Современный мир невозможно представить без электричества, оно дарит человечеству комфорт в

Современный мир невозможно представить без
электричества, оно дарит человечеству комфорт в
быту, упрощает ему работу, освещает и обогревает,
значение электрического крайне тяжело
переоценить!
Что такое электрический ток?
Что такое электрический ток? В учебнике физики есть определение:
Электрический ток - это упорядоченное (направленное) движение
заряженных частиц под действием электрического поля. Такими
частицами могут являться: в металлах — электроны, в электролитах —
ионы (катионы и анионы), в газах — ионы и электроны, в вакууме при
определенных условиях — электроны, в полупроводниках — электроны и
дырки (электронно-дырочная проводимость).
Электроны
вращается
вокруг ядра
Увеличенный электрон
Процесс испускания протонов
Структура атома: протон и нейтрон – частицы,
состоящие из трех кварков.
Ионы и электролиз
Ион — одноатомная или многоатомная электрически заряженная частица,
образующаяся в результате потери или присоединения атомом или молекулой одного
или нескольких электронов. Ионизация (процесс образования ионов) может
происходить при высоких температурах, под воздействием электрического поля,
ионизирующего излучения и т.п.
В виде самостоятельных частиц, ионы встречаются во всех агрегатных состояниях
вещества — в газах (в частности, в атмосфере), в жидкостях (в расплавах и
растворах), в кристаллах и в плазме (в частности, в межзвёздном пространстве).
Заряд иона кратен заряду электрона. Понятие и термин «ион» ввёл в 1834 году Майкл
Фарадей, который, изучая действие электрического тока на водные растворы кислот,
щелочей и солей, предположил, что электропроводность таких растворов обусловлена
движением ионов. Положительно заряженные ионы, движущиеся в растворе к
отрицательному полюсу (катоду), Фарадей назвал катионами, а отрицательно
заряженные, движущиеся к положительному полюсу (аноду) — анионами.
Являясь химически активными частицами, ионы вступают в реакции с атомами,
молекулами и между собой. В растворах ионы образуются в результате
электролитической диссоциации и обусловливают свойства электролитов.
Схема электролиза
Электролиз — физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах
составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом
вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока
через раствор, либо расплав электролита.
Упорядоченное движение ионов в проводящих жидкостях происходит в электрическом поле,
которое создается электродами — проводниками, соединёнными с полюсами источника
электрической энергии. Анодом при электролизе называется положительный электрод,
катодом — отрицательный. Положительные ионы — катионы — (ионы металлов,
водородные ионы, ионы аммония и др.) — движутся к катоду, отрицательные ионы —
анионы — (ионы кислотных остатков и гидроксильной группы) — движутся к аноду.
Электролиз является основным процессом, благодаря которому функционирует химический
источник тока.
Электролиз находит применение в очистке сточных вод. Применяется для получения многих
веществ (металлов, водорода, хлора и др.), при нанесении металлических покрытий
(гальваностегия), воспроизведении формы предметов (гальванопластика)
Проявление тока
Электрический ток имеет следующие
проявления:
I.
нагревание проводников (в
сверхпроводниках не происходит
выделения теплоты)
II. изменение химического состава
проводников (наблюдается
преимущественно в электролитах)
III. создание магнитного поля (проявляется у
всех без исключения проводников)
Классификация тока
Если заряженные частицы движутся внутри макроскопических тел относительно
той или иной среды, то такой ток называют электрический ток проводимости.
Если движутся макроскопические заряженные тела (например, заряженные
капли дождя), то этот ток называют конвекционный ток.
Различают переменный (AC), постоянный (DC) и пульсирующий электрические
токи, а также их всевозможные комбинации.
Постоянный ток — ток, направление и величина которого слабо меняются во
времени.
Переменный ток — ток, величина и направление которого меняются во времени.
В широком смысле под переменным током понимают любой ток, не являющийся
постоянным. Среди переменных токов основным является ток, величина
которого изменяется по синусоидальному закону.
Пульсирующий ток — ток, у которого изменяется только величина, а
направление остаётся постоянным.
Вихревые токи (токи Фуко) — «замкнутые электрические токи в массивном
проводнике, которые возникают при изменении пронизывающего его магнитного
потока», поэтому вихревые токи являются индукционными токами. Чем быстрее
изменяется магнитный поток, тем сильнее вихревые токи. Вихревые токи не
текут по определённым путям в проводах, а замыкаясь в проводнике образуют
вихреобразные контуры
Схематическое изображение
графиков различных типов тока
Направление тока
Исторически принято, что направление тока совпадает с направлением
движения положительных зарядов в проводнике. При этом, если
единственными носителями тока являются отрицательно заряженные частицы
(например, электроны в металле), то направление тока противоположно
направлению движения заряженных частиц.
Скорость направленного движения частиц в проводниках зависит от
материала проводника, массы и заряда частиц, окружающей температуры,
приложенной разности потенциалов и составляет величину, намного меньшую
скорости света. За 1 секунду электроны в проводнике перемещаются за счет
упорядоченного движения меньше чем на 0,1 мм. Несмотря на это, скорость
распространения собственно электрического тока равна скорости света
(скорости распространения фронта электромагнитной волны). То есть то
место, где электроны изменяют скорость своего движения после изменения
напряжения, перемещается со скоростью распространения электромагнитных
колебаний.
Сила тока
Сила тока — физическая величина, равная отношению количества
заряда, прошедшего за некоторое время через поперечное сечение
проводника, к величине этого промежутка времени.
𝑞
I=
𝑡
По закону Ома сила тока I на участке цепи прямо пропорциональна
напряжению U, приложенному к этому участку цепи, и обратно
пропорциональна его сопротивлению R.
𝑈
I=
𝑅
Сила тока в Международной системе единиц (СИ) измеряется в
амперах (A)
Если сила тока в проводнике равна 1 амперу, то за одну секунду
через поперечное сечение проходит заряд, равный 1 кулону.
Электрическое напряжение
Электрическое напряжение (U) между двумя точками электрической цепи или электрического
поля, равно работе электрического поля по перемещению единичного положительного заряда
из одной точки в другую. В потенциальном электрическом поле эта работа не зависит от пути,
по которому перемещается заряд; в этом случае U между двумя точками совпадает с разностью
потенциалов между ними.
В упрощенном виде это выглядит так: U=
А
𝑞
Если поле непотенциально , то напряжение зависит от того пути, по которому перемещается
заряд между точками. Непотенциальные силы, называются сторонними, действуют внутри
любого источника постоянного тока (генератора, аккумулятора, гальванического элемента и
др.). Под напряжением на зажимах источника тока всегда понимают работу электрического поля
по перемещению единичного положительного заряда вдоль пути, лежащего вне источника; в
этом случае U равно разности потенциалов на зажимах источника и определяется Ома законом:
U = IR—E, где I — сила тока, R — внутреннее сопротивление источника, а E — его
электродвижущая сила (эдс). При разомкнутой цепи (I = 0) напряжение по модулю равно эдс
источника. Поэтому ЭДС источника часто определяют как U на его зажимах при разомкнутой
цепи.
В случае переменного тока U обычно характеризуется действующим (эффективным)
значением, которое представляет собой среднеквадратичное за период значение напряжения.
Напряжение на зажимах источника переменного тока или катушки индуктивности измеряется
работой электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль пути,
лежащего вне источника или катушки. Вихревое (непотенциальное) электрическое поле на этом
пути практически отсутствует, и напряжение равно разности потенциалов. U обычно измеряют
вольтметром. Единица U в Международной системе единиц — вольт.
Электрическое сопротивление
Электрическое сопротивление — физическая величина, характеризующая
свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и
равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока,
протекающего по нему.
R=
𝑈
𝐼
Сопротивление проводника при прочих равных условиях зависит от его
геометрии и от удельного электрического сопротивления материала, из
которого он состоит.
Сопротивление однородного проводника постоянного сечения зависит от
свойств вещества проводника, его длины, сечения и вычисляется по
формуле:
R=
𝜌𝑙
𝑆
ρ-удельное электрическое сопротивление, или просто удельное
сопротивление вещества характеризует его способность препятствовать
прохождению электрического тока (Ом·мм²/м)
Единицей электрического сопротивления является 1 Ом.
Мощность тока
При наличии тока в проводнике совершается работа против сил
сопротивления. Электрическое сопротивление любого
проводника состоит из двух составляющих:
активное сопротивление — сопротивление теплообразованию;
реактивное сопротивление — «сопротивление, обусловленное
передачей энергии электрическому или магнитному полю (и
обратно)» .
Как правило, большая часть работы электрического тока
выделяется в виде тепла. Мощностью тепловых потерь
называется величина, равная количеству выделившегося тепла
в единицу времени. Согласно закону Джоуля — Ленца
мощность тепловых потерь в проводнике пропорциональна
силе протекающего тока и приложенному напряжению:
P=IU=𝐼
Мощность измеряется в ваттах.
2
𝑈2
R= 𝑅
Закон Джоуля — Ленца
Закон Джоуля — Ленца — физический закон, дающий
количественную оценку теплового действия электрического тока.
Установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем и независимо от него в
1842 году Эмилием Ленцем.
«Количество теплоты, выделяемое в единицу
времени в рассматриваемом участке цепи,
пропорционально произведению квадрата силы
тока на этом участке и сопротивления
участка»
Q=𝐼 2 Rt