Ток обозначение в физике: Сила тока в физике — что это такое?

Сила тока в физике — что это такое?

Электрический ток

По проводам течет электрический ток. Причем он именно «течет», практически как вода. Представим, что вы — счастливый фермер, который решил полить свой огород из шланга. Вы чуть-чуть приоткрыли кран, и вода сразу же побежала по шлангу. Медленно, но все-таки побежала.

Сила струи очень слабая. Потом вы решили, что напор нужен побольше и открыли кран на полную катушку. В результате струя хлынет с такой силой, что ни один помидор не останется без внимания, хотя в обоих случаях диаметр шланга одинаков.

А теперь представьте, что вы наполняете два ведра из двух шлангов. У зеленого напор сильнее, у желтого — слабее. Быстрее наполнится то ведро, в которое льется вода из шланга с сильным напором. Все дело в том, что объем воды за равный промежуток времени из двух разных шлангов тоже разный. Иными словами, из зеленого шланга количество молекул воды выбежит намного больше, чем из желтого за равный период времени.

Если мы возьмем проводник с током, то будет происходить то же самое: заряженные частицы будут двигаться по проводнику, как и молекулы воды. Если больше заряженных частиц будет двигаться по проводнику, то «напор» тоже увеличится.

• Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц.

Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова

Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков

Сила тока

Сразу возникает потребность в величине, которой мы будем «напор» электрического тока измерять. Такая, чтобы она зависела от количества частиц, которые протекают по проводнику.

Сила тока — это физическая величина, которая показывает, какой заряд прошел через проводник за единицу времени.

Как обозначается сила тока?

Сила тока обозначается буквой I

Сила тока I = q/t I — сила тока [A] q — заряд [Кл] t — время [с]

Сила тока измеряется в амперах. Единица измерения выбрана не просто так.

Во-первых, она названа в честь физика Андре-Мари Ампера, который занимался изучением электрических явлений. А во-вторых, единица этой величины выбрана на основе явления взаимодействия двух проводников.

Здесь аналогии с водопроводом провести, увы, не получится. Шланги с водой не притягиваются и не отталкиваются вблизи друг друга (а жаль, было бы забавно).

Когда ток проходит по двум параллельным проводникам в одном направлении, проводники притягиваются. А когда в противоположном направлении (по этим же проводникам) — отталкиваются.

За единицу силы тока 1 А принимают силу тока, при которой два параллельных проводника длиной 1 м, расположенные на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, взаимодействуют с силой 0,0000002 Н.

Задача

Найти силу тока в цепи, если за 2 секунды в ней проходит заряд, равный 300 мКл.

Решение:

Возьмем формулу силы тока

I = q/t

Подставим значения

I = 300 мКл / 2 с = 150 мА

Ответ: сила тока в цепи равна 150 мА

Чтобы хорошо запомнить теорию, нужно много практики. Классический курс по физике для 10 класса в онлайн-школе Skysmart — отличная возможность попрактиковаться в решении задач.

Проводники и диэлектрики

Некоторые делят мир на черное и белое, а мы — на проводники и диэлектрики.

• Проводники — это материалы, которые проводят электрический ток. Самыми лучшими проводниками являются металлы.
• Диэлектрики — материалы, которые не проводят электрический ток. Изи!

Проводники	Диэлектрики
Медь, железо, алюминий, олово, свинец, золото, серебро, хром, никель, вольфрам	Воздух, дистиллированная вода, поливинилхлорид, янтарь, стекло, резина, полиэтилен, полипропилен, полиамид, сухое дерево, каучук

То, что диэлектрик не проводит электрический ток, не значит, что он не может накапливать заряд. Накопление заряда не зависит от возможности его передавать.

Направление тока

Раньше в учебниках по физике писали так: когда-то давно решили, что ток направлен от плюса к минуса, а потом узнали, что по проводам текут электроны. Но электроны эти — отрицательные, а значит к минусу идти не могут. Но раз уже условились о направлении, поэтому оставим, как есть. Вопрос тогда возникал у всех: почему нельзя поменять направление тока? Но ответ так никто и не получил.

Сейчас пишут немного иначе: положительные частицы текут по проводнику от плюса к минусу, туда и направлен ток. Здесь вопросов ни у кого не возникает.

Так и какая версия верна? На самом деле, обе. Носители заряда в каждом типе материала разные. В металлах — это электроны, в электролитах — ионы. У каждого типа частиц свои знаки и потребность в том, чтобы бежать к противоположно заряженному полюса источника тока. Не будем же мы для каждого типа материала выбирать направление тока, чтобы решить задачу! Поэтому принято направлять ток от плюса к минусу. В большинстве задач школьного курса направление тока роли не играет, но есть то самое коварное меньшинство, где этот момент будет очень важным. Поэтому запомните — направляем ток от плюса к минусу.

Источник тока

Вода в шланге берется из водопровода, ключа с водой в земле — в общем, не из ниоткуда. Электрический ток тоже имеет свой источник.

В качестве источника может выступить, например, гальванический элемент (привычная батарейка). Батарейка работает на основе химических реакций внутри нее. Эти реакции выделяют энергию, которая потом передается электрической цепи.

У любого источника обязательно есть полюса — «плюс» и «минус». Полюса — это его крайние положения. По сути клеммы, к которым присоединяется электрическая цепь. Собственно, ток как раз течет от «+» к «-».

Амперметр

Мы знаем, куда ток направлен, в чем измеряется сила тока, как ее вычислить, зная заряд и время, за которое этот заряд прошел. Осталось только измерить.

Прибор для измерения силы тока называется амперметр. Его включают в электрическую цепь последовательно с тем проводником, в котором ток измеряют.

Амперметры бывают очень разными по принципу действия: электромагнитные, магнитоэлектрические, электродинамические, тепловые и индукционные — и это только самые распространенные.

Мы рассмотрим только принцип действия теплового амперметра, потому что для понимания принципа действия других устройств необходимо знать, что такое магнитное поле и катушки.

Тепловой амперметр основан на свойстве тока нагревать провода. Устроен так: к двум неподвижным зажимам присоединена тонкая проволока. Эта тонкая проволока оттянута вниз шелковой нитью, связанной с пружиной. По пути эта нить петлей охватывает неподвижную ось, на которой закреплена стрелка. Измеряемый ток подводится к неподвижным зажимам и проходит через проволоку (на рисунке стрелками показан путь тока).

Под действием тока проволока немного нагреется, из-за чего удлинится, вследствие этого шелковая нить, прикрепленная к проволоке, оттянется пружиной. Движение нити повернет ось, а значит и стрелку. Стрелка покажет величину измерения.

Физика Электрический ток. Условия, необходимые для его существования. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление

Материалы к уроку

• Условия, необходимые для его существования. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление.doc»>53. Электрический ток. Условия, необходимые для его существования. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление.doc

  57 KBСкачать

• 53. Электрический ток. Условия, необходимые для его существования. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление.ppt

  8.12 MBСкачать

Конспект урока

Мы живём в век научно-технического прогресса, в век, когда уровень жизни каждого отдельного человека напрямую зависит от достижений науки и техники. В очень далёкие времена, когда горели лучины и топились печи по «чёрному», люди не представляли себе, в каком светлом и тёплом будущем будут жить их потомки. Сейчас не можем представить наш мир без электричества. А если попробовать?

Вдруг что-то произойдет, и электричество просто исчезнет. Жизнь просто остановится! 

Электрические законы, открытые чуть позже тех далёких времён, являются и сейчас самыми важными, и мы живём среди них.  

Неподвижные электрические заряды редко используются на практике. Для того чтобы заставить электрические заряды служить нам, их нужно привести в движение – создать электрический ток. Электрическим током называется упорядоченное движение, направленное движение заряженных частиц. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. 

Движение частиц в проводнике мы непосредственно не видим. О наличии электрического тока приходится судить по тем действиям или явлениям, которые его сопровождают.

Во-первых, проводник, по которому течет ток, нагревается.

Во- вторых, электрический ток может изменять химический состав проводника, например, выделять его химические составные части (медь из раствора медного купороса и т.д.).

В-третьих, ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела.

Если в цепи устанавливается электрический ток, то это означает, что через поперечное сечение проводника все время переносится электрический заряд. Заряд, перенесенный в единицу времени, служит основной количественной характеристикой тока, называемой силой тока. Таким образом, сила тока равна отношению заряда (дельта кю) Δq , переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени (дельта т) Δt, к этому интервалу времени.

Решим задачу. Сила тока в спирали лампы накаливания составляет 0,5 А (ампера). Какой заряд протекает за 1 мин. через лампу? Воспользовавшись формулой, найдем заряд: он составит 30 Кулонов.

Сила тока, подобно заряду,- величина скалярная. Она может быть, как положительной, так и отрицательной. Сила тока зависит от заряда, переносимого  каждой частицей, концентрации частиц, скорости их направленного движения и площади поперечного сечения проводника. 

Ввел в физику понятие «электрический ток Андре Ампер

(1775-1836). Французский физик и математик. Он создал первую теорию, которая выражала связь электрических и магнитных явлений. Амперу принадлежит гипотеза о природе магнетизма, он ввел в физику понятие «электрический ток».   

В международной системе единиц силу тока выражают в амперах. Эту единицу устанавливают на основе магнитного взаимодействия токов. Измеряют силу тока амперметрами. Принцип устройства этих приборов основан на магнитном действии тока.

Электрический ток может быть получен только в таком веществе, в котором имеются свободные заряженные частицы. Чтобы эти частицы пришли в упорядоченное движение, нужно создать в проводнике электрическое поле. Значит, для существования тока в проводнике необходимо создать разность потенциалов на его концах с помощью источника тока.

Для измерения напряжения существует специальный измерительный прибор — вольтметр. 

Условное обозначение вольтметра на электрической схеме.

При включении вольтметра в электрическую цепь необходимо соблюдать два правила. 

1. Вольтметр подключается параллельно участку цепи, на котором будет измеряться напряжение. 

2. Соблюдать полярность: «+» вольтметра подключается к «+» источника тока,

а «минус» вольтметра — к «минусу» источника тока.  

Для измерения напряжения источника питания вольтметр присоединяют непосредственно к его зажимам. 

Меру противодействия проводника установлению в нем электрического тока назовают сопротивлением. Это основная характеристика проводника. Сопротивление зависит от материала проводника длиной (эль)   с постоянной площадью поперечного сечения (эс) S , где (ро) p — удельное сопротивление проводника – величина, зависящая от рода вещества и его состояния (от температуры в первую очередь).То есть сопротивление проводника прямо пропорционально отношению длины проводника к площади поперечного сечения. Проводник имеет сопротивление 1 Ом, если при разности потенциалов 1 В сила тока в нем 1 А. Единицей удельного сопротивления является 1 Ом на м.

Для каждого проводника — твердого, жидкого и газообразного – существует определенная зависимость силы тока от приложенной разности потенциалов на концах проводника. Эту зависимость выражает вольт-амперная характеристика проводника. Впервые (для металлов) ее установил немецкий ученый Георг Ом, поэтому зависимость силы тока от напряжения носит название закона Ома. 

Установим опытным путём зависимости между физическими величинами. Во-первых, определим зависимость между силой тока и напряжением. Соберем цепь, как показано на рисунке. То есть, соединим последовательно источник тока, ключ и резистор или другой потребитель тока. Последовательно к потребителю подключим амперметр, параллельно — вольтметр. Снимем показания амперметра при напряжениях в 5 вольт, 10 вольт и 20 вольт.

Теперь, не меняя напряжение, посмотрим, как меняется сила тока при изменении сопротивления.

Если построить график зависимости силы тока от напряжения, то легко заметить, что сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Продолжая анализировать результат эксперимента, приходим к выводу, что сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.

Согласно закону Ома для участка цепи сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению (у) U и обратно пропорциональна сопротивлению проводника (эр) R.

Закон Ома – основа всей электротехники постоянных токов. Ее легче запомнить, пользуясь магическим треугольником.

Закон Ома: Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Следствия из закона Ома:

1) напряжение на концах участка цепи равно произведению силе тока и сопротивлению проводника;

2) сопротивление проводника находят отношением напряжения на концах проводника к силе тока.

Решим задачу.

 Сопротивление вольтметра равно 12000 Ом. Какова сила тока, протекающая через вольтметр, если он показывает напряжение, равное 120В?

По формуле найдем силу тока в проводнике. 

Подставив данные, получим ответ сила тока =0,01A

На рисунке изображены графики зависимости силы тока от напряжения для двух проводников А и В. Какой из этих проводников обладает большим сопротивлением?

Зависимость между силой тока и сопротивлением в проводнике при постоянном напряжении — обратная. Возьмем на этих двух прямых точки с одинаковой координатой по оси U. У проводника А сила тока будет больше. Следовательно, проводник В обладает большим сопротивлением.

Проверим это, подставив числовые значения.

Возьмем на этих прямых точки с напряжением равным 6 В.

По графику определим для этих точек силу тока.

Для проводника А сила тока равна 3А.

Для проводника В сила тока равна 1А.

Рассчитаем сначала сопротивление для проводника А, потом для проводника В.

Ответ: RB>RA.

Человечество впервые увидело электрическое освещение всего 138 лет тому назад. 23 марта 1876 года Павел Николаевич Яблочков (1847 – 1894) получил свой первый патент на изобретение электрической лампы, в ней под действием электрического тока вольфрамовая нить раскаляется до яркого свечения и освещает комнату. Этот день стал исторической датой. Лампу П.Н. Яблочкова в Европе современники называли «русским светом», а в России – «русским солнцем». Время шло, лампы видоизменялись, совершенствовались. В наше время появились энергосберегающие лампочки, которые состоят из колбы, наполненной парами ртути и аргоном. При нагревании ртуть начинает создавать ультрафиолетовое излучение, которое преобразуется в видимый свет. Энергосберегающая лампа светится по всей своей площади. Благодаря чему свет получается мягкий и равномерный, более приятен для глаз и лучше распространяется по помещению. При использовании энергосберегающих ламп нужно помнить, что отработав, они требуют специальной утилизации, так как содержат пары ртути и выбрасывать их категорически запрещено.

Одним из первых, кто ощутил на себе действие тока, был голландский физик П. Мушенбрук, живший в 18 веке. Получив удар током, он заявил, что «не согласился бы подвергнуться ещё раз такому испытанию даже за королевский трон Франции.

Следует помнить, что электрический ток вызывает изменения в нервной системе, выражающиеся в ее раздражении 

или параличе, возникают судорожные спазмы мышц. Ток «держит» человека. Происходит судорожный спазм диафрагмы; действие тока на мозг может вызвать потерю сознания; электрический ток оказывает тепловое действие, выражающееся  в ожогах 3-ей степени… 

Электрошок — электрическое раздражение мозга, с помощью которого лечат некоторые психические заболевания.

Дефибрилляторы — электрические медицинские приборы, используемые при восстановлении 

нарушений ритма сердечной деятельности посредством воздействия на организм кратковременными высоковольтными электрическими разрядами

Гальванизация — пропускание через организм слабого постоянного тока, оказывающего болеутоляющий эффект и улучшающий кровообращение. 

 

Остались вопросы по теме? Наши репетиторы готовы помочь!

• Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам

• Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки

• Повысим успеваемость по школьным предметам

• Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ

Выбрать репетитора

Electric Current — Гиперучебник по физике

[закрыть]

определений

текущий

Электрический ток определяется как скорость, с которой заряд протекает через поверхность (например, поперечное сечение провода). Несмотря на то, что это относится ко многим разным вещам, слово ток часто используется само по себе вместо более длинного и формального «электрический ток». Прилагательное «электрический» подразумевается контекстом описываемой ситуации. Фраза «ток через тостер» определенно относится к потоку электронов через нагревательный элемент, а не к потоку ломтиков хлеба через прорези.

Как и для всех величин, определяемых как скорость, есть два способа записать определение электрического тока — средний ток для тех, кто заявляет о незнании исчисления…

∆ t

и мгновенный ток для тех, кто не боится вычислений…

I  =	лим ∆ t →0	∆ q	=	дк
		∆ т		дт

Единицей силы тока является ампер [А], названная в честь французского ученого Андре-Мари Ампера (1775–1836). В письменных языках без ударения (а именно в английском) единицу измерения стало принято писать как ампер , а в неформальном общении сокращать слово до ампер . У меня нет проблем ни с одним из этих написаний. Только не используйте заглавную «А» в начале. Ампер относится к физике, а ампер (или ампер, или ампер) относится к единице измерения.

Поскольку заряд измеряется в кулонах, а время измеряется в секундах, ампер равен кулону в секунду.

⎡ ⎢ ⎣	А =	С	⎤ ⎥ ⎦
		с

Элементарный заряд точно равен…

e = 1,602176634 × 10 ⁻¹⁹  C

Количество элементарных зарядов в кулоне было бы обратным этому числу — повторяющейся десятичной дробью с периодом 778 716 цифр. Я напишу первые 19 цифр, это максимум, что я могу написать (поскольку произвольных долей элементарного заряда не существует).

C ≈ 6 241 509 074 460 762 607 e

А потом я напишу его снова с более разумным количеством цифр, чтобы его было легче читать.

С ≈ 6,2415 × 10 ¹⁸ е

Ток в один ампер представляет собой передачу примерно 6,2415 × 10 ¹⁸ элементарных зарядов в секунду. Для тех, кто любит совпадения, это примерно то же самое, что десять микромолей.

плотность тока

Когда я визуализирую течение, я вижу движущиеся предметы. Я вижу, как они движутся в определенном направлении. Я вижу вектор. Я вижу неправильное. Ток не является векторной величиной, несмотря на мою хорошо развитую научную интуицию. Ток является скаляром. И причина в том… потому что это так.

Но подождите, дальше будет еще страннее. Отношение силы тока к площади данной поверхности называется плотностью тока.

j =	I
	A

. Устройство тока — AmpheRE на квадратный меттер , который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который нет, который не является специальным.

⎡ ⎢ ⎣	А	=	А	⎤ ⎥ ⎦
	м 2		м 2

Несмотря на то, что плотность тока является отношением двух скалярных величин, плотность тока является вектором. И причина в том, что это так.

Ну… на самом деле, это потому, что плотность тока определяется как произведение плотности заряда и скорости для любого места в космосе…

J  = ρ  v

Два уравнения эквивалентны по величине, как показано ниже.

Дж  =	р		против
Дж  =	q		дс	=	с		дк	=	1	I
	В		дт		СА		дт		А
Дж  =	я
	А

Что еще нужно учитывать.

I  =  JA  = ρ v A

Читатели, знакомые с гидромеханикой, могли бы узнать правую часть этого уравнения, если бы она была написана немного по-другому.

I  = ρ Ав

Этот продукт является величиной, которая остается постоянной в уравнении неразрывности массы .

ρ ₁ A ₁ V ₁ = ρ ₂ A ₂ V _{2 2 V 2 2 V 2 2 V 2 2 v 2 2 V 2 2 V 2 2 .}

Точно такое же выражение применимо к электрическому току с символом ρ, меняющим значение в зависимости от контекста. В гидромеханике ρ обозначает плотность массы, а в электрическом токе — плотность заряда.

описание микроскопа

Ток – это поток заряженных частиц. Это дискретные сущности, а значит, их можно сосчитать.

n  =  N / В

∆ q  =  нкв

В  =  Ad  =  Av ∆ t

I  =	∆ q	=	nqAv ∆ t
	∆ т		∆ т

I  =  nqAv

Аналогичное выражение можно записать для плотности тока. Вывод начинается со скалярной формы, но в конечном выражении используются векторы.

Дж  =	я	=	нкАв
	А		А

J  =  nq v

твердые вещества

проводимость по сравнению с валентными электронами, проводники по сравнению с изоляторами

Дрейфовое движение, наложенное на тепловое движение

Увеличить

Текст моста.

Тепловая скорость электронов в проводе довольно высока и изменяется случайным образом из-за атомных столкновений. Поскольку изменения хаотичны, средняя скорость равна нулю.

Когда проволоку помещают в электрическое поле, свободные электроны равномерно ускоряются в промежутках между столкновениями. Эти периоды ускорения поднимают среднюю скорость выше нуля. (Эффект сильно преувеличен на этой диаграмме.)

тепловая скорость электрона в меди при комнатной температуре (классическое приближение)…

v среднеквадратичное значение  = √ 3 кт м и

v среднеквадратичное значение  = √ 3(1,38 × 10 −23 Дж/К)(300 К) (9,11 × 10 −31  кг)

v среднеквадратичное значение ≈ 100 км/с

Ферми-скорость электрона в меди (квантовая величина)…

v ферми  = √ 2 E ферми м и

v ферми  = √ 2(7,00 эВ)(1,60 × 10 −19 Дж/эВ) (9,11 × 10 −31  кг)

v ферми ≈ 1500 км/с

дрейфовая скорость электрона в 10 м медного провода, подключенного к автомобильному аккумулятору 12 В, при комнатной температуре (среднее время свободного пробега между столкновениями при комнатной температуре τ = 3 × 10 ⁻¹⁴  с)…

v дрейф  =  1 ∆ v  =  1   a τ = 1   Ф τ = 1   EE τ 2 2 2 м е 2 м е

v дрейф  =  эВ τ 2 дм е

v дрейф  =  (1,60 × 10 −19 °C) (12 В) (3 × 10 −14  с) 2(10 м)(9,11×10 −31 кг)

v дрейф ≈ 3 мм/с

Тепловая скорость на несколько порядков превышает скорость дрейфа в типичной проволоке. Время прохождения круга около часа.

жидкости

ионы, электролиты

газы

ионов, плазма

• 14:02 — Отключение линии электропередачи на юго-западе Огайо
  4. Стюарт — Атланта 345 кВ
  Эта линия является частью пути передачи из юго-западного Огайо в северный Огайо. Он отключился от системы из-за возгорания кустов под частью линии. Горячие газы от пожара могут ионизировать воздух над линией электропередачи, в результате чего воздух проводит электричество и вызывает короткое замыкание проводников.
  Источник

исторический

Символ I был выбран французским физиком и математиком XIX века Андре-Мари Ампером для обозначения силы тока .

Увеличить
Pour exprimer en nombre l’intensité d’un courant quelconque, on convra qu’on ait choisi un autre courant арбитраж для срока сравнения…. Désignant donc par i et i ‘ les rapports des intensités des deux courants donnés à l’intensité du courant pris pour unite….		Чтобы выразить силу тока числом, предположим, что для сравнения выбран другой произвольный ток…. Примем i и i ′ для отношений интенсивностей двух заданных токов к напряженности эталонного тока, принятой за единицу….
Андре-Мари Ампер, 1826		Андре-Мари Ампер, 1826 г. (платная ссылка)

Термин интенсивность теперь имеет несвязанное значение в физике. Ток — это скорость, с которой заряд заряда протекает через поверхность любого размера — например, клеммы аккумулятора или штыри электрической вилки. Интенсивность — это средняя мощность на единицу площади, передаваемая каким-либо лучистым явлением — например, звуком оживленного шоссе, светом Солнца или частицами брызг, испускаемыми радиоактивным источником. Ток и интенсивность теперь являются разными величинами с разными единицами измерения и разным использованием, поэтому (конечно) они используют одинаковые символы.

текущий	интенсивность
I  =  ∆ q   ⎡ ⎢ ⎣ А = С ⎤ ⎥ ⎦ ∆ т с	I  =  ⟨ Р ⟩   ⎡ ⎢ ⎣ Вт ⎤ ⎥ ⎦ А м 2

Начало стола

• Ток 12 000 А через магниты БАК в ЦЕРНе

Учебник по физике: Электрический ток

Если выполняются два требования к электрической цепи, то заряд будет течь через внешнюю цепь. Говорят, что есть ток — поток заряда. Используя слово ток в данном контексте означает просто использовать его, чтобы сказать, что что-то происходит в проводах — заряд движется. Тем не менее, ток — это физическая величина, которую можно измерить и выразить численно. В качестве физической величины ток представляет собой скорость, с которой заряд проходит через точку цепи. Как показано на диаграмме ниже, ток в цепи можно определить, если измерить количество заряда Q , проходящего через поперечное сечение провода за время t . Ток — это просто соотношение количества заряда и времени.

Текущий — это величина скорости. В физике есть несколько количественных величин. Например, скорость — это величина скорости — скорость, с которой объект меняет свое положение. Математически скорость — это изменение положения за время. Ускорение — это величина скорости — скорость, с которой объект меняет свою скорость. Математически ускорение — это изменение скорости в зависимости от времени. А мощность — это скорость, скорость, с которой над объектом совершается работа. Математически мощность – это отношение работы к времени. В каждом случае количества скорости математическое уравнение включает некоторое количество во времени. Таким образом, ток как величина скорости будет математически выражен как

Обратите внимание, что в приведенном выше уравнении используется символ I для представления величины тока.

Как обычно, когда в Классе Физики вводится величина, также вводится стандартная метрическая единица, используемая для выражения этой величины. Стандартной метрической единицей тока является ампер . Ампер часто сокращается до Ампер и обозначается символом единицы измерения A . Сила тока в 1 ампер означает, что за 1 секунду через поперечное сечение провода проходит заряд в 1 кулон.

1 ампер = 1 кулон / 1 секунда

Чтобы проверить свое понимание, определите ток для следующих двух ситуаций. Обратите внимание, что в каждой ситуации дается некоторая посторонняя информация. Нажмите кнопку Проверить ответ , чтобы убедиться, что вы правы.

Изолируют провод сечением 2 мм и определяют, что через него проходит заряд 20 Кл за 40 с.	Изолируют провод сечением 1 мм и определяют, что через него проходит заряд 2 Кл за 0,5 с.
I = _____ ампер	I = _____ ампер

 

Условное направление тока

Частицы, переносящие заряд по проводам в электрической цепи, — это подвижные электроны. Направление электрического поля внутри цепи по определению является направлением, в котором выталкиваются положительные пробные заряды. Таким образом, эти отрицательно заряженные электроны движутся в направлении, противоположном электрическому полю. Но в то время как электроны являются носителями заряда в металлических проводах, носителями заряда в других цепях могут быть положительные заряды, отрицательные заряды или и то, и другое. Фактически носителями заряда в полупроводниках, уличных фонарях и люминесцентных лампах являются одновременно и положительные, и отрицательные заряды, движущиеся в противоположных направлениях.

Бен Франклин, который провел обширные научные исследования как статического, так и электрического электричества, предположил, что положительные заряды являются носителями заряда. Таким образом, было установлено раннее соглашение о направлении электрического тока в направлении движения положительных зарядов. Соглашение прижилось и используется до сих пор. Направление электрического тока по соглашению является направлением, в котором будет двигаться положительный заряд. Таким образом, ток во внешней цепи направлен от положительной клеммы к отрицательной клемме батареи. На самом деле электроны будут двигаться по проводам в противоположном направлении. Зная, что фактическими носителями заряда в проводах являются отрицательно заряженные электроны, это соглашение может показаться немного странным и устаревшим. Тем не менее, это условное обозначение используется во всем мире, и к нему легко может привыкнуть студент-физик.

 

 

Ток в зависимости от скорости дрейфа

Ток связан с количеством кулонов заряда, которые проходят точку в цепи за единицу времени. Из-за своего определения его часто путают со скоростью дрейфа величины. Скорость дрейфа относится к среднему расстоянию, пройденному носителем заряда в единицу времени. Как и скорость любого объекта, дрейфовая скорость электрона, движущегося по проводу, представляет собой отношение расстояния ко времени. Путь типичного электрона по проводу можно описать как довольно хаотичный, зигзагообразный путь, характеризующийся столкновениями с неподвижными атомами. Каждое столкновение приводит к изменению направления движения электрона. Однако из-за столкновений с атомами в сплошной сети металлического проводника на каждые три шага вперед приходится два шага назад. С электрическим потенциалом, установленным на двух концах цепи, электрон продолжает движение до перенести вперед . Прогресс всегда идет к положительному терминалу. Тем не менее, общий эффект бесчисленных столкновений и высоких скоростей между столкновениями заключается в том, что общая скорость дрейфа электрона в цепи аномально низка. Типичная скорость дрейфа может составлять 1 метр в час. Это медленно!

Тогда можно было бы спросить: как может быть ток порядка 1 или 2 ампер в цепи, если скорость дрейфа составляет всего около 1 метра в час? Ответ таков: существует очень много носителей заряда, движущихся одновременно по всей длине цепи. Ток — это скорость, с которой заряд пересекает точку на цепи. Большой ток возникает в результате прохождения нескольких кулонов заряда по поперечному сечению провода в цепи. Если носители заряда плотно упакованы в провод, то не обязательно иметь большую скорость, чтобы иметь большой ток. То есть носители заряда не должны проходить большое расстояние за секунду, просто их должно быть много, проходящих через сечение. Ток связан не с тем, как далеко перемещаются заряды за секунду, а скорее с тем, сколько зарядов проходит через поперечное сечение провода в цепи.

Чтобы проиллюстрировать, насколько плотно упакованы носители заряда, рассмотрим типичный провод, встречающийся в цепях бытового освещения, — медный провод 14-го калибра. В поперечном сечении этого провода длиной 0,01 см (очень тонком) будет целых 3,51 x 10 ²⁰ атомов меди. Каждый атом меди имеет 29 электронов; маловероятно, что даже 11 валентных электронов будут двигаться как носители заряда одновременно. Если мы предположим, что каждый атом меди вносит только один электрон, то на тонком проводе длиной 0,01 см будет 56 кулонов заряда. С таким большим подвижным зарядом в таком маленьком пространстве небольшая скорость дрейфа может привести к очень большому току.

Чтобы еще больше проиллюстрировать это различие между скоростью дрейфа и течением, рассмотрим аналогию с гонками. Предположим, что на очень широкой гоночной трассе проходила очень большая гонка черепах с миллионами и миллионами черепах. Черепахи передвигаются не очень быстро — у них очень низкая дрейфовая скорость. Предположим, что забег был довольно коротким — скажем, 1 метр в длину — и что большой процент черепах достиг финиша одновременно — через 30 минут после начала забега. В таком случае течение будет очень большим — миллионы черепах пролетают точку за короткий промежуток времени. В этой аналогии скорость связана с тем, как далеко черепахи перемещаются за определенный промежуток времени; а ток связан с тем, сколько черепах пересекает финишную черту за определенное время.

 

Природа потока заряда

Как только было установлено, что средняя скорость дрейфа электрона очень и очень мала, вскоре возникает вопрос: почему свет в комнате или в фонарике загорается сразу? после включения? Не будет ли заметной временной задержки перед тем, как носитель заряда перейдет от выключателя к нити накала лампочки? Ответ — нет! и объяснение того, почему в значительной степени раскрывает природу потока заряда в цепи.

Как было сказано выше, носителями заряда в проводах электрических цепей являются электроны. Эти электроны просто поставляются атомами меди (или любого другого материала, из которого сделана проволока) внутри металлической проволоки. Как только переключатель повернут на на , цепь замыкается, и на двух концах внешней цепи устанавливается разность электрических потенциалов. Сигнал электрического поля распространяется почти со скоростью света ко всем подвижным электронам в цепи, приказывая им начать движение.0798 походный . При получении сигнала электроны начинают двигаться по зигзагообразной траектории в своем обычном направлении. Таким образом, щелчок переключателя вызывает немедленную реакцию во всех частях цепи, приводя носители заряда повсюду в движение в одном и том же направлении. В то время как фактическое движение носителей заряда происходит с медленной скоростью, сигнал, который сообщает им о начале движения, движется со скоростью, составляющей долю скорости света.

Электроны, которые зажигают лампочку фонарика, не должны сначала пройти от выключателя через 10 см провода к нити накала. Скорее, электроны, которые зажигают лампочку сразу после поворота переключателя в положение на — это электроны, которые присутствуют в самой нити накала. Когда переключатель щелкнут, все подвижные электроны повсюду начнут маршировать; и именно подвижные электроны, присутствующие в нити накала, непосредственно ответственны за зажигание ее лампочки. Когда эти электроны покидают нить накала, в нее входят новые электроны, которые становятся ответственными за зажигание лампочки. Электроны движутся вместе так же, как вода в трубах в доме. Когда кран повернут на , это вода в кране, вытекающая из крана. Не нужно ждать заметное время, пока вода из точки входа в ваш дом пройдет по трубам к крану. Трубы уже заполнены водой, и вода во всем водяном контуре одновременно приводится в движение.

Картина течения заряда, развиваемая здесь, представляет собой картину, в которой носители заряда подобны солдатам, марширующим вместе, везде с одинаковой скоростью. Их марш начинается немедленно в ответ на создание электрического потенциала на двух концах цепи. В электрической цепи нет места, где носители заряда расходуются или израсходованы. В то время как энергия, которой обладает заряд, может быть израсходована (или, лучше сказать, электрическая энергия преобразуется в другие формы энергии), сами носители заряда не распадаются, не исчезают или иным образом удаляются из заряда. схема. И в цепи нет места, где носители заряда начинают накапливаться или накапливаться. Скорость, с которой заряд входит во внешнюю цепь на одном конце, такая же, как и скорость, с которой заряд выходит из внешней цепи на другом конце. Ток — скорость протекания заряда — везде одинакова. Поток заряда подобен движению солдат, марширующих в ногу, везде с одинаковой скоростью.

Проверьте свое понимание

1. Говорят, что ток существует, когда _____.

а. провод заряжен

б. батарея присутствует

в. электрические заряды неуравновешены

д. электрические заряды движутся по петле

 

 

2. У тока есть направление. По соглашению ток течет в направлении, которое ___.

а. + заряды двигаются

б. — электроны движутся

в. + электроны движутся

  

 

 

3. Скорость дрейфа подвижных носителей заряда в электрических цепях ____.

а. очень быстро; меньше, но очень близко к скорости света

б. быстро; быстрее самой быстрой машины, но далеко не скорость света

в. медленный; медленнее, чем Майкл Джексон, бегает 220 метров

д. очень медленно; медленнее улитки

 

 

4. Если бы электрическую цепь можно было сравнить с водяной цепью в аквапарке, то ток был бы аналогичен ____.

Выбор:

А. давление воды	B. галлонов воды, стекающей по горке в минуту
С. вода	D. нижняя часть слайда
Е. водяной насос	F. верхняя часть слайда

 

 

5. На схеме справа изображен проводник. Две площади поперечного сечения расположены на расстоянии 50 см друг от друга. Каждые 2,0 секунды через каждую из этих областей проходит 10 Кл заряда. Сила тока в этом проводе ____ А.

а. 0,10	б. 0,25	в. 0,50	д. 1.0
эл. 5.0	ф. 20	г. 10	час. 40
я. ни один из этих

 

 

6.