За съществуването на постоянен електрически ток е необходимо наличието на свободни заредени частици и наличието на източник на ток. при което някаква форма на енергия се преобразува в енергия електрическо поле.

Източник на ток - устройство, в което всеки вид енергия се преобразува в енергията на електрическо поле. В източник на ток външни сили действат върху заредени частици в затворена верига. Причините за появата на външни сили в различните източници на ток са различни. Например в батериите и галваничните клетки външните сили възникват поради протичането на химични реакции, в генераторите на електроцентрали те възникват, когато проводник се движи в магнитно поле, във фотоклетките - когато светлината действа върху електрони в метали и полупроводници.

Електродвижещата сила на източника на ток нарича съотношението на работата на външните сили към стойността на положителния заряд, прехвърлен от отрицателния полюс на източника на ток към положителния.

Основни понятия.

Текуща сила - скаларни физическо количество, равно на отношението на заряда, преминал през проводника, към времето, за което е преминал този заряд.

където аз - сила на тока, р - количество заряд (количество електроенергия), T - време за транзитно зареждане.

плътност на тока - векторно физическо количество, равно на съотношението на силата на тока към площта на напречното сечение на проводника.

където й -плътност на тока, С - площ на напречното сечение на проводника.

Посоката на вектора на плътността на тока съвпада с посоката на движение на положително заредените частици.

Волтаж - скаларна физическа величина, равна на съотношението на общата работа на Кулон и външни сили при преместване на положителен заряд в областта към стойността на този заряд.

където А - пълна работа на трети страни и сили на Кулон, р - електрически заряд.

Електрическо съпротивление - физическа величина, характеризираща електрическите свойства на участък от верига.

където ρ - специфично съпротивление на проводника, л - дължината на секцията на проводника, С - площ на напречното сечение на проводника.

Проводимост е реципрочната стойност на съпротивлението

където Ж - проводимост.

Законите на Ом.

Закон на Ом за хомогенен участък от верига.

Силата на тока в хомогенна секция на веригата е право пропорционална на напрежението при постоянно съпротивление на сечението и обратно пропорционална на съпротивлението на сечението при постоянно напрежение.

където U - напрежение в района Р - съпротивление на сечението.

Закон на Ом за произволен участък от веригата, съдържащ източник на постоянен ток.

където φ 1 - φ 2 + ε = U напрежение в даден участък от веригата,Р - електрическо съпротивление на даден участък от веригата.

Закон на Ом за пълна верига.

Силата на тока в пълна верига е равна на съотношението на електродвижещата сила на източника към сумата от съпротивленията на външната и вътрешната част на веригата.

където Р - електрическо съпротивление на външната част на веригата, r - електрическо съпротивление на вътрешната част на веригата.

Късо съединение.

От закона на Ом за пълна верига следва, че силата на тока във верига с даден източник на ток зависи само от съпротивлението на външната верига Р.

Ако към полюсите на източника на ток е свързан проводник със съпротивление Р<< r, тогава само EMF на източника на ток и неговото съпротивление ще определят стойността на тока във веригата. Тази стойност на силата на тока ще бъде границата за този източник на ток и се нарича ток на късо съединение.

Електродвижеща сила.Всеки източник на ток се характеризира с електродвижеща сила или накратко ЕМП. И така, на кръгла батерия за фенерче е написано: 1,5 V. Какво означава това? Свържете с проводник две метални топчета, носещи заряди с противоположни знаци. Под въздействието на електрическото поле на тези заряди в проводника възниква електрически ток ( фиг.15.7). Но това течение ще бъде много краткотрайно. Зарядите бързо се неутрализират един друг, потенциалите на топките стават еднакви и електрическото поле изчезва.

Сили на трети страни.За да бъде токът постоянен, е необходимо да се поддържа постоянно напрежение между топките. Това изисква устройство източник на ток), което би преместило заряди от една топка в друга в посока, обратна на посоката на силите, действащи върху тези заряди от електрическото поле на топките. В такова устройство, в допълнение към електрическите сили, зарядите трябва да бъдат повлияни от сили с неелектростатичен произход ( фиг.15.8). Само едно електрическо поле от заредени частици ( Кулон поле) не е в състояние да поддържа постоянен ток във веригата.

Всички сили, действащи върху електрически заредени частици, с изключение на силите от електростатичен произход (т.е. кулонови), се наричат външни сили.Изводът за необходимостта от външни сили за поддържане на постоянен ток във веригата ще стане още по-очевиден, ако се обърнем към закона за запазване на енергията. Електростатичното поле е потенциално. Работата на това поле при движение на заредени частици в него по затворена електрическа верига е нула. Преминаването на ток през проводниците е придружено от освобождаване на енергия - проводникът се нагрява. Следователно във веригата трябва да има някакъв източник на енергия, който я доставя на веригата. В него, в допълнение към силите на Кулон, задължително трябва да действат трети, непотенциални сили. Работата на тези сили по затворен контур трябва да е различна от нула. Именно в процеса на извършване на работа от тези сили заредените частици придобиват енергия вътре в източника на ток и след това я предават на проводниците на електрическата верига. Сили на трети страни задвижват заредени частици във всички източници на ток: в генератори на електроцентрали, в галванични клетки, батерии и т.н. Когато веригата е затворена, във всички проводници на веригата се създава електрическо поле. Вътре в източника на ток зарядите се движат под въздействието на външни сили срещу сили на Кулон(електрони от положително зареден електрод към отрицателен), а във външната верига те се задвижват от електрическо поле (виж фиг. фиг.15.8). Естеството на външните сили.Естеството на външните сили може да бъде различно. В генераторите на електроцентрали външните сили са сили, действащи отстрани магнитно полена електрони в движещ се проводник. В галваничния елемент, например клетката Волта, действат химични сили. Елементът Volta се състои от цинкови и медни електроди, поставени в разтвор на сярна киселина. Химическите сили карат цинка да се разтвори в киселината. Положително заредените цинкови йони преминават в разтвора, а самият цинков електрод става отрицателно зареден. (Медта се разтваря много малко в сярна киселина.) Появява се потенциална разлика между цинковия и медния електрод, която определя тока в затворена електрическа верига. Електродвижеща сила.Действието на външните сили се характеризира с важна физична величина, т.нар електродвижеща сила(съкратено ЕМП). Електродвижещата сила на източника на ток е равна на съотношението на работата на външните сили при преместване на заряда по затворена верига към стойността на това зареждане:

Електродвижещата сила, подобно на напрежението, се изразява във волтове. Можем също да говорим за електродвижеща сила във всяка част от веригата. Това е специфичната работа на външните сили (работата по преместване на единичен заряд) не в цялата верига, а само в тази област. Електродвижеща сила на галваничен елементе стойност, числено равна на работата на външни сили при преместване на единица положителен заряд вътре в елемента от един полюс към друг. Работата на външните сили не може да се изрази чрез потенциалната разлика, тъй като външните сили са непотенциални и тяхната работа зависи от формата на траекторията на заряда. Така например работата на външните сили при преместване на заряд между клемите на източник на ток извън самия източник е равна на нула. Сега знаете какво е ЕМП. Ако на батерията е написано 1,5 V, това означава, че сили на трети страни (в този случай химически) извършват 1,5 J работа при преместване на заряд от 1 C от един полюс на батерията към друг. Постоянният ток не може да съществува в затворена верига, ако в нея не действат външни сили, тоест няма ЕМП.

ПАРАЛЕЛНО И ПОСЛЕДОВАТЕЛНО СВЪРЗВАНЕ НА ПРОВОДНИЦИ

Нека включим в електрическата верига като товар (консуматори на ток) две лампи с нажежаема жичка, всяка от които има определено съпротивление и всяка от които може да бъде заменена с проводник със същото съпротивление.

СЕРИЙНА ВРЪЗКА

Изчисляване на параметрите на електрическата верига с последователно свързване на съпротивления:

1. силата на тока във всички последователно свързани секции на веригата е еднаква 2. напрежението във верига, състояща се от няколко секции, свързани последователно, е равно на сумата от напреженията във всяка секция 3. съпротивлението на верига, състояща се от няколко последователно свързани секции, е равно на сумата от съпротивленията на всяка секция

4. работата на електрически ток във верига, състояща се от последователно свързани секции, е равна на сумата от работата в отделните секции

A \u003d A1 + A2 5. мощността на електрическия ток във верига, състояща се от последователно свързани секции, е равна на сумата от мощностите в отделните секции

ПАРАЛЕЛНО ВРЪЗВАНЕ

Изчисляване на параметрите на електрическата верига с паралелно свързване на съпротивления:

1. силата на тока в неразклонена секция на веригата е равна на сумата от силите на тока във всички паралелно свързани секции

3. когато съпротивленията са свързани паралелно, се добавят стойностите, които са обратни на съпротивлението:

(R - съпротивление на проводника, 1/R - електрическа проводимост на проводника)

Ако само два резистора са свързани паралелно във верига, тогава относно:

(когато е свързан паралелно, общото съпротивление на веригата е по-малко от по-малкото от включените съпротивления)

4. Работата на електрически ток във верига, състояща се от паралелно свързани секции, е равна на сумата от работата в отделните секции: A=A1+A2 5. Силата на електрическия ток във верига, състояща се от паралелно свързани секции, е равна на сумата от мощностите в отделните секции: P=P1+P2

За две съпротивления: т.е. колкото по-голямо е съпротивлението, толкова по-малък е токът.

Законът на Джаул-Ленц е физичен закон, който ви позволява да определите топлинния ефект на тока във веригата, съгласно този закон: , където I е токът във веригата, R е съпротивлението, t е времето. Тази формула е изчислена чрез създаване на верига: галванична клетка (батерия), резистор и амперметър. Резисторът се потапя в течност, в която се поставя термометър и се измерва температурата. Ето как те извеждат своя закон и се запечатват завинаги в историята, но дори и без техните експерименти е възможно да се изведе същия закон:

U=A/q ​​​​A=U*q=U*I*t=I^2*R*t но въпреки тази чест и похвала към тези хора.

Законът на Джаул Ленц определя количеството топлина, отделено в участък от електрическа верига с ограничено съпротивление, когато през него преминава ток. Предпоставка е фактът, че в този участък от веригата не трябва да има химически трансформации.

РАБОТА НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИЯ ТОК

Работата на електрически ток показва колко работа е извършена от електрическо поле при преместване на заряди през проводник.

Познавайки две формули: I \u003d q / t ..... и ..... U \u003d A / q, можете да извлечете формула за изчисляване на работата на електрически ток: Работата на електрическия ток е равна на произведението от силата на тока и напрежението и времето, през което токът протича във веригата.

Единицата за измерване на работата на електрически ток в системата SI: [ A ] = 1 J = 1 A. b. ° С

НАУЧИ, ТЪРВИ!При изчисляване на работата на електрически ток често се използва извънсистемна кратна единица за работа на електрически ток: 1 kWh (киловатчас).

1 kWh = ...........W.s = 3 600 000 J

Във всеки апартамент за отчитане на консумираната електроенергия са инсталирани специални електромери, които показват работата на електрическия ток, завършена за определен период от време, когато са включени различни домакински електрически уреди. Тези измервателни уреди показват работата на електрическия ток (консумацията на електроенергия) в "kWh".

Трябва да се научите да изчислявате цената на консумираната електроенергия! Внимателно разбираме решението на задачата на страница 122 от учебника (параграф 52)!

МОЩНОСТ НА ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ТОК

Силата на електрическия ток показва работата на тока, извършена за единица време и е равна на отношението на извършената работа към времето, през което е извършена тази работа.

(мощността в механиката обикновено се обозначава с буквата н, по електротехника - с букв Р), защото A = IUt, тогава мощността на електрическия ток е равна на:

или

Единицата за мощност на електрически ток в системата SI:

[P] = 1 W (ват) = 1 A. B

Законите на Кирхоф – правила, които показват как токовете и напреженията са свързани в електрическите вериги.Тези правила са формулирани от Густав Кирхоф през 1845 г. В литературата те често се наричат ​​закони на Кирхоф, но това не е вярно, тъй като те не са закони на природата, а са получени от третото уравнение на Максуел с постоянно магнитно поле. Но все пак първото име им е по-познато, затова ще ги наричаме, както е обичайно в литературата - законите на Кирхоф.

Първият закон на Кирхоф – сумата от токовете, събиращи се във възела, е равна на нула.

Нека да го разберем. Възелът е точка, която свързва клоните. Разклонението е част от верига между възли. Фигурата показва, че токът i влиза във възела, а токовете i 1 и i 2 напускат възела. Съставяме израз съгласно първия закон на Кирхоф, като се има предвид, че токовете, влизащи във възела, имат знак плюс, а токовете, излъчвани от възела, имат знак минус i-i 1 -i 2 =0. Токът i, така да се каже, се разпространява в два по-малки тока и е равен на сумата от токове i 1 и i 2 i=i 1 +i 2. Но ако, например, токът i 2 влезе във възела, тогава токът I ще бъде дефиниран като i=i 1 -i 2 . Важно е да се вземат предвид знаците при съставяне на уравнение.

Първият закон на Кирхоф е следствие от закона за запазване на електричеството: зарядът, идващ към възела за определен период от време, е равен на заряда, напускащ възела за същия интервал от време, т.е. електрическият заряд във възела не се натрупва и не изчезва.

Вторият закон на Кирхоф – алгебричната сума на ЕМП, действаща в затворена верига, е равна на алгебричната сума на паданията на напрежението в тази верига.

Напрежението се изразява като произведение на тока и съпротивлението (според закона на Ом).

Този закон има и свои правила за прилагане. Първо трябва да зададете посоката на байпаса на контура със стрелка. След това сумирайте EMF и съответно напрежението, като вземете със знак плюс, ако стойността съвпада с посоката на байпаса и минус, ако не съвпада. Нека съставим уравнение според втория закон на Кирхоф за нашата схема. Гледаме нашата стрелка, E 2 и E 3 съвпадат с нея по посока, което означава знак плюс, а E 1 е насочена в обратна посока, което означава знак минус. Сега гледаме напреженията, токът I 1 съвпада в посоката на стрелката, а токовете I 2 и I 3 са насочени противоположно. Следователно:

-Е 1 +Е 2 +Е 3 =Аз 1 Р 1 -Аз 2 Р 2 -Аз 3 Р 3

Въз основа на законите на Кирхоф са съставени методи за анализ на синусоидални вериги с променлив ток. Методът на контурните токове е метод, основан на прилагането на втория закон на Кирхоф и методът на възловите потенциали, основан на прилагането на първия закон на Кирхоф.

Електричество- организирано движение електрически заряди. Посоката на тока се приема за посока на движение на положителните заряди.

Преминаването на ток през проводника е придружено от следните действия:

* магнитен (наблюдава се във всички проводници)
* термична (наблюдава се във всички проводници с изключение на свръхпроводниците)
* химически (наблюдава се при електролити).

За възникването и поддържането на ток във всяка среда трябва да бъдат изпълнени две условия:

* наличие на свободни електрически заряди в околната среда
* създаване на електрическо поле в околната среда.

Електрическото поле в средата е необходимо за създаване на насочено движение на свободни заряди. Както знаете, заряд q в електрическо поле със сила E се влияе от сила F = q * E, която принуждава свободните заряди да се движат в посоката на електрическото поле. Признак за наличието на електрическо поле в проводника е наличието на нулапотенциална разлика между всеки две точки на проводника,
Електрическите сили обаче не могат да поддържат електрически ток за дълго време. Насоченото движение на електрически заряди след известно време води до изравняване на потенциалите в краищата на проводника и следователно до изчезване на електрическото поле в него.

За да се поддържа токът в електрическата верига, зарядите, в допълнение към силите на Кулон, трябва да бъдат повлияни от неелектрически сили (външни сили).
Устройство, което създава външни сили, поддържа потенциална разлика във веригата и преобразува различни видовеенергия в електрическа енергия се нарича източник на ток.
За съществуването на електрически ток в затворена верига е необходимо да се включи източник на ток в нея.
Основни характеристики

1. Сила на тока - I, мерна единица - 1 A (Ампер).
Силата на тока е стойност, равна на заряда, преминаващ през напречното сечение на проводника за единица време.
I = Dq/Dt.

Формулата е валидна за постоянен ток, при който силата на тока и неговата посока не се променят с времето. Ако силата на тока и неговата посока се променят с времето, тогава такъв ток се нарича променлив.
За климатик:
I = limDq/Dt,
Dt - 0

тези. I = q", където q" е производната на заряда по отношение на времето.
2. Плътност на тока - j, мерна единица - 1 A/m2.
Плътността на тока е стойност, равна на силата на тока, протичащ през едно напречно сечение на проводника:
j = I/S.

3. Електродвижещата сила на източника на ток - е.д.с. (e), единицата е 1 V (волт). E.m.f. е физическа величина, равна на работата, извършена от външни сили при движение по електрическа верига с един положителен заряд:
e \u003d Ast. / q.

4. Съпротивление на проводника - R, единица - 1 ом.
Под действието на електрическо поле във вакуум свободните заряди биха се движили с ускорена скорост. В материята те се движат средно равномерно, т.к част от енергията се дава на частици материя при сблъсъци.

Теорията гласи, че енергията на подреденото движение на зарядите се разсейва от изкривявания кристална решетка. Въз основа на естеството на електрическото съпротивление следва, че
R \u003d r * l / S,

където
l - дължина на проводника,
S - площ на напречното сечение,
r е фактор на пропорционалност, наречен съпротивление на материала.
Тази формула е добре потвърдена от опита.
Взаимодействието на проводникови частици със заряди, движещи се в тока, зависи от хаотичното движение на частиците, т.е. върху температурата на проводника. Известно е, че
r = r0(1 + a t),
R = R0(1 + a t) .

Коефициентът a се нарича температурен коефициент на съпротивление:
a = (R - R0)/R0*t.

За химически чисти метали a > 0 и равно на 1/273 K-1. За сплавите температурните коефициенти са по-малко важни. Зависимостта r(t) за металите е линейна:

През 1911 г. е открито явлението свръхпроводимост, което се състои в това, че при температура, близка до абсолютна нула, съпротивлението на някои метали пада рязко до нула.

За някои вещества (например електролити и полупроводници) съпротивлението намалява с повишаване на температурата, което се обяснява с увеличаване на концентрацията на свободни заряди.
Реципрочната стойност на съпротивлението се нарича електрическа проводимост s
s = 1/r

5. Напрежение - U, мерна единица - 1 V.
Напрежението е физическа величина, равна на работата, извършена от външни и електрически сили при преместване на един положителен заряд.

U \u003d (Ast. + Ael.) / q.

Тъй като Ast./q = e и Ael./q = f1-f2, тогава
U = e + (f1 - f2) .

Заряд в движение. Може да приеме формата на внезапно изпускане на статично електричество, като например мълния. Или може да е контролиран процес в генератори, батерии, слънчеви или горивни клетки. Днес ще разгледаме самата концепция за "електрически ток" и условията за съществуването на електрически ток.

Електрическа енергия

По-голямата част от електроенергията, която използваме, идва под формата на променлив ток от електрическата мрежа. Създава се от генератори, които работят съгласно закона за индукция на Фарадей, поради което променящото се магнитно поле може да индуцира електрически ток в проводник.

Генераторите имат въртящи се намотки от тел, които преминават през магнитни полета, докато се въртят. Докато намотките се въртят, те се отварят и затварят по отношение на магнитното поле и създават електрически ток, който променя посоката си с всяко завъртане. Токът преминава през пълен цикъл напред и назад 60 пъти в секунда.

Генераторите могат да се захранват от парни турбини, нагрявани с въглища, природен газ, нефт или ядрен реактор. От генератора токът преминава през поредица от трансформатори, където напрежението му се увеличава. Диаметърът на проводниците определя количеството и силата на тока, който могат да пренасят без прегряване и загуба на енергия, а напрежението е ограничено само от това колко добре са изолирани линиите от земята.

Интересно е да се отбележи, че токът се носи само от един проводник, а не от два. Двете му страни са обозначени като положителна и отрицателна. Въпреки това, тъй като полярността на променливия ток се променя 60 пъти в секунда, те имат други имена - горещи (главни електропроводи) и заземени (преминаващи под земята, за да завършат веригата).

Защо е необходимо електричество?

Има много приложения на електричеството: то може да освети къщата ви, да изпере и изсуши дрехите ви, да повдигне вратата на гаража ви, да заври вода в чайник и да захранва други домакински предмети, които правят живота ни много по-лесен. Способността на тока да предава информация обаче става все по-важна.

Когато е свързан към интернет, компютърът използва само малка част от електрическия ток, но това е нещо, без което модерен човекне представлява живота му.

Концепцията за електрически ток

Подобно на речното течение, поток от водни молекули, електрическият ток е поток от заредени частици. Какво го причинява и защо не върви винаги в една и съща посока? Когато чуете думата поток, какво си представяте? Може би ще бъде река. Това е добра асоциация, защото това е причината електрическият ток да получи името си. Той е много подобен на потока вода, само че вместо водните молекули, движещи се по канала, заредените частици се движат по протежение на проводника.

Сред условията, необходими за съществуването на електрически ток, има елемент, който предвижда наличието на електрони. Атомите в проводящ материал имат много от тези свободни заредени частици, които се носят около и между атомите. Тяхното движение е произволно, така че няма поток в дадена посока. Какво е необходимо, за да съществува електрически ток?

Условията за съществуване на електрически ток включват наличието на напрежение. Когато се приложи към проводник, всички свободни електрони ще се движат в една и съща посока, създавайки ток.

Любопитен за електрическия ток

Интересното е, че когато електрическата енергия се предава през проводник със скоростта на светлината, самите електрони се движат много по-бавно. Всъщност, ако вървите спокойно до проводящ проводник, скоростта ви ще бъде 100 пъти по-бърза от тази на електроните. Това се дължи на факта, че не е необходимо да изминават огромни разстояния, за да предават енергия един на друг.

Постоянен и променлив ток

Две са широко използвани днес. различни видоветок - постоянен и променлив. При първия електроните се движат в една посока, от "отрицателната" към "положителната" страна. Променливият ток избутва електроните напред и назад, променяйки посоката на потока няколко пъти в секунда.

Генераторите, използвани в електроцентралите за производство на електричество, са проектирани да произвеждат променлив ток. Вероятно никога не сте забелязвали, че светлината в къщата ви всъщност трепти, когато посоката на тока се променя, но това се случва твърде бързо, за да го разпознаят очите.

Какви са условията за съществуването на постоянен електрически ток? Защо се нуждаем от двата вида и кой е по-добър? Това са добри въпроси. Фактът, че все още използваме и двата вида ток, предполага, че и двата служат за конкретни цели. Още през 19 век е било ясно, че ефективното предаване на енергия на дълги разстояния между електроцентрала и къща е възможно само при много високо напрежение. Но проблемът беше, че изпращането наистина високо напрежениебеше изключително опасен за хората.

Решението на този проблем беше да се намали стресът извън дома, преди да се изпрати вътре. До ден днешен постоянният електрически ток се използва за предаване на дълги разстояния, главно поради способността му лесно да се преобразува в други напрежения.

Как действа електрическият ток

Условията за съществуване на електрически ток включват наличието на заредени частици, проводник и напрежение. Много учени са изследвали електричеството и са открили, че има два вида: статично и токово.

Това е второто, което играе огромна роля в ежедневието на всеки човек, тъй като това е електрически ток, който преминава през веригата. Ние го използваме ежедневно, за да захранваме домовете си и много повече.

Какво е електрически ток?

Когато електрическите заряди циркулират във верига от едно място на друго, се генерира електрически ток. Условията за съществуване на електрически ток включват освен заредени частици и наличието на проводник. Най-често това е тел. Неговата верига е затворена верига, в която тече ток от източник на захранване. Когато веригата е отворена, той не може да завърши пътуването. Например, когато светлината в стаята ви е изключена, веригата е отворена, но когато веригата е затворена, светлината свети.

Текуща мощност

Условията за съществуване на електрически ток в проводник са силно повлияни от такава характеристика на напрежението като мощност. Това е мярка за това колко енергия се използва за даден период от време.

Има много различни единици, които могат да се използват за изразяване на тази характеристика. Въпреки това, електрическата мощност почти се измерва във ватове. Един ват е равен на един джаул за секунда.

Електрически заряд в движение

Какви са условията за съществуване на електрически ток? То може да бъде под формата на внезапно изпускане на статично електричество, като светкавица или искра от триене с вълнен плат. По-често обаче, когато говорим за електрически ток, имаме предвид по-контролирана форма на електричество, която кара осветлението и уредите да работят. По-голямата част от електрическия заряд се носи от отрицателните електрони и положителните протони в атома. Последните обаче са предимно обездвижени вътре атомни ядра, така че работата по преместването на заряда от едно място на друго се извършва от електроните.

Електроните в проводящ материал като метал са до голяма степен свободни да се движат от един атом към друг по техните ленти на проводимост, които са по-високите електронни орбити. Достатъчна електродвижеща сила или напрежение създава дисбаланс на заряда, който може да накара електроните да се движат през проводник под формата на електрически ток.

Ако направим аналогия с водата, вземете например тръба. Когато отворим клапан в единия край, за да оставим водата да влезе в тръбата, не е нужно да чакаме тази вода да си проправи път чак до края на тръбата. Получаваме вода в другия край почти моментално, защото входящата вода избутва водата, която вече е в тръбата. Това се случва в случай на електрически ток в проводник.

Електрически ток: условия за съществуване на електрически ток

Електрическият ток обикновено се разглежда като поток от електрони. Когато двата края на батерията са свързани един към друг с метален проводник, тази заредена маса протича през проводника от единия край (електрод или полюс) на батерията към противоположния. И така, нека наречем условията за съществуване на електрически ток:

1. заредени частици.
2. Диригент.
3. Източник на напрежение.

Въпреки това, не всичко е толкова просто. Какви условия са необходими за съществуването на електрически ток? На този въпрос може да се отговори по-подробно, като се вземат предвид следните характеристики:

• Потенциална разлика (напрежение).Това е една от предпоставките. Между 2-те точки трябва да има потенциална разлика, което означава, че отблъскващата сила, която се създава от заредените частици в едно място, трябва да бъде по-голяма от тяхната сила в друга точка. Източници на напрежение обикновено не се срещат в природата и електроните са разпределени в околен святсравнително равномерно. Въпреки това учените успяха да измислят определени видове устройства, където тези заредени частици могат да се натрупват, като по този начин създават много необходимото напрежение (например в батериите).
• Електрическо съпротивление (проводник).Това е второто важно условие, което е необходимо за съществуването на електрически ток. Това е пътят, по който се движат заредените частици. Само тези материали, които позволяват на електроните да се движат свободно, действат като проводници. Тези, които нямат тази способност, се наричат ​​изолатори. Например, метална жица ще бъде отличен проводник, докато нейната гумена обвивка ще бъде отличен изолатор.

След като внимателно проучиха условията за възникване и съществуване на електрически ток, хората успяха да укротят този мощен и опасен елемент и да го насочат в полза на човечеството.

За възникването и поддържането на ток във всяка среда трябва да бъдат изпълнени две условия:

В различните среди носители на електрически ток са различни заредени частици.

Електрическото поле в средата е необходимоза създаване на насочено движение на безплатни такси. Както е известно, на заряд q в електрическо поле на якост дсилата действа Е= q* Д,което принуждава свободните заряди да се движат по посока на електрическото поле. Признак за наличието на електрическо поле в проводника е наличието на ненулева потенциална разлика между които и да е две точки на проводника,

Електрическите сили обаче не могат да поддържат електрически ток за дълго време. Насоченото движение на електрически заряди след известно време води до изравняване на потенциалите в краищата на проводника и следователно до изчезване на електрическото поле в него.

За поддържане на ток в електрическа веригав допълнение към силите на Кулон, силите трябва да действат върху зарядите неелектрическиприрода (външни сили).

Устройство, което създава външни сили, поддържа потенциална разлика във веригата и преобразува различни видове енергия в електрическа енергия, се нарича източник на ток.

За съществуването на електрически ток в затворена верига е необходимо да се включи източник на ток в нея.

Основни характеристики

1. Сила на тока - I, мерна единица - 1 A (Ампер).

Силата на тока е стойност, равна на заряда, преминаващ през напречното сечение на проводника за единица време.

Формула (1) е валидна за постоянен ток,при които силата и посоката на тока не се променят с времето. Ако силата на тока и неговата посока се променят с времето, тогава се нарича такъв ток променливи.

За климатик:

I \u003d NtDd / Dt, (*)

тези. \u003d q", където q" е производната на заряда по отношение на времето.

2. Плътност на тока - j, мерна единица - 1 A/m2.

Плътността на тока е стойност, равна на силата на тока, протичащ през едно напречно сечение на проводника:

3. Електродвижещата сила на източника на ток - емф. (e), единицата е 1 V (волт). E.m.f. е физическа величина, равна на работата, извършена от външни сили при движение по електрическа верига с един положителен заряд:

e = приятел. / г. (3)

4. Съпротивление на проводника - R, мерна единица - 1 Ohm.

Под действието на електрическо поле във вакуум свободните заряди биха се движили с ускорена скорост. В материята те се движат средно равномерно, т.к част от енергията се дава на частици материя при сблъсъци.

Теорията гласи, че енергията на подреденото движение на зарядите се разсейва от изкривяванията на кристалната решетка. Въз основа на естеството на електрическото съпротивление следва, че

R = R* L / S E, (4)

l - дължина на проводника,

S - площ на напречното сечение,

r е фактор на пропорционалност, наречен съпротивление на материала.

Тази формула е добре потвърдена от опита.

Взаимодействието на проводникови частици със заряди, движещи се в тока, зависи от хаотичното движение на частиците, т.е. върху температурата на проводника. Известно е, че

r = r 0 (1 + m), (5)

R \u003d R 0 (1 + m).

Коефициентът a се нарича температурен коефициент на съпротивление:

a \u003d (R - R0) / R0 * t.

За химически чисти метали a > 0 и равно на 1/273 K-1. За сплавите температурните коефициенти са по-малко важни. Зависимостта r(t) за металите е линейна:

През 1911 г. е открит феномен свръхпроводимост, което се състои в това, че при температура, близка до абсолютната нула, съпротивлението на някои метали пада рязко до нула.

За някои вещества (например електролити и полупроводници) съпротивлението намалява с повишаване на температурата, което се обяснява с увеличаване на концентрацията на свободни заряди.

Реципрочната стойност на съпротивлението се нарича електрическа проводимост с

c = 1 / g. (7)

5. Напрежение - U, единица - 1 V.

Напрежението е физическа величина, равна на работата, извършена от външни и електрически сили при преместване на един положителен заряд.

U \u003d (st. + Ael.) / Q (8)

Тъй като Ast./q = e и Ael./q = f1-f2, тогава

U = e + (e1 - e2) (9)

2.7.2 Основи на електрическата безопасност

По време на работа и ремонт на електрическо оборудване и мрежи човек може да бъде в полето на електрическо поле или в пряк контакт с електрически проводници под напрежение. В резултат на преминаването на ток през човек може да настъпи нарушение на неговите жизнени функции.

Опасността от токов удар се утежнява от факта, че, първо, токът няма външни признаци и по правило човек без специални устройства не може да открие опасността, която го заплашва предварително; второ, въздействието на тока върху човек в повечето случаи води до сериозни нарушения на най-важните жизненоважни системи, като централната нервна, сърдечно-съдовата и дихателната система, което увеличава тежестта на лезията; трето, променливият ток може да причини интензивни мускулни крампи, което води до ефект на неотпускане, при който човек не може самостоятелно да се освободи от въздействието на тока; четвърто, въздействието на тока предизвиква рязка реакция на отдръпване при човек, а в някои случаи и загуба на съзнание, което при работа на височина може да доведе до нараняване в резултат на падане.

Електрическият ток, преминавайки през човешкото тяло, може да има биологично, топлинно, механично и химично въздействие. Биологичният ефект е способността на електрическия ток да дразни и възбужда живите тъкани на тялото, термичният ефект е способността да причинява телесни изгаряния, механичният ефект е да доведе до разкъсване на тъканите, а химичният ефект е до електролиза на кръвта. .

Въздействието на електрически ток върху човешкото тяло може да причини електрически наранявания. Електрическо нараняване е нараняване, причинено от излагане на електрически ток или електрическа дъга. Условно електрическите наранявания се разделят на местни и общи. При локални електрически наранявания възникват локални увреждания на тялото, изразяващи се в появата на електрически изгаряния,

електрически признаци, метализация на кожата, механични увреждания и електрофталмия (възпаление на външните мембрани на очите). Общите електрически наранявания, или електрически удари, водят до увреждане на целия организъм, което се изразява в нарушаване или пълно спиране на дейността на най-важните органи и системи - белите дробове (дишане), сърце (кръвообращение).

Електрическият удар е възбуждане на живите тъкани на тялото чрез електрически ток, преминаващ през него, придружено от резки конвулсивни мускулни контракции, включително сърдечния мускул, което може да доведе до спиране на сърцето.

Локалното електрическо нараняване се отнася до увреждане на кожата и мускулната тъкан, а понякога и на връзките и костите. Те включват електрически изгаряния, електрически признаци, метализация на кожата, механични повреди.

Електрически изгаряния - най-честата електрическа травма, възниква в резултат на локален ефект на ток върху тъканите. Има два вида изгаряния - контактни и дъгови.

Контактното изгаряне е следствие от преобразуването на електрическата енергия в топлинна и възниква предимно в електрически инсталации с напрежение до 1000 V.

Електрическото изгаряне е, така да се каже, аварийна система, защита на тялото, тъй като овъглените тъкани, поради по-голяма устойчивост от обикновената кожа, не позволяват на електричеството да проникне дълбоко в жизненоважни системи и органи. С други думи, поради изгарянето, токът спира.

Когато тялото и източникът на напрежение са в хлабав контакт, се образуват изгаряния в точките на влизане и излизане на тока. Ако токът преминава през тялото няколко пъти по различни начини, възникват множество изгаряния.

Множество изгаряния най-често възникват при напрежение до 380 V поради факта, че такова напрежение „магнетизира“ човек и отнема време за изключване. Токът с високо напрежение няма такава „лепкавост“.

Напротив, отхвърля човека, но такъв кратък контакт е достатъчен за сериозни дълбоки изгаряния. При напрежение над 1000 V възникват електрически наранявания с обширни дълбоки изгаряния, тъй като в този случай температурата се повишава по целия път на тока.

За да се оцени опасността от излагане на човек на електрически ток, се проявяват три качествено различни реакции. Това е преди всичко усещане, по-конвулсивно свиване на мускулите (неотпускане на променлив ток и постоянен болков ефект) и накрая фистрилация на сърцето. Електрическите токове, които предизвикват подходяща реакция, се разделят на осезаеми, неизпускащи и фибрилационни.

Тъй като токът се увеличава, три качествено различни

отговори. Това е преди всичко усещане, по-конвулсивно свиване

мускули (неосвобождаване за променлив ток и постоянен болков ефект) и накрая, мъждене на сърцето. Електрическите токове, които предизвикват подходяща реакция, се разделят на осезаеми, неизпускащи и фибрилационни.

За да се осигури електрическа безопасност, следното технически начинии означава (често в комбинация едно с друго): защитно заземяване; нулиране; защитно изключване; изравняване на потенциала; ниско напрежение; електрическо разделяне на мрежата; изолация на тоководещи части; защитни устройства; предупредителна сигнализация, блокиране, знаци за безопасност; електрическо защитно оборудване, предпазни устройства и др.

Защитно заземяване- умишлено електрическо свързване към земята или нейния еквивалент на метални части без ток, които могат да бъдат под напрежение в резултат на повреда на изолацията (GOST 12.1.009-76). Защитното заземяване се използва в мрежи с напрежение до 1000 V с изолирана неутрала и в мрежи с напрежение над 1000 V, както с изолирана, така и със заземена неутрала.

Защитно изключване- това е високоскоростна защита, която осигурява автоматично изключване на електрическата инсталация (не повече от 0,2 s) в случай на повреда в нея, включително разрушаване на изолацията на корпуса на оборудването.

Изравняване на потенциала- метод за намаляване на напрежението на допир и стъпка между точките на електрическата верига, които могат да бъдат докоснати едновременно или върху които човек може да стои едновременно.

Ниско напрежение- номинално напрежение не повече от 42 V, използвано за намаляване на риска от токов удар.

Електрическо разделяне на мрежата- разделяне на мрежата на отделни, електрически несвързани секции с помощта на разделител

трансформатор. Ако силно разклонена електрическа мрежа с

голям капацитет и ниско изолационно съпротивление, разделени на няколко малки мрежи с едно и също напрежение, тогава те ще имат незначителен капацитет и високо изолационно съпротивление. По този начин рискът от токов удар се намалява драстично.

Изолации в електрически инсталациислужи за защита от случаен контакт с части под напрежение. Има работна, допълнителна, двойна и подсилена електроизолация.

Защитни устройствасе използват за предотвратяване на докосване или опасно приближаване до части под напрежение.

Бравишироко използвани в електрически инсталации. Те са механични, електрически, електромагнитни и др. Блокировките осигуряват облекчаване на напрежението от тоководещите части, когато се опитвате да стигнете до тях при отваряне на оградата, без да премахвате напрежението.

Насоченото (подредено) движение на свободни заредени частици под действието на електрическо поле се нарича електрически ток.

Условия за съществуване на течение:

1. Наличието на безплатни такси.

2. Наличието на електрическо поле, т.е. потенциални разлики. Безплатни такси присъстват в проводниците. Електрическото поле се създава от източници на ток.

Когато токът преминава през проводник, той прави следното:

Термично (нагряване на проводника от ток). Например: работа на електрическа кана, ютия и др.).

· Магнитни (поява на магнитно поле около проводник с ток). Например: работата на електродвигател, електрически измервателни уреди).

Химически ( химична реакцияпри преминаване на ток през някои вещества). Например: електролиза.

Можете също така да говорите за

Светлина (придружава термично действие). Например: светенето на нишката на електрическа крушка.

Механичен (придружава магнитен или термичен). Например: деформация на проводника при нагряване, въртене на рамката с ток в магнитно поле).

Биологичен (физиологичен). Например: токов удар на човек, използване на действието на тока в медицината.

Основните количества, които описват процеса на преминаване на ток през проводник.

1. Ток I - скаларен, равно на съотношението на заряда, преминал през напречното сечение на проводника, интервала от време, през който течеше токът. Силата на тока показва колко заряд преминава през напречното сечение на проводника за единица време. Токът се нарича постояненако токът не се променя с времето. За да бъде токът през проводника постоянен, е необходимо потенциалната разлика в краищата на проводника да е постоянна.

2. Напрежение U. Напрежението е числено равно на работата на електрическото поле при преместване на един положителен заряд по силовите линии на полето вътре в проводника.

3. Електрическо съпротивление R- физическа величина, числено равна на съотношението на напрежението (потенциалната разлика) в краищата на проводника към силата на тока, преминаващ през проводника.

60. Закон на Ом за участък от верига.

Силата на тока в даден участък от веригата е право пропорционална на напрежението в краищата на този проводник и обратно пропорционална на неговото съпротивление:

I=U/R;

Ом установи, че съпротивлението е право пропорционално на дължината на проводника и обратно пропорционално на площта на напречното му сечение и зависи от веществото на проводника.

където ρ е съпротивлението, l е дължината на проводника, S е площта на напречното сечение на проводника.

61. Съпротивлението като електрическа характеристика на резистора. Зависимостта на съпротивлението на металните проводници от вида на материала и геометричните размери.

Електрическо съпротивление- физическо количество, което характеризира свойствата на проводника да предотвратява преминаването на електрически ток и е равно на съотношението на напрежението в краищата на проводника към силата на тока, протичащ през него. Съпротивлението за AC вериги и за променливи електромагнитни полета се описва от гледна точка на импеданс и вълново съпротивление.

Съпротивлението (често означавано с буквата R или r) се счита, в определени граници, постоянна стойностза този проводник; може да се изчисли като

Където R е съпротивлението; U е разликата в електрическите потенциали в краищата на проводника; I е силата на тока, протичащ между краищата на проводника под действието на потенциална разлика.

Съпротивлението на проводника е същата характеристика на проводника като неговата маса. Съпротивлението на проводника не зависи от силата на тока в проводника, нито от напрежението в краищата му, а зависи само от вида на веществото, от което е направен проводникът и неговите геометрични размери: , където: l е дължината на проводника, S е площта на напречното сечение на проводника, ρ е специфичното съпротивление на проводника, показващо какво съпротивление има проводник с дължина 1 m и площ на напречното сечение от 1 m 2, изработен от този материал, ще има.

Проводниците, които се подчиняват на закона на Ом, се наричат ​​линейни. Има много материали и устройства, които не се подчиняват на закона на Ом, като например полупроводников диод или газоразрядна лампа. Дори при метални проводници при достатъчно високи токове се наблюдава отклонение от линейния закон на Ом, тъй като електрическото съпротивление на металните проводници се увеличава с повишаване на температурата.

Зависимостта на съпротивлението на проводника от температурата се изразява с формулата: , където: R - съпротивление на проводника при температура T, R 0 - съпротивление на проводника при температура 0ºС, α - температурен коефициентсъпротива.