Alp22.ru

Промышленное строительство
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электрический ток

Электрический ток

Электрический токЭлектрический ток — направленное движение электрически заряженных частиц под воздействием электрического поля . Такими частицами могут являться: в проводниках – электроны , в электролитах – ионы (катионы и анионы), в полупроводниках – электроны и, так называемые, «дырки» («электронно-дырочная проводимость»). Также существует «ток смещения «, протекание которого обусловлено процессом заряда емкости, т.е. изменением разности потенциалов между обкладками. Между обкладками никакого движения частиц не происходит, но ток через конденсатор протекает.

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

Током проводимости (просто током) в теории электрических цепей называют количество электричества, протекающего за единицу времени через поперечное сечение проводника: i=q/ t , где i — ток. А; q = 1,6 · 10 9 — заряд электрона, Кл; t — время, с.

Это выражение справедливо для цепей постоянного тока. Для цепей переменного тока применяют так называемое мгновенное значение тока, равное скорости изменения заряда во времени: i(t)= dq/ dt .

Ток течет в замкнутой цепи

Первым условием длительного существования электрического тока рассматриваемого вида является наличие источника, или генератора, поддерживающего разность потенциалов между носителями зарядов. Второе условие — замкнутость пути. В частности, для существования постоянного тока необходимо наличие замкнутого пути, по которому заряды могут перемещаться внутри контура без изменения их значения.

Как известно, в соответствии с законом сохранения электрических зарядов они не могут создаваться или исчезать. Поэтому, если любой объем пространства, где протекают электрические токи, окружить замкнутой поверхностью, то ток, втекающий в этот объем, должен быть равен току, вытекающему из него.

Замкнутый путь, по которому течет электрический ток, называют цепью электрического тока, или электрической цепью. Электрическая цепь — делится на две части: внутреннюю, в которой электрически заряженные частицы движутся против направления электростатических сил, и внешнюю часть, в которой эти частицы движутся в направлении электростатических сил. Концы электродов, к которым подсоединяется внешняя цепь, называются зажимами.

Итак, электрический ток возникает тогда, когда на участке электрической цепи появляется электрическое поле, или разность потенциалов между двумя точками проводника. Разность потенциалов между двумя точками электрической цепи называют напряжением или падением напряжения на этом участке цепи .

Электрический ток и напряжение

Амперметр постоянного тока

Один ампер соответствует перемещению через поперечное сечение проводника в течение одной секунды (с) заряда электричества величиной в один кулон (Кл):

В общем случае, обозначив ток буквой i, а заряд q, получим:

Единица тока называется ампер (А) .

Ампер (А) — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, создает между этими проводниками 2 · 10 -7 Н на каждый метр длины.

Ток в проводнике равен 1 А, если через поперечное сечение проводника за 1 сек проходит электрический заряд, равный 1 кулон.

Направленное движение электронов в проводнике

Рис. 1. Направленное движение электронов в проводнике

Если вдоль проводника действует напряжение, то внутри проводника возникает электрическое поле. При напряженности поля Е на электроны с зарядом е действует сила f = Ее. Величины f и Е векторные. В течение времени свободного пробега электроны приобретают направленное движение наряду с хаотическим. Каждый электрон имеет отрицательный заряд и получает составляющую скорости, направленную противоположно вектору Е (рис. 1). Упорядоченное движение, характеризуемое некоторой средней скоростью электронов vcp, определяет протекание электрического тока.

Электроны могут иметь направленное движение и в разреженных газах. В электролитах и ионизированных газах протекание тока в основном обусловлено движением ионов. В соответствии с тем, что в электролитах положительно заряженные ионы движутся от положительного полюса к отрицательному, исторически направление тока было принято обратным направлению движения электронов.

За направление тока принимается направление, в котором перемещаются положительно заряженные частицы, т.е. направление, противоположное перемещению электронов.
В теории электрических цепей за направление тока в пассивной цепи (вне источников энергии) взято направление движения положительно заряженных частиц от более высокого потенциала к более низкому. Такое направление было принято в самом начале развития электротехники и противоречит истинному направлению движения носителей заряда — электронов, движущихся в проводящих средах от минуса к плюсу.

Направление электрического тока в электролите и свободных электронов в проводнике

Направление электрического тока в электролите и свободных электронов в проводнике

Величина, равная отношению тока к площади поперечного сечения S, называются плотностью тока: I / S

При этом предполагается, что ток равномерно распределен по сечению проводника. Плотность тока в проводах обычно измеряется в А/мм2.

По типу носителей электрических зарядов и среды их перемещения различают токи проводимости и токи смещения . Проводимость делят на электронную и ионную. Для установившихся режимов различают два вида токов: постоянный и переменный.

Электрическим током переноса называют явление переноса электрических зарядов заряженными частицами или телами, движущимися в свободном пространстве. Основным видом электрического тока переноса является движение в пустоте элементарных частиц, обладающих зарядом (движение свободных электронов в электронных лампах), движение свободных ионов в газоразрядных приборах.

Электрическим током смещения (током поляризации) называют упорядоченное движение связанных носителей электрических зарядов. Этот вид тока можно наблюдать в диэлектриках.

Полный электрический ток — скалярная величина, равная сумме электрического тока проводимости, электрического тока переноса и электрического тока смещения сквозь рассматриваемую поверхность.

Постоянным называют ток, который может изменяться по величине, но не изменяет своего знака сколь угодно долгое время. Подробнее об этом читайте здесь: Постоянный ток

Ток намагниченности — постоянный микроскопический (амперовый) ток, являющийся причиной существования собственного магнитного поля намагниченных веществ.

Переменным называют ток, который периодически изменяется как по величине, так и по знаку. Величиной, характеризующей переменный ток, является частота (в системе СИ измеряется в герцах), в том случае, когда его сила изменяется периодически.

Переменный ток высокой частоты вытесняется на поверхность проводника. Токи высокой частоты применяется в машиностроении для термообработки поверхностей деталей и сварки, в металлургии для плавки металлов. Переменные токи подразделяют на синусоидальные и несинусоидальные . Синусоидальным называют ток, изменяющийся по гармоническому закону:

Читайте так же:
Формы под заливку гипсом

Скорость изменения переменного тока характеризуется его частотой, определяемой как число полных повторяющихся колебаний в единицу времени. Частота обозначается буквой f и измеряется в герцах (Гц). Так, частота тока в сети 50 Гц соответствует 50 полным колебаниям в секунду. Угловая частота w — скорость изменения тока в радианах в секунду и связана с частотой простым соотношением:

Установившиеся (фиксированные) значения постоянного и переменного токов обозначают прописной буквой I неустановившиеся (мгновенные) значения — буквой i. Условно положительным направлением тока считают направление движения положительных зарядов.

Измерение переменного тока измерительными клещами

Переменный ток — это ток, который изменяется по закону синуса с течением времени.

Под переменным током также подразумевают ток в обычных одно- и трёхфазных сетях. В этом случае параметры переменного тока изменяются по гармоническому закону.

Поскольку переменный ток изменяется во времени, простые способы решения задач, пригодные для цепей постоянного тока, здесь непосредственно неприменимы. При очень высоких частотах заряды могут совершать колебательное движение — перетекать из одних мест цепи в другие и обратно. При этом, в отличие от цепей постоянного тока, токи в последовательно соединённых проводниках могут оказаться неодинаковыми.

Ёмкости, присутствующие в цепях переменного тока, усиливают этот эффект. Кроме того, при изменении тока сказываются эффекты самоиндукции, которые становятся существенными даже при низких частотах, если используются катушки с большой индуктивностью.

При сравнительно низких частотах цепи переменного тока можно по-прежнему рассчитывать с помощью правил Кирхгофа, которые, однако, необходимо соответствующим образом модифицировать.

Цепь, в которую входят разные резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы, можно рассматривать, как если бы она состояла из обобщённых резистора, конденсатора и катушки индуктивности, соединённых последовательно.

Рассмотрим свойства такой цепи, подключённой к генератору синусоидального переменного тока. Чтобы сформулировать правила, позволяющие рассчитывать цепи переменного тока, нужно найти соотношение между падением напряжения и током для каждого из компонентов такой цепи.

Переменный ток

Конденсатор играет совершенно разные роли в цепях переменного и постоянного токов. Если, например, к цепи подключить электрохимический элемент, то конденсатор начнёт заряжаться, пока напряжение на нём не станет равным ЭДС элемента. Затем зарядка прекратится и ток упадёт до нуля.

Если же цепь подключена к генератору переменного тока, то в один полупериод электроны будут вытекать из левой обкладки конденсатора и накапливаться на правой, а в другой — наоборот.

Эти перемещающиеся электроны и представляют собой переменный ток, сила которого одинакова по обе стороны конденсатора. Пока частота переменного тока не очень велика, ток через резистор и катушку индуктивности также одинаков.

В устройствах-потребителях переменного тока переменный ток часто выпрямляется выпрямителями для получения постоянного тока.

Проводники электрического тока

Электрический ток во всех его проявлениях представляет собой кинетическое явление, аналогичное течению жидкости в замкнутых гидравлических системах. По аналогии процесс движения тока называется «течением» (ток течет).

Материал, в котором течёт ток, называется проводником. Некоторые материалы при низких температурах переходят в состояние сверхпроводимости. В таком состоянии они не оказывают почти никакого сопротивления току, их сопротивление стремится к нулю.

Во всех остальных случаях проводник оказывает сопротивление течению тока и в результате часть энергии электрических частиц превращается в тепло. Силу тока можно рассчитать по закону Ома для участка цепи и закону Ома для полной цепи.

Проводники электрического тока

Скорость движения частиц в проводниках зависит от материала проводника, массы и заряда частицы, окружающей температуры, приложенной разности потенциалов и составляет величину, намного меньшую скорости света. Несмотря на это, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости света в данной среде, то есть скорости распространения фронта электромагнитной волны.

Как ток влияет на организм человека

Ток, пропущенный через организм человека или животного, может вызвать электрические ожоги, фибрилляцию или смерть. С другой стороны, электрический ток используют в реанимации, для лечения психических заболеваний, особенно депрессии, электростимуляцию определённых областей головного мозга применяют для лечения таких заболеваний, как болезнь Паркинсона и эпилепсия, водитель ритма, стимулирующий сердечную мышцу импульсным током, используют при брадикардии. В организме человека и животных ток используется для передачи нервных импульсов.

По технике безопасности, минимально ощутимый человеком ток составляет 1 мА. Опасным для жизни человека ток становится начиная с силы примерно 0,01 А. Смертельным для человека ток становится начиная с силы примерно 0,1 А. Безопасным считается напряжение менее 42 В.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

2.2. СОЗДАНИЕ ПЕРВОГО ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

В течение нескольких лет (1792–1795 гг.) А. Вольта не только повторил все опыты Л. Гальвани, но и произвел ряд новых исследований. И если Л. Гальвани искал причину обнаруженных им явлений как физиолог, то А. Вольта, будучи физиком, искал в них физические процессы [1.1; 1.6; 1.12; 1.13].

А. Вольта прежде всего обратил внимание на факт, уже известный Л. Гальвани, что сокращения мышц наиболее интенсивно происходят при использовании двух разнородных металлов. Продолжая исследования, он отверг идеи Л. Гальвани о «животном» электричестве и пришел к выводу, что источником электричества является контакт двух разнородных металлов: «Металлы не только прекрасные проводники, но и двигатели электричества», — утверждал А. Вольта. А «… лягушка, приготовленная по способу Гальвани, есть чувствительнейший электрометр» [1.1; 1.2].

Обобщением исследований А. Вольта была предложенная им теория «контактного электричества». Эта теория утверждала, что при соприкосновении различных металлов происходит разложение их «естественного» электричества; при этом электричество одного знака собирается на одном металле, а другого — на другом. Силу, возникающую при контакте двух металлов и разлагающую их «естественное» электричество, А. Вольта назвал электровозбудительной, или электродвижущей силой; эта сила «перемещает электричество так, что получается разность напряжений» (между металлами. — Авт.) [1.2].

Читайте так же:
Драг метал в старых телевизорах

Произведя исследование этого вопроса при помощи созданного им весьма чувствительного прибора — электроскопа с конденсатором, А. Вольта установил, что металлы можно распределить в некоторый ряд, в котором «разность напряжений» между двумя металлами будет тем больше, чем дальше они расположены один от другого.

С современной точки зрения совершенно очевидна ошибочность идеи Вольта о возможности получения электрического тока посредством простого контакта разнородных металлов, т.е. получения электрической энергии без затраты для этого какого-либо другого вида энергии. Однако в начале прошлого века эта теория контактного электричества нашла много сторонников и на некоторое время удержалась в науке.

Многочисленные эксперименты привели А. Вольта к выводу, что непрерывный электрический «флюид» может возникнуть лишь в замкнутой цепи, составленной из различных проводников — металлов (которые он называл проводниками первого класса) и жидкостей (названных им проводниками второго класса).

Опыты А. Вольта завершились построением в 1799 г. первого источника непрерывного электрического тока, составленного из медных и цинковых кружков (пар), переложенных суконными прокладками, смоченными водой или кислотой. Этот прибор, о котором он впервые сообщил президенту Лондонского королевского общества в марте 1800 г., был назван им «электродвижущим аппаратом», а позже французы стали его называть «гальваническим или вольтовым столбом» (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Вольтов столб

Необходимость применения проводников второго класса (суконных кружков, смоченных водой или кислотой) А. Вольта объяснял следующим: при соприкосновении двух различных металлов электричество одного знака сосредоточивается на одном металле, а электричество противоположного знака — на другом. Если составить столб из нескольких пар различных металлов, например цинка и серебра (без прокладок), то каждая цинковая пластина будет находиться в соприкосновении с одинаковыми серебряными пластинами и их общее действие будет взаимно уничтожаться. Для того чтобы действие отдельных пар суммировалось, необходимо обеспечить соприкосновение каждой цинковой пластинки только с одной серебряной. Это осуществляется с помощью проводников второго рода — суконных кружков, смоченных водой или кислотой, разделяющих пары металлов и не препятствующих движению электричества. Таким образом, А. Вольта, не понимая того, что электрический ток возникает в результате химических процессов между металлами и жидкостями, практически пришел к созданию гальванического элемента, действие которого основывалось именно на превращении химической энергии в электрическую. Хотя А. Вольта и заметил, что поверхности приведенных в контакт разнородных металлов, составляющих гальваническую пару, подвергаются изменению — окисляются, тем не менее он не придал этому факту никакого значения.

Рис. 2.2. Чашечная батарея Вольта

А. Вольта предложил кроме столба еще и несколько иную конструкцию источника электрического тока — так называемую чашечную батарею (рис. 2.2), действие которой, по его мнению, также было основано на контакте между двумя металлами (влажную суконную прокладку столба заменяла жидкость). Чашечная батарея представляла собой соединение отдельных элементов, имевших форму банок, наполненных разбавленной серной кислотой, в которую погружались одна медная и одна цинковая пластины. Кроме предложенных А. Вольта конструкций источника электрического тока вскоре были разработаны некоторые другие его модификации.

Создание вольтова столба подготовило почву для закладки фундамента электротехники. Современник А. Вольта, выдающийся французский ученый академик Доменик Франсуа Араго (1786–1853 гг.) считал вольтов столб «самым замечательным прибором, когда-либо изобретенным людьми, не исключая телескопа и паровой машины». В этом определении нельзя усматривать преувеличения. Вольтов столб — это первый источник непрерывного электрического тока, сыгравший громадную роль как в развитии науки об электричестве, так и в расширении его практических приложений. Вольтов столб в различных своих модификациях долгое время оставался самым распространенным источником электрического тока. Как будет видно из последующего, крупнейшие ученые первой половины XIX в. В.В. Петров, X. Дэви, А. Ампер, М. Фарадей широко применяли вольтов столб для своих опытов.

Научный вклад итальянского ученого был высоко оценен его современниками. Легенды об А. Вольта ходили среди ученых уже при его жизни. Создав вольтов столб, А. Вольта подарил миру, как писал один из его биографов, «невиданный ранее источник электричества, не порциями, как от банок и электрофоров, а непрерывным потоком».

Заслуживают внимания трактат А. Вольта «Об идентичности гальванического и электрического флюидов», его высказывания о «сходстве» электричества и магнетизма.

Современники называли А. Вольта самым великим физиком, жившим в Италии после Галилея. В 1881 г. на Международном конгрессе электриков в Париже единице напряжения было присвоено наименование «Вольт».

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

Проблемы первого витка

Проблемы первого витка Итак, Юрий Гагарин сказал:«Поехали!» и махнул рукой. Что же произошло потом?Казалось, за эти годы о первом витке написано предостаточно.Но на самом деле многие подробности этого знаменитого полета до последнего времени скрывались от

Глава 4.1. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА НАПРЯЖЕНИЕМ до 1 кВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА и до 1,5 кВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Глава 4.1. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА НАПРЯЖЕНИЕМ до 1 кВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА и до 1,5 кВ ПОСТОЯННОГО ТОКА Область применения Вопрос. На какие РУ распространяется настоящая глава Правил?Ответ. Распространяется на РУ и НКУ напряжением до 1 кВ переменного тока и до 1,5 кВ

10.2. Воздействие электрического тока на человека

10.2. Воздействие электрического тока на человека Ток, проходящий через тело человека, действует на организм не только в местах контакта и путях протекания тока, но также и на кровеносную, дыхательную и сердечно-сосудистую системы.Виды травм, связанных с воздействием

1.2.3. Выбор источника питания и предупреждения по безопасности и перегрузкам

1.2.3. Выбор источника питания и предупреждения по безопасности и перегрузкам Для питания видеокамер следует использовать только стабилизированные блоки питания.Не рекомендуется применять простейшие импульсные блоки питания, поскольку они создают помехи в работе

Читайте так же:
Едисон амулет их с жекой

Устройство нечеткой логики – система слежения за направлением источника света

Устройство нечеткой логики – система слежения за направлением источника света Сейчас мы приступим к изготовлению устройства – системы слежения за направлением источника света, использующего принцип нечеткой логики. Система отслеживает направление на источник света,

Список деталей для системы слежения за направлением источника света и демонстрационного нейрона

Список деталей для системы слежения за направлением источника света и демонстрационного нейрона • (2) CdS фотоэлемент• (1) датчик изгиба (номинальное сопротивление 10 кОм)• (2) конденсатор 0,22 мкФ• (1) конденсатор 0,01 мкФ• (4) транзистор NPN TIP 120 Darlington• (2) резистор 10 кОм• (б)

Глава 7 Работа электрического потенциального поля

Глава 7 Работа электрического потенциального поля Перейдем к рассмотрению устройств преобразования энергии, в которых, так или иначе, используется электрическое потенциальное поле. Начнем с электростатических моторов. Например, мотор Франклина, рис. 70, отлично

Глава 4.1. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 КВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И ДО 1,5 КВ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Глава 4.1. РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 КВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И ДО 1,5 КВ ПОСТОЯННОГО ТОКА Область применения Вопрос 1. На какие распределительные устройства распространяется настоящая глава Правил?Ответ. Распространяется на распределительные устройства

§ 1.4 Природа электрического отталкивания и закон Кулона

§ 1.4 Природа электрического отталкивания и закон Кулона Электрические заряды постоянно испускают во всех направлениях частицы, разлетающиеся с постоянной скоростью вдоль прямых линий. Воздействие на заряд зависит лишь от расположения и скорости этих частиц возле

Глава 15 Внутренняя структура электрического потенциального поля

Глава 15 Внутренняя структура электрического потенциального поля Эфир, как и любая физическая среда, существование которой мы можем принять, вместе с Менделеевым, имеет определенные физические свойства. Менделеев писал об упругости данной среды в статье «Попытка

ГЛАВА 3 Изобретение конденсатора и создание первого электрохимического источника тока – важнейшие страницы в летописи электричества

ГЛАВА 3 Изобретение конденсатора и создание первого электрохимического источника тока – важнейшие страницы в летописи электричества Создание лейденской банкиЭтот зимний день 1745 г. запомнился голландскому профессору из г. Лейдена Питеру Мюсхенбруку (1692-1761) на всю жизнь.

Предисловие От первого лица

Предисловие От первого лица …Я с юных лет получал великое наслаждение от всего, что касалось архитектуры… Андреа Палладио Цит. по: Палладио А. Четыре книги об архитектуре / пер. И. В. Жолтовского. М.: Изд-во Всесоюзной Академии архитектуры, 1936. С. 11. Эту книгу не стоит

2.3. ОБНАРУЖЕНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

2.3. ОБНАРУЖЕНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА Первые же опыты с электрическим током[1] не могли не привести к открытию некоторых присущих ему свойств. Поэтому рассматриваемый период в истории электричества характеризуется главным образом обнаружением и

2.5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА И МАГНИТА

2.5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА И МАГНИТА Расширение и углубление исследований электрических явлений привели к открытию и изучению новых свойств электрического тока. О связи электрических и магнитных явлений говорили многие факты, наблюдавшиеся, в частности,

2.12. ПЕРВЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ

2.12. ПЕРВЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ В 40–70 гг. XIX в. стали создаваться первые источники электрического освещения. Освещение является естественной и постоянной потребностью человека. Самым долгим был путь от лучины к свече и затем к масляной лампе. В первой

ИСТОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Вместо термина "постоянный ток" лучше применять термин "постоянное напряжение". То же касается и термина "переменный ток", лучше применять термин "постоянное напряжение". Напряжение в сети, у батареи, как правило, первично, величина постоянная (за исключением аварийных режимов) , а величина тока зависит от нагрузки (в соответствии с законом Ома) : I = U/R, где I – сила тока (в амперах) , U — напряжение (в вольтах) , R — сопротивление (в омах). Все единицы в системе СИ, они применяются в технике, физике и т. д. Употребляются и кратные величины, например, киловольты (1000 х вольт).

Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. Электрический ток возникает при упорядоченном перемещении свободных электронов (в металлах) или ионов (в электролитах).

Основное отличие постоянного напряжения, что оно постоянно по величине и знаку, а постоянный ток "течет" в одну сторону, например, по металлическим проводам (носители тока электроны) от минусового зажима источника напряжения к плюсовому (в электролитах ток создают положительные и отрицательные ионы) .

Переменное напряжение и ток изменяются по закону синусоиды, от нуля увеличивается до положительного амплитудного значения (положительный максимум) , потом уменьшается до нуля и продолжает уменьшаться до отрицательного амплитудного значения (отрицательный максимум) , затем увеличивается, переходя через ноль вновь до положительного амплитудного значения.

Переменный ток меняет за период, как свою величину, так и направление движения тока.

Среднее значение силы тока за период равно нулю.

Действующее значение силы переменного тока — сила такого постоянного тока, при котором средняя мощность, выделяющаяся в проводнике в цепи переменного тока, равна мощности, выделяющейся в том же проводнике в цепи постоянного тока. Когда говорят о токах и напряжения в сети переменного тока, имеют ввиду, их действующие значения. Напряжение в сети 220 вольт это действующие напряжение сети.

ИСТОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Одно из самых великих открытий человечества — это электричество. Благодаря электричеству наша цивилизация смогла интенсивно развиваться и развивается до сих пор. Электричество является, пожалуй, самым экологическим видом энергии. И наверняка скоро оно станет основным видом энергии, после того как мы исчерпаем сырьевые ресурсы нашей планеты. Но кто же изобрел или обнаружил электричество? Давайте обо всем по порядку.

Читайте так же:
Антенна для телевизора внутренняя

Обнаружение электричества уходит далеко в прошлую эру. Эго обнаружил греческий философ Фалес в VII веке до н. э. Он обнаружил, что если потереть об шерсть янтарь, то он может притягивать легкие предметы. Кстати электрон по-гречески означает "янтарь", а электричество — "янтарность". Эти термины впервые появились только в 1600 году, потому что наблюдения Фалеса так и остались наблюдениями.

1650 г. Магдебургский бургомистр Отто фон Герике построил электростатическую установку. Это металлический стержень, на котором закреплен шар из серы. С этим устройством получилось наблюдать свойства притягивания и отталкивания.

1745 г. В этом году собран первый электрический конденсатор, который получил название Лейденская банка. Автором этого изобретения является Питер ван Мушенбрук из Голландии.

1747 г. Появляется работа (очерк) американца Бенджамина Франклина "Эксперименты и наблюдения над электричеством". Это была, по сути, первая теория электричества, в которой Франклин обозначает электричество термином "нематериальная жидкость". В этой работе так же выдвигается теория о существовании положительных и отрицательных зарядов. Еще Б. Франклин изобрел громоотвод и с его помощью он смог наглядно доказать, что молния имеет электрическую природу.

1785 г. Этот год стал переломным, и позволил перевести исследование электричества в научную плоскость. Это открытие Закона Кулона.

В 1800 году происходит еще одно ключевое изобретение, которое позволило исследовать электричество более предметно, и поставить много полезных опытов. Это изобретение итальянцем Вольтом первого источника постоянного тока. Это был первый гальванический элемент, состоящий из серебряных (позже начали использовать медь вместо серебра) и цинковых кружков, а между ними помещалась бумага, смоченная в соленой воде.

В 1821 году, Ампер (французский физик) обнаружил, что магнетизм вокруг проводника появляется только при подаче на него электрического тока, а при статическом электричестве магнетизм отсутствует.

Также неоценимый вклад в исследование электричества внесли ученые Джоуль, Ленц, Ом и Гаусс. Гаусс в 1830 году уже описывает главную теорему теории электростатического поля.

Фарадей также изобрел первый электродвигатель. Это был проводник с электрическим током, который мог вращаться вокруг постоянного магнита.

История открытия закона Ома

В начале XIX века значительное число физиков увлеклись выяснением качественных и количественных закономерностей явлений электромагнетизма. Что же касается первопричины всех этих явлений, самого электрического тока, то здесь продолжали царить весьма туманные представления, лишенные каких бы то ни было опытных обоснований.

Первым физиком, попытавшимся выяснить основные внутренние закономерности прохождения постоянного электрического тока через проводники, был скромный школьный учитель в г. Кельне Георг Симон Ом (1789—1854), удостоенный лишь в возрасте 62 лет, т. е. за два года до своей смерти, звания ординарного профессора.

Георг Симон Ом (1787—1854)

Георг Симон Ом (1789—1854)

Георг Симон Ом родился в Эрлангене в 1789 году в семье слесаря, у которого было очень необычное для сресаря хобби: он сам хорошо знал и любил математику и сумел научить математике своих детей. Всю свою жизнь Георг Симон Ом он был «всего лишь» учителем математики, но его открытия в области физики были настолько важны, что он вошел в историю естественных наук.

После посещения гимназии Георг Симон Ом сначала изучал математику, физику и философию в Эрлангене, а у своего отца научился металлообработке. В течение следующих нескольких десятилетий он зарабатывал на жизнь учителем математики и физики в Швейцарии, Бамберге и Кельне. Помимо преподавательской деятельности, Ом проводил интенсивные исследования и эксперименты в области физики.

С 1817 г. по 1825 г. Ом работает старшим преподавателем математики и физики в реальной гимназии Кельна-на-Рейне, где в 1820 г. почти одновременно с А. М. Ампером начинает заниматься исследованием гальванических цепей. К 1825 г. все основные экспериментальные работы оказались законченными, и автор для завершения и подготовки к публикации обобщающей рукописи переезжает из провинции в Берлин.

Несмотря на успешные исследования, вначале он не получил большого признания как ученый. Закон Ома, сформулированный им в 1826 году и с помощью которого он вошел в историю как физик, в то время в значительной степени игнорировался.

Прежде всего Ом задался целью определить количественную связь между электровозбуждающей силой, интенсивностью гальванического тока и сопротивлением проводника. Его первые опыты, опубликованные в 1826 г, затруднялись непостоянством применявшихся в то время гальванических элементов.

По совету Поггендорфа, Ом пользовался в дальнейшем батареей термоэлементов. Установка его состояла из двух оловянных сосудов, в одном из которых находилась кипящая вода, в другом снег или лед.

Термоэлектрическая батарея представляла собой висмутовый стержень, к которому были привинчены болтами пластинки из меди. Места контактов располагались в оловянных полых цилиндрах, опущенных в сосуды. Свободные концы медных пластин были погружены в чашечки с ртутью, к которым были подведены соответствующие проводники. В цепь включались проволочные образцы из различных металлов.

Схема оборудования, использовавшегося Георгом Симоном Омом при проведении своих опытов

Схема оборудования, использовавшегося Георгом Симоном Омом при проведении своих опытов (из книги «Georg Simon Ohm and the First Comprehensive Theory of Electrical Conductivity in Metals»)

Сила тока измерялась посредством крутильного аппарата, изготовленного по чертежам самого Ома. На тонкой сплющенной металлической проволоке длиной около 12 см была подвешена магнитная стрелка, которая располагалась параллельно магнитному меридиану. Стрелка находилась вблизи исследуемого проводника. Когда через проводник шел ток, стрелка отклонялась и могла быть возвращена в нулевое положение.

Стрелка находилась вблизи исследуемого проводника. Когда через проводник шел ток, стрелка отклонялась и могла быть возвращена в нулевое положение посредством поворота головки подвеса, снабженной делениями. Относительные значения силы тока определялись по углам поворота.

Ранее английский химик Гемфри Дэви (1778—1829) ввел понятие проводимости проводников, которая прямо пропорциональна сечению проводника и обратно пропорциональна его длине. Он построил ряд металлов в порядке уменьшения проводимости: серебро, медь, свинец, золото, цинк, олово, платина, палладий, железо.

Ом пошел дальше и ввел понятие удельной электропроводности (по современной терминологии), т. е. электропроводности цилиндрического проводника единичной длины и единичной площади сечения.

Варьируя длину, диаметр и материал образцов, Ом пришел к выводу, что его результаты удовлетворяют уравнению

где X — интенсивность магнитного воздействия проводника длиной х, а и b — константы, зависящие от электровозбуждающей силы батареи и сопротивления прочих частей цепи. В результате кропотливых измерений Ом установил закон, носящий его имя.

Основным законом для электрической цепи является закон, сформулированный немецким физиком Георгом Омом в 1826 г. Закон Ома: I (в амперах) = U (в вольтах)/R ( в омах), т. е. ток через сопротивление прямо пропорционален напряжению на сопротивлении и обратно пропорционален сопротивлению. Это соотношение можно также записать так — напряжение (U) равно произведению тока ( I ) в амперах и сопротивления (R) в омах.

Коэффициент пропорциональности в этой формуле, конечно, не случайно равен единице. Ом, ампер и вольт выбраны нарочно такими, как они есть, чтобы обратить этот коэффициент в единицу.

Открытый им закон без сомнения явился в электродинамике центральным и послужил основой для создания других.

Первая формулировка закона Ома, сделанная его собственным почерком в записной книжке

Первая формулировка закона Ома, сделанная его собственным почерком в записной книжке (Архив Немецкого музея, Мюнхен, Германия).

Подробнее про закон Ома и его значение смотрите здесь: Закон Ома в популярном изложении

После того, как Георг Симон Ом совершил свое открытие, он не остановился на формальной стороне открытого, им закона. Уже в 1827 г. он опубликовал книгу под заглавием «Гальваническая цепь, обработанная математически», в которой попытался вывести этот закон из теоретических соображений.

Сколь значительный объем работ проделал и к каким выводам пришел Ом, достоверно неизвестно. В предисловии к названной книге он прямо пишет о стесненных материальных условиях и значительных трудностях, связанных с возможностью ознакомления с новой литературой. Поэтому автор указывает, что публикуется только та часть, которая может встретиться с меньшей конкуренцией.

В этой работе Ом исходит из аналогии между распространением «электричества» и «теплоты». Он сопоставляет, открытый им закон для электрического тока с законом для теплового потока, сформулированным Фурье, и подтверждает правильность своего исходного предположения. При этом он впервые вводит (по аналогии с падением температур) «падение электрических напряжений».

Для измерения этого «падения» Ом присоединяет сначала один, затем второй концы проводника с током к «подвижному телу, именуемому «электроскопом» и обладающему неизменными электрическими свойствами, и измеряет силу, с которой подвижная часть электроскопа притягивается или отталкивается от данного конца проводника. Ом назвал эту силу «электроскопической силой». Таким образом, «падение напряжения» измерялось как разность электроскопических сил.

Из аналогии математических выражений для электрического и теплового токов в проводниках «можно,— по мнению Ома,— с полным правом заключить о внутренней связи между этими обоими явлениями природы. И это сходство все возрастает по мере того, как мы его прослеживаем».

Титульные страницы оригинальной книги Ома

Титульные страницы оригинальной книги Ома (на немецком языке) и соответствующие переводы на французский и английский языки

После выхода в свет упомянутой ранее книги Ом до 1830 г. продолжал экспериментировать с электрическими цепями. Позднее занимался вопросами оптики и акустики.

Георг Симон Ом скончался 7 июля 1854 года в возрасте 65 лет от инсульта на мосту через Изар в Мюнхене. Он нашел свое последнее пристанище на старом южном кладбище Мюнхена.

Спустя десятилетия после его смерти в 1881 году «ом» был введен в международном масштабе на 1 Международном конгрессе электриков как единица электрического сопротивления и остается таковой по сей день.

Надгробная плита Георга Симона Ома

Надгробная плита Георга Симона Ома

В 1843 году Ч. Уитстон применил закон Ома для устройства своего измерительного «мостика» (смотрите — применение моста Уитстона). А законы распределения токов в разветвленных цепях были выведены Г. Кирхгофом лишь в 1845 г.

Разнообразие обнаруженных электрических явлений заставляло физиков задуматься над вопросом, тождественны ли виды электричества, получаемые различными путями, между собой. В изучении этого вопроса принимали участие многие физики во Франции и в Англии. Наиболее основательную попытку критической проверки результатов других авторов и окончательного выяснения вопроса предпринял в 1831 году английский физик Майкл Фарадей (1791—1867).

«Ход исследований по электричеству. привел меня к такому моменту,— писал Фарадей,— когда для продолжения моих исследований стало существенно, чтобы не оставалось никаких сомнений относительно того, тождественны или различны отдельные виды электричества, возбуждаемые различными способами. В целях сравнения различные проявления электричества можно разбить на два рода, а именно: на явления, связанные с электричеством напряжения, и на явления, присущие электричеству в движении».

Сопоставив на опыте тепловое, магнитное, химическое, физическое действия и искры от «вольтова электричества», «обыкновенного электричества» (т. е. получаемого посредством электростатической машины), «магнитоэлектричества» (т. е. получаемого при помощи электромагнитной индукции), «термоэлектричества» и «животного электричества» (т. е. получаемого от электрического ската), Фарадей пришел к общему выводу: «Все виды электричества идентичны по своей природе».

Но сама природа электрического тока оставалась все же для него невыясненной, и Фарадей высказывался по этому вопросу крайне осторожно: «Под током я подразумеваю нечто движущееся поступательно — все равно, что при этом находится в движении: электрическая жидкость или две жидкости, движущиеся в противоположных направлениях, или просто колебания, или, выражаясь более обще, движущиеся в известном направлении силы».

В 1831 году Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, что стало следующим важнешим шагом после открытия закона Ома для развития электротехники.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector