Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Начинающим электрикам » Что такое электрический ток
21 августа 2019
Количество просмотров: 18287
Комментарии к статье: 10


Что такое электрический ток

Когда мы произносим словосочетание «электрический ток», то обычно имеем ввиду самые разные проявления электричества. Ток течет по проводам высоковольтных линий электропередач, ток вращает стартер и заряжает аккумулятор в нашем автомобиле, молния во время грозы — это тоже электрический ток.

Что такое электрический ток

Электролиз, электросварка, искры статического электричества на расческе, по спирали лампы накаливания течет ток, и даже в крохотном карманном фонарике через светодиод течет крохотный ток. Что и говорить о нашем сердце, которое также генерирует небольшой электрический ток, особенно это заметно во время прохождения процедуры ЭКГ.

В физике электрическим током принято называть упорядоченное движение заряженных частиц и в принципе любых носителей электрического заряда. Движущийся вокруг атомного ядра электрон — это тоже ток. И заряженная эбонитовая палочка, если держать ее в руке и двигать из стороны в сторону — также станет источником тока: не равный нулю заряд есть и он движется.

Все, что окружает человека, и он сам — это материальный мир, или материя, которая существует в различных формах. Одна из форм материи, из которой состоят все тела в природе (вода, различные металлы и т. д.), называется веществом.

Вещества, которые невозможно химическим путем разложить на отдельные химические элементы, называются простыми. Вещество, состоящее из нескольких элементов, называется сложным.

Все вещества состоят из мельчайших частиц-молекул, которые в свою очередь образуются из еще более меньших частиц, называемых атомами. В то же время в состав атомов входят другие, еще меньшие частицы, обладающие различными свойствами: ядро и электроны.

При бездействии сил электрического поля электроны в веществах находятся в беспорядочном движении. Происходит это потому, что во многих веществах, главным образом в металлах, электроны недостаточно сильно удерживаются ядром и могут свободно передвигаться от одного атома к другому.

Когда силы электрического поля начинают действовать, движение электронов принимает упорядоченное (направленное) состояние, возникает электрический ток. Отсюда электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение электронов.

Аналоговый амперметр

При упорядоченном движении электроны движутся от того места, где имеется их избыток, туда, где ощущается их недостаток, от минуса к плюсу. Однако исторически в электротехнике условно принято считать, что ток идет от плюса к минусу.

Скорость распределения тока близка к скорости света — 300000 км в секунду. Это не значит, что такой скоростью обладает каждый электрон в отдельности.

Скорость электрона в проводнике составляет лишь доли сантиметра или миллиметра в секунду. Но в результате действия электрического поля ток, возникающий в одном конце провода, мгновенно вызывает прохождение тока по всему проводнику.

Аналогичное явление происходит, например, в трубе, заполненной водой, на одном конце которой находится насос. В момент подачи насосом воды в трубу давление, возникающее в воде, мгновенно передается вдоль трубы от одних частиц к другим. Вода приходит в движение — течет.

Однако частицы воды, добавляемые насосом, дойдут до противоположного конца трубы гораздо позже момента начала вытекания ее из трубы. Численно ток измеряется количеством электрических зарядов, которые проходят через поперечное сечение провода в одну секунду.

Физические аналогии между течением воды в системе водоснабжения и электрическим током: Электропроводка и трубопровод

Электропроводка и трубопровод: аналогии и различия

Постоянный ток:

Постоянный ток

Ток течет по проводам бытовых электроприборов питающихся от розетки — электроны перемещаются туда-сюда 50 раз за секунду — это называется переменным током.

Высокочастотные сигналы внутри электронных приборов — это тоже электрический ток, поскольку электроны и дырки (носители положительного заряда) перемещаются внутри схемы.

Любой электрический ток порождает своим существованием магнитное поле. Вокруг проводника с током оно обязательно присутствует. Не существует магнитного поля без тока и тока без магнитного поля.

Даже если магнитного поля вокруг тока не наблюдается, это лишь значит что магнитные поля двух токов в момент наблюдения взаимно скомпенсированы, как в двужильном проводе любого электрического чайника — переменные токи в каждый момент направлены в противоположные стороны и текут параллельно друг другу — их магнитные поля друг друга нейтрализуют. Это называется принципом наложения (суперпозиции) магнитных полей.

Практически для существования электрического тока необходимо наличие электрического поля, потенциального или вихревого. Исключительно редко заряды перемещаются чисто механическим образом (как например в генераторе Ван Де Граафа — наэлектризованной резиновой лентой).

Генератор Ван Де Граафа:

Генератор Ван Де Граафа

Если электрический ток представляет собой направленное движение электрически заряженных частиц, то нужно найти ответ на вопрос, что приводит эти частицы в движение.

Причиной возникновения и поддержания электрического тока является электрическое поле. Величина этого поля определяется той работой, которую совершает сила электрического поля, перемещая 1 кулон электричества от одного конца проводника до другого.

Если рассмотреть некоторую замкнутую систему, в которой циркулирует вода, то в этой системе должен быть насос, который сообщает частицам воды энергию и заставляет их двигаться по трубопроводам. Частицы воды в процессе их циркуляции отдают полученную ими энергию (затрачивая ее, например, на преодоление сил трения). Когда же частицы воды вновь возвращаются к насосу, то в отличие от своего исходного состояния они обладают меньшей энергией.

Если уподобить электроны частицам воды, то аналогично можно представить себе процессы, протекающие в электрической цепи. В этом случае водяному насосу будет соответствовать некий "насос для электронов", или источник электрической энергии, а трубопроводам будут соответствовать провода. Следует особо подчеркнуть то обстоятельство, что в электрической цепи электроны не производятся, а просто в каждом проводнике имеются свободные высокоподвижные электроны.

Если на некотором участке цепи носители зарядов получают энергию, то принято говорить, что этот участок цепи — источник, развивающий электродвижущую силу (ЭДС).

Итак, в электрическом поле заряженная частица испытывает действие электрической силы, которая у источников тока называется ЭДС — электродвижущая сила. ЭДС измеряется в вольтах как и напряжение между двумя точками электрической цепи.

Электродвижущая сила является причиной, приводящей в движение электрические заряды, и определяется энергией, которая затрачивается на перемещение единичного электрического заряда.

В то же время источник энергии, перемещая заряд по замкнутой цепи, обладающей сопротивлением, совершает работу как на внутреннем участке цепи, так и на внешнем. Следовательно, на этих участках будут возникать напряжения, которые называются падением напряжения на определенном участке.

Поэтому понятие «электродвижущая сила» включает в себя также сумму падений напряжения на внешнем и внутреннем участках цепи источника электроэнергии.

Напряжение и ток — два электрические явления, взаимосвязанные друг с другом. Ток будет протекать по проводнику лишь при наличии разности потенциалов между концами проводника. Чем больше напряжение приложенное к потребителю — тем больший электрический ток это напряжение способно вызвать.

Переменное напряжение порождает в проводнике, к которому оно приложено, переменный ток, поскольку электрическое поле, приложенное к носителям заряда, будет в этом случае также переменным. Постоянное напряжение — условие существования в проводнике тока постоянного.

Высокочастотное напряжение (изменяющее свое направление сотни тысяч раз за секунду) также способствует переменному току в проводниках, но чем выше частота — тем меньше носителей заряда участвуют в создании тока в толще проводника, поскольку электрическое поле действующее на заряженные частицы вытесняется ближе к поверхности, и получается что ток течет не в проводнике, а по его поверхности. Это называется скин-эффект.

Вакуумные лампы

Электрический ток может существовать в вакууме, в проводниках, в электролитах, в полупроводниках и даже в диэлектриках (ток смещения). Правда в диэлектриках постоянного тока быть не может, поскольку в них заряды не имеют возможности к свободному перемещению, а способны лишь смещаться в пределах внутримолекулярного расстояния от своего первоначального положения под действием приложенного электрического поля.

Настоящий электрический ток всегда предполагает возможность свободного перемещения электрических зарядов под действием электрического поля. Смотрите - условия существования электрического тока.

В металлических проводниках электрический ток представляет собой движение «свободных» электронов, причем электроны движутся в направлении, противоположном условному направлению тока (т. к. за направление тока условно принято направления движения зарядов).

Электрический ток  в газах представляет собой движение положительных ионов в одном направлении, а электронов (и отрицательных ионов) в другом направлении. Наконец, электрический ток в электролитах представляет собой движение существующих в жидкости положительных и отрицательных ионов в противоположных направлениях.

Сила электрического тока — количество электричества, прошедшее через все поперечное сечение тока за 1 сек., зависит, с одной стороны, от количества движущихся зарядов, а с другой — от средней скорости их регулярного движения.

В металлических проводниках количество движущихся зарядов (свободных электронов) чрезвычайно велико (порядка 1023 в 1 см3), но зато средняя скорость регулярного движения очень мала (при самых сильных токах, которые может выдержать проводник, эта средняя скорость имеет величину порядка сантиметра в секунду). Обычно несколько меньше количество движущихся зарядов в жидкостях и соответственно их средние скорости несколько больше.

В газах же вследствие их гораздо меньшей плотности и вследствие того, что только небольшая доля всех молекул газа оказывается ионизированной, количество движущихся зарядов гораздо меньше, но зато средние скорости движения электронов и ионов гораздо больше, чем в металлических проводниках, и достигают сотен и даже тысяч километров в секунду.

Понятие "электрический ток" ввел итальянский физик Алессандро Вольта. Электрический ток, или по его версии "электрический флюид" протекал в замкнутой цепи, соединяющей металлическим проводником крайние кружки вольтова столба.

"Вотльтов столб" (1800 г.) был первый источник электричества неэлектростатического типа (источник постоянного электрического тока), который состоял из чередующихся между собой медных и цинковых кружков, разделенных суконными прокладками, смоченными подкисленной водой или кислотой.

Вольтов столб

Существование неизменного высокого потенциала на вольтовом столбе было явлением для того времени совершенно новым. Это был первый химический источник электричества, потенциал которого был постоянен во времени и не требовал каких-либо приемов электризации для его возобновления.

Вольтов столб, составленный из большого количества кружков, имел на концах достаточно высокий потенциал, который можно было обнаружить не только измерительными приборами (в частности электроскопом), но и прикоснувшись к крайним кружкам руками. При этом ощущался сильный электрический удар, как от лейденской банки. 

Открытие Вольты очень быстро распространилось в физике, стало предметом дальнейших исследований. В 1800 г. ученые-физики с помощью вольтова столба обнаружили электрохимическое действие тока, и в частности разложение под действием тока воды на кислород и водород. Опыты с гальваническими элементами позволили обнаружить, кроме химических, и другие новые свойства тока, в том числе его тепловое и магнитное действие.

Французский физик А. М. Ампер посвятил ряд своих работ изучению связи электрического тока и магнетизма. Он обнаружил, что два проводника с током испытывают взаимное воздействие — притяжение или отталкивание в зависимости от направления в них токов. Своими работами он заложил основы электродинамики.

Он предложил термин "электрический ток" и ввел понятие о его направлении, совпадающем с движением положительного электричества. В честь А. М. Ампера названа единица измерения электрического тока.  Ампер является одной из семи основных единиц системы СИ.

Электрический ток обладает рядом свойств, которые могут быть эффективно использованы во многих практических случаях. К таким свойствам относятся трансформация простыми техническими средствами энергии электрического тока в энергию других видов (тепловую, световую, механическую, химическую) и возможность передачи ее на большие расстояния, быстрота распространения.

Интересные факты:

Куда течет электрический ток

Почему под ЛЭП бьет током

Какой ток опаснее, постоянный или переменный?

Что такое динамо-машина. Первые генераторы постоянного тока

Эффект Пельтье: магическое действие электрического тока

Андрей Повный





Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Напряжение, сопротивление, ток и мощность - основные электрические величины
  • Роль источника ЭДС в электрической цепи
  • Куда течет электричество
  • Вода и электрический ток
  • ЭДС, разность потенциалов и напряжение - что это и в чем разница
  • Основные понятия электротехники, термины и определения
  • История одного парадокса электротехники
  • Что такое скин-эффект и где он применяется на практике
  • Применение электростатической индукции в технике
  • Электронная эмиссия, ионизация воздуха и электрическая искра
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Начинающим электрикам

    Основы электричества, Основы электричества

      Комментарии:

    #1 написал: Павел | [цитировать]

    Электрический ток - это движение свободных электронов между двумя точками проводника.

      Комментарии:

    #2 написал: Николай | [цитировать]

    Павел, более точное такое определение: "Электрический ток - это перемещение электрических зарядов под влиянием электрического поля". Для длительного существования электрического тока необходимо наличие электрического поля, которое воздействовало бы на заряженные элементарные частицы, т. е. необходима непрерывно воспроизводимая разность электрических потенциалов. Электрический ток можно определить как направленное движение заряженных частиц. Однако, согласно Максвеллу, в понятие электрического тока входят также явления, связанные с изменением электрического поля во времени (ток смещения), и основным признаком электрического тока является наличие магнитного поля, всегда связанного с этим током.

      Комментарии:

    #3 написал: Алексей | [цитировать]

    Иногда складывается превратное представление, что в проводящей среде (например, в металлическом проводнике) электрическое поле всегда равно нулю. Но на самом деле, отсутствие поля в проводящей среде является лишь условием неподвижности зарядов, т. е. условием отсутствия тока. Поскольку проводящая среда содержит заряды, способные перемещаться, электрическое поле в ней обязательно вызывает ток. В металле такими зарядами являются электроны проводимости, в электролитах — ионы обоих знаков, в газах— электроны и ионы, в полупроводниках (и некоторых металлах) —электроны и дырки. В отсутствие электрического поля электроны в металле совершают хаотическое "тепловое" движение. Если создать внутри металла поле, то электроны, не прекращая этого хаотического движения, будут медленно "сноситься" против вектора напряженности. Появляющееся частично упорядоченное движение представляет собой электрический ток. 

      Комментарии:

    #4 написал: Паша | [цитировать]

    По сути, электрический ток - это скорость электрического заряда электронов. Для того, чтобы эти электроны двигались, не обязательно, чтобы их скорость была высокой. Этот объем, рассчитывается с большими показателями, потому что важно количество электрического заряда. Скорость электронов не играет никакой роли в электрическом токе, хотя электричество быстро распространяется, сравнимо скорости света. При очень высоком движении происходит одновременный перенос электрического заряда вдоль проводника. На самом деле, с позиции механики, электроны не могут двигаться очень быстро, так как они очень маленькие, имеют определенную массу и соблюдают правила движения. 

      Комментарии:

    #5 написал: Айгуль Бакитовна | [цитировать]

    Электроны, это элементарные частицы, которые формируют атомы, а атомы формируют молекулы. Теперь если все электроны бегут, тогда как сохраняется структура проводов.... На самом деле элементарные частицы атомов, могут обмениваться и перейти к соседям, а не вдоль много км линий электропередач. Элементарные частицы меняют энергетические уровни, совершают колебательные движении, только не бегут куда то... При подаче от источников импульса, мгновенно, вдоль линий активизируются энергетические уровни, естественно элементарные частицы могут менять энергетических уровней, главное происходят активация электромагнитных полей вдоль линий, в физике это называют поверхностные заряды.... так как субстанцию - энергии, никто на руках не держал, мы энергию познаем через следствия, то есть работы приборов. Точнее, когда вдоль линии электропередач течет ток, этот процесс мы узнаем по измерениям характеристик.

      Комментарии:

    #6 написал: Феликс | [цитировать]

    Айгуль Бакитовна, В 1913 г. Бор создал свою модель атома, которая (на первых порах) включала гипотезу существования ядра, состоящего из электронов и протонов, и электронной оболочки. В истории физики это была счастливая эра, когда казалось, что многообразие мира удается свести к двум элементарным «сущностям»: протону и электрону. Открытие в 1932 г. третьей «элементарной» частицы — нейтрона — не поколебало этого ощущения простоты. Нейтрон, которого очень «не хватало» для объяснения некоторых свойств атомных ядер, удачно «вписался» в единую модель. Но в 1937 г. был открыт мю-мезон (мюон) — частица, во всем похожая на электрон, но с массой, примерно в 200 раз большей. Мюон никак не укладывался в структуру атомов и поэтому казался абсолютным «архитектурным» излишеством Природы. Это ощущение было настолько сильным, что многие физики полагали, что открытие мюона — экспериментальная ошибка. Затем, после перерыва в исследованиях, вызванного второй мировой войной, новые частицы посыпались, как из рога изобилия. Сейчас их насчитывается более трехсот. Ощущение «элементарности» элементарных частиц превратилось в призрачный фантом.

      Комментарии:

    #7 написал: Николай Подгорский | [цитировать]

    Каждый атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. В центре каждого атома находится по крайней мере один протон. А вокруг ядра электроны и протоны движутся с большой скоростью Протоны и электроны определяются их основной характеристикой - электрическим зарядом. У протонов он имеет положительный знак, а у электронов - отрицательный. Из-за разницы зарядов эти элементы притягиваются друг к другу, а элементы с одинаковым зарядом отталкиваются. В свою очередь нейтроны не заряжены. Таким образом, когда мы хотим заставить электрическое устройство работать, мы подключаем его к сети, где циркулирует энергия, вызывающая этот эффект положительных и отрицательных зарядов. Поскольку электричество производится, из-за движения турбин (генераторов переменного тока) они внутри них создают магнитное поле, которое при движении приводит к электрическому току.

      Комментарии:

    #8 написал: Эрик | [цитировать]

    Фалес Милетский был, возможно, первым в мире ученым и лучшим ученым древнего мира. В 600 г. до н.э. он исследовал статическое электричество. Он узнал, что когда янтарь натирают мехом, он может перемещать мелкие частицы, не касаясь их. Слово янтарь по-гречески - «электрон». Натурфилософия Фалеса была основана на идее, что вода является основным ингредиентом мира, и он предположил, что электричество было некой уникальной формой жидкости. От древних исследователей до наших дней мы узнали, что электрон - только один из трех основных заряженных лептонов - электрона, мюона и тау. Каждый из лептонов может производить «ток».

      Комментарии:

    #9 написал: Дмитрий Коновалов | [цитировать]

    Электрический ток - это упорядоченное движение носителей электрического заряда . Одноименная физическая величина, обычно обозначаемая I, а ее единица измерения - ампер (А), выражает количество электрического заряда, прошедшего за единицу времени в данном поперечном сечении. Электрический ток - это скалярная физическая величина.

      Комментарии:

    #10 написал: Сергей | [цитировать]

    Электричество - это энергия, получаемая от конфигурации или движения электронов: первое представляет собой статическое электричество, а второе - электричество, которое исходит из электрической розетки или протекает по воздушным линиям электропередачи. Важно отметить, что при использовании электричества устройство не «расходует» электроны (Закон сохранения заряда). Скорее, он использует энергию, временно «удерживаемую» электронами. Из-за этого электричество считается энергетической валютой. 

    Добавление комментария
    Имя:*
    Комментарий:

    Популярные статьи:

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Яндекс Дзен

     


    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки

    Источник фотографий: Стоковые изображения от Depositphotos

    Copyright © 2009-2021 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.