннее сопротивление источника э.д.с.(r0) на схемах замещения изображается последовательно соединенным с самим источником.
Рис.3. Источник напряжения конечной мощности.
Источник токапредставляет собой активный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах.
Рис.4. Идеальный источник тока и его вольтамперная характеристика.
Предполагается, что внутренне сопротивление идеального источника тока равно бесконечности, и поэтому параметры внешней цепи, от которых зависит напряжение на зажимах источника тока, не влияют на ток источника.
При увеличении напряжения внешней цепи, присоединенной к источнику тока, напряжение на его зажимах, и следовательно, мощность возрастают. Поэтому идеальный источник тока теоретически так же рассматривается как источник бесконечной мощности.
Источник тока конечной мощности изображен на рис.5. g0– внутренняя проводимость источника. Она характеризует внутренние параметры источника и ограничивает мощность, отдаваемую в цепь.
Рис.5. Источник тока конечной мощности.
Часто при решении задач методом эквивалентных преобразований возникает необходимость заменить реальный источник напряжения эквивалентным источником тока или наоборот. Преобразование осуществляется по схеме и формулам рис.6.
(1)
Рис.6. Преобразования источников конечной мощности.
Направление электрического тока
Электрический ток — это направленное (упорядоченное, то есть не хаотичное) движение электрически заряженных частиц или заряженных макроскопических тел. Под заряженными частицами, обычно, подразумеваются электроны или ионы, а под макроскопическими (macroscopic — видимые невооруженным глазом) — крупные частицы, например, заряженные капли дождя. Ток возникает при наличии электрического поля. Разберемся с тем как определяется направление электрического тока.
Электрический ток в разных веществах
Электрический ток возникает в самых разных веществах, которые могут находиться в различных агрегатных состояниях. Рассмотрим некоторые примеры, демонстрирующие возникновение направленного потока заряженных частиц в твердых, жидких и газообразных средах:
- В металлах имеется много свободных электронов, которые являются главным источником тока;
- Электролиты — это жидкости, проводящие электрический ток. Водные растворы кислот, щелочей, солей — все это примеры электролитов. Попадая в воду молекулы этих веществ распадаются на ионы, представляющие собой заряженные атомы или группы атомов, имеющие положительный (катионы) или отрицательный (анионы) электрические заряды. Катионы и анионы образуют электрический ток в электролитах;
- В газах и плазме ток создается за счет движения электронов и положительно заряженных ионов;
- В вакууме — за счет электронов, вылетающих с поверхности металлических электродов.
В приведенных примерах токи возникают в результате движения заряженных частиц относительно той или иной среды (внутри тел). Такой ток называется током проводимости. Движение макроскопических заряженных тел называется конвекционным током. Примером конвекционного тока могут служить капли дождя во время разряда молнии.
В каком направлении течет ток
За направление тока принято направление движения положительно заряженных частиц; если же ток создается отрицательно заряженными частицами (например, электронами), то направление тока считается противоположным направлению движения частиц.
Возникает вопрос: почему не был принят очевидный вариант направления, совпадающий с направлением движения электронов? Для того, чтобы это стало понятно, надо немного окунуться в историю физики.
Почему надо знать историю физических открытий
Природу электрических явлений пытались объяснить многие исследователи задолго до открытия электрона (1897 г.). Впервые к пониманию о существовании двух типов зарядов — положительных и отрицательных пришел американский физик Бенджамин Франклин в 1747 г. На основе своих наблюдений он предположил (выдвинул гипотезу), что существует некая “электрическая материя”, состоящая из мелких, невидимых частиц. Он же первым ввел обозначение для электрических зарядов “−” и “+”. Франклин предложил считать, что если тело наполняется электрической материей, то оно заряжается положительно, а если оно теряет электричество, то заряжается отрицательно. В случае замыкания (соединения) цепи положительный заряд потечет туда, где его нет, то есть к “минусу”. Эта плодотворная гипотеза стала популярной, получила свое признание среди ученых, вошла в справочники и учебные пособия.
Конечно, после открытия отрицательно заряженного электрона, эта “нестыковка” реального направления движения с ранее общепринятым была обнаружена. Однако, мировым научным сообществом было принято решение оставить в силе предыдущую формулировку о направлении тока, поскольку в большинстве практических случаев это ни на что не влияет.
В случае необходимости, для объяснения отдельных физических эффектов в полупроводниках и искусственных материалах (гетероструктурах), принимается во внимание настоящее направление движения электронов.
Бенджамин Франклин знаменит еще как выдающийся политический деятель, дипломат и писатель. Он является одним из авторов конституции США. В знак признания заслуг Франклина на купюре номиналом в 100 долларов с 1914 г. изображен его портрет.
Что мы узнали?
Итак, мы узнали, что направление тока в электрической цепи соответствует направлению движения положительных зарядов, то есть от плюсового потенциала (плюса) к минусовому потенциалу (минусу). Несмотря на то, что чаще всего электрический ток создается отрицательно заряженными электронами, выбор направления тока было решено оставить именно таким. Так сложилось исторически.
за положительное направление электрического тока принимают
А) направление движения положительно заряженных частиц
Б) направление движение отрицательно заряженных частиц
В) направление перпендикулярное вектору скорости движения заряженых частиц
Г) ответить на этот вопрос не представляется возможным
Голосование за лучший ответ
А) направление движения положительно заряженных частиц
Похожие вопросы
Ваш браузер устарел
Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.
Направление электрического тока
Электрической ток представляет собой упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. В металлах этими заряженными частицами являются свободные электроны. Они имеют отрицательный заряд.
В растворах солей, щелочей или кислот в роли заряженных частиц представлены ионы. При этом двигаться в таких веществах будут и отрицательные ионы, и положительные ионы.
Так направление движения каких частиц в проводнике принято за направление тока? На данном уроке мы ответим на этот вопрос
Направление тока
Сразу озвучим главное правило (рисунок 1).
За направление тока принято считать направление от положительного полюса источника к отрицательному.
Получается, что за направление тока принято направление движения положительных частиц. Ведь именно они, имея положительный заряд, будут притягиваться к отрицательным зарядам.
Но как же движение свободных электронов в металлах? Ведь они обеспечивают течение тока в проводнике. А электроны — это отрицательно заряженные частицы. По логике, как раз-таки они должны двигаться к положительному полюсу. То есть, мы получаем абсолютно противоположные выводы.
Направление тока в цепи
Важный момент:
принятое направление тока учтено во всех правилах и законах, связанных с электрическим током.
По этой причине условное направление тока не стали менять, даже когда ученые получили новые данные о строении вещества.
При использовании схем электрических цепей важно помнить, что ток распространяется именно от положительного полюса источника тока к отрицательному (рисунок 3).