Определение электрического тока

Содержание

Неразгаданные тайны Тесла

Башня Ворденклиф («Мировая система») – одно из самых загадочных изобретений Никола Тесла После смерти Тесла в 1943 году осталось несколько следующих достаточно интересных, часто и мистических, неразгаданных тайн этого великого ученого:

Тунгусский взрыв – многие считают, что именно эксперименты великого ученого по получению и концентрированию больших зарядов атмосферного электричества могли привести к знаменитому Тунгусскому взрыву, причиной которого на данный момент все же признают падение метеорита;
«Мировая система» – так была названа построенная на Лонг-Айленде башня, которая позволила один раз Тесле в ночное время осветить все небо над Нью-Йорком, а также большую часть Атлантики. Самое интересное, что после этого эксперимента ученый покинул башню и больше никогда в нее не возвращался. Все чертежи и схемы конструкции данной установки после смерти ученого бесследно исчезли.
Властелин молний – ученому, как фокуснику, удавалось пропускать через свое тело огромные по силе разряды электричества, безо всякого вреда для организма. За это многие журналисты прозвали Теслу «Повелителем молний». Как ученому это удавалось, до сих пор не известно.
Электромобиль Тесла – некоторые современники Тесла утверждают что ученый разработал электромобиль, который работал на каких-то нетрадиционных для того времени источниках питания. Однако никаких доказательств существования такого электромобиля впоследствии получить не удалось.

Важно! Во многих своих экспериментах Тесла опирался на существование особого вида материи – эфира. Ученый был уверен, что, благодаря эфиру, можно получать огромное количество энергии, передавать электрические сигналы на значительные расстояния. Советуем изучить Ремонт дрели своими руками

Советуем изучить Ремонт дрели своими руками

Что такое электричество

Появление электричества – это определенная совокупность явлений, которые обусловлены существованием электрических зарядов со знаком «+» и «-», их взаимодействием между собой и возможностью движения. За счет того, что совокупность зарядов может перемещаться по проводнику, обладать притягивающими и отталкивающими свойствами, было открыто явление магнетизма и электричества. Одним из первых это описал Фалес, а позже в 1600 году английский физик Уильям Гилберт. С течением времени знания об этом явлении только увеличивались и прогрессировали.

Виды тока и их графики относительно времени

С точки зрения физики, электричество – это упорядоченное движение положительно и отрицательно заряженных частиц по материалу проводникового типа под действием электрического поля. В качестве частиц выступают ионы, протоны, нейтроны и электроны.

Направленное движение частиц

Что такое электрический ток и напряжение

Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц (носителей электрического заряда). Носителями электрического тока являются электроны (в металлах и газах), катионы и анионы (в электролитах), дырки при электронно-дырочной проводимости. Данное явление проявляется созданием магнитного поля, изменением химического состава или нагреванием проводников. Основными характеристиками тока являются:

сила тока, определяемая по закону Ома и измеряемая в Амперах (А), в формулах обозначается буквой I;
мощность, согласно закону Джоуля-Ленца, измеряемая в ваттах (Вт), обозначается буквой P;
частота, измеряемая в герцах (Гц).

Электрический ток, как носитель энергии используют для получения механической энергии с помощью электродвигателей, для получения тепловой энергии в отопительных приборах, электросварке и нагревателях, возбуждения электромагнитных волн различной частоты, создания магнитного поля в электромагнитах и для получения световой энергии в осветительных приборах и различного рода лампах.

Напряжение – это работа, совершаемая электрическим полем для перемещения заряда в 1 кулон (Кл) из одной точки проводника в другую. Исходя из данного определения, все-таки сложно осознать, что же такое напряжение.

Чтобы заряженные частицы перемещались от одного полюса к другому, необходимо создать между этими полюсами разность потенциалов (именно она и именуется напряжением). Единицей измерения напряжения является вольт (В).

Для окончательного понимания определения электрического тока и напряжения, можно привести интересную аналогию: представьте, что электрический заряд — это вода, тогда давление воды в столбе – это и есть напряжение, а скорость потока воды в трубе – это сила электрического тока. Чем выше напряжение, тем больше сила электрического тока.

Что такое переменный ток

Если менять полярность потенциалов, то направление протекания электрического тока меняется. Именно такой ток и называется переменным. Количество изменений направления за определенный промежуток времени называется частотой и измеряется, как уже было сказано выше, в герцах (Гц). Например, в стандартной электрической сети в нашей стране частота равна 50 Гц, то есть направление движения тока за секунду меняется 50 раз.

Что такое постоянный ток

Когда упорядоченное движение заряженных частиц имеет всегда только одно направление, то такой ток именуется постоянным. Постоянный ток возникает в сети постоянного напряжения, когда полярность зарядов с одной и другой стороны постоянна во времени. Его очень часто используют в различных электронных устройствах и технике, когда не требуется передача энергии на большое расстояние.

Электромагнетизм

Электромагнит

Магнитное поле создается электрическим током в соленоиде.

В электромагните катушка проводов ведет себя как магнит, когда через нее протекает электрический ток. Когда ток отключается, катушка немедленно теряет свой магнетизм. магнитное поле. Магнитное поле можно визуализировать как узор из круговых силовых линий, окружающих провод, которые сохраняются, пока есть ток.

Электромагнитная индукция

Через соленоид протекает переменный электрический ток, создавая изменяющееся магнитное поле. Это поле заставляет электрический ток течь по проволочной петле за счет электромагнитной индукции.

Магнитные поля также могут быть использованы для создания электрического тока. Когда к проводнику приложено изменяющееся магнитное поле, электродвижущая сила (ЭДС) индуцируется,:1004 который запускает электрический ток, когда есть подходящий путь.

Радиоволны

Когда электрический ток течет в проводник подходящей формы в радиочастоты, радиоволны могут быть созданы. Они путешествуют по скорость света и может вызывать электрические токи в удаленных проводниках.

Характеристики

Электрический ток характеризуется величинами, которые описывают его свойства.

Сила и плотность тока

Для описания характеристики электричества часто используют термин «сила тока». Название не совсем удачное, так как оно характеризует только интенсивность движения электрических зарядов, а не какую-то силу в буквальном смысле. Тем не менее, этим термином пользуются, и он означает количество электричества (зарядов) проходящего через плоскость поперечного сечения проводника. Единицей измерения силы тока в системе СИ является ампер (А).

1 А означает то, что за одну секунду через поперечное сечение проводника проходит электрический заряд 1 Кл. (1А = 1 Кл/с).

Разница потенциалов (напряжение) на участке цепи выражается соотношением: U = I×R, где U – напряжение, I – сила тока, а R – сопротивление. Это знаменитый закон Ома.

Мощность

Электрическими силами совершается работа против активного и реактивного сопротивления. На пассивных сопротивлениях работа преобразуется в тепловую энергию. Мощностью называют работу, выполненную за единицу времени. По отношению к электричеству применяют термин «мощность тепловых потерь». Физики Джоуль и Ленц доказали, что мощность тепловых потерь проводника равна силе тока умноженной на напряжение: P = I× U. Единица измерения мощности – ватт (Вт).

Частота

Переменный ток характеризуется также частотой. Данная характеристика показывает, как за единицу времени изменяется количество периодов (колебаний). Единицей измерения частоты является герц. 1 Гц = 1 периоду за секунду. Стандартная частота промышленного тока составляет 50 Гц.

Ток смещения

Понятие «ток смещения» ввели для удобства, хотя в классическом понимании его нельзя назвать током, так как отсутствует перенос заряда. С другой стороны, интенсивность магнитного поля пребывает в зависимости от токов проводимости и смещения.

Токи смещения можно наблюдать в конденсаторах. Несмотря на то, что при зарядке и разрядке между обкладками конденсатора не происходит перемещения заряда, ток смещения протекает через конденсатор и замыкает электрическую цепь.

Электричество в природе

Природное электричество представлено следующими явлениями:

1.Атмосферное электричество (ветвистые и шаровые молнии); 2.Электрические импульсы в нервной системе живых организмов; 3.Электрические заряды, используемые некоторыми видами скатов и морских рыб для защиты от опасности и добычи пищи.

Электричество в природе

Дальнейшая суть электричества связана с самим движением этих электронов в различных средах.материалах и условиях. Например действие обычной батарейки. В ней находятся химические вещества, которые взаимодействуя друг с другом. Они из одного своего состояния переходят в другое. Это происходит посредством перераспределения электронов между изменяющимися веществами внутри. И так работает со множество электрических явлений, процессов и взаимодействий. В итоге и получаем всё то разнообразиевзаимодействий. К примеру, обычная батарейка. В ней находятся различные химические вещества, переходят в другое, а сопутствующим процессом будет перераспределение электронов внутри. Если есть дисбаланс электрических зарядов, значит есть и сила, стремящаяся выровнять его. И эту самую силу используют в батарейке для питания различных электрических устройств.

Металлы — проводники электричества

Металлы служат проводником этих самых электронов (заряженных частиц). Они легко перетекают по проводнику с одного участка в другой. Пока же совершается движение электронов, происходят параллельные физические явления. К примеру, когда много электронов упорядоченно движутся через тонкий проводник, они сталкиваются с атомами, неподвижно стоящих на своих местах в кристаллической решётки вещества. В результате таких столкновений энергия движения электронов переходит в энергию тепла атома, с которым было столкновение. То есть, энергия движения электронов частично перешла в энергию тепла, произведя нагрев данного вещества.

Электромагнитные поля

Есть и другой пример, в котором проявляется суть электричества. Это взаимодействие электромагнитных полей. Вспомним, что вокруг неподвижных заряженных частиц существует электрическое поле, а вокруг движущихся электрических частиц ещё возникает и магнитное поле. В итоге, когда заряженные частицы движутся вокруг них образуется общее электромагнитное поле, и оно воздействует на другие поля иных заряженных частиц. По такому принципу работает электродвигатель. Простыми словами — магнитные поля заставляют вращаться электрический мотор, а в этот момент по его обмоткам совершается перетекание электрических зарядов с одного полюса на другой.

Схематичное движение электрических зарядов с одного полюса на другой

Получение электрического тока

Электрический ток не может возникнуть сам по себе. Что же нужно создать в проводнике, чтобы в нём возник и существовал ток?

При появлении электрического поля, возникнут и электрические силы. Они приведут в движение заряженные частицы. Именно так и возникает электрический ток.

Хорошо, вот создали мы электрическое поле, появился ток. Логично предположить, что если электрическое поле исчезнет, то исчезнет и ток.

Значит, для более длительного существования тока нам необходимо поддерживать постоянное существование электрического поля.

{"questions":,"explanations":,"answer":}}}]}

Вхождения

Естественные наблюдаемые примеры электрического тока включают: молния, статический электрический разряд, а Солнечный ветер, источник полярные сияния.

Возникновение электрического тока, созданное человеком, включает поток электронов проводимости в металлических проводах, таких как воздушные линии электропередач, которые доставляют электроэнергия через большие расстояния и меньшие провода в электрическом и электронном оборудовании. вихревые токи электрические токи, возникающие в проводниках, подверженных воздействию изменяющихся магнитных полей. Аналогичным образом возникают электрические токи, особенно на поверхности проводников, подверженных воздействию электромагнитные волны. Когда колеблющиеся электрические токи протекают с правильным напряжением в пределах радиоантенны, радиоволны генерируются.

В электроника, другие формы электрического тока включают поток электронов через резисторы или через вакуум в вакуумная труба, поток ионов внутри аккумулятор или нейрон, и поток дыры в металлах и полупроводники.

Какой ток опасней для жизни человека

Переменный ток в промышленности и быту используется значительно чаще. К этому давно привыкли и мало кто знает, что в 19 веке Никола Тесла и Томас Эдисон развернули настоящую «токовую войну», итоги которой определяли дальнейший путь развития промышленности.

Советуем изучить Освещение светодиодное в квартире и элементы отделки интерьера

Проводник электричества

Одним из аргументов, приводимых Эдисоном в защиту постоянного тока, была его меньшая опасность для человека по сравнению с переменным. При одинаковых условиях (до 500 В) сила воздействия переменного тока на организм выше в 2-4 раза.

В итоге победила концепция переменного тока. Он значительно легче и с меньшими потерями передаётся на дальние расстояния, легко преобразуется, удобнее для работы электродвигателей.

Воздействие электротока на человеческое тело:

Термическое (до 60%) — нагрев кожи и внутренних тканей вплоть до ожогов;
Электролитическое — разложение и нарушение физико-химического состава органических жидкостей (крови, лимфы);
Механическое — расслоение и разрыв внутренних органов под воздействием электродинамического удара;
Биологическое — судорожные сокращения мышечной и нервной ткани.

Внимание! Потеря сознания, а также нарушение работы сердца и лёгких происходит при совпадении частоты электрического потока и сердечных сокращений

Переменный

Электроток, который с течением времени изменяется по величине и направлению. Поток электронов постоянно колеблется с определённой частотой.

Синусоида движения электронов

Почему для жизни человека переменный ток более опасен, чем постоянный:

В силу своей природы вызывает возбуждение нервной системы, сокращение и расслабление мышц, что повышает вероятность фибрилляции предсердий, приводящей к остановке сердца;
Частота проходящего импульса снижает сопротивление человеческого тела;
Электропроводник с переменным током обладает высокой силой притяжения.

На заметку! Верхняя граница силы переменного тока, не приводящая к поражению и тяжким последствиям — 1,2 мА.

Постоянный

Электроток — движение заряженных частиц от минуса к плюсу, полярность и напряжение которого постоянны. Поток электронов идёт строго по прямой линии без колебаний. Тяжесть поражения прямо пропорциональна величине подведённого напряжения.

Генератор постоянного тока

Причины меньшей опасности постоянного тока по сравнению с переменным:

Вызывает спазм мускулатуры, но не приводит к нарушениям сердечных сокращений;
Сопротивление человеческого тела выше при частоте колебаний электронов равной нулю;
Одиночный удар позволяет быстрее прекратить прямой контакт с электропроводником, отбрасывает человека, уменьшая длительность воздействия поражающих факторов на организм.

Внимание! Верхняя граница безопасного воздействия постоянного тока значительно выше — 7 мА. Сравнение воздействия на организм переменного и постоянного электротоков, чтобы выяснить, какой ток опаснее. Сравнение воздействия на организм переменного и постоянного электротоков, чтобы выяснить, какой ток опаснее

Сравнение воздействия на организм переменного и постоянного электротоков, чтобы выяснить, какой ток опаснее.

Сила электротока (мА)	Переменный ток	Постоянный ток
0,6–1,5	Лёгкое покалывание	Нет ощущений
2–3	Лёгкие судороги	-«-
5–7	Сильные судороги	Лёгкое покалывание, небольшое ощущение тепла
8–10	Выраженные болевые ощущения, верхний порог возможности самостоятельно разжать руки	Возрастают симптомы покалывания кожи и нагрева
20–25	Паралич конечностей, невозможность отпустить источник тока	Слабые судороги, сильный нагрев кожных покровов
50–80	Нарушение сердечной деятельности, паралич дыхательного центра	Затруднённое дыхание, сильные судорожные спазмы
90–100	Остановка дыхания, вероятность фибрилляции предсердий	Паралич органов дыхания, вероятность отброса пострадавшего, получения физической травмы
200–300	При воздействии более 0,1 с остановка сердца, разрушение тканей	Термическое разрушение тканей

Обратите внимание! Важно знать, какой ток опасен для жизни — 50–100 мА, более 100 мА — смертелен. Оказание помощи при электротравме

Оказание помощи при электротравме

Применение аккумуляторов

Применение аккумуляторов настолько широко, что даже сейчас, изучая данный урок, вы используете аккумуляторы. Они есть в наших телефонах, компьютерах, планшетах.

В большинстве видов транспорта также задействованы аккумуляторы. Двигатель машины не заведется, если аккумулятор под капотом будет разряжен. Аккумуляторы приводят в движение и строительную технику, и сельскохозяйственную, и даже самолеты. Современные электромобили в самой своей основе имеют мощный аккумулятор.

Аккумуляторы играют большую роль в аварийных ситуациях: они могут поддержать работу других электрических приборов достаточное время для устранения неполадок.

Виды электричества

Для обывателей электричество больше знакомо в виде переменного тока (сетевые розетки, освещение) и постоянного тока (батарейки). Привычный для людей комфорт создает в основном переменное электричество, которое отличается от постоянного тока лучшей трансформацией от источника к потребителю. Работу переменного тока хорошо видно на таком осветительном приборе, как люминесцентная лампа, когда в процессе розжига происходит ее мигание и заметно движение из одной стороны в другую заряженных частиц.

Специалисты в основном рассматривают переменный ток, так как он в большем количестве применяется в бытовых системах. Для расчета тока на участке электроцепи системы переменного напряжения применяется закон Ома, а именно, находится ампер (единица силы) по формуле.

Формула для переменного тока полной цепи

Способы измерения силы тока

Метод определения величины силы тока магнитоэлектрическим способом считается наиболее точным, он чувствителен к процессам в цепи, не берет много энергии, но применяется только для цепей постоянного тока.

Электромагнитный способ измерения значения силы тока применяется для переменного электротока и цепей постоянного тока.

Косвенный метод нахождения силы — это когда применяется измерительный прибор напряжения для нахождения его значения на сопротивлении.

В электротехнике силу тока измеряют специальным устройством – амперметром. Для незначительных величин применяется микроамперметр или миллиамперметр, а также гальванометр.

Микроамперметр, миллиамперметр

Сила тока в цепи измеряется амперметром следующим образом: он включается в цепь последовательно в ее разрыв, ток должен пойти через прибор к потребителю, на амперметре будет показываться значение силы тока в цепи в текущее время. В каком месте делать разрыв для измерения силы тока, значения не имеет, можно до потребителя энергии или же после него.

Место разрыва цепи не имеет значения, когда измеряется величина тока

Амперметры могут иметь на шкале значений разную цену деления, это зависит от назначения измерительного устройства. По шкале можно увидеть возможности измерений прибора, по этой причине не рекомендуется его включать в цепь с током, который больше его измерительных возможностей. Правила включения амперметра в цепь постоянного тока:

делаем разрыв цепи, последовательно включаем прибор;
амперметр имеет клемму (+), на нее подключаем провод со стороны источника (+);
на минусовую клемму подключаем провод со стороны источника (-).

Безопасным током для человека определена сила тока, имеющая значение меньше 1 миллиампера, свыше 100 миллиампер может нанести серьезные травмы человеку, значение в несколько ампер смертельно для организма человека. Работая с электричеством, кроме принятых безопасных значений, надо всегда в учет брать личные качества человека и его особенности по отношению к воздействию на него электротока.

Практический способ измерения силы тока

Для практического измерения значения силы тока в сети специалисты рекомендуют сделать удлинитель, который имеет две розетки, внешне он не отличается от промышленных удлинителей, однако розетки соединяются последовательно, а не параллельно, как показано на фото:

Двурозеточный удлинитель

Верхние клеммы розеток соединяются между собой, а на нижние контакты подается напряжение. В одну розетку включаем любой электрический прибор, во вторую — щупы амперметра. Перед тем как вставить щупы в розетку, надо выставить правильный параметр тока на приборе (постоянный или переменный) и убедиться в максимальном значении выбранного параметра тока, как показано на фото ниже:

Клеммы удлинителя
Проверка работоспособности

Из представленного примера видно, что сила потребляемого тока = 0,25 А, если прибор измерений не позволяет сделать отсчет по шкале, надо выполнить расчет. Установленный предел 0,5 А, цена деления шкалы измерений 0,5. Делим на количество делений шкалы, получается 0,005 А, показания прибора — 50 делений, что равняется 0,25 А.

Амперметр

Расчет мощности устройств по току

Зная величину силы тока, можно простыми расчетами определить мощность подключенного к сети потребителя — лампочки, кондиционера, холодильника или телевизора. Для этой цели используем установленный Джоулем и Ленцом закон:

Формула мощности

Сделаем простой расчет на примере автомобильной лампочки с потребляемым током в 5 А. Питание автомобиля 12 вольт, тогда мощность лампочки = 5*12 = 60 ватт. Для стирального агрегата в квартире: напряжение сети 220 вольт, потребляемый ток 10 А по измерительному прибору, тогда мощность = 10*220 = 2200 ватт, или 2,2 кВт.

Скорость дрейфа

Подвижные заряженные частицы внутри проводника постоянно движутся в случайных направлениях, как частицы газ. (Точнее, Ферми газ.) Чтобы создать чистый поток заряда, частицы также должны двигаться вместе со средней скоростью дрейфа. Электроны являются носителями заряда в большинстве металлы и они следуют беспорядочным путем, подпрыгивая от атома к атому, но обычно дрейфуя в противоположном направлении электрического поля. Скорость, с которой они дрейфуют, можно рассчитать по уравнению:

я=пАvQ,{ Displaystyle I = nAvQ ,,}

куда

я{ displaystyle I} электрический ток

п{ displaystyle n} количество заряженных частиц в единице объема (или плотность носителей заряда)

А{ displaystyle A} площадь поперечного сечения проводника

v{ displaystyle v} это скорость дрейфа, и

Q{ displaystyle Q} — заряд каждой частицы.

Обычно электрические заряды в твердых телах текут медленно. Например, в медь провод сечением 0,5 мм2, проводящий ток 5 А, скорость дрейфа электронов составляет порядка миллиметра в секунду. Возьмем другой пример, в почти вакууме внутри электронно-лучевая трубка, электроны движутся почти по прямым линиям на расстоянии примерно одной десятой скорость света.

Любой ускоряющий электрический заряд и, следовательно, любое изменение электрического тока вызывает электромагнитный волна, которая распространяется с очень высокой скоростью за пределы поверхности проводника. Эта скорость обычно составляет значительную часть скорости света, что можно вывести из Уравнения Максвелла, и поэтому во много раз быстрее скорости дрейфа электронов. Например, в Линии питания переменного тока, волны электромагнитной энергии распространяются через пространство между проводами, перемещаясь от источника к удаленному нагрузка, хотя электроны в проводах движутся вперед и назад только на крошечные расстояния.

Отношение скорости электромагнитной волны к скорости света в свободном пространстве называется коэффициент скорости, и зависит от электромагнитных свойств проводника и окружающих его изоляционных материалов, а также от их формы и размера.

Заключение

Мы познали суть электричества, выяснили как это работает, по крайней мере, в общих чертах. Для людей с творческим мышлением, далеким от физики, можно мысленно представить, как очень маленькие частички очень быстро перетекают с одного места на другое по своей электрической цепи. Основой любого вещества является ядро. Если есть разница потенциалов (в одном месте возникло скопление одного вида зарядов, а в другом, противоположного вида), то при появлении пути (соединение цепи) начинается процесс выравнивания этих самых потенциалов. Таким образом вырабатывается электрический ток.