Направление эл тока: Направление электрического тока в цепи и его движение

Направление электрического тока в цепи и его движение

4.7

Средняя оценка: 4.7

Всего получено оценок: 279.

4.7

Средняя оценка: 4.7

Всего получено оценок: 279.

Электрический ток — это направленное (упорядоченное, то есть не хаотичное) движение электрически заряженных частиц или заряженных макроскопических тел. Под заряженными частицами, обычно, подразумеваются электроны или ионы, а под макроскопическими (macroscopic — видимые невооруженным глазом) — крупные частицы, например, заряженные капли дождя. Ток возникает при наличии электрического поля. Разберемся с тем как определяется направление электрического тока.

Электрический ток в разных веществах

Электрический ток возникает в самых разных веществах, которые могут находиться в различных агрегатных состояниях. Рассмотрим некоторые примеры, демонстрирующие возникновение направленного потока заряженных частиц в твердых, жидких и газообразных средах:

• В металлах имеется много свободных электронов, которые являются главным источником тока;
• Электролиты — это жидкости, проводящие электрический ток. Водные растворы кислот, щелочей, солей — все это примеры электролитов. Попадая в воду молекулы этих веществ распадаются на ионы, представляющие собой заряженные атомы или группы атомов, имеющие положительный (катионы) или отрицательный (анионы) электрические заряды. Катионы и анионы образуют электрический ток в электролитах;
• В газах и плазме ток создается за счет движения электронов и положительно заряженных ионов;
• В вакууме — за счет электронов, вылетающих с поверхности металлических электродов.

Рис. 1. Примеры электрического тока в разных веществах (металлах, электролитах, газах, плазме, вакууме).

В приведенных примерах токи возникают в результате движения заряженных частиц относительно той или иной среды (внутри тел). Такой ток называется током проводимости. Движение макроскопических заряженных тел называется конвекционным током. Примером конвекционного тока могут служить капли дождя во время разряда молнии.

В каком направлении течет ток

За направление тока принято направление движения положительно заряженных частиц; если же ток создается отрицательно заряженными частицами (например, электронами), то направление тока считается противоположным направлению движения частиц.

Рис. 2. Направление движения тока для любой электрической цепи.

Возникает вопрос: почему не был принят очевидный вариант направления, совпадающий с направлением движения электронов? Для того, чтобы это стало понятно, надо немного окунуться в историю физики.

Почему надо знать историю физических открытий

Природу электрических явлений пытались объяснить многие исследователи задолго до открытия электрона (1897 г.). Впервые к пониманию о существовании двух типов зарядов — положительных и отрицательных пришел американский физик Бенджамин Франклин в 1747 г. На основе своих наблюдений он предположил (выдвинул гипотезу), что существует некая “электрическая материя”, состоящая из мелких, невидимых частиц. Он же первым ввел обозначение для электрических зарядов “−” и “+”. Франклин предложил считать, что если тело наполняется электрической материей, то оно заряжается положительно, а если оно теряет электричество, то заряжается отрицательно. В случае замыкания (соединения) цепи положительный заряд потечет туда, где его нет, то есть к “минусу”.

Эта плодотворная гипотеза стала популярной, получила свое признание среди ученых, вошла в справочники и учебные пособия.

Конечно, после открытия отрицательно заряженного электрона, эта “нестыковка” реального направления движения с ранее общепринятым была обнаружена. Однако, мировым научным сообществом было принято решение оставить в силе предыдущую формулировку о направлении тока, поскольку в большинстве практических случаев это ни на что не влияет.

В случае необходимости, для объяснения отдельных физических эффектов в полупроводниках и искусственных материалах (гетероструктурах), принимается во внимание настоящее направление движения электронов.

Бенджамин Франклин знаменит еще как выдающийся политический деятель, дипломат и писатель. Он является одним из авторов конституции США. В знак признания заслуг Франклина на купюре номиналом в 100 долларов с 1914 г. изображен его портрет.

Рис. 3. Изображение купюры 100 долларов США с портретом Бенджамина Франклина.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что направление тока в электрической цепи соответствует направлению движения положительных зарядов, то есть от плюсового потенциала (плюса) к минусовому потенциалу (минусу). Несмотря на то, что чаще всего электрический ток создается отрицательно заряженными электронами, выбор направления тока было решено оставить именно таким. Так сложилось исторически.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

• Сайфулла Омаров

  5/5

Оценка доклада

4.7

Средняя оценка: 4.7

Всего получено оценок: 279.

---

А какая ваша оценка?

Направление электрического тока | 8 класс

Содержание

Электрической ток представляет собой упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. В металлах этими заряженными частицами являются свободные электроны. Они имеют отрицательный заряд.

В растворах солей, щелочей или кислот в роли заряженных частиц представлены ионы. При этом двигаться в таких веществах будут и отрицательные ионы, и положительные ионы.

Так направление движения каких частиц в проводнике принято за направление тока? На данном уроке мы ответим на этот вопрос

Направление тока

Сразу озвучим главное правило (рисунок 1).

За направление тока принято считать направление от положительного полюса источника к отрицательному.

Рисунок 1. Направление тока в проводнике

Получается, что за направление тока принято направление движения положительных частиц. Ведь именно они, имея положительный заряд, будут притягиваться к отрицательным зарядам.

Но как же движение свободных электронов в металлах? Ведь они обеспечивают течение тока в проводнике. А электроны — это отрицательно заряженные частицы. По логике, как раз-таки они должны двигаться к положительному полюсу. То есть, мы получаем абсолютно противоположные выводы.

{"questions":[{"content":"В электрической цепи ток распространяется [[choice-3]]","widgets":{"choice-3":{"type":"choice","options":["от положительного полюса источника к отрицательному","от отрицательного полюса источника к положительному","одновременно в оба направления"],"answer":[0]}}}]}

Почему за направление тока было принято движение от положительного полюса к отрицательному?

Такая путаница в этом вопросе возникла по одной простой причине. Дело в том, что явление электрического тока было открыто раньше, чем более подробные знания о строении атома. На тот момент считалось, что сам атом неделим, не было никакой информации об электронах и ионах.

Поэтому считали, что ток может иметь два разных направления. Но почему так происходило, объяснить не могли.

Существовали даже предположения, что существует два разных вида тока. Эти виды могли при соприкосновении нейтрализовать друг друга. На самом деле, тело просто получало одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов. Оно становилось электрически нейтральным. Так что дело тут было совсем не в каких-то видах тока.

В итоге, известный французский ученый Андре Ампер (о нем вы еще более подробно узнаете в следующих уроках) убедил научное сообщество принять одно из двух направлений за основное. И выбор пал на направление от положительного источника тока к отрицательному (рисунок 2).

Рисунок 2. Направление тока и движение заряженных частиц

{"questions":[{"content":"За направление тока принято направление движения[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["положительно заряженных частиц","отрицательно заряженных частиц","электрически нейтральных частиц"],"answer":[0]}}}]}

Направление тока в цепи

Важный момент:
принятое направление тока учтено во всех правилах и законах, связанных с электрическим током.

По этой причине условное направление тока не стали менять, даже когда ученые получили новые данные о строении вещества.

При использовании схем электрических цепей важно помнить, что ток распространяется именно от положительного полюса источника тока к отрицательному (рисунок 3).

Рисунок 3. Направление тока схеме электрической цепи

5

Оценить урок

Поделиться уроком →

Войдите, чтобы оценивать уроки

Что нужно исправить?




Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

Комментарии

электрического тока | Формула и определение

магнитное поле, создаваемое электрическим током

См. все средства массовой информации

Связанные темы:

переменный ток ток смещения электродвижущая сила теллурический ток постоянный ток

См. весь связанный контент →

электрический ток , любое движение носителей электрического заряда, таких как субатомные заряженные частицы (например, электроны с отрицательным зарядом, протоны с положительным зарядом), ионы (атомы, которые потеряли или приобрели один или несколько электронов ) или дырки (дефицит электронов, который можно рассматривать как положительные частицы).

Электрический ток в проводе, где носителями заряда являются электроны, является мерой количества заряда, проходящего через любую точку провода в единицу времени. В переменном токе движение электрических зарядов периодически меняется на противоположное; на постоянном токе нет. Во многих контекстах направление тока в электрических цепях принимается за направление потока положительного заряда, направление, противоположное фактическому дрейфу электронов. При таком определении ток называется обычным током.

Britannica Quiz

27 правильных или неверных вопросов из самых сложных научных викторин Britannica

Как много вы знаете о Марсе? Как насчет энергии? Думаете, будет проще, если вам придется выбирать только правду или ложь? Узнайте, что вы знаете о науке с помощью этой сложной викторины.

Узнайте, почему низкое сопротивление меди делает ее отличным проводником электрического тока

Посмотреть все видео к этой статье

Ток обычно обозначается символом я . Закон Ома связывает ток, протекающий по проводнику, с напряжением В и сопротивлением Р ; то есть В = I R . Альтернативная формулировка закона Ома: I = V / R .

Ток в газах и жидкостях обычно состоит из потока положительных ионов в одном направлении вместе с потоком отрицательных ионов в противоположном направлении. Чтобы учесть общее влияние тока, его направление обычно принимают за направление положительного носителя заряда. Ток отрицательного заряда, движущийся в противоположном направлении, эквивалентен положительному заряду той же величины, движущемуся в обычном направлении, и должен учитываться как вклад в общий ток. Ток в полупроводниках состоит из движения дырок в обычном направлении и электронов в противоположном направлении.

Существуют токи многих других видов, например, пучки протонов, позитронов или заряженных пионов и мюонов в ускорителях частиц.

Электрический ток создает сопровождающее магнитное поле, как в электромагнитах. Когда электрический ток течет во внешнем магнитном поле, на него действует магнитная сила, как в электродвигателях. Тепловые потери или энергия, рассеиваемая электрическим током в проводнике, пропорциональны квадрату силы тока.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Распространенной единицей электрического тока является ампер, который определяется как поток заряда в один кулон в секунду, или 6,2 × 10

18 электронов в секунду. Сантиметр-грамм-секунда единиц силы тока является электростатической единицей заряда (эсу) в секунду. Один ампер равен 3 × 10 ⁹ эсу в секунду.

Коммерческие линии электропередач обеспечивают около 100 ампер для обычного дома; 60-ваттная лампочка потребляет около 0,5 ампер тока, а комнатный кондиционер — около 15 ампер. (Подробнее об электрическом токе см. см. электричество: постоянный электрический ток и электричество: переменный электрический ток. ) ​​

Редакторы Британской энциклопедии Эта статья была недавно отредактирована и обновлена ​​Эриком Грегерсеном.

Электричество — Электрический ток — Физика 299

Электричество — Электрический ток — Физика 299

«Когда я оказываюсь в компании ученых, я чувствую себя жалким священником, заблудшим ошибиться в гостиной, полной герцогов»
У. Х. Оден


Электрический ток


• Электрический ток равен скорости прохождения заряда неподвижная точка в пространстве.


Ток измеряется в Амперах: 1 Ампер = 1 Кулон/секунда
Хотя из вышеприведенного определения видно, что Ампер определяется в терминах кулона, на самом деле это ампер, который — основная единица, кулон — производная единица. Ампер это определяется через силу, действующую между двумя параллельными проводами, несущими текущий, как мы увидим позже.
• Важно понимать, что значение тока постоянной, независимо от сечения проводника. Если если бы это было не так, то заряд «скапливался бы» в точках вдоль проводник.


• Когда вы щелкаете выключателем, лампочка мгновенно загорается. На самом деле течение движется со скоростью, близкой к скорости легкий. Однако носители заряда, электроны в металлическая проволока движется с гораздо меньшей скоростью — скоростью дрейфа.
  Рассмотрим провод длиной l, поперечного сечения A, с проводимостью n электронов в единице объема. Ток в проводе может быть написано,

где e — заряд электрона и v _d — дрейфовая скорость.


• Плотность тока, Дж (А/м ² ) определяется как

физически, J представляет движение заряда в определенном месте внутри проводник, напр. когда А большое J маленькое, когда А маленькое J большой.
Общее отношение между I и J равно




Ток есть поток J через поверхность.

Важно: Текущий, Я, является скалярная величина, тогда как J является вектором. у меня есть «смысл» в том, что мы рисуем стрелки, чтобы представить его «направление», но не подчиняется правилам вектора алгебра.




• Историческая причуда. Направление тока определяется как направление в который будет двигаться положительный заряд. Но в твердом металлическом проводники носители заряда электроны (отрицательные заряды) которые на самом деле движутся в противоположном направлении. Отрицательный заряды, движущиеся справа налево, в точности эквивалентны положительным заряды движутся слева направо.



Сопротивление

• В металлических проводниках электрическое поле и плотность тока направлены в одну сторону и пропорциональны друг друга,

где ρ — удельное сопротивление проводника — характеристика проводник. Электропроводность проводящего материала равна определяется формулой σ = 1/ρ.
Для однородного проводника длиной l, поперечного сечения A имеем E = V/l и J = i/A, так что

Сопротивление проводника R, определяется как,


Сопротивление измеряется в омах (Ом), тогда удельное сопротивление единицы ом.метр и проводимость (ом.метр) ^-1


• Важно: Соотношение V = ИК НЕ Закон Ома !

Закон Ома:

«Если соотношение напряжение на проводнике к току через она постоянна для всех напряжений, то проводник подчиняется закону Ома»


Закон Ома выполняется для металлических проводников, но не для таких устройств, как транзисторы, диоды и т. д. Соотношение V = IR всегда можно использовать для определить сопротивление при каком-то конкретном I и V для любого устройства.




• Даже в проводниках ток будет течь только между двумя точками А и Б, когда


1. Существует разность потенциалов между A и B (производящая электрическое поле, которое заставляет заряды двигаться) и,
2. A и B составляют часть полной цепи.
   



Мощность
• Предположим, заряд dq движется из точки A в точку B, где разность потенциалов между A и B равна V _AB , то энергия, выделяемая за время dt, равна
.

, так что скорость, с которой энергия переданная (мощность), P, дается,

В единицах измерения мы можем сказать, что Ампер x Вольт = Ватт.


• Форма «высвобождаемой» энергии зависит от электрический компонент, расположенный между A и B, для например,
• Двигатель — высвобожденная механическая энергия (работа)
• Аккумулятор — химическая энергия, хранящаяся в аккумуляторе
• Сопротивление — выделяется тепловая энергия (тепло)
  



Электродвижущая сила — «ЭДС»

• При обсуждении электрических цепей вам может встретиться термин «ЭДС» — электродвижущая сила. Важно понимать, что «ЭДС» НЕ сила!
• Если устройство имеет «ЭДС», оно может поддерживать разность потенциалов (напряжение). Так, например, батарея поддерживает ЭДС между положительной и отрицательной терминалы.
• ЭДС устройства можно определить как ε = dW/dq, где dW работа, совершенная положительным зарядом dq при его взятии через разность потенциалов устройства. в случай простой схемы с батареей (см. выше) в качестве заряд проходит по внешней (по отношению к аккумулятору) цепи ее теряет энергию. В цепи выше появляется энергия как тепло и свет в лампочке. Когда заряд возвращает аккумулятору ЭДС аккумулятора восполняет свою энергию.
• На этом вводном уровне мы можем рассмотреть ЭДС «источник» (аккумулятор, генератор и т. д.) должен быть точно эквивалентен к напряжению, обеспечиваемому источником.
• Направление ЭДС всегда представляет направление a положительный заряд будет перемещаться во внешней цепи. См. схему справа. Направление ЭДС – это важным фактором, когда мы используем законы Кирхгофа для анализа схемы.




Внутреннее сопротивление

• Все ЭДС – батареи, генераторы и т. д. – и электрические измерительные приборы — амперметры, вольтметры и т.п. — имеют «внутреннее сопротивление».
• Что касается анализа цепи обеспокоены тем, что эти внутренние сопротивления могут быть просто рассматривать как резисторы, включенные последовательно с «идеальным» ЭДС/метр.
• Для амперметров (токоизмерительных приборов) целью является иметь как можно более низкое внутреннее сопротивление, чтобы ток не влияет.
• Для вольтметра внутреннее сопротивление должно быть как можно больше насколько это возможно.
  



В: Имеет ли свет массу?
А: Конечно нет.