Заряженные частицы движутся в проводнике под действием сил со стороны электрического поля. При этом поле совершает работу, а энергия электрического поля превращается в другие виды: механическую, внутреннюю, химическую.

Выясним, от чего зависит величина совершаемой полем работы.

Сравним свечение ламп, подключённых один раз к батарейке, а другой к обычной розетке городской сети. Обратим внимание на то, что показания амперметров в этих цепях одинаковы, значит, силы тока в лампах равны.

Несмотря на то, что через лампы проходит один и тот же заряд за одинаковое время, в случае правой лампы работа поля больше.

Чем больше время протекания тока, тем больше работа поля и перенесённый заряд. При этом отношение работы поля к перенесённому заряду не зависит от заряда. Оно является энергетической характеристикой самого электрического поля.

Эту физическую величину называют электрическим напряжением (или просто напряжением).

Отношение работы электрического поля по перемещению электрического заряда между двумя точками цепи к этому заряду называют напряжением между данными точками.

Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении из одной точки в другую заряда, равного 1 Кл.

1 B = 1 Дж/Кл

На батарейках обычно пишут напряжение, которое они создают.

В источнике тока происходит разделение положительных и отрицательных зарядов. Вследствие этого на полюсах источника существует напряжение. Когда полюсы источника тока соединяют проводником, напряжение возникает на концах проводника. Этим обеспечивается существование в проводнике электрического тока.

Измерение напряжения

Измеряется напряжение вольтметром, принцип работы и устройство которого похожи на гальванометр и амперметр. Шкала вольтметра градуируется в вольтах, на ней ставят букву V. Вольтметр измеряет напряжение на участке цепи, параллельно которому он подключён. Клемму вольтметра со знаком «+» надо соединить с  проводом, идущим от положительного полюса источника тока.

Пример подключения вольтметра и амперметра в цепь.

Несколько вольтметров в цепи.

Информация о материале

Просмотров: 17

Электрический ток, как и электрический заряд, не поддаются обнаружению с помощью человеческих органив чувств. Поэтому судить о протекании тока приходится по косвенным признакам: действиям электрического тока.

Тепловое действие тока

Нагревание проводника при прохождении по нему электрического тока. 

Под действием электрического поля свободные электроны начинают двигаться направленно, сохраняя хаотическое движение, в  то время как ионы продолжают хаотически колебаться в узлах кристаллической решётки. Разогнанные электрическим полем электроны соударяются с ионами кристаллической решётки и передают им часть своей энергии.

При протекании тока по проводнику он нагревается и провисает, увеличиваясь по длине.

Тепловое действие электрического тока используется в быту, например в электронагревательных приборах. Примером использования теплового действия тока в технике может служить контактная электросварка.

Химическое действие тока

При сильном нагревании твёрдый хлорид натрия плавится, его кристаллическая решётка разрушается. Полученный расплав содержит положительные ионы натрия и отрицательные ионы хлора, которые могут перемещаться под действием электрического поля. Поэтому такой расплав проводит электрический ток. Раствор или расплав вещества, через который может идти ток, называют электролитом (при этом исходное вещество проводником не является).

Электрический ток в электролитах представляет собой направленное движение свободных положительных и отрицательных ионов.

Электрическое поле между стержнями (электродами) заставляет положительные ионы натрия двигаться к катоду, а отрицательно заряженные ионы хлора — к аноду. В расплаве существует электрический ток, и лампочка горит.

На поверхности катода ион натрия захватывает электрон, так как у отрицательного стержня их избыток, и превращается в нейтральный атом натрия. На поверхности анода ион хлора отдаёт электрон, превращаясь в нейтральный атом хлора. На аноде выделяется хлор, на катоде  — натрий. Хлорид натрия превращается в натрий и хлор, т.  е. происходит химическая реакция.

Химическая реакция, протекающая на поверхности электрода, называется электролизом.

Магнитное действие тока

Возьмём железный гвоздь, намотаем на него медный провод, покрытый изоляционным материалом. Концы провода через ключ соединим с источником тока. При замыкании цепи гвоздь намагничивается (становится магнитом) и притягивает небольшие железные предметы (рис. 84): гвоздики, булавки, металлические опилки. При размыкании цепи гвоздь размагничивается и железные предметы отпадают.

Взаимодействие проводника (небольшой рамки) с током и магнита — также проявление магнитного действия тока. Рамку из тонкой медной проволоки подвесим на штативе. При протекании тока в рамке в магнитном поле она начинает поворачиваться.

Гальванометр

На явлении взаимодействия рамки (катушки) с током и магнита основана работа прибора  — гальванометра. При появлении тока в подвижной катушке связанная с ней стрелка прибора будет отклоняться. С  помощью гальванометра можно судить о  наличии электрического тока в цепи и его направлении.

Информация о материале

Просмотров: 21

Действия тока отличаются не только по виду, но и по интенсивности. Чем больше электрический заряд, перенесённый заряжёнными частицами за некоторое время, тем сильнее действие тока. Для количественного измерения этого действия вводят величину — силу тока.

Физическую величину, равную отношению электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения, называют силой тока.

Если с течением времени сила тока и его направление не изменяются, то ток называют постоянным электрическим током.

На IX Генеральной конференции по мерам и весам в 1948  г. единицу силы тока решили определять по явлению взаимодействия двух проводников с током.

По двум проводникам, расположенным параллельно друг другу, пропускают электрический ток. В зависимости от направления тока в  проводниках они либо притягиваются, либо отталкиваются. При изменении силы тока в проводниках сила взаимодействия между ними также меняется: чем больше сила тока, тем сильнее они притягиваются или отталкиваются. Эту силу можно измерить.

За единицу силы тока приняли силу такого тока, протекание которого по двум тонким длинным параллельным проводникам, находящимся в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, вызывает их взаимодействие с силой 2·10^–7 Н, приходящейся на каждый метр длины проводников.

Единицу силы тока в СИ назвали ампером (А) в честь французского учёного Андре Ампера.

Единицу заряда — кулон — устанавливают по единице силы тока.

q = It

1 Кл — это электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока в проводнике 1 А.

1 Кл = 1 A·c

Значение элементарного заряда равно в точности 1,602176634·10^–19 Кл

Измерение силы тока

Силу тока в цепи измеряют амперметром. По принципу действия и устройству амперметр похож на гальванометр. Чтобы различать эти приборы, на шкале амперметра ставят букву А. Амперметр, включённый в электрическую цепь, почти не меняет в ней силу тока.

Включается амперметр в цепь так, что конец одного проводника соединяется с началом другого. Такое включение называют последовательным. Клемму амперметра со знаком «+» надо соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока.

При этом заряд, проходящий через любое поперечное сечение проводника в единицу времени, одинаков, поскольку заряд нигде не накапливается. Поэтому амперметр можно включать в любой участок последовательной цепи.

Информация о материале

Просмотров: 13

процесс образования электрического тока в металлах. Металлы в твёрдом состоянии имеют кристаллическое строение. Входящие в состав атома электроны находятся на различных расстояниях от его ядра. Электроны, расположенные относительно близко к  ядру, прочно связаны с ним. Наиболее удалённые от ядра электроны связаны с ним значительно слабее, чем внутренние. У металлов эти электроны так слабо связаны со своими ядрами, что они легко отрываются от ядер и становятся свободными.

Экспериментально было доказано, что электрический ток в металлах представляет собой движение электронов.

Опыт Карла Рикке

Три цилиндра  — два медных и один алюминиевый, с тщательно отполированными торцами, ставили друг на друга (медный, алюминиевый и снова медный) и  присоединяли к источнику тока. В  течение года по такому проводнику пропускали электрический ток, но никаких химических изменений в цилиндрах не обнаружили. Был сделан вывод, что ток в  металлах представляет собой движение частиц, не имеющих отношения к  химическому составу.

Опыт Мандельштама и Папалекси

Катушку, состоявшую из большого числа витков, приводили в  быстрое вращение, затем тормозили. Если в момент торможения в катушке возникает электрический ток, то он обусловлен движением свободных заряженных частиц, которые по  инерции продолжают направленное движение в  проводнике. Опыт показал наличие кратковременного тока при резком торможении катушки.

Опыт Стюарта и Толмена

Усовершенствовав этот опыт, американские физики Томас Стюарт и Ричард Толмен в 1916  г. по направлению тока в  катушке определили знак заряда частиц  — отрицательный. Кроме того, учёные вычислили отношение заряда к массе частиц, переносящих зараяд. Оно оказалось такиим же, как у электрона.

На опыте было подтверждено, что электрический ток в металлических проводниках представляет собой упорядоченное движение свободных электронов.

Скорость хаотического движения электронов очень велика, примерно сто километров в секунду. Скорость же возникающего направленного движения электронов мала, примерно миллиметры в секунду. 

Но электрическое поле в проводнике распространяется практически мгновенно, и движение свободных электронов возникает на всём протяжении проводника почти одновременно. Поэтому, когда говорят о скорости распространения электрического тока в проводнике, то имеют в виду скорость распространения по проводнику электрического поля. 

Информация о материале

Просмотров: 37