В какую сторону течет ток: Куда течет ток или где же этот чертов катод? / Хабр

На заметку. В реальности ток течет не от плюса к минусу, а, наоборот, от минуса к плюсу. Сформировавшееся ошибочное представление о направлении течения именно от плюса не стали изменять и оставили для удобства понимания физической сущности данного явления.

Для цепей переменного тока характерны такие виды и значения напряжения, как:

• мгновенное;
• амплитудное;
• среднее значение;
• среднеквадратическое;
• средневыпрямленное.

Напряжение в таких цепях – это достаточно сложная функция времени. Грубо говоря, ток в них течет от фазного провода, проходит через нагрузку и частично уходит в нулевой (течет от фазы к нулю)

Виды токов: постоянные и переменные

В зависимости от изменения направления протекания заряженных частиц, различают следующие виды токов:

• Постоянный – формируется движением заряженных частиц в одном направлении. Его основные характеристики (сила тока, напряжение) имеют постоянные значения и не изменяются во времени;
• Переменный – направление перемещения зарядов при таком виде движения заряженных частиц периодически меняется. Количество изменений направления движения за единицу времени, равную одной секунде, называется частотой тока и измеряется в Герцах. Так, например, значение данной характеристики в обычной бытовой электрической цепи равно 50 Гц. Это означает, что в течение 1 секунды движущиеся по цепи электроны меняют свое направление 50 раз, вызывая тем самым такое же количество изменений напряжения в фазном проводе от 220 до 0 В.

Основные характеристики переменного тока

Двунаправленное перемещение зарядов

Наряду с упорядоченным движением носителей зарядов (электронов), в проводниках наблюдается также незначительный обратный процесс – условное перемещение положительных зарядов, потерявших отрицательные частицы атомов. Вместе с основным током данное явление получило название двунаправленное перемещение зарядов. Особенно оно ярко проявляется при протекании электричества через электролиты (явление электролиза).

Двунаправленное перемещение зарядов в аккумуляторной батарее

Значение перемещения электронов в электрической схеме

Понимание того, как идет в цепи ток, необходимо при составлении такого графического изображения расположения электронных деталей, как схема. Важно понимать, откуда течет ток, для того чтобы правильно располагать на схеме, затем соединять различные радиоэлектронные элементы. Если для таких радиодеталей, как конденсатор, резистор, полярность подключения не имеет значения, то полупроводниковый транзистор,

диод необходимо размещать на схеме и затем запитывать, учитывая направление движения тока, иначе они и собираемое с их использованием устройство, электронный блок не будут правильно функционировать.

Таким образом, знание физической сущности направления течения заряженных частиц в проводнике, электролите, полупроводнике позволит любому человеку не только расширить свой кругозор, но и применять его на практике при монтаже электропроводки, пайке различных электронных блоков и схем. Также подобная информация поможет разобраться в том, почему произошла поломка того или иного электроприбора, как ее устранить и предотвратить в будущем.

Видео

Электрический Ток Схемы — tokzamer.ru

Для того, чтобы движуха была, электроны должны куда-то направляться, желательно обратно к ЭДС источнику. В течение времени свободного пробега электроны приобретают направленное движение наряду с хаотическим.


В теории электрических цепей за ток принято считать направленное движение носителей заряда в проводящей среде под действием электрического поля.

Если два заряженных тела соединить проводником, то через него пойдет кратковременный ток. Если к схеме добавить узел стабилизации, построенный по схеме параметрического стабилизатора , напряжение блока питания будет стабилизировано.
КАК ТЕЧЁТ ТОК В СХЕМЕ — Читаем Электрические Схемы 1 часть

На другой стороне печатной платы уже располагаются радиоэлементы Так как радиолюбители стараются делать свои устройства как можно меньше по габаритам, то и плотность монтажа возрастает. Вольтметр при этом измеряет ЭДС источника.

Конденсатор играет совершенно разные роли в цепях переменного и постоянного токов. Они выбираются в зависимости от того, какая сила тока будет течь через них.

Электрические цепи могут иметь и другие решения для предотвращения возникновения искры. Из какой трубы объем воды будет выходить больше за секунду времени?

Второе — это поставить шланг большим диаметром.

Что мы можем узнать из схемы, посмотрите в правую её часть. Идеальные и реальные источники ЭДС и тока Идеальным называется источник ЭДС, напряжение, на зажимах которого не зависит от тока протекающего через него.

Что такое электрический ток

Приемники, источники:

Если к схеме добавить узел стабилизации, построенный по схеме параметрического стабилизатора , напряжение блока питания будет стабилизировано. На изображении с распиновкой должно быть четко видно: с какой стороны считать ножки, где находится ключ, срез или метка, чтобы вы правильно определили необходимый вывод. Этого можно достичь, перенося свободные электроны с положительного тела на отрицательное так, чтобы заряды тел не менялись со временем.

Режимы работы Различные элементы, соединенные проводниками электрического тока между собой, образуют электрические цепи.

Направленное движение электронов в проводнике Если вдоль проводника действует напряжение, то внутри проводника возникает электрическое поле. Дополнительно по теме.

Режим короткого замыкания В этом режиме ключ SA в схеме электрической цепи рис.

Транзисторы — это управляемые ключи, вы можете закрыть их и открыть, а если нужно открыть не полностью. Динисторы — разновидность тиристора, без управляющего электрода, а открываются они, подобно стабилитронам, по преодолению определенного уровня напряжения.

Это участок цепи с током одинаковой величины.

Схема замещения пассивного двухполюсника П представляется в виде его входного сопротивления.
Метод эквивалентных преобразований. Как находить токи и напряжения в цепи

Читайте дополнительно: Измерение петли фаза нуль

Баланс мощности

Понятное дело, что с последним.

Проводники электрического тока Материал, в котором течёт ток, называется проводником. Расчет таких цепей ведется по уравнениям Кирхгофа.

Если, например, к цепи подключить электрохимический элемент, то конденсатор начнёт заряжаться, пока напряжение на нём не станет равным ЭДС элемента. Кроме упорядоченного движения, электроны задействованы в хаотичном тепловом движении. Потребители Все остальные компоненты электрической цепи, кроме перечисленных выше, считаются потребителями.

Несмотря на это, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости света в данной среде, то есть скорости распространения фронта электромагнитной волны. Этого можно достичь, перенося свободные электроны с положительного тела на отрицательное так, чтобы заряды тел не менялись со временем.

Идеальный источник тока — тот источник, у которого создаваемый ток не зависит от напряжения на его зажимах, то есть его внутреннее сопротивление или его внутренняя проводимость. Это место соединения нескольких ветвей. Движуха идет из области высокого давления в область низкого давления. Первое, что приходит на ум — это увеличить давление.

В этом случае параметры переменного тока изменяются по гармоническому закону. Движение зарядов может происходить и под действием неэлектрических сил например, магнитных , а также при диффузии или в химических реакциях. Условия, необходимые для существования электрического тока: Наличие свободных заряженных частиц; Наличие электрического поля, действующего на заряженные частицы с силой в определённом направлении; Наличие замкнутой электрической цепи. Проводники в электрических цепях можно соединять двумя способами: последовательно и параллельно.

Потому, что давление слева, больше чем справа. Если после вычислений по правилам Кирхгофа сила тока на данном участке оказывается больше нуля, то это означает, что истинное направление тока совпало с направлением, указанным стрелкой; в противном случае ток направлен противоположно; в выбранном произвольном контуре все его участки обходят в одном направлении — либо по часовой стрелке, либо в противоположном. Оно вроде как есть, но молекулы воды стоят на месте. Чем питать это устройство, каким напряжением и родом тока. Постоянный ток используется в процессе электролиза гальванопластика — получение легко отделяющихся точных металлических копий, гальваностегия — нанесение металлических покрытий из одних металлов на изделия из других металлов , на городском транспорте электропоезда, трамваи, троллейбусы , в осветительных приборах, в устройствах автоматики, электроники и вычислительной техники.

Ладно, давайте обобщим, все что мы тут пописали. В схеме рис.
🧲#9 Электрический ток и электроны

Метод узловых потенциалов

Электрический ток возникает тогда, когда на участке электрической цепи появляется электрическое поле, или разность потенциалов между двумя точками проводника.

В этом случае параметры переменного тока изменяются по гармоническому закону. Выводы Благодаря умению читать схемы электрические принципиальные, вы можете определить: 1. Всю классификацию перечислить очень трудно.

Тут типа давление минимальное нулевое. Некоторые материалы при низких температурах переходят в состояние сверхпроводимости.

Поэтому в некоторых случаях радиоэлементы и печатные дорожки располагают по обе стороны платы. На проводах при работе выделяется тепло, которое зависит от двух параметров: Электрического тока. По этому признаку в электротехнике электрические цепи разделяют на контуры цепей.

См. также: Для ремонта обрыва провода электроприбора необходимы

Коммутационные устройства:

Движуха идет из области высокого давления в область низкого давления. Чтобы определить назначение выводов, нужно воспользоваться одним из поисковых запросов: 1.

Джоулем и Э. Эти перемещающиеся электроны и представляют собой переменный ток, сила которого одинакова по обе стороны конденсатора. L — условное изображение лампочки накаливания.

В это время у вас на щеки молекулы воздуха будут оказывать давление. Она возникает из-за наличия емкостного сопротивления. Давление мы создали, но электрического тока до сих пор нету. Следовательно, толстый проводок при одинаковом напряжении можно протащить больше электронов, чем тонкий.

Его номинал Ампер. При очень высоких частотах заряды могут совершать колебательное движение — перетекать из одних мест цепи в другие и обратно.
В чём разница между НАПРЯЖЕНИЕМ и ТОКОМ

Что такое электрический ток: определение, характеристики, виды

Открытия, связанные с электричеством, кардинально изменили нашу жизнь. Используя электрический ток как источник энергии, человечество сделало прорыв в технологиях, которые облегчили наше существование. Сегодня электричество приводит в движение токарные станки, автомобили, управляет роботизированной техникой, обеспечивает связь. Этот список можно продолжать очень долго. Даже трудно назвать отрасль, где можно обойтись без электроэнергии.

В чём секрет такого массового использования электричества? Ведь в природе существуют и другие источники энергии, более дешевые, чем электричество. Оказывается всё дело в транспортировке.

Электрическую энергию можно доставить практически везде:

• к производственному цеху;
• квартире;
• на поле;
• в шахту, под воду и т. д.

Электроэнергию, накопленную аккумулятором, можно носить с собой. Мы пользуемся этим ежедневно, беря с собой сотовый телефон. Ни один другой вид энергии не обладает такими универсальными свойствами как электричество. Разве это не является достаточной причиной для того, чтобы глубже изучить природу и свойства электричества?

Что такое электрический ток?

Электрические явления наблюдались давно, но объяснить их природу человек смог относительно недавно. Удар молнии казался чем-то неестественным, необъяснимым. Странным казалось потрескивание некоторых предметов при их трении. Искрящаяся в темноте расчёска, после расчёсывания шерсти животных (например, кошки) вызвала недоумение, но подогревала интерес к этому явлению.

Как всё начиналось

Ещё древним грекам было известно свойство янтаря, потёртого о шерсть, притягивать некоторые мелкие предметы. Кстати, от греческого названия янтаря –«электрон» пошло название «электричество».

Когда физики вплотную занялись исследованием электризации тел, они начали понимать природу подобных явлений. А первый кратковременный электрический ток, созданный человеком, появился при соединении проводником двух наэлектризованных предметов (см. рис. 1). В 1729 году англичане Грей и Уиллер открыли проводимость зарядов некоторыми материалами. Но определения электрического тока они не смогли дать, хотя и понимали, что заряды перемещаются от одного тела к другому по проводнику.

Об электрическом токе, как о физическом явлении заговорили лишь после того, как итальянец Вольта дал объяснение опытам Гальвани, а в 1794 году изобрёл первый в мире источник электричества – гальванический элемент (столб Вольта). Он обосновал упорядоченное перемещение заряженных частиц по замкнутой цепи.

Определение

В современной трактовке электрическим током называют направленное перемещение силами электрического поля заряженных частиц, Носителями зарядов металлических проводников являются электроны, а растворов кислот и солей — отрицательные и положительные ионы. Полупроводниковыми носителями зарядов являются электроны и «дырки».

Для того чтобы электрический ток существовал, необходимо всё время поддерживать электрическое поле. Должна существовать разница потенциалов, поддерживающая наличие первых двух условий. До тех пор, пока эти условия соблюдены, заряды будут упорядоченно перемещаться по участкам замкнутой электрической цепи. Эту задачу выполняют источники электричества.

Такие условия можно создать, например, с помощью электрофорной машины (рис. 2). Если два диска вращать в противоположных направлениях, то они будут заряжаться разноимёнными зарядами. На щётках, прилегающих к дискам, появится разница потенциалов. Соединив контакты проводником, мы заставим заряженные частицы двигаться упорядоченно. То есть электрофорная машина является источником электричества.

Источники тока

Первыми источниками электрической энергии, нашедшими практическое применение, были упомянутые выше гальванические элементы. Усовершенствованные гальванические элементы (народное название – батарейки) широко применяются по сей день. Они используются для питания пультов управления, электронных часов, детских игрушек и многих других гаджетов.

С изобретением генераторов переменных токов электричество приобрело второе дыхание. Началась эра электрификации городов, а позже и всех населённых пунктов. Электрическая энергия стала доступной для всех граждан развитых стран.

Сегодня человечество ищет возобновляемые источники электроэнергии. Солнечные панели, ветряные электростанции уже занимают свои ниши в энергосистемах многих стран, включая Россию.

Характеристики

Электрический ток характеризуется величинами, которые описывают его свойства.

Сила и плотность тока

Для описания характеристики электричества часто используют термин «сила тока». Название не совсем удачное, так как оно характеризует только интенсивность движения электрических зарядов, а не какую-то силу в буквальном смысле. Тем не менее, этим термином пользуются, и он означает количество электричества (зарядов) проходящего через плоскость поперечного сечения проводника. Единицей измерения силы тока в системе СИ является ампер (А).

1 А означает то, что за одну секунду через поперечное сечение проводника проходит электрический заряд 1 Кл. (1А = 1 Кл/с).

Плотность тока  –  векторная величина. Вектор направлен в сторону движения положительных зарядов. Модуль этого вектора равен отношению силы тока на некотором перпендикулярном к направлению движения зарядов сечении проводника к площади этого сечения. В системе СИ измеряется в А/м². Плотность более ёмко характеризует электричество, однако на практике чаще используется величина «сила тока».

Разница потенциалов (напряжение) на участке цепи выражается соотношением: U = I×R, где U – напряжение, I – сила тока, а R – сопротивление. Это знаменитый закон Ома.

Мощность

Электрическими силами совершается работа против активного и реактивного сопротивления. На пассивных сопротивлениях работа преобразуется в тепловую энергию. Мощностью называют работу, выполненную за единицу времени. По отношению к электричеству применяют термин «мощность тепловых потерь». Физики Джоуль и Ленц доказали, что мощность тепловых потерь проводника равна силе тока умноженной на напряжение: P = I× U. Единица измерения мощности – ватт (Вт).

Частота

Переменный ток характеризуется также частотой. Данная характеристика показывает, как за единицу времени изменяется количество периодов (колебаний). Единицей измерения частоты является герц. 1 Гц = 1 периоду за секунду. Стандартная частота промышленного тока составляет 50 Гц.

Ток смещения

Понятие «ток смещения» ввели для удобства, хотя в классическом понимании его нельзя назвать током, так как отсутствует перенос заряда. С другой стороны, интенсивность магнитного поля пребывает в зависимости от токов проводимости и смещения.

Токи смещения можно наблюдать в конденсаторах. Несмотря на то, что при зарядке и разрядке между обкладками конденсатора не происходит перемещения заряда, ток смещения протекает через конденсатор и замыкает электрическую цепь.

Виды тока

По способу генерации и свойствам электроток бывает постоянным и переменным. Постоянный – это такой, что не меняет своего направления. Он течёт всегда в одну сторону. Переменный ток периодически меняет направление. Под переменным понимают любой ток, кроме постоянного. Если мгновенные значения повторяются в неизменной последовательности через равные промежутки времени, то такой электроток называют периодическим.

Классификация переменного тока

Классифицировать изменяющиеся во времени токи можно следующим образом:

1. Синусоидальный, подчиняющийся синусоидальной функции во времени.
2. квазистационарный – переменный, медленно изменяющийся во времени. Обычные промышленные токи являются квазистационарными.
3. Высокочастотный – частота которого превышает десятки кГц.
4. Пульсирующий – импульс которого периодически изменяется.

Различают также вихревые токи, которые возникают в проводнике при изменении магнитного потока. Блуждающие токи Фуко, как их ещё называют, не текут по проводам, а образуют вихревые контуры. Индукционный ток имеет ту же природу что и вихревой.

Дрейфовая скорость электронов

Электричество по металлическому проводнику распространяется со скоростью света. Но это не означает, что заряженные частицы несутся от полюса к полюсу с такой же скоростью. Электроны в металлических проводниках встречают на своём пути сопротивление атомов, поэтому их реальное перемещение составляет всего 0,1 мм за секунду. Реальная, упорядоченная скорость перемещения электронов в проводнике называется дрейфовой.

Если замкнуть проводником полюсы источника питания, то вокруг проводника молниеносно образуется электрическое поле. Чем больше ЭДС источников, тем сильнее проявляется напряжённость электрического поля. Реагируя на напряжённость, заряженные частицы вмиг принимают упорядоченное движение и начинают дрейфовать.

Направление электрического тока

Традиционно считают, что вектор электрического тока направлен к отрицательному полюсу источника. Но на самом деле электроны движутся к положительному полюсу. Традиция возникла из-за того, что за направление вектора было выбрано движение положительных ионов в электролитах, которые действительно стремятся к негативному полюсу.

Электроны проводимости с отрицательным зарядом в металлах были открыты позже, но физики не стали менять первоначальные убеждения. Так укрепилось утверждение, что ток направлен от плюса к минусу.

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.

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).

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.

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

Проводники электрического тока

Среди множества веществ, лишь некоторые являются проводниками. К хорошим проводникам относятся металлы. Важной характеристикой проводника является его удельное сопротивление.

Небольшое сопротивление имеют:

• все благородные металлы;
• медь;
• алюминий;
• олово;
• свинец.

На практике наиболее часто применяют алюминиевые и медные проводники, так как они не слишком дорогие.

Электробезопасность

Несмотря на то что электричество прочно вошло в нашу жизнь, не следует забывать об электробезопасности. Высокие напряжения опасны для жизни, а короткие замыкания становятся причиной пожаров.

При выполнении ремонтных работ необходимо строго соблюдать правила безопасности: не работать под высоким напряжением, использовать защитную одежду и специальные инструменты, применять ножи заземления и т.п.

В быту используйте только такую электротехнику, которая рассчитана на работу в соответствующей сети. Никогда не ставьте «жучки» вместо предохранителей.

Помните, что мощные электролитические конденсаторы имеют большую электрическую емкость. Накопленная в них энергия может вызвать поражение даже спустя несколько минут после отключения от сети.

Теория цепей постоянного тока. Начало.

Все материалы состоят из атомов, и все атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов. Протоны имеют положительный электрический заряд. Нейтроны не имеют электрического заряда, а электроны имеют отрицательный электрический заряд. Атомы связаны друг с другом мощными силами притяжения, существующими между ядром атомов и электронами в его внешней оболочке.

Когда эти протоны, нейтроны и электроны находятся вместе внутри атома, они стабильны и счастливы. Но, если мы попытаемся отделить их друг от друга, у них начнет проявляться сила взаимодействия, называемая разностью потенциалов.

Теперь, если мы создадим замкнутый контур, эти свободные электроны начнут двигаться  обратно к протонам из-за их сил взаимодействия, создающего поток электронов. Этот поток электронов называется электрическим током. Электроны не протекают свободно через контур, так как материал, в котором они перемещаются, создает дополнительное ограничение на поток электронов. Это ограничение называется сопротивлением.

Ко всем электрическим схемам можно применить характеристики, которые состоят из трех отдельных, но очень связанных электрических величин: Напряжение (U), Ток (I) и Сопротивление (R).

Электрическое напряжение

Напряжение (U) — потенциальная энергия источника тока, хранящаяся в виде электрического заряда. Напряжение можно рассматривать как силу, которая толкает электроны через проводник, и чем больше напряжение, тем больше его способность «толкать» электроны по заданной схеме. Поскольку энергия имеет способность выполнять работу, эту потенциальную энергию можно описать как работу (в джоулях), требуемую для перемещения электронов в виде электрического тока вокруг контура от одной точки или узла, к другой.

Разность напряжений между любыми двумя точками цепи, соединениями или переходами (называемыми узлами) известна как разница потенциалов, обычно называемая «падение напряжения».

Падение напряжения между двумя точками, измеряется как и напряжение в вольтах (В) и обозначается символом U, хотя для обозначения генерируемой э.д.с. (электродвижущей силы) иногда используется  E. Соответственно, чем больше электродвижущая сила (э.д.с.) источника, тем большую работу он может совершить по перемещению заряда внутри цепи.

Источник тока, в котором с течением времени не изменяется его направление и величина называется источником постоянного тока. Если же направление и величина тока периодически изменяется со временем, то такой источник называется источником переменного тока. Напряжение измеряется в Вольтах, причем 1 Вольт определяется прохождением тока в 1 А через сопротивление в 1 Ом. Напряжения обычно выражаются в вольтах с префиксами, используемыми для обозначения кратных значений напряжения, таких как микровольты ( мкВ = 10 ^-6 В ), милливольты ( мВ = 10 ^-3 В ) или киловольты ( кВ = 10 ³ В ). Напряжение может быть положительным или отрицательным.

Батареи или источники питания в основном используются для создания постоянного тока (Direct Current), с величинами напряжений 3.3В, 5В, 12В, 24В и т. д. для применения в электронных схемах и системах. В то время как источники напряжения переменного тока (переменного тока) доступны для внутреннего бытового и промышленного электропитания и освещения, а также для передачи электроэнергии до потребителей. Переменное напряжение сети в России в настоящее время составляет 220 вольт, в странах, таких как Япония и США 110 вольт.

В основной своей массе в электрических схемах применяют небольшие значения напряжений. Самыми распространенными являются: 1.8; 3.3; 5 В.

В основном электрические схемы работают с низковольтными источниками питания от 1,5 до 24В. На электрических схемах источник постоянного напряжения обозначается со знаками «плюс» и «минус». Знаки указывают полярность источника. За направление движения тока принято направление движение положительно заряженных частиц.

Обозначение источников питания на электрических схемах

Простая взаимосвязь между резервуаром воды и источником питания. Чем выше резервуар для воды над выпускным отверстием, тем больше давление воды, поскольку больше энергии высвобождается, и, соответственно,  чем выше напряжение источника, тем больше потенциальная энергия и тем больше электронов высвободится.

Напряжение всегда измеряется между любыми двумя точками в цепи и обычно оно называется  «падение напряжения». Обратите внимание, что напряжение может существовать в цепи без тока, но ток не может существовать без напряжения, и, также, любой источник напряжения, независимо от того, постоянный он или переменный не выдерживает короткого замыкания и  может быть испорчен.

Электрический ток

Электрический ток – это упорядоченное движение или поток заряженных частиц, измеряется в амперах и обозначается символом «I». Это непрерывный и равномерный поток электронов (отрицательных частиц атома) по электрической цепи, которые приводятся в движение, благодаря источнику напряжения. В действительности движение электронов протекает от отрицательной (-U) клеммы к положительной  (+ U) клемме питания, а для облегчения понимания принято, что  ток протекает от положительной к отрицательной клемме.

В схемах направление тока через цепь обычно указывают стрелкой, связанной с символом I или i. Эта стрелка указывает общепринятое направление тока и как правило не совпадает с направлением фактического потока.

Общепринятый ток

Как правило, это поток положительно заряженных частиц, от положительного полюса источника к отрицательному. Диаграмма слева показывает движение положительного заряда (дырки) вокруг замкнутого контура, протекающего от положительной клеммы батареи, через цепь и возврат к отрицательной клемме батареи. Этот ток от положительного к отрицательному полюсу источника известен как традиционный или общепринятый ток.

Заходя вперед сразу уточним, что  все стрелки на схемах указывающие направление тока, показанные на символах для таких компонентов, как диоды и транзисторы, указывают направление общепринятого тока.

В отличие от общепринятого тока, фактическое движение электронов осуществляется от отрицательного полюса источника питания к положительному.

Электронный поток

Поток электронов в электрической цепи направлен противоположно общепринятому направлению тока. Фактический ток, протекающий в электрической цепи, состоит из электронов, которые текут от отрицательного полюса батареи (катода) и возвращаются назад к положительному полюсу (аноду) батареи.

Это связано с тем, что заряд электрона отрицателен по определению и поэтому притягивается к положительному полюсу. Этот поток электронов называется электронным токовым потоком. Поэтому электроны действительно перемещаются в цепи от отрицательной клеммы к положительной.

Как и общепринятый ток так и электронный токовый поток очень часто упоминается во многих учебных пособиях. На практике же, никакой разницы каким образом течет ток по цепи нет. Направление тока не влияет на то, что происходит в цепи. Но, для понимания все же общепринятый ток от положительного полюса источника к отрицательному полюсу доступнее.

В электронных схемах источником тока является элемент схемы, который обеспечивает заданное количество тока, например, 1A, 5A 10А и т.д. и обозначается символом схемы для источника постоянного тока, заданного как круг со стрелкой внутри, указывающей направление тока.

Ток измеряется в амперах, а ампер определяется как количество заряда (Q в кулонах), проходящих через определенную точку цепи за одну секунду (t в секундах).

Электрический ток обычно выражается в амперах с префиксами, используемыми для обозначения небольших величин токов, например,  микроампер (μA = 10 ^-6 A или мкА  ) или миллиампер (  mА = 10 ^-3 А или мА  ). Обратите внимание, что электрический ток может быть либо положительным по значению, либо отрицательным по величине в зависимости от направления потока.

Ток, который течет в одном направлении, называется постоянный ток или часто используемое сокращение DC (Direct Current). Ток, который попеременно меняет направление называется переменным током или АС (Alternating Current). Независимо от того, протекает по цепи переменный ток либо постоянный, когда к нему подключен источник напряжения, он всегда ограничен сопротивлением цепи и самим источником напряжения, создающим этот ток в этой цепи.

 Кроме того, т.к. переменный ток изменяется во времени с определенным периодом эффективность его воздействия можно оценить с помощью Среденеквадратического значения (обозначается RMS, Root Mean Squared) тока, что по сути является эквивалентом потери мощности при постоянном токе.

Ток можно рассматривать как поток воды внутри трубы. Чем быстрее поток воды, тем больше ток. Обратите внимание, что ток не может существовать без напряжения, независимо от того, какой источник переменный или постоянный. Также ток может существовать только в замкнутой цепи.

Cопротивление

Сопротивление (R) — это способность материала сопротивляться или предотвращать поток тока или, точнее, поток электрических зарядов внутри схемы. Элемент схемы, который умеет это делать, называется «Резистор».

Резистор — это элемент схемы, единицей измерения которой является 1 Ом, в иностранной литературе обозначается  греческим символом (Ω, Omega). Также используются  с префиксами, используемыми для обозначения кило-омов (кОм = 10 ³ Ом) и Мега-омов (MОм = 10 ⁶ Ом). Обратите внимание, что сопротивление не может быть отрицательным по значению.

Символы резисторов на электрических схемах

Величина сопротивления резистора определяется отношением тока через него к напряжению на нем, которое определяет, является ли элемент схемы «хорошим проводником», т.е. обладает низким сопротивлением или «плохим проводником» — обладает высоким сопротивлением. Низкое сопротивление, например, 1 Ом или менее, подразумевает, что схема является хорошим проводником из материалов, таких как медь, алюминий или углерод, в то время как высокое сопротивление, 1 МОм или более, означает, что схема является плохим проводником из изоляционных материалов, таких как стекло, фарфор или пластика.

С другой стороны, «полупроводник», такой как кремний или германий, представляет собой материал, сопротивление которого находится где-то между сопротивлением хорошего проводника и хорошим изолятором. Отсюда и название «полупроводник». Полупроводники используются для изготовления диодов, транзисторов и др. полупроводниковых элементов.

Сопротивление может быть линейным или нелинейным по своей природе. Линейное сопротивление подчиняется закону Ома, поскольку напряжение на резисторе линейно пропорционально проходящему через него току. Нелинейное сопротивление, не подчиняется закону Ома, но имеет падение напряжения на нем, которое пропорционально току.

Сопротивление не зависит от частоты, т.е. сопротивление при переменном токе соответствует сопротивлению при постоянном токе и,  не может быть отрицательным. Помните, что сопротивление всегда имеет положительную величину.

Резистор классифицируется как пассивной элемент схемы и он не может накапливать или отдавать энергию. Резисторы потребляют мощность, которая выделяется как тепло и свет. Потребляемая мощность всегда положительна независимо от полярности и направления тока.

При очень низких значениях сопротивления, например, милли-омах (мОм), иногда намного проще использовать величину обратную сопротивлению (1/R). Обратная величина сопротивления называется Проводимостью и обозначается символом (G) и подразумевает собой способность проводника или устройства проводить электричество.

Высокие значения проводимости подразумевают хороший проводник, такой как медь, в то время как низкие значения проводимости подразумевают плохой проводник, такой как дерево. Стандартной единицей измерения, заданной для проводимости, является Сименс (1См).

Мощность также может быть выражена с помощью проводимости, как: P = I ² / G = U ² G .

Зависимость  между напряжением  (U) и током  (I) в цепи с постоянным сопротивлением (R) линейна и пропорциональна значению сопротивления, как показано на графике. В этом можно убедиться, собрав небольшую схему как на рисунке ниже и измерив значения напряжения и тока при заданном сопротивлении цепи R.

Обзор напряжения, тока и сопротивления

Надеюсь, к настоящему моменту вы получили некоторое представление о том, как напряжение, ток и сопротивление тесно связаны друг с другом.

 Связь между напряжением, током и сопротивлением составляет основу закона Ома. В линейной цепи с фиксированным сопротивлением, если мы увеличиваем напряжение, ток возрастает, и аналогичным образом, если мы уменьшаем напряжение, ток снижается. Это означает, что если напряжение высокое, ток высокий, и если напряжение низкое, ток низкий.

Аналогично, если мы увеличим сопротивление, ток снизится для заданного напряжения, и если мы уменьшим сопротивление, ток повысится. Итак, если сопротивление высокое – ток небольшой и, наоборот, если сопротивление низкое – ток большой.

Подведем итоги:

• Напряжение или разность потенциалов — это мера потенциальной энергии между двумя точками в цепи и обычно называется «падением напряжения».
• Когда источник напряжения подключен к замкнутому контуру, напряжение будет создавать ток, протекающий по цепи.
• В источниках постоянного тока символы + U (положительный) и -U (отрицательный) используются для обозначения полярности напряжения.
• Напряжение измеряется в «Вольтах» и обозначается символом «U» для напряжения или «E» для энергии.
• Электрический ток представляет собой комбинацию потока электронов и дырок через контур.
• Электрический ток измеряется в «Амперах» и обозначается символом «I».
• Ток прямо пропорционален напряжению.
• Эффективное (среднеквадратичное) значение переменного тока имеет одинаковые средние потери мощности, эквивалентные постоянному току, протекающему через резистивный элемент.
• Сопротивление — это противодействие току, протекающему по цепи.
• Низкие значения сопротивления подразумевают собой проводник, а высокие значения сопротивления — изолятор.
• Ток обратно пропорционален сопротивлению.
• Сопротивление измеряется в «Омах» и обозначается греческим символом «Ω» или буквой «R».

В следующем материале о цепях постоянного тока мы рассмотрим Закон Ома, который является математическим уравнением, объясняющим взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением в электрических цепях и являющимся основой электроники и электротехники. Закон Ома определяется как: U = I х R .

Электронный ток течет как вода?

Если вы думаете о приюте, в нем есть два типа людей: персонал и пациенты. Мы не уверены, кто из [Ник Люсид] в последнем видео The Science Asylum пытается ответить на вопрос: действительно ли электричество течет, как вода?

Если задуматься, это не такой уж и странный вопрос. Мы говорим об электрическом токе — как о токе в потоке. Многие вводные книги по электричеству пытаются связать напряжение с давлением воды, электрический ток с потоком воды и сопротивление изменению объема трубы.Конечно, вы, вероятно, догадались, что аналогия — кхм — не выдерживает некоторого уровня детализации, но насколько она далека от этого? Мы не будем портить сюрприз, поэтому вы можете посмотреть видео, чтобы узнать об этом, но было несколько действительно интересных моментов. Как быстро электроны дрейфуют по проводнику? Скорость света? На самом деле, нет — помните, скорость дрейфа — это средняя скорость отдельного электрона, а не скорость электрического тока.

Итак, если электроны не движутся со скоростью света, как мы можем создавать всевозможные схемы и антенны, которые полагаются на скорость света? На видео показано, почему это работает, даже если отдельные электроны движутся не так быстро.Фактически, скорость настолько мала, что электроны в цепи переменного тока практически не двигаются, поскольку они просто перемещаются взад и вперед очень небольшое количество за каждый полупериод.

Одна из вещей, которая усложняет картину по сравнению с тем, когда многие из нас учились в школе, — это то, что мы теперь намного лучше понимаем квантовую природу вещей в этом масштабе, а это всегда сбивает с толку. Удивительно, но видео также дает некоторую интуицию о скин-эффекте, который может пригодиться.

В какую сторону движется воздух при скорости 3836 миль в час? Инженер закладывает основу для более тихого, более эффективного и безопасного сверхзвукового полета — ScienceDaily

Если вы когда-нибудь были на авиашоу или жили недалеко от базы ВВС, вы знакомы с звуковыми ударами.

Эти оглушительные шумы производятся самолетом, скорость которого превышает скорость звука, примерно 767 миль в час. Они частично объясняют, почему пассажирские авиалайнеры летают по небу на более медленных и менее агрессивных скоростях.

Аэрокосмический инженер Университета Буффало Джеймс Чен работает над решением проблем, связанных с превышением звукового барьера.

«Представьте себе полет из Нью-Йорка в Лос-Анджелес за час. Представьте себе невероятно быстрые беспилотные летательные аппараты, предоставляющие более обновленную и подробную информацию об атмосфере Земли, которая может помочь нам лучше предсказывать смертоносные штормы», — говорит Чен, доктор философии, доцент кафедры Департамент машиностроения и аэрокосмической техники Школы инженерных и прикладных наук UB.

Чен — автор исследования, опубликованного 3 января в журнале Journal of Engineering Mathematics . Исследование относится к классической кинетической теории австрийского физика Людвига Больцмана, которая использует движение молекул газа для объяснения повседневных явлений, таких как температура и давление.

Работа Чена расширяет классическую кинетическую теорию на высокоскоростную аэродинамику, включая гиперзвуковую скорость, которая начинается с 3836 миль в час, что примерно в пять раз превышает скорость звука.Новое и другие исследования Чена, опубликованные во влиятельных академических журналах, пытаются решить давние проблемы, связанные с аэродинамикой высоких скоростей.

Сверхзвуковые пассажирские самолеты

Идея сверхзвуковых пассажирских самолетов не нова. Пожалуй, самым известным из них является «Конкорд», который летал с 1976 по 2003 год. Несмотря на успех, его преследовали жалобы на шум и высокие эксплуатационные расходы.

Совсем недавно Boeing объявил о планах создания гиперзвукового авиалайнера, а НАСА работает над сверхзвуковым проектом под названием QueSST, сокращенно от Quiet Supersonic Technology.

«Уменьшение пресловутого звукового удара — это только начало. В сверхзвуковом полете мы должны теперь ответить на последнюю нерешенную проблему классической физики: турбулентность», — говорит Чен, работа которого финансируется Программой молодых исследователей ВВС США, которая поддерживает инженеров и ученых, которые демонстрируют исключительные способности и обещают проводить фундаментальные исследования.

Для создания более эффективных, менее дорогих и бесшумных самолетов, превышающих звуковой барьер, исследовательскому сообществу необходимо лучше понимать, что происходит с воздухом, окружающим эти автомобили.

«Мы так многого не знаем о воздушном потоке, когда вы достигаете гиперзвуковой скорости. Например, вокруг самолета образуются водовороты, создающие турбулентность, которая влияет на маневрирование самолета в атмосфере», — говорит он.

Теория морфирующего континуума

Для решения этих сложных проблем исследователи исторически использовали аэродинамические трубы, которые представляют собой исследовательские лаборатории, которые воспроизводят условия, с которыми сталкиваются транспортные средства в воздухе или космосе.Несмотря на свою эффективность, эти лаборатории могут быть дорогими в эксплуатации и обслуживании.

В результате многие исследователи, в том числе Чен, обратились к прямому численному моделированию (DNS).

«DNS с высокопроизводительными вычислениями может помочь решить проблемы турбулентности. Но используемые нами уравнения, основанные на работе Навье и Стокса, по существу недействительны на сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростях», — говорит Чен.

Его работа в журнале Journal of Engineering Mathematics посвящена теории морфируемого континуума (MCT), которая основана на областях механики и кинетической теории.MCT стремится предоставить исследователям удобные для вычислений уравнения и теорию для решения проблем с гиперзвуковой турбулентностью.

«Центр вычислительных исследований в UB обеспечивает прекрасную платформу для моей команды и меня в лаборатории многомасштабной вычислительной физики, чтобы решать эти сложные задачи высокоскоростной аэродинамики с помощью высокопроизводительных вычислений», — говорит Чен.

В конечном счете, эта работа может привести к усовершенствованию конструкции сверхзвуковых и гиперзвуковых самолетов, во всем, от формы транспортного средства до материалов, из которых он сделан.По его словам, цель — создать новый класс самолетов, которые будут быстрее, тише, дешевле в эксплуатации и безопаснее.

Как быстро проходит электричество?

Электричество — это поток электронов через проводник в электрическом поле. В случае электрического шнура, соединяющего настольную лампу или другой предмет домашнего обихода с источником питания, медный провод внутри шнура действует как проводник.

Эта энергия распространяется в виде электромагнитных волн примерно со скоростью света, которая составляет 670 616 629 миль в час, 1 или 300 миллионов метров в секунду.2 Однако сами электроны в волне движутся медленнее. Эта концепция известна как скорость дрейфа.

Какова скорость электронов в электричестве?

Электроны заряжены отрицательно. Некоторые из них закреплены как часть атома, а некоторые свободно перемещаются по стабильной сетке проводника, состоящего из надежных атомов. Когда свободные электроны подпрыгивают, они создают электрический заряд. 3

Количество электронов, которые могут перемещаться в конкретном материале, определяет его проводимость.Некоторые материалы, такие как медный провод внутри электрических шнуров, позволяют электронам более свободно перемещаться и, следовательно, лучше проводить электричество.

Поскольку электроны заряжены отрицательно, они движутся в направлении, противоположном положительному заряду. Вскоре свободный электрон ударяется о стабильный атом и несколько случайным образом отскакивает в другом направлении.

В то время как этот энергетический отскок создает электрический заряд, электрический ток бесполезен без какого-либо направления.Вот где вступает в действие электрическая сила, перемещающая электроны в одном направлении. Это называется электромагнитной силой (ЭДС) .4

Основы электрических токов

Электрические токи можно сравнить с потоком воды в трубе: чем больше давление на одном конце, тем сильнее поток воды (или электричества) .5 Подключение провода к батарее или розетке похоже на приложение внешнего электрического поля к проводу (или добавление давления на одном конце).

Как Как было сказано ранее, хотя скорость передачи электрического тока сама по себе примерно равна скорости света, действительные электроны в этой волне могут двигаться только со скоростью несколько миллиметров в секунду.Это связано с тем, что сами электроны подпрыгивают вокруг проводника и создают энергию, которая выделяется в волне, но не обязательно движутся вместе с ней.

Это означает, что в случае переменного тока, когда ток меняет направление 50 или 60 раз в секунду, большая часть электронов никогда не выходит из провода.6 Но само электричество все еще течет благодаря возбуждению электронов. .

Основы электроники: постоянный и переменный ток

2. Образование
3. Наука
4. Электроника
5. Основы электроники: постоянный и переменный ток

Дуг Лоу

Электрический ток, который непрерывно течет в одном направлении, называется постоянного тока или постоянного тока . Электроны в проводе постоянного тока движутся медленно, но в конечном итоге они перемещаются от одного конца провода к другому, потому что они продолжают двигаться в одном и том же направлении.

Напряжение в цепи постоянного тока должно быть постоянным или, по крайней мере, относительно постоянным, чтобы ток протекал в одном направлении. Таким образом, напряжение, обеспечиваемое батареей фонарика, остается стабильным и составляет около 1,5 В.

Положительный полюс батареи всегда положительный по отношению к отрицательному полюсу, а отрицательный конец батареи всегда отрицательный относительно положительного полюса.Это постоянство толкает электроны в одном направлении.

Другой распространенный тип тока называется переменный ток , сокращенно AC . В цепи переменного тока напряжение периодически меняется на противоположное. Когда напряжение меняется на противоположное, меняется и направление тока.

В наиболее распространенной форме переменного тока, используемой в большинстве систем распределения электроэнергии по всему миру, напряжение меняется на противоположное 50 или 60 раз в секунду, в зависимости от страны.В Соединенных Штатах напряжение меняется 60 раз в секунду.

Переменный ток используется почти во всех мировых системах распределения электроэнергии по той простой причине, что переменный ток намного эффективнее, когда он передается по проводам на большие расстояния. Все электрические токи теряют мощность, когда они протекают на большие расстояния, но цепи переменного тока теряют гораздо меньше энергии, чем цепи постоянного тока.

Электроны в цепи переменного тока на самом деле не движутся вместе с током. Вместо этого они как бы сидят и покачиваются взад и вперед.Они движутся в одном направлении за 1/60 секунды, а затем разворачиваются и идут в другом направлении за 1/60 секунды. В результате они никуда не денутся.

Для вашего дальнейшего просветления, вот еще несколько интересных и полезных фактов, касающихся переменного тока:

• Популярная игрушка под названием Колыбель Ньютона может помочь вам понять, как работает переменный ток. Игрушка состоит из набора металлических шаров, подвешенных на веревке к каркасу, так что шары просто касаются друг друга по прямой.

  Если вы оттянете мяч на одном конце линии от других мячей, а затем отпустите его, этот мяч отскочит назад к линии шаров, ударится по одному на конце и мгновенно вытолкнет мяч на другой конец шаров. линия от группы.

  Этот шар немного покачивается вверх, а затем поворачивается и возвращается вниз, чтобы ударить группу с другого конца, который затем отталкивает первый шар от группы. Это чередование движений вперед и назад продолжается удивительно долго, если игрушка тщательно сконструирована.

  Переменный ток работает примерно так же. Электроны сначала движутся в одном направлении, но затем меняют свое направление и движутся в другом направлении. Возвратно-поступательное движение электронов в цепи продолжается до тех пор, пока напряжение продолжает меняться.

• Изменение напряжения в типичной цепи переменного тока не происходит мгновенно. Вместо этого напряжение плавно переключается с одной полярности на другую. Таким образом, напряжение в цепи переменного тока постоянно меняется.Он начинается с нуля, затем увеличивается в положительном направлении на бит, пока не достигает максимального положительного напряжения, а затем уменьшается, пока не вернется к нулю.

  В этот момент он увеличивается в отрицательном направлении, пока не достигнет своего максимального отрицательного напряжения, после чего снова уменьшается, пока не вернется к нулю. Затем весь цикл повторяется.

Об авторе книги

Магнитное поле, связанное с током | Электромагнетизм

10.2 Магнитное поле, связанное с током (ESBPS)

Если вы держите компас рядом с проводом, через который проходит ток течет, стрелка компаса отклоняется.

Поскольку компасы работают, указывая вдоль силовых линий магнитного поля, это означает, что рядом с проводом, по которому течет ток, должно быть магнитное поле.

Магнитное поле, создаваемое электрическим током, всегда ориентированы перпендикулярно направлению тока. Ниже приведен эскиз того, как выглядит магнитное поле вокруг провода, когда в нем течет ток. Мы используем \ (\ vec {B} \) для обозначения магнитного поля и стрелки на силовых линиях, чтобы показать направление магнитного поля. Обратите внимание на , что если нет тока, не будет магнитного поля.

Направление тока в проводе (проводе) показано центральной стрелкой. Кружки являются линиями поля, и они также имеют направление, указанное стрелками на линиях. Как и в случае с силовыми линиями электрического поля, чем больше количество линий (или чем они ближе друг к другу) в области, тем сильнее магнитное поле.

Важно: все наши обсуждения направлений поля предполагают, что мы имеем дело с условным током .

Чтобы визуализировать эту ситуацию, поставьте ручку или карандаш прямо на стол. Круги центрируются вокруг карандаша или ручки и должны быть нарисованы параллельно поверхности стола. Кончик ручки или карандаша должен указывать в направлении тока.

Вы можете посмотреть на карандаш или ручку сверху, и карандаш или ручка будут точкой в ​​центре кругов. Направление силовых линий магнитного поля в этой ситуации — против часовой стрелки.

Чтобы было легче увидеть, что происходит, мы нарисуем только один набор круговых линий полей, но учтите, что это только для иллюстрации.

Если вы положите лист бумаги за карандаш и посмотрите на него сбоку, то увидите, что круговые линии поля расположены сбоку, и трудно понять, что они круглые. Они проходят через бумагу. Помните, что линии поля имеют направление, поэтому когда вы смотрите на лист бумаги сбоку, это означает, что круги входят в бумагу с одной стороны карандаша и выходят из бумаги с другой стороны.

Когда рисуем направления магнитных полей и токов, используем символы \ (\ odot \) и \ (\ otimes \).Символ \ (\ odot \) представляет собой стрелка, выходящая со страницы, и символ \ (\ время \) представляет собой стрелку, ведущую на страницу.

Значения символов легко запомнить, если вспомнить стрела с острым концом на голове и хвост с перьями в форме креста.

Датский физик Ганс Христиан Эрстед однажды в 1820 году читал лекцию о возможности связи электричества и магнетизма друг с другом и в процессе убедительно продемонстрировал это с помощью эксперимента перед всем своим классом.Пропуская электрический ток через металлический провод, подвешенный над магнитным компасом, Эрстед смог вызвать определенное движение стрелки компаса в ответ на ток. То, что начиналось как предположение в начале урока, в конце подтвердилось как факт. Излишне говорить, что Эрстеду пришлось пересматривать свои конспекты лекций для будущих занятий. Его открытие открыло путь для совершенно новой отрасли науки — электромагнетизма.

Теперь мы рассмотрим три примера токоведущих проводов.Для каждого примера мы определим магнитное поле и проведем силовые линии магнитного поля вокруг проводника.

Магнитное поле вокруг прямого провода (ESBPT)

Направление магнитного поля вокруг токоведущей проводник показан на рисунке 10.1.

Направление магнитного поля

Используя направления, указанные на рисунках 10.1 и 10.2, попытайтесь найти правило, которое легко подскажет вам направление магнитного поля.

Подсказка: используйте пальцы. Возьмите проволоку в руки и попытайтесь найти связь между направлением большого пальца и направлением, в котором они сгибаются.

Существует простой способ найти взаимосвязь между направлением тока, протекающего в проводнике, и направлением магнитного поля вокруг того же проводника. Метод называется Правило правой руки . Проще говоря, Правило правой руки гласит, что силовые линии магнитного поля, создаваемые токоведущим проводом, будут ориентированы в том же направлении, что и согнутые пальцы правой руки человека (в положении «автостоп»), а большой палец направлен внутрь. направление тока.

Ваша правая и левая рука уникальны в том смысле, что вы не можете повернуть одну из них, чтобы она находилась в том же положении, что и другая. Это означает, что правая часть правила важна. Вы всегда получите неправильный ответ, если воспользуетесь не той рукой.

Правило правой руки

Используйте Правило правой руки, чтобы нарисовать направления магнитных полей для следующих проводников, при этом токи текут в направлениях, показанных стрелками. Первая задача выполнена за вас.

Магнитное поле вокруг проводника с током

Аппарат

1. один \ (\ text {9} \) \ (\ text {V} \) аккумулятор с держателем

2. два соединительных провода с зажимами типа «крокодил»

3. компас

4. секундомер

Метод

1. Подключите провода к батарее, оставив один конец каждого провода неподключенным, чтобы цепь не замкнулась.

2. Обязательно ограничивайте ток до \ (\ text {10} \) \ (\ text {seconds} \) за раз (вы можете спросить, у провода очень маленькое сопротивление, поэтому батарея разряжается квартира очень быстро). Это необходимо для продления срока службы батареи, а также для предотвращения перегрева проводов и контактов батареи.

3. Поднесите компас к проводу.

4. Замкните цепь и посмотрите, что происходит с компасом.

5. Поменяйте полярность батареи и замкните цепь. Понаблюдайте, что происходит с компасом.

Выводы

Используйте свои наблюдения, чтобы ответить на следующие вопросы:

1. Создает ли ток, протекающий по проводу, магнитное поле?

2. Магнитное поле присутствует, когда ток не течет?

3. Зависит ли направление магнитного поля, создаваемого током в проводе, от направления тока?

4. Как направление тока влияет на магнитное поле?

Магнитное поле вокруг токоведущей петли (ESBPV)

До сих пор мы рассматривали только прямые провода, по которым проходит ток, и магнитные поля вокруг них.Мы собираемся изучить магнитное поле, создаваемое кольцевыми витками провода, по которому проходит ток, потому что это поле имеет очень полезные свойства. Например, вы увидите, что мы можем создать однородное магнитное поле.

Магнитное поле вокруг петли проводника

Представьте себе две петли из проволоки, по которым течет ток (в противоположных направлениях) и которые параллельны странице вашей книги. Используя правило правой руки, нарисуйте то, что, по вашему мнению, будет выглядеть магнитное поле в разных точках вокруг каждой из двух петель.В петле 1 ток течет против часовой стрелки, а в петле 2 ток течет по часовой стрелке.

Если вы сделаете петлю из проводника с током, то направление магнитного поля определяется применением правила правой руки к разным точкам петли.

Обратите внимание, что есть разновидность правила правой руки. Если вы заставите пальцы правой руки следовать направлению тока в петле, ваш большой палец будет указывать в том направлении, где выходят силовые линии.Это похоже на северный полюс (где силовые линии выходят из стержневого магнита) и показывает, какая сторона петли будет притягивать северный полюс стержневого магнита.

Магнитное поле вокруг соленоида (ESBPW)

Если мы теперь добавим еще одну петлю с током в том же направлении, то магнитное поле вокруг каждой петли можно будет сложить вместе, чтобы создать более сильное магнитное поле. Катушка, состоящая из множества таких петель, называется соленоидом . Соленоид — это цилиндрическая катушка с проволокой, действующая как магнит, когда электрический ток течет по проволоке.Картина магнитного поля вокруг соленоида аналогична картине магнитного поля вокруг стержневого магнита, который вы изучали в 10-м классе, у которого были определенные северный и южный полюсы, как показано на рисунке 10.3.

Реальные приложения (ESBPX)

Электромагниты

Электромагнит представляет собой кусок проволоки, предназначенный для создания магнитного поля при прохождении через него электрического тока. Хотя все проводники с током создают магнитные поля, электромагнит обычно строится таким образом, чтобы максимизировать силу магнитного поля, которое он создает для специальной цели.Электромагниты обычно используются в исследованиях, промышленности, медицине и потребительских товарах. Примером обычно используемого электромагнита являются защитные двери, например на двери магазина, которые открываются автоматически.

Как электрически управляемый магнит, электромагниты являются частью широкого спектра «электромеханических» устройств: машин, которые создают механическую силу или движение за счет электроэнергии. Возможно, наиболее очевидным примером такой машины является электродвигатель , который будет подробно описан в классе 12.Другими примерами использования электромагнитов являются электрические звонки, реле, громкоговорители и краны для свалок.

Электромагниты

Цель

Магнитное поле создается, когда электрический ток течет по проводу. Одиночный провод не создает сильного магнитного поля, в отличие от провода, намотанного на железный сердечник. Мы исследуем это поведение.

Аппарат

1. аккумулятор и держатель

2. длина провода

3. компас

4. несколько гвоздей

Метод

1. Если вы не проводили предыдущий эксперимент в этой главе, сделайте это сейчас.

2. Согните провод в несколько катушек перед тем, как прикрепить его к батарее. Посмотрите, что происходит с отклонением стрелки компаса. Прогиб компаса стал сильнее?

3. Повторите эксперимент, изменив количество и размер витков в проводе. Посмотрите, что происходит с отклонением компаса.

4. Намотайте проволоку на железный гвоздь и затем прикрепите катушку к батарее.