Какво е електрически ток? Условия за съществуване на електрически ток: характеристики и действия. Какво е ток: основни характеристики и понятия Къде се използва електрически ток?

Не влизай. Ще убие! (със)

Средната грамотност на населението в областта на електрониката и електротехниката оставя много да се желае. Максимум, спойка веригата, но как работи е тъмна гора. За съжаление, всички учебници на руски език са пълни с формули и интеграли. В англоезичната литература нещата са малко по-добри. Има доста интересни публикации, но препъникамъкът тук е английският език. Ще се опитам да представя основните понятия на електротехниката възможно най-достъпно, в свободен стил, не от инженер на инженер, а от човек на човек. Знаещият читател също може да открие някои интересни точки за себе си.

Електрически ток

Пътищата на електрическия ток са загадъчни. (в) мисли от Интернет

Не съвсем. Всичко може да бъде описано по един или друг начин с помощта на математически модел, симулация или дори бърза оценка на лист хартия и някои уникални хора правят това в главите си. Което ви е по-удобно. Всъщност епиграфът на тази глава е роден от незнание какво е електрически ток.

Електрическият ток се характеризира с няколко параметъра. Напрежение U и ток I. Разбира се, всички помним определенията от физиката, но малко хора разбират значението им. Ще започна с напрежението. Потенциална разлика или работа за преместване на заряд, както пишат сухо и безинтересно в учебниците. Всъщност напрежението винаги се измерва между две точки. Характеризира способността за създаване на електрически ток между тези две точки. Нека наречем тези точки източник на напрежение. Колкото по-високо е напрежението, толкова по-голям е токът. По-малко напрежение означава по-малко ток. Но повече за това малко по-късно.

Какво е актуално? Представете си аналогия: речното корито е жици, електрическият ток е скоростта на водния поток в реката. Тогава напрежението тук е разликата във височината между началната точка на реката и крайната точка. Или напрежението е помпа, движеща вода, ако реката тече в една равнина. Такива аналогии в началните етапи са много полезни за разбирането на случващото се в електрическата верига. Но в крайна сметка е по-добре да се откажете от тях. По-добре е да мислим за тока като за поток от електрони. Количеството преместен заряд за единица време. Разбира се, в учебниците пише, че електроните се движат със скорост от няколко сантиметра в минута и че само електромагнитното поле има значение, но нека забравим за това засега. И така, токът може да се разбира като движение на електрически ток, т.е. такса. Носителите на заряд, електроните, са отрицателно заредени и се движат от отрицателен потенциал към положителен, докато електрическият ток има посока от положителен потенциал към отрицателен, от плюс към минус, това е обичайно за удобство и така ние ще го използва в бъдеще, забравяйки за заряда на електрона.

Разбира се, самият ток няма да се появи, трябва да създадете напрежение между две точки и имате нужда от някакъв товар, който да тече ток през него, свързан към тези две точки. Много е полезно да знаете свойството, че за протичане на ток са ви необходими два проводника: директен, към товара, и обратен, от товара към източника. Например, ако проводниците на източника на напрежение не са съединени накъсо, тогава няма да има ток.

Какво е източник на напрежение? Нека си го представим под формата на черна кутия с поне два терминала за връзка. Най-простите примери от реалния живот: електрически контакт, батерия, акумулатор и др.


Идеалният източник на напрежение има постоянно напрежение, когато през него протича някакъв ток. Какво се случва, ако затворите клемите на идеален източник на напрежение? Ще тече безкрайно голям ток. В действителност източниците на напрежение не могат да доставят безкрайно голям ток, защото имат известно съпротивление. Например, проводниците в електрически контакт 220V от самия контакт до подстанцията имат съпротивление, макар и малко, но доста забележимо. Проводниците от подстанции до електроцентрали също имат съпротивление. Не трябва да забравяме за импеданса на трансформаторите и генераторите. Батериите имат вътрешно съпротивление, което се дължи на вътрешна химическа реакция, която има ограничена честота на възникване.

Какво е съпротива? Като цяло тази тема е доста обширна. Може би ще го опиша в някоя от следващите глави. Накратко, това е параметър, свързващ ток и напрежение. Той характеризира колко ток ще тече, когато се приложи напрежение към това съпротивление. Ако говорим в аналогия с „вода“, тогава съпротивлението е язовир по пътя на река. Колкото по-малка е дупката в бента, толкова по-голямо е съпротивлението. Тази връзка се описва от закона на Ом: . Както се казва: "Ако не знаете закона на Ом, стойте си вкъщи!"

Познавайки закона на Ом, без да седим вкъщи, имайки някакъв източник на ток с дадено напрежение и съпротивление под формата на товар, можем много точно да предвидим какъв ток ще протече.
Източниците на реално напрежение имат някакъв вид вътрешно напрежение и доставят определен краен ток, наречен ток на късо съединение. В същото време батериите и акумулаторите също се разреждат с времето и имат нелинейно вътрешно съпротивление. Но нека забравим и за това засега и ето защо. В реални вериги е по-удобно да се извършва анализ, като се използват моментни моментни стойности на напрежение и ток, така че ще считаме източниците на напрежение за идеални. С изключение на факта, когато трябва да изчислите максималния ток, който източникът може да достави.

За "водната" аналогия на електрическия ток. Както вече писах, не е много вярно, тъй като скоростта на реката преди и след язовира ще е различна, както и количеството вода преди и след язовира също. В реални вериги електрическият ток, протичащ в резистора и изтичащ от него, ще бъде равен един на друг. Токът в предния проводник към товара и в връщащия проводник от товара към източника също е равен един на друг. Токът не идва отникъде и не отива никъде; количеството, което „втича“ във възела на веригата, е същото количество, което „изтича“, дори ако има няколко пътя. Например, ако има два пътя за протичане на ток от източник, тогава той ще тече по тези пътища и общият ток на източника ще бъде равен на сумата от двата тока. И т.н. Това е илюстрация на закона на Кирхоф. Много е просто.


Има и още две важни правила. При паралелно свързване на елементи напрежението във всеки елемент е еднакво. Например напрежението на резистора R2 и R3 на фигурата по-горе е еднакво, но токовете могат да бъдат различни, ако резисторите имат различни съпротивления, съгласно закона на Ом. Токът през акумулатора е равен на тока през резистора R1 и равен на сумата от токовете през резисторите R2 и R3. При последователно свързване напреженията на елементите се сумират. Например напрежението, което произвежда батерията, т.е. неговата EMF е равна на напрежението на резистора R1 + напрежението на резистора R2 или R3.

Както вече писах, напрежението винаги се измерва между две точки. Понякога в литературата можете да намерите: „Напрежението в такава и такава точка“. Това означава напрежението между тази точка и точката на нулев потенциал. Можете да създадете точка с нулев потенциал, например, като заземите веригата. Обикновено веригата е заземена при най-отрицателния потенциал близо до източника на захранване, например, както е на фигурата по-горе. Вярно е, че това не винаги се случва и използването на нула е доста условно, например, ако имаме нужда от биполярно захранване +15 и -15 волта, тогава трябва да „заземим“ не -15V, а потенциала в средата. Ако заземим -15V, тогава получаваме 0, +15, +30V. Вижте снимките по-долу.


Заземяването се използва и като защитно или работно заземяване. Защитното заземяване се нарича заземяване. Ако изолацията на веригата е счупена в друга област, различна от земята, тогава през нулевия проводник ще протече голям ток и ще се задейства защита, която ще изключи част от веригата. Трябва да осигурим защита предварително, като поставим прекъсвач или друго устройство на пътя на тока.

Понякога е невъзможно или невъзможно да се „заземи“ верига. Вместо земя се използва терминът обща точка или нула. Напреженията в такива вериги са посочени спрямо обща точка. Освен това цялата верига е спрямо земята, т.е. нулев потенциал може да се намира навсякъде. Вижте снимката.


Обикновено Xv е близо до 0 волта. Такива незаземени вериги, от една страна, са по-безопасни, защото ако човек докосне веригата и земята едновременно, няма да тече ток, т.к. няма обратен път за текущия поток. Тези. веригата ще стане „заземена“ чрез човека. Но от друга страна подобни схеми са трудни. Ако изолацията на веригата от земята внезапно се счупи в която и да е точка, няма да разберем. Което може да бъде опасно при високо напрежение Xv.

Като цяло земята е доста широко и неясно понятие. Има много термини и имена за заземяване, в зависимост от това къде да „заземите“ веригата. Заземяването може да се разбира както като защитно заземяване, така и като работно заземяване (на базата на протичащия през него ток по време на нормална работа), както сигнално заземяване, така и захранващо заземяване (на базата на вида на тока), както аналогово заземяване, така и цифрово заземяване (на базата на тип сигнал). Земята може да се разбира като обща точка или обратното, общата точка може да се разбира като земята или да бъде тя. Също така всички земи могат да присъстват в схемата едновременно. Така че трябва да погледнете контекста. Има дори такава забавна картина в чуждестранната литература, вижте по-долу. Но обикновено земята е веригата 0 волта и това е точката, от която се измерва потенциалът на веригата.


Досега, когато споменах източника на напрежение, не засягах вида на самото напрежение. Има напрежение, което се променя с времето, и има напрежение, което не се променя. Тези. променлива и постоянна. Например, напрежението, което варира според синусоидалния закон, е добре известно на всички; това е мрежовото напрежение 220V в домашните контакти. Много е лесно да се работи с постоянно напрежение; вече направихме това по-горе, когато разгледахме закона на Кирхоф. Но какво да правим с променливо напрежение и как да го вземем предвид?

Фигурата показва няколко периода на променливо напрежение 220V 50Hz (синя линия). Червената линия е постоянно напрежение от 220V, за сравнение.


Нека първо да определим какво е 220V напрежение; според новия стандарт то трябва да се счита за 230V. Това е ефективната стойност на напрежението. Стойността на амплитудата ще бъде корен от 2 пъти по-висока и ще бъде приблизително 308v. Ефективната стойност е стойността на напрежението, при която по време на периода на променлив ток в проводника се отделя същото количество топлина, както при постоянен ток със същото напрежение. От математически термини това е средната квадратична стойност на напрежението. В англоезичната литература се използва терминът RMS, а инструментите, които измерват истинската ефективна стойност, се обозначават с “true RMS”.

На пръв поглед това може да изглежда неудобно, някаква ефективна стойност, но е удобно за изчисления на мощността без необходимост от преобразуване на напрежението.

Също така е удобно да се разглежда променливото напрежение като постоянно напрежение, взето във всеки момент от времето. След това анализирайте веригата няколко пъти, променяйки знака на постоянното напрежение на обратното. Първо, помислете за работата на веригата с постоянно положително напрежение, след което променете знака от положителен на отрицателен.
AC напрежението също изисква два проводника. Те се наричат ​​фаза и нула. Понякога нулата е заземена. Такава система се нарича еднофазна. Фазовото напрежение се измерва спрямо нулата и се променя с времето, както е показано на фигурата по-горе. При положително полувълново напрежение токът протича от фазата към активния товар и се връща от товара обратно през нулевия проводник. При отрицателна полувълна токът протича през нулевия проводник и се връща през фазовия проводник.

Трифазните мрежи се използват широко в индустрията. Това е частен случай на многофазни системи. По същество всичко е същото като еднофазна система, само умножено по 3, т.е. използването на три фази и три основания едновременно. Първо изобретен от Н. Тесла, впоследствие подобрен от М. О. Доливо-Доброволски. Подобрението беше, че за предаване на трифазен електрически ток беше възможно да се изхвърлят допълнителни проводници: три фази ABC и неутрален проводник или три фази като цяло, изоставяйки нулата. Нулевият проводник много често е заземен. На фигурата по-долу нулата е често срещана.


Защо 3 фази и нито повече, нито по-малко? От една страна, 3 фази са гарантирани за създаване на въртящо се магнитно поле, което е толкова необходимо за въртене на електродвигателите или получено от генераторите на електроцентрали; от друга страна, това е икономически изгодно от материална гледна точка. По-малко не е възможно, но повече не е необходимо.

За да се гарантира създаването на въртящо се поле в трифазна мрежа, фазите на напрежението трябва да бъдат изместени една спрямо друга. Ако приемем, че пълният период на напрежение е 360 градуса, тогава 360/3 = 120 градуса. Тези. напрежението на всяка фаза се измества един спрямо друг с 120 градуса. Вижте снимката по-долу.


Ето графика на напрежението на 3-фазна 380V мрежа във времето. Както се вижда от фигурата, всичко е същото като при еднофазна мрежа, само напреженията са се увеличили. 380V е така нареченото линейно мрежово напрежение Ul, т.е. напрежение, измерено между две фази. Фигурата показва пример за намиране на моментната стойност на Ul. Той също варира според синусоидалния закон. Също така, заедно с линейното напрежение, се отличава фаза Uph. Измерва се между фаза и нула. Фазовото напрежение в тази трифазна мрежа е 220V. Под фазово и линейно напрежение, разбира се, имаме предвид ефективно напрежение. Линейното към фазовото напрежение се отнася като корен от три.


Товарът може да бъде свързан към трифазна мрежа по всякакъв начин - към фазово напрежение: между произволна фаза и нула или към мрежово напрежение: между две фази. Ако товарът е свързан към фазово напрежение, тогава тази схема на свързване се нарича звезда. Показано е по-горе. Ако към линейно напрежение, тогава връзката е делта. Ако един и същ товар е свързан към линейни напрежения между трите фази, тогава такива мрежи са симетрични. Не протича ток през нулевия проводник в симетрични мрежи. Вижте фиг. по-долу. Индустриалните мрежи също се считат за условно симетрични. По правило в такива мрежи присъства нула, но само за защитни цели. Понякога може да отсъства напълно. Забавна снимка от уикито ясно илюстрира как тече ток в такива мрежи.


С това приключваме нашия кратък преглед на електрическите мрежи и електричеството. Може би в бъдеще ще обясня подробно как работят диод и транзистор, какво е ценеров диод, тиристор и други елементи. Пишете това, за което ви е интересно да прочетете.

Библиография

  1. Изкуството на дизайна на схеми, П. Хоровиц. 2003 г.
  2. ОСНОВАНИЯ ЗА ЗАЗЕМЛЕНИЕ. A Circuit-to-System Handbook, Elya B. Joffe, Kai-Sang Lock.
  3. Wiki и Интернет ресурси.

Днес е трудно да си представим живота без такова явление като електричество, но човечеството се научи да го използва за собствените си цели не толкова отдавна. Изследването на същността и характеристиките на този специален вид материя отне няколко века, но дори и сега не можем да кажем с увереност, че знаем абсолютно всичко за него.

Понятието и същността на електрическия ток

Електрическият ток, както е известно от училищните курсове по физика, не е нищо повече от подредено движение на всякакви заредени частици. Последните могат да бъдат или отрицателно заредени електрони, или йони. Смята се, че този тип материя може да възникне само в така наречените проводници, но това далеч не е вярно. Работата е там, че когато някакви тела влязат в контакт, винаги възниква определен брой противоположно заредени частици, които могат да започнат да се движат. В диелектриците свободното движение на едни и същи електрони е много трудно и изисква огромни външни сили, поради което казват, че те не провеждат електрически ток.

Условия за съществуване на ток във веригата

Учените отдавна са забелязали, че този физически феномен не може да възникне и да продължи дълго време сам. Условията за съществуване на електрически ток включват няколко важни разпоредби. Първо, това явление е невъзможно без наличието на свободни електрони и йони, които действат като предаватели на заряд. Второ, за да могат тези елементарни частици да започнат да се движат по подреден начин, е необходимо да се създаде поле, чиято основна характеристика е потенциалната разлика между всички точки на електротехника. И накрая, трето, електрическият ток не може да съществува дълго време само под въздействието на силите на Кулон, тъй като потенциалите постепенно ще се изравнят. Ето защо са необходими определени компоненти, които са преобразуватели на различни видове механична и топлинна енергия. Те обикновено се наричат ​​източници на ток.

Въпрос за текущи източници

Източниците на електрически ток са специални устройства, които генерират електрическо поле. Най-важните от тях включват галванични клетки, слънчеви панели, генератори и батерии. характеризиращи се с тяхната мощност, производителност и време на работа.

Ток, напрежение, съпротивление

Както всяко друго физическо явление, електрическият ток има редица характеристики. Най-важните от тях включват неговата якост, напрежение на веригата и съпротивление. Първият от тях е количествена характеристика на заряда, който преминава през напречното сечение на определен проводник за единица време. Напрежението (наричано още електродвижеща сила) не е нищо повече от величината на потенциалната разлика, поради която преминаващ заряд извършва определено количество работа. И накрая, съпротивлението е вътрешна характеристика на проводника, показваща колко сила трябва да изразходва зарядът, за да премине през него.

Електрическият ток е подредено движение на заредени частици. В твърдите тела това е движението на електрони (отрицателно заредени частици); в течни и газообразни тела това е движението на йони (положително заредени частици). Освен това токът може да бъде постоянен или променлив и те имат напълно различни движения на електрическите заряди. За да разберете и усвоите добре темата за движението на тока в проводниците, може би първо трябва да разберете по-подробно основите на електрофизиката. Ето откъде ще започна.

И така, как протича електрическият ток на първо място? Известно е, че веществата се състоят от атоми. Това са елементарни частици материя. Структурата на атома наподобява нашата слънчева система, където ядрото на атома е разположено в центъра. Състои се от протони (положителни електрически частици) и неутрони (електрически неутрални частици), плътно притиснати един към друг. Електроните (по-малки частици с отрицателен заряд) се въртят около това ядро ​​с огромна скорост в своите орбити. Различните вещества имат различен брой електрони и орбитите, по които се въртят. Атомите на твърдите тела имат това, което се нарича кристална решетка. Това е структурата на веществото, в което атомите са подредени един спрямо друг в определен ред.

Къде може да възникне електрически ток тук? Оказва се, че в някои вещества (проводници на ток) електроните, които са най-отдалечени от ядрото си, могат да се откъснат от атома и да се преместят в съседен атом. Това движение на електрони се нарича свободно. Електроните просто се движат в едно вещество от един атом към друг. Но ако към това вещество (електрически проводник) се свърже външно електромагнитно поле, като по този начин се създаде електрическа верига, тогава всички свободни електрони ще започнат да се движат в една посока. Това е точно движението на електрически ток вътре в проводник.

Сега нека разберем какво е постоянен и променлив ток. Така че постоянният ток винаги се движи само в една посока. Както беше посочено в самото начало, електроните се движат в твърди тела, а йоните се движат в течни и газообразни тела. Електроните са отрицателно заредени частици. Следователно в твърдите тела електрическият ток протича от минус към плюс на източника на енергия (електроните се движат по електрическата верига). В течности и газове токът се движи в две посоки едновременно, или по-скоро едновременно, електроните текат към плюса, а йоните (отделни атоми, които не са свързани помежду си с кристална решетка, те са всеки сам по себе си) текат към минуса на източника на захранване.

Официално е прието от учените, че движението става от плюс към минус (обратното на това, което се случва в действителност). Така че от научна гледна точка е правилно да се каже, че електрическият ток се движи от плюс към минус, но от реална гледна точка (електрофизична природа) е по-правилно да се вярва, че токът тече от минус към плюс (в твърди вещества). Това вероятно е направено за известно удобство.

Сега, що се отнася до променливия електрически ток. Тук всичко е малко по-сложно. Ако при постоянен ток движението на заредените частици има само една посока (физически електроните със знак минус се движат към плюс), то при променлив ток посоката на движение периодично се променя на противоположната. Вероятно сте чували, че обикновената градска електрическа мрежа има променливо напрежение от 220 волта и стандартна честота от 50 херца. Така че тези 50 херца показват, че за една секунда електрическият ток успява да премине през пълен цикъл със синусоидална форма 50 пъти. Всъщност за една секунда посоката на тока се променя до 100 пъти (променя се два пъти за един цикъл).

P.S. Посоката на тока в електрическите вериги е важна. В много случаи, ако веригата е проектирана за една посока на тока и случайно я промените в противоположната посока или свържете променлив ток вместо постоянен ток, тогава най-вероятно устройството просто ще се провали. Много полупроводници, които работят във вериги, могат да пробият и да изгорят, когато токът тече в обратна посока. Така че, когато свързвате електрическата мрежа, посоката на тока трябва да се спазва стриктно от вас.

Електрически ток се образува във вещество само ако има свободни заредени частици. Зарядът може да присъства в средата първоначално или може да се формира под въздействието на външни фактори (температура, електромагнитно поле, йонизатори). Движението на заредените частици е хаотично при отсъствие на електромагнитно поле и когато се свържат с две точки на веществото, потенциалните разлики се превръщат в насочени - от едно вещество към друго.

Понятие, същност и проявления на електрическия ток

Определение 1

Електрическият ток е подредено и насочено движение на заредени частици.

Такива частици могат да бъдат:

  • в газове - йони и електрони,
  • в металите - електрони,
  • в електролити – аниони и катиони,
  • във вакуум – електрони (при определени условия),
  • в полупроводниците - дупки и електрони (електронно-дупкова проводимост).

Бележка 1

Това определение се използва често. Електрическият ток е ток на изместване, който е резултат от промяна в електрическото поле с течение на времето.

Електрическият ток може да се изрази в следните прояви:

  1. Нагряване на проводници. Генерирането на топлина не възниква в свръхпроводниците.
  2. Промени в химичния състав на някои проводници. Тази проява може да се наблюдава главно при електролитите.
  3. Образуване на електрическо поле. Появява се във всички проводници без изключение.

Фигура 1. Електрически ток - подреденото движение на заредени частици. Author24 - онлайн обмен на студентски работи

Класификация на електрическия ток

Определение 2

Токът на електрическа проводимост е явление, при което заредени частици се движат в рамките на макроскопичните елементи на определена среда.

Конвекционният ток е явление, при което се движат макроскопични заредени тела (например заредени капки валеж).

Има постоянен, променлив и пулсиращ електрически ток и техните различни комбинации. Въпреки това, в такива комбинации терминът "електрически" често се пропуска.

Има няколко вида електрически ток:

  1. Постоянният ток е ток, чиято величина и посока варират леко във времето.
  2. Променливият ток е ток, чиято посока и големина се променя прогресивно с времето. Променливият ток се отнася до ток, който не е постоянен. Сред всички разновидности на променлив ток, основният е този, чиято стойност може да се променя само според синусоидалния закон. Потенциалът на всеки край на проводника в този случай се променя по отношение на другия край последователно от отрицателен към положителен и обратно. В същото време той преминава през всички междинни потенциали. В резултат на това се образува течение, което непрекъснато променя посоката си. Движейки се в една посока, токът се увеличава, достигайки своя максимум, който се нарича амплитудна стойност. След което тя намалява, става равна на нула за определен период, след което цикълът се възобновява.
  3. Квазистационарният ток е променлив ток, който се променя сравнително бавно; за неговите моментни стойности законите на постоянните токове се изпълняват с достатъчна точност. Подобни закони са правилата на Кирхоф и закона на Ом. Тогава квазистационарната във всички секции на неразклонена мрежа има еднаква сила. При изчисляване на вериги с даден ток се вземат предвид групираните параметри. Квазистационарни промишлени токове са тези, при които условието за квазистационарност по линията не е изпълнено (с изключение на токовете в далекопроводи).
  4. Високочестотният променлив ток е електрически ток, при който квазистационарното състояние вече не е валидно. Той минава по повърхността на проводника и го обтича от всички страни. Този ефект се нарича ефект на кожата.
  5. Пулсиращият ток е електрически ток, при който посоката остава постоянна и се променя само големината.
  6. Вихрови токове или токове на Фуко са затворени електрически токове, които се намират в масивен проводник и възникват при промяна на магнитния поток. Въз основа на това вихровите токове са индуктивни. Колкото по-бързо се променя магнитният поток, толкова по-силни стават вихровите токове. Те не протичат по определени пътища по жиците, а са затворени в проводника и образуват вихрови вериги.

Поради наличието на вихрови токове, скин-ефектът възниква, когато магнитният поток и променливият електрически ток се разпространяват по протежение на повърхностния слой на проводника. Поради нагряване от вихрови токове се получава загуба на енергия, особено в сърцевините на AC намотките. За да се намали загубата на енергия за вихрови токове, се използва разделяне на променливотокови магнитни проводници на отделни пластини, които са изолирани една от друга и разположени перпендикулярно на посоката на вихровите токове. Поради това възможните контури на техните пътища са ограничени и величината на тези течения бързо намалява.

Характеристики на електрическия ток

Исторически посоката на движение на положителните заряди в проводника съвпада с посоката на тока. Ако естествените носители на електрически ток са отрицателно заредени електрони, тогава посоката на тока ще бъде противоположна на посоката на положително заредените частици.

Скоростта на заредените частици зависи пряко от заряда и масата на частиците, материала на проводника, температурата на външната среда и приложената потенциална разлика. Скоростта на целевото движение е стойност, която е значително по-малка от скоростта на светлината. Електроните се движат в проводник за една секунда поради подредено движение от по-малко от една десета от милиметъра. Но въпреки това скоростта на разпространение на тока е равна на скоростта на светлината и скоростта на разпространение на фронта на електромагнитните вълни.

Мястото, където скоростта на движение на електрона се променя след промяна на напрежението, се движи със скоростта на разпространение на електромагнитното трептене.

Основни видове проводници

Проводниците, за разлика от диелектриците, съдържат свободни носители на некомпенсирани заряди. Те се движат под въздействието на електрически потенциали и образуват електрически ток.

Характеристиката ток-напрежение или, с други думи, зависимостта на тока от напрежението е основната характеристика на проводника. За електролити и метални проводници той приема най-простата форма: силата на тока е право пропорционална на напрежението. Това е законът на Ом.

В металите токоносителите са електрони на проводимост, които се считат за електронен газ. В тях ясно се проявяват квантовите свойства на изроден газ.

Плазмата е йонизиран газ. В този случай електрическият заряд се пренася с помощта на йони и свободни електрони. Свободните електрони се образуват под въздействието на ултравиолетово и рентгеново лъчение или топлина.

Електролитите са твърди или течни системи и вещества, в които има забележима концентрация на йони, което предизвиква преминаването на електрически ток. По време на процеса на електролитна дисоциация се образуват йони. Съпротивлението на електролитите намалява при нагряване поради увеличаване на броя на молекулите, които се разлагат на йони. В резултат на преминаването на електрически ток през електролита, йоните се приближават до електродите и се неутрализират, утаявайки се върху тях.

Физическите закони на електролизата на Фарадей определят масата на веществото, което се отделя върху електродите. Съществува и електрически ток от електрони във вакуум, използван в електронно-лъчеви устройства.

Електрони или дупки (електронно-дупкова проводимост). Понякога електрическият ток се нарича също ток на изместване, който възниква в резултат на промяна в електрическото поле с течение на времето.

Електрическият ток има следните прояви:

Енциклопедичен YouTube

    1 / 5

    ✪ ЕЛЕКТРИЧЕСКИ ТОК сила на тока ФИЗИКА 8 клас

    ✪ Електрически ток

    ✪ #9 Електрически ток и електрони

    ✪ Какво е електрически ток [Amateur Radio TV 2]

    ✪ КАКВО СЕ СЛУЧВА ПРИ ТОКОВ УДАР

    субтитри

Класификация

Ако заредените частици се движат вътре в макроскопични тела спрямо определена среда, тогава такъв ток се нарича електрически ток на проводимост. Ако се движат макроскопични заредени тела (например заредени дъждовни капки), тогава този ток се нарича конвекция .

Има постоянен и променлив електрически ток, както и различни видове променлив ток. В такива концепции думата „електрически“ често се пропуска.

  • Прав ток - ток, чиято посока и големина не се променят във времето.

Вихрови течения

Вихровите токове (токове на Фуко) са „затворени електрически токове в масивен проводник, които възникват, когато магнитният поток, проникващ в него, се промени“, следователно вихровите токове са индуцирани токове. Колкото по-бързо се променя магнитният поток, толкова по-силни са вихровите токове. Вихровите токове не протичат по определени пътища в проводниците, но когато се затворят в проводника, те образуват вихрови вериги.

Наличието на вихрови токове води до скин-ефекта, тоест до факта, че променливият електрически ток и магнитният поток се разпространяват главно в повърхностния слой на проводника. Нагряването на проводници от вихрови токове води до загуби на енергия, особено в сърцевините на намотките за променлив ток. За намаляване на загубите на енергия поради вихрови токове се използва разделяне на променливотокови магнитни вериги на отделни пластини, изолирани една от друга и разположени перпендикулярно на посоката на вихровите токове, което ограничава възможните контури на техните пътища и значително намалява величината на тези течения. При много високи честоти вместо феромагнетици се използват магнитодиелектрици за магнитни вериги, в които поради много високото съпротивление практически не възникват вихрови токове.

Характеристики

Исторически е прието, че посока на токасъвпада с посоката на движение на положителните заряди в проводника. Освен това, ако единствените носители на ток са отрицателно заредени частици (например електрони в метал), тогава посоката на тока е противоположна на посоката на движение на заредените частици. .

Скорост на дрейф на електрони

Радиационната устойчивост се причинява от образуването на електромагнитни вълни около проводник. Това съпротивление е комплексно зависимо от формата и размера на проводника и от дължината на излъчваната вълна. За един прав проводник, в който навсякъде токът е с една и съща посока и сила и чиято дължина L е значително по-малка от дължината на излъчваната от него електромагнитна вълна λ (\displaystyle \lambda), зависимостта на съпротивлението от дължината на вълната и проводника е относително проста:

R = 3200 (L λ) (\displaystyle R=3200\left((\frac (L)(\lambda ))\right))

Най-често използваният електрически ток със стандартна честота 50 Hzсъответства на вълна с дължина около 6 хиляди километра, поради което мощността на излъчване обикновено е незначителна в сравнение с мощността на топлинните загуби. Въпреки това, с увеличаване на честотата на тока, дължината на излъчваната вълна намалява и мощността на излъчване съответно се увеличава. Проводник, способен да излъчва забележима енергия, се нарича антена.

Честота

Концепцията за честота се отнася до променлив ток, който периодично променя силата и/или посоката. Това включва и най-често използвания ток, който варира по синусоидален закон.

AC периодът е най-краткият период от време (изразен в секунди), през който промените в тока (и напрежението) се повтарят. Броят периоди, извършени от тока за единица време, се нарича честота. Честотата се измерва в херци, като един херц (Hz) съответства на един цикъл в секунда.

Ток на отклонение

Понякога за удобство се въвежда понятието ток на изместване. В уравненията на Максуел токът на изместване присъства при равни условия с тока, причинен от движението на зарядите. Интензитетът на магнитното поле зависи от общия електрически ток, равен на сумата от тока на проводимост и тока на изместване. По дефиниция, плътността на тока на отклонение j D → (\displaystyle (\vec (j_(D))))- векторна величина, пропорционална на скоростта на изменение на електрическото поле E → (\displaystyle (\vec (E)))във времето:

j D → = ∂ E → ∂ t (\displaystyle (\vec (j_(D)))=(\frac (\partial (\vec (E)))(\partial t)))

Факт е, че при промяна на електрическото поле, както и при протичане на ток, се генерира магнитно поле, което прави тези два процеса подобни един на друг. В допълнение, промяната в електрическото поле обикновено е придружена от пренос на енергия. Например, при зареждане и разреждане на кондензатор, въпреки факта, че няма движение на заредени частици между неговите пластини, те говорят за ток на изместване, протичащ през него, прехвърляйки известна енергия и затваряйки електрическата верига по уникален начин. Ток на отклонение I D (\displaystyle I_(D))в кондензатор се определя по формулата:

I D = d Q d t = − C d U d t (\displaystyle I_(D)=(\frac ((\rm (d))Q)((\rm (d))t))=-C(\frac ( (\rm (d))U)((\rm (d))t))),

Къде Q (\displaystyle Q)- заряд на плочите на кондензатора, U (\displaystyle U)- потенциална разлика между плочите, C (\displaystyle C)- капацитет на кондензатора.

Токът на изместване не е електрически ток, тъй като не е свързан с движението на електрически заряд.

Основни видове проводници

За разлика от диелектриците, проводниците съдържат свободни носители на некомпенсирани заряди, които под въздействието на сила, обикновено електрическа потенциална разлика, се движат и създават електрически ток. Характеристиката ток-напрежение (зависимостта на тока от напрежението) е най-важната характеристика на проводника. За метални проводници и електролити той има най-простата форма: силата на тока е право пропорционална на напрежението (закон на Ом).

Метали - тук носителите на ток са електрони на проводимост, които обикновено се разглеждат като електронен газ, ясно проявяващ квантовите свойства на изроден газ.

Електрически токове в природата

Електрическият ток се използва като носител на сигнали с различна сложност и вид в различни области (телефон, радио, контролен панел, бутон за заключване на врата и т.н.).

В някои случаи се появяват нежелани електрически токове, като блуждаещи токове или токове на късо съединение.

Използване на електрически ток като енергиен носител

  • получаване на механична енергия във всички видове електродвигатели,
  • получаване на топлинна енергия в нагревателни устройства, електрически пещи, по време на електрическо заваряване,
  • получаване на светлинна енергия в осветителни и сигнални устройства,
  • възбуждане на електромагнитни трептения с висока честота, свръхвисока честота и радиовълни,
  • получаване на звук,
  • получаване на различни вещества чрез електролиза, зареждане на електрически батерии. Тук електромагнитната енергия се преобразува в химическа енергия,
  • създаване на магнитно поле (в електромагнитите).

Използване на електрически ток в медицината

  • диагностика - биотоковете на здрави и болни органи са различни и е възможно да се определи заболяването, причините за него и да се предпише лечение. Клонът на физиологията, който изучава електрическите явления в тялото, се нарича електрофизиология.
    • Електроенцефалографията е метод за изследване на функционалното състояние на мозъка.
    • Електрокардиографията е техника за записване и изследване на електрическите полета по време на сърдечната дейност.
    • Електрогастрографията е метод за изследване на двигателната активност на стомаха.
    • Електромиографията е метод за изследване на биоелектричните потенциали, възникващи в скелетните мускули.
  • Лечение и реанимация: електрическа стимулация на определени области на мозъка; лечение на болест на Паркинсон и епилепсия, също и за електрофореза. При брадикардия и други сърдечни аритмии се използва пейсмейкър, който стимулира сърдечния мускул с импулсен ток.

Електрическа безопасност

Включва правни, социално-икономически, организационно-технически, санитарно-хигиенни, лечебно-профилактични, рехабилитационни и други мерки. Правилата за електрическа безопасност се регулират от правни и технически документи, нормативна и техническа рамка. Познаването на основите на електрическата безопасност е задължително за персонала, обслужващ електрически инсталации и електрическо оборудване. Човешкото тяло е проводник на електрически ток. Човешкото съпротивление със суха и непокътната кожа варира от 3 до 100 kOhm.

Ток, преминал през тяло на човек или животно, предизвиква следните ефекти:

  • термични (изгаряния, нагряване и увреждане на кръвоносните съдове);
  • електролитно (разграждане на кръвта, нарушаване на физическия и химичен състав);
  • биологични (дразнене и възбуждане на телесните тъкани, конвулсии)
  • механично (разкъсване на кръвоносни съдове под въздействието на налягането на парата, получено чрез нагряване от кръвния поток)

Основният фактор, определящ резултата от токов удар, е количеството ток, преминаващ през човешкото тяло. Съгласно правилата за безопасност електрическият ток се класифицира, както следва:

  • безопасносчита се ток, чието дълго преминаване през човешкото тяло не му причинява вреда и не предизвиква усещания, стойността му не надвишава 50 μA (променлив ток 50 Hz) и 100 μA постоянен ток;
  • минимално забележимичовешкият променлив ток е около 0,6-1,5 mA (50 Hz променлив ток) и 5-7 mA постоянен ток;
  • праг не пускамсе нарича минимален ток с такава сила, че човек вече не е в състояние да откъсне ръцете си от тоководещата част със сила на волята. За променлив ток е около 10-15 mA, за постоянен ток е 50-80 mA;
  • праг на фибрилациянаречен сила на променлив ток (50 Hz) от около 100 mA и 300 mA постоянен ток, излагането на което за повече от 0,5 s е вероятно да причини фибрилация на сърдечния мускул. Този праг също се счита за условно фатален за хората.

В Русия, в съответствие с Правилата за техническа експлоатация на електрическите инсталации на потребителите и Правилата за защита на труда по време на експлоатация на електрически инсталации, са създадени 5 квалификационни групи за електрическа безопасност в зависимост от квалификацията и опита на служителя и напрежението на електрическите инсталации.



Препоръчваме ви да прочетете