Направление электрического тока
Электрический ток — это направленное (упорядоченное, то есть не хаотичное) движение электрически заряженных частиц или заряженных макроскопических тел. Под заряженными частицами, обычно, подразумеваются электроны или ионы, а под макроскопическими (macroscopic — видимые невооруженным глазом) — крупные частицы, например, заряженные капли дождя. Ток возникает при наличии электрического поля. Разберемся с тем как определяется направление электрического тока.
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.
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.
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.
Почему надо знать историю физических открытий
Природу электрических явлений пытались объяснить многие исследователи задолго до открытия электрона (1897 г.). Впервые к пониманию о существовании двух типов зарядов — положительных и отрицательных пришел американский физик Бенджамин Франклин в 1747 г. На основе своих наблюдений он предположил (выдвинул гипотезу), что существует некая “электрическая материя”, состоящая из мелких, невидимых частиц. Он же первым ввел обозначение для электрических зарядов “−” и “+”. Франклин предложил считать, что если тело наполняется электрической материей, то оно заряжается положительно, а если оно теряет электричество, то заряжается отрицательно. В случае замыкания (соединения) цепи положительный заряд потечет туда, где его нет, то есть к “минусу”. Эта плодотворная гипотеза стала популярной, получила свое признание среди ученых, вошла в справочники и учебные пособия.
Конечно, после открытия отрицательно заряженного электрона, эта “нестыковка” реального направления движения с ранее общепринятым была обнаружена. Однако, мировым научным сообществом было принято решение оставить в силе предыдущую формулировку о направлении тока, поскольку в большинстве практических случаев это ни на что не влияет.
В случае необходимости, для объяснения отдельных физических эффектов в полупроводниках и искусственных материалах (гетероструктурах), принимается во внимание настоящее направление движения электронов.
Бенджамин Франклин знаменит еще как выдающийся политический деятель, дипломат и писатель. Он является одним из авторов конституции США. В знак признания заслуг Франклина на купюре номиналом в 100 долларов с 1914 г. изображен его портрет.
Что мы узнали?
Итак, мы узнали, что направление тока в электрической цепи соответствует направлению движения положительных зарядов, то есть от плюсового потенциала (плюса) к минусовому потенциалу (минусу). Несмотря на то, что чаще всего электрический ток создается отрицательно заряженными электронами, выбор направления тока было решено оставить именно таким. Так сложилось исторически.
Куда течет ток и как определить его направление
Чтобы правильно рассчитать параметры конкретной электрической цепи, нужно знать, как определяется направление тока. Это невозможно сделать без понимания природы электрического тока и тех правил, которым он подчиняется.
Природа электрического тока
Атомы состоят из ядер и вращающихся вокруг них электронов. У последних заряд отрицательный. Ядро включает в себя частицы, заряженные положительно (протоны), и нейтральные (нейтроны). Обычно атом не имеет заряда, однако если по каким-то причинам электроны покидают орбиту, то он теряет свою нейтральность и становится ионом, заряженным положительно.
Движущиеся электроны создают электрический ток. Он возникает при наличии упорядоченного перемещения зарядов. Сила тока в цепи выражается количеством электронов, переместившихся через фиксированное поперечное сечение проводника за единицу времени. Эта величина обозначается символом «I». Он применяется уже много десятилетий. Такое обозначение является традиционным.
В радиосхемах обычно рассматривается движение зарядов по проводникам или по полупроводникам. Особенностью металлов считается то, что электроны отрываются от атомов относительно легко. Они движутся под действием электрополя, которое образуется благодаря разности потенциалов на клеммах источника электротока. Определить, каково направление электрического тока можно по правилу Ампера.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
подскажите. каково направление электрического тока?
Исторически принято, что направление тока совпадает с направлением движения положительных зарядов в проводнике. При этом, если единственными носителями тока являются отрицательно заряженные частицы (например, электроны в металле) , то направление тока противоположно направлению движения электронов.
Остальные ответы
От плюса к минусу (во внешней цепи).
Постоянного от плюса к минусу, переменного туда-сюда
Значение направления электрического тока
Добро пожаловать в эту статью о значении направления электрического тока. Электрический ток – явление, которым мы пользуемся в повседневной жизни, даже не задумываясь об этом. Но задумывались ли вы когда-нибудь, что на самом деле означает направление электрического тока? В этой статье мы подробно изучим эту фундаментальную концепцию электричества и выясним, почему понимание его направления имеет решающее значение для понимания функционирования электрических цепей. Приготовьтесь войти в увлекательный мир электрического тока и узнать его истинное значение.
- Каково направление электрического тока
- Как определить направление тока
- От чего зависит полярность направления электрического тока
Каково направление электрического тока
Направление электрического тока относится к направлению, в котором электрический заряд течет по цепи. В большинстве случаев используется соглашение, согласно которому ток течет от положительного полюса к отрицательному полюсу источника питания, например аккумулятора или генератора. Это соглашение известно как «обычное направление тока».
Однако важно отметить, что на самом деле электроны, которые представляют собой отрицательно заряженные частицы, переносящие ток, текут в направлении, противоположном обычному направлению тока. Это происходит потому, что электроны имеют отрицательный заряд и притягиваются к положительному заряду.
Как определить направление тока
Когда мы говорим о направлении электрического тока, мы имеем в виду направление, в котором электрический заряд течет по цепи. Это направление устанавливается условно и основано на законе знаков электрического заряда.
Считается, что в электрической цепи ток течет от положительного полюса источника питания (например, батареи) к отрицательному полюсу. Однако важно отметить, что это всего лишь условность, которая не обязательно отражает фактическое движение электронов.
Для определения направления тока в цепи используется несколько методов и инструментов, таких как использование принципиальных схем и применение закона Ома. Некоторые из этих методов описаны ниже:
1. Принципиальные схемы: Принципиальные схемы — это графические изображения электрической цепи, в которых символы используются для обозначения компонентов цепи и связей между ними. На этих диаграммах обычно есть стрелки, указывающие направление тока в каждой ветви цепи.
2. Закон Ома: Закон Ома гласит, что электрический ток в цепи прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален сопротивлению цепи. Анализируя уравнения закона Ома, можно определить направление тока по значениям напряжения и сопротивления в цепи.
Вы заинтересованы в: Сопротивление: полное руководство по электрическим свойствам материалов
3. Использование измерительных приборов: Измерительные приборы, такие как амперметры, позволяют измерять силу электрического тока в цепи. Эти приборы обычно указывают направление тока с помощью стрелки на экране или полярности соединительных клемм.
Важно иметь в виду, что направление тока в цепи может меняться в зависимости от ее конфигурации. В цепях постоянного тока (DC) ток течет в постоянном направлении. С другой стороны, в цепях переменного тока (AC) ток периодически меняет направление.
От чего зависит полярность направления электрического тока
Полярность направления электрического тока определяется направлением потока электрических зарядов в цепи. В замкнутой цепи электрический ток течет от положительного полюса источника питания к отрицательному.
В цепи постоянного тока (DC) полярность направления тока постоянна и остается фиксированной по всей цепи. В цепи этого типа электроны, являющиеся отрицательно заряженными частицами, текут от отрицательного полюса к положительному полюсу источника энергии.
С другой стороны, в цепи переменного тока (AC) полярность направления тока периодически меняется в зависимости от частоты тока. В цепи этого типа электроны движутся в обоих направлениях, поскольку ток колеблется между положительными и отрицательными значениями.
Важно отметить, что полярность направления электрического тока не связана с полярностью отдельных компонентов цепи, например резисторов или электронных устройств. Полярность тока определяется направлением потока электрических зарядов в цепи в целом.
Конечно! Вот неформальное и забавное окончание вашего контента на тему «Значение чувства электрического тока»:
«Итак, вы знаете, электрический ток — это не просто скопление электронов, идущих в одном направлении. У него есть свой смысл, своя цель и, конечно же, своя повестка дня. Это похоже на движение в городе, только вместо машин по кабелям движутся маленькие электроны. И если вы когда-нибудь задаетесь вопросом, в чем смысл жизни, помните, что вы также можете задаться вопросом, в чем смысл электрического тока. Кто знает, может быть, вы найдете ответ в розетке!
Надеюсь, это заставило вас улыбнуться!