Как определить направление тока в замкнутой цепи

Морко О|о ь

автомобиль ока и друзья

Вопрос по теме «Обучение»:

Определить где на схеме находитя плюс и провести стрелки. Ток всегда течт от плюса к минусу.
Максим
там где токи встречаются отнимаешь. А где плюс с минусом прибавляешь.
Колян

Темы вопросов:

Альбомы фотографий:

Метки видео:

  • ОКА Off Road — 2
    Вот это настоящий мужик, не ссикнул и порвал эту лужогрязь, приятно.
    Лёшка
  • Погоня на ОКЕ
    А че за звук такой, это супер драм?)
    Pavel
  • Эльмашевские стритрейсеры
    ладно эти водилы ебланы. но зрители с@%а тупые, одно двжение рулем.
    Тимоша
  • Перевернулись
    гамно. что тут ещё можно сказать?
    Эльман
  • А каким бензином вы заправляетесь
    я 92
  • Сцепление, расцепление
    Вопрос сцепление пока не буксует но думаю что ему не долго осталось так как где.
  • Дворники и омыватели
    купил себе на днях без каркасные дворники.и что вы думаете? половина стекла.
  • Кто что вытворял на дороге
    Кто какие дьявольские вещи вытворял на дороге?
  • Разный мелкий тюнинг
    Имея в распоряжении 4 тысячи,что лучше купить к машине? (Музыка есть)
  • Почему я не как не могу влюбиться.
    если искать будешь толку не будет это само должно придти . .100 проц
  • Из пункта «А» в пункт.
    Тут нужно учесть расстояние от пункта «А» до пункта «В», кол-во светофоров и.
  • В стихотворении этого русского поэта.
    блин, ну кто это. ))))))
  • Вот как должна выглядень настоящяя ОКА.
    вот это тюннинг- ок
  • Я владелец чёрной тонированной Оки и.
    Есть большой плюс- парковаться легко

Электрический ток

В наше время трудно себе представить жизнь без электричества. Телевизор не посмотреть, телефон не зарядить, чай не попить… Ни один электроприбор в доме не будет работать без электричества. А объявление об отключении электроэнергии, вызывает тихий ужас.

Электричество — это форма энергии, которая существует в виде статических или подвижных электрических зарядов.

Поток. И то и другое представляет собой направленное движение частиц. Из чего состоит вода? Из молекул. Когда эти молекулы движутся в одном направлении, то они образуют поток воды, который течет, например, по трубам.

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц.

Чтобы электрический ток существовал, необходимо выполнение следующих условий:

  • наличие свободных заряженных частиц;
  • наличие электрического поля;
  • наличие замкнутой электрической цепи.

Основными количественными характеристиками электрического тока являются сила тока и напряжение.

Напряжение

Чтобы внутри цепи существовал электрический ток, цепь должна быть замкнута и между концами участка цепи должно существовать напряжение.

Урок 4. Расчет цепей постоянного тока. Законы Кирхгофа

Напряжение — скалярная (не имеющая направления) физическая величина, значение которой равно работе тока на участке цепи, совершаемой при переносе единичного электрического заряда из одной точки в другую.

Единица измерения U — В (Вольт) = (frac)

Электрический ток — результат «труда» множества частиц. Они любят работать – не ленятся перемещаться из одного конца цепи в другой. И чем больше они будут работать, тем большее напряжение получится. Так запоминаем связь напряжения (U) с работой (A).

Услышав слова из известной песни Димы Билана «Это ты, это я, между нами молния, С электрическим разрядом 220 Вольт…» любой физик (и электрик) приобретает новую пару седых волосинок. Такое напряжение очень опасно для человека. Однако, 220 Вольт — это то самое напряжение в наших розетках!

Прибор для измерения напряжения — вольтметр. Он включается в цепь параллельно. Пример подключения представлен на рисунке:

Виды токов

Сила постоянного тока с течением времени не изменяется. В этом случае после включения заряд перемещается по проводнику с одной и той же скоростью. Поэтому определение направления тока осуществляется по простым правилам.

В электротехнике распространено использование переменного тока. В этом случае речь идёт о его циклическом изменении, которое происходит по синусоидальному закону. При этом электрический ток меняет и направление, и величину.

Например, в нашей сети электропитания ток имеет частоту 50 Гц и соответствует амплитуде изменения напряжения 220 В. Но в различных странах используется бытовая электросеть с другими параметрами. При этом направление силы тока будет всегда меняться циклически.

Отличия между переменным и постоянным электротоком

Иногда дополнительно выделяют пульсирующий ток. Он сохраняет свой знак, но периодически меняет абсолютную величину. Также возможно существование электротока, который носит произвольный характер. В таком случае силу и направление тока предсказать невозможно.

Графики различных видов тока

Надо заметить, что в проводниках движение электронов существует всегда. Оно становится направленным под действием электрополя. Однако и при этом движение в значительной степени сохраняет хаотичность. Просто при перемещении электронов возникает преимущественное направление тока. Оно выражено тем сильнее, чем больше прилагаемая разность потенциалов. Определить направление тока в проводнике можно по обычному правилу.

Ток может возникать не только в твёрдых телах, но и в газах или жидкостях. В первом случае атомы привязаны друг к другу, поэтому свободно перемещаться могут только электроны. В газах и жидкостях атомы способны так же свободно двигаться, как и электроны.

Природа тока в различных средах

Как определяется направление электротока

Чтобы узнать, в каком направлении течет ток, нужно составить электрическую цепь. Простейшая схема предусматривает наличие источника тока, нагрузки (это может быть лампа накаливания) и проводов. Если последние правильно соединить, лампочка загорится.

Пример электрической цепи

Фактически наличие тока означает, что электроны перемещаются от отрицательной клеммы батареи через всю цепь к положительной. После попадания внутрь источника тока, благодаря химическим процессам, эти частицы попадут на отрицательную клемму и далее опять пройдут через цепь в определенном ранее направлении.

Физиками принято направление тока условно от отрицательного полюса к положительному. Электроны, переместившиеся к положительному полюсу, начинают вновь двигаться к отрицательному полюсу. Затем они перемещаются по цепи.

Общепринятое направление электротока

Явление электрического тока было открыто до того, как наука смогла его объяснить. В то время не было еще известно о существовании электронов. Поэтому направление движения тока принято случайным образом — от положительной клеммы источника тока к отрицательной. С тех пор в электротехнике сохраняется именно такое правило.

Впервые определение электрического тока дал французский учёный Жан-Мари Ампер. Ученый в своих работах обосновал, какое есть истинное направление электротока. Основанием для его определения послужил довольно простой эксперимент.

Аппарат для электролиза воды

Приведённый на рисунке аппарат заправляется водой. В указанных на схеме местах расположены положительная и отрицательная клеммы источника тока. При пропускании электротока часть молекул воды распадается на кислород и водород. Первый выделяется там, где источник имеет положительный потенциал (на аноде), второй — отрицательный (на катоде).

Рассматривая происходящие процессы, Ампер понял, что за направление тока следует считать то движение зарядов, которое идет от кислородного электрода к водородному. Проще говоря, направление тока определяется движением электронов от плюса к минусу. Этот опыт был проведён в первой половине девятнадцатого века.

Теперь известно, что на самом деле за направление электрического тока принимается перемещение электронов, которое противоположно указанному Ампером. Этот факт был установлен в 1897 году. Но чтобы не вносить множество изменений, ученые принимают решение оставить направление от плюса к минусу и в дальнейшем использовать только его.

Условное и истинное-направление электротока

Нужно подчеркнуть, что указанное противоречие относится лишь к току, проходящему в проводниках. Однако он может существовать в жидкостях и газах. В таких случаях направление движения положительных ионов будет совпадать с тем, которое принимает Ампер.

В большинстве случаев в веществах присутствуют носители зарядов как положительные, так и отрицательные и они могут перемещаться. Их соотношение зависит от конкретного вещества. Например, в проводниках количество перемещающихся электронов намного больше, чем носителей положительных зарядов.

Вторая характеристика тока — напряжение

А теперь о токе с точки зрения совершения работы. Ток – это движение, причем под действием силы магнитного поля. А если вспомнить условие: где действует сила и происходит движение под действием этой силы — там совершается работа. Величина, которая связана с возможностью совершать работу электрическим током, определена как напряжение.

10sgsg

По-другому, работа, совершаемая единичным зарядом, проходящим по проводнику, и есть напряжение тока.

11gsg

Источник

Значение напряжения в 1 В объясняется следующим образом: если заряд в 1Кл совершает работу, равную 1Дж, то это значит, что напряжение электрического тока равно 1В.

По имени ученого единицы, в которых измеряется напряжение, имеют название вольты, и прибор для измерения напряжения назван вольтметром.

12ev2259

13gsg

Демонстрационный вольтметр

По внешнему виду амперметр и вольтметр очень похожи. Чтобы правильно их использовать, на шкале есть буквы: А — у амперметра, V – у вольтметра.

Отличается и включение вольтметра в цепь. Это делают по схеме:

14gsg

Вольтметр подсоединен к цепи, как отдельный элемент. Такое соединение называется параллельным. (Если, например, убрать амперметр, цепь разорвется и тока в ней не будет, а вольтметр, при удалении его, не сделает разрыва, и ток будет продолжать течь по цепи).

15gsg

Так выглядит простейшая цепь, в состав которой входят и вольтметр, и амперметр.

На корпусах источников тока и измерительных приборов есть изображение знаков «+» и

« — ». Это важно для соблюдения правил включения устройств в цепь. «Плюс» прибора соединяется проводами с «плюсом» источника тока, а «минус» с «минусом» источника тока.

В противном случае стрелка по шкале начнет двигаться влево от нуля. В этой ситуации нужно сменить полярность подключения (поменять местами провода).

Как проводники сопротивляются электрическому току?

По какому лесу легче идти: где сплошные дебри или где деревья растут свободно, и нет кустарников? Когда быстрее автомобиль выедет из тоннеля: если тоннель длинный или короткий? И еще один вопрос: передвигаться проще по пещере, если она высокая или всего лишь метр высотой? Ответы здесь просты: двигаться легче по свободному лесу, автомобиль выедет быстрее из короткого тоннеля, двигаться легче по высокой пещере. Так и электрический ток может идти по проводнику легче или труднее. Характеризует такую проводимость проводника электрическое сопротивление. Эта величина обозначается буквой R, измеряется в единицах, которые называются Омами.

16gsg

17gsg

Из двух проводников длиной l1 и l2 сопротивление электротоку будет больше у того проводника, длина которого больше, то есть l2, причем такая зависимость будет прямой.

18gsg

19gsg

При одной и той же длине сопротивление проводника зависит от площади поперечного сечения.

20gsg

Пусть s2 ˃ s1 – площади поперечного сечения двух проводников одинаковой длины. Прохождение тока по проводнику с большей величиной s2 осуществляется легче, значит, сопротивление второго проводника меньше. Такая зависимость является обратной.

21gsg

И следует не забывать о строении веществ. Каждое вещество имеет свою структуру, молекулы и атомы. Они, притягиваясь и отталкиваясь, будут оказывать разное влияние на продвижение заряженных частиц. Больше или меньше будет сопротивление проводников с одинаковой длиной и площадью поперечного сечения зависит от самого вещества.

22gsg

Характеризует проходимость электрического тока в веществе удельное сопротивление проводника ρ (ро).

23gsg

24gsg

Для каждого вещества такое сопротивление свое. Существуют справочные таблицы удельных сопротивлений различных веществ. Например:

25gsg

Объединив вместе перечисленные величины, можно составить для любого проводника формулу для расчета сопротивления:

26gsg

Итак, основные характеристики электрического тока:

  • сила тока, которая говорит о величине заряда;
  • напряжение, которое связано с работой единичного заряда;
  • сопротивление, характеризующее способность проводника пропускать ток.

В КАКОМ НАПРАВЛЕНИИ ТЕЧЕТ ТОК

В каком направлении течет ток – от плюса к минусу или наоборот? И может ли электричество течь в двух направлениях одновременно? Давайте разберемся в этом запутанном вопросе.

В старых книгах про основы электроники любили сравнивать электрический ток с проточной водой. Именно там многие прочитали, что ток течет от плюса к минусу. Позже оказалось, что ток на самом деле течет наоборот, и вообще плюс-минус – это всё условно.

Создателем всей этой неразберихи был американец Бен Франклин – человек, который использовал воздушный змей, чтобы подвести электричество к земле. Он утверждал, что молнии не были признаком гнева богов, а лишь немного более крупными и опасными электрическими искрами. В подтверждение своих слов он решил запустить во время шторма воздушного змея и с его помощью поймать несколько огромных «искр» в банку. В конце концов, всё это дело привело к изобретению громоотвода.

Вскоре после этого Франклин предположил, что электричество имеет две природы, которые они назвали положительной (+) и отрицательной (-). Важно отметить что в то время (около 1750 г.) элементарные частицы еще не были известны, поэтому электричество сравнивали с водой. Итак, если бы у данного объекта было много электричества, он стал бы положительно заряженным. В свою очередь, дефицит был отрицательным. Согласно Франклину, при объединении двух противоположно заряженных объектов «электрическая жидкость» естественным образом перетекает от положительного заряда к отрицательному, как водопад текущий сверху вниз. Эта теория имела смысл и была подтверждена многочисленными экспериментами независимых ученых.

В последующие годы исследования в области электричества получили ускорение. Были открыты способы передачи электричества по проводам, описан феномен электромагнетизма и созданы новые электрические устройства, такие как батарея и лампочка. Учёные понимали электричество все лучше и лучше, и теория электрической жидкости перестала соответствовать этому пониманию. Но последний удар был нанесен примерно через 150 лет, когда был открыт электрон – мельчайшая заряженная частица. Это достижение стало прямым доказательством того, что:

  • Электричество – это не жидкость, а физические частицы, которые несут с собой заряд,
  • Отрицательный заряд – это не «недостаток электрической жидкости», а избыток электронов.
  • Положительный заряд – это не «избыток электрической жидкости», а недостаток электронов.

Соединяя два противоположно заряженных объекта вместе, электроны перескакивают с отрицательно заряженного объекта на положительно заряженный. Электричество течет вопреки предположениям Франклина в другом направлении.

Представьте себе раздражение физиков того времени, когда они обнаружили что тысячи книг и публикаций, написанных за более чем 100 лет, были основаны на неправильном предположении. С одной стороны, все переписать уже невозможно, но после открытия электрона всё-таки не получится делать вид, что направление «от плюса к минусу» было правильным.

Да, возможно электроны перетекают с отрицательного на положительный, но мы все еще не можем видеть эти отдельные частицы. Горит же и обычная лампочка, как бы ее не подключали к батарее. Так есть ли смысл переворачивать мир науки с ног на голову? Может просто согласиться с тем, что электричество течет так, как сейчас? Вроде никто не заметит разницы.

Полезное на сайте:
КАК ПОЛЬЗОВАТЬСЯ ЦИФРОВЫМ МУЛЬТИМЕТРОМ

Когда рассказывалась история Франклина, ни разу не использовался термин «электрический ток». Это потому, что в те времена такой концепции просто не существовало, и потребовалось еще 50 лет упорной работы блестящих умов, чтобы открыть «мобильность заряда». Прорыв произошел только в начале 19 века, благодаря новой области науки под названием электрохимия. Это не только позволило создать непрерывный поток электрического заряда, но и посеяло первое зерно сомнения среди поклонников теории перетекания электричества от плюса к минусу.

Погружение двух разных металлических пластин в раствор кислоты заставляло электричество течь между ними. Но природа этого явления была неизвестна, пока Фарадей не решил изучить его поближе. В ходе эксперимента он заметил, что одна из пластин буквально растворяется у него на глазах, а на другой появляется металлический налет. Текущий заряд вызвал поток вещества, и Фарадей правильно сделал вывод, что поскольку пластины были сделаны из двух разных металлов, в растворе должен был быть поток двух разных зарядов одновременно – отрицательного и положительного, которые он назвал ионами.

Сначала считалось, что «движущееся электричество» полностью отличается от «статического электричества», и эти две области рассматривались отдельно. Но это было только начало проблемы. Следующие годы принесли еще больше интригующих открытий. Изучая поток заряда в проводах, начали замечать взаимосвязь между генерируемым напряжением, размерами проводника и температурой, до которой он нагревается. Возникла идея сопротивления, благодаря которому можно было определить количество протекающего электричества. В свою очередь, физик Эрстед заметил что электричество, протекающее по проводу, мешает работе компаса – так родилась другая, совершенно новая отрасль электротехники – электромагнетизм.

Каждое последующее открытие требовало создания новых математических уравнений и формул. Постепенно стали замечаться взаимосвязи между различными электрическими величинами. Были созданы законы Джоуля, Ома, Кирхгофа и электромагнитной индукции. Поток электричества мог вызвать явления, о которых Франклин даже не предполагал. Исследования становились все более точными, и все открытия приходилось как-то выражать, измерять и сравнивать. В какой-то момент в мире было 4 полностью отдельных системы электрических потоков. Чтобы во всем этом не запутаться, нужно было как-то все это стандартизировать.

Официальное электричество

Между 1881 и 1904 годами было проведено несколько собраний Международного электрического конгресса (МЭК), на котором был установлен ряд общих электромагнитных единиц, таких как ом, вольт, фарад и кулон. Именно в этот период было создано официальное определение электрического тока.

С открытием электрона и ионов все стало ясно, и теория электрической жидкости Франклина была похоронена. Доказано, что электричество состоит из небольших одиночных зарядов, которые могут перемещаться под действием напряжения. И хотя электроны в проводах перетекали с отрицательного на положительный, а ионы в растворах текли в обоих направлениях, все эти частицы имеют одну общую черту – они заряжены одинаковым значением. Благодаря этому не было необходимости создавать несколько разных определений, и все эти явления были связаны одним общим термином: упорядоченный поток электрического заряда или электрический ток.

Единицей измерения электрического тока является ампер, а устройства для измерения тока называются амперметрами. Первый амперметр был в виде серебряной пластинки, которую погружали в раствор нитрата серебра. Под действием протекающего тока серебро выпало из раствора и оседало на пластине. Взвесив пластину до и после ученые определили, что один ампер тока соответствует осаждению 0,001118 грамма серебра в секунду. Это определение изменилось с годами, и сегодня один ампер – это поток заряда и значение одного кулона за одну секунду.

Электрический ток в разных веществах

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

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

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

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

В каком направлении течет ток

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

Направление движения тока для любой электрической цепи

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

Направление электрического тока в проводниках

Исторически сложилось так, что направление протекание электрического тока принято от «плюса» к «минусу», то есть от положительного к отрицательному электроду источника питания. На самом деле, если рассматривать металлический проводник, то электроны, являющиеся единственными носителями заряда, движутся от отрицательного электрода к положительном. Следовательно действительное направления тока противоположно принятому.

Направление электрического тока

Такое направление предложил Бенджамин Франклин ввиду отсутствия знаний того времени о природе носителей электрического заряда в проводниках. Портрет Бенджамина Франклина изображен на сто долларовой купюре.

Направление электрического тока в газах и жидкостях

Электроника для начинающих

В газах и жидкостях электрический ток может протекать от плюса к минусу, согласно традиционному представлению, поскольку в них может преобладать количество положительных ионов. Направление не стали изменять на «правильное», поскольку оно слишком плотно вошло в обиход.

Электрический ток

Электричество

Постоянный и переменный ток преимущества и недостатки

4 комментария
Даниил Епифанцев

Значит ли это, что у батарейки в той части где стоит + на самом деле отрицательные частице, а где минус положительные? 10.04.2020 Ответить

Конечно же нет. + батарейки это положительно заряженные ионы, а «минус» отрицательно заряженные ионы. Посмотри хорошо первое видео «Что такое электричество и как оно возникает.» 16.10.2020 Ответить

не путайте ион(положительный) с дыркой и ион(отрицательный) с электроном. Это абсолютно разные вещи. 18.11.2021 Ответить

Уважаемые комментаторы, сначала разберитесь в природе явления, потом отвечайте на вопрос.
Химические реакции с участием ионов в батарейке проходят на уровне внутренних (закрытых от внешней среды) элементов, в результате этих химических реакций поддерживается ЭДС батарейки, значит на положительном полюсе батарейки поддерживается повышенное количество электронов. Соответственно по цепи протекает электрический ток состоящий из отрицательных элементов электронов а не ионов, так как ион это атом со смещенным зарядом. Этот заряд в ионе появляется в результате потери электрона, тогда в ядре будет больше протонов чем электронов на орбите — это положительный ион. Если в атоме электронов на орбите электронов больше чем протонов в ядре — то это отрицательный ион. Но атомы не перемещаются по классическому металлическому проводнику где присутствует кристаллическая решетка. В таком проводнике перемещаются только электроны. Ионы как носители заряда могут присутствовать в электрической цепи имеющей элементы основанные на жидкостях или газах.
Полюса батарейки — это обычный металл, и плюсовой контакт батарейки насыщен обычными электронами которых больше чем на минусовом контакте. соответственно если создать замкнутую цепь то с плюсового контакта батарейки электроны будут перемещаться по проводнику к минусовому контакту этой батарейки. Значит когда мы говорим плюс у батарейки в классическом смысле это электроны с минусовым зарядом. Но благодаря Франклину, по привычке рассматриваем электрическую цепь где плюс идет к минусу. 04.04.2023 Ответить

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий