Главная

ЕГЭ

ОГЭ

Как известно, со стороны электрического поля на заряженную частицу действует сила, которую можно рассчитать по формуле:

где q - заряд частицы, Е - напряженность электрического поля.   

Если изолированный проводник поместить в электрическое поле, то под действием этой силы в проводнике произойдет перераспределение электрических зарядов, в результате в проводнике возникает кратковременное перемещение свободных зарядов. Этот процесс закончится, когда собственное электрическое поле зарядов, возникших на поверхности проводника, скомпенсирует  внешнее поле. Результирующее электростатическое поле внутри проводника равно нулю.

Однако, в проводниках  при определенных условиях может возникнуть непрерывное упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда. Такое движение называется электрическим током.

 Для существования электрического тока в проводнике необходимо выполнение следующих условий:

1) создать в проводнике электрическое поле;

2) наличие в проводнике свободных электрических зарядов;

3) проводник должен быть замкнут.

Электрический ток - это упорядоченное движение заряженных частиц (все заряженные частицы одного знака движутся в одну сторону).

За направление электрического тока принято направление движения положительных свободных зарядов. Свободными будем называть заряды, способные перемещаться по всей длине проводника. В зависимости от типа проводника свободными могут являться различные частицы, например в металлах свободными являются электроны, а в электролитах как правило это положительно и отрицательно заряженные ионы. Таким образом электрический ток в металлах можно сравнить с односторонним движением (все электроны движутся в одном направлении), а в электролитах с двухсторонним (положительные ионы движутся в одну сторону, а отрицательные в противоположную).

Количественной мерой электрического тока и главной характеристикой тока является сила тока I – скалярная физическая величина, равная отношению заряда Δq, переносимого через поперечное сечение проводника (рис. 4.1) за интервал времени Δt, к этому интервалу времени:

   (1)

Рисунок 4.1.

Упорядоченное движение электронов в металлическом проводнике.

В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах (А). Единица измерения тока 1 А устанавливается по магнитному взаимодействию двух параллельных проводников с током. На основании приведенной выше формулы (1), можно определить физический смысл 1 ампера следующим образом: сила тока в проводнике равна 1 амперу, если за каждую секунду через поперечное сечение проводника проходит заряд 1 Кл.

Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называется постоянным.

Простые логические рассуждения позволяют сделать вывод о том, что заряд, переносимый через поперечное сечение проводника будет прямо пропорционален заряду частиц (q), движением которых обусловлен ток, концентрации (n) этих частиц и скорости (v) их движения, а время переноса заряда будет обратно пропорционально площади (s) поперечного сечения проводника. Объединяя эти пропорциональности в одну, получим выражение, позволяющее вычислять силу тока в проводнике.

Мы знаем, что отрицательные частицы, под действием сил со стороны электрического поля перемещаются из точки с меньшим потенциалом в точку с большим потенциалом. Работа электрического поля пропорциональна заряду частицы и разности потенциалов При перемещении электрического заряда в электростатическом поле по замкнутой траектории, работа сил электрического поля равна нулю (нет разности потенциалов). Поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил не электростатического происхождения. Такие устройства называются источниками постоянного тока. Таким образом, источник тока создает необходимую, для существования тока разность потенциалов.

Источник тока имеет два полюса: положительный и отрицательный, следовательно в проводнике, соединяющем полюса источника, линии напряженности будут направлены от плюса источника к минусу. Потенциал положительного полюса источника выше, чем отрицательного. Со стороны электрического поля на отрицательно заряженные частицы будет действовать сила, перемещающая эти частицы из точки с меньшим потенциалом в точку с большим потенциалом, что соответствует всем правилам электростатики. Таким образом, электроны будут двигаться от минуса источника к его плюсу, но, как уже говорилось, за направление тока будем принимать направление движения положительно заряженных частиц, т.е. противоположное направлению движения электронов.

Действия тока.

Мы не можем непосредственно наблюдать движение заряженных частиц в проводниках, но судить об электрическом токе можно судить по его действиям. При наличии тока в проводнике наблюдаются следующие действия:

1) Магнитное действие - наблюдается всегда при наличии тока в проводнике, обнаруживается с помощью магнитной стрелки, расположенной рядом с проводником с током (опыт Эрстеда). При появлении тока, магнитная стрелка ориентируется по линиям индукции магнитного поля проводника с током, при исчезновении тока магнитная стрелка ориентируется по магнитному полю Земли.

2) Тепловое действие - наблюдается всегда, за исключением случая сверхпроводимости, проявляется в нагревании проводника по которому течет ток. Можно привести массу примеров подтверждающих тепловое действие тока: нить накала лампы разогревается до красного каления при прохождения тока. Разогрев подошвы утюга, тена электрического чайника и т.д.

3) Химическое действие - наблюдается только в растворах или расплавах электролитов. Под действием тока в электролитах протекают химические реакции. Примером таких процессов может являться электролиз с помощью которого можно выделить чистые металлы из раствора, например, медь из раствора медного купороса.

Содержание

Центр компьютерного обучения МБОУ СШ №2 © 2001 - 2026 г.