Как в реальности протекает электрический ток?

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. На рисунке показано, как установилась магнитная стрелка между полюсами двух одинаковых магнитов. Укажите полюса магнитов, обращённые к стрелке.

1) 1 — S, 2 — N
2) 1 — А, 2 — N
3) 1 — S, 2 — S
4) 1 — N, 2 — S

2. Па рисунке представлена картина линий магнитного поля от двух полосовых магнитов, полученная с помощью магнитной стрелки и железных опилок. Каким полюсам полосовых магнитов соответствуют области 1 и 2?

1) 1 — северному полюсу; 2 — южному
2) 1 — южному; 2 — северному полюсу
3) и 1, и 2 — северному полюсу
4) и 1, и 2 — южному полюсу

3. При прохождении электрического тока по проводнику магнитная стрелка, находящаяся рядом, расположена перпендикулярно проводнику. При изменении направления тока на противоположное. Стрелка

1) повернётся на 90°
2) повернётся на 180°
3) повернётся на 90° или на 180° в зависимости от значения силы тока
4) не изменит свое положение

4. Проводник, по которому протекает электрический ток, расположен перпендикулярно плоскости чертежа (см. рисунок). Расположение какой из магнитных стрелок, взаимодействующих с магнитным полем проводника с током, показано правильно?

1) 1
2) 2
3) 3
4) 4

5. Из проводника сделали кольцо и по нему пустили электрический ток. Ток направлен против часовой стрелки (см. рисунок). Как направлен вектор магнитной индукции в центре кольца?

1) вправо
2) влево
3) на нас из-за плоскости чертежа
4) от нас за плоскость чертежа

6. По катушке идёт электрический ток, направление которого показано на рисунке. При этом на концах железного сердечника катушки

1) образуются магнитные полюса — на конце 1 — северный полюс, на конце 2 — южный
2) образуются магнитные полюса — на конце 1 — южный полюс, на конце 2 — северный
3) скапливаются электрические заряды: на конце 1 — отрицательный заряд, на конце 2 — положительный
4) скапливаются электрические заряды: на конце 1 — положительный заряд, на конце 2 — отрицательный

7. Два параллельно расположенных проводника подключили параллельно к источнику тока.

Направление электрического тока и взаимодействие проводников верно изображены на рисунке

8. В однородном магнитном поле на проводник с током, расположенный перпендикулярно плоскости чертежа (см. рисунок), действует сила, направленная

9. Сила, действующая на проводник с током, который находится в магнитном поле между полюсами магнита направлена

10. На рисунке изображён проводник с током, помещённый в магнитное поле. Стрелка указывает направление тока в проводнике. Вектор магнитной индукции направлен перпендикулярно плоскости рисунка к нам. Как направлена сила, действующая на проводник с током?

11. Из приведённых ниже утверждений выберите два правильных и запишите их номера в таблицу.

1) Вокруг неподвижных зарядов существует магнитное поле.
2) Вокруг неподвижных зарядов существует электростатическое поле.
3) Если разрезать магнит на две части, то у одной части будет только северный полюс, а у другой — только южный.
4) Магнитное поле существует вокруг движущихся зарядов.
5) Магнитная стрелка, находящаяся около проводника с током, всегда поворачивается вокруг своей оси.

12. Электрическая схема содержит источник тока, проводник АВ, ключ и реостат. Проводник АВ помещён между полюсами постоянного магнита (см. рисунок).

Используя рисунок, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.

1) При перемещении ползунка реостата влево сила Ампера, действующая на проводник АВ, увеличится.
2) При замкнутом ключе проводник будет выталкиваться из области магнита вправо.
3) При замкнутом ключе электрический ток в проводнике имеет направление от точки В к точке А.
4) Магнитные линии поля постоянного магнита в области расположения проводника АВ направлены вертикально вниз.
5) Электрический ток, протекающий в проводнике АВ, создаёт однородное магнитное поле.

Часть 2

13. Участок проводника длиной 0,1 м находится в магнитном поле индукцией 50 мТл. Сила тока, протекающего по проводнику, 10 А. Какую работу совершает сила ампера при перемещении проводника на 8 см в направлении своего действия? Проводник расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции.

Электричество: почему ток идёт от плюса к минусу?

8 месяцев назад

Почему при последовательном соединении батареек они не закорачиваются?

Вопрос волновал с детства. Есть + и — . то, откуда бегут электроны и куда стремяться убежать. и вот в фонарик я запихиваю 1 батарейку, потом следующую, плюсом к минусу первой. так почему же они не закорачиваются? почему из минуса первой электроны не перебегают в + второй? Как бы если исходить из аналогии что плюс- водород, минус — кислород, плюс — инь, минус — янь, то должен же быть какой-то бабах, а всего лишь удваивается напряжение. А если добавляется третья батарейка, через кого она гонит эле…

8 месяцев назад

220V vs 110V. в чем плюсы и минусы.

и почему у нас в стране (Украина. Россия и др. кто тут есть =)) не переходят на 110V? ведь вроде как затрат меньше? или думают, что тяжело перейти будет? ну… типо вся техника у нас требует 220V. то есть в Америке купив, например, бритву — тут, у нас, ей пользоваться можно через переходник, да? а вот если с нашим допустим телевизором ехать в Америку — он там не заработает? =)
Agiosесть же вещи которые не включаться на 110V? да и я знаю, если вещь расчитана на 220 -то вредно не только когда б…

7 месяцев назад

Задача по охране труда/физике (электричество), где найти методику решения?

Замечательно нужная и полезная для программистов дисциплина подсунула жабу — в контрольную требуется решить пару задач. Одна дана с теорией, другая, чтобы было интереснее, без оной.. Скажу спасибо за решение/ссылку на типовую задачу/ссылку на адекватную теорию по теме, предпочтительно в рамках охраны труда, а не физики — подозреваю, там какая-нибудь своя гадость присутствует.Определить силу тока, протекающего через организм человека при его прикосновении к одному из оголенных проводников трехфаз…

290576
290765
290904

Ответы (10)

Krista (Гость)

4 года назад

Ампер в труде, представленном Парижской академии наук, сначала решает принять одно из направлений токов за основное, а потом дает правило, по которому можно определить действие магнитов на токи. Читаем: «Так как мне пришлось бы постоянно говорить о двух противоположных направлениях, по которым текут оба электричества, то, во избежание излишних повторений, после слов НАПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА, я буду всякий раз подразумевать ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО электричества» Так впервые было введено ныне общепринятое правило направления тока. Ведь до открытия электрона было более семидесяти лет. http://www.electrik.info/main/fakty/68-istorija-odnogo-paradoksa.html

Святослав111 (Гость)

4 года назад

Общие сведения

Скалярная физическая величина, позволяющая телу излучать электромагнитное поле, называется зарядом. Он не может существовать сам по себе без носителей. В качестве их принимаются подвижные частицы или квазичастицы. Именно они обеспечивают возникновение электрического тока. Например, в качестве их может выступать электрон, ион, дырка или позитрон.

За единицу измерения электрического заряда принят кулон (Кл). Фактически он показывает, сколько прошло через поперечное сечение элементарных частиц. При этом ток принимают равный одному амперу, а время одной секунде. Несмотря на то что в замкнутой системе могут появляться новые частицы, обладающие зарядом, их общее число всегда остаётся постоянным. Если одни рождаются, то другие уничтожаются. Эта закономерность установлена была в 1843 году Фарадеем и известна как закон сохранения электрического заряда.

В любом физическом теле имеются носители зарядов. Если на них не оказывается взаимодействие, наступает так называемый электронный баланс: энергия находится на постоянном уровне. Когда движение частиц происходит хаотично, она поглощается и выделяется в равных частях. Но если к телу приложена внешняя сила, которая заставляет двигаться заряды в одном направлении, возникает электрический ток.

Поток частиц может быть двух видов:

1. Переменный — характеризуется изменением значения и направления во времени. Течение зарядов изменяется по определённому закону. Чаще всего это синусоидальная функция. Если выполнить измерение, можно увидеть, что ток будет непрерывно изменять направление.
2. Постоянный — при его возникновении направление движение носителей заряда не изменяется или смена выражена слабо. В последнем случае ток считают пульсирующим. Фактически это периодический электрический ток, у которого среднее значение за период отлично от нуля. Получается он при выпрямлении переменного.

Количественной характеристикой направленного потока является сила. Её определяют, как количество заряженных частиц, пройденное через поперечное сечение за единицу времени. Вокруг каждого носителя существует электрическое поле. Оно описывается с помощью напряжения, величина которого находится как разность потенциалов. Это характеристика, которая показывает изменение заряд при переходе частицы из одного положения в другое.

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.

Рис. 1. Примеры электрического тока в разных веществах (металлах, электролитах, газах, плазме, вакууме).

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

Источник напряжения и источник тока.

В
теории электрических цепей используют
понятия идеальные источники электрической
энергии: источник напряжения и источник
тока.

Им приписывают
следующие свойства:

Источник
напряжения
представляет собой активный элемент с
двумя зажимами, напряжение на котором
не зависит от тока, проходящего через
источник

Рис.2. Идеальный
источник напряжения и

его
вольтамперная характеристика(BAX).

Предполагается,
что внутри идеального источника
напряжения пассивные сопротивление,
индуктивность и емкость отсутствуют
и, следовательно, прохождение тока не
вызывает падения напряжения.

Упорядоченное
перемещение положительных зарядов в
источнике напряжения от меньшего
потенциала к большему возможно за счет
работы сторонних сил, которые присущи
источнику.

Величина
работы, производимой данными сторонними
силами по перемещению единицы
положительного заряда от отрицательного
полюса источника напряжения к
положительному по полюсу, называется
электродвижущей
силой (э.д.с.)
источника
и обозначается e(t).

На
рис.2(а) указано направление напряжения
на зажимах идеального источника, которое
всегда равно э.д.с. источника по величине
и противоположно ей по направлению.

Идеальный
источник напряжения называют еще
источником
бесконечной
мощности.
Это — теоретическое понятие. Величина
тока в пассивной цепи зависит от
параметров этой цепи и e(t).
Если зажимы идеального источника
напряжения замкнуть накоротко, то ток
цепи должен быть теоретически равен
бесконечности. В действительности при
замыкании зажимов источника ток имеет
конечное значение, так как реальный
источник обладает внутренним
сопротивлением.

Обычно
внутренние параметры источника конечной
мощности незначительны по сравнению с
параметрами внешней цепи и в некоторых
случаях (по условию задачи) могут вообще
не учитываться. Внутреннее сопротивление
источника напряжения на схемах замещения
изображается последовательно соединенным
с самим источником.

Рис.3. Источник
напряжения конечной мощности.

Источник
тока
представляет собой активный элемент,
ток которого не зависит от напряжения
на его зажимах.

Рис.4. Идеальный
источник тока и его вольтамперная
характеристика.

Предполагается,
что внутренне сопротивление идеального
источника тока равно бесконечности, и
поэтому параметры внешней цепи, от
которых зависит напряжение на зажимах
источника тока, не влияют на ток источника.

При
увеличении напряжения внешней цепи,
присоединенной к источнику тока,
напряжение на его зажимах, и следовательно,
мощность возрастают. Поэтому идеальный
источник тока теоретически так же
рассматривается как источник
бесконечной мощности.

Источник
тока конечной мощности изображен на
рис.5. g
– внутренняя проводимость источника.
Она характеризует внутренние параметры
источника и ограничивает мощность,
отдаваемую в цепь.

Рис.5. Источник
тока конечной мощности.

Часто
при решении задач методом эквивалентных
преобразований возникает необходимость
заменить реальный источник напряжения
эквивалентным источником тока или
наоборот. Преобразование осуществляется
по схеме и формулам рис.6.

(1)

Рис.6. Преобразования
источников конечной мощности.

Электрический ток и поток электронов

Единица измерения силы тока

Разобравшись в том, что в большинстве случаев носителями электрических зарядов являются электроны, необходимо понять, почему они движутся. Для этого необходимо заглянуть в микромир частиц – атомов и понять их строение, физические процессы, происходящие с ними.

Атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него множества электронов, количество которых зависит от суммарного заряда ядра. Электроны передвигаются по определенным траекториям – орбиталям (уровням). При этом те из них, которые располагаются ближе всего к ядру, удерживаются им очень сильно и не участвуют в химических реакциях и физических процессах. Те частицы, которые находятся на внешних уровнях, являются активными и определяющими способность того или иного атома к химическому взаимодействию и образованию свободных зарядов. Их называют валентными.

Активность и способность атомов к отщеплению свободных электронов зависят от количества частиц на внешних уровнях. Так, у одних веществ многочисленные электроны удалены от ядра, поэтому срываются со своих орбиталей и начинают устремляться к другим атомам, в результате чего наблюдается перемещение свободных зарядов. При подаче электрических потенциалов (напряжения) движение электронов становится направленным, появляется электрический ток. Поэтому твердые тела (например, металлы) с большим количеством свободных электронов являются проводниками.

У диалектиков частицы, способные переносить электрический заряд, отсутствуют – у них мало электронов на внешних уровнях, поэтому они не могут срываться, переходя сначала в хаотичное, потом и в направленное движение.

Промежуточное положение между диэлектриками и проводниками занимают полупроводники, электропроводность которых зависит от внешних факторов (температуры, освещенности и т.д.).

3.8.3 Сила и плотность тока

Электрический ток называется постоянным, если за равные промежутки времени через поперечное сечение проводника проходит одинаковый заряд. Постоянный ток наиболее прост для изучения. С него мы и начинаем.

Количественной характеристикой электрического тока является сила тока. В случае постоянного тока абсолютная величина силы тока есть отношение абсолютной величины заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника за время t, к этому самому времени:

Измеряется сила тока в амперах (A)11
. При силе тока в 1 А через поперечное сечение проводника за 1 с проходит заряд в 1 Кл.

Подчеркнём, что формула (3.41
) определяет абсолютную величину, или модуль силы тока. Сила тока может иметь ещё и знак! Этот знак не связан со знаком зарядов, образующих ток, и выбирается из иных соображений. А именно, в ряде ситуаций (например, если заранее не ясно, куда потечёт ток) удобно зафиксировать некоторое направление обхода цепи (скажем, против часовой стрелки) и считать силу тока положительной, если направление тока совпадает

с
направлением обхода, и отрицательной, если ток течёт против направления обхода
12
.

В
случае постоянного тока сила тока есть величина постоянная. Она показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за 1 с.

Часто бывает удобно не связываться с площадью поперечного сечения и ввести величину

плотности тока:

где I сила тока, S площадь поперечного сечения проводника (разумеется, это сечение перпендикулярно направлению тока). С учётом формулы (3.41
) имеем также:

j = St
q
:

Плотность тока показывает, какой заряд проходит за единицу времени через единицу площади поперечного сечения проводника. Согласно формуле (3.42
), плотность тока измеряется в А/м2
.