Как определяется направление электрического тока: как определить, что принято за направление

Направление электрического тока

Всем известно, что суть электрического тока заключается в упорядоченном движении заряженных частиц в каких-либо проводниках. Чаще всего для этих целей используются различные металлы, где в качестве тока выступают отрицательно заряженные частицы – электроны. В кислотных, щелочных и солевых растворах электрический ток возникает в результате движения положительных и отрицательных ионов.

Откуда берется электрический ток

С самого начала, когда это явление было открыто, у ученых возникал вопрос: какие движущиеся заряженные частицы образуют направление тока? Чтобы до конца разобраться в данной проблеме, следует остановиться на источниках тока, поскольку именно они инициируют движение заряженных частиц в проводниках.

Движение заряженных частиц появляется в результате действия, производимого аккумуляторами, батареями, генераторами и другими устройствами, преобразующими различные виды энергии в электрическую. Закон сохранения энергии наглядно действует в процессе таких преобразований.

Сами частицы начинают двигаться, когда цепь становится замкнутой, а в проводнике возникает электрическое поле, оказывающее определенное воздействие на свободные электроны. В связи с этим было установлено, что все источники тока обладают установленной электродвижущей силой или ЭДС.

Электроны не появляются из источников тока, они присутствуют в самих проводниках и, являясь свободными, начинают двигаться под действием созданного поля. В качестве наиболее яркого сравнительного примера выступает насос перекачивающий жидкость в трубах, замкнутых между собой. В зависимости от диаметра труб и количества разветвлений, жидкость может двигаться по ним с большей или меньшей скоростью. Эти свойства в полной мере характеризуют течение тока, которое изменяется в соответствии с сечением проводника.

На практике это выглядит следующим образом. Провод, сечением 1,5 мм2, рассчитан на максимальную силу тока в 16 А. К нему может быть подключена нагрузка не более 3-3,5 кВт. При подключении более мощного оборудования проводник не выдержит и выйдет из строя.

Разобравшись с источниками тока, необходимо определить его направление, которое приняли ученые после проведенных исследований в этой области. Условно было принято направление движения положительных зарядов, поскольку ток от положительного полюса движется к отрицательному полюсу источника тока.

Движение частиц и направление тока

Прежде всего, следует отметить, что не все движущиеся заряженные частицы вызывают образование тока. Например, под действием тепла заряды будут двигаться, но это движение – хаотическое и ненаправленное. Если же к тепловому движению добавляется действие электрическое поле, то под его влиянием хаотические перемещения частиц примут определенную направленность.

Заряженные частицы, образующие ток, движутся в направлении, в зависимости от знака их заряда. То есть, движение положительно заряженных частиц происходит от «+» к «-», а отрицательно заряженных, наоборот, от «-» к «+». Встречное движение характерно для газовой и электролитической среды, поэтому часто возникает вопрос, каким будет настоящее направление тока?

По общему соглашению было принято решение считать направление движения частиц с положительными зарядами, за направление электрического тока. В этом случае возникает некоторое противоречие, затрагивающее металлические проводники, в которых перенос зарядов осуществляется свободными электронами. Хорошо известно, что они двигаются от минуса к плюсу. Тем не менее, приходится считать направление тока в этом случае, противоположным движению свободных электронов. Однако, несмотря на некоторые неудобства, данное правило четко определяет, в каком направлении движется электрический ток.

Направление электрического тока, металлических проводниках, в жидкостях и газах.

 

Электрический ток определяется как направленное движение заряженных частиц. В зависимости от проводника или среды распространения, ими могут быть электроны, ионы или квазичастицы. Фактическое направление тока зависит от знака заряда частицы и поляризации электродов.

Определение направления электротока

Понятие направления тока требует отдельного пояснения, поскольку в целом для простых цепей принято считать, что заряд движется от положительного полюса элемента питания к отрицательному. Однако, например, в проводниках из металла главными агентами электротока являются отрицательно заряженные электроны, которые должны иметь противоположную направленность — от минуса к плюсу. При кажущемся противоречии направление электротока «плюс-минус» является лишь условным и объясняется историческим развитием науки.

В XVIII в. Бенджамин Франклин, изучая проявления электричества, предположил, что ток должен двигаться от большего потенциала к меньшему. На основе этой гипотезы именно он впервые ввел обозначения заряженных состояний «+» и «-», имея в виду наличие электрического потенциала и его отсутствие.

Позднее ученые выяснили, что при электризации возникают два противоположных по своему качеству типа заряда, которые способны различным образом взаимодействовать между собой.

В 1779 г. Алессандро Вольта изобрел первое электролитическое устройство — «вольтов столб»  — которое показало, что частицы с разным зарядом двигаются в противоположном друг от друга направлении.

Несмотря на фактическое разнонаправленное движение «плюсовых» и «минусовых» элементов, для удобства описания электрических и электромагнитных явлений, если при этом номинальное значение заряда не важно, в качестве направления тока была условно принята направленность потока только положительно заряженных частиц.

Измерение тока

Основной единицей измерения электротока, непосредственно связанной с его направленностью, является 1 ампер (А). Он приравнивается к скорости перемещения заряда в 1 кулон за 1 секунду. 1 кулон, в свою очередь, составляют 6,25 × 10¹⁸ электронов или ионов. В проводниках с противоположно заряженными движущимися частицами это количество делится поровну между анионами и катионами.

Электрический ток в различных средах

Распространение электротока определяется, помимо прочего, свойствами проводника, через которые он протекает. Так для металлических тел характерен поток электронов. В других средах электрический ток возможен за счет упорядоченного движения любых объектов электромагнитного взаимодействия.

Наряду с потоком отрицательно заряженных электронов в металлах, а также анионов и катионов в электролитах, также выделяют так называемый ток положительного заряда, возникающий в протонных проводниках, которые частично используются в кислотных аккумуляторах.

Направление тока в металлических проводниках

Все металлы обладают хорошей электропроводностью. Наилучшими проводниками электротока являются алюминий и медь. Именно из них чаще всего изготовляются провода для различных электроцепей.

Электронное строение металлов характеризуется относительно слабой связью электронов внешнего уровня. Без прилагаемой разности потенциалов частицы, оторвавшиеся от атомов, способны хаотично перемещаться в проводнике. При создании же электрического напряжения образуется их лавинообразное перемещение, в то время как ионы остаются неподвижными в структуре кристаллической решетки. При этом совокупность свободно двигающихся электронов называется электронным газом, а их поток направлен от отрицательного вывода элемента питания к положительному.

Скорость единичного электрона довольно мала (около 1 метра в час). Однако благодаря общей массе частиц электрический заряд между ними может передаваться со скоростью света, а их высокая плотность способствует передаче достаточно существенного заряда и созданию соответствующей силы тока даже на очень малом отрезке проводника.

Направление тока в жидкостях и газах

В жидкостных и газовых средах со свободным перемещением всех элементов при воздействии электрического поля образуются потоки как электронов, так и ионов с положительными либо отрицательными зарядами. К примеру, напряжение, пропущенное через соляной раствор, расщепляет молекулы хлорида натрия на Na⁺ и Cl^—. При этом ионы натрия начинают направленно двигаться к катоду, а ионы хлора к — аноду с последующим реакциями нейтрализации ионов на обоих электродах.

На принципе электролитической диссоциации основан метод промышленного получения некоторых и газов.

Газы показывают низкую электропроводность, поэтому считаются диэлектриками, обладая изоляционными свойствами. Однако при резком возрастании напряжения электроны получают от электрического поля большое ускорение и, сталкиваясь с нейтральными атомами, провоцируют лавинное увеличение заряженных частиц. Это приводит к образованию плазмы с высоким содержанием ионов и электронов, которая становится проводником электротока. Примером такого явления может служить молния или дугообразные разряды на линиях электропередач и в электроприборах.

 

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.


Направление электрического тока

Направление электрического тока соответствует направлению движения положительного заряда. Таким образом, ток во внешней цепи течет от положительной клеммы к отрицательной клемме аккумулятора. А электроны движутся по проводнику в обратном направлении.

Направление электрического тока может быть немного запутанным, и его понимание необходимо для понимания течения электрического тока в цепи.

С увеличением использования электричества большинство людей знают об электричестве и электрическом токе. В этом сообщении в блоге мы поймем направление электрического тока, когда в цепи подается напряжение.

Основы электрического тока

Поток электрической энергии через проводник происходит, когда по нему протекает электрический ток. Движение электронов от одного атома к другому вызывает протекание электрического тока и электрической энергии в электрической цепи. Источник напряжения и направление электронов являются решающими факторами для направления электрического тока в электрической цепи.

Электрический ток можно определить как скорость потока зарядов через проводник. Чем больше скорость протекания электрических зарядов, тем больше сила тока в цепи.

Мы можем выразить электрический ток следующим математическим выражением.

Где,

Q = заряд электронов, протекающих через проводник
t = время протекания в секундах.

Единицей электрического тока является ампер или А. Один ампер равен одному кулону в секунду.

Понимание направления электрического тока

Важно знать основы электричества, прежде чем понимать направление электрического тока. Напряжение, приложенное к электрической цепи, вызывает протекание тока. Величина электрического тока зависит от величины напряжения и сопротивления цепи. Мы можем увеличить ток в цепи, увеличив напряжение или уменьшив сопротивление.

Мы можем определить направление электрического тока в проводнике, зная направление потока электронов. Электроны всегда текут от отрицательной клеммы к положительной клемме источника напряжения. Если направление потока электронов от отрицательного к положительному, то направление электрического тока противоположно направлению потока электронов.

Электроны являются отрицательно заряженными частицами и притягиваются к положительно заряженным частицам. Поэтому электроны движутся от отрицательного к положительному выводу. Направление тока прямо противоположно потоку электронов.

Направление тока при анализе цепей

Мы можем рассмотреть поток тока от положительного к отрицательному или наоборот для теории и анализа цепей. Положительно заряженные частицы могут притягивать отрицательно заряженные частицы.

Мы обычно рассматриваем направление электрического тока от плюса к минусу. Положительный заряд, протекающий в одном направлении, эквивалентен отрицательному заряду, протекающему в противоположном направлении. Следовательно, это не имеет значения.

Читать Далее

Похожие посты:

Подписывайтесь и ставьте нам лайки:

Электрический ток: что это такое, как он работает, виды, эффекты

1. Ферровиал
2. СТЕРЖЕНЬ

Электрический ток — это физическое явление перемещения или течения электрического заряда, обычно электронов, посредством проводящего материала. Чтобы возник электрический ток, электроны, наиболее удаленные от ядра атома определенного материала, должны отрываться и свободно циркулировать по проводнику в электрической цепи.

Сила электрического тока определяется количеством заряда, проходящего через проводник в единицу времени. Интенсивность измеряется в кулонах в секунду (Кл/с), что эквивалентно одному ампер (А)

, а основными измерительными приборами для электрического тока являются гальванометр и амперметр.
Как действует электрический ток?

Электрический ток — это движение частиц, начинающееся в момент приложения внешнего напряжения к одному из концов проводника. Это, в свою очередь, создает электрическое поле на отрицательно заряженных электронах, которые притягиваются к положительной клемме внешнего напряжения.

Для передачи электрического тока из одной точки в другую необходимо материалы с большим количеством свободных электронов , расположенных на последней орбите их ядра, а это означает, что они очень восприимчивы к движению из-за более слабой силы притяжения со стороны их ядра.

Какова формула электрического тока?

Закон Ома определяет формулу электрического тока:

Ток = Напряжение / Сопротивление.

• Сопротивление представляет собой препятствие, с которым сталкиваются электроны на своем пути. Его единицей измерения является ом.
• Ток — качество электрического тока. Его единицей измерения является ампер.
• Напряжение представляет собой разницу мощности между одной точкой и другой. Его единицей измерения является вольт.
Какие виды электрического тока существуют?

Электрический ток можно классифицировать в зависимости от его природы:

1. Постоянный ток (DC): состоит из перемещения электрических зарядов, которые не меняют направление своего движения во времени.
2. Переменный ток (AC): направление и плоскость движения тока циклически изменяются, в отличие от постоянного тока. Это эффективный ток, поэтому он обычно используется в домах и на предприятиях.
3. Трехфазный ток: состоит из трех переменных токов с одинаковой частотой и амплитудой, называемых фазами .
4. Однофазный ток: этот вид тока получается из одной фазы трехфазного тока и нейтрального кабеля, что позволяет использовать низковольтную энергию.
 Какие существуют материалы для электропроводности?
1. Токопроводящие материалы: мало сопротивляются току электричества. Электроны свободно перемещаются, потому что они очень слабо связаны с атомами, поэтому они могут проводить много электричества.
2. Полупроводниковые материалы: могут действовать как проводники или изоляторы, в зависимости от электрического поля, в котором они используются.
3. Изоляционные материалы: электронов не циркулируют свободно, поэтому они не считаются проводниками электрического тока.