СИЛА ТОКА
Направленное движение заряженных частиц называется электрическим током.
Условия существования
электрического тока в проводнике:
1. наличие свободных заряженных
частиц (в металлическом проводнике - свободных электронов),
2. наличие электрического поля
в проводнике
(электрическое поле в проводнике
создается источниками тока.).
Электрический ток имеет направление.
За направление тока принимают направление движения положительно
заряженных частиц.
Сила тока (I) - скалярная величина, равная отношению заряда q , прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени t , в течение которого шел ток.
Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.
Единица измерения
силы тока в системе СИ:
[I] = 1 A (ампер)
В 1948 г. было предложено в основу определения единицы силы тока положить явление взаимодействия двух поводников с током:
........................
При прохождении тока по двум параллельным проводникам в одном направлении проводники притягиваются, а при прохождении тока по этим же проводникам в противоположных направлениях отталкиваются.
За единицу силы тока 1 А принимают силу тока, при которой два параллельных проводника длиной 1м, расположенные на растоянии 1м друг от друга, взаимодействуют с силой 0,0000002 Н.
АНДРЕ-МАРИ АМПЕР
(1775 - 1836)
- французский физик и математик
Ввел такие термины
, как электростатика, электродинамика,
соленоид, ЭДС, напряжение, гальванометр, электрический ток и т.
д.;
- предположил, что, вероятно, возникнет новая наука об общих
закономерностях процессов управления и предложил назвать ее "кибернетикой";
- открыл явление механического взаимодействия
проводников
с током и правило определения направления тока;
- имеет труды
во многих областях наук: ботанике, зоологии,
химии, математике, кибернетике;
Его именем названа единица измерения силы тока - 1 Ампер.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТОКИ В ПРИРОДЕ.
Мы живем в океане электрических разрядов, создаваемых машинами, станками и людьми. Эти разряды - кратковременные электрические токи не так мощны, и мы их часто не замечаем. Но они все-таки существуют и могут принести немало вреда!
Что такое молния?
В результате движения и трения друг о друга воздушные слои в атмосфере
электризуются. В облаках с течением времени скапливаются большие заряды
. Они-то и являются причиной молний.
В момент, когда заряд облака станет большим, между его частями,
имеющими противоположные по знаку заряды, проскакивает мощная электрическая искра – молния.
Молния может образовываться между
двумя соседними облаками и между облаком и поверхностью Земли.
В этом случае под действием электрического поля отрицательного
заряда нижней части облака поверхность Земли под облаком электризуется
положительно. В результате молния ударяет в землю.
Природа молнии стала проясняться после исследований, проведенных
в XVIII столетии русскими учеными М.В.Ломоносовым
и Г.Рихманом
и американским ученым Б.Франклином.
Обычно молнию рисуют бьющей сверху вниз
. Между тем в действительности свечение
начинается снизу и только затем распространяется по вертикальному каналу.
Молния – точнее ее видимая фаза, оказывается, бьет снизу вверх!
ЗАГЛЯНИ НА КНИЖНУЮ ПОЛКУ!
А ЕСТЬ ЛИ ГРОМООТВОД У ТЕБЯ НА ДАЧЕ?
Одним из первых в мире громоотводов (молниеотводов)
водрузил над крестом
своего храма сельский священник из Моравии по имени Прокоп Дивиш, крестьянский
сын, ученый и изобретатель.
Это было в июне 1754 года.
___
Первый в России
молниеотвод появился в 1756 г. над Петропавловским собором в Петербурге.
Он был сооружен после того, как молния дважды ударила в шпиль собора и подожгла его.
СДЕЛАЙ САМ!
Домашняя молния.
На столе разложить большой полиэтиленовый
пакет. На него поставить
противень. На середину противня положить большой кусок пластилина,
такой чтобы, вместе с пластилином поднимался
и противень. Взявшись
за пластилин, как за ручку, круговыми движениями потереть
противень
о полиэтилен. Потом, держась только
за пластилин,
приподнять противень, а другой рукой поднести
к краю противня монету.
С противня в монету ударит искра, так как противень,
потёртый о полиэтилен, приобрёл отрицательный заряд. Между заряженным противнем и монетой присходит разряд.
Так же
образуется
молния в природе!
ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ?
Электрический ток, протекающий через тело
человека, оказывает
следующие воздействия:
менее 0,01 А - не ощущается
или ощущается очень слабо;
0,02 А - вызывает болезненные
ощущения;
0,03 А - нарушает
дыхание;
0,1 А - вызывает фибрилляцию сердца, что нередко приводит к смерти
(самый опасный ток);
более 0,2 А - вызывает сильный ожог и останавливает дыхание.
Самый мощный электрический ток
был сгенерирован в Научной лаборатории Лос-Аламоса, США.
При одновременном
разряде 4032 конденсатора, объединённые в суперконденсатор «Зевс»,
в течение нескольких микросекунд дают вдвое больший
электрический
ток, чем ток,
генерируемый всеми
энергетическими установками Земли.
Примерно 6 тысяч миллионов миллиардов электронов проходит за 1 секунду через поперечное сечение проводника при силе тока в 1 Ампер.
А СМОЖЕШЬ ЛИ ТЫ СООБРАЗИТЬ?
(решаем на "5")
В электропоезде ток идет по воздушному проводу, двигателю вагона
и рельсу.
Одинакова
ли сила тока в тонком проводе и толстом рельсе?
Другие страницы по темам физики за 8 класс:
К 1 сентября! Проверочный тест
Тепловое движение. Температура
Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии
Теплопередача. Теплопроводность
Конвекция
Излучение
Теплопередача в природе и технике
Количество теплоты
Нагревание и охлаждение тел
Энергия топлива
Агрегатные состояния вещества
Плавление кристаллических тел
Отвердевание кристаллических тел
Парообразование. Испарение
Кипение
В электродинамике - разделе учения об электричестве, в котором рассматриваются явления и процессы, обусловленные движением электрических зарядов или макроскопических заряженных тел,-важнейшим понятием является понятие электрического тока. Электрическим током называется любое упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов. В проводнике под действием приложенного электрического поля Е свободные электрические заряды перемещаются: положительные - по полю, отрицательные - против поля (рис. 146, а), т.е. в проводнике возникает электрический ток, называемый током проводимости. Если же упорядоченное движение электрических зарядов осуществляется перемещением в пространстве заряженного макроскопи-
ческого тела (рис. 146, б), то возникает так называемый конвекционный ток.
Для возникновения и существования электрического тока необходимо, с одной стороны, наличие свободных носителей тока - заряженных частиц, способных перемещаться упорядоченно, а с другой - наличие электрического поля, энергия которого, каким-то образом восполняясь, расходовалась бы на их упорядоченное движение. За направление тока условно принимают направление движения положительных зарядов.
Количественной мерой электрического тока служит сила тока I - скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени:
I=dQ/dt.
Ток, сила и направление которого не изменяются со временем, называется постоянным. Для постоянного тока
где Q - электрический заряд, проходящий за время t через поперечное сечение проводника.
Единица силы тока - ампер (А) (определение см. на с. 5).
Физическая величина, определяемая силой тока, проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока, называется плотностью тока:
Выразим силу и плотность тока через скорость <v > упорядоченного движения зарядов в проводнике. Если концентрация
носителей
тока равна n
и
каждый носитель имеет элементарный
заряд е
(что
не обязательно для ионов), то за время
dt
через
поперечное сечение S
проводника
переносится заряд dQ=ne
I=dQ/dt=ne
а плотность тока
j =ne<v >. (96.1)
Плотность тока - вектор, ориентированный по направлению тока, т. е. направление вектора j совпадает с направлением упорядоченного движения положительных зарядов. Единица плотности тока - ампер на метр в квадрате (А/м 2).
Сила тока сквозь произвольную поверхность S определяется как поток вектора j , т. е.
где dS = n dS (n - единичный вектор нормали к площадке dS, составляющей с вектором j угол ).
§ 97. Сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение
Если в цепи на носители тока действуют только силы электростатического поля, то происходит перемещение носителей (они предполагаются положительными) от точек с большим потенциалом к точкам с меньшим потенциалом. Это приведет к выравниванию потенциалов во всех точках цепи и к исчезновению электрического поля. Поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в цепи устройства, способного создавать и поддерживать разность потенциалов за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками тока. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на заряды со стороны источников тока, называются сторонними.
Природа сторонних сил может быть различной. Например, в гальванических элементах они возникают за счет энергии
химических реакций между электродами и электролитами; в генераторе - за счет механической энергии вращения ротора генератора и т. п. Роль источника тока в электрической цепи, образно говоря, такая же, как роль насоса, который необходим для перекачивания жидкости в гидравлической системе. Под действием создаваемого поля сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему на концах цепи поддерживается разность потенциалов и в цепи течет постоянный электрический ток.
Сторонние силы совершают работу по перемещению электрических зарядов. Физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда, называется электродвижущей силой (э. д. с.) ξ, действующей в цепи:
ξ =A/Q 0 . (97.1)
Эта работа производится за счет энергии, затрачиваемой в источнике тока, поэтому величину ξ можно также называть электродвижущей силой источника тока, включенного в цепь. Часто, вместо того чтобы сказать: «в цепи действуют сторонние силы», говорят: «в цепи действует э. д. с.», т. е. термин «электродвижущая сила» употребляется как характеристика сторонних сил. Э. д. с., как и потенциал, выражается в вольтах (ср. (84.9) и (97.1)).
Сторонняя сила F ст, действующая на заряд Q 0 , может быть выражена как
f ст = E ст Q 0 ,
где Е ст - напряженность поля сторонних сил. Работа же сторонних сил по перемещению заряда Q 0 на замкнутом участке цепи равна
Разделив (97.2) на Q 0 , получим выражение для э.д.с., действующей в цепи:
т. е. э.д.с., действующая в замкнутой цепи, может быть определена как циркуляция вектора напряженности поля сторонних сил. Э.д.с., действующая на участке 1 -2,
На заряд Q 0 помимо сторонних сил действуют также силы электростатического поля F e =Q 0 E . Таким образом, результирующая сила, действующая в цепи на заряд Q 0 , равна
F =F ст +F c =Q 0 (E ст +E ).
Работа, совершаемая результирующей силой над зарядом Q 0 на участке 1 -2, равна
Используя выражения (97.3) и (84.8), можем записать
Для замкнутой цепи работа электростатических сил равна нулю (см. §83), поэтому в данном случае A 12 =Q 0 ξ 12 .
Напряжением U на участке 1 -2 называется физическая величина, определяемая работой, совершаемой суммарным полем электростатических (кулоновских) и сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда на данном участке цепи. Таким образом, согласно (97.4),
U 12 = 1 - 2 +ξ 12 .
Понятие напряжения является обобщением понятия разности потенциалов: напряжение на концах участка цепи равно разности потенциалов в том случае, если на этом участке не действует э.д.с., т. е. сторонние силы отсутствуют.
Содержание:
Движение заряженных частиц в проводнике в электротехнике называется электрическим током. Электроток не характеризуется только прошедшим через проводник значением количества электрической энергии, так как за 60 минут через него может пройти электричество равное 1 Кулону, но и такое же количество электричества можно пропустить через проводник за одну секунду.
Что такое сила тока
Когда рассматривается количество электричества, протекающее через проводник за разные интервалы времени, понятно, что за меньший промежуток времени ток течет интенсивней, поэтому в характеристику электротока вводится еще одно определение - это сила тока, которая характеризуется протекающим в проводнике током за секунду времени. Единицей измерения величины силы проходящего тока в электротехнике принят ампер.
Иными словами, сила электрического тока в проводнике - это количество электричества, которое прошло через его сечение за секунду времени, маркировка литерой I. Силу тока измеряют в амперах - это единица измерения, которая равняется силе неизменяющегося тока, проходящего по бесконечным параллельным проводам с наименьшим круговым сечением, удаленным друг от друга на 100 см и расположенным в вакууме, который вызывает взаимодействие на метре длины проводника силой = 2*10 минус 7 степени Ньютона на каждые 100 см длины.
Специалисты часто определяют величину проходящего тока, на Украине (сила струму) она равна 1 амперу, когда через сечение проводника проходит каждую секунду 1 кулон электричества.
В электротехнике можно увидеть частое применение других величин в определении значения силы проходящего тока: 1 миллиампер, который равен единица/ Ампер, 10 в минус третьей степени Ампер, один микроампер - это десять в минус шестой степени Ампер.
Зная количество электричества, прошедшее через проводник за определенный промежуток времени, можно вычислить силу тока (как говорят на Украине - силу струму) по формуле:
Когда электрическая цепь замкнута и не имеет ответвлений, тогда в каждом месте ее поперечного сечения протекает за секунду одинаковое количество электричества. Теоретически это объясняется невозможностью накапливания электрических зарядов в каком либо месте цепи, по этой причине сила тока везде одинакова.
Правило постоянства электрического тока в замкнутой цепи:
Данное правило справедливо и в сложных цепях, когда есть ответвления, но относится к некоторым участкам сложной цепи, которые можно рассматривать в виде простой электроцепи.
Как измеряется сила тока
Величину силы тока измеряют прибором, который называется амперметр, а также для небольших значений - миллиамперметр и микроамперметр, который можно увидеть на фото внизу:
Включение амперметра в цепь:
Среди людей бытует мнение, что когда измеряется сила тока в проводнике до нагрузки (потребителя), то значение будет выше, чем после нее. Это ошибочное мнение, основанное на том, что якобы какое-то значение силы будет расходоваться на то, чтобы привести потребитель в действие. Электроток в проводнике - это процесс электромагнитный, в котором участвуют заряженные электроны, они направленно двигаются, но энергию передают не электроны, а электромагнитное поле, которое окружает проводник.
Количество электронов, вышедших из начала цепи, будет равно количеству электронов и после потребителя в конце цепи, они не могут быть израсходованы.
Определение силы тока мультиметром:
Какие проводники бывают? Специалисты дают определение понятию «проводник» - это материал, в котором частицы, имеющие заряд, могут перемещаться свободно. Такие свойства на практике имеют почти все металлы, кислота и солевой раствор. А материал или вещество, в котором движение заряженных частиц затруднено или вообще невозможно, называются изоляторами (диэлектриками). Часто встречающиеся материалы-диэлектрики - это кварц или эбонит, искусственный изолятор.
Вывод
На практике современное оборудование работает с большими величинами тока, до сотни, а то и тысячи ампер, а также и с малыми значениями. Примером в повседневной жизни величины тока в разных приборах может быть электрическая плита, где она достигает значения в 5 А, а простая лампа накаливания может иметь величину 0,4 А, в фотоэлементе величина проходящего тока измеряется в микроамперах. В линиях городского общественного транспорта (троллейбус, трамвай) значение проходящего тока достигает 1000 А.
