Постоянный электрический ток: определение, механизм, характеристики

Определение 1

Постоянный ток – это упорядоченное движение заряженных частиц, движущихся в одном направлении.

По теории данные заряженные частицы относят к носителям тока. В проводниках и полупроводниках такими носителями являются электроны, в электролитах – заряженные ионы, в газах – электроны и ионы. Металлы характеризуются перемещением только электронов. Отсюда следует, что электрический ток в них – это движение электронов проводимости.

Результат прохождения электрического тока в металлах и электропроводящих растворах заметно отличается. Наличие химических процессов в металлах при протекании тока отсутствует. В электролитах под воздействием тока происходит выделение ионов вещества на электродах. Различие заключается в отличии носителей зарядов металла и электролита. В металлах – это свободные электроны, отделившиеся от атомов, в растворах – ионы, атомы или их группы с зарядами.

Необходимые условия существования электрического тока

Первое необходимое условие существования электрического тока любого вещества – наличие носителей заряда.

Для равновесного состояния зарядов необходимо равнение нулю разности потенциалов между любыми точками проводника. При нарушении данного условия, заряд не сможет переместиться. Отсюда следует, что второе необходимое условие существования электрического тока в проводнике – создание напряжения между некоторыми точками.

Определение 2

Упорядоченное движение свободных зарядов, возникающее в проводнике как результат воздействия электрического поля, называют током проводимости.

Такое движение возможно при перемещении в пространстве заряженного проводника или диэлектрика. Подобный электрический ток получил название конвекционного.

Механизм осуществления постоянного тока

Для постоянного прохождения тока в проводнике следует подсоединить к проводнику или их совокупности устройство, в котором постоянно происходит процесс разделения электрических зарядов для поддержания напряжения в цепи. Данный механизм получил название источника тока (генератора).

Силы, разделяющие заряды, называют сторонними. Они характеризуются неэлектрическим происхождением, действуют внутри источника. При разделении зарядов сторонние силы способны создать разность потенциалов между концами цепи.

Если электрический заряд перемещается по замкнутой цепи, то работа электростатических сил равняется нулю. Отсюда следует, что суммарная работа сил A, действующих на заряд, равна работе сторонних Ast. Определение физической величины, характеризующей источник тока, ЭДС источника ε запишется как:

ε=Aq (1), где значение q подразумевает положительный заряд. Его движение происходит по замкнутому контуру. ЭДС – это не сила. Единица измерения ε=В.

Природа сторонних сил различна. В гальваническом элементе они являются результатом электрохимических процессов. В машине с постоянным током такой силой является сила Лоренца.

Основные характеристики электрического тока

Условно принято считать направление тока за направление движения положительных частиц. Отсюда следует, что направление тока в металлах характеризуется противоположным направлением относительно направления движения частиц.

Электрический ток обладает силой тока.

Определение 3

Сила тока I – скалярная величина, равняется производной от заряда q по времени для тока, который проходит через поверхность S:

I=dqdt (2).

Ток может быть постоянным и переменным. При неизменной силе тока  с его направлением по времени ток называют постоянным, а выражение силы тока для него примет вид:

I=qt (3), где сила тока рассматривается в качестве заряда, проходящего через поверхность S в единицу времени.

По системе СИ основная единица измерения силы тока – Ампер (А).

1 A=1 Кл1 с.

Определение 4

Плотность – это векторная локальная характеристика. Вектор плотности тока j→способен показывать, каким образом распределяется ток по сечению S. Его направление идет в сторону, куда движутся положительные заряды.

Значение вектора плотности тока по модулю равно:

j=dIdS’ (4), где dS’ является проекцией элементарной поверхности dS на плоскость, перпендикулярную вектору плотности тока, dI – элементом силы, которая идет через поверхности dS и dS’.

Представление плотности в металле возможно по формуле:

j→=-n0qeυ→ (5), где n0 обозначается концентрацией электронов проводимости, qe=1,6·10-19 Кл  – зарядом электрона, υ→ – средней скоростью упорядоченного движения электронов. Если значение плотностей тока максимальное, то

υ→=10-4 мс.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Закон сохранения заряда

Рисунок 1

Основным физическим законом считается закон сохранения электрического заряда. При выборе произвольной замкнутой поверхности S, изображенной на рисунке 1, ограничивающей объем V количество выходящего электричества в единицу времени (

1 секунду) из объема V можно определить по формуле ∮sjndS. Такое же количество электричества выражается через заряд -∂q∂t, тогда получаем:

∂q∂t=-∮SjndS (6), где jn считается проекцией вектора плотности на направление нормали к элементу поверхности dS, при этом:

jn=jcos a (7), где a является углом между направлением нормали к dS и вектором плотности тока. Уравнение (6) показывает частое употребление производной для того, чтобы сделать акцент на неподвижности поверхности S.

Выражение (6) считается законом сохранения электрического заряда в макроскопической электродинамике. Если ток постоянен во времени, тогда запись этого закона примет вид:

∮SjndS=0 (8).

Пример 1

Найти формулу для того, чтобы рассчитать конвекционный ток при его возникновении в длинном цилиндре с радиусом сечения R и наличием его равномерной скорости движения υ, который заряжен по поверхности равномерно. Значение напряженности поля у поверхности цилиндра равняется E. Направление скорости движения вдоль оси цилиндра.

Решение

Основой решения задачи берется определение силы тока в виде:

I=dqdt (1.1).

Из формулы (1.1) следует, что возможно нахождение элемента заряда, располагающегося на поверхности цилиндра.

Напряженность поля равномерно заряженного цилиндра на его поверхности находится по выражению:

E=σε0 (1. 2), где σ является поверхностной плотностью заряда, ε0=8,85·10-12 КлН·м2. Выразим σ из (1.2), тогда:

σ=E·ε0 (1.3).

Связь поверхностной плотности заряда с элементарным зарядом выражается при помощи формулы:

dqdS=σ (1.4).

Используя (1.3), (1.4), имеем:

dq=E·e0dS (1.5).

Выражение элемента поверхности цилиндра идет через его параметры:

dS=2π ·Rdh (1.6), где dh является элементом высоты цилиндра. Запись элемента заряда поверхности цилиндра примет вид:

dq=E·ε0·2h·Rdh (1.7).

Произведем подстановку из (1.7) в (1.1):

I=d(E·ε0·2π·Rdh)dt=2πRε0Edhdt (1.8).

Движение цилиндра идет вдоль оси, тогда запишем:

dhdt=υ (1.9).

Получим:

I=2πRε0Eυ.

Ответ: конвективный ток I=2πRε0Eυ.

Пример 2

Изменение тока в проводнике происходит согласно закону I=1+3t. Определить значение заряда, проходящего через поперечное сечение проводника, за время t, изменяющегося от t1=3 с до t2=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=dqdt (2. 1).

Формула (2.1) показывает, что нахождение количества заряда, проходящего через поперечное сечение проводника за время от t1 до t2 возможно таким образом:

q=∫t1t2Idt (2.2).

Произведем подстановку имеющегося по условию закона в (2.2) для получения:

q=∫t1t2(1+3t)dt=∫t1t2dt+∫t1t23tdt=t2-t1+3·t22t1t2=(t2-t1)+32t22-t12 (2.3).

Вычислим заряд:

q=7-3+32(72-32)=4+32·40=64 (Кл).

Чтобы определить постоянный ток для получения силы используется формула:

Iconst=qt (2.3), где t считается временем, за которое поперечное сечение проводника пройдет заряд q.

Тогда время протекания заряда равняется:

t=t2-t1 (2.4).

Выражение (2.3) примет вид:

Iconst=qt2-t1 (2.5).

Произведем подстановку и вычислим:

Iconst=647-3=644=16 (A).

Ответ: q=64 Кл. Iconst=16 А..

постоянный ток — это… Что такое постоянный ток?

электрический ток, не изменяющийся во времени.

ПОСТОЯ́ННЫЙ ТОК, электрический ток (см. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК), величина и направление которого не изменяются с течением времени.
Постоянный электрический ток может возникнуть только при наличии свободных заряженных частиц, на которые действуют силы, обеспечивающие их упорядоченное перемещение в течение конечного промежутка времени. Электрический ток характеризуется силой тока ( см. СИЛА ТОКА) и плотностью тока (см. ПЛОТНОСТЬ ТОКА). Во всех сечениях неразветвлённой замкнутой цепи сила постоянного тока одинакова. За направление тока условно принимают направленное движение положительных зарядов, которое соответствует переходу от большего потенциала (см. ПОТЕНЦИАЛ (в физике)) к меньшему. Если через любое сечение проводника в одни и те же промежутки времени проходит одно и то же количество электричества, ток называют установившимся (стационарным).
Для протекания постоянного тока в проводнике необходимо, чтобы цепь постоянного тока проводимости была замкнутой, напряженность электрического поля в проводнике была постоянной, на свободные электрические заряды, помимо кулоновских сил, действовали неэлектростатические сторонние силы (см. СТОРОННИЕ СИЛЫ).
Цепь постоянного тока можно разбить на определенные участки. Те участки, на которых не действуют сторонние силы (т. е. участки, не содержащие источников тока), называются однородными. Участки, включающие источники тока, называются неоднородными.
Основными законами для постоянного тока являются Ома закон (см. ОМА ЗАКОН), устанавливающий зависимость силы тока от напряжения, и Джоуля — Ленца закон (см. ДЖОУЛЯ — ЛЕНЦА ЗАКОН), определяющий количество тепла, выделяемого током в проводнике. Расчет разветвленных цепей постоянного тока производится с помощью Кирхгофа правил (см. КИРХГОФА ПРАВИЛА).
В технике установками постоянного тока принято считать такие установки, в которых ток не меняет своего направления, но может меняться по величине.

Постоянный ток или постоянное напряжение. Какой ток называют постоянным

Детей учат, что пальцы в розетку совать нельзя! А почему? Потому что будет плохо. С более подробным объяснением часто бывают проблемы: какое-то там напряжение, ток, что-то куда-то течет. Чтобы вы в будущем могли сами объяснить своим детям, что к чему, мы сейчас объясним вам. Эта статья про переменный и постоянный токи, их отличия, применение и историю электричества вообще. Науку нужно делать интересной, и мы скромно пытаемся этим заниматься по мере сил.

Например: какой ток у нас в розетках? Переменный, конечно! Напряжением 220 Вольт и частотой 50 Герц. А сеть, по которой передается ток — трехфазная. Кстати, если при словах «фаза» и «ноль» вы впадаете в ступор, почитайте что это такое, и день будет прожит вдвойне не зря! Но не будем забегать вперед. Обо всем по порядку.

Краткая история электричества

Кто изобрел электричество? А никто! Люди постепенно понимали, что это такое и как им пользоваться.

Все началось в 7 веке до нашей эры, в один солнечный (а может и дождливый, кто знает) день. Тогда греческий философ Фалес заметил, что, если потереть янтарь о шерсть, он будет притягивать легкие предметы.

Потом были Александр Македонский, войны, христианство, падение Римской империи, войны, падение Византии, войны, средневековье, крестовые походы, эпидемии, инквизиция и снова войны. Как вы поняли, людям было не до какого-то там электричества и натертых шерстью эбонитовых палочек.

В каком году изобрели слово «электричество»? 1600 году английский естествоиспытатель Уильям Гилберт решил написать труд «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле». Именно тогда и появился термин «электричество» .

Через сто пятьдесят лет, в 1747 году Бенджамин Франклин, которого мы все очень любим, создал первую теорию электричества. Он рассматривал это явление как флюид или нематериальную жидкость.

Именно Франклин ввел понятие положительного и отрицательного зарядов (до этого разделяли стеклянное и смоляное электричество), изобрел молниеотвод и доказал, что молния имеет электрическую природу.

Бенджамина любят все, ведь его портрет есть на каждой стодолларовой купюре. Помимо работы в точных науках, он был видным политическим деятелем. Но вопреки распространенному заблуждению, Франклин не был президентом США.

1785 год – Кулон выясняет, с какой силой противоположные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются.

1791 год – Луиджи Гальвани случайно заметил, что лапки мертвой лягушки сокращаются под действием электричества.

Принцип работы батарейки основан на гальванических элементах. Но кто создал первый гальванический элемент? Основываясь на открытии Гальвани, другой итальянский физик Алессандро Вольта в 1800 году создает столб Вольта – прототип современной батарейки.

На раскопках рядом с Багдадом нашли батарейку возрастом больше двух тысяч лет. Какой древний айфон с ее помощью подзаряжали — остается загадкой. Зато известно точно, что батарейка уже «села». Этот случай как бы говорит: может быть, люди знали об электричестве намного раньше, но потом что-то пошло не так.

Уже в 19 веке Эрстед, Ампер, Ом, Томсон и Максвелл совершили настоящую революцию. Был открыт электромагнетизм, ЭДС индукции , электрические и магнитные явления связали в единую систему и описали фундаментальными уравнениями .

Кстати! Если у вас нет времени, чтобы самостоятельно разбираться со всем этим, для наших читателей сейчас действует скидка 10% на

20 век принес квантовую электродинамику и теорию слабых взаимодействий, а также электромобили и повсеместные линии электропередач. Кстати, знаметитый электромобиль Тесла работает на постоянном токе.

Конечно, это очень краткая история электричества, и мы не упомянули очень много имен, которые повлияли на прогресс в этой области. Иначе пришлось бы написать целый многотомный справочник.

Сначала напомним, что ток – это движение заряженных частиц.

Постоянный ток – это ток, который течет в одном направлении.

Типичный источник постоянного тока – гальванический элемент. Проще говоря, батарейка или аккумулятор. Один из древнейших артефактов, связанных с электричеством – багдадская батарейка, которой 2000 лет. Предполагают, что она давала ток напряжением 2-4 Вольта.

Где используется постоянный ток:

• в питании большинства бытовых приборов;
• в батарейках и аккумуляторах для автономного питания приборов;
• для питания электроники автомобилей;
• на кораблях и подводных лодках;
• в общественном транспорте (троллейбусах, трамваях).

Проще всего представить постоянный ток наглядно, на графике. Вот как он выглядит:

Бытовые приборы работают на постоянном токе, но в розетки сети в квартире приходит переменный ток. Практически везде постоянный ток получается путем выпрямления переменного.

Переменный ток – это ток, который меняет величину и направление. Причем меняет в равные промежутки времени.

Переменный ток используется в промышленности и электроснабжении. Именно его получают на станциях и отправляют к потребителям. Уже на месте преобразование переменного электрического тока в постоянный происходит с помощью инверторов.

Переменный ток — alternating current (AC). Постоянный ток — direct current (DC). Аббревиатуру AC/DC можно увидеть на трансформаторных будках, где происходит преобразование. А еще это название одной отличной австралийской рок-группы.

А вот и наглядное изображение переменного тока.

Переменный ток течет в цепи в двух направлениях: туда и обратно. Одно из них считается положительным , а второе — отрицательным .

Так как величина тока меняется не только по направлению, но и по величине, не думайте, что в вашей розетке постоянно 220 Вольт. 220 — это действующее значение напряжения, которое бывает 50 раз в секунду. Кстати, в Америке используется другой стандарт переменного тока в сети: 110 Вольт и 60 Герц.

Война токов

Активное использование постоянного тока началось в конце 19 века. Тогда Эдисон довел до ума лампочку (1890) и основал первые в Нью-Йорке электростанции, которые производили постоянный ток напряжением 110 Вольт.

Использование постоянного тока было связано с существенными потерями при его передаче на большие расстояния. Переменный ток нельзя было использовать из-за того, что не было соответствующих счетчиков и моторов, работавших на переменном токе. Так же был затруднен процесс преобразования постоянного тока в переменный. При этом переменный ток можно было без потерь передавать на большие расстояния.

В то время в Америку из Сербии приехал Никола Тесла , который устроился на работу в компанию к Эдисону. Тесла изобрел электродвигатель переменного тока, понял все выгоды и предложил Эдисону его использование.

Эдисон не послушал Теслу и к тому же не выплатил ему зарплату. Так и началось знаменитое противостояние изобретателей — война токов.

Она длилась более ста лет и закончилась в 2007 году. Тогда Нью-Йорк полностью перешел на электроснабжение переменным током.

Почему переменный ток опаснее постоянного

В войне токов, чтобы не потерпеть убытки и финансовый крах от внедрения и использования идей Теслы, Эдисон публично демонстрировал, как переменный ток убивает животных. Случай, когда какой-то американский гражданин погиб от удара переменным током, был очень подробно и широко освещен в прессе.

Для человека переменный ток в общем случае действительно опаснее постоянного. Хотя всегда нужно учитывать величину тока, его частоту, напряжение, сопротивление человека, которого бьет током. Рассмотрим эти нюансы:

1. Переменный ток частотой 50 Герц в три-четыре раза опаснее для жизни, чем постоянный ток. Если частота тока более 1000 Герц, то он считается менее опасным.
2. При напряжениях около 400-600 Вольт переменный и постоянный токи считаются одинаково опасными. При напряжении более 600 Вольт более опасен постоянный ток.
3. Переменный ток в силу своей природы и частоты сильнее возбуждает нервы, стимулируя мышцы и сердце. Именно поэтому он несет большую опасность для жизни.

С каким бы током вы не работали, соблюдайте осторожность и будьте бдительны! Берегите себя и свои нервы, а также помните: сделать это эффективно поможет профессиональный студенческий сервис с лучшими экспертами.

Электрическим током называют направленное, упорядоченное движение заряженных частиц.

Постоянный ток имеет устойчивые свойства и направление движения заряженных частиц, которые не изменяются со временем. Он используется многими электрическими устройствами в домах, а также в автомобилях. От постоянного тока работают современные компьютеры, ноутбуки, телевизоры и многие другие устройства. Для преобразования переменного тока в постоянный используются специальные блоки питания и трансформаторы напряжения .

Все электрические устройства и электрические инструменты, работающие от батарей и аккумуляторов считаются потребителями постоянного тока, так как батарея – это источник постоянного тока, который может быть преобразован в переменный с помощью инверторов.

Разница переменного тока от постоянного

Переменным называют электрический ток, который может изменяться по направлению движения заряженных частиц и величине с течением времени. Важнейшими параметрами переменного тока считаются его частота и напряжение. В современных электрических сетях на разных объектах используется именно переменный ток, имеющий определенное напряжение и частоту. В России в бытовых электросетях ток имеет напряжение 220 В и частоту равную 50 Гц. Частота электрического переменного тока – это число изменений направления движения заряженных частиц за 1 секунду, то есть, при частоте в 50 Гц он меняет направление 50 раз в секунду. Таким образом, отличие переменного тока от постоянного заключается в том, что в переменном заряженные частицы могут менять направление движения.

Источниками переменного тока на объектах различного назначения являются розетки . К розеткам мы подключаем различные бытовые приборы, получающие необходимое напряжение. Переменный ток используется в электрических сетях потому, что величина напряжения может быть преобразована до необходимых значений с помощью трансформаторного оборудования с минимальными потерями. Другими словами, его гораздо проще и дешевле транспортировать от источников электроснабжения до конечных потребителей.

Передача переменного тока потребителям

Путь переменного тока начинается с электростанций, на которых устанавливаются мощнейшие электрические генераторы, из которых выходит электрический ток с напряжением на уровне 220-330 кВ. Через электрические кабели ток идет к трансформаторным подстанциям, устанавливаемым в непосредственной близости от объектов электрического потребления – домов, квартир, предприятий и других сооружений.

Подстанции получают электрический ток с напряжением около 10 кВ и преобразуют его в трехфазное напряжение 380 В. В некоторых случаях на питание объектов идет ток с напряжением 380 В, этого требуют мощные бытовые и производственные приборы, но чаще всего в месте ввода электричества в дом или квартиру, напряжение снижается до привычных нам 220 В.

Преобразование переменного тока в постоянный

Мы уже разобрались с тем, что в розетках бытовых электрических систем находится переменный ток, однако многие современные потребители электричества нуждаются в постоянном. Преобразование переменного тока в постоянный осуществляется с помощью специальных выпрямителей. Весь процесс преобразования включает в себя три этапа:

1. Подключение диодного моста с 4-мя диодами необходимой мощности. Такой мост может «срезать» верхние значения синусоид переменного тока или делать движение заряженных частиц однонаправленным.
2. Подключение сглаживающего фильтра или специального конденсатора на выход с диодного моста. Фильтр способен исправить провалы между пиками синусоид переменного тока. Подключение конденсатора серьезно уменьшает пульсации и может довести их до минимальных значений.
3. Подключение стабилизаторов напряжения для снижения пульсаций.

Преобразование тока может осуществляться в обоих направлениях, то есть, из постоянного тоже можно сделать переменный. Но этот процесс значительно сложнее и осуществляется он за счет использования специальных инверторов, которые отличаются высокой стоимостью.

В данной расскажем что такое переменный электрический ток и трехфазный переменный переменный ток.

Понятие переменного электрического тока даётся в учебнике физики общеобразовательного учебного заведения — школы. — ток имеющий форму гармонического синусоидального сигнала, основными характеристиками которого являются действующее напряжение и частота, с течением времени изменяется по направлению и величине.

Частота – это количество полных изменений полярности переменного электрического тока за одну секунду. Это означает, что ток, в обычной бытовой розетке частотой 50 Герц за одну секунду меняет своё направление с положительного значения на отрицательное и обратно ровно пятьдесят раз. Одно полное изменение направления (полярности) электрического тока с положительного значения на отрицательное и снова на положительное называют — периодом колебания электрического тока . В течение периода Т переменный электрический ток меняет своё направление дважды.

Для визуального наблюдения синусоидальной формы переменного тока обычно используют . Для исключения поражения электрическим током и защиты осциллографа от сетевого напряжения по входу, используют разделительные трансформаторы. Для измерения периода нет разницы, по каким равнозначным (равноамплитудным) точкам его измерять. Можно по максимальным положительным, или отрицательным вершинам, а можно и по нулевому значению. Это поясняется на рисунке.

Из учебника физики мы знаем, что переменный электрический ток вырабатывается с помощью электрической машины – генератора. Простейшая модель генератора это магнитная рамка, вращающаяся в магнитном поле постоянного магнита.

Представим себе прямоугольную проволочную рамку с несколькими витками, равномерно вращающуюся в однородном магнитном поле. Возникающая в этой рамке э.д.с. индукции меняется по синусоидальному закону. Период колебания Т переменного электрического тока – это один полный оборот магнитной рамки вокруг своей оси.

магнитная рамка

Одними из важных характеристик электрического тока являются две величины переменного электрического тока – максимальное значение и среднее значение.

Максимальное значение напряжения электрического тока Umax — это величина напряжения, соответствующая максимальному значению синусоиды.

Среднее значение напряжения электрического тока Uср — это величина напряжения, равная значению 0,636 от максимального. Математически это выглядит так:

U ср = 2 * U max / π = 0,636 U max

Синусоиду максимального напряжения можно проконтролировать на экране осциллографа. Понять, что такое среднее значение переменного электрического напряжения можно проведя эксперимент по рисунку и описанию ниже.

Используя осциллограф, подключите к его входу синусоидальное напряжение. Ручкой вертикального смещения развёртки переместите «ноль» развёртки на самую нижнюю линию шкалы экрана осциллографа. Растяните и сместите горизонтальную развёртку так, чтобы одна полуволна синусоидального напряжения поместилась в десять (пять) клеток экрана осциллографа. Ручкой вертикальной развёртки (усилением) растяните развёртку так, чтобы максимальная амплитуда полуволны поместилась ровно в десять (пять) клеток экрана осциллографа. Определите амплитуду синусоиды на десяти участках. Суммируйте все десять значений и поделите на десять – найдите его «средний балл». В результате Вы получите значение напряжения, приблизительно равное 6,36 от его максимального значения — 10.

Измерительные приборы – вольтметры, цешки, мультиметры для измерения переменного напряжения имеют в своей схеме выпрямитель и сглаживающий конденсатор. Эта цепочка «округляет» множитель разницы максимального и измеряемого напряжения до числа 0,7. Поэтому, если Вы будете наблюдать на экране осциллографа синусоиду напряжения амплитудой 10 вольт, то вольтметр (цешка, мультиметр) покажет не 10, а около 7 вольт. Вы думаете что в Вашей домашней розетке – 220 вольт? Так и есть, но не совсем так! 220 вольт – это среднее значение напряжения бытовой розетки, усреднённое измерительным прибором — вольтметром. Максимальное же напряжение следует из формулы:

U max = U изм / 0,7 = 220 / 0,7 = 314,3 вольт

Именно поэтому, когда Вас «бъёт» током от электрической розетки 220 вольт, знайте, что это Ваша иллюзия. На самом деле, Вас трясёт напряжение около 315 вольт.

Трехфазный ток

Наряду с простым синусоидальным переменным током в технике широко используется так называемый трехфазный переменный ток . Мало того, трёхфазный электрический ток — это основной вид энергии используемый во всём мире. Трёхфазный ток приобрёл популярность по причине менее затратной передачи энергии на большие расстояния. Если для обычного (однофазного) электрического тока требуется два провода, то для трёхфазного тока, у которого энергия в три раза больше, требуется всего три провода. Физический смысл Вы узнаете в этой статье позже.

Представьте, если вокруг общей оси вращается не одна, а три одинаковые рамки, плоскости которых повернуты друг относительно друга на 120 градусов. Тогда возникающие в них синусоидальные э.д.с. также будут сдвинуты по фазе на 120 градусов (см. на рис).

Такие три согласованных переменных тока называют трехфазным током. Упрощённое расположение проволочных обмоток в генераторе трёхфазного тока иллюстрируется на рисунке.

Подключение обмоток генератора по трём независимым линиям показано на рисунке ниже.

Такое подключение шестью проводами довольно громоздко. Так как для явлений в электрических цепях важны только разности потенциалов, то один проводник может использоваться сразу для двух фаз, без снижения нагрузочной способности по каждой из фаз. Другими словами, в случае подключения обмоток генератора по схеме «звезда» с использованием «нуля», передача энергии от трёх источников производится по четырём проводам (см. рис.), в которых один является общим – нулевым проводом.

По трём проводам может передаваться энергия сразу от трёх (фактически независимых) источников электрического тока соединённых «треугольником».

В промышленных генераторах и преобразующих трансформаторах «треугольником» обычно подключается межфазное напряжение 220 вольт. При этом «нулевой» провод отсутствует.

«Звезда» применяется для передачи напряжения сети с использованием «нуля». При этом на фазе относительно «нуля» действует напряжение 220 вольт. Межфазное напряжение при этом равно 380 вольт.

Частым явлением во времена «нагло ворующей демократии» было сгорание бытовой аппаратуры в квартирах добропорядочных граждан, когда из-за слабой проводки сгорал общий «ноль», тогда в зависимости от того, какое количество бытовых приборов включено в квартирах, горели телевизоры и холодильники у того, кто их меньше всего включал. Вызвано это явлением «перекоса фаз», которое возникало при обрыве нуля. В розетку добропорядочных граждан вместо 220 вольт устремлялось межфазное напряжение 380 вольт. До настоящего времени во многих коммуналках и сооружениях напоминающих жильё наших российских городов и весей это явление до конца не искоренилось.

Ток – это движение электронов в определенном направлении. Оно нужно, чтобы в наших устройствах тоже двигались электроны. Откуда берется ток в розетке?

Электростанция преобразует кинетическую энергию электронов в электрическую. То есть, гидроэлектростанция использует проточную воду для вращения турбины. Пропеллер турбины вращает клубок меди между двух магнитов. Магниты заставляют электроны в меди двигаться, из-за этого начинают двигаться электроны в проводах, которые присоединены к клубку меди — получается ток.

Генератор — как насос для воды, а провод — как шланг. Генератор-насос качает электроны-воду через провода-шланги.

Переменный ток — это тот ток, который у нас в розетке. Он называется переменным, потому что направление движения электронов постоянно меняется. У переменного тока из розеток бывает разная частота и электрическое напряжение. Что это значит? В российских розетках частота 50 герц и напряжение 220 вольт. Получается, что за секунду поток электронов 50 раз меняет направление движения электронов и заряд с положительного на отрицательный. Смену направлений можно заметить в флуоресцентных лампах, когда их включаешь. Пока электроны разгоняются, она несколько раз мигает — это и есть смена направлений движения. А 220 вольт — это максимально возможный «напор», с которым движутся электроны в этой сети.

В переменном токе постоянно меняется заряд. Это значит, что напряжение составляет то 100%, то 0%, то снова 100%. Если бы напряжение было 100% постоянно, то понадобился бы провод огромного диаметра, а с меняющимся зарядом провода могут быть тоньше. Это удобно. По небольшому проводу электростанция может отправить миллионы вольт, потом трансформатор для отдельного дома забирает, например 10000 вольт, и в каждую розетку выдает по 220.

Постоянный ток — это ток, который у вас в телефонном аккумуляторе или батарейках. Он называется постоянным, потому что направление движения электронов не меняется. Зарядные устройства трансформируют переменный ток из сети в постоянный, и уже в таком виде он оказывается в аккумуляторах.

Очень давно, учеными был изобретен электрический ток. Первым изобретением был постоянный. Но в последующем, проводя в своей лаборатории опыты, Никола Тесла изобрел переменный ток. Между ними было и есть много различий, согласно которым один из них используется в слаботочной аппаратуре, а другой имеет возможность преодолевать различные расстояния с небольшими потерями. Но многое зависит от величин токов.

Ток переменный и постоянный: разница и особенности

Отличие переменного тока от постоянного, можно понять исходя из определений. Для того чтобы лучше разобраться в принципе работы и особенностях, необходимо знать следующие факторы.

Основные отличия:

• Движение заряженных частиц;
• Способ производства.

Переменным, называют такой ток, в котором заряженные частицы, способны изменять направление движения и величину в определенное время. К главным параметрам переменного тока относят его напряжение и частоту.

В настоящее время, общественные электрические сети и различные объекты, используют переменный ток, с определенным напряжением и частотой. Данные параметры определяются оборудованием и устройствами.

Обратите внимание! В бытовых электросетях, используется ток величиной 220 Вольт и тактовой частотой 50 Гц.

Направление движения и частота заряженных частиц в постоянном токе неизменны. Данный ток для питания используют различные бытовые устройства, такие как телевизоры и компьютеры.

В связи с тем, что переменный ток, проще и экономичнее по способу производства и передачи на различные расстояния, он стал основой электрификации объектов. Производят переменный ток на различных электростанциях, с которых посредством проводников, то поступает к потребителю.

Постоянный ток, получают при преобразовании переменного тока или путем химических реакций (например, щелочная батарейка). Для преобразования, используют трансформаторы тока.

Какой уровень напряжения является допустимым для человека: особенности

Для того чтобы знать, какие значения электрического тока являются допустимыми для человека, составлены соответствующие таблицы, в которых указаны величины переменного и постоянного тока и время.

Параметры воздействия электрического тока:

• Сила;
• Частота;
• Время;
• Относительная влажность.

Допустимое напряжение прикосновения и ток, которые протекают через человеческое тело в различных режимах электроустановок, не превышают следующих значений.

Переменный ток 50 Гц, должен быть не более 2,0 Вольт и силой тока 0,3 мА. Ток с частотой 400 Гц напряжением 3,0 Вольт и сила тока 0,4 мА. Постоянный ток напряжением 8 и силой тока 1 мА. Безопасное воздействие тока с такими показателями, до 10 минут.

Обратите внимание! Если электромонтажные работы производятся при повышенных температурах и высокой относительной влажности, данные значения уменьшаются в три раза.

В электроустановках с напряжением до 100 Вольт, которые глухо заземлены, или изолирована нейтраль, безопасные токи прикосновения следующие.

Переменный ток 50 Гц с разбросом напряжения от 550 до 20 Вольт и силой тока от 650 до 6 мА, переменный ток 400Гц с напряжением от 650 до 36 Вольт, и постоянный ток от 650 до 40 Вольт, не должен воздействовать на тело человека в пределах от 0,01 до 1 секунды.

Опасный переменный ток для человека

Считается, что для жизни человека, переменный электрический ток наиболее опасен. Но это при условии, если не вдаваться в подробности. Многое зависит от различных величин и факторов.

Факторы, влияющие на опасное воздействие:

• Продолжительность контакта;
• Путь прохождения электрического тока;
• Сила тока и напряжение;
• Какое сопротивление тела.

Согласно правилам ПУЭ, самый опасный ток для человека, это переменный с частотой, которая варьируется в пределах от 50 до 500 Гц.

Стоит отметить, что при условии, сила тока не превышает 9 мА, то любой, может сам освободиться от токоведущей части электроустановки.

Если данное значение превышено, то для того чтобы освободиться от воздействия электрического тока, человеку нужно стронная помощь. Связано это с тем, что ток переменный, намного сильнее способен возбуждать нервные окончания, и вызывать непроизвольные судороги мышц.

Например, при касании токоведущей части устройства внутренней частью ладони, мышечная судорога будет сильнее сжимать кулак, с течением времени.

Почему еще переменный ток опаснее? При одинаковых значениях силы тока, переменный в несколько раз сильнее воздействует на организм.

Так как, переменный ток воздействует на нервные окончания и мышцы, то стоит понимать, что этим, том влияет и на работу сердечной мышцы. Из чего следует, что при контакте с переменным током, возрастает риск летального исхода.

Важным показателем, является сопротивление тела человека. Но при ударе переменным током с высокими частотами, сопротивление тела значительно снижается.

Какой величины опасен для человека постоянный ток

Опасным для человека, может быть и постоянный ток. Конечно переменный, в десятки раз опаснее. Но если рассматривать токи в различных величинах, то постоянный может быть намного опаснее переменного.

Воздействие постоянного тока на человека разделяют:

• 1 порог;
• 2 порог;
• 3 порог.

При воздействии постоянного тока перового порога (ток ощутимый), начинают немного дрожать руки, и появляется легкое покалывание.

Второй порог (ток не отпускающий), в пределах от 5 до 7 мА, является наименьшим значением, при котором человек, не может освободиться от проводника самостоятельно.

Данный ток считается не опасным, так как сопротивление тела человека выше, чем его значения.

Третий порог (фибрилляционный), при значениях от 100 мА и выше, ток сильно воздействует на организм и на внутренние органы. При этом ток при данных значениях, способен вызвать хаотичное сокращение сердечной мышцы и привести к его остановке.

На силу воздействия, влияют и другие факторы. Например сухая кожа человека, обладает сопротивлением от 10 до 100 кОм. Но если касание произошло мокрой поверхностью кожи, то сопротивление значительно снижается.

Постоянный и переменный токи

Мы завершаем изучение темы «Постоянный электрический ток». Тем не менее, в этом параграфе мы рассмотрим и переменный ток. С чем это связано? Причина в самих терминах «постоянный ток» и «переменный ток», названия которых не вполне удачны, поскольку могут трактоваться по-разному в физике и электротехнике: так сложилось исторически. Обратимся к определениям.

В физике постоянным током называют электрический ток, не изменяющийся по силе и направлению с течением времени. Графиком такого «истинно постоянного» тока должна быть прямая, параллельная оси времени (см. рис. «а»). Тем не менее, в электротехнике постоянным током считают ток, который постоянен только по направлению, но может меняться по силе. Такой ток можно получить «выпрямлением» синусоидального переменного тока, например, того, который существует в домашней осветительной сети (см. рис. «б»). В результате получается пульсирующий однонаправленный ток (см. рис. «в»).

В физике переменным током называют электрический ток, изменяющийся с течением времени: по силе и/или направлению. С точки зрения физики, «пульсирующий» ток на рисунке «в» является переменным, поскольку меняется по силе (оставаясь постоянным по направлению). Такой однонаправленный ток в электротехнике считают «постоянным», так как по своим действиям он похож на настоящий постоянный ток. Например, он будет пригоден для зарядки аккумуляторов, работы электродвигателей, проведения электролиза. Переменный по направлению ток для этих целей непригоден.

Примечание. Почему ток в электрических сетях является именно синусоидальным и меняет своё направление 100 раз в секунду, мы расскажем позднее (см. § 10-ж). А пока рассмотрим, как из него можно получить однонаправленный пульсирующий ток – «постоянный» с точки зрения электротехники. Другими словами, как «перебросить» нижние части синусоиды вверх, то есть преобразовать форму тока без потери мощности этого тока? Для этого служат различные приборы, один из которых – полупроводниковый диод, пропускающий через себя ток лишь в одном направлении (см. § 09-и).

Ниже на левой схеме показано включение двух диодов в цепь переменного тока. При этом верхние части синусоиды проходят через верхний диод (по направлению его «стрелочки»), а нижние части синусоиды не проходят через нижний диод (против его «стрелочки»). Таким образом получается пульсирующий однонаправленный ток, и ровно половина исходной мощности не попадает к потребителю, так как образуются «равнины» с нулевым значением силы тока. Для особо интересующихся физикой заметим, что точно такой же результат будет, если оставить только один диод, причём, любой.

На правой схеме показано включение четырёх диодов по так называемой мостовой схеме. Она более выигрышна по сравнению с предыдущей: диоды попарно пропускают как верхние, так и нижние части синусоиды соответственно к клеммам «+» и «–». В результате из исходного переменного тока, на графике кторого можно условно выделить «холмы и овраги», на графике получающегося однонаправленного тока образуются «не холмы и равнины», а «удвоенные холмы». Это означает, что теперь к потребителю попадает вся мощность исходного тока.

И в заключение рассмотрим, как к непостоянному току можно применить закон Джоуля-Ленца Q=I²Rt, описывающий тепловое действие тока. Как быть, если сила тока постоянно меняется? Нужно её заменить на условно-постоянную силу тока, которая производит такое же тепловое действие. Такое условно-постоянное значение силы тока в физике называют эквивалентным (эффективным, действующим) значением силы непостоянного тока.

Определение: эквивалентное значение непостоянного тока равно значению такого постоянного тока, который, проходя через то же сопротивление, выделяет в нём то же количество теплоты за то же время. Именно эквивалентное значение тока показывают нам все амперметры. Аналогично и по отношению к напряжению и вольтметрам. Итак, определить эквивалентные значения непостоянных токов позволяют калориметрические измерения (см. § 06-в).

 

Каким образом происходит выпрямление переменного тока

Каким образом происходит выпрямление переменного тока

Переменный ток — электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению или, в частном случае, изменяется по величине, сохраняя своё направление в электрической цепи неизменным.

Как известно, электростанции вырабатывают переменный ток. Переменный ток легко преобразуется с помощью трансформаторов, он передается по проводам с минимальными потерями, на переменном токе работают многие электродвигатели, в конце концов, все промышленные и бытовые сети работают сегодня именно на переменном токе.

Однако для некоторых применений переменный ток принципиально не годится. Заряжать аккумуляторы необходимо постоянным током, электролизные установки питаются постоянным током, светодиоды требуют постоянного тока, и много где еще просто не обойтись без постоянного тока, не говоря уже о гаджетах, где изначально используются аккумуляторы. Так или иначе, иногда приходится добывать постоянный ток из переменного путем его преобразования, для решения этой задачи и прибегают к выпрямлению переменного тока.

Для выпрямления переменного тока используют диодные выпрямители. Простейшая схема выпрямителя, содержащая всего один полупроводниковый диод, называется однополупериодным выпрямителем. Переменный ток здесь проходит через первичную обмотку трансформатора, вторичная обмотка которого одним своим выводом соединена с анодом диода, а другим — с цепью нагрузки, которая в свою очередь, будучи присоединена к катоду диода, замыкает вторичную цепь трансформатора.

Рассмотрим, что происходит в первый момент времени, когда к аноду диода приложено положительное, относительно его катода, напряжение, действующее в течение первого полупериода переменного тока.

В этот момент электроны движутся от катода к аноду диода, через провод вторичной обмотки трансформатора, через дроссель и далее через нагрузку, — так замыкается цепь. Когда начинается противоположный полупериод, электроны от анода к катоду проникнуть не могут, поэтому тока в цепи во время этого полупериода нет. С наступлением следующего полупериода процесс повторяется.

Итак, поскольку ток в цепи течет лишь во время одного из полупериодов, такой тип выпрямления называется однополупериодным выпрямлением. А по причине того, что во время отрицательных полупериодов ток в цепь нагрузки не попадает, форма его получается пульсирующей, ведь действует он в одном направлении, хотя и изменяется по величине.

Сглаживающий фильтр, состоящий из дросселя (катушки индуктивности) и конденсаторов, применяется в данной схеме для того, чтобы снизить уровень пульсаций на нагрузке, и сделать ток почти идеально постоянным. Практически переменную составляющую схема фильтра в нагрузку не пропускает, пропускает лишь постоянную составляющую.

Катушка обладает индуктивным сопротивлением, которое зависит от частоты тока, и чем выше частота — тем больше индуктивное сопротивление катушки, поэтому переменной составляющей пульсирующего тока катушка сопротивляется. Постоянную составляющую катушка пропускает легко.

Конденсатор же пропускает переменную составляющую, но не пропускает постоянную, и чем выше частота тока, тем сильнее конденсатор ее пропускает. В общем и целом чем больше емкость конденсатора и чем выше индуктивность катушки дросселя — тем меньше ненужной переменой составляющей в постоянном токе, текущем конкретно через нагрузку.

Итак, когда в цепи действует положительная полуволна тока, первый конденсатор заряжается до амплитудной величины переменного напряжения вторичной обмотки (минус падение напряжения на диоде). Когда действует отрицательная полуволна, электричество в конденсатор не поступает, и он, разряжаясь на нагрузку, поддерживает в ней постоянный ток.

Если бы не было дросселя, то поскольку напряжение на конденсаторе в ходе данного процесса уменьшалось бы, ток на нагрузке так или иначе имел бы сильные пульсации. Чтобы пульсации понизить, в цепь и добавляется дроссель (катушка), да еще и с дополнительным конденсатором, расположенным за ним. Второй конденсатор принимает на себя ток, идущий через дроссель, который уже почти не содержит пульсаций.

Чтобы пульсации сгладить еще лучше, применяют двухполупериодный выпрямитель. Двухполупериодный выпрямитель может быть реализован одним из двух способов. Он может быть выполнен по мостовой схеме (состоящей из четырех диодов), либо включать в себя всего два диода, но тогда вторичная обмотка трансформатора должна иметь удвоенное количество витков и вывод посередине между половинами обмоток.

Двухполупериодный выпрямитель работает следующим образом. В течение одного из полупериодов (допустим, положительного) ток направлен от анода к катоду верхнего по схеме диода, а нижний по схеме диод ток в это время не пропускает, он заперт (так же ведет себя единственный диод в однополупериодном выпрямителе во время отрицательной полуволны тока).

Ток замыкается через фильтр, нагрузку, и далее — через средний вывод на обмотку трансформатора. Когда наступает второй полупериод, полярность тока такова, что нижний по схеме диод пропускает ток через фильтр и через нагрузку, а верхний диод заперт. Далее процессы повторяются.

Поскольку ток здесь подается к нагрузке в течение каждого из двух периодов, такое выпрямление называется двухполупериодным выпрямлением, а выпрямитель — двухполупериодным выпрямителем. Пульсации на выходе здесь вдовое меньше, чем у однополупериодного выпрямления, поскольку частота выпрямленных импульсов вдвое больше, индуктивное сопротивление дросселя получается вдвое большим, а конденсаторы не успевают значительно разряжаться.

Ранее ЭлектроВести писали о переменном и постоянном токе в индустрии красоты.

По материалам electrik.info.

Постоянный электрический ток | Объединение учителей Санкт-Петербурга

Постоянный электрический ток.
Направленное (упорядоченное) движение свободных заряженных частиц под действием электрического поля называется электрическим током.
Условия существования тока: 1. Наличие свободных зарядов. 2. Наличие электрического поля, т.е. разности потенциалов. Свободные заряды имеются в проводниках. Электрическое поле создается источниками тока
При прохождении тока через проводник он оказывает следующие действия: Тепловое (нагревание проводника током). Например: работа электрического чайника, утюга и т.д.). Магнитное (возникновение магнитного поля вокруг проводника с током). Например: работа электродвигателя, электроизмерительных приборов). Химическое (химические реакции при прохождении тока через некоторые вещества).Например: электролиз. Можно также говорить о Световом (сопровождает тепловое действие). Например: свечение нити накала электрической лампочки. Механическом (сопровождает магнитное или тепловое). Например: деформация проводника при нагревании, поворот рамки с током в магнитном поле). Биологическом (физиологическом). Например: поражение человека током, использование действия тока в медицине.
Основные величины, описывающие процесс прохождения тока по проводнику.
1. Сила тока I — скалярная величина, равная отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника,  промежутку времени, в течение которого шел ток. Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.
В СИ единица силы тока устанавливается как основная по магнитному действию тока:если отрезки двух бесконечно длинных проводников с током по 1 м каждый, находящиеся в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, взаимодействуют с силой 2.10-7Н, то говорят, что по ним течет ток 1 А (ампер).
Ток называют постоянным, если сила тока не меняется со временем. Для того чтобы ток через проводник был постоянным необходимо, чтобы разность потенциалов на концах проводника была постоянной.
Если заряженная частица q движется со скоростью v (скорость направленного (!) движения), то: . Т.о. при увеличении площади сечения проводника скорость направленного движения частиц, создающих ток, уменьшается.
2. Плотность тока j — отношение силы тока к площади поперечного сечения проводника. Измеряется в А/м2. Вектор плотности тока сонаправлен с вектором напряженности поля.. Т.о. плотность тока не зависит от размеров проводника.
3. Напряжение U. Напряжение численно равно работе электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль силовых линий поля внутри проводника.
4.  Электрическое сопротивление R — физическая величина, численно равная отношению напряжения (разности потенциалов) на концах проводника к силе тока, проходящего через проводник. Характеристика электрических свойств проводника (!). Для металлов и электролитов не зависит от напряжения и силы тока, а определяется только формой, размерами и материалом проводника.. Единица в СИ:   — сопротивление проводника равно 1 Ом, если при разности потенциалов на его концах в 1 В, по нему протекает ток силой 1 А.
Проводимость — величина обратная сопротивлению. Единица в СИ — симменс.
Зависимость сопротивления от материала и размеров проводника. ℓ — длина, S — площадь поперечного сечения, r — удельное сопротивление.Удельное сопротивление показывает, чему равно сопротивление проводника единичной длины и единичной площади поперечного сечения. Единицы измерения: в СИ — Ом.м, практическая — .
Удельная проводимость — величина обратная удельному сопротивлению: .

определение, единицы измерения, переменный и постоянный

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Электрическим током называют направленное перемещение заряженных частиц, которое происходит под влиянием электрического поля.

Как образуется электрический ток?

Электрический ток появляется в веществе при условии наличия свободных (несвязанных) заряженных частиц. Носители заряда могут присутствовать в среде изначально, либо образовываться при содействии внешних факторов (ионизаторов, электромагнитного поля, температуры).

В отсутствие электрического поля их передвижения хаотичны, а при подключении к двум точкам вещества разности потенциалов становятся направленными – от одного потенциала к другому.

Количество таких частиц влияет на проводимость материала – различают проводники, полупроводники, диэлектрики, изоляторы.

В каким материалах возникает ток?

Процессы образования электрического тока в различных средах имеют свои особенности:

1. В металлах заряд перемещают свободные отрицательно заряженные частицы – электроны. Переноса самого вещества не происходит – ионы металла остаются в своих узлах кристаллической решетки. При нагревании хаотичные колебания ионов близ положения равновесия усиливаются, что мешает упорядоченному движению электронов, — проводимость металла уменьшается.
2. В жидкостях (электролитах) носителями заряда являются ионы – заряженные атомы и распавшиеся молекулы, образование которых вызвано электролитической диссоциацией. Упорядоченное движение в этом случае представляет собой их перемещение к противоположно заряженным электродам, на которых они нейтрализуются и оседают.
   

   Катионы (положительные ионы) движутся к катоду (минусовому электроду), анионы (отрицательные ионы) – к аноду (плюсовому электроду). При повышении температуры проводимость электролита возрастает, так как растет число разложившихся на ионы молекул.

3. В газах под действием разности потенциалов образуется плазма. Заряженными частицами являются ионы, плюсовые и минусовые, и свободные электроны, образующиеся под воздействием ионизатора.
4. В вакууме электрический ток существует в виде потока электронов, которые движутся от катода к аноду.
5. В полупроводниках в направленном движении участвуют электроны, перемещающиеся от одного атома к другому, и образующиеся при этом вакантные места – дырки, которые условно считают плюсовыми.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

При низких температурах полупроводники приближаются по свойствам к изоляторам, так как электроны заняты ковалентными связями атомов кристаллической решетки. При увеличении температуры валентные электроны получают достаточную для разрыва связей энергию, и становятся свободными. Соответственно, чем выше температура – тем лучше проводимость полупроводника.

Посмотрите видео ниже с подробным рассказом об электрическом токе:

Возникновение тока в различных материалах

От чего зависит электрический ток?

На количество свободных заряженных частиц и на скорость их упорядоченного передвижения влияют следующие факторы:

1. Материал проводящего вещества;
2. Заряд и масса частиц;
3. Величина разности потенциалов;
4. Окружающая температура;
5. Наличие дополнительных внешних факторов – магнитного поля, ионизирующего излучения.

В чем измеряется электрический ток? Единицы измерения

Для измерения электрического тока пользуются понятиями силы тока и его плотности. Измеряется сила тока специальным приборам — амперметром.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Сила тока измеряется в Амперах (А) и представляет собой величину заряда, который проходит через поперечное сечение проводящего материала за единицу времени. Единица измерения силы тока называется Ампер (А). Один ампер приравнивают к отношению одного Кулона (Кл) к одной секунде.

Плотностью тока называют отношение силы тока к площади этого сечения. Единицей измерения измеряют в Амперах на квадратный метр (А/м2).

Ниже представлено видео о силе электрического тока в рамках школьной программы:

Постоянный и переменный ток

Электрический ток, который всегда имеет одно направление, называется постоянным. Если же периодически он устремляется в обратную сторону, а также меняет свою величину, то называется переменным.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Сети с переменным током используют для передачи энергии по проводам на значительные расстояния. Это связанно с тем, что переменный ток легко трансформируется по классам напряжения, т.е. для того чтобы передать большое количество энергии необходимо высокое напряжение и провод или кабель с небольшим сечением. Сети постоянного тока больше распространены в Европе, т.к. там нет больших расстояний как в России.

Генерация такого тока основана на явлении электромагнитной индукции. Происходит она за счет вращения магнита вокруг катушки с замкнутым проводящим контуром. Поэтому сила переменного тока при разворачивании ее по времени представляет собой синусоиду.

Какой ток называется постоянным. Электрический ток бывает постоянным и переменным. Разница между постоянным током и переменным

Несмотря на то, что электричество стало частью нашей жизни, подавляющее большинство пользователей этого блага цивилизации даже не имеют поверхностного представления о том, что такое ток, не говоря уже о разнице между постоянным током и переменным током, что такое ток. разница между ними и какой ток вообще. Алессандро Вольта стал первым, кого ударило током, после чего всю свою жизнь посвятил этой теме.Также обратим внимание на эту тему, чтобы иметь общее представление о природе электричества.

Томас Эдисон немного освежился в Нью-Йорке с уличными фонарями и постоянным током. Переменный ток периодически меняется взад и вперед. За секунду электричество в нашей электросети проходит 50 раз! После изобретения постоянного и переменного тока оба изобретателя дали друг другу гарантии. Не оружием, а словами. У них даже есть собаки, подключенные к электросети, чтобы показать, насколько опасно другое электричество.

Нам нужны оба вида электричества, потому что у обоих есть свои достоинства и недостатки. Идеально подходит для зарядки аккумуляторов и аккумуляторов. Им нужен постоянный ток для зарядки, потому что ток всегда должен чередоваться в одном направлении. Это касается и некоторых бытовых приборов. Просто все, что связано с аккумуляторами и аккумуляторными батареями, требует постоянного тока для зарядки. Например, фонарик или ноутбук, в котором есть батарейки. И таким устройствам нужен постоянный ток, т.е.е. постоянный ток.

Откуда ток и почему он другой?

Мы постараемся избежать сложной физики и воспользуемся методом аналогий и упрощений для рассмотрения этого вопроса. Но перед этим вспомним старый анекдот про экзамен, когда честный студент вытащил билет «Что такое электрический ток».

«Простите, профессор, я готовился, но забыл», — ответил честный студент. «Как ты мог!» Профессор упрекнул его в том, что вы единственный человек на Земле, который это знал! (от)

Но телевидению или радио нужен постоянный ток.Их нельзя запустить от переменного напряжения, для чего всегда требуется постоянный ток. Опять же, есть устройства, которые не имеют значения, чем вы пользуетесь. Лампы, например, просмотреть на этом сайте. Лампочка — это просто нагретый провод, и направление тока значения не имеет. Переменный ток используется с электродвигателями, то есть со всеми вращающимися устройствами. Например, блендер вращается. Или пластина пластины тоже может работать с переменным током, который не крутится, но ее надо греть, а то она как лампочка, в ней есть провод и тепло.

Это, конечно, шутка, но в ней огромное количество правды. Поэтому мы не будем искать нобелевские лавры, а просто разберемся, переменный ток и постоянный, в чем разница, и что обычно считается источником тока.

В качестве основы мы предполагаем, что ток — это не движение частиц (хотя движение заряженных частиц также несет заряд и, следовательно, создает токи), а движение (перенос) избыточного заряда в проводнике из точки большого заряд (потенциал) до точки меньшего заряда.Аналогия — резервуар, вода всегда стремится занять один уровень (уравнять потенциалы). Если вы откроете яму в дамбе, вода потечет под откос, будет постоянное течение. Чем больше отверстие, тем больше воды будет течь, ток будет увеличиваться, равно как и мощность, и объем работы, которую может выполнить этот ток. Если не управлять процессом, вода разрушит дамбу и сразу же создаст зону затопления с поверхностью в один уровень. Это короткое замыкание с уравниванием потенциалов, сопровождающееся большими нарушениями.

Но переменный ток имеет решающее преимущество, его можно производить в больших количествах на электростанциях, и его можно транспортировать намного лучше, чем постоянный ток, поскольку потери на больших расстояниях намного меньше. Таким образом, вне электростанции переключайте переменный ток в больших количествах на наземную линию, затем на распределительные коробки. Оттуда переменный ток распределяется по домам, и то, что мы использовали, решается этим устройством. Смеситель будет напрямую использовать переменный ток.

Компьютер или телевизор сначала преобразует переменный ток в постоянный. Это без проблем работает с так называемым преобразователем напряжения. Только благодаря преобразователю напряжения мы можем подключить телевизор к обычным блокам питания. Трансформатор напряжения уже установлен на все устройства, требующие постоянного тока.

Таким образом, в источнике появляется постоянный ток (обычно из-за химических реакций), в котором разность потенциалов возникает в двух точках. Перемещение заряда от более высокого значения «+» к низкому «-» уравнивает потенциал, пока длится химическая реакция.Результат полного выравнивания потенциала, как мы знаем, — это «деревенская батарея». Это объясняет, почему Постоянное и переменное напряжение существенно различаются по стабильности характеристик . Батареи (аккумулятор) потребляют заряд, поэтому напряжение постоянного тока со временем уменьшается. Чтобы поддерживать его на одном уровне, используйте дополнительные преобразователи. Изначально человечество долго решало, чем отличается постоянный ток от переменного тока общего пользования, т.н. «Война течений.«Это закончилось победой переменного тока, не только потому, что было меньше потерь при передаче на расстояние, но и потому, что было проще генерировать постоянный ток из переменного тока. Очевидно, что постоянный ток, полученный таким образом (без расходного источника), имеет гораздо более стабильный Фактически, в этом случае переменное и постоянное напряжение тесно связаны и во времени зависят только от выработки энергии и величины потока.

Электрическое сопротивление — это мера того, сколько напряжения требуется для пропускают через проводник определенный ток.Это также означает, что на каждый резистор в цепи падает определенное напряжение. На практике существует три типа резисторов.

Резисторы сопротивления в системах переменного тока. . На данный момент нас интересует только первый. Когда мы используем резистор в качестве компонента, мы обычно говорим об омическом сопротивлении, то есть об сопротивлении, которое не зависит от температуры, тока или напряжения. Таким образом, у нас есть постоянное сопротивление, и это позволяет использовать следующие примеры приложений.

Таким образом, постоянный ток по своей сути является возникновением неравномерного заряда в объеме (химическая реакция), который может перераспределяться по проводам, соединяющим точки высокого и низкого заряда (потенциала).

Остановимся на этом определении как на общепринятом. Все остальные токи постоянного тока (не батареи и аккумуляторы) получены от источника переменного тока. Например, на этом рисунке синяя волнистая линия — это наш постоянный ток в результате преобразования переменной.

Если бы мы подключили его напрямую к источнику напряжения, он бы сломался. Мы только что изучили нисходящее регулирование напряжения и также нашли решение. Только у этого решения есть серьезная слабость: нынешнее. Если он изменится, то изменится и напряжение, которое падает через резистор. Но есть и решение: делитель напряжения. Вот как это выглядит.

Почему высоковольтные кабели работают при 300 кВ?

Это вопрос, который я задавал себе каждый раз или должен был задать.Ответ следует из закона Ома и формулы мощности. Мощность определяет, сколько энергии потребуется с течением времени. Это означает, что наш источник тока — 220 В. Теперь подключаем наше устройство очень длинным силовым кабелем с этим разъемом. Включаем, а бывает: ничего. Здесь стоит упомянуть уже упомянутую «внутреннюю реставрацию». Длинная линия к блоку питания имеет такое высокое сопротивление, допустим, из-за падения напряжения на выходе нет напряжения для потребителя.

Обратите внимание на комментарии к картинке «большое количество схем и коллекторных пластин». Если конвертер другой, картинка будет другой. Та же синяя линия — это почти постоянный ток, но пульсирующий, запомните это слово. Здесь, кстати, чистый постоянный ток — это красная линия.

Поскольку мощность не изменяется из-за более высокого напряжения на соединительной линии, это означает, что там течет ток, так что это наше падение напряжения и, следовательно, ограничение.И это также причина того, что по высоковольтным кабелям также подается напряжение 100–300 кВ. Из-за высокого напряжения и связанного с ним более низкого тока влияние иногда очень высокого внутреннего сопротивления кабеля сводится к минимуму. Общие: определение — это величина, которая указывает, сколько работы или энергии необходимо для перемещения носителя заряда с определенным электрическим зарядом в электрическом поле.

Связь между магнетизмом и электричеством

Теперь посмотрим, что отличает переменный ток от постоянного, что зависит от материала.Самое главное — появление переменного тока не зависит от реакций в материале . Работая с гальваническим (постоянным током), было быстро установлено, что проводники притягиваются друг к другу, как магниты. Следствием этого стало открытие того, что магнитное поле генерирует электрический ток при определенных условиях. То есть магнетизм и электричество оказались взаимосвязанным явлением с обратным преобразованием. Магнит мог подавать ток в проводник, а проводник с током мог быть магнитом.На этой картинке моделирование экспериментов Фарадея, которые, собственно, и обнаружили это явление.

Это определение также легче представить. Для того, чтобы «ток» протекал в замкнутой системе, в качестве предварительного условия требуется напряжение. Под этим электрическим напряжением подразумевается движущая сила, которая позволяет или вызывает движение заряда. Итоги на сегодняшний день: если источник тока или напряжения не нагружен нагрузкой, ток не течет, и, следовательно, нет падения напряжения.Напряжение холостого хода можно измерить на контактах источника тока. Если нагрузка подключена к источнику тока или напряжения, ток течет, и напряжение холостого хода делится между сопротивлением нагрузки и внутренним сопротивлением источника напряжения.

Теперь аналогия с переменным током. Магнит у нас будет сила притяжения, а генератор тока — песочные часы с водой. Через полчаса напишем «верх», в другом — «низ». Поворачиваем часы и видим, как вода течет «вниз», когда вся вода стекает, переворачиваем снова и вода течет «вверх».Пока ток у нас есть, он дважды меняет направление за полный цикл. В науке это будет выглядеть так: частота тока зависит от частоты генератора в магнитном поле. При определенных условиях мы получаем чистую синусоиду, или просто переменный ток с разными амплитудами.

В этой главе будут рассмотрены термины «источник напряжения» и «источник тока». Источник напряжения: термины «источник тока» и «источник напряжения» не следует путать друг с другом.В принципе, источники тока и напряжения обладают противоположными свойствами. Источник напряжения служит источником электрической энергии, которая подает электрический ток в зависимости от подключенной нагрузки, но его нельзя путать с источником тока. Важной характеристикой источника напряжения является то, что напряжение очень низкое или, в случае идеальной модели источника напряжения, не зависит от принимаемого электрического тока.

Опять! Это очень важно для понимания того, что отличает постоянный ток от переменного тока.В обеих аналогиях вода течет «под гору». Но в случае постоянного тока резервуар будет опорожнен рано или поздно, а для переменного тока часы будут очень долго наливать воду, она в замкнутом объеме. Но в этом случае и в том, и в другом случае вода течет под уклоном. Правда, в случае переменного тока он половину времени течет вниз, но вверх. Другими словами, направление движения переменного тока является алгебраическим, то есть «+» и «-» постоянно меняются местами, при этом направление тока остается неизменным.Постарайтесь подумать и понять эту разницу. Как модно говорить в сети: «Ты это понимаешь, теперь ты все знаешь».

Так как важным свойством источника тока является то, что ток очень низкий, или в модели идеального источника тока в рамке он не зависит от электрического напряжения. Примерами источников напряжения являются батареи, солнечные элементы и генераторы, и, в отличие от источников тока, они подают не постоянный ток, а постоянное напряжение. Обычно источники тока создаются с использованием источника напряжения и преобразования его в источник тока с использованием подходящей схемы.

В рамках термина «источник напряжения» еще можно разделить на идеальный и реальный источник напряжения. Идеальный источник напряжения — это источник, который генерирует постоянное напряжение, независимо от тока и подключенных нагрузок. Источники реального напряжения можно рассматривать как идеальный источник напряжения, который подает напряжение без нагрузки и зависит от внутреннего сопротивления, так что профиль напряжения на реальном источнике напряжения зависит от принимаемого тока.

Что вызывает большое разнообразие токов

Если понять разницу между постоянным и переменным током, возникает естественный вопрос: почему токов так много? Выбрал бы один ток стандартным, и все было бы так же.

Но, как говорится, «не все токи одинаково полезны», кстати, давайте задумаемся, какой ток опаснее: постоянный или переменный, если мы приблизительно вообразили не природу тока, а его Особенности. Человек — хороший проводящий коллодий электричества. Набор разных элементов в воде (мы на 70% вода, если кто не знает). Если к такому коллодию приложить напряжение — ударить электрическим током, то частицы внутри нас начнут переносить заряд.Как и нужно из точки с высоким потенциалом в точку с низким потенциалом. Самое опасное — стоять на земле, которая обычно представляет собой точку с бесконечно нулевым потенциалом. Другими словами, мы передадим на землю весь ток, то есть разницу зарядов. Итак, при постоянном направлении движения заряда процесс выравнивания потенциала в нашем теле происходит плавно. Мы любим воду сквозь воду. И мы можем спокойно «впитать» много воды. С переменным током картина немного иная — все наши частицы будут «тянуться» то туда-сюда.Песок плохо пропускает воду, и все будет взбаламучено. Поэтому ответ на вопрос, какой ток опаснее постоянного или переменного, однозначный — переменный. Для справки: опасный для жизни порог постоянного тока 300 мА. Для переменного тока эти значения зависят от частоты и начинаются с 35 мА. При токе 50 герц 100мА. Согласитесь, разница в 3-10 раз сама по себе отвечает на вопрос: что опаснее? Но это не главный аргумент в выборе действующего стандарта.Закажем все, что учитывается при выборе вида тока:

Визуализация двух терминов: сначала снова выяснение силы тока и напряжения. Чем сильнее две стороны, тем сильнее сила, действующая между ними, и тем сильнее напряжение. Два источника тока и источник напряжения можно пояснить на несерьезном примере. Изображено горное озеро — напряжение в транспонированном смысле. Чем выше озеро, тем выше напряжение. Теперь вода из горного озера по трубам превращается в долину.От горного озера до долины идет трубопровод.

Воду можно рассматривать как электроны. Если труба открыта на вершине горного озера, вода течет по трубе, которая является течением в переносном смысле. Это означает, что чем больше воды в озере, тем больше воды будет «стекать» вниз. Конечно, у источника напряжения или тока есть сопротивление. Это тоже можно представить. В показанном примере диаметр трубы является сопротивлением. Чем уже трубка, тем меньше воды может течь.Узкая трубка обеспечивает сопротивление потоку воды.

• Доставка тока на дальние расстояния . Постоянный ток пропадет почти полностью;
• Преобразование в разнородных электрических цепях с неопределенным уровнем потребления. Для постоянного тока проблема практически невозможная;
• Поддержание постоянного напряжения для переменного тока на два порядка дешевле, чем для постоянного тока;
• Преобразование электрической энергии в механическую намного дешевле в двигателях и механизмах переменного тока.Такие двигатели имеют свои недостатки и в ряде областей не могут заменить двигатели постоянного тока;
• Таким образом, для массового использования постоянный ток имеет одно преимущество — он безопаснее для человека.

Отсюда разумный компромисс, который выбрало человечество. Не просто какой-то ток, а весь набор доступных преобразований от генерации, доставки потребителю, распространения и использования. Мы не будем перечислять их все, но рассмотрим главный ответ на вопрос статьи, «что отличает постоянный ток от переменного» одним словом — характеристики.Наверное, это самый правильный ответ для любых бытовых целей. А для понимания стандартов предлагаем изучить основные характеристики этих токов.

Математически вы можете объединить два члена. Горное озеро: толщина трубы = расход воды. Постоянный ток, переменный ток, постоянное напряжение, переменное напряжение — кратко описаны электрические параметры. С осциллографом. Аккумуляторы как источники постоянного напряжения.

Передача электроэнергии по линиям переменного тока.Схема напряжения постоянного напряжения. Диаграмма напряжения переменного напряжения. Электрический ток на короткое время Электрический ток перемещает носители заряда, они могут иметь как отрицательный заряд, так и положительный. В металле электроны могут свободно перемещаться. Они двигаются, потому что возбуждаются электрическим полем. Мерилом силы тока является электрический ток. Он измеряется в «Амперах», сокращенно A.

Основные характеристики токовых токов

Если для постоянного тока с момента открытия характеристики в целом остались без изменений, то с переменными токами все намного сложнее.Посмотрите на эту картинку — модель протекания тока в трехфазной системе от генерации до потребления

Кратко объясняется электрическое напряжение. Если в какой-то момент у нас много положительных зарядов, их электрическое поле притягивает электроны, они хотят переключиться на положительные заряды. Чем больше положительных зарядов, тем сильнее сила, управляющая электронами. Для количества электрических зарядов определяется мера, это «электрическое напряжение». Это просто указывает на разницу электрических зарядов между двумя точками.

Для протекания тока должно быть напряжение. Что такое полярность? Электрическое напряжение имеет два полюса — положительный положительный полюс и отрицательный отрицательный полюс. На положительном полюсе наблюдается дефицит электронов, электроны хотят мигрировать к этому положительному полюсу. У минусового полюса избыток электронов, электроны отталкиваются от минусового полюса. Вместо полярности иногда используется полярность. Что такое источник напряжения? Источник напряжения представляет собой двухполюсную составляющую, между двумя полюсами которой находится электрическое напряжение.

С нашей точки зрения очень четкая модель, по которой понятно, как убрать одну фазу, две или три. Заодно видно, как он попадает к потребителю.

В результате имеем цепочку генерации переменного и постоянного напряжения (токов) на ступени потребителя. Соответственно, чем дальше от потребителя, тем выше токи и напряжение. По сути, в нашей розетке самый простой и слабый — это переменный однофазный ток 220В с фиксированной частотой 50 Гц.Только увеличение частоты при таком напряжении может сделать ток высокочастотным. Самый простой пример — у вас на кухне. Микроволновая печать преобразует простой ток в высокочастотный, что действительно помогает в приготовлении. Кстати, мы отвечаем на вопрос о мощности СВЧ — это то, сколько «обычного» тока она преобразует в токи высокой частоты.

Стоит помнить, что любое преобразование токов — это не «подарок». Чтобы получить переменный ток, необходимо чем-то вращать вал.Чтобы получить из него постоянный ток, вам нужно рассеять часть энергии в виде тепла. Даже токи передачи энергии должны будут отводиться в виде тепла при подаче в квартиру с помощью трансформатора. То есть любое изменение текущих параметров сопровождается потерями. И конечно же потери сопровождаются доставкой тока потребителю. Эти, казалось бы, теоретические знания позволяют понять, откуда берутся наши переплаты за энергию, сняв половину вопросов, почему на счетчике 100 рублей, а в квитанции 115.

Вернемся к токам. Мы все вроде бы все упоминали, и мы даже знаем, чем постоянный ток отличается от переменного тока, поэтому давайте вспомним, какие токи вообще бывают.

• D.C , источник физики химических реакций с изменением заряда, может быть получен преобразованием переменного тока. Вариация — это импульсный ток, который меняет свои параметры в широком диапазоне, но не меняет направление движения.
• Переменный ток . Он может быть однофазным, двухфазным или трехфазным. Стандартная или высокая частота. Такой простой классификации вполне достаточно.

Вывод или каждый ток вашего устройства

На фото — генератор тока Саяно-Шушенской ГЭС. А на этом фото место его установки.

А это обычная лампочка.

Разве не бросается в глаза разница в масштабе, хотя первое создано, в том числе и для второго? Если задуматься над этой статьей, становится понятно, что чем ближе устройство к человеку, тем чаще в нем используется постоянный ток.За исключением двигателей постоянного тока и промышленного применения, это действительно стандарт, основанный именно на том, какой ток более опасен, чем постоянный или переменный, как мы выяснили. На этом же принципе строятся характеристики бытовых токов, так как переменный ток 220В 50Гц — это компромисс между опасностью и потерями. Цена компромисса — защитный автомат: от предохранителя до УЗО. Отойдя от человека, мы попадаем в зону переходных характеристик, где токи и напряжения выше, и где не учитывается опасность для человека, а внимание уделяется технике безопасности — зона промышленного использования тока. .Больше всего от человека, даже в промышленности, идет передача энергии и выработка. Простому смертному здесь делать нечего — это зона профессионалов и специалистов, которые могут управлять этой силой. Но даже при повседневном использовании электричества и конечно при работе с электриком понимание основ природы токов никогда не будет лишним.

D.C (постоянный ток) — это упорядоченное движение заряженных частиц в одном направлении. Другими словами
Величины, характеризующие электрический ток, такие как напряжение или ток, постоянны как по величине, так и по направлению.

В источнике постоянного тока, например, в обыкновенной пальчиковой батарее, электроны переходят от минуса к плюсу. Но исторически оказалось, что техническим направлением тока считается направление от плюса к минусу.

Для постоянного тока применимы все основные законы электротехники, такие как закон Ома и законы Кирхгофа.

История

Изначально постоянный ток назывался гальваническим током, так как он был впервые получен гальванической реакцией. Затем, в конце девятнадцатого века, Томас Эдисон попытался организовать передачу постоянного тока по линиям электропередач. При этом даже так называемая «Война токов» , в которой был выбор в качестве основного тока между переменным и постоянным. К сожалению, постоянный ток «проиграл» эту «войну», потому что, в отличие от переменного тока, постоянный несет большие потери мощности при передаче на расстояние.Переменный ток легко трансформируется и благодаря этому может передаваться на огромные расстояния.

Источники питания постоянного тока
Источниками постоянного тока

могут быть аккумуляторы или другие источники, в которых ток появляется из-за химической реакции (например, пальчиковая батарея).

Также источники постоянного тока могут представлять собой генератор постоянного тока, в котором ток генерируется благодаря явлению
электромагнитной индукции, а затем выпрямляется с помощью коллектора.

Постоянный ток можно получить путем выпрямления переменного тока. Для этого существуют различные выпрямители и преобразователи.

Заявка Постоянный ток

широко применяется в электрических цепях и устройствах. Например, дома большинство устройств, таких как модем или мобильное зарядное устройство, работают от постоянного тока. Генератор автомобиля вырабатывает и преобразует постоянный ток для зарядки аккумулятора. Любое портативное устройство питается от источника постоянного тока.

В промышленности постоянный ток используется в машинах постоянного тока, например, в двигателях или генераторах.В некоторых странах есть высоковольтные линии электропередачи постоянного тока.

Постоянный ток нашел применение и в медицине, например в электрофорезе — процедуре лечения с помощью электрического тока.

На железнодорожном транспорте, помимо переменного тока, используется еще и постоянный ток. Это связано с тем, что тяговые двигатели, имеющие более жесткие механические характеристики, чем асинхронные, являются двигателями постоянного тока.

Воздействие на организм человека

Постоянный ток, в отличие от переменного, более безопасен для человека.Например, смертельный для человека ток 300 мА, если это постоянный ток, а если переменная частота 50 Гц, то 50-100 мА.

Что такое текущий источник?

Прочитав ваши комментарии, я дам несколько иной ответ на этот вопрос.

Что такое текущий источник? Ничего особенного, или, проще говоря, это просто математическая модель. Тот, который вы описываете, не существует, как не существует источника напряжения.

Я думаю, что основная проблема здесь связана с этим утверждением: , например, батарея, которая имеет постоянную разность потенциалов на концах, независимо от изменений в цепи, к которой она подключена, , что неверно.Это поведение идеальной батареи, которая реальна как идеальный источник тока и как идеальный источник тока не существует. На выход (и внутреннее состояние) каждой реальной батареи влияет схема, к которой она подключена.

Так зачем нам источники напряжения и тока? Идея состоит в том, что работа инженера состоит в том, чтобы сконструировать устройство, которое делает что-то довольно хорошо и, как выясняется, для полного понимания того, как каждый компонент, используемый в устройстве, не нужен.Вот почему у нас есть такие вещи, как идеальные источники тока и напряжения.

Вернемся еще раз к примеру с батареей. Вот простой эксперимент, который я проделал с литий-полимерным аккумулятором, который у меня есть: сначала я полностью зарядил аккумулятор. Поскольку это двухэлементный аккумулятор, его напряжение при полной зарядке составляло 8,4 В, хотя его номинальное напряжение составляет 7,4 В. Затем я подключил к аккумулятору резистор \ $ 100 \ mbox {} k \ Omega \ $. Его напряжение осталось 8,4 В, и из этого я мог бы сделать вывод, что батарея действительно является идеальным источником напряжения, так как я подключил к ней нагрузку, но ее напряжение не изменилось.Затем я взял электродвигатель, который у меня есть, подключил его к батарее и снова измерил напряжение батареи. На этот раз оно составило 8,2 В. Очевидно, что двигатель повлиял на батарею, и она больше не является идеальным источником напряжения, хотя это та же батарея, что и раньше. Итак, я отключил двигатель и снова подключил резистор, и снова напряжение на батарее было 8,4 В.

Так что здесь происходит? Аккумулятор — идеальный источник напряжения или нет? Мы знаем, что это не потому, что я сказал об этом в начале ответа, но здесь я объясню, почему иногда кажется, что это так, а иногда кажется, что это не так.Как я уже сказал, источник напряжения — это математическая модель. Когда внешняя цепь не оказывает большого влияния на работу батареи, я могу ее использовать, а когда внешняя цепь действительно оказывает большое влияние на батарею, я не могу ее использовать. Итак, мы используем простую модель для представления поведения реальной схемы. Другая модель — использовать идеальный источник напряжения с последовательно включенным резистором на выходе. Когда я подключаю к этой цепи внешнюю нагрузку, на внутреннем резисторе будет падать некоторое напряжение, а на выходе внешнего резистора будет более низкое напряжение.Это позволяет мне снова использовать идеальный источник напряжения для представления батареи, и, поскольку я использую внутренний резистор вместе с идеальным источником напряжения, выходной сигнал будет более точно отражать поведение реальной батареи. Если мне нужна более высокая точность, я могу решить использовать более сложную модель и получить более точные результаты.

Важным моментом в электротехнике является изучение того, когда использовать правильную модель для представления чрезвычайно сложного компонента реальной схемы (и даже скромный резистор при детальном анализе является шедевром современной науки).Но чтобы сделать это, мы начнем с простых схем, чтобы узнать, как на самом деле работают простейшие математические модели.

Когда мы начинаем анализ более сложных компонентов схемы, таких как, например, транзистор или диод, мы разбиваем их на простую схему, состоящую из таких элементов, как резисторы и идеальные источники тока и напряжения. Это позволит нам упростить поведение более сложного компонента и избежать подробного анализа того, как он работает, если для наших нужд достаточно простой модели.

Полностью та же история работает с источниками тока, но я решил не рассказывать ее здесь, поскольку, как вы можете видеть из других ответов, схемы, которые можно смоделировать как идеальные источники тока, слишком сложны для понимания на данном этапе.

Итак, подведем итоги: не существует реальных объектов, которые можно было бы использовать для представления идеальных источников напряжения и тока, но есть некоторые объекты, которые могут быть (в некоторых случаях довольно точно) представлены идеальными источниками напряжения и тока.Лучшее, что вы можете сделать сейчас, — это правильно запомнить определения идеальных источников напряжения и тока и не путать их с реальными объектами. Таким образом, вы не удивитесь, если батарея не обеспечивает свое номинальное напряжение или если цепь, обозначенная как идеальный источник тока, в какой-то момент начнет дымиться, хотя она должна быть полностью невосприимчивой к внешним изменениям в цепи.

В качестве примечания рассмотрим, что происходит с идеальным источником напряжения, когда его выходы закорочены, и что происходит с идеальным источником тока, когда его выходы разомкнуты? И что происходит, когда вы закорачиваете батарею, и почему на всех батареях есть предупреждение, чтобы не закорачивали выходные контакты?

Блок питания постоянного тока и регулировка напряжения

Устройство имеет 2 режима работы + режимы защиты от коротких замыканий, перенапряжения и перегрева

Режимы работы

• Выход постоянного напряжения для нагрузок ниже предела тока (регулируется)
• Выход постоянного тока для нагрузок, достигающих предела тока

Выход постоянного напряжения предназначен для светодиодных лент, которым требуется определенное напряжение и которые принимают ток, который зависит от того, сколько метров вы вставили эту светодиодную ленту на выход.На полосе указано значение Ампер / метр. Ваше устройство предназначено для светодиодных лент на 48 В. Выходное напряжение имеет широкий диапазон около 6,4 В для регулировки выходного напряжения. Это влияет на интенсивность света. Небольшое перенапряжение может быть хорошей идеей для компенсации падения напряжения в очень длинных тонких проводах для поддержания интенсивности, но вы должны знать, что вы делаете.

Если вы добавите больше светодиодов, то, наконец, будет достигнут предел перегрузки по току. Аппарат переходит в режим постоянного тока . В этом случае устройство понижает выходное напряжение, чтобы предотвратить перегрузку по току.

Это теоретически позволяет использовать светодиодные ленты с напряжением ниже 48 В. Например, 3 абсолютно равных отрезка полоски на 12 В можно уложить в одну полоску на 36 В. 36 В хорошо подходит для области постоянного тока (= от 50% до 100% отрегулированного выходного напряжения, см. Кривую в таблице данных). Длина полос 12 В должна быть такой большой, чтобы они соответствовали установленному пределу тока на уровне 12 В. Такой дизайн «танцует на канате», потому что его сложно расширить, а все модификации требуют особой осторожности.

Параллельное соединение: Возможно нестабильное — никто не знает, как ток распределяется между блоками. В даташите нет никаких спецификаций. Если один из источников питания запускается быстрее других, он переходит в состояние защиты от сбоев из-за перегрузки. => остальные тоже видят перегрузку. Может происходить постоянное мигание. Требует интенсивного тестирования.

Если вам нужен больший ток, разделите нагрузку на разные источники. У вас по-прежнему может быть общий кабель питания и общее напряжение управления напряжением.Бонус: в случае неисправности система может работать частично.

ДОПОЛНЕНИЕ о том, как подключить несколько светодиодных блоков параллельно к одному блоку питания

Как сказано, каждому нужен балансировочный резистор. Без резисторов возможно, что один светодиодный блок потребляет намного больше тока, чем другие. Для формального анализа ситуации давайте подключим 2 светодиода параллельно:

Пусть сначала не добавят балансировочные резисторы; т.е. R1 = R2 = ноль Ом.В этом случае V1 = V2 = Vo; одинаковое напряжение для обоих светодиодных блоков. К сожалению, они никогда не идентичны. Один может потреблять больше тока, чем другой, при одинаковом напряжении. В техническом описании Таблица 2-1 характеристик напечатана, что ток 1,62А может потребовать на 8 вольт больше напряжения для одного светодиода, чем для другого. В списке кривых 4-1 кривая Vf / If показывает, что это большое изменение может привести к тому, что один светодиодный блок поглотит весь ток, а другой не будет иметь никакого тока. Это крайность. Более разумным является предположение о вероятной разнице между прямым напряжением в 4 В.Даже это имеет огромное значение между токами.

Сделаем еще одно предположение: R1 = R2 и больше нуля. Обозначим общее сопротивление R1 = R2 = Rb (b = балансировочное). По закону Ома мы можем написать точно:

I1 = (Vo-V1) / Rb I2 = (Vo-V2) / Rb. Разделив, мы получим I1 / I2 = (Vo-V1) / (Vo-V2). На первый взгляд это кажется доказательством того, что значение Rb не имеет никакого значения. Это слишком быстро, потому что V1 и V2 все еще зависят от I1 и I2. Давайте немного отступим и получим простую линеаризованную модель прямого напряжения.Напишем:

V1 = RS1 I1 + Vf1 и V2 = RS2 I2 + Vf2, где RS1,2 и Vf1,2 — индивидуальные параметры блока, которые меняются. Vf1 и Vf2 зависят от материалов полупроводников. Они должны быть совершенно одинаковыми в одном и том же. Rs1 и Rs2 зависят от толщины материала. Это может варьироваться между разными светодиодными блоками даже в одной и той же партии.

Предположим, что все различия прямого напряжения вызваны разными параметрами Rs. Решая наши уравнения с этим предположением, мы получаем коэффициент тока I1 / I2 = (Rb + Rs2 / (Rb + Rs1)

Наше разумное отклонение = 4 В между V1 и V2 при 1,62 А означает, что сопротивление Rs может изменяться на 2,47 Ом.Из кривой для Vf vs If мы получаем линеаризованное базовое значение для Rs = (60V-50V) / (4A-0,5A) = 10V / 3,5A = 2,86 Ом. Если это верно для светодиода 1, то светодиод 2 может иметь Rs2 = 2,86 Ом + 2,47 Ом = 5,33 Ом

Снова вычисляя I1 / I2, получаем I1 / I2 = (Rb + 5,33 Ом) / (Rb + 2,86 Ом). Если Rb = 0, то I1 почти вдвое больше I2. Если Rb становится больше, то отношение приближается к 1.

Попробуем Rb = 3,9Ом. Результат I1 / I2 = 1,37. Это на 37% больше тока и яркости светодиода 1.Рассеивание мощности замечательное. Резистор должен выдерживать и охлаждение нужно продумать. Для светодиода 1, если номинальный ток составлял 1,1 А, рассеиваемая мощность составила бы 8,8 Вт. Больше стандартных сопротивлений:

Если Rb = 4,7 Ом, то I1 / I2 = 1,33 Рассеиваемая мощность в блоке 1 = 10,0 Вт

Если Rb = 5,6 Ом, то I1 / I2 = 1,29 Рассеиваемая мощность в блоке 1 = 11,3 Вт

Если Rb = 6,8 Ом, то I1 / I2 = 1,26 Рассеиваемая мощность в блоке 1 = 13,0 Вт

Нет смысла продолжать, потому что у вас заканчивается резерв напряжения.

Попробуйте эти. Резисторы дешевые. Не недооценивайте Ватт. Вы должны согласиться с тем, что текущая разница все еще может составлять 25 … 33%. Это едва заметно, но не катастрофично.

Если балансировочные резисторы потребляют слишком много энергии, необходимы активные цепи. Хорошо известный метод — иметь токовое зеркало. В вашем случае необходимо тройное зеркало:

Самая левая — это модель, за которой скопированы 3 других. Если вы можете выбрать, установите максимальное напряжение для 1,1А, требующего LU, слева.

В вашем случае правильное RE в 0,5 … 1 Ом. Вы все равно будете рассеивать в общей сложности 6 … 8 Вт в одной группе из 4 блоков, где каждый блок потребляет 1,1 А. Правильный транзистор имеет высокий коэффициент усиления по току 2 А типа — не дарлингтон !!!!! — Эта схема нуждается в надлежащем тестировании — попробуйте обратиться за помощью к местным специалистам. Ему действительно нужны точно подобранные транзисторы и хороший тепловой контакт, который поддерживает одинаковую температуру. Транзисторы имеют коллектор в корпусе, требующем специальной изоляции.

Возможно, кто-то продает подобные схемы.Спрос на них большой и растет по мере роста бизнеса светодиодных светильников. Вот ссылка на более раннюю более продвинутую схему с общим током 700 мА. В него добавлен ограничитель. Это тоже легко приспособить к моему рисунку. У каждой ветви может быть свой ограничитель. Требуется всего 1 резистор и 1 дополнительный транзистор на ответвление. Расчеты и тестирование propoer являются обязательными.

https://web.archive.org/web/20150411084604/http://www.ledsmagazine.com/content/dam/leds/migrated/objects/features/6/2/2/Recom_Fig4.jpg

Ваши идеи защитных схем заслуживают внимания.У вас есть дополнительная причина найти партнера.

Индивидуальные ограничители активного тока для каждой нагрузки — это один из способов решения «грубой силы». Точно согласованные транзисторы не нужны. Цена выше количества компонентов. Mosfet — хороший компонент, потому что он не требует большой мощности для управления в приложениях постоянного тока. Напряжение затвор-исток контролирует ток. Пример:

Некоторые предложения компонентов для тока 1,1 А и напряжения питания 50 … 57 В:

• R1 = 4,7кОм 0,5Вт
• R2 = 1кОм 0,5Вт
• Rs = 0.6 Ом; два резистора 1,2 Ом 1Вт параллельно
• Q1 = 100V Vds и более 2A Id тип: Старый IRFU 110 хорош, потому что он достаточно громоздкий, чтобы с ним было легко обращаться, и он может рассеивать пару ватт в воздухе с минимальным радиатором.
• Q2 = 2N3904

RS нужна возможность замены резистора. Отдельные свойства Q2 немного влияют, если предел 1,1A должен быть точным. Q2 начинает понижать Vgs Q1, если ток достигает 1,1 А. Здесь предполагается, что Q2 имеет крутой трещокд проводимости BE при 0.65 вольт. У этого легко есть 10% отклонения.

Держите Vin как можно ниже, чтобы МОП-транзисторы оставались холодными. Было бы идеально, если бы не требовался радиатор. Я рекомендую алюминий размером 1 кв. Дюйм и 1 мм. ПРИМЕЧАНИЕ: сток внутренне подключен к корпусу МОП-транзистора.

Как сделать источник постоянного тока

Понимание конкретных схемных решений основано на выявлении лежащих в их основе основных идей. Итак, давайте посмотрим, что это за идеи в случае …

Для выработки тока по закону Ома I = V / R нам нужны только напряжение и сопротивление.Итак, если бы нагрузка была чисто резистивной, нам понадобился бы только источник напряжения для выработки тока. Изменяя напряжение, мы можем установить желаемую величину тока.

Но если нагрузка ведет себя как источник напряжения (например, аккумуляторная батарея, конденсатор, стабилитрон, короткое замыкание, отрицательный резистор и т. Д.), Нам необходимо дополнительное сопротивление последовательно для установки (ограничения) тока. Таким образом, в общем случае источник тока состоит из двух последовательно соединенных элементов — источника напряжения с напряжением V и резистора с сопротивлением Ri… и он подключен к нагрузке с напряжением VL и сопротивлением RL. Эти четыре элемента соединены по кругу, и каждый из них влияет на величину тока, определяемую соотношением полного напряжения Vt и сопротивления Rt; I = Vt / Rt = (V ± VL) / (Ri ± RL). В этой схеме источник входного напряжения пытается установить ток своим напряжением V и сопротивлением Ri, в то время как нагрузка мешает ему своим напряжением VL и сопротивлением RL. И источник, и нагрузка влияют на общий ток, и проблема состоит в том, чтобы исключить влияние нагрузки на ток.

Самый простой способ (типичный для электрических цепей) — значительно увеличить как напряжение, так и сопротивление входного источника (это хорошо известное определение идеального источника тока из учебников по электротехнике). Они высокие, но постоянные (статические) … и в этом беда. Таким образом, напряжение и сопротивление нагрузки становятся незначительными по сравнению с входным источником. Понятно, что создание хорошего источника тока таким образом связано с большими потерями мощности в сопротивлении.

Более умный способ (типичный для электронных схем) — это изменять напряжение или сопротивление источника. Они динамичные, но низкие … поэтому потери мощности низкие … и это прибыль. У нас есть иллюзия чрезвычайно высокого (дифференциального) сопротивления, но фактическое (статическое) сопротивление низкое. Посмотрим, как эта идея реализуется на практике …

Хитрость в том, что , когда нагрузка увеличивает / уменьшает свое напряжение или сопротивление, источник уменьшает / увеличивает свое напряжение или сопротивление с тем же значением ; так что ток не меняется.

Эту компенсацию можно выполнить без какой-либо отрицательной обратной связи с помощью следующего источника напряжения (так называемая «самозагрузка») или резистора для стабилизации тока (реализованного с помощью BJT или полевого транзистора с постоянным входным напряжением).

Один из вариантов этого метода состоит в том, чтобы вместо изменения самого напряжения источника добавить дополнительное напряжение последовательно к постоянному напряжению источника , таким образом компенсируя влияние нагрузки. Эта идея реализована, например, в инвертирующем источнике тока операционного усилителя.

Еще одна более экстравагантная идея — это для подачи дополнительного тока в нагрузку путем подключения дополнительного источника тока параллельно основному входному источнику . Это реализовано в текущем источнике Howland.

Вы можете увидеть больше об этих методах в моих рассказах о схемах об источниках постоянного тока.

В заключение, сила этого подхода заключается в том, что, зная основные идеи, мы можем объяснить и реализовать конкретные конфигурации схем из прошлого, настоящего и будущего (реализованные лампами, BJT, FET, операционными усилителями и т. Д.)

Постоянный ток против стимуляции постоянным напряжением

Во время типичного контрактильного эксперимента, проводимого in vitro , нерв обычно не остается неповрежденным, поэтому мы должны моделировать эту деполяризацию другими способами. Биоэлектричество изучалось со времен Гальвани в 18 веке, а электрические поля во время сократительного эксперимента in vitro изучались почти столетие. J Physiol. 1928, 18 сентября; 66 (1): 49–73. С тех пор наиболее распространенным способом достижения этого является создание импульсного электрического поля с помощью пары электродов, охватывающих длинную ось мышцы.Это может быть достигнуто путем создания импульсов постоянного потенциала (напряжения) между двумя электродами или постоянного тока (силы тока). Поскольку электрическое поле в растворе создает электрический ток, в этой ситуации мы рекомендуем использовать постоянный ток.

Одним из основных физических принципов электричества является закон Ома, который гласит, что V (напряжение) равно произведению I (величины протекающего тока) и R (сопротивления или импеданса протекающего тока).V = IR, по сути, лежит в основе того, почему мы предлагаем использовать постоянный ток для сократительных экспериментов in vitro. Поскольку многие элементы самого эксперимента (рецепт раствора, геометрия и расстояние между электродами, размер ванны и т. Д.) Будут влиять на сопротивление, ток и, следовательно, величина поля также будут затронуты. Размер поля, необходимого для полной деполяризации всех двигательных единиц мышцы, будет зависеть от размера и типа мышцы, поэтому требуемый ток должен быть найден эмпирически во всех случаях.

Обычно величина этого тока составляет порядка нескольких сотен миллиампер. Хотя многие современные стимуляторы будут иметь достаточную мощность / ток для создания такого поля (даже если они имеют только постоянное напряжение), существует реальный риск того, что они будут насыщаться до достижения максимального напряжения (из-за относительно высокого импеданса раствора). Следовательно, существует вполне реальный риск того, что сила сокращения окажется максимальной, когда на самом деле насыщен сам стимулятор и не все двигательные единицы были полностью активированы.Этого риска нет при использовании стимулятора постоянного тока.

Стимуляция постоянным током также очень полезна при выполнении измерений сократимости in-vivo или in-situ . В этих экспериментах обычно стимулируют непосредственно нерв, а не мышцы. Поскольку поле не требуется и необходима только деполяризация мембраны нерва, используемый ток намного ниже, чем in-vitro (обычно

Хотя эти эксперименты по сокращению вполне возможно проводить с использованием источника постоянного напряжения, при условии понимания этих проблем, Aurora Scientific по-прежнему рекомендует использовать настройку постоянного тока, когда это возможно.

Электрический ток

Единица электрического заряда — кулон (сокращенно C). Обычная материя состоит из атомов, которые имеют положительно заряженные ядра и окружающие их отрицательно заряженные электроны. Заряд квантуется как кратное заряду электрона или протона:

Влияние зарядов характеризуется силами между ними (закон Кулона) и создаваемым ими электрическим полем и напряжением.Один кулон заряда — это заряд, который будет проходить через лампочку мощностью 120 ватт (120 вольт переменного тока) за одну секунду. Два заряда одного кулона каждый, разделенный метром, будет отталкивать друг друга с силой около миллиона тонн!

Скорость прохождения электрического заряда называется электрическим током и измеряется в амперах.

Представляя одно из фундаментальных свойств материи, возможно, уместно указать, что мы используем упрощенные наброски и конструкции, чтобы представить концепции, и в истории неизбежно гораздо больше.Не имеет значения следует прикрепить к кружкам, представляющим протон и электрон, в чувство подразумевая относительный размер, или даже что они являются твердой сферой объекты, хотя это полезная первая конструкция. Самое важное начальная идея, электрически, состоит в том, что они обладают свойством, называемым «заряд», который тоже самое размер, но противоположные по полярности для протона и электрона. В протон имеет 1836 раз больше массы электрона, но точно такого же размера стоимость только скорее положительный, чем отрицательный.Даже термины «положительный» и «отрицательные» произвольные, но прочно укоренившиеся исторические ярлыки. Жизненноважный значение в том, что протон и электрон будут сильно притягивать друг друга. другое — исторический архетип клише «противоположности притягиваются». Два протоны или два электрона сильно отталкиваются друг от друга. Однажды ты имеют установил эти основные представления об электричестве, «как заряды отталкивать и в отличие от обвинений привлекают «, то у вас есть основание для электричество и можно строить оттуда.

Из точной электрической нейтральности объемного вещества, а также из детальных микроскопических экспериментов мы знаем, что протон и электрон имеют одинаковую величину заряда. Все заряды, наблюдаемые в природе, кратны этим фундаментальным зарядам. Хотя стандартная модель протона изображает его состоящим из дробно заряженных частиц, называемых кварками, эти дробные заряды не наблюдаются изолированно — всегда в комбинациях, которые производят +/- заряд электрона.

Изолированный одиночный заряд можно назвать «электрическим монополем». Равные положительный и отрицательный заряды, помещенные близко друг к другу, составляют электрический диполь. Два противоположно направленных диполя, расположенных близко друг к другу, называются электрическим квадруполем. Вы можете продолжить этот процесс для любого количества полюсов, но здесь упоминаются диполи и квадруполи, потому что они находят важное применение в физических явлениях.

Одна из фундаментальных симметрий природы — сохранение электрического заряда.Ни один из известных физических процессов не приводит к чистому изменению электрического заряда.

Electric Current — The Physics Hypertextbook

Обсуждение

определения

текущий

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

Как и все величины, определяемые как скорость, есть два способа записать определение электрического тока — средний ток для тех, кто заявляет о незнании вычислений…

и мгновенный ток для тех, кто не боится вычислений…

I =		∆ д	=	дк
		∆ т		дт

Единица измерения тока — ампер [А], названная в честь французского ученого Андре-Мари Ампера (1775–1836).В письменных языках без диакритических букв (а именно в английском) принято писать единицу измерения как ампер , а в неформальном общении сокращать это слово до ампер . У меня нет проблем с любым из этих вариантов написания. Только не используйте заглавную букву «А» в начале. Ампер относится к физику, а ампер (или ампер, или ампер) относится к единице.

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

⎢ ⎣	А =	С	⎤ ⎥ ⎦
		с

Элементарный заряд определен как ровно…

е = 1,602176634 × 10 ⁻¹⁹ С

Число элементарных зарядов в кулонах будет обратной величиной этого числа — 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 напишу еще раз с более разумным количеством цифр, чтобы было легче читать.

C ≈ 6,2415 × 10 ¹⁸ e

Ток в один ампер — это передача приблизительно 6,2415 × 10 ¹⁸ элементарных зарядов в секунду. Для любителей случайностей это примерно десять микромолей.

плотность тока

Когда я визуализирую ток, я вижу, как что-то движется.Я вижу, как они движутся в каком-то направлении. Я вижу вектор. Я вижу не то. Ток не является векторной величиной, несмотря на мою хорошо развитую научную интуицию. Ток — это скаляр. И причина в том … потому что это так.

Но подождите, становится еще страннее. Отношение силы тока к площади для данной поверхности называется плотностью тока.

Единица измерения плотности тока — ампер на квадратный метр , не имеющая специального названия.

⎢ ⎣	A	=	A	⎤ ⎥ ⎦
	м 2		м 2

Несмотря на отношение 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…

Дж = ρ v

Два уравнения эквивалентны по величине, как показано ниже.

Дж =	ρ		v
Дж =	кв		DS	=	с		дк	=	1	Я
	В		дт		SA		дт		А
Дж =	Я
	А

Есть еще кое-что, что нужно учесть.

I = JA = ρ v A

Читатели, знакомые с механикой жидкостей, могли бы узнать правую часть этого уравнения, если бы оно было написано немного иначе.

I = ρ Av

Это произведение является величиной, которая остается постоянной в уравнении неразрывности массы .

ρ ₁ A ₁ v ₁ = ρ ₂ A ₂ v ₂

Точно такое же выражение применяется к электрическому току с символом ρ, меняющим значение между контекстами.В механике жидкости ρ означает массовую плотность, а в электрическом токе — плотность заряда.

описание микроскопа

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

n = N / V

∆ q = нкВ

V = Ad = Av ∆ t

I =	∆ д	=	nqAv ∆ т
	∆ т		∆ т

I = nqAv

Аналогичное выражение можно записать для плотности тока.Вывод начинается в скалярной форме, но в окончательном выражении используются векторы.

Дж = нк в

твердых частиц

Сравнение проводимости и валентных электронов, проводников и изоляторов

Дрейфовое движение, наложенное на тепловое движение

Увеличить

Мостовой текст.

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

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

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

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 fermi = √ 2 E Ферми м e

v fermi = √ 2 (7.00 эВ) (1,60 × 10 −19 Дж / эВ) (9,11 × 10 −31 кг)

v fermi ≈ 1500 км / с

Скорость дрейфа электрона на 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 а τ = 1 Факс τ = 1 eE τ 2 2 2 м e 2 м e

v дрейф = (1.60 × 10 −19 C) (12 В) (3 × 10 −14 с) 2 (10 м) (9,11 × 10 −31 кг)

v смещение ≈ 3 мм / с

Тепловая скорость на несколько порядков превышает скорость дрейфа в обычной проволоке. Время на прохождение 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 кисти под частью линии. Горячие газы от пожара могут ионизировать воздух над линией электропередачи, заставляя воздух проводить электричество и закорачивать проводники.
  Источник

исторический

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

Увеличить
Pour exprimer en nombre l’intensité d’un courant quelconque, on Concevra qu’on ait choisi un autre courant арбитраж для сравнения сроков… Désignant donc par i et i ‘ rapports destensit de deux courant donnés à l’intensité du courant pris pour unite….		Чтобы выразить интенсивность тока в виде числа, предположим, что для сравнения выбран другой произвольный ток…. Используем i и i ′ для отношения интенсивностей двух заданных токов к силе опорного тока, взятого за единицу….
Андре-Мари Ампер, 1826		Андре-Мари Ампер, 1826 г. (платная ссылка)

Термин «интенсивность» теперь не имеет никакого отношения к физике. Ток — это скорость, с которой заряд протекает через поверхность любого размера — например, клеммы батареи или штыри электрической вилки. Интенсивность — это средняя мощность на единицу площади, передаваемая каким-либо явлением излучения — например, звуком оживленного шоссе, светом Солнца или частицами брызг, испускаемыми радиоактивным источником.Ток и интенсивность теперь — разные величины с разными единицами измерения и разным использованием, поэтому (конечно) они используют одинаковые символы.

текущий	интенсивность
I = ∆ д ⎡ ⎢ ⎣ А = С ⎤ ⎥ ⎦ ∆ т с	I = ⟨-пол. No related posts. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт