Как характеризует упорядоченное движение электрических зарядов кратко

Как характеризуют упорядоченное движение электрических зарядов?

Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь для публикации ответа на этот вопрос.

решение вопроса

Связанных вопросов не найдено

Обучайтесь и развивайтесь всесторонне вместе с нами, делитесь знаниями и накопленным опытом, расширяйте границы знаний и ваших умений.

Все категории
экономические 43,679
гуманитарные 33,657
юридические 17,917
школьный раздел 612,713
разное 16,911

Популярное на сайте:

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.

Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.

Обратная связь
Правила сайта

Что такое электрический ток?

Э лектрическим током называют направленное (упорядоченное) движение электрических зарядов — пишут в учебнике по физике Пёрышкин А.В. и Краукликс В.В.

Казалось бы, всё просто и понятно, но если постараться осмыслить это определение, то возникнут дополнительные вопросы (как выглядит электрический заряд? куда он направлен? кто направляет? и как бы углядеть этот процесс в целом?), на которые мы сразу внятных ответов не найдём. Более того, в процессе поиска в тех же самых классических учебниках, мы встретим множество оговорок, которые прямо влияют на изменение процесса протекания электрического тока. Ток бывает переменный и постоянный, в металлах и вакууме, в электролите и газе и т.д. Чем дальше мы будем углубляться в этом вопросе, тем больше мы будем “уходить” от первоначально поставленного вопроса (что такое электрический ток?), поэтому давайте не спешить с “погружением” в теоретическую физику электричества и постараемся, не спеша, обрести понимание электрического тока, отталкиваясь от того, что нам уже известно.

А известно нам то, что если засунуть пальцы в розетку, то нас тряханёт так, что запомним на всю жизнь (в случае если выживем). Почему же так происходит? Прежде чем дать ответ на этот вопрос, нужно вспомнить анатомию, и из чего мы состоим (кратко: мы состоим из органов => тканей => молекул => атомов, где постоянно двигаются (вращаются) электроны, которые и “скрепляют” наши атомы вместе, что б наше физ. тело не развалилось). Далее нужно вспомнить, из чего состоят провода, по которым “направленно движется” электрический ток. А состоят они обычно из алюминия или меди, которые в свою очередь тоже состоят из атомов и электронов, которые также удерживают (скрепляют) металл, чтобы он не развалился. По сути, в этом плане, человеческое тело не отличается от металла, там и там мельчайшей неделимой структурой является электрон. Именно электрон является носителем электрического заряда, о котором говорится в первоначальном определении электрического тока, и одновременно, связующим звеном между атомами. Как именно электрон это делает, можно почитать в статье, как соединены атомы .

Итак, электроны. Как же их привести в “направленное движение”?. Ведь, по сути, они и так двигаются, но только по своим орбитам, а нам нужно, чтоб они двигались вдоль проводника. Нужна какая-то сила или причина, чтобы это произошло. И такая сила есть! Она так и называется – электродвижущая сила (ЭДС). ЭДС – это сторонний источник (к примеру батарейка или генератор) который подсоединяется к нашему проводнику и создаёт там напряжение, которое заставляет электроны “срываться” со своих орбит, и перескакивать на орбиты других атомов. И так по цепочке вплоть до конечного получателя. Получается, что и в каждом проводе (к примеру от утюга или смартфона) уже есть эл. ток, и в человеческом теле тоже есть эл. ток, но только он не приведён в движение (там и там электроны). И если на человека подать напряжение (пальцы в розетку), то в теле начнётся процесс перемещения электронов с тех мест, где они должны быть, на те места, где они быть не должны. Человека начинает трясти, и если этот процесс не остановить, человеческое тело погибнет. Осталось только разобраться, как именно напряжение заставляет электроны направленно двигаться, пропихивая их вдоль проводника.

Напряжение и разность потенциалов.

По сути, напряжение – это явление, которым косвенно научился пользоваться человек, до конца не понимая его природу. Человек уловил, что каждая материя стремится к устойчивости (гармонии). И если эту гармонию разрушить, то на восстановлении этой гармонии можно “прокатиться” или “нагреть руки” (т.е. использовать с пользой для себя). В напряжении, гармонией будет является кол-во электронов в определённой области. И если в какой-либо области, электронов станет много, то они при первой же возможности “побегут” туда, где их мало. Такую искусственную ситуацию создаёт обычная батарейка :

Батарейка “специально” создаёт избыток электронов в одной своей части, и их дефицит в другой. И электроны вынуждено “бегут” по проводнику, что нам и нужно. И чем выше будет создан этот искусственный дисбаланс (разность потенциалов), тем мощнее побегут электроны. Такова суть напряжения.

Обратите внимание, что на картинке электроны бегут от минуса к плюсу, хотя в классической физике принято считать наоборот =)

Не будем углубляться, что такое Анод и Катод, а вот что такое “плюс” и “минус” надо разобраться т.к. к нашему первоначальному определения эл. тока иногда добавляют соответствующую фразу: Эл. ток – это направленное (упорядоченное) движение электрических зарядов от плюса к минусу.

Плюс и минус это полюса. А что такое полюс? Полюса бывают же и у нашей Земли, и у магнита, а в батарейке что это? А это просто концы батарейки (клеммы) для условного обозначения. Вот так, казалось бы, просто? Да, просто, если опустить следующий вопрос: Почему электроны бегут от минуса к плюсу, а в некоторых случаях наоборот?. Увы, но классическая физика внятного ответа на этот вопрос дать не может. Ближе к концу, мы попробуем разобраться в этом вопросе самостоятельно…

Постоянный и переменный ток.

Итак, всё, о чём писалось выше, касалось только постоянного тока. Т.е. движение электронов было однонаправленным и не на миг не прерывалось. Переменный же ток имеет всю ту же природу, но только меняет своё направление 50 раз за 1 секунду.

Т.е. электроны бегут то вперёд, то обратно, то вперёд, то обратно. И так 50 раз за 1 секунду, если мы говорим о бытовой розетке. Как же розетке удаётся так ими руководить? А дело в том, что источник (спрятанный за розеткой) меняет полюса местами 50 раз в секунду, соответственно и электроны меняют своё направление 50 раз в секунду. Вот и вся принципиальная разница между постоянным и переменным током.

Ну и что же тогда получается… когда все электроны истратятся, электрический ток кончится как исчерпаемый ресурс? Или они безконечные? Нет, электроны никуда не тратятся и не испаряются. Нужно помнить, что, как и в постоянном, так и в переменном токе эл. цепь всегда замкнута. И у розетки, и у батарейки есть “вход” и “выход”. В случае постоянного тока, электроны бегают по кругу, многократно проходя через свой “родной” первоначальный атом, стремясь устранить дисбаланс, который мы постоянно искусственно создаём. А в случае переменного тока, электроны не успевают далеко убежать и возвращаются на свои “родненькие” атомы т.к. источник меняет полюса местами.

Электроны никто не съедает. Это не бензин, который перерабатывается и превращается в выхлопной газ. Тогда как мы получаем энергию от электричества если мы ничего не тратим?! А нужно вспомнить первоначальное определение эл. тока, что эл. ток – это движение электрических зарядов, а не электронов. А электрон – это носитель заряда. Ну и какой же количественный заряд имеет 1 электрон? 1 электрон имеет отрицательный заряд равный – 1.6 x 10 -19 Кл. (Кл – Кулон). Стоп, как что-то, что имеет определённую энергию, которая тратится на какую-либо полезную работу может иметь отрицательный заряд?! А вот так и может, т.к. это условность, которую ввели физики/теоретики, чтоб хоть как-то обозначить отношения ядра атома и электронов, которые мотаются вокруг него. Помните неведомый закон природы, что все стремится к гармонии (равновесию)? Так физики тут обозначили это равновесие указав, что протоны ядра атома имеют положительный заряд, а электроны, мотающиеся вокруг этого ядра, имеют отрицательный заряд. Баланс? Баланс. Но всё равно, как-то запутанно. Сложно в голове представить, что такое электрон (т.к. он проявляет себя не только как материя, но и как волна), а тут ещё он отрицательно заряженный…

Чувствуете, что чем дальше мы пытаемся вникнуть в суть природы явления эл. тока, тем больше мы сталкиваемся с новыми явлениями, вещами и терминологией, которые всё только усложняют и превращают в бессмыслицу? Это явный показатель того, что внятного и точно понимания природы эл. тока у современного научного мира нет. Человек методом проб и ошибок нашёл способ поставить это явление себе на службу, но как внятно это объяснить…загвоздочка…

Поэтому я предлагаю взглянуть на этот вопрос с другой позиции, более современной, внятной и я б даже сказал революционной.

Принципиально новый взгляд.

Как нынешняя физика требует большого труда, чтоб разобраться что такое эл. ток, так и принципиально новый взгляд потребует отбросить “шоры”, навешанные современной наукой, чтобы суметь “увидеть” протекающие процессы, на которые мы ранее не обращали внимание.

И в первую очередь, внимание стоит обратить на то, что в некоторых вопросах научный мир всё же вынужденно и открыто сдаётся, т.к. он не может предположить, в чём причина того или иного явления. Например, в вопросе “почему галактики двигаются и вращаются?” научный мир обозначил эту неведомую силу как “тёмная материя”, т.е. неизвестно что (тёмная материя) двигает галактики, что составляет 90% материи большого космоса. Но что именно представляет из себя тёмная материя, современный научный мир не знает даже приблизительно.

Как водится, начнём издалека.

Всё наше пространство неоднородно. Т.е. свойства и качества пространства меняются в зависимости от того, где мы находимся в этом пространстве. Глупо отрицать это. Простой пример с открытием глаз под водой подтверждает это. Те предметы, которые мы увидим под водой, буду отличиться от того, если бы мы их увидели в воздушной среде. Более того, анализ радиоволн от отдалённых галактик, сделанный доктором Джорджем Нодландом и доктором Джоном Ралстоном, подтвердили это в научном мире. Так вот, внутри этих неоднородностей пространства, могут формироваться звёзды и планеты.

Принципиально новый подход говорит, что вся наша Вселенная состоит из 7-ми первичных материй, которые взаимодействуя между собой образуют всё физ. вещество нашей Вселенной. Последовательно сливаясь между собой, каждая новая гибридная материя образует новое вещество внутри предыдущего гибридного вещества:

Так, внутри неоднородности, образовалась наша планета Земля. Это понимание очень важно для последующего понимания, что такое электрон и что такое эл.ток.

Можно сказать, что процессы протекающие на уровне галактик, звёзд и планет – это процессы макропространства, а процессы протекающие на уровне атома – это процессы микропространства.

Теперь представим ситуацию на уровне микропространства, что у нас слилось 6 первичный материй, а 7-ая не может, т.к. ей не хватает совсем чуть-чуть деформации самого микропростнаства. Но само пространство (микро и макро) никогда не находится в статическом положении. Всегда есть (хоть и небольшие) колебания. И как только это колебание достигает нашей деформации, оно кратковременно накладывается на нашу деформацию. На короткое время возникают условия, при которых все семь первичных материй в состоянии слиться и образовать гибридную форму. Начинается процесс синтеза, появляется материальное облако, которое начинает уплотняться, но процесс уплотнения не успевает завершиться. Именно это материальное облако и называют электроном! Получается, что электрон – это крайне неустойчивая материя, которая постоянно балансирует на грани синтеза и распада.

Тогда как же он двигается вокруг атома? А он вообще не двигается в физически плотной среде, и в первую очередь потому, что электрон не является в полном смысле физически плотной материей, а есть, ни что иное, как крайне неустойчивое граничное состояние этой материи. Электрон просто материализуется и распадается в разных участках орбиты атома, следуя “воле” волнам, которые несут так недостающую деформацию для слияния 7-ми первичных материй.

Раз электроны не двигаются вокруг ядра атома, значит они и не бегают вдоль проводника, как мы это указывали в первоначальном определении. Тут нужно вспомнить, что проводник (металл) имеет кристаллическую структуру (атомы жестко и упорядоченно “сцеплены”), и если в проводнике создать горизонтальный перепад мерности (неоднородность), то все материи, формирующие электроны в физ. мире буду “сноситься” в одну сторону, а вторая сторона потребует действий, чтоб как-то компенсировать недостаток материй. Именно процесс восстановления баланса нехватки первичных материй и электронов и будет называться электрическим током.

Тут требуется пояснить, что каждая материя имеет свой собственный уровень мерности т.е. свои свойства и качества, которые она может проявить только в определённых условиях (пространстве). И если она туда не попадёт, то никак себя и не проявит. Материя стремится занять положение, где свойства и качества самой материи, будут тожественны свойствам и качествам пространства. Именно этим объясняется стремление материи к устойчивости, о котором говорилось выше.

Горизонтальный перепад мерности создаёт условия, при которых, положительные ионы должны двигаться против перепада, в то время, как отрицательные ионы—вдоль этого перепада мерности. Положительные ионы вынуждены двигаться «против течения», в то время как отрицательные «по течению». В результате этого скорость движения, а следовательно энергия положительных ионов уменьшается, а отрицательных ионов — увеличивается. Ускоренные подобным образом отрицательные ионы, при столкновении с кристаллической решёткой, теряют избыточные электроны, становясь нейтральными атомами. Кристаллическая решётка, при этом, приобретает дополнительные электроны. И, если теперь, соединить между собой эти две пластины с разными уровнями собственной мерности посредством провода из совместимого с ними материала, то в последнем (проводе) возникнет, так называемый, постоянный электрический ток — направленное движение электронов от плюса к минусу, где плюс—пластина, имеющая больший уровень собственной мерности, а минус — пластина имеющая меньший уровень собственной мерности. И если продолжить данный анализ, то перепад потенциалов между пластинами есть ни что иное, как перепад уровней собственной мерности кристаллических решёток этих пластин.

Сложно “въехать” в понятие эл.тока. А уж принципиально новый взгляд освоить и того сложнее. Чем больше изучаешь новую позицию, тем больше накапливается вопросов. Поэтому, если ваше любопытство ещё не остыло, отправляю вас к источнику столь замечательного и полезного труда “Неоднородная Вселенная” Н.В. Левашова, который распространяется в интернете абсолютно безплатно. Сам автор гораздо более детальнее и яснее изложит свою позицию.

Постоянный электрический ток: определение, механизм, характеристики

Закон сохранения заряда

Пример 2

Изменение тока в проводнике происходит согласно закону I = 1 + 3 t . Определить значение заряда, проходящего через поперечное сечение проводника, за время t , изменяющегося от t 1 = 3 с до t 2 = 7 c . Каким должен быть постоянный электрический ток, чтобы за аналогичное время происходило то же значение заряда?

Решение

Основа решения задачи – выражение, связывающее силу тока и заряд, проходящий через поперечное сечение проводника:

I = d q d t ( 2 . 1 ) .

Формула ( 2 . 1 ) показывает, что нахождение количества заряда, проходящего через поперечное сечение проводника за время от t 1 до t 2 возможно таким образом:

q = ∫ t 1 t 2 I d t ( 2 . 2 ) .

Произведем подстановку имеющегося по условию закона в ( 2 . 2 ) для получения:

q = ∫ t 1 t 2 ( 1 + 3 t ) d t = ∫ t 1 t 2 d t + ∫ t 1 t 2 3 t d t = t 2 — t 1 + 3 · t 2 2 t 1 t 2 = ( t 2 — t 1 ) + 3 2 t 2 2 — t 1 2 ( 2 . 3 ) .

q = 7 — 3 + 3 2 ( 7 2 — 3 2 ) = 4 + 3 2 · 40 = 64 ( К л ) .

Чтобы определить постоянный ток для получения силы используется формула:

I c o n s t = q t ( 2 . 3 ) , где t считается временем, за которое поперечное сечение проводника пройдет заряд q .

Тогда время протекания заряда равняется:

t = t 2 — t 1 ( 2 . 4 ) .

Выражение ( 2 . 3 ) примет вид:

I c o n s t = q t 2 — t 1 ( 2 . 5 ) .

Произведем подстановку и вычислим:

I c o n s t = 64 7 — 3 = 64 4 = 16 ( A ) .

Ответ: q = 64 К л . I c o n s t = 16 А . .

Инфофиз

Урок 27. Лекция 27-1. Электрический ток, его характеристики. Сопротивление. Закон Ома.

Проводники отличаются от диэлектриков тем, что в них есть свободные заряды, которые могут перемещаться по всему объему проводника.

Если изолированный проводник поместить в электрическое поле , то на свободные заряды qв проводнике будет действовать сила . В результате в проводнике возникает кратковременное перемещение свободных зарядов. Этот процесс закончится тогда, когда собственное электрическое поле зарядов, возникших на поверхности проводника, не скомпенсирует полностью внешнее поле. Результирующее электростатическое поле внутри проводника равно нулю.

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

Электрический ток – упорядоченное движение заряженных частиц.

За направление электрического тока принято направление движения положительных свободных зарядов.

В металлах носителями зарядов являются электроны — отрицательно заряженные частицы, поэтому электрический ток в металлах всегда направлен против дижения электронов.

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I.

Сила тока – скалярная физическая величина, равная отношению заряда q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени t, к этому интервалу времени:

Сила тока численно равна количеству зарядов, прошедших через поперечное сечение проводника за 1 секунду.

Упорядоченное движение электронов в металлическом проводнике
I — сила тока, S – площадь поперечного сечения проводника, – электрическое поле.

Единица измерения силы тока в Международной системе единиц СИ ампер [А].

Прибор для измерения силы тока называется амперметр.

Амперметр включается последовательно в разрыв электрической цепи, чтобы через него проходил весь измеряемый ток.

На схемах электрических цепей амперметр обозначается .

Амперметр обладает некоторым внутренним сопротивлением R_A. Внутреннее сопротивление амперметра должно быть достаточно малым по сравнению с полным сопротивлением всей цепи.

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

Кратковременный ток в проводнике можно получить, если соединить этим проводником два заряженных проводящих тела, которые имеют различный потенциал. Ток в проводнике исчезнет, когда потенциал тел станет одинаковым. Для существования электрического тока в проводнике необходимо создать в нем и длительное время поддерживать электрическое поле.

Условия существования электического тока:

1. Наличие свободных зарядов внутри проводника,

2. Наличие разности потенциалов на концах проводника (создание электрического поля внутри проводника)

Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц, которое создается электрическим полём, а оно при этом совершает работу. Работа тока – это работа сил электрического поля, создающего электрический ток.

Постоянный электрический ток может быть создан только в замкнутой цепи, в которой свободные носители заряда циркулируют по замкнутым траекториям. При перемещении электрического заряда в электростатическом поле по замкнутой траектории, работа электрических сил равна нулю. Поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. При перемещении единичного положительного заряда по некоторому участку цепи работу совершают как электростатические (кулоновские), так и сторонние силы.

Работа электростатических сил при перемещении единичного заряда равна разности потенциалов Δφ₁₂ = φ₁ – φ₂ между начальной (1) и конечной (2) точками неоднородного участка. Величину U₁₂ принято называть напряжением на участке цепи 1–2.

Напряжение – это физическая величина, характеризующая действие электрического поля на заряженные частицы, численно равно работе электрического поля по перемещению заряда из точки с потенциалом φ₁ в точку с потенциалом φ₂.

В случае однородного участка напряжение равно разности потенциалов: U₁₂ = φ₁ – φ₂

Единица измерения напряжения в Международной системе единиц СИ вольт [В].

Прибор для измерения напряжения называется вольтметр.

Вольтметр предназначен для измерения разности потенциалов, приложенной к его клеммам. Он подключается параллельно участку цепи, на котором производится измерение разности потенциалов.

На схемах электрических цепей амперметр обозначается .

Любой вольтметр обладает некоторым внутренним сопротивлением R_B. Для того, чтобы вольтметр не вносил заметного перераспределения токов при подключении к измеряемой цепи, его внутреннее сопротивление должно быть велико по сравнению с сопротивлением того участка цепи, к которому он подключен. Поскольку внутри вольтметра не действуют сторонние силы, разность потенциалов на его клеммах совпадает по определению с напряжением. Поэтому можно говорить, что вольтметр измеряет напряжение.

Аналогично тому, как трение в механике препятствует движению, сопротивление проводника создает противодействие направленному движению зарядов и определяет превращение электрической энергии во внутреннюю энергию проводника. Причина сопротивления: столкновение свободно движущихся зарядов с ионами кристаллической решетки.

Величина, характеризующая противодействие электрическому току в проводнике, которое обусловлено внутренним строением проводника и хаотическим движением его частиц, называется электрическим сопротивлением проводника.

В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит ом [Ом]. Сопротивлением в 1 Ом обладает такой участок цепи, в котором при напряжении 1 В возникает ток силой 1 А.

Электрическое сопротивление проводника зависит от размеров и формы проводника и от материала, из которого изготовлен проводник.

S – площадь поперечного сечения проводника
l – длина проводника
ρ – удельное сопротивление проводника.

Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади его поперечного сечения.

Величину ρ, характеризующую зависимость сопротивления проводника от материала, из которого он сделан, и от внешних условий, называют удельным сопротивлением проводника. Оно численно равно сопротивлению проводника длиной 1 м и площадью сечения 1 мм 2 , изготовленного из данного вещества. Единица удельного сопротивления в СИ [1 Ом*м = 1 Ом*мм 2 /м]

Сопротивление проводника зависит и от его состояния, а именно от температуры.

Эта зависимость выражается формулой или

α – температурный коэффициент сопротивления. Для всех чистых металлов .

При нагревании чистых металлов их сопротивление увеличивается, а при охлаждении – уменьшается.

Закон Ома для участка цепи.

Немецкий физик Г. Ом в 1826 году экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (то есть проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорциональна напряжению U на концах проводника:

Это соотношение выражает закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Проводник, обладающий электрическим сопротивлением, называется резистором.

Проводники, подчиняющиеся закону Ома, называются линейными.

Графическая зависимость силы тока I от напряжения U называется вольт-амперная характеристика (сокращенно ВАХ). Она изображается прямой линией, проходящей через начало координат.

По вольт-амперной характеристике проводника можно судить о его сопротивлении: чем больше угол наклона графика к оси напряжения, тем меньше сопротивление проводника.