Известно несколько видов явления электрического тока, различающихся в зависимости от типа вещества, в котором оно возникает при соответствующих условиях.
Электропроводность – это способность вещества проводить электрический ток.
Все вещества делятся на три класса: проводники, полупроводники и диэлектрики. Проводники бывают первого и второго рода: в проводниках первого рода (металлы) ток создается электронами и проводимость называется электронной, в проводниках второго рода (растворы солей, кислот, щелочей) ток создается ионами.
Явление направленного движения свободных носителей электрического заряда в веществе или в вакууме называется током проводимости.
Интенсивность электрического тока оценивается физической величиной, называемой силой электрического тока. Величина тока проводимости определяется электрическим зарядом всех частиц, проходящих через поперечное сечение проводника в единицу времени:
В практических расчетах используют понятие плотности электрического тока (численно определяется отношением силы тока к площади поперечного сечения проводника):
;
Опытами установлено, что интенсивность электрического тока пропорциональна напряженности электрического поля и зависит от свойств проводящего вещества. Зависимость тока от свойств вещества называют проводимостью, а величину ей обратную – сопротивлением.
;
G – проводимость;
R = 1\ G – сопротивление;
Сопротивление зависит от температуры: ;
α – температурный коэффициент сопротивления.
Полупроводники занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками, их молекулы связаны ковалентными связями. Эти связи могут быть разрушены при определенных условиях: добавляем либо примесь из электронов или примесь из положительных ионов и тогда возникает возможность получения электронной или дырочной проводимости. Чтобы обеспечить ток в полупроводнике необходимо приложить разность потенциалов.
Электропроводность диэлектриков практически равна нулю в силу весьма сильных связей между электронами и ядром. Если диэлектрик поместить во внешнее электрическое поле произойдет поляризация атомов за счет смещения положительных зарядов в одну сторону, отрицательных – в другую. При очень сильном внешнем электрическом поле атомы могут быть разорваны, возникает ток пробоя.
Помимо тока проводимости существует еще и ток смещения. Ток смещения обусловлен изменением вектора напряженности электрического поля с течением времени.
Электрический ток может протекать только в замкнутой системе.
Электрическая цепь представляет собой совокупность устройств и объектов, которая обеспечивает протекание электрического тока от источника к потребителю .
Элементом электрической цепи является отдельный объект или устройство. Основными элементами электрической цепи являются: источник электрической энергии, потребители, устройства для передачи электрической энергии. Висточниках электрической энергии происходит преобразование различных видов неэлектрической энергии в электрическую энергию. Впотребителях электрическая энергия преобразуется в тепло, свет и другие неэлектрические виды энергий. Устройствами для передачи электрической энергии от источников к потребителям являются линии электропередачи. Все основные элементы электрических цепей обладают электрическим сопротивлением и влияют на величину тока в электрической цепи.
Кроме основных элементов электрические цепи содержат вспомогательные элементы : предохранители, рубильники, переключатели, измерительные приборы и другое.
Электрическая цепь называется простой , если она состоит из одного замкнутого контура. Электрическая цепь называетсясложной (разветвленной ), если она состоит из нескольких замкнутых контуров.
Тест 11-1(электромагнитная индукция)
Вариант 1
1. Кто открыл явление электромагнитной индукции?
А. X . Эрстед. Б. Ш. Кулон. В. А. Вольта. Г. А. Ампер. Д. М. Фарадей. Е. Д. Максвелл.
2. Выводы катушки из медного провода присоединены к чувствительному гальванометру. В каком из перечисленных опытов гальванометр обнаружит возникновение ЭДС электромагнитной индукции в катушке?
Из катушки вынимается постоянный магнит.
Постоянный магнит вращается вокруг своей продольной оси внутри катушки.
А. Только в случае 1. Б. Только в случае 2. В. Только в случае 3. Г. В случаях 1 и 2. Д. В случаях 1, 2 и 3.
3.Как называется физическая величина, равная произведению модуля В индукции магнитного поля на площадь S поверхности, пронизываемой магнитным полем, и косинус
угла а между вектором В индукции и нормалью п к этой поверхности?
А. Индуктивность. Б. Магнитный поток. В. Магнитная индукция. Г. Самоиндукция. Д. Энергия магнитного поля.
4. Каким из приведенных ниже выражений определяется ЭДС индукции в замкнутом контуре?
A. Б. В. Г. Д.
5. При вдвигании полосового магнита в металлическое кольцо и выдвигании из него в кольце возникает индукционный ток. Этот ток создает магнитное поле. Каким полюсом обращено магнитное поле тока в кольце к: 1) вдвигаемому северному полюсу магнита и 2) выдвигаемому северному полюсу магнита.
6. Как называется единица измерения магнитного потока?
7. Единицей измерения какой физической величины является 1 Генри?
А. Индукции магнитного ноля. Б. Электроемкости. В. Самоиндукции. Г. Магнитного потока. Д. Индуктивности.
8. Каким выражением определяется связь магнитного по тока через контур с индуктивностью L контура и силой тока I в контуре?
A . LI . Б. . В. LI ‘ . Г. LI 2 . Д. .
9. Каким выражением определяется связь ЭДС самоиндукции с силой тока в катушке?
А. Б . В . LI . Г . . Д. LI ‘ .
10. Ниже перечислены свойства различных полей. Какими из них обладает электростатическое поле?
Линии напрялсенности не связаны с электрическими зарядами.
Поле обладает энергией.
Поле не обладает энергией.
А. 1, 4, 6. Б. 1, 3, 5. В. 1, 3, 6. Г. 2, 3, 5. Д. 2, 3, 6. Е. 2, 4, 6.
11. Контур площадью 1000 см 2 находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,5 Тл, угол между вектором В
А. 250Вб. Б. 1000 Вб. В. 0,1 Вб. Г. 2,5 · 10 -2 Вб. Д. 2,5 Вб.
12. Какая сила тока в контуре индуктивностью 5 мГн создает магнитный поток 2 · 10 -2 Вб?
А. 4 мА. Б. 4 А. В. 250 А. Г. 250 мА. Д. 0,1 А. Е. 0,1 мА.
13. Магнитный поток через контур за 5 · 10 -2 с равномерно уменьшился от 10 мВб до 0 мВб. Каково значение ЭДС в контуре в это время?
А. 5 · 10 -4 В. Б. 0,1 В. В. 0,2 В. Г. 0,4 В. Д. 1 В. Е. 2 В.
14. Каково значение энергии магнитного поля катушки индуктивностью 5 Гн при силе тока в ней 400 мА?
А. 2 Дж. Б. 1 Дж. В. 0,8 Дж. Г. 0,4 Дж. Д. 1000 Дж. Е. 4·10 5 Дж.
15. Катушка, содержащая n витков провода, подключена к источнику постоянного тока с напряжением U на выходе. Каково максимальное значение ЭДС самоиндукции в катушке при увеличении напряжения на ее концах от 0 В до U В?
A , U В, Б. nU В. В. U /п U ,
16. Две одинаковые лампы включены в цепь источника постоянного тока, первая последовательно с резистором, вторая последовательно с катушкой. В какой из ламп (рис. 1) сила тока при замыкании ключа К достигнет максимального значения позже другой?
А. В первой. Б. Во второй. В. В первой и второй одновременно. Г. В первой, если сопротивление резистора больше сопротивления катушки. Д. Во второй, если сопротивление катушки больше сопротивления резистора.
17. Катушка индуктивностью 2 Гн включена параллельно с резистором электрическим сопротивлением 900 Ом, сила тока в катушке 0,5 А, электрическое сопротивление катушки 100 Ом. Какой электрический заряд протечет в цепи катушки и резистора при отключении их от источника тока (рис. 2)?
А. 4000 Кл. Б. 1000 Кл. В. 250 Кл. Г. 1 10 -2 Кл. Д. 1,1 10 -3 Кл. Е. 1 10 -3 Кл.
18. Самолет летит со скоростью 900 км/ч, модуль вертикальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли 4 10 5 Тл. Какова разность потенциалов между концами крыльев самолета, если размах крыльев равен 50 м?
А. 1,8 В. Б. 0,9 В. В. 0,5 В. Г. 0,25 В.
19. Какой должна быть сила тока в обмотке якоря электромотора для того, чтобы на участок обмотки из 20 витков длиной 10 см, расположенный перпендикулярно вектору индукции в магнитном поле с индукцией 1,5 Тл, действовала сила 120 Н?
А. 90 А. Б. 40 А. В. 0,9 А. Г. 0,4 А.
20. Какую силу нужно приложить к металлической перемычке для равномерного ее перемещения со скоростью 8 м/с по двум параллельным проводникам, расположенным на расстоянии 25 см друг от друга в однородном магнитном поле с индукцией 2 Тл? Вектор индукции перпендикулярен плоскости, в которой расположены рельсы. Проводники замкнуты резистором с электрическим сопротивлением 2 Ом.
А. 10000 Н. Б. 400 Н. В. 200 Н. Г. 4 Н. Д. 2 Н. Е. 1 Н.
Вариант 2
1. Как называется явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока через контур?
А. Электростатическая индукция. Б. Явление намагничивания. В. Сила Ампера. Г. Сила Лоренца. Д. Электролиз. Е. Электромагнитная индукция.
2. Выводы катушки из медного провода присоединены к чувствительному гальванометру. В каком из перечисленных опытов гальванометр обнаружит возникновение ЭДС электромагнитной индукции в катушке?
В катушку вставляется постоянный магнит.
Катушка надевается на магнит.
3)Катушка вращается вокруг магнита, находящегося
внутри нее.
А.В случаях 1, 2 и 3. Б. В случаях 1 и 2. В. Только в случае 1. Г. Только в случае 2. Д. Только в случае 3.
3. Каким из приведенных ниже выражений определяется магнитный поток?
A. BScos α. Б. . В. qvBsin α. Г. qvBI. Д. IBlsina .
4. Что выражает следующее утверждение: ЭДС индукции в замкнутом контуре пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром?
А. Закон электромагнитной индукции. Б. Правило Ленца. В. Закон Ома для полной цепи. Г. Явление самоиндукции. Д. Закон электролиза.
5. При вдвигании полосового магнита в металлическое кольцо и выдвигании из него в кольце возникает индукционный ток. Этот ток создает магнитное поле. Каким полюсом обращено магнитное поле тока в кольце к: 1) вдвигаемому южному полюсу магнита и 2) выдвигаемому южному полюсу магнита.
A. 1 - северным, 2 - северным. Б. 1 - южным, 2 - южным.
B. 1 - южным, 2 - северным. Г. 1 - северным, 2 - южным.
6. Единицей измерения какой физической величины является 1 Вебер?
А. Индукции магнитного поля. Б. Электроемкости. В. Самоиндукции. Г. Магнитного потока. Д. Индуктивности.
7. Как называется единица измерения индуктивности?
А. Тесла. Б. Вебер. В. Гаусс. Г. Фарад. Д. Генри.
8. Каким выражением определяется связь энергии магнитного потока в контуре с индуктивностью L контура и силой тока I в контуре?
А . . Б . . В . LI 2 , Г . LI ‘ . Д . LI.
9.Какая физическая величина х определяется выражением х= для катушки из п витков .
А. ЭДС индукции. Б. Магнитный поток. В. Индуктивность. Г. ЭДС самоиндукции. Д. Энергия магнитного поля. Е. Магнитная индукция.
10. Ниже перечислены свойства различных полей. Какими из них обладает вихревое индукционное электрическое поле?
Линии напряженности обязательно связаны с электрическими зарядами.
Линии напряженности не связаны с электрическими зарядами.
Поле обладает энергией.
Поле не обладает энергией.
Работа сил по перемещению электрического заряда по замкнутому пути может быть не равна нулю.
Работа сил по перемещению электрического заряда по любому замкнутому пути равна нулю.
А. 1, 4, 6. Б. 1, 3, 5. В. 1, 3, в. Г. 2, 3, 5. Д. 2, 3, 6. Е. 2, 4, 6.
11. Контур площадью 200 см 2 находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,5 Тл, угол между вектором В индукции и нормалью к поверхности контура 60°. Каков магнитный поток через контур?
А. 50 Вб. Б. 2 · 10 -2 Вб. В. 5 · 10 -3 Вб. Г. 200 Вб. Д. 5 Вб.
12. Ток 4 А создает в контуре магнитный поток 20 мВб.Какова индуктивность контура?
А. 5 Гн. Б. 5 мГн. В. 80 Гн. Г. 80 мГн. Д. 0,2 Гн. Е. 200 Гн.
13. Магнитный поток через контур за 0,5 с равномерно уменьшился от 10 мВб до 0 мВб. Каково значение ЭДС в контуре в это время?
А. 5 · 10 -3 В. Б. 5 В. В. 10 В. Г. 20 В. Д. 0,02 В. Е. 0,01 В.
14. Каково значение энергии магнитного поля катушки индуктивностью 500 мГн при силе тока в ней 4 А?
А. 2 Дж. Б. 1 Дж. В. 8 Дж. Г. 4 Дж. Д. 1000 Дж. Е. 4000 Дж.
15. Катушка, содержащая п витков провода, подключена к источнику постоянного тока с напряжением U на выходе. Каково максимальное значение ЭДС самоиндукции в катушке при уменьшении напряжения на ее концах от U В до 0 В?
A . U В. Б. nU В. В. U / n В. Г. Может быть во много раз больше U , зависит от скорости изменения силы тока и от индуктивности катушки.
16. В электрической цепи, представленной на рисунке 1, четыре ключа 1, 2, 3 и 4 замкнуты. Размыкание какого из четырех даст лучшую возможность обнаружить явление самоиндукции?
А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. Любого из четырех.
17. Катушка индуктивностью 2 Гн включена параллельно с резистором электрическим сопротивлением 100 Ом, сила тока в катушке 0,5 А, электрическое сопротивление катушки 900 Ом. Какой электрический заряд протечет в цепи катушки и резистора при отключении их от источника тока (рис. 2)?
А. 4000 Кл. Б. 1000 Кл. В. 250 Кл. Г. 1 10 -2 Кл. Д. 1,1 10 -3 Кл. Е. 1 10 -3 Кл.
18. Самолет летит со скоростью 1800 км/ч, модуль вертикальной составляющей вектора индукции магнитного поля Земли 4 10 -5 Тл. Какова разность потенциалов между концами крыльев самолета, если размах крыльев равен 25 м?
А. 1,8 В. В. 0,5 В. В. 0,9 В. Г. 0,25 В.
19. Прямоугольная рамка площадью S с током I помещена в магнитном поле с индукцией В . Чему равен момент силы, действующей на рамку, если угол между вектором В и нормалью к рамке равен а?
A. IBS sin а. Б. IBS. В. IBS cos а. Г. I 2 BS sin а. Д. I 2 BS cos а. .
Вариант 2
Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем в 1831 году. Он обнаружил, что электродвижущая сила, возникающая в замкнутом проводящем контуре, пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Величина ЭДС не зависит от того, что является причиной изменения потока изменение самого магнитного поля или движение контура (или его части) в магнитном поле. Электрический ток, вызванный этой ЭДС, называется индукционным током.
Закон Фарадея Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея электродвижущая сила, действующая вдоль произвольно выбранного контура Знак «минус» в формуле отражает правило Ленца, названное так по имени российского физика Э. Х. Ленца: Индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток.
Магнитный поток В однородном магнитном поле, модуль вектора индукции которого равен В, помещен плоский замкнутый контур площадью S. Нормаль n к плоскости контура составляет угол a с направлением вектора магнитной индукции В (см. рис. 1). Магнитным потоком через поверхность называется величина Ф, определяемая соотношением: Ф = В·S·cos a. Единица измерения магнитного потока в систем СИ - 1 Вебер (1 Вб).
ЭДС индукции в движущемся проводнике Пусть проводник длиной L перемещается со скоростью V в однородном магнитном поле, пересекая силовые линии. Вместе с проводником движутся заряды, находящиеся в проводнике. На движущийся в магнитном поле заряд действует сила Лоренца. Свободные электроны смещаются к одному концу проводника, а на другом остаются не скомпенсированные положительные заряды. Возникает разность потенциалов, которая и представляет собой ЭДС индукции ei. Ее величину можно определить, рассчитав работу, совершаемую силой Лоренца при перемещении заряда вдоль проводника: ei = A/q = F·L/q. Отсюда следует, что ei = B·V·L·sin a.
Самоиндукция Самоиндукция является частным случаем разнообразных проявлений электромагнитной индукции. Рассмотрим контур, подключенный к источнику тока (рис. 6). По контуру протекает электрический ток I. Этот ток создает в окружающем пространстве магнитное поле. В результате контур пронизывается собственным магнитным потоком Ф. Очевидно, что собственный магнитный поток пропорционален току в контуре, создавшему магнитной поле: Ф = L·I. Коэффициент пропорциональности L называется индуктивностью контура. Индуктивность зависит от размеров, формы проводника, магнитных свойств среды. Единица измерения индуктивности в системе СИ - 1 Генри (Гн). Если ток в контуре изменяется, то изменяется и собственный магнитный поток Фс. Изменение величины Фс приводит к возникновению в контуре ЭДС индукции. Данное явление называется самоиндукцией, а соответствующее значение - ЭДС самоиндукции eiс. Из закона электромагнитной индукции следует, что eiс = dФс/dt. Если L = const, то eiс= - L·dI/dt.
Трансформатор Трансформатор представляет собой статический электромагнитный аппарат с двумя (или больше) обмотками, предназначенный чаще всего для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Преобразование энергии в трансформаторе осуществляется переменным магнитным полем. Трансформаторы широко применяются при передаче электрической энергии на большие расстояния, распределении ее между приемниками, а также в различных выпрямительных, усилительных, сигнализационных и других устройствах.
Силовые трансформаторы Силовые трансформаторы преобразуют переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения для питания электроэнергией потребителей. В зависимости от назначения они могут быть повышающими или понижающими. В распределительных сетях применяют, как правило, трехфазные двухобмоточные понижающие трансформаторы, преобразующие напряжение 6 и 10 кВ в напряжение 0,4 кВ.
Трансформатор тока Трансформатор тока представляет собой вспомогательный аппарат, в котором вторичный ток практически пропорционален первичному току и предназначенный для включения измерительных приборов и реле в электрические цепи переменного тока. Трансформаторы тока служат для преобразования тока любого значения и напряжения в ток, удобный для измерения стандартными приборами (5 А), питания токовых обмоток реле, отключающих устройств, а также для изолирования приборов и обслуживающего их персонала от высокого напряжения.
Измерительные трансформаторы напряжения Измерительные трансформаторы напряжения – это промежуточные трансформаторы, через которые включаются измерительные приборы при высоких напряжениях.Благодаря этому измерительные приборы оказываются изолированными от сети, что делает возможным применение стандартных приборов (с переградуированием их шкалы) и тем самым расширяет пределы измеряемых напряжений. Трансформаторы напряжения используются как для измерения напряжения, мощности, энергии, так и для питания цепей автоматики, сигнализаций и релейной защиты линий электропередачи от замыкания на землю. В ряде случаев трансформаторы напряжения могут быть использованы как маломощные понижающие силовые трансформаторы или как повышающие испытательные трансформаторы (для испытания изоляции электрических аппаратов)
Классификация трансформаторов напряжения Трансформаторы напряжения различаются: а) по числу фаз однофазные и трехфазные; б) по числу обмоток двухобмоточные и трехобмоточные; в) по классу точности, т. е. по допускаемым значениям погрешностей; г) по способу охлаждения трансформаторы с масляным охлаждением (масляные), с естественным воздушным охлаждением (сухие и с литой изоляцией); д) по роду установки для внутренней установки, для наружной установки и для комплектных распределительных устройств (КРУ)
Классификация трансформаторов тока Трансформаторы тока классифицируются по различным признакам: 1. По назначению трансформаторы тока можно разделить на измерительные, защитные, промежуточные (для включения измерительных приборов в токовые цепи релейной защиты, для выравнивания токов в схемах дифференциальных защит и т. д.) и лабораторные (высокой точности, а такжесо многими коэффициентами трансформации). 2. По роду установки различают трансформаторы тока: а) для наружной установки (в открытых распределительных устройствах); б) для внутренней установки; в) встроенные в электрические аппараты и машины: выключатели, трансформаторы, генераторы и т. д.; г) накладные одевающиеся сверху на проходной изолятор (например, на высоковольтный ввод силового трансформатора); д) переносные (для контрольных измерений и лабораторных испытаний). 3. По конструкции первичной обмотки трансформаторы тока делятся на: а) многовитковые (катушечные, с петлевой обмоткой и с восьмерочной обмоткой); б) одновитковые (стержневые); в) шинные.
4. По способу установки трансформаторы тока для внутренней и наружной установки разделяются на: а) проходные; б) опорные. 5. По выполнению изоляции трансформаторы тока можно разбить на группы: а) с сухой изоляцией (фарфор, бакелит, литая эпоксидная изоляция и т. д.); б) с бумажно-масляной изоляцией и с конденсаторной бумажно-масляной изоляцией; в) с заливкой компаундом. 6. По числу ступеней трансформации имеются трансформаторы тока: а) одноступенчатые; б) двухступенчатые (каскадные). 7. По рабочему напряжению различают трансформаторы: а) на номинальное напряжение выше 1000 В; б) на номинальное напряжение до 1000 В.
Генераторы электрической энергии Электрический ток вырабатывается в генераторах - устройствах, преобразующих энергию того или иного вида в электрическую энергию. К генераторам относятся гальванические элементы, электростатические машины, термобатареи, солнечные батареи и т.п. Область применения каждого из перечисленных видов генераторов электроэнергии определяется их характеристиками. Так, электростатические машины создают высокую разность потенциалов, но неспособны создать в цепи сколько-нибудь значительную силу тока. Гальванические элементы могут дать большой ток, но продолжительность их действия невелика. Преобладающую роль в наше время играют электромеханические индукционные генераторы переменного тока. В этих генераторах механическая энергия превращается в электрическую. Их действие основано на явлении электромагнитной индукции. Такие генераторы имеют сравнительно простое устройство и позволяют получать большие токи при достаточно высоком напряжении
Генератор переменного тока Генератор переменного тока (альтернатор) является электромеханическим устройством, которое преобразует механическую энергию в электрическую энергию переменного тока. К генераторам относятся гальванические элементы, электростатические машины, термобатареи, солнечные батареи и т.п. Область применения каждого из перечисленных видов генераторов электроэнергии определяется их характеристиками. Так, электростатические машины создают высокую разность потенциалов, но неспособны создать в цепи сколько-нибудь значительную силу тока.
Заряд в движении. Он может принимать форму внезапного разряда статического электричества, такого как, например, молния. Или это может быть контролируемый процесс в генераторах, батареях, солнечных или топливных элементах. Сегодня мы рассмотрим само понятие "электрический ток" и условия существования электрического тока.
Большая часть электроэнергии, которую мы используем, поступает в виде переменного тока из электрической сети. Он создается генераторами, работающими по закону индукции Фарадея, благодаря которому изменяющееся магнитное поле может индуцировать электрический ток в проводнике.
Генераторы имеют вращающиеся катушки провода, которые проходят через магнитные поля по мере их вращения. Когда катушки вращаются, они открываются и закрываются относительно магнитного поля и создают электрический ток, меняющий направление на каждом повороте. Ток проходит через полный цикл вперед и назад 60 раз в секунду.
Генераторы могут питаться от паровых турбин, нагретых углем, природным газом, нефтью или ядерным реактором. Из генератора ток проходит через ряд трансформаторов, где растет его напряжение. Диаметр проводов определяет величину и силу тока, которую они могут переносить без перегрева и потери энергии, а напряжение ограничено только тем, насколько хорошо линии изолированы от земли.
Интересно отметить, что ток переносится только одним проводом, а не двумя. Две его стороны обозначаются как положительная и отрицательная. Однако, поскольку полярность переменного тока изменяется 60 раз в секунду, они имеют и другие названия - горячие (магистральные линии электропередач) и заземленные (проходящие под землей для замыкания цепи).
Существует масса возможностей применения электротока: он может осветить ваш дом, вымыть и высушить одежду, поднять дверь вашего гаража, заставить вскипеть воду в чайнике и дать возможность работать другим бытовым предметам, которые значительно облегчают нам жизнь. Тем не менее все более важным становится способность тока передавать информацию.
При подключении к Интернету компьютером используется лишь небольшая часть электрического тока, но это то, без чего современный человек не представляет своей жизни.
Подобно речному течению, потоку молекул воды, электрический ток - это поток заряженных частиц. Что это такое, что его вызывает, и почему он не всегда идет в одном направлении? Когда вы слышите слово «течет», о чем вы думаете? Возможно, это будет река. Это хорошая ассоциация, потому что именно по этой причине электрический ток получил свое название. Он очень похож на поток воды, только вместо молекул воды, движущихся по руслу, заряженные частицы движутся по проводнику.
Среди условий, необходимых для существования электрического тока, есть пункт, предусматривающий наличие электронов. Атомы в проводящем материале имеют много этих свободных заряженных частиц, которые плавают вокруг и между атомами. Их движение является случайным, поэтому поток в каком-либо заданном направлении отсутствует. Что же нужно, чтобы существовал электрический ток?
Условия существования электрического тока включают в себя наличие напряжения. Когда оно применяется к проводнику, все свободные электроны будут двигаться в одном направлении, создавая ток.
Интересно то, что когда электрическая энергия передается через проводник со скоростью света, сами электроны движутся намного медленнее. На самом деле, если бы вы не спеша прошли рядом с токопроводящей проволокой, ваша скорость была бы в 100 раз быстрее, чем двигаются электроны. Это обусловлено тем, что им не нужно преодолевать огромные расстояния, чтобы передавать энергию друг другу.
Сегодня широко используются два разных типа тока - постоянный и переменный. В первом электроны движутся в одном направлении, с «отрицательной» стороны на «положительную». Переменный ток толкает электроны назад и вперед, изменяя направление потока несколько раз в секунду.
Генераторы, используемые на электростанциях для производства электроэнергии, предназначены для производства переменного тока. Вы, наверное, никогда не обращали внимание на то, что свет в вашем доме на самом деле мерцает, поскольку текущее направление меняется, но это происходит слишком быстро, чтобы глаза смогли это распознать.
Каковы условия существования постоянного электрического тока? Зачем нам нужны оба типа и какой из них лучше? Это хорошие вопросы. Тот факт, что мы все еще используем оба типа тока, говорит о том, что они оба служат определенным целям. Еще в XIX веке было понятно, что эффективная передача мощности на большие расстояния между электростанцией и домом была возможна лишь при очень высоком напряжении. Но проблема заключалась в том, что отправка действительно высокого напряжения была чрезвычайно опасной для людей.
Решение этой проблемы состояло в том, чтобы уменьшить напряжение вне дома, прежде чем отправлять его внутрь. И по сей день постоянный электрический ток используется для передачи на большие расстояния, в основном из-за его способности легко преобразовываться в другие напряжения.
Условия существования электрического тока включают в себя наличие заряженных частиц, проводника и напряжения. Многие ученые изучали электричество и обнаружили, что существует два его типа: статическое и текущее.
Именно второе играет огромную роль в повседневной жизни любого человека, так как представляет собой электрический ток, который проходит через цепь. Мы ежедневно используем его для питания наших домов и многого другого.
Когда в цепи циркулируют электрические заряды из одного места в другое, возникает электрический ток. Условия существования электрического тока включают в себя, помимо заряженных частиц, наличие проводника. Чаще всего это провод. Схема его представляет собой замкнутый контур, в котором ток проходит от источника питания. Когда же цепь разомкнута, он не может закончить путь. Например, когда свет в вашей комнате выключен, цепь разомкнута, но когда цепь замкнута, свет горит.
На условия существования электрического тока в проводнике большое влияние оказывает такая характеристика напряжения, как мощность. Это показатель того, сколько энергии используется в течение определенного периода времени.
Существует много разных единиц, которые могут использоваться для выражения данной характеристики. Однако электрическая мощность почти измеряется в ваттах. Один ватт равен одному джоулю в секунду.
Каковы условия существования электрического тока? Он может принимать форму внезапного разряда статического электричества, такого как молния или искра от трения с шерстяной тканью. Однако чаще, когда мы говорим об электрическом токе, мы имеем в виду более контролируемую форму электричества, благодаря которой горит свет и работают приборы. Большая часть электрического заряда переносится отрицательными электронами и положительными протонами внутри атома. Однако вторые в основном иммобилизованы внутри атомных ядер, поэтому работа по переносу заряда из одного места в другое проделывается электронами.
Электроны в проводящем материале, таком как металл, в значительной степени свободны для перехода от одного атома к другому вдоль их зон проводимости, которые являются высшими электронными орбитами. Достаточная электродвижущая сила или напряжение создает дисбаланс заряда, который может вызвать движение электронов через проводник в виде электрического тока.
Если провести аналогию с водой, то возьмем, к примеру, трубу. Когда мы открываем клапан на одном конце, чтобы вода попала в трубу, то нам не нужно ждать, пока эта вода проложит весь путь до ее конца. Мы получаем воду на другом конце почти мгновенно, потому что входящая вода толкает воду, которая уже находится в трубе. Это то, что происходит в случае электрического тока в проводе.
Электрический ток обычно рассматривается как поток электронов. Когда два конца батареи соединены друг с другом с помощью металлической проволоки, эта заряженная масса через провод попадает из одного конца (электрода или полюса) батареи на противоположный. Итак, назовем условия существования электрического тока:
Однако не все так просто. Какие условия необходимы для существования электрического тока? На этот вопрос можно ответить более подробно, рассмотрев следующие характеристики:
Тщательно изучив условия возникновения и существования электрического тока, люди смогли приручить эту мощную и опасную стихию и направить ее на благо человечества.
