Как движется электрический ток. Как появляется электрический ток

Это есть медленное движение потока электронов в область положительного заряда из области отрицательного заряда. В качестве единицы измерения силы тока используют ампер (А). Названа эта единица в честь французского ученого Андре Мари Ампера. Один ампер это сила тока, возникающая в проводнике при перемещении заряда через заданную точку величиной в один кулон за одну секунду.
Следующая формула показывает соотношение между силой тока и зарядом за секунду:

где I - сила тока в амперах, Q - величина электрическо¬го заряда в кулонах, t - время в секундах.

Пример . Чему будет равна сила тока в цепи, если через заданную точку в цепи прошло 12 кулон заряда за 4 секунды.
Решение.
Q=12 Кл;
T=4 с;
I=Q/t=12/4=3 (А).

Рассмотрим протекание тока по проводнику. Обычно носителями заряда в цепи являются отрицательно заряженные электроны. Тогда ток это есть поток отрицательно заряженных электронов. Так исторически сложилось, что направление протекания тока не совпадает с направлением потока электронов, то есть противоположно. Однако в свое время было открыто, что когда электроны перемещаются от одного атома к другому, то возникают положительные заряды, названные дырками. (рис 2.2).

Можно сказать, что дырка это место на оболочке, откуда ушел электрон. Дырки перемещаются в направлении противоположном потоку электронов (рис 2.3).

В том случае, если электроны берутся с одного конца проводника и добавляются на другой конец проводника, то по проводнику будет течь ток. В результате медленного движения свободных электронов по проводнику, они сталкиваются с атомами, при этом освобождая другие электроны. Эти освободившиеся электроны движутся к положительному заряженному концу проводника, так же сталкиваясь с другими атомами. Это перемещение (или его еще называют дрейф) происходит как следствие отталкивания зарядов. К тому же положительно заряженный конец проводника, где присутствует дефицит электронов, притягивает отрицательно заряженные электроны.
Так вследствие «работы» законов взаимодействия электрических зарядов происходит медленный дрейф электронов. Хотя отдельные электроны сталкиваются с атомами и освобождают другие электроны, скорость которых достигает скорости света.
Для наглядности возьмем полую трубу и заполним ее шариками (рис. 2.4.).

Если добавить шарик в один конец трубы, то из второго конца шарик выталкивается. Отдельные шары тратят для перемещения некоторое время, но частота их столкновений иногда будет достаточно высокой.

Устройство, которое забирает электроны с положительно заряженного конца проводника и отдает их в отрицательно заряженный конец проводника, называют источником напряжения. В сравнении с системой водопровода источник напряжения может рассматриваться как своего рода насос (рис. 2.5).

Среди известных форм энергий наибольшее применение в нашем быту находит электрическая.Это связано с тем,что ее довольно просто превратить в другие формы энергий,например,в тепловую,механическую или оптическую.Такое превращение можно осуществить в различных установках и двигателях переменного или постоянного тока.Источниками электрической энергии могут быть электрические генераторы,гальванические элементы,солнечные батареи,термоэлементы,ядерные установки и др.Физические или химические процессы,происходящие в этих установках,приводят к возникновению электрического тока.Электрический ток,как известно,представляет собой упорядоченное (направленное)движение электрически заряженных частиц.За направление тока условно принимают направление движения положительно заряженных частиц,другими словами,ток во внешней цепи идет от положительного полюса источника к отрицательному,а во внутренней цепи-от отрицательного полюса к положительному. Для количественной оценки электрического тока используется понятие сила тока,а в просторечии обычно говорят,какой ток в этой цепи.Силой тока называется величина,которая характеризует скорость протекания заряда через сечение проводника.Сила тока I определяется количеством электричества q,протекающим через поперечное сечение проводника за единицу времени t:

Дольные и кратные единицы тока

1 миллиампер(мА)=0,001 А 1 ампер(А)=1000 мА 1 микроампер(мкА)=0,000001 А 1 килоампер(кА)=1000 А

Для измерения силы тока в электрических цепях применяют приборы,называемые амперметрами.Формула I=q:t позволяет определить количество электронов,протекающих за 1 секунду через поперечное сечение проводника при силе тока в 1 А.Согласно справочным данным заряд одного электрона составляет е=1,602 Кл(Кл-кулон,единица измерения величины заряда тела).Тогда 1 А=ne/1 c,где n-неизвестное число электрлонов. Электрические заряды под действием электрического поля могут двигаться упорядоченно.Наличие электрического поля и свободных носителей электрического заряда-достаточное условие существования электрического тока.Электрическое поле может быть создано,например,двумя электрическими зарядами с противоположными знаками.Если эти заряды соединить проводником,то на мгновение по нему потечет электрический ток.Для длительного протекания тока в проводнике требуется специальный источник,в качестве которого может быть взят,например,гальванический элемент(обычная батарейка),термоэлемент или генератор.Для этих источников характерно то,что на одном их зажиме имеется избыток электронов,а на другом-недостаток.Иначе говоря,существует разность электрических уровней на зажимах источника тока,которую называют разностью потенциалов или напряжением(обозначается латинской буквой U).Таким образом,разность потенциалов и является причиной возникновения электрического тока.Электроны,в зависимости от типа источника,получают импульс движения различной величины.Силы,вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника постоянного тока пртив направления действия сил электрического поля,называются сторонними силами.В гальваническом элементе сторонние силы возникают в результате электрохимических прцессов,происходящих на границе раздела "электрод-электролит".Действие сторонних сил характеризуется электродвижущей силой(ЭДС).В замкнутом контуре ЭДС представляет собой отношение работы сторонних сил при перемещении заряда вдоль контура к заряду.В замкнутой цепи будет существовать постоянный электрический ток только тогда,когда в ней действуют сторонние силы,т.е. есть ЭДС.Например,электродвижущая сила гальванического элемента-это работа сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому.Если на батарейке написано "4,5 В",значит,сторонние силы(в данном случае химические)совершают работу 4,5 Дж при перемещении заряда 1 Кл от одного полюса батарейки к другому. ЭДС определяет силу тока в цепи при заданном ее сопротивлении и численно равна разности потенциалов на полюсах разомкнутого источника тока.Единицей измерения ЭДС и напряжения является вольт (В),названный в честь итальянского физика Алессандро Вольта (1745-1827).

Дольные и кратные единицы ЭДС и напряжения

1 милливольт (мВ)=0,001 В

1 вольт (В)=1000 мВ

1 микровольт (мкВ)=0,000001 В

1 киловольт (кВ)=1000 В

Прибор для измерения ЭДС и напряжения называется вольтметром.Он всегда включается в цепь параллельно тому элементу,на котором хотят измерить напряжение. Отметим разницу в понятиях "ЭДС" и "напряжение".ЭДС-характеристика источника тока,и ее величину показывает вольтметр,подсоединенный к клеммам источника при разомкнутой цепи.При замкнутой цепи,тот же вольтметр показывает величину напряжения источника тока.Только при разомкнутой электрической цепи напряжение источника тока численно равно его ЭДС.

Электрический ток может приводит в действие машины только тогда, когда он циркулирует в цепи. Электрическая цепь - это канал, по которому течет электричество. Начинается цепь в источнике питания (например, в батарейке), к которому соединительным проводом подключен потребитель, например, лампа накаливания.

Цепь не оканчивается на потребителе, а возвращается по кольцу снова к источнику питания. Сила, поддерживающая течение электрического тока в цепи, называется электродвижущей силой, или напряжением. Так как потребители ослабляют ток в цепи, они называются сопротивлениями.

Понимание взаимосвязи между электрическим током, напряжением и сопротивлением может быть облегчено путем проведения аналогии между электрическим током и водой, текущей по каналу (рисунок вверху). Батарейка может быть представлена в виде водяного насоса, а электрический ток - в виде определенного объема воды. Аналогами двух электрических сопротивлений (двух ламп накаливания) являются два водослива в канале.

В такой модели каждый раз, когда вода (электрический ток) встречает водослив (сопротивление), она падает на более низкий уровень (меньшее напряжение). Объем воды остается неизменным, однако ее уровень (энергия) уменьшается. То же самое происходит с электрическим током. Когда электрический ток проходит через сопротивление, его энергия отводится в окружающую среду, а напряжение уменьшается.

Вычисление падения напряжения

Когда электрический ток проходит через сопротивление, например, через лампу накаливания, силовое воздействие на заряды (напряжение) уменьшается. Это уменьшение называется падением напряжения. Изменение напряжения может быть определено численно, путем умножения величины сопротивления на силу тока.

Электрический ток и поток электронов

Электроны (синие шарики) текут по направлению к положительному полюсу источника тока, т.е. навстречу электрическому току, который движется от положительного полюса к отрицательному (большая голубая стрелка). Сила тока зависит от того, сколько электронов пройдет через поперечное сечение проводника в единицу времени.

Электрический ток в параллельной цепи

В параллельной цепи электрический ток (синие стрелки), прежде чем вернуться к своему источнику (красная батарейка), разделяется на две отдельные ветви.

Вид цепи и напряжение

Последовательная цепь содержит два сопротивления (R), которые поочередно снижают напряжение (V). Падение напряжения определяется суммой сопротивлений.

В параллельной цепи электрический ток проходит по различным путям. Такое расположение сопротивлений (R) вызывает одновременное падение напряжения.