электрический ток
направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц: электронов, ионов и др. Условно за направление электрического тока принимают направление движения положительных зарядов.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЙ ТОК, направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц: электронов (см. ЭЛЕКТРОН (частица)) , ионов (см. ИОНЫ) и др. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц; если ток создается отрицательно заряженными частицами (например, электронами), то направление тока считают противоположным направлению движения частиц.
Различают электрический ток проводимости, связанный с движением заряженных частиц относительно той или иной среды (т. е. внутри макроскопических тел), и конвекционный ток (см. КОНВЕКЦИОННЫЙ ТОК) — движение макроскопических заряженных тел как целого (например, заряженных капель дождя).
Если в цепи устанавливается электрический ток, то это означает, что через поперечное сечение проводника (см. ПРОВОДНИКИ) все время переносится электрический заряд. Заряд, перенесенный в единицу времени, служит основной количественной характеристикой тока, называемой силой тока (см. СИЛА ТОКА) . Сила тока равна отношению величины заряда, переносимого через поперечное сечение проводника за определенный интервал времени, к продолжительности этого интервала. Если сила тока и его направление со временем не меняется, то ток называют постоянным током (см. ПОСТОЯННЫЙ ТОК) .
Для возникновения и существования электрического тока необходимо наличие свободных положительно или отрицательно заряженных частиц, не связанных в единую электрически нейтральную систему, и силы, создающей и поддерживающей их упорядоченное движение. Обычно силой, вызывающей такое движение, является сила со стороны электрического поля внутри проводника, которая определяется электрическим напряжением (см. НАПРЯЖЕНИЕ (электрическое)) на концах проводника.
Важнейшей характеристикой проводника является зависимость силы тока от напряжения — вольт-амперная характеристика (см. ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА) . Она имеет простейший вид для металлических проводников и электролитов: сила тока прямо пропорциональна напряжению (Ома закон (см. ОМА ЗАКОН) ).
Протекая по веществу, электрический ток может оказывать магнитное, тепловое, химическое воздействие. Магнитное действие заключается в возникновении магнитного поля, это действие является всеобщим, проявляется у всех без исключения проводников. Тепловое действие электрического тока заключается в нагреве вещества, через которое протекает ток (исключение — сверхпроводники (см. СВЕРХПРОВОДНИКИ) , в которых выделения теплоты не происходит). Химическое действие наблюдается преимущественно в электролитах и заключается в протекании химических реакций под действием электрического тока (например, при электролизе (см. ЭЛЕКТРОЛИЗ) ).
Максвеллом введено понятие полного тока, который, в соответствии с его теорией всегда замкнут: на концах проводника обрывается лишь ток проводимости, а в диэлектрике (см. ДИЭЛЕКТРИКИ) (вакууме) между концами проводника имеется ток смещения (см. ТОК СМЕЩЕНИЯ) , который замыкает ток проводимости. Поэтому плотность полного электрического тока jполн равна сумме плотности тока проводимости j и плотности тока смещения jсм, и определяет создаваемое им магнитное поле.
Jполн = j + ?D/?t
Способность веществ проводить электрический ток очень сильно различается для разных материалов и характеризуется электропроводностью (см. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ) . Проводники (см. ПРОВОДНИКИ) , благодаря наличию в них большого количества подвижных заряженных частиц — носителей заряда, хорошо проводят электрический ток. Концентрация носителей заряда в диэлектриках (см. ДИЭЛЕКТРИКИ) крайне мала, и даже при больших напряжениях они служат хорошими изоляторами. В металлах (см. МЕТАЛЛЫ) свободными заряженными частицами — носителями тока — являются электроны проводимости, концентрация которых практически не зависит от температуры и составляет 10 22 -10 23 см -3 . В электролитах (см. ЭЛЕКТРОЛИТЫ) электрический ток обусловлен направленным движением положительных и отрицательных ионов, образующихся в результате электролитической диссоциации.
Газы из нейтральных молекул являются диэлектриками. Электрический ток проводят лишь ионизованные газы — плазма (см. ПЛАЗМА) . Носителями тока в плазме служат положительные и отрицательные ионы (как в электролитах) и свободные электроны (как в металлах).
Энциклопедический словарь . 2009 .
- электрический счётчик
- электрический трансформатор
1. Электрический ток в металлах.
Все металлы в твердом и жидком состоянии являются проводниками электрического тока. Специально поставленные опыты показали, что при прохождении электрического тока масса металлических проводников остается постоянной, не изменяется и их химический состав. На этом основании можно было предположить, что в создании электрического тока в металлах участвуют только электроны. Предположение об электронной природе электрического тока в металлах подтверждено опытами советских физиков Л. И. Мандельштама и Н. Д. Папалекси и американских физиков Т. Стюарта и Р. Толмена. В этих опытах было обнаружено, что при резкой остановке быстро вращающейея катушки в проводе катушки возникает электрический ток, создаваемый отрицательно заряженными частицами — электронами. При отсутствии электрического поля свободные электроны перемещаются в кристалле металла хаотически. Под действием электрического поля свободные электроны, кроме хаотического движения, приобретают упорядоченное движение в одном направлении, и в проводнике возникает электрический ток. Свободные электроны сталкиваются с ионами кристаллической решетки, отдавая им при каждом столкновении кинетическую энергию, приобретенную при свободном пробеге под действием электрического поля. В результате упорядоченное движение электронов в металле можно рассматривать как равномерное движение с некоторой постоянной скоростью . Так как кинетическая энергия электронов, приобретаемая под действием электрического поля, передается при столкновении ионами кристаллической решетки, то при прохождении постоянного тока проводник нагревается.
Электрический ток в электролитах
Э лектролитами принято называть проводящие среды, в которых протекание электрического тока сопровождается переносом вещества. Носителями свободных зарядов в электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы. Основными представителями электролитов, широко используемыми в технике, являются водные растворы неорганических кислот, солей и оснований. Прохождение электрического тока через электролит сопровождается выделением веществ на электродах. Это явление получило название электролиза. Электрический ток в электролитах представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду), отрицательные ионы – к положительному электроду (аноду). Ионы обоих знаков появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в результате расщепления части нейтральных молекул. Это явление называется электролитической диссоциацией. Например, хлорид меди CuCl2 диссоциирует в водном растворе на ионы меди и хлора:
При подключении электродов к источнику тока ионы под действием электрического поля начинают упорядоченное движение: положительные ионы меди движутся к катоду, а отрицательно заряженные ионы хлора – к аноду
Законы Фарадея для электролиза.
Закон электролиза был экспериментально установлен английским физиком М. Фарадеем в 1833 году.
Первый закон Фарадея определяет количества первичных продуктов, выделяющихся на электродах при электролизе: масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду q, прошедшему через электролит: m = kq = kIt, где k – электрохимический эквивалент вещества
Второй закон Фарадея: электрохимические эквиваленты различных веществ относятся их химические эквиваленты
Объединенный закон Фарадея для электролиза:
Электрический ток в полупроводниках.
Полупроводники́ — материалы, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения. Основным свойством этих материалов является увеличение электрической проводимости с ростом температуры.
По значению удельного электрического сопротивления полупроводники занимают промежуточное положение между хорошими проводниками и диэлектриками. К числу полупроводников относятся многие химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и др.), огромное количество сплавов и химических соединений. Почти все неорганические вещества окружающего нас мира – полупроводники. Самым распространенным в природе полупроводником является кремний, составляющий около 30 % земной коры. Качественное отличие полупроводников от металлов проявляется прежде всего в зависимости удельного сопротивления от температуры. С понижением температуры сопротивление металлов падает. У полупроводников, напротив, с понижением температуры сопротивление возрастает и вблизи абсолютного нуля они практически становятся изоляторами
Виды полупроводников. Собственная и примесная проводимости полупроводников.
1) По характеру проводимости
Полупроводники, в которых свободные электроны и «дырки» появляются в процессе ионизации атомов, из которых построен весь кристалл, называют полупроводниками с собственной проводимостью. В полупроводниках с собственной проводимостью концентрация свободных электронов равняется концентрации «дырок».
Для создания полупроводниковых приборов часто используют кристаллы с примесной проводимостью. Такие кристаллы изготавливаются с помощью внесения примесей с атомами трехвалентного или пятивалентного химического элемента.
2)По виду проводимости
-Электронные полупроводники (n-типа)
Термин «n-тип» происходит от слова «negative», обозначающего отрицательный заряд основных носителей. Этот вид полупроводников имеет примесную природу. В четырёхвалентный полупроводник (например, кремний) добавляют примесь пятивалентного полупроводника (например, мышьяка). В процессе взаимодействия каждый атом примеси вступает в ковалентную связь с атомами кремния. Однако для пятого электрона атома мышьяка нет места в насыщенных валентных связях, и он переходит на дальнюю электронную оболочку. Там для отрыва электрона от атома нужно меньшее количество энергии. Электрон отрывается и превращается в свободный. В данном случае перенос заряда осуществляется электроном, а не дыркой, то есть данный вид полупроводников проводит электрический ток подобно металлам. Примеси, которые добавляют в полупроводники, вследствие чего они превращаются в полупроводники n-типа, называются донорными.
-Дырочные полупроводники (р-типа)
Термин «p-тип» происходит от слова «positive», обозначающего положительный заряд основных носителей. Этот вид полупроводников, кроме примесной основы, характеризуется дырочной природой проводимости. В четырёхвалентный полупроводник (например, в кремний) добавляют небольшое количество атомов трехвалентного элемента (например, индия). Каждый атом примеси устанавливает ковалентную связь с тремя соседними атомами кремния. Для установки связи с четвёртым атомом кремния у атома индия нет валентного электрона, поэтому он захватывает валентный электрон из ковалентной связи между соседними атомами кремния и становится отрицательно заряженным ионом, вследствие чего образуется дырка. Примеси, которые добавляют в этом случае, называются акцепторными.
Прежде всего, рассмотрим два образца полупроводника с электронной и дырочной электропроводностями (рис. 1.6, а). Напомним, что в дырочном полупроводнике присутствуют в равном количестве подвижные положительные дырки и неподвижные отрицательные ионы. На рис. 1.6,а дырки обозначены знаками «плюс», а отрицательные ионы — знаками «минус», заключенными в кружки. Для нашего рисунка концентрация примеси в электронном полупроводнике выбрана в 2 раза меньше, чем в дырочном. Аналогично обозначениям зарядов в дырочном полупроводнике в электронном полупроводнике электроны обозначены знаками «минус», а положительные ионы — со знаками «плюс», заключенными в кружки. Поскольку NA = 2NД, то заряды в дырочном полупроводнике нарисованы в 2 раза чаще, чем в электронном.
Теперь представим, что рассмотренные нами два образца являются просто областями единого кристалла полупроводника (рис. 1.6, б). Тогда по закону диффузии электроны из области n будут перемещаться в область р, а дырки, наоборот, — из области р в область n. Встречаясь на границе р и п областей, дырки и электроны рекомбинируют. Следовательно, в этой пограничной области значительно уменьшается концентрация носителей заряда и обнажаются некомпенсированные заряды неподвижных ионов. Со стороны области обнажаются положительные заряды доноров, а со стороны области р-отрицательные заряды акцепторов. Область некомпенсированных неподвижных зарядов и есть собственно область р-п перехода. Ее часто называют обедненным, истощенным слоем, или i-областью, имея ввиду резко сниженную концентрацию подвижных носителей заряда. Иногда эту область называют запорным слоем электронно-дырочного перехода.
Орешек знаний 1 2 3 4 5. Вопрос 1: В металлическом проводнике электрический ток – это направленное движение… А) положительных ионов. Б) отрицательных. — презентация
Презентация на тему: » Орешек знаний 1 2 3 4 5. Вопрос 1: В металлическом проводнике электрический ток – это направленное движение… А) положительных ионов. Б) отрицательных.» — Транскрипт:
2 Вопрос 1: В металлическом проводнике электрический ток – это направленное движение… А) положительных ионов. Б) отрицательных ионов. В) положительных и отрицательных ионов. Г) электронов.
3 Вопрос 2: В металлическом проводнике всегда есть свободные электроны. Почему же вокруг проводников, если их не заряжать, не обнаруживается электрическое поле? А) электроны движутся хаотично. Б) электронов слишком мало, чтобы их поле стало заметным. В)суммарный заряд ионов металла и электронов равен нулю. Г) электрическое поле электронов нельзя обнаружить через изоляцию провода.
4 Вопрос 3: Формулировка закона Ома для полной цепи: А) Сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению проводника R. Б) Сила тока равна отношению ЭДС цепи к её полному сопротивлениюБ) Сила тока равна отношению ЭДС цепи к её полному сопротивлению. В) Сопротивление зависит от материала проводника и его геометрических размеров. Г) Полная ЭДС цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных элементов.
5 Вопрос 4: Электроны, летящие к экрану телевизионной трубки, образуют электронный пучок. В какую сторону направлен ток в пучке? А) по направлению к экрану. Б) в сторону, обратную движению электронов. В) перпендикулярно направлению движения электронов вниз. Г) перпендикулярно направлению движения электронов вверх.
6 Вопрос 5: Согласно закону Ома R = U / I. Это означает, что: А) сопротивление зависит от напряжения. Б) сопротивление зависит от силы тока. В) сопротивление зависит от напряжения и силы тока в проводнике. Г) сопротивление не зависит от напряжения и силы тока в проводнике.
7 Ответ неверный. Попробуй ещё раз вернуться к вопросу: 11, 2,2 3,3 4,4 5.5
Электрические токи в различных средах
Металлы состоят из положительно заряженных ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки и совокупности свободных электронов. Вне электрического поля свободные электроны движутся хаотически, подобно молекулам идеального газа, а потому рассматриваются в классической электронной теории как электронный газ.
Под действием внешнего электрического поля меняется характер движения свободных электронов внутри металла. Электроны, продолжая хаотичные движения, вместе с тем смещаются в направлении действия сил электрического поля.
Следовательно, электрический ток в металлах – это упорядоченное движение электронов.
Сила тока в металлическом проводнике определяется по формуле:
e – модуль заряда электрона,
\(n_0\) – концентрация электронов проводимости,
\(\bar v\) – средняя скорость упорядоченного движения электронов,
S – площадь поперечного сечения проводника.
Плотность тока проводимости численно равна заряду, проходящему за 1 с через единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению тока:
У большинства металлов практически каждый атом ионизирован. А так как концентрация электронов проводимости одновалентного металла равна
где \(N_a \) – постоянная Авогадро, \(A\) – атомная масса металла, \(\rho\) – плотность металла,
то получаем, что концентрация определяется в пределах \(10^-10^\) м \(^\) .
Электрический ток в растворах (расплавах) электролитов – это направленное перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях.
Прохождение электрического тока через раствор электролита всегда сопровождается выделением на электродах веществ, входящих в его состав. Это явление называют электролизом.
При движении внутри электролитов ионы взаимодействуют с молекулами воды и другими ионами, т. е. электролиты оказывают некоторое противодействие движению, а, следовательно, обладают сопротивлением. Электрическое сопротивление электролитов зависит от концентрации ионов, величины заряда иона, от скорости движения ионов обоих знаков.
При нормальных условиях газы состоят из нейтральных молекул, а поэтому являются диэлектриками. Так как для получения электрического тока в газах необходимо наличие заряженных частиц, то молекулы газа следует ионизировать (оторвать электроны от молекул). Для ионизации молекул необходимо затратить энергию – энергию ионизации, количество которой зависит от рода вещества. Так, энергия ионизации минимальна для атомов щелочных металлов и максимальна для инертных газов.
Ионизировать молекулы можно при нагревании газа, при облучении его различного рода лучами. Благодаря дополнительной энергии возрастает скорость движения молекул, нарастает интенсивность их теплового движения и при соударении отдельные молекулы теряют электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы.
В вакууме отсутствуют заряженные частиц, а следовательно, он является диэлектриком. Т. е. необходимо создать определенные условия, которые помогут получить заряженные частицы.
Свободные электроны есть в металлах. При комнатной температуре они не могут покинуть металл, т. к. удерживаются в нем силами кулоновского притяжения со стороны положительных ионов. Для преодоления этих сил электрону необходимо затратить определенную энергию, которая называется работой выхода. Энергию, большую или равную работе выхода, электроны могут получить при разогреве металла до высоких температур.
Пройти тест по разделу
- В диоде электрон подходит к аноду со скоростью \(8\cdot10^6\) м/с. Напряжение между анодом и катодом равно ( \(e = — 1,6- 10^\) Кл; \(me = 9\cdot 10^\) кг)
- Электрический ток в электролитах представляет собой упорядоченное движение
- Если сила тока через раствор увеличится в \(4\) раза, а время пропускания тока уменьшится в \(2\) раза, то масса меди, выделившейся при электролизе раствора медного купороса
- Если в телевизорах напряжение между катодом и анодом электронно-лучевой трубки равно \(10\) кВ, то энергия электронов равна ( \(qc = 1,6\cdot10 ^\) Кл; \(1\) эВ \(=1,6\cdot 10^\) Дж)
- В растворе кислоты в течение \(200\) часов проводится электролиз для получения водорода. При этом пропускается сила тока в \(150\) А. Определите объем полученного водорода при \(T=300\) K и давлении P \(=150\) кПа. (Электрохимический эквивалент водорода \( k = 1,01·10^\) кг/Кл, молярная масса водорода – \(2·10^\) кг/моль, универсальная газовая постоянная \(R= 8,\!31 \cfrac\) )
- Через раствор хлористого водорода НCl пропускают ток силой \(120\) мА в течение \(1\) минуты. Сколько молекул водорода выделится при этом? ( \(NA = 6,022\) моль \(-1\) , \(k = 1,04·10^\) кг/Кл)
- Главное отличие полупроводников от металлов заключается в том, что
- Какое количество энергии потребуется для очистки \(0,5\) т меди, если напряжение на электролитической ванне равно \(0,6\) В? (Электрохимический эквивалент меди – \(0,33·10^\) кг/Кл)
- Найдите силу тока в электролитической ванне, если на электроде за \(1\) час выделилось \(5\) г меди. (Электрохимический эквивалент меди – \(3,94 · 10^\) кг/Кл)
- Чему равна сила тока при электролизе, если за \(1\) час на катоде выделилось \(5\) г меди? (Электрохимический эквивалент меди – \(k = 3,94 · 10^\) кг/Кл)
Сообщить об ошибке
- Контакты
- FAQ
- Наши эксперты
- Условия использования
- Политика конфиденциальности
- Об iTest