Khan Academy does not support this browser.
Чтобы пользоваться «Академией Хана», необходимо обновить ваш веб-браузер. Чтобы начать обновление, выберите один из предложенных ниже вариантов.
If you’re seeing this message, it means we’re having trouble loading external resources on our website.
Если вы используете веб-фильтр, пожалуйста, убедитесь, что домены *.kastatic.org и *.kasandbox.org разблокированы.
Основное содержание
Электротехника
Course: Электротехника > Модуль 1
Урок 1: Подготовка к работе
Электрический ток
Направление тока
Напряжение
Общепринятое направление электрического тока
Подготовка к изучению электротехники в «Академии Хана»
Основные электрические величины: сила тока, напряжение, мощность
Числа в электротехнике
Определение стандартных электрических единиц измерения
© 2024 Khan Academy
Направление тока
0 очков энергии
О проекте Об этом видео Транскрипция
Положительное направление электрического тока совпадает с направлением движения положительных зарядов. В металлическом проводе ток создаётся движением отрицательно заряженных электронов, поэтому положительное направление для тока противоположно направлению движения электронов. Такая договорённость возникла около 270 лет назад, когда Бенджамин Франклин обозначил электрические заряды плюсом и минусом, за 150 лет до открытия электронов. Создатели: Willy McAllister .
Вопросы Подсказки и благодарности
Хотите присоединиться к обсуждению?
Сортировать по:
Топ голосования
Пока нет ни одной записи.
Транскрипция к видео
в прошлом видео мы поговорили о том что такое электрический ток сила тока определяется как количество заряда в секунду мы рассмотрели медную проволоку где ток возникает вследствие движения электронов а также мы рассмотрели раствор соли где ток был вызван движением положительных и отрицательных ионов сквозь воображаемую преграду на которые мы считали перемещающийся заряд следующий вопрос который следует обсудить это как определить положительное направление течения тока и сейчас я скажу вещь которая может вас запутать но я постараюсь подробно ее пояснить физики договорились что положительным направлением тока считается направление движения положительных зарядов в трубке с соленой водой положительно заряженные ионы натрия движутся вправо отрицательно заряженный хлорид-ионы движутся влево и если мне надо обозначить в какую сторону течет ток то положительным направлением будет считаться вот это слева направо и то же самое справедливо для провода давайте снова перерисуем медную проволоку по этой проволоки электроны движутся справа-налево отрицательные заряды q минус движутся влево и если мне надо указать направление в котором течет ток я буду считать его направленным вправо это положительное направление тока то есть например если влево за секунду перемещается 10 электронов то мы будем считать что сила тока равна 10 положительным зарядом в секунду движущимся слева направо и вы можете спросить если в проволоке носителем движущегося заряда являются электроны почему же мы считаем ток текущем в обратную сторону корни этого вопроса лежат глубоко в истории когда-то давно бенджамин франклин вёл общепринятые нынче обозначение положительных и отрицательных зарядов но в то время никто еще не знал о существовании электронов и так бенджамин франклин в 1747 году обозначил два вида зарядов плюсам и минусам и как я уже сказал в то время он понятия не имел что такое электроны никто о них не знал электроны в 1897 году открыл английский физик джозеф джон томпсон только тогда ученые узнали об их существовании если вычесть из 2 даты первую получится сто пятьдесят лет за это время было открыто много полезных свойств и законов то есть задолго до открытия электронов физики договорились об определенном направлении тока никто тогда не знал что в действительности это движение электронов в обратную сторону и учащиеся часто спрашивают почему же после открытия электрона никто не догадался поменять направление тока ведь ничего сложного в этом нет взяли и договорились что отныне ток будет течь справа налево как я уже сказал до открытия электронов опыты с электрическим током ставились на протяжении минимум 150 лет и после этого прошло уже больше ста двадцати лет ученые уже давно привыкли к устоявшемуся обозначению если сейчас что то менять это приведет к большой путанице представьте что в россии вдруг решат что правостороннее движение это неправильно давайте все ездить по левой стороне дороги понимаете какой хаос тогда начнется до такого нововведения все привыкли к устоявшимся правилам после нововведения все со временем тоже привыкнут но переходный период может обернуться сущим кошмаром то же самое и с направлением электрического тока нет ничего страшного в том чтобы связывать его направлении с движением положительных зарядов например ионов натрия в соленой воде в частности именно так электричество проходит сквозь ваше тело поэтому движущиеся положительно заряженной частицы встречаются не так уж и редко итак мы с вами определили что такое сила тока для этого мы ставим на его пути мысленную преграду и считаем какой заряд проходит через нее в обе стороны и делим получившееся число на время наблюдения это и есть сила тока спасибо что подписывайтесь на наш канал нам очень важно знать ваше мнение если у вас возникли вопросы касательно данного видеоролика то не стесняйтесь задавать их в комментариях мы с удовольствием на них ответим
Куда течет ток и как определить его направление
Чтобы правильно рассчитать параметры конкретной электрической цепи, нужно знать, как определяется направление тока. Это невозможно сделать без понимания природы электрического тока и тех правил, которым он подчиняется.
Природа электрического тока
Атомы состоят из ядер и вращающихся вокруг них электронов. У последних заряд отрицательный. Ядро включает в себя частицы, заряженные положительно (протоны), и нейтральные (нейтроны). Обычно атом не имеет заряда, однако если по каким-то причинам электроны покидают орбиту, то он теряет свою нейтральность и становится ионом, заряженным положительно.
Движущиеся электроны создают электрический ток. Он возникает при наличии упорядоченного перемещения зарядов. Сила тока в цепи выражается количеством электронов, переместившихся через фиксированное поперечное сечение проводника за единицу времени. Эта величина обозначается символом «I». Он применяется уже много десятилетий. Такое обозначение является традиционным.
В радиосхемах обычно рассматривается движение зарядов по проводникам или по полупроводникам. Особенностью металлов считается то, что электроны отрываются от атомов относительно легко. Они движутся под действием электрополя, которое образуется благодаря разности потенциалов на клеммах источника электротока. Определить, каково направление электрического тока можно по правилу Ампера.
Виды токов
Сила постоянного тока с течением времени не изменяется. В этом случае после включения заряд перемещается по проводнику с одной и той же скоростью. Поэтому определение направления тока осуществляется по простым правилам.
В электротехнике распространено использование переменного тока. В этом случае речь идёт о его циклическом изменении, которое происходит по синусоидальному закону. При этом электрический ток меняет и направление, и величину.
Например, в нашей сети электропитания ток имеет частоту 50 Гц и соответствует амплитуде изменения напряжения 220 В. Но в различных странах используется бытовая электросеть с другими параметрами. При этом направление силы тока будет всегда меняться циклически.
Иногда дополнительно выделяют пульсирующий ток. Он сохраняет свой знак, но периодически меняет абсолютную величину. Также возможно существование электротока, который носит произвольный характер. В таком случае силу и направление тока предсказать невозможно.
Надо заметить, что в проводниках движение электронов существует всегда. Оно становится направленным под действием электрополя. Однако и при этом движение в значительной степени сохраняет хаотичность. Просто при перемещении электронов возникает преимущественное направление тока. Оно выражено тем сильнее, чем больше прилагаемая разность потенциалов. Определить направление тока в проводнике можно по обычному правилу.
Ток может возникать не только в твёрдых телах, но и в газах или жидкостях. В первом случае атомы привязаны друг к другу, поэтому свободно перемещаться могут только электроны. В газах и жидкостях атомы способны так же свободно двигаться, как и электроны.
Как определяется направление электротока
Чтобы узнать, в каком направлении течет ток, нужно составить электрическую цепь. Простейшая схема предусматривает наличие источника тока, нагрузки (это может быть лампа накаливания) и проводов. Если последние правильно соединить, лампочка загорится.
Фактически наличие тока означает, что электроны перемещаются от отрицательной клеммы батареи через всю цепь к положительной. После попадания внутрь источника тока, благодаря химическим процессам, эти частицы попадут на отрицательную клемму и далее опять пройдут через цепь в определенном ранее направлении.
Физиками принято направление тока условно от отрицательного полюса к положительному. Электроны, переместившиеся к положительному полюсу, начинают вновь двигаться к отрицательному полюсу. Затем они перемещаются по цепи.
Явление электрического тока было открыто до того, как наука смогла его объяснить. В то время не было еще известно о существовании электронов. Поэтому направление движения тока принято случайным образом — от положительной клеммы источника тока к отрицательной. С тех пор в электротехнике сохраняется именно такое правило.
Впервые определение электрического тока дал французский учёный Жан-Мари Ампер. Ученый в своих работах обосновал, какое есть истинное направление электротока. Основанием для его определения послужил довольно простой эксперимент.
Приведённый на рисунке аппарат заправляется водой. В указанных на схеме местах расположены положительная и отрицательная клеммы источника тока. При пропускании электротока часть молекул воды распадается на кислород и водород. Первый выделяется там, где источник имеет положительный потенциал (на аноде), второй — отрицательный (на катоде).
Рассматривая происходящие процессы, Ампер понял, что за направление тока следует считать то движение зарядов, которое идет от кислородного электрода к водородному. Проще говоря, направление тока определяется движением электронов от плюса к минусу. Этот опыт был проведён в первой половине девятнадцатого века.
Теперь известно, что на самом деле за направление электрического тока принимается перемещение электронов, которое противоположно указанному Ампером. Этот факт был установлен в 1897 году. Но чтобы не вносить множество изменений, ученые принимают решение оставить направление от плюса к минусу и в дальнейшем использовать только его.
Нужно подчеркнуть, что указанное противоречие относится лишь к току, проходящему в проводниках. Однако он может существовать в жидкостях и газах. В таких случаях направление движения положительных ионов будет совпадать с тем, которое принимает Ампер.
В большинстве случаев в веществах присутствуют носители зарядов как положительные, так и отрицательные и они могут перемещаться. Их соотношение зависит от конкретного вещества. Например, в проводниках количество перемещающихся электронов намного больше, чем носителей положительных зарядов.
Направление тока в проводнике, как, откуда и куда течет электрический ток в проводниках.
Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц. В твердых телах это движение электронов (отрицательно заряженных частиц) в жидких и газообразных телах это движение ионов (положительно заряженных частиц). Более того ток бывает постоянным и переменным, и у них совсем разное движение электрических зарядов. Чтобы хорошо понять и усвоить тему движение тока в проводниках пожалуй сначала нужно более подробно разобраться с основами электрофизики. Именно с этого я и начну.
Итак, как вообще происходит движение электрического тока? Известно, что вещества состоят из атомов. Это элементарные частицы вещества. Строение атома напоминает нашу солнечную систему, где в центре расположено ядро атома. Оно состоит из плотно прижатых друг к другу протонов (положительных электрических частиц) и нейтронов (электрически нейтральных частиц). Вокруг этого ядра с огромной скоростью по своим орбитам вращаются электроны (более мелкие частицы, имеющие отрицательный заряд). У разных веществ количество электронов и орбит, по которым они вращаются, может быть различным. Атомы твердых веществ имеют так называемую кристаллическую решетку. Это структура вещества, по которой в определенной порядке располагаются атомы относительно друг друга.
А где же тут может возникнуть электрический ток? Оказывается, что у некоторых веществ (проводников тока) электроны, что наиболее удалены от своего ядра, могут отрываться от атома и переходить на соседний атом. Это движение электронов называется свободным. Просто электроны перемещаются внутри вещества от одного атома к другому. Но вот если к этому веществу (электрическому проводнику) подключить внешнее электромагнитное поле, тем самым создав электрическую цепь, то все свободные электроны начнут двигаться в одном направлении. Именно это и есть движение электрического тока внутри проводника.
Теперь давайте разберемся с тем, что собой представляет постоянный и переменный ток. Итак, постоянный ток всегда движется только в одном направлении. Как говорилось в самом начале — в твердых телах движутся электроны, а в жидких и газообразных движутся ионы. Электроны, это отрицательно заряженные частицы. Следовательно, в твердых телах электрический ток течет от минуса к плюсу источника питания (перемещаются электроны по электрической цепи). В жидкостях и газах ток движется сразу в двух направлениях, а точнее, одновременно, электроны текут к плюсу, а ионы (отдельные атомы, что не связаны между собой кристаллической решеткой, они каждый сам по себе) текут к минусу источника питания.
Учеными же было принято официально считать, что движение происходит от плюса к минусу (наоборот, чем это происходит в действительности). Так что, с научной точки зрения правильно говорить, что электрический ток движется от плюса к минусу, а с реальной точки зрения (электрофизическая природа) правильнее полагать, что ток течет от минуса к плюсу (в твердых телах). Наверное это сделано для какого-то удобства.
Теперь, что касается переменного электрического тока. Тут уже немного все сложнее. Если в случае постоянного тока движение заряженных частиц имеет только одно направление (физически электроны со знаком минус текут к плюсу), то при переменном токе направление движения периодически меняется на противоположное. Вы наверное слышали, что в обычной городской электросети переменное напряжение величиной 220 вольт и стандартной частотой 50 герц. Так вот эти 50 герц говорят о том, что электрический ток за одну секунду успевает 50 раз пройти полный цикл, имеющий синусоидальную форму. Фактически за одну секунду направление тока меняется аж 100 раз (за один цикл меняется два раза).
P.S. Направление тока в электрических схемах имеет важное значение. Во многих случаях если схема рассчитана на одно направление тока, а вы случайно его поменяете на противоположный или вместо постоянного тока подключите переменный, то скорее всего устройство просто выйдет из строя. Многие полупроводники, что работают в схемах, при обратном направлении тока могут пробиваться и сгорать. Так что при подключении электрического питания направление тока должно быть вами строго соблюдаться.
Направление тока и направление линий его магнитного поля
Направление линий магнитного поля тока зависит от направления тока в проводнике. Убедимся в этом, проведя следующий опыт. Мы знаем, что магнитные стрелки обычно ориентируются, показывая направление магнитных полюсов Земли. Пропустим по прямому проводнику ток. Поднесем магнитную стрелку под прямой проводник. Ее ориентация меняется. Она направлена перпендикулярно проводнику, вдоль которого движутся заряженные частицы. фПоменяем полярность. Теперь ток течет в противоположном направлении. Магнитная стрелка снова располагается перпендикулярно проводнику, но направление северного полюса поменялось так же на противоположное. Теперь расположим проводник так, чтобы он был направлен на нас. Направление магнитных линий вокруг проводника создаст такую картину. Так как ток направлен от нас, то по правилу стрелы, мы видим оперение. Магнитные линии направлены по часовой стрелке. Если ток направлен к нам, то по правилу стрелы мы видим острие. Магнитные линии направлены против часовой стрелки. Существует правило, с помощью которого легко научиться определить зависимость между направлением тока и направлением магнитных линий. Это правило получило название правило Буравчика или правило правого винта. Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадет с направлением линий магнитного поля тока. Практически все шурупы, винты и гайки закручиваются по часовой стрелки (так называемый правый винт). Это обусловлено тем, что большинство жителей планеты правши, и именно правой рукой закручивать удобнее по часовой стрелке. Буравчик движется вперед, если мы вращаем его по часовой стрелке. Значит, если ток движется вперед, то магнитные линии так же направлены по часовой стрелке. Буравчик движется назад, если мы вращаем его против часовой стрелки. И если ток движется назад, следовательно, магнитные линии так же направлены против часовой стрелки. Если мы хотим определить направление тока в соленоиде, то можно воспользоваться еще одним мнемоническим правилом, его называют правилом правой руки. Если обхватить соленоид правой ладонью так, что направление четырех пальцев совпадает с направление тока, то отставленный большой палец показывает направление линий магнитного поля внутри соленоида. Линии магнитного поля выходят из северного полюса магнита, а входят в южный. Следовательно, в том месте, где находится большой палец правой руки, так же находится северный полюс магнита. О том, что картина магнитных линий схожа с полосовым магнитом, мы уже показывали ранее. Рассмотрим несколько примеров. Какое направление имеет ток в проводнике, направление силовых линий магнитного поля которого указано стрелками? Воспользуемся правилом буравчика. Вращаем ручку буравчика в направлении указанном на рисунке, он движется влево, следовательно, ток так же направлен влево.
Определите, как расположены магнитные полюсы соленоида, подключенного к источнику тока.
Вспомним, что у аккумулятора больший штрих показывает положительную клемму, меньший — отрицательную. Укажем направление движения силы тока в цепи и витках соленоида. За направление тока в цепи выбрано направление от плюса к минусу.
Третье, воспользуемся правилом правой руки. Направим четыре пальца правой руки по направлению движения тока в витках соленоида, направление большого пальца показывает направление магнитных линий, значит северный полюс магнита. Южный полюс будет с противоположной стороны.
Остались вопросы по теме? Наши педагоги готовы помочь!
- Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам
- Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки
- Повысим успеваемость по школьным предметам
- Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ