Содержание
Свободные электроны.. Электрический ток.. Измерение тока.. Амперметр.. Единица силы тока — Ампер.. Направление электрического тока.. Направление движения электронов..
Когда электрическое поле прикладывается к проводнику, свободные электроны (носители отрицательного заряда) начинают дрейфовать в соответствии с направлением электрического поля – возникает электрический ток.
Движение электронов означает движение отрицательных зарядов, следовательно, – электрический ток является мерой количества электрического заряда, переносимого через поперечное сечение проводника за единицу времени.
В международной системе СИ единица измерения заряда – Кулон, а единица времени – секунда. Поэтому единица силы тока – Кулон в секунду (Кл/сек).
Измерение тока
Единица силы тока Кулон в секунду в системе СИ имеет конкретное название Ампер (А) – в честь знаменитого французского ученого Андре-Мари Ампера (на фото в заголовке статьи).
Как мы знаем, величина отрицательного электрического заряда электрона -1,602 • 10-19 Кулона. Поэтому один Кулон электрического заряда состоит из 1 / 1,602 • 10-19 = 6,24 • 1018 электронов.
Следовательно, если 6,24 • 1018 электронов пересекает поперечное сечение проводника за одну секунду, то величина такого тока равна одному амперу.
Для измерения силы тока существует измерительный прибор — амперметр.
Рис. 1
Амперметр включается в электрическую цепь (рис. 1) последовательно с тем элементом цепи, силу тока в котором необходимо измерить. При подключении амперметра нужно соблюдать полярность: «плюс» амперметра подключается к «плюсу» источника тока, а «минус» амперметра — к «минусу» источника тока.
Направление электрического тока
Если в электрической цепи, показанной на рис. 1 замкнуть контакты выключателя, то по этой цепи потечет электрический ток. Возникает вопрос: «А в каком направлении?»
Мы знаем, что электрическим током в металлических проводниках называется упорядоченное движение отрицательно заряженных частиц – электронов (в других средах это могут быть ионы или ионы и электроны). Отрицательно заряженные электроны во внешней цепи двигаются от минуса источника к плюсу (одноименные заряды отталкиваются, противоположные — притягиваются), что хорошо иллюстрирует рис. 2.
Рис. 2
Учебник физики за 8 класс дает нам другой ответ: «За направление электрического тока в цепи принято направление движения положительных зарядов», — то есть от плюса источника энергии к минусу источника.
Выбор направления тока, противоположного истинному, иначе как парадоксальным назвать нельзя, но объяснить причины такого несоответствия можно, если проследить историю развития электротехники.
Дело в том, что электрические заряды стали изучать задолго до того, как были открыты электроны, поэтому природа носителей заряда в металлах была еще неизвестна.
Понятие о положительном и отрицательном заряде ввёл американский ученый и политический деятель Бенджамин Франклин.
В своей работе «Опыты и наблюдения над электричеством» (1747 г.) Франклин предпринял попытку теоретически объяснить электрические явления. Именно он первым высказал важнейшее предположение об атомарной, «зернистой» природе электричества: «Электрическая материя состоит из частичек, которые должны быть чрезвычайно мелкими».
Франклин полагал, что тело, которое накапливает электричество, заряжается положительно, а тело, теряющее электричество, заряжается отрицательно. При их соединении избыточный положительный заряд перетекает туда, где его недостает, то есть к отрицательно заряженному телу (по аналогии с сообщающими сосудами).
Эти представления о движении положительных зарядов широко распространились в научных кругах и вошли в учебники физики. Так и получилось, что действительное направление движения электронов в проводнике противоположно принятому направлению электрического тока.
После открытия электрона ученые решили оставить все как есть, поскольку пришлось бы очень многое изменять (и не только в учебниках), если указывать истинное направление тока. Также это связано и с тем, что знак заряда практически ни на что не влияет, пока все используют одно и то же соглашение.
Истинное направление движения электронов используется только, когда это необходимо, чтобы объяснить некоторые физические эффекты в полупроводниковых устройствах (диоды, транзисторы, тиристоры и др.).
Статьи по теме: 1. Что такое электрический ток?
2. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона
3. Постоянный и переменный ток
4. Проводники и изоляторы. Полупроводники
5. О скорости распространения электрического тока
6. Электрический ток в жидкостях
7. Проводимость в газах
8. Электрический ток в вакууме
9. О проводимости полупроводников
Внимание! Всех интересующихся практической электротехникой приглашаю на страницы своего нового сайта «Электрика для дома». Он посвящен основам электротехники и электричества с акцентом на домашние электрические установки и происходящие в них процессы.
Некоторые реки текут вспять, они могут вытекать из моря
Вода всегда течет вниз согласно закону всемирного тяготения. Это известно многим. Точно так же происходит и с природными водотоками Земли – реками, ручьями, потоками. Но бывают и исключения. Иногда некоторые реки текут вспять, они могут вытекать из моря или другого крупного водоема. Об этих примерах — в этой статье.
Река и ее русло
У любого водотока имеется исток (точка его начала) и устье (место, где он впадает в водоем или какой-либо другой водоток). Все реки текут по своему руслу – природному углублению в земле, ими же и созданному. При этом они плавно огибают те препятствия, которые встречаются им на пути: скальные выступы, кристаллические массивы, пласты твердых горных пород. Как результат, русло реки почти всегда имеет множество изгибов (по-научному они называются меандрами).
На своем длинном или коротком пути река принимает в себя ряд других притоков. Они могут быть большими или крошечными, полноводными или пересыхающими. Река со всеми своими притоками образует речную (гидрографическую) систему, а территория, с которой она собирает свои воды, называется речным (водосборным) бассейном.
Как правило, реки текут в пониженных формах рельефа – так называемых долинах. В русле глубоководные участки (плеса) чередуются с мелководными (перекатами). Последние нередко усложнены каскадами и водопадами, особенно в горной местности. Реки могут изменять свои русла вследствие сезонных изменений климата, миграций песчаных массивов, активной человеческой деятельности и прочих факторов.
Но речь пойдет о том, как и в каком направлении текут реки. И о самых любопытных гидрографических объектах, существующих на нашей планете. На много проще понять на конкретном примере, в этой https://gkd.ru/408205a-reka-don-kuda-vpadaet-otkuda-beret-nachalo-istoki-protyajennost-glubina-pritoki-i-sudohodstvo статье хорошо описана река Дон, советуем прочесть.
Какие реки текут вспять?
Есть водотоки, которые, подобно женщинам, отличаются непостоянностью. Сегодня они текут в одну сторону, а завтра – уже в обратную.
Так, однажды жители Новгорода решили выгнать из города своего епископа Иоанна. Они посадили его на деревянный плот и пустили вниз по реке Волхов. Но каким же было их удивление, когда плавсредство с епископом вернулось обратно в город. Новгородцы восприняли это как «божий знак». Но они не знали, что Господь не имел никакого отношения к этому удивительному событию.
Река Волхов вытекает из озера Ильмень и впадает в Ладожское озеро. Земная поверхность по направлению русла наклонена незначительно. И время от времени случается так, что уровень воды в нижнем течении реки становится выше, чем в ее верховьях (например, весной в результате скопления в низовьях обломков льда). В эти периоды Волхов меняет свое направление на противоположное.
Это далеко не единственный пример «непостоянства» у рек. Та же Амазонка иногда течет вспять в своем нижнем течении. Это происходит тогда, когда мощная приливная волна из океана входит в речное русло. И тогда амазонские воды поворачивают назад, затапливая прибрежные участки суши.
3. Положительные направления тока и напряжения.
Электрический ток в общем случае представляет собой движения электрических зарядов отрицательного и положительного знаков в разные стороны.
Численно ток определяется как придел отношения количества электричества, переносимого заряженными частицами сквозь рассматриваемое поперечное сечение проводника за некоторый промежуток времени, к этому времени, при условии, что данный промежуток времени стремится к нулю:
где q — количество электричества, прошедшее через рассматриваемое сечение проводника за время t.
Количество электричества (заряд) измеряется в Кулонах , промежуток времени в секундах , а единицей измерения тока служит Ампер .
Электрическому току приписывают направление.
За положительное направление тока принимают направление перемещения положительных зарядов от точки высшего потенциала к точке меньшего потенциала.
Направление тока характеризуется знаком тока. Понятия положительный или отрицательный ток имеют смысл, если сравнивать направление тока в проводнике с некоторым заранее выбранным направлением – так называемым положительным направлением тока.
Положительное направление тока выбирается произвольно и указывается стрелкой.
Рассмотрим пассивный участок электрической цепи с выбранным положительным направлением тока:
При протекании тока от точки 1 к точке 2 подразумевается, что потенциал точки 1 выше потенциала точки 2.
Под напряжением на данном участке подразумевается разность электрических потенциалов точек 1 и 2.
Единица измерения напряжения Вольт .
При условии, что 1 больше 2 U12 = 1 — 2 будет положительным.
Порядок индексов при напряжении означают его выбранное положительное направление.
Чаще всего положительное направление напряжения выбирают совпадающим с положительным направлением тока и указывают стрелкой.
4. Источник напряжения и источник тока.
В теории электрических цепей используют понятия идеальные источники электрической энергии: источник напряжения и источник тока.
Им приписывают следующие свойства:
Источник напряжения представляет собой активный элемент с двумя зажимами, напряжение на котором не зависит от тока, проходящего через источник
Рис.2. Идеальный источник напряжения и
его вольтамперная характеристика(BAX).
Предполагается, что внутри идеального источника напряжения пассивные сопротивление, индуктивность и емкость отсутствуют и, следовательно, прохождение тока не вызывает падения напряжения.
Упорядоченное перемещение положительных зарядов в источнике напряжения от меньшего потенциала к большему возможно за счет работы сторонних сил, которые присущи источнику.
Величина работы, производимой данными сторонними силами по перемещению единицы положительного заряда от отрицательного полюса источника напряжения к положительному по полюсу, называется электродвижущей силой (э.д.с.) источника и обозначается e(t).
На рис.2(а) указано направление напряжения на зажимах идеального источника, которое всегда равно э.д.с. источника по величине и противоположно ей по направлению.
Идеальный источник напряжения называют еще источником бесконечной мощности. Это — теоретическое понятие. Величина тока в пассивной цепи зависит от параметров этой цепи и e(t). Если зажимы идеального источника напряжения замкнуть накоротко, то ток цепи должен быть теоретически равен бесконечности. В действительности при замыкании зажимов источника ток имеет конечное значение, так как реальный источник обладает внутренним сопротивлением.
Обычно внутренние параметры источника конечной мощности незначительны по сравнению с параметрами внешней цепи и в некоторых случаях (по условию задачи) могут вообще не учитываться. Внутреннее сопротивление источника напряжения на схемах замещения изображается последовательно соединенным с самим источником.
Рис.3. Источник напряжения конечной мощности.
Источник тока представляет собой активный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах.
Рис.4. Идеальный источник тока и его вольтамперная характеристика.
Предполагается, что внутренне сопротивление идеального источника тока равно бесконечности, и поэтому параметры внешней цепи, от которых зависит напряжение на зажимах источника тока, не влияют на ток источника.
При увеличении напряжения внешней цепи, присоединенной к источнику тока, напряжение на его зажимах, и следовательно, мощность возрастают. Поэтому идеальный источник тока теоретически так же рассматривается как источник бесконечной мощности.
Источник тока конечной мощности изображен на рис.5. g0 – внутренняя проводимость источника. Она характеризует внутренние параметры источника и ограничивает мощность, отдаваемую в цепь.
Рис.5. Источник тока конечной мощности.
Часто при решении задач методом эквивалентных преобразований возникает необходимость заменить реальный источник напряжения эквивалентным источником тока или наоборот. Преобразование осуществляется по схеме и формулам рис.6.
