С какой скоростью движется ток
Перейти к содержимому

С какой скоростью движется ток

  • автор:

СКОРОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Меня давно интересует один вопрос, для выяснения которого я предлагаю мысленный эксперимент. Допустим, что мы протянули проводник из точки А в точку В и обратно. Расстояние между точками 18 миллионов километров, то есть световой час. В точке В установим прибор, регистрирующий появление сигнала, в точке А — источник тока, индикатор (лампочку) и выключатель. Замкнем цепь. Как известно, все электроны в проводнике начинают двигаться одновременно. Значит, индикаторы в точках А и В мгновенно и одновременно покажут наличие тока. Но это — явное нарушение теории относительности, согласно которой в точке В ток должен появиться через час, а в А — через два часа. В чем же здесь противоречие?

Через какое время после замыкания ключа прибор в точке В покажет появление тока, а лампочка в точке А загорится?

В. КРАВЧЕНКО (пос. Безенчук Самарской обл.).

Электрический ток в металле — это направленное движение электронов. Двигаться электроны заставляет электрическое поле, создаваемое источником питания. Но электрическое поле представляет собой одну компоненту поля электромагнитного и, следовательно, распространяется со скоростью света. Поэтому прибор в точке В покажет появление тока не сразу после замыкания цепи, как мы привыкли видеть, включая свет в квартире, а через час. Лампочка в точке А зажжется через два часа в полном соответствии с теорией относительности. Более того, если на пути электрического тока поставить замедляющую систему (линию задержки), можно существенно понизить скорость распространения поля, а значит, и тока. Отношение скорости волны в вакууме c к скорости ее распространения в системе v : n = c / v — называется коэффициентом замедления. Эта характеристика имеет тот же физический смысл, что и показатель преломления прозрачной среды для света.

Читайте в любое время

Детальное описание иллюстрации

Через какое время после замыкания ключа прибор в точке В покажет появление тока, а лампочка в точке А загорится? В простейшем случае замедляющей линией для постоянного тока может служить очень большая индуктивность. При замыкании ключа лампа А загорается мгновенно, а лампа В — через некоторое время, зависящее от величины индуктивности L.

Чему равна скорость электрического тока в проводнике

С какой скоростью передается по проводу электрический ток? На этот вопрос не так просто ответить. Распространяется ток с чрезвычайно большой скоростью — с такой же, как и свет, т. е. 300 тыс. км в секунду. От Луны до Земли (385 тыс. км) свет доходит примерно за секунду с четвертью, от Солнца до Земли (около 150 млн. км) — за 8 мин. 18 сек.

Значит, если бы протянуть провод от Земли до Луны и включить ток на Земле, то он дошел бы до Луны через секунду с четвертью. Лампочка, включенная в этот провод, через секунду зажглась бы на расстоянии 300 тыс. км от нас.

На наших «земных» расстояниях ток распространяется практически мгновенно. Однако это вовсе не значит, что с такой скоростью движутся по проводу сами электроны. Их скорость несравненно меньше.

Давайте проведем такой мысленный эксперимент. Представьте, что на расстоянии в 100 километров от города находится некая деревня, и что из города в эту деревню проложена проводная сигнальная линия длиной примерно в 100 километров с лампочкой на конце.

Линия экранированная двухпроводная, она проложена на опорах вдоль автомобильной дороги. И если теперь послать сигнал по этой линии из города в деревню, то через какое время он сможет быть там принят?

Скорость электрического тока

Расчеты и опыт говорят нам, что сигнал в виде засветившейся лампочки появится на другом конце минимум через 100/300000 секунд, то есть минимум через 333,3 мкс (без учета индуктивности провода) в деревне загорится лампочка, значит в проводнике установится ток (допустим, мы используем постоянный ток от заряженного конденсатора).

100 — это длина каждой из жил нашего провода в километрах, а 300000 километров в секунду — скорость света — скорость распространения электромагнитной волны в вакууме. Да, «движение электронов» распространится по проводнику со скоростью света.

Но тот факт, что электроны начинают приходить в движение друг за другом со скоростью света вовсе не означает, что сами электроны движутся в проводнике со столь огромной скоростью. Электроны или ионы, в металлическом проводнике, в электролите или в другой проводящей среде, не могут двигаться так быстро, то есть носители заряда не движутся друг относительно друга со скоростью света.

Скорость света в данном случае — это та скорость, с которой носители заряда в проводнике начинают друг за другом приходить в движение, то есть это скорость распространения поступательного движения носителей заряда. Сами же носители заряда имеют «дрейфовую скорость» при установившемся токе, скажем в медном проводнике, всего несколько миллиметров в секунду!

Поясним этот момент. Допустим, у нас есть заряженный конденсатор, и мы присоединяем к нему длинные провода от нашей лампочки, установленной в деревне на расстоянии в 100 километров от конденсатора. Присоединение проводов, то есть замыкание цепи осуществляем выключателем вручную.

Что произойдет? При замыкании выключателя начинается движение заряженных частиц в тех частях проводов, которые присоединены к конденсатору. Электроны покидают минусовую обкладку конденсатора, электрическое поле в диэлектрике конденсатора уменьшается, положительный заряд противоположной (плюсовой) обкладки уменьшается — на нее забегают электроны из присоединенного провода.

Так разность потенциалов между обкладками уменьшается. А так как электроны в прилегающих к конденсатору проводах начали двигаться, то на их места приходят другие электроны из отдаленных мест провода, иначе говоря начинается процесс перераспределения электронов в проводе из-за действия электрического поля в замкнутой цепи. Этот процесс распространяется все дальше и дальше по проводу и наконец достигает нити накаливания сигнальной лампы.

Итак, изменение электрического поля распространяется по проводнику со скоростью света, активируя электроны в цепи. Но сами электроны движутся гораздо медленнее.

С огромной скоростью распространяется вдоль провода электрическое силовое поле — действие электродвижущей силы. Через секунду она приведет в движение электроны на расстоянии 300 тыс. км. Но это будут отнюдь не те электроны, которые на секунду раньше пришли в движение в начале провода.

Когда электроны проходят внутри металлического провода, они все время сталкиваются с атомами и один с другим, отскакивают в стороны, движутся то в одном, то в другом направлении, часто даже назад. И это очень замедляет их движение. Правда, если приложить электродвижущую силу, она постепенно «проталкивает» электроны вдоль провода.

Если бы скорость тока была скоростью распространения электронов, то лампочки в светильнике зажглись бы через полчаса после того, как вы повернули на стене выключатель. И то это было бы лишь в том случае, если бы мы применяли постоянный ток.

Но в технике чаще используется переменный ток, который 100 раз в секунду меняет свое направление (имеет 50 пер/сек). В таком токе электроны вообще не распространяются вдоль провода. За каждый период они совершают лишь колебательное движение вперед и назад от своего среднего положения в проводе.

Насос

Прежде чем пойти дальше, рассмотрим гидравлическую аналогию. Пусть из деревни в город по трубе подается минеральная вода. Утром в деревне запустили насос, и он стал повышать давление воды в трубе, чтобы заставить воду из деревенского источника двигаться в город. Изменение давления распространяется по трубопроводу очень быстро, примерно со скоростью 1400 км/с (зависит от плотности воды, от ее температуры, от величины давления).

Спустя долю секунды после пуска насоса в деревне, вода начала двигаться уже в городе. Но та же ли это вода, что движется в данный момент в деревне? Нет! Молекулы воды в нашем примере толкают друг друга, а сами движутся значительно медленнее, поскольку скорость их дрейфа зависит от величины напора. Толкотня молекул между собой распространяется на много порядков быстрее чем движение молекул вдоль трубы.

Так и с электрическим током: скорость распространения электрического поля аналогична распространению давления, а скорость движения электронов, образующих ток, аналогична движению непосредственно молекул воды.

Теперь вернемся непосредственно к электронам. Скорость упорядоченного движения электронов (или других носителей заряда) называют дрейфовой скоростью. Ее электроны приобретают благодаря действию внешнего электрического поля.

Если внешнего электрического поля нет, то электроны движутся хаотично внутри проводника лишь в тепловом движении, но направленного тока нет, и следовательно дрейфовая скорость в среднем оказывается равной нулю.

Если внешнее электрическое поле приложено к проводнику, то в зависимости от материала проводника, от массы и заряда носителей заряда, от температуры, от разности потенциалов, — носители заряда придут в движение, но скорость этого движения будет существенно меньше скорости света, порядка 0,5 мм в секунду (для медного проводника сечением 1 мм2, по которому течет ток 10 А, средняя скорость дрейфа электронов составит 0,6–6 мм/c).

Эта скорость зависит от концентрации свободных носителей заряда в проводнике n, от площади сечения проводника S, от заряда частицы e, от величины тока I. Как видите, несмотря на то, что электрический ток (фронт электромагнитной волны) распространяется по проводнику со скоростью света, сами электроны движутся куда медленнее. Получается, что скорость тока — это очень малая скорость.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

С какой скоростью перемещается электрический ток по проводам

Посмотрите наши проекты за 2007-2018 г

Вопрос интересный. И тут необходимо вспомнить школьный курс физики. А именно, что собой представляет собой электрический ток.

Это, как известно, упорядоченное движение электронов, вызванное приложенным электрическим полем, движущимся со скоростью 300 тысяч км в секунду. С таким значением распространяется по проводам фронт электромагнитного поля.

Пока нет источника электричества, электроны в жилах проводов двигаются в разных направлениях, т.е. хаотично. При подсоединении к нему они потекут от одного полюса к другому. Отсюда вывод – при подключении возникает скачок напряжения, который движется от одно конца к другому со скоростью света, при этом сами электроны в это время преодолевают расстояние приблизительно не более 1 мм/сек.

Важно различать 2 вида скорости — тока и движения электронов, которые являются носителями зарядов. Последние двигаются медленно, а ток в проводах и других проводниках, подключенных к источнику питания, это 300 тысяч км в секунду благодаря скачку напряжения.

Если Вам необходимо качественно и в срок сделать электрику под ключ — обращайтесь в компанию ТМ Электро!

Похожие статьи

В качестве основной методики, используемой для проверки штатных параметров защитных средств, используются нормативы государственного стандарта 1994 года Р50571.3. Соблюдение правил поверки обеспечивает безопасность работы с оборудованием, имеющим металлические нетоковедущие части.

Нормы укомплектования средствами защиты (СЗ) помещений, где установлены устройства вводно-распределительные (ВРУ, УВР) с любым количеством вводов должны удовлетворять требованиям, указанным в ПУЭ-7, ПТЭЭП, СО 153-34.03.603-2003,«Правилах техники безопасности при эксплуатации электроустановок», «Санитарных нормам выполнения работ в условиях воздействия электрических полей промышленной частоты» и другими действующими нормативно-техническими документам.

Из школьного курса физики известно, что ток в цепи представляет собой направленное движение частиц, которые электрически заряжены. Такое движение возникает при определенных условиях. Они следующие – должны быть носители зарядов, цепь должна быть замкнутой и должен быть источник ЭДС.

Электроцепи трехфазные это совокупность 3 цепей, где действуют ЭДС в форме синусоиды одной частоты, смещенные по фазе на 120°. Создаются они одним источником энергии. Относят такую цепь к системам, которые принято называть многофазными. Как видно из определения в ее состав входят генератор трехфазного типа, линия передающая и потребители электрической энергии.

Электрический ток и его скорость

движение электронов в токе

Жизнь современного человека полна комфорта. Сегодня мы имеем все блага цивилизации в свободном доступе. Главным достижением, которое совершенствовалось в течение долгого времени, является электрическая энергия, доступная практически в любой части мира. Мы привыкли к тому, что электроэнергия повсюду и задумываемся о ней лишь в тот момент, когда она внезапно пропадает. На самом деле явление электричества таит в себе много интересного, что желательно было бы знать каждому человеку. Например, одним из вопросов, которым нужно задаться, является скорость электрического тока. Мало кто думал о том, как быстро зажжется лампочка, находящаяся в сотне километров от источника энергии. Этот вопрос актуален для населенных пунктов, которые находятся вдали от цивилизации. Опытным путем учеными и исследователями было доказано, что электрический сигнал движется по кабелю со скоростью света, а именно 300 тысяч км/сек. Важно отметить, что электроны и ионы в проводнике при этом движутся совсем не с такой скоростью. Они просто на просто не могут иметь столь высокую скорость в проводящем материале. Под скоростью света в случае с электрическим током понимается показатель скорости, с которым заряженные частицы приходят в движение друг за другом, а не движутся относительно друг друга. Носители заряда при этом обладают средней скоростью, равной, как правило, нескольким миллиметрам за 1 сек. Более подробно объясним данную ситуацию примером: К заряженному конденсатору присоединяются провода большой длины, идущие к лампе, что находится на расстоянии около 100 км. Замыкание цепи происходит вручную. После этого носители зарядов приходят в движение на том отрезке провода, который подключен к конденсатору. При этом начинается покидание электронами минусовой обкладки конденсатора, следовательно, происходит уменьшение электрического поля в конденсаторе параллельно с уменьшением плюсовой обкладки. Таким образом, между обкладками сокращается разность потенциалов. При этом электроны, пришедшие в движение, приходят на место тех, что ушли. То есть, запущен процесс перераспределения электронов внутри провода за счет влияния электрического поля. Данный процесс растет, как снежный ком, и переходит дальше по всей длине провода, достигая в итоге нити накаливания лампы. Получается, что перемены в состоянии электрического поля распространяются внутри проводника со скоростью, равной скорости света. При этом происходит активация электронов в электрической цепи с аналогичной скоростью. Хотя сами электроны движутся друг за другом по проводнику с гораздо меньшей скоростью. Теперь разберемся в явлении гидравлической аналогии. Рассмотрим это понятие на примере движения водного потока из пункта А в пункт Б. Допустим, что из небольшого населенного пункта по трубе в город поступает вода. Для этого функционирует специальный насос, который повышает давление внутри трубы, и вода под влиянием давления движется гораздо быстрее. Малейшие перемены в давлении по трубе распространяются очень быстро (приблизительно 1400 км/сек). Скорость распространения данных перемен напрямую зависит от показателя плотности жидкости, ее температуры и степени оказываемого давления. Через совсем короткий промежуток времени (доля секунды) вода уже поступила в город. Но это уже совсем другая вода. Ведь молекулы в ее составе провоцируют движение друг друга из-за столкновений между собой. При этом скорость движения данных молекул гораздо меньше, ведь дрейфовая скорость имеет прямую связь с силой напора. То есть, столкновения молекул друг с другом распространяются очень быстро, а скорость одной молекулы при этом не увеличивается. Абсолютно аналогичный процесс происходит с электрическим током. Проведем параллели: скорость распространения поля есть скорость распространения давления, а скорость движения молекул, следовательно, есть скорость электронов, создающих ток. Дрейфовая скорость – это скорость последовательного движения заряженных частиц. Электронами данная скорость приобретается за счет действия внешнего электрического поля. В случае, если внешнее электрическое поле отсутствует, то движение электронов внутри проводника происходит хаотично. Иными словами, конкретного направления у электрического тока нет, а дрейфовая скорость при этом нулевая. При наличии внешнего электрического поля у проводника носители заряда приходят в движение, скорость которого зависит от ряда факторов (концентрация свободных электронов, площадь сечения провода, величины тока). Таким образом, электрический ток имеет скорость распространения по проводнику равную скорости света. При этом скорость движения тока в проводнике – очень мала. Вам будут интересны такие познавательные статьи, как:

  • Блуждающие токи: причина возникновения и защита от них
  • Причины возникновения короткого замыкания и методы его устранения
  • Влияние электрического тока на организм человека
  • Энергетическая система страны
  • Влияние света на организм человека

Статьи

 1800 год: Итальянский физик Алессандро Вольта изобретает аккумулятор

Сложные связи: секреты прочного соединения медных и алюминиевых проводов

Опасна ли гирлянда на шторе?

Стабилизатор напряжения: за гранью простых решений в электроснабжении

Магия тепла: как саморегулирующийся кабель сохраняет комфорт в любых условиях

Бактерицидная лампа: меняем правила игры в борьбе с микроорганизмами

Такой инструмент нужен в каждом доме

Что такое УШМ и где она применяется?

Как правильно установить электрический счетчик в частном доме?

Как правильно паять: разбираемся в тонкостях

Коннектор RJ45: Все, что вам нужно знать

Когда провода прячутся: как обнаружить скрытую проводку в доме

Статическое электричество: забава или реальная опасность?

Радуем Любимую - Делаем парящую кровать своими руками! Инструкция в 4 шага.

Как подключить интернет-розетку?

Посмотреть все новости и статьи

Мы используем файлы «cookie», как собственные, так и третьих сторон, для улучшения пользования сайтом и нашими услугами, путем анализа навигации по нашему веб-сайту. Если вы продолжите навигацию по нему, мы сочтем, что вы согласны с их использованием. Дополнительную информацию вы можете найти в нашей Политике в отношении файлов «cookie».

Уважаемые покупатели!

Ввиду текущей ситуации многие производители приостановили либо подвергли пересмотру действующие прайс-листы.

В этой связи, напоминаем, что, согласно условиям оферты, цена товара в каталоге является ориентировочной.

Окончательная цена товара определяется чеком, выставляемым менеджером.

Если Вы согласны с новыми условиями, нажмите принять.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *