!!!! для школьных учителей !!!! Как теперь смотреь флэш-файлы!

Содержание
  1. Определение
  2. Структура металлов
  3. Как образуется электрический ток?
  4. 2.2. ЭДС. Источник тока. Напряжение
  5. Что является носителем электрического тока?
  6. Сферы использования электрического тока
  7. Ток смещения в диэлектрике
  8. Электрические токи в природе
  9. Что такое мощность и плотность тока?
  10. 2.4. Закон Джоуля-Ленца
  11. Как проявляется электрический ток в зависимости от разных сред?
  12. Что такое ток, напряжение и сопротивление
  13. Напряжение ( U )
  14. Электрический ток в различных средах
  15. В металлах
  16. В полупроводниках
  17. В вакууме и газе
  18. В жидкостях
  19. ПВХ-изолента пламегасящая
  20. Условия для возникновения электрического тока
  21. Условия, необходимые для существования электрического тока
  22. Необходимые условия для существования электрического тока в металлах
  23. Условия существования электрического тока в жидкостях
  24. Классификация тока
  25. Понятие, сущность и проявления электрического тока
  26. Готовые работы на аналогичную тему
  27. Где применяется электрический ток
  28. 2.7. Заряженная частица в плоском конденсаторе
  29. Опасность электрического тока
  30. Примечания
  31. Действия тока
  32. Проводимость металлов

Определение

Электрическим током является направленное движение носителей зарядов – это стандартная формулировка из учебника физики. В свою очередь носителями заряда называются определенные частицы вещества. Ими могут быть:

  • Электроны – отрицательные носители заряда.
  • Ионы – положительные носители заряда.

Но откуда берутся носители заряда? Для ответа на этот вопрос нужно вспомнить базовые знания о строении вещества. Всё что нас окружает – вещество, оно состоит из молекул, мельчайших его частиц. Молекулы состоят из атомов. Атом состоит из ядра, вокруг которого движутся электроны на заданных орбитах. Молекулы также хаотично движутся. Движение и структура каждой из этих частиц зависят от самого вещества и влияния на него окружающей среды, например температуры, напряжения и прочего.

Что такое электрический ток и каковы условия его существования

Ионом называют атом, у которого изменилось соотношение электронов и протонов. Если изначально атом нейтрален, то ионы в свою очередь делят на:

  • Анионы – положительный ион атома, потерявшего электроны.
  • Катионы – это атом с «лишними» электронами, присоединившиеся к атому.

Единица измерения тока – Ампер, согласно закону Ома он вычисляется по формуле:

I=U/R,

где U – напряжение, [В], а R – сопротивление, [Ом].

Или прямопропорционален количеству заряда, перенесенному за единицу времени:

I=Q/t,

где Q – заряд, [Кл], t – время, [с].

Структура металлов

На предыдущих уроках мы изучили практически все понятия, связанные с возникновением электрического тока: электрические заряды, электрическое поле, источники тока, простейшие электрические цепи и электрические схемы. Теперь нам предстоит выяснить, как течёт электрический ток в металлах, какие действия оказывает электрический ток, а также направление тока.

Металлы, как мы выяснили из экспериментов на предыдущих уроках, хорошо проводят электрический ток. Для того чтобы пояснить этот факт, зададимся вопросом: а что же такое металлы?

Металлы, как правило, – это поликристаллические вещества (состоящие из множества кристаллов) (Рис. 1, 2).

Рис. 1. Металлы (


)

Рис. 2. Структура железа ()

Как образуется электрический ток?

Электрический ток появляется в веществе при условии наличия свободных (несвязанных) заряженных частиц. Носители заряда могут присутствовать в среде изначально, либо образовываться при содействии внешних факторов (ионизаторов, электромагнитного поля, температуры).

В отсутствие электрического поля их передвижения хаотичны, а при подключении к двум точкам вещества разности потенциалов становятся направленными – от одного потенциала к другому.

Количество таких частиц влияет на проводимость материала – различают проводники, полупроводники, диэлектрики, изоляторы.

2.2. ЭДС. Источник тока. Напряжение

Чтобы в проводнике протекал постоянный электрический ток: 1) подают на один конец заряды, а на другом их снимают; и 2) нужны некоторые силы, чтобы заряд перемещался, т.е. нужны силы неэлектрического происхождения, их называют сторонние силы.

image437.gif

Сторонние силы не должны быть электрическими, а должны быть химическими, ядерными, механическими и т.д. для совершения работы по перемещению заряда по участку цепи. Участок цепи, в который включается источник сторонних сил обозначается двумя перпендикулярными линиями: тонкая длинная — источник «+» зарядов, толстая короткая — источник «-» .

image438.gif

Устройство, в котором возникают сторонние силы, называются источником тока. Если потенциалы φ1, φ2 в точках 1 и 2 создаются так же электрическими силами, тогда полная сила, вынуждающая заряды двигаться, F=Fстор+FK , а работа по перемещению заряда из точки (1) в точку (2) А12=Fr, если ток протекает в цепи постоянный:

А12=Fr=Fстор · r+FK· r =Eстор·qr+Eкул·qr

Введем понятие силовой характеристики сторонних сил, заставляющих заряды q двигаться, такое как, напряженность поля сторонних сил, тогда:

Fстор =Eстор·q

Зная связь между напряженностью и разностью потенциалов, можем записать, что:

image439.gif

Тогда полная работа:

А12=Eстор·qr + (φ1-φ2 )·q.

Разделив это уравнение на величину переносимого заряда q, получим: image440.gif.

Это напряжение, получаемое на концах участка цепи 1-2, содержащего сторонние силы. Согласно определению силовой характеристики сторонних сил можно записать:

image441.gif

image442.gifесть электродвижущая сила источника сторонних сил.

ЭДС (e) — электродвижущая сила источника сторонних сил; тогда выражение напряжения на концах участка цепи, содержащего сторонние силы, численно определяется с “+” , если э.д.с. помогает протеканию тока; и с “-” , если э.д.с. препятствует протеканию тока.

Что является носителем электрического тока?

Опытным путем доказано, что является главным носителем электрического тока. Электроны способны беспрепятственно двигаться в веществах, которые называются проводниками. Такая способность обеспечивается за счет отщепления электронов, движущихся по внешним орбитам от атомов вещества.

Движение в проводнике

В полупроводниках также возможно движение электричества, но с определенными затруднениями. Движение заряженных частиц в полупроводниках зависит от внешних факторов (давления, облучения и др.)

Не проводят ток диэлектрики, так как в них число свободных электронов минимально. Обозначить четкие границы между тремя указанными группами невозможно. В электротехнических приборах проводники обеспечивают движение зарядов, диэлектрики – задают нужное направление.

Возникновение электричества обусловлено влиянием на заряженные частицы сил из вне, имеющих не электростатическое происхождение (сторонние силы). Они обеспечивают в проводимом веществе наличие электрического поля, которое вынуждает положительно заряженные элементы двигаться согласно направлению сил данного поля. В этом случае, электроны, несущие отрицательный заряд, перемещаются в обратном направлении.

Диэлектрики

 Важно! В металлах электроны движутся поступательно. Отрицательные частицы пребывают в состоянии хаотичного движения в межатомном пространстве. Повышение температуры вещества связано со столкновением молекул между собой и их взаимодействием с электронами. При встрече отрицательной частицы с молекулой, она меняет направление движения, медленно перемещаясь вперед по сложной траектории. Перемещение в течение длительного промежутка времени в заданном направлении с хаотическим движением частиц, называется дрейфом. Электричество в металлах и есть такой дрейф частиц.

Сферы использования электрического тока

С момента своего раскрытия электричество активно завоевывало разные области человеческой деятельности, способствуя всестороннему промышленному и технологическому развитию современной цивилизации. Сегодня электрический ток является первостепенным энергетическим ресурсом во всех отраслях:

  • Промышленность и производство,
  • Сельское, коммунальное хозяйство,
  • Транспорт, информационные технологии,
  • В быту и на административных объектах.

Без электричества человек лишается возможности использования уже ставших обыденностью бытовых приборов, видео и аудиотехники, отопительного оборудования, охранных систем и компьютерной техники.

Ток смещения в диэлектрике

По определению вектора электрической индукции ($\overrightarrow{D}$):

где ${\varepsilon }_0$ — электрическая постоянная, $\overrightarrow{E}$ — вектор напряженность, $\overrightarrow{P}$ — вектор поляризации. Следовательно, ток смещения можно записать как:

где величина $\frac{\partial \overrightarrow{P}}{\partial t}$ — плотность тока поляризации. Токи поляризации — токи, которые вызваны движением связанных зарядов, которые принципиально не отличаются от свободных зарядов. Поэтому нет ни чего странного, что токи поляризации порождают магнитное поле. Принципиальная новизна содержится в утверждении, что вторая часть тока смещения (${\varepsilon }_0\frac{\partial \overrightarrow{E}}{\partial t}$), не связанная с движением зарядов, также порождает магнитное поле. Получается, что в вакууме, любое изменение электрического поля по времени вызывает магнитное поле.

Лень читать?

Задай вопрос специалистам и получи ответ уже через 15 минут!

Задать вопрос

Замечание 3

Однако, надо заметить, что сам термин «ток смещения» для диэлектриков имеет какое-то обоснование, так как в них действительно происходит смещение зарядов в атомах и молекулах. Но этот термин применяется и к вакууму, где зарядов нет, значит, нет их смещения.

Электрические токи в природе

МолнияМолния

Атмосферное электричество — электричество, которое содержится в воздухе. Впервые показал присутствие электричества в воздухе и объяснил причину грома и молнии Бенджамин Франклин.

В дальнейшем было установлено, что электричество накапливается в сгущении паров в верхних слоях атмосферы, и указаны следующие законы, которым следует атмосферное электричество:

  • при ясном небе, так же как и при облачном, электричество атмосферы всегда положительное, если на некотором расстоянии от места наблюдения не идёт дождь, град или снег;
  • напряжение электричества облаков становится достаточно сильным для выделения его из окружающей среды лишь тогда, когда облачные пары сгущаются в дождевые капли, доказательством чего может служить то, что разрядов молний не бывает без дождя, снега или града в месте наблюдения, исключая возвратный удар молнии;
  • атмосферное электричество увеличивается по мере возрастания влажности и достигает максимума при падении дождя, града и снега;
  • место, где идёт дождь, является резервуаром положительного электричества, окружённым поясом отрицательного, который, в свою очередь, заключён в пояс положительного. На границах этих поясов напряжение равно нулю.

Движение ионов под действием сил электрического поля формирует в атмосфере вертикальный ток проводимости со средней плотностью, равной около (2÷3)·10−12 А/м².

Полный ток, текущий на всю поверхность Земли, при этом составляет приблизительно 1800 А.

Молния является естественным искровым электрическим разрядом. Была установлена электрическая природа полярных сияний. Огни святого Эльма — естественный коронный электрический разряд.

Биотоки — движение ионов и электронов играет весьма существенную роль во всех жизненных процессах. Создаваемый при этом биопотенциал существует как на внутриклеточном уровне, так и у отдельных частей тела и органов. Передача нервных импульсов происходит при помощи электрохимических сигналов. Некоторые животные (электрические скаты, электрический угорь) способны накапливать потенциал в несколько сот вольт и используют это для самозащиты.

Что такое мощность и плотность тока?

Ну вот, мы выяснили, что такое ток постоянный, а что такое переменный. Но у вас наверняка осталось еще масса вопросов. Их-то мы и постараемся рассмотреть в этом разделе нашей статьи.

Из этого видео Вы подробнее сможете узнать о том, что же такое мощность.

  • И первым из этих вопросов будет: что такое напряжение электрического тока? Напряжением называется разность потенциалов между двумя точками.
Что является электрическим напряжением

Что является электрическим напряжением

  • Сразу возникает вопрос, а что такое потенциал? Сейчас меня вновь будут хаять профессионалы, но скажем так: это избыток заряженных частиц. То есть, имеется одна точка, в которой избыток заряженных частиц — и есть вторая точка, где этих заряженных частиц или больше, или меньше. Вот эта разница и называется напряжением. Измеряется она в вольтах (В).
Напряжение в розетке

Напряжение в розетке

  • В качестве примера возьмем обычную розетку. Все вы наверняка знаете, что ее напряжение составляет 220В. В розетке у нас имеется два провода, и напряжение в 220В обозначает, что потенциал одного провода больше чем потенциал второго провода как раз на эти 220В.
  • Понимание понятия напряжения нам необходимо для того, чтоб понять, что такое мощность электрического тока. Хотя с профессиональной точки зрения, это высказывание не совсем верное. Электрический ток не обладает мощностью, но является ее производной.
Плотность электрического тока в проводнике

Плотность электрического тока в проводнике

  • Дабы понять этот момент, давайте вновь вернемся к нашей аналогии с водяной трубой. Как вы помните сечение этой трубы — это напряжение, а скорость потока в трубе — это ток. Так вот: мощность — это то количество воды, которое протекает через эту трубу.
  • Логично предположить, что при равных сечениях, то есть напряжениях — чем сильнее поток, то есть электрический ток, тем больший поток воды переместиться через трубу. Соответственно, тем большая мощность передастся потребителю.
  • Но если в аналогии с водой мы через трубу определенного сечения можем передать строго определенное количество воды, так как вода не сжимается, то с электрическим током все не так. Через любой проводник мы теоретически можем передать любой ток. Но практически, проводник небольшого сечения при высокой плотности тока просто перегорит.
Формула плотности тока

Формула плотности тока

  • В связи с этим, нам необходимо разобраться с тем, что такое плотность тока. Грубо говоря — это то количество электронов, которое перемещается через определенное сечение проводника за единицу времени.
  • Это число должно быть оптимальным. Ведь если мы возьмем проводник большого сечения, и будем передавать через него небольшой ток, то цена такой электроустановки будет велика. В то же время, если мы возьмем проводник небольшого сечения, то из-за высокой плотности тока он будет перегреваться и быстро перегорит.
  • В связи с этим, в ПУЭ есть соответствующий раздел, который позволяет выбрать проводники исходя из экономической плотности тока.
Таблица выбора проводников по экономической плотности тока

Таблица выбора проводников по экономической плотности тока

  • Но вернемся к понятию, что такое мощность тока? Как мы поняли по нашей аналогии, при одинаковом сечении трубы передаваемая мощность зависит только от силы тока. Но если сечение нашей трубы увеличить, то есть увеличить напряжение, в этом случае, при одинаковых значениях скорости потока, будут передаваться совершенно разные объемы воды. То же самое и в электрике.
Передача мощностей через лини разных напряжений и видов электрического тока

Передача мощностей через лини разных напряжений и видов электрического тока

  • Чем выше напряжение, тем меньший ток необходим для передачи одинаковой мощности. Именно поэтому, для передачи на большие расстояния больших мощностей используют высоковольтные линии электропередач.

Ведь линия сечением провода в 120 мм2 на напряжение в 330кВ, способна передать в разы большую мощность в сравнении с линией такого же сечения, но напряжением в 35кВ. Хотя то, что называется силой тока, в них будет одинаковой.

2.4. Закон Джоуля-Ленца

В интегральной форме

Закон Джоуля-Ленца касается закона сохранения энергии; если считать, что система электрической цепи замкнутая, то работа по перемещению заряда в проводнике, если сам проводник не перемещается в пространстве, полностью преобразуется в тепловую энергию Q на участке (1-2).

image458.gif

image459.gif Учитывая, что q=I· t получаем:

Q=IU· t (1) image460.gif (2)

image461.gif (3)

Вид формулы для Q определяется условием задачи по определению выделившегося тепла. Формулы (1), (2), (3) есть закон Джоуля-Ленца в интегральной форме (определение полного тепла, выделившегося в цепи за все время протекания тока).

Тепловая мощность тока.

Для определения количества теплоты, выделившегося в единицу времени, вводят понятие тепловой мощности тока:

image463.gif.

Единицей мощности тока считают 1Вт=1Дж/1с.

В дифференциальной форме

Если электрическая цепь состоит из элементов различного сопротивления и геометрии, то цепь разбивают на отдельные участки и определяют закон Джоуля-Ленца для каждого участка. Последовательно расписывая

image464.gif image465.gif

image466.gif

Из закона Ома в дифференциальной форме следует:

image467.gif, т.к.

image468.gif Количество тепла, выделяемое в единице объема проводника за единицу времени равно квадрату плотности тока, умноженному на ρ, или квадрату напряженности электрического поля, деленному на ρ. Это закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме:

image469.gif.

Как проявляется электрический ток в зависимости от разных сред?

Электрическим током в различных веществах является совокупность движущихся частиц:

  • в металле — электроны;
  • в газах — ионы + электроны;
  • в вакуумном пространстве — электроны;
  • в полупроводниках — дырки, обеспечивающие электронно-дырочную проводимость;
  • в электрических плитах — ионы.

Ток может проявляться следующим образом:

  • происходит нагрев проводников (не относится к сверхпроводникам);
  • в проводниках изменяется химический состав и структура молекул;
  • возникает магнитное поле (относится ко всем видам проводников).

Что такое ток, напряжение и сопротивление

Электрический ток ( I ) – это упорядоченное движение заряженных частиц. Первая мысль, которая приходит в голову из школьного курса физики – движение электронов. Безусловно. Однако электрический заряд могут переносить не только они, а, например, еще ионы, определяющие возникновение электрического тока в жидкостях и газах. Хочу предостеречь также от сравнения тока с протеканием воды по шлангу. (Хотя при рассмотрении Закона Кирхгофа такая аналогия будет уместна). Если каждая конкретная частица воды проделывает путь от начала до конца, то носитель электрического тока так не поступает.

Материал по теме: Что такое реле контроля.

Если уж нужна наглядность, то я бы привел пример переполненного автобуса, когда на остановке некто, втискиваясь в заднюю дверь, становится причиной выпадения из передней менее удачливого пассажира. Условиями возникновения и существования электрического тока являются:

  • Наличие свободных носителей заряда
  • Наличие электрического поля, создающего и поддерживающего ток.

Будем считать, что теперь про электрический ток Вы знаете все. Это, конечно, шутка. Тем более что еще ничего не сказано про электрическое поле, которое у многих ассоциируется с напряжением, что не верно. Электрическое поле – это вид материи, существующей вокруг электрически заряженных тел и оказывающее на них силовое воздействие. Опять же, обращаясь к знакомому со школы “одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются” можно представить электрическое поле как нечто это воздействие передающее.

Что такое электрический ток, виды и условия его существования

Это поле, равно как любое другое непосредственно ощутить нельзя, но существует его количественная характеристика – напряженность электрического поля.

Существует множество формул, описывающих взаимосвязь электрического поля с другими электрическими величинами и параметрами. Я ограничусь одной, сведенной к примитиву: E=Δφ. Здесь:

  • E – напряженность электрического поля. Вообще это величина векторная, но я упростил все до скаляра.
  • Δφ=φ1-φ2 – разность потенциалов (рисунок 1).

Поскольку условием существования тока является наличие электрического поля, то его (поле) надо каким либо образом создать. Хорошо знакомые опыты электризации расчески, натирания тканью эбонитовой палочки, верчения ручки электростатической машины по вполне очевидным причинам на практике неприемлимы.

Электролиз в домашних условиях

Электролиз в домашних условиях

Поэтому были изобретены устройства, способные обеспечивать разность потенциалов за счет сил неэлектростатического происхождения (одно из них – хорошо всем известная батарейка), получившие название источник электродвижущей силы (ЭДС), которая обозначается так: ε. Физический смысл ЭДС определяется работой, которую совершают сторонние силы, перемещая единичный заряд, но для того, чтобы получить первоначальное понятие что такое электрический ток, напряжение и сопротивление нам не нужно подробное рассмотрение этих процессов в интегральной и иных не менее сложных формах.

Напряжение ( U )

Наотрез отказываюсь продолжать заморачивать Вам голову сугубо теоретическими выкладками и даю определение напряжения как разности потенциалов на участке цепи: U=Δφ=φ1-φ2, а для замкнутой цепи будем считать напряжение равным ЭДС источника тока: U=ε. Это не совсем корректно, но на практике вполне достаточно. Сопротивление ( R ) – название говорит само за себя – физическая величина, характеризующая противодействие проводника электрическому току. Формула, определяющая зависимость напряжения, тока и сопротивления называется закон Ома. Этот закон рассматривается на отдельной странице этого раздела.

Кроме того, сопротивление зависит от ряда факторов, например, материала проводника. Данные эти справочные, приводятся в виде значения удельного сопротивления ρ, определяемого как сопротивление 1 метра проводника/сечение. Чем меньше удельное сопротивление, тем меньше потери тока в проводнике.

Источники электрической энергии

Источники электрической энергии

Соответственно сопротивление проводника длиной L и площадью сечения S, будет составлять R=ρ*L/S. Непосредственно из приведенной формулы видно, что сопротивление проводника также зависит от его длины и сечения. Температура тоже оказывает влияние на сопротивление. Несколько слов про единицы измерения тока, напряжения, сопротивления. Основные единицы измерения этих величин следующие:

  • Ток – Ампер (А)
  • Напряжение – Вольт (В)
  • Сопротивление – Ом (Ом).

Это единицы измерения интернациональной системы (СИ) не всегда удобны. На практике применяются из производные (милиампер, килоом и пр.). При расчетах следует учитывать размерность всех величин, содержащихся в формуле. Так, если Вы, в законе Ома умножите ампер на килоом, то напряжение получите совсем не вольтах.

Интересно по теме: Как проверить стабилитрон.

Электрический ток в различных средах

В металлах

Носителями тока в металлических проводниках являются свободные электроны, которые из-за слабых электрических связей хаотично блуждают внутри кристаллических решёток (рис. 3). Как только в проводнике появляется ЭДС, электроны начинают упорядочено дрейфовать в сторону позитивного полюса источника питания.

Электрический ток в металлахРис. 3. Электрический ток в металлах

В результате прохождения тока возникает сопротивление проводников, которое препятствует потоку электронов и приводит нагреванию. При коротком замыкании выделение тепла настолько сильное, разрушает проводник.

В полупроводниках

В обычном состоянии у полупроводника нет свободных носителей зарядов.  Но если соединить два разных типа полупроводников, то при прямом подключении они превращаются в проводник. Происходит это потому, что у одного типа есть положительно заряженные ионы (дырки), а у другого – отрицательные ионы (атомы с лишним электроном).

Под напряжением электроны из одного полупроводника устремляются для замещения (рекомбинации) дырок в другом. Возникает упорядоченное движение свободных зарядов. Такую проводимость называют электронно-дырочной.

В вакууме и газе

Электрический ток возможен и в ионизированном газе. Заряд переносится положительными и отрицательными ионами. Ионизация газов возможна под действием излучения или вследствие сильного нагревания. Под действием этих факторов возбуждаются атомы, которые превращаются в ионы (рис. 4).

Электрический ток в газахРис 4. Электрический ток в газах

В вакууме электрические заряды не встречают сопротивления, поэтому. заряженные частицы движутся с околосветовыми скоростями. Носителями зарядов являются электроны. Для возникновения тока в вакууме необходимо создать источник электронов и достаточно большой положительный потенциал на электроде.

Примером может служить работа вакуумной лампы или электронно-лучевая трубка.

В жидкостях

Оговоримся сразу – не все жидкости являются проводниками. Электрический ток возможен в кислотных, щёлочных и соляных растворах. Иначе говоря – в средах, где имеются заряженные ионы.

Если опустить в раствор два электрода и подключить их к полюсам источника, то между ними будет протекать электрический ток (рис. 5). Под действием ЭДС катионы устремятся к катоду (минусу), а анионы к аноду. При этом будет происходить химическое воздействие на электроды – на них будут оседать атомы растворённых веществ. Такое явление называют электролизом.

Электроток в жидкостяхРис. 5. Электроток в жидкостях

Для лучшего понимания свойств электротока в разных средах, предлагаю рассмотреть картинку на рисунке 6. Обратите внимание на вольтамперные характеристики (4 столбец).

Электрический ток в средахРис. 6. Электрический ток в средах

ПВХ-изолента пламегасящая

В основе такой изоленты лежит мягкая плёнка ПВХ толщиной 0,10 мм. Используют пламегасящую ленту при ремонте проводов или автомобилей, или в других бытовых ситуациях. Изолента выдерживает ток высокого напряжения, что обеспечивает безопасность работы приборов.

Распределительными устройствами (РУ) называются конструкции, в которых смонтированы коммутационная, защитная, регулирующая, сигнальная аппаратура и электроизмерительные приборы. Они предназначены для управления электрическими цепями, их защиты и контроля. Степень насыщенности РУ оборудованием определяется их назначением и выполняемыми функциями.

Судовые распределительные устройства и требования к ним

Классификация РУ. По назначению РУ можно подразделить на: главные распределительные щиты (ГРЩ), аварийные распределительные щиты (АРЩ), пульты управления (ПУ), распределительные щиты (РЩ), щиты отдельных потребителей (ЩП), контрольные щиты (КЩ), специализированные щиты и щиты освещения (ЩО).

ГРЩ предназначены для управления, защиты, контроля и регулирования параметров электроэнергетической установки и распределения электроэнергии по судну в целом.

АРЩ выполняет ту же роль, что и ГРЩ, но для аварийных источников питания и потребителей, работающих в аварийном режиме.

ПУ предназначены для дистанционного контроля и управления работой генераторных агрегатов и ответственных потребителей.

РЩ служат для распределения электроэнергии в пределах определенного района судна или среди небольшой группы близких по назначению потребителей и получают питание от ГРЩ, АРЩ или от группового РЩ. Групповым РЩ называют распределительное устройство, служащее для питания нескольких РЩ и получающее питание непосредственно от ГРЩ или АРЩ.

Условия для возникновения электрического тока

От какого слова образуется слово “ток”. Я думаю, от слова поТОК. Поток воды, поток энергии, поток света и тд, а поток электронов в проводке называется просто “электрическим током”. Значит, заставляя “течь” электроны, мы тем самым создаем электрический ток!

Теперь снова надуйте свои пухленькие щечки и пытайтесь создать внутри полости рта очень высокое давление. Что у нас произойдет? Ваши губки не выдержат и поток воздуха устремится изо рта в окружающее пространство. То есть вы создали в полости рта высокое давление, которое устремилось в область низкого давления, то есть наружу. Почти схожим образом вы создаете “ветер” из пукана, напрягая свой животик :-).

Ладно, давайте обобщим, все что мы тут пописали. ЭДС создает движение электронов по проводку. Для того, чтобы было движение, электроны должны куда-то направляться, желательно обратно к ЭДС источнику. В идеале, должно быть как-то так:

Электрический ток

Как вы видите, труба у нас выходит из насосной станции и входит в насосную станцию. То есть контур трубы получается замкнутым. Пока работает насосная станция, у нас есть движуха воды. Как только насосная станция сломается, то движение воды прекратится. Также немаловажно чтобы труба не была тонкая в диаметре, иначе ее порвет, если насосная станция будет большой мощности.

Итак, какие условия должны соблюдаться, чтобы у нас получился нескончаемый поток овец?

  • у нас должно быть много свободных овец
  • мы должны направить этих свободных овец в одну сторону, то есть должны их как-то заманить.
  • сделать так, чтобы поток овец и гектары капусты никогда не заканчивались

Если перефразировать эти фразы на электрический ток, то получается:

  • у нас в веществе должно быть множество свободных электронов
  • мы должны заставить электроны двигаться в одном направлении
  • сделать так, чтобы сила, толкающая электроны в одном направлении никогда не иссякала

Условия, необходимые для существования электрического тока

Какие условия необходимы для возникновения электрического тока?

Электричество давно стало неизменным спутником человека. И это настолько обыденное явление, что практически никто не задумывается о том, какие условия необходимы для возникновения и существования электрического тока. Некоторым на помощь могут прийти знания, оставшиеся из школьного курса физики. Как правило, они ограничиваются понятием, что электрический ток – это упорядоченное движение частиц. Кто-то может добавить, что они еще должны переносить заряд. Кто-то вспомнит про электроны.

Постараемся систематизировать имеющуюся информацию в этом вопросе и уяснить для себя: какие условия приводят к возникновению электрического тока и какие обеспечивают его существование.

Необходимые условия для существования электрического тока в металлах

Металлы являются наиболее распространенными веществами, которые используются в качестве проводников электричества. Особенностью этих материалов является кристаллическая решетка, присущая их твердому состоянию. Эта конструкция состоит из атомов, на внешней оболочке которых присутствует некоторое количество валентных электронов.

При формировании кристаллической решетки в ее узлах остаются атомы с положительными ионами, а часть электронов утрачивает связь и начинает совершать хаотичное движение внутри материала. Именно они и будут являться теми носителями заряда, которые позволят существовать электрическому току, если создать требуемые условия для его возникновения.

Таким образом, наблюдаются носители заряда, которые перемещаются хаотично и бессистемно, что само по себе не может гарантировать возникновение электрического тока. Вторым условием существования которого является наличие некой дополнительной силы, способной привести к упорядоченному перемещению электронов. К появлению такой силы приводит электрическое поле, возникающее при подключении проводника к источнику электричества. Пока такое поле существует, будет выполняться условие существования электрического тока.

При разрыве цепи электроны перестают двигаться упорядочено, хотя хаотичное движение их внутри металла будет продолжаться. Но при этом электрическое поле будет равно нулю и существование тока станет невозможным в принципе. Необходимо отметить, что по модулю суммарный заряд свободных электронов в данном случае равен общему заряду положительных ионов, но имеет противоположный знак. Этим и объясняется то, что металлический проводник при отсутствии поля остается в электрически нейтральном состоянии.

Если немного обобщить и расширить вышесказанное, то к необходимым условиям существования электрического тока в металлах, кроме свободных электронов и поля, можно добавить наличие источника электричества и требование неразрывности соединения в цепи.

Условия существования электрического тока в жидкостях

В данных веществах ситуация будет несколько отличаться от вышеперечисленных условий. Необходимо оговориться, что речь пойдет о жидкостях проводниках т.н. второго рода. Это такие вещества, которые обладают ионным типом проводимости. К ним не относятся расплавы металлов, для которых характерен электронный вариант.

Жидкими проводниками второго типа считаются растворы солей, оснований и кислот. Отметим, что в данном перечне отсутствует вода. Дело в том, что в чистом виде молекулы в воде имеют полярность, что присуще диэлектрикам. Таким образом для создания условий существования электрического тока в жидкости необходимо привнести извне вещество, которое и предоставит свободные носители для перемещения заряда.

Рассмотрим простой практический пример. Если замкнуть электрическую цепь с встроенной лампочкой через емкость с дистиллированной водой нечего не произойдет. Лампа не загорится. Но достаточно добавить в жидкость шепотку поваренной соли (NaCl) и можно будет наблюдать работу источника освещения в обычном режиме. Объясняется это следующим – при внесении соли вода вступают во взаимодействие с молекулой NaCl и разъединяет ее на пары разноименно заряженных ионов.

Таким образом, создается одно из основных условий существования электрического тока в жидкостях, т.е. обеспечивается наличие свободных носителей заряда. Ион ионы хлора обладают отрицательным зарядом, а ионам натрия свойственен положительный заряд. Именно эти ионы и будут двигаться между электродами под действием электрического поля.

Давайте подведем итог. Для возникновения и существования электрического тока в металлах и жидкостях, обязательным условием является наличие свободных носителей заряда. Электроны или ионы – это не меняет сути. Второй момент – необходимо электрическое поле, с помощью которого возникает сила обеспечивающая перемещение носителей заряда между катодом и анодом.

Источник: http://podvi.ru/interesnoe/usloviya-neobxodimye-dlya-sushhestvovaniya-elektricheskogo-toka.html

Классификация тока

При движении заряженных частиц внутри макроскопического тела энергия называется электрическим током проводимости. Если же наблюдается движение макроскопических заряженных тел (к примеру — дождевые капли, имеющие заряд), ток будет конвекционным.

Основная классификация электрического тока предусматривает использование формулировки постоянного и переменного тока. Также рассмотрим и другие виды:

  • Постоянный ток — его направление и величина остаются неизменными во времени. Такой ток бывает пульсирующим, однонаправленным или выпрямленным переменным.
  • Переменный ток — изменяется во времени, под этим обозначением подразумевается любой вид непостоянного тока.
  • Периодический ток — его мгновенные значения, как правило, повторяются в неизменной последовательности через разные временные промежутки.
  • Синусоидальный ток — является периодическим электротоком, выполняющим синусоидальную функцию времени. Это означает, что происходит изменение электростатического потенциала каждого конца в проводнике по отношению к потенциалу другого конца — с отрицательного на положительный и наоборот. Это способствует возникновению тока, который непрерывно изменяет свое направление и амплитудное значение. Квазистационарный ток — это переменный вид тока, который изменяется довольно медленно. Его мгновенные значения достаточно точно выполняют соответствуют законам постоянных токов (Ома, правилам Кирхгофа, и др.). Как и в постоянном токе, в квазистационарном имеется одинаковая сила тока на абсолютно всех сечениях электроцепи.
  • Высокочастотный ток — относится к переменному току, частота которого превышает несколько десятков герц. Если волна излучения имеет длину, близкую к размерам элементов, входящих в электрическую цепь, могут быть нарушены условия квазистационарности. Следовательно, для проектировки таких цепе необходим особый подход.
  • Пульсирующий ток — представляется периодическим электротоком, в котором за определенный период среднее значение равно нулю.
  • Однонаправленный ток — является током, постоянно сохраняющим свое первоначальное направление.

Понятие, сущность и проявления электрического тока

Определение 1
Электрический ток – это упорядоченное и направленное движение заряженных частиц.

Такими частицами могут быть:

  • в газах – ионы и электроны,
  • в металлах – электроны,
  • в электролитах – анионы и катионы,
  • в вакууме – электроны (при определенных условиях),
  • в полупроводниках – дырки и электроны (электронно-дырочная проводимость).

Замечание 1

Часто используют такое определение. Электрический ток – это ток смещения, который возникает в результате изменения электрического поля во времени.

Готовые работы на аналогичную тему

  • Курсовая работа Электрический ток 450 руб.
  • Реферат Электрический ток 220 руб.
  • Контрольная работа Электрический ток 240 руб.

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость

Электрический ток может выражаться в следующих проявлениях:

  1. Нагрев проводников. Выделение теплоты не происходит в сверхпроводниках.
  2. Изменение химического состава некоторых проводников. Данное проявление преимущественно можно наблюдать в электролитах.
  3. Формирование электрического поля. Проявляется у всех проводников без исключения.

Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Рисунок 1. Электрический ток — упорядоченное движение заряженных частиц. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Где применяется электрический ток

Сегодня нет ни одной области, где бы не применялся эл. ток в различных его проявлениях. В основном, широко используется именно переменный ток: электроснабжение, железнодорожное сообщение, освещение, различное сетевое оборудование и др. Постоянный ток применяют в электролизе, сварочных работах, бортовых системах автомобилей, медицине.

Ученые на протяжение нескольких столетий пытались найти ответ на вопрос, почему и как возникает электрический ток. Сегодня жизнь современного общества невозможно представить без него. Залогом успешного применения электричества станет соблюдение основных правил безопасности, связанных с его использованием, так как электричество вместе с пользой, способно нанести вред человеку и его здоровью.

2.7. Заряженная частица в плоском конденсаторе

Рассмотрим два случая поведения заряженной частицы в конденсаторе.

а) частица движется перпендикулярно пластинам.

image500.gif

Напишем уравнение для отдельного электрона. По закону сохранения энергии работа по переносу заряда от пластины до пластины:

image501.gif

image502.gif.

б) частица движется параллельно пластинам.

image503.gif

Также рассмотрим действие поля конденсатора на электрон. По 2-му закону Ньютона сила Кулона вызывает ускорение в направлении, перпендикулярном пластинам, и отклоняет электрон к “+” пластине:

image504.gif;

Зная, image505.gif; image506.gif

Разложим скорость электрона на две составляющие: параллельную и перпендикулярную пластинам. image507.gif — параллельна пластинам. Эта скорость не меняется, т.к. вдоль пластин нет силы, действующей на электрон. Перпендикулярная составляющая — image508.gif, (если электрон влетел в конденсатор параллельно пластинам, image509.gif), определится в середине между обкладками как:

image510.gif.

Тогда путь, пройденный электроном в направлении, перпендикулярном пластинам:

image511.gif

Тогда время пролета электрона в конденсаторе параллельно пластинам: image512.gif

В результате этого анализа можно сказать, что электрон может выйти из конденсатора, если image513.gif, а если image514.gif, то электрон ударится об электрод, т.е. время пролета расстояния image515.gifменьше времени, затраченного на прохождение пути image396.gif.

Опасность электрического тока

Помимо полезных свойств, ток – это также достаточно опасное для человеческого здоровья и жизни явление. Так, при соприкосновении с оголенным проводником, в котором величина силы тока свыше 0,1 Аи напряжения – 100 В, возможны серьезные электротравмы, повреждения внутренних органов и даже остановка сердца. Поэтому перед началом работ на не обесточенном по каким-либо причинам участке цепи характеристики протекающего по нему электротока должны в обязательном порядке измеряться, чтобы разумно оценивать последствия поражения током при контакте с токопроводящей поверхностью.

На заметку. При работе на электроустановках необходимо знать, как называются предупреждающие знаки электрической безопасности. Это нужно для того, чтобы ориентироваться в том, насколько опасна работа на том или ином участке цепи в случае его вынужденного или случайного нахождения под напряжением.

Таким образом, знание природы и сути такого явления, как электрический ток (сокращенно эл ток это), позволяет не только понять, как он протекает по тем или иным веществам, но и осознать опасность данного явления для человеческого здоровья при неаккуратном обращении с находящимися под напряжением проводниками, вышедшими из строя электроприборами.

Примечания

  • Баумгарт К. К., Электрический ток.
  • А.С. Касаткин. Электротехника.
  • Ю.Г. Синдеев. Электротехника с элементами электроники.
  • Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. Бессонов Л.А.

Действия тока

Поговорим теперь о том, какое действие оказывает электрический ток. За счёт чего он получил такое широкое применение в быту и технике?

Можно выделить три основных действия электрического тока:

1. Тепловое. При прохождении тока проводник нагревается. Это одно из самых главных действий тока, которое используется человеком. Самый простой пример – некоторые бытовые обогреватели (Рис. 5).

Рис. 5. Электрообогреватель ()

2. Химическое. Проводник может изменять химический состав при прохождении по нему тока. В частности, при помощи электрического тока добывают некоторые металлы в чистом виде, выделяя их из различных соединений. К примеру, таким образом получают алюминий (Рис. 6).

Рис. 6. Электролизный цех алюминиевого class=»aligncenter» width=»670″ height=»446″[/img])

3. Магнитное. Если по проводнику течёт ток, то магнитная стрелка вблизи такого проводника изменит своё положение.

Проводимость металлов

Как уже отмечалось в прошлой главе, металлы являются самой распространенной средой, проводящей электрический ток. И носителями зарядов являются свободные электроны. В связи с этим существует особая терминология, в соответствии с которой проводимость металлов называется электронной проводимостью, а сами электроны металла – электронами проводимости.
Этот факт ни в коей мере не постулировался, а был проверен и доказан независимо многими учеными разными методами. Например, немецкий физик Карл Рикке проводил опыт по пропусканию тока в 0,1 А в течении года через три отполированных цилиндра: одного алюминиевого и двух медных. По истечению эксперимента (а за это время по цепи прошел огромный заряд в ) никаких изменений в структуре цилиндров не произошло, за исключением небольшой диффузии (рис. 1). А если бы носителями заряда были не электроны, а ионы, то тогда был бы перенос вещества одного цилиндра в вещество другого, и, конечно же, в результате столь длительного эксперимента, химическое строение цилиндров изменилось бы.

Рис. 1. Схема опыта Рикке

Еще одним опытом по подтверждению электронной проводимости металлов стал опыт 1912 года российских ученых Мангельштама и Папалекси, спустя небольшое время проведенный также англичанами Стюартом и Толменом. В ходе этого опыта катушка с большим количеством витков быстро вращалась, а затем резко тормозилась. В результате чего замкнутый вместе с ней в цепь гальванометр показывал наличие небольшого тока (рис. 2).

Рис. 2. Схема опыта Мангельштама-Папалекси

Дело в том, что вместе с раскручиваемой катушкой вращаются, конечно же, и находящиеся в металле электроны. Когда же катушка тормозится, электроны некоторое время продолжают двигаться внутри катушки по инерции, производя таким образом ток.

Сверхпроводимость

Определение. Сверхпроводимость – явление, когда сопротивление проводника становится близким к нулю.

Открытию явления сверхпроводимости предшествовало получение в 1908 году голландцем Камерлингом Оннесом (рис. 4) жидкого гелия. Помещая образец проводника в жидкий гелий, стало возможным наблюдать поведение проводников при сверхнизких температурах (близко к 0 ). И в 1911 году Оннес установил, что ртуть при температуре около 4 К резко приобретает сопротивление, равное нулю.

Рис. 4. Камерлинг Оннес (Источник)

Его опытам с ртутью предшествовали опыты с платиной, в результате которых он установил, что чем чище вещество (чем меньше в нем примесей), тем быстрее уменьшается его сопротивление с уменьшением температуры. Благодаря жидкому состоянию ртути при нормальных условиях, этот металл очень легко было очистить от примесей. И была установлена следующая зависимость удельного сопротивления ртути от низких температур: линейное снижение прерывается скачком к нулю (рис. 5):

Рис. 5.

Явление сверхпроводимости объясняется с точки зрения квантовой физики.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...