Электрический ток

1.

Электрический ток

2.

Условия существования
электрического тока
• Условия существования электрического тока:
а) наличие свободных заряженных частиц
б) наличие внешней силы: электрического поля,
магнитного поля, света, тепла, механических
воздействий.
• Носители тока: в разных веществах разные заряженные
частицы являются носителями тока:
- электроны в металлах,
- ионы в электролитах,
- ионы и электроны в газах,
- в полупроводниках - электроны и «дырки»,
- в вакууме – движутся любые частицы.
Если электрический ток обусловлен движением
заряженных частиц внутри вещества, то он
называется током проводимости.

3.

Конвекционный ток
Будем перемещать в пространстве заряженное тело.
Такая ситуация согласуется с определением тока!
Направленное движение зарядов — есть, перенос
заряда в пространстве — присутствует. Ток, созданный
движением макроскопического заряженного тела,
называется конвекционным током.
Индукционный ток
Индукционный ток это такой ток,
который возникает в замкнутом проводнике
под действием переменного магнитного
поля.

4.

Электрический ток
в металлических проводниках
В металлах существуют свободные
заряженные частицы – электроны, которые
участвуют в тепловом (хаотическом)
движении.

5.

Если в металлическом проводнике
создано электрическое поле, то
частицы, сохраняя свое хаотичное
движение, начинают двигаться в
определенном направлении.
В проводнике возник
электрический ток.
Направление тока совпадает с
направлением вектора
напряжённости Е электрического
поля, вызывающего этот ток.
Таким образом, электрическим током называется
направленное (упорядоченное) движение
заряженных частиц под действием внешних сил.

6.

Возникновение электрического тока в металлических
проводниках под действием электрического поля – это
самый простой и распространённый случай

7.

Почему ток распространяется по
проводам мгновенно?
Дело в том, что свободные заряды (например, электроны в
металлах) под действием электрического поля источника
тока приходят в движение почти одновременно вдоль всего
проводника, так как в проводнике мгновенно распространяется
электрическое поле, которое действует на заряженные
частицы. Скорость же, с которой сами заряды перемещаются
внутри проводника, может быть намного меньше.
Поэтому различают 2 скорости:
1) Скорость распространения тока в проводнике
и она близка к скорости света в вакууме.
2) Скорость направленного движения
свободных зарядов. Это — средняя скорость
перемещения зарядов, образующих ток.
Называется скоростью дрейфа.

8.

НАПРАВЛЕНИЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
За направление электрического тока принято направление движения
положительно заряженных частиц. Такое направление предложил
Бенджамин Франклин ввиду отсутствия знаний того времени о
природе носителей электрического заряда в проводниках.
Таким образом ток в цепи движется от «+» к «-» по часовой или
против часовой стрелки в зависимости от направления тока в цепи.
Направление тока совпадает с направлением напряжённости
электрического поля, вызывающего этот ток.

9.

Тепловое действие
При прохождению тока по проводнику в результате
столкновения частиц с ионами кристаллической решетки
происходит
нагревание
проводника.
Тепловое
действие
электрического
тока
используется
в
нагревательных
и
осветительных приборах. В основе действия тепловых амперметров
лежит тепловое расширение проводника с током, приводящее к
перемещению стрелки прибора.

10.

Химическое действие
- это разложение сложных веществ на простые под действием
электрического тока, например при пропускании тока через
подкисленную воду она распадается на составляющие:
водород и кислород;
- используется в химических источниках тока, при очистке и
получении
чистых
металлов
(медь,
алюминий),
гальванопластике, гальваностегии и др. областях.
Электролиз
CuSO4→Cu +SO4
Гальванический
элемент
Пропуская ток через раствор
медного купороса, получают
чистую медь

11.

Магнитное действие
– вокруг проводника с током образуется магнитное
поле, нашло широкое применение в различных
электротехнических устройствах: генераторах,
двигателях, электронных замках, устройствах
автоматического включения и выключения – реле,
автоматах, переключателях и т.д.
До 2019 года
магнитное
взаимодействие
проводников с током
использовалось в
основе выбора
единицы силы тока
1 ампер.
Опыты Ампер Андре Мари

12.

Сила тока – это физическая величина, равная
отношению электрического заряда q, прошедшего
через поперечное сечение проводника, ко времени
его прохождения t.
I-сила тока(А)
q-электрический заряд(Кл)
t-время(с)
Зная единицы силы тока, легко получить
определение единицы электрического заряда в СИ.
1 Кл – это заряд, проходящий через
поперечное сечение проводника за 1 с при силе
тока в проводнике 1 А:
В связи с этим кулон также называют ампер-секундой (А∙с)

13.

1 Ампер — много это
или мало?
• Ток силой в 0,05 Ампер вызывает неприятные
ощущения, ток в 0,1 Ампер может убить
человека за несколько секунд.
• В светодиодных лампочках течёт ток в 0,02
Ампер, мобильный телефон при максимальной
нагрузке потребляет до 0,5 Ампер,
автомобильный аккумулятор способен выдавать
несколько сотен Ампер, а ток в молнии
достигает 200 000 Ампер.

14.

Плотность тока – это физическая величина,
которая характеризует распределение силы
тока в проводнике. Она обозначается символом
J и измеряется в амперах на квадратный метр
А/м².
J=I/А
J- плотность тока, А/м²
I-сила тока, А
А-площадь поперечного сечения проводника, м²
Плотность тока позволяет оценить, насколько интенсивно происходит
движение зарядов в проводнике. Чем больше плотность тока, тем больше
зарядов проходит через единицу площади проводника за единицу
времени.
! Важно отметить, что плотность тока может быть разной в
разных частях проводника. Например, в узких участках
проводника плотность тока может быть выше, чем в широких
участках. Плотность тока прямо пропорциональна площади
поперечного сечения и обратно пропорциональна длине
проводника. Сила тока же I
не зависит от площади
поперечного сечения и длины проводника.

15.

Постоянный и переменный
электрический ток
Электрический ток называется постоянным, если за
равные промежутки времени через поперечное сечение
проводника проходит одинаковый заряд или это ток,
сила и направление которого не изменяются с течением
времени. Постоянный ток является разновидностью
однонаправленного тока (англ. direct current), т.е. тока,
не изменяющий своего направления. Часто можно
встретить сокращения DC от первых букв англ. слов или
символами по ГОСТ 2.721-74.
Переменный электрический ток — это ток,
периодически изменяющийся со временем. Он
также имеет свои условные обозначения
согласно ГОСТу или английскими буквами АC
(англ. alternating current).

16.

ГОСТ 2.721-74
Единая система конструкторской документации.
Обозначения условные графические в схемах.

17.

Гальванометр
Гальванометр - это электромеханический измерительный
прибор для измерения электрического тока.
Отклонение магнитной стрелки под действием тока, протекающего
в проводнике было впервые описано Гансом Эрстедом в 1820 году. Это
явление рассматривалось, как один из способов измерения электротока.
Самое раннее упоминание о гальванометре сделал Иоганн Швейгер в
университете Галле 16 сентября 1820 года. Термин гальванометр впервые
появился в 1836 году по фамилии ученого Луиджи Гальвани.
Условные
обозначения
гальванометра на
электрических
схемах

18.

Амперметр
Амперметр- прибор для измерения силы тока.
Впервые силу тока в 1 ампер определяли с помощью
серебряной пластинки, которую погружали в раствор нитрата
серебра. Под действием протекающего тока серебро выпало из
раствора и оседало на пластине. Взвесив пластину до и после
ученые определили, что один ампер тока соответствует осаждению
0,001118 грамма серебра в секунду. Это определение изменилось с
годами, и сегодня 1 ампер – это поток заряда и значение одного
кулона за 1 секунду.
Условное
обозначение
амперметра на
электрических
схемах

19.

Чем отличаются
гальванометры и амперметры?
Амперметр и гальванометр являются измерительными приборами,
используемыми для измерения тока в электрических цепях. Оба
подключены последовательно к цепи.
Самое важное различие заключается в том, что амперметр
показывает только величину тока, в то время как гальванометр
показывает величину вместе с направлением тока. Поэтому в
амперметре нулевое положение отмечено слева от шкалы, а у
гальванометра - в центре шкалы.
Гальванометр может измерять только постоянный ток (DC) и
сравнительно малой величины.
Гальванометры – электромеханические приборы, амперметры –
электромеханические и цифровые.

20.

Измерение силы тока
Схема электрической цепи
Амперметр включают в цепь последовательно с тем прибором, силу
тока в котором измеряют. Собственное сопротивление амперметра
должно быть мало, поскольку включение амперметра не должно
изменять силу тока в цепи.
! Включая амперметр в цепь постоянного тока,
необходимо соблюдать полярность: провод, который идёт
от положительного полюса источника тока, нужно
соединять
с клеммой амперметра со знаком «+»;
провод, который идёт от отрицательного полюса
источника тока, нужно соединять с клеммой амперметра
со знаком «-».

21.

! При использовании амперметра необходимо приблизительно
знать значение силы тока. Через амперметр проходит весь
заряд, если заряд будет больше, чем предел измерений
прибора, то амперметр «перегорит».

22.

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
В ПРОИЗВОДСТВЕ И БЫТУ