biathlonmordovia.ru → Интересное

Что такое ток в физике. Большая энциклопедия нефти и газа

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Что называют электрическим током

Введение

Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц под действием сил электрического поля или сторонних сил.

За направление тока выбрано направление движения положительно заряженных частиц.

Электрический ток называют постоянным, если сила тока и его направление не меняются с течением времени.

1. Условия существования постоянного электрического тока

Для существования постоянного электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц и наличие источника тока. в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля.

Источник тока - устройство, в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля. В источнике тока на заряженные частицы в замкнутой цепи действуют сторонние силы. Причины возникновения сторонних сил в различных источниках тока различны. Например в аккумуляторах и гальванических элементах сторонние силы возникают благодаря протеканию химических реакций, в генераторах электростанций они возникают при движении проводника в магнитном поле, в фотоэлементах - при действия света на электроны в металлах и полупроводниках.

Электродвижущей силой источника тока называют отношение работы сторонних сил к величине положительного заряда, переносимого от отрицательного полюса источника тока к положительному.

Сила тока - скалярная физическая величина, равная отношению заряда, прошедшего через проводник, ко времени, за которое этот заряд прошел.

где I - сила тока, q - величина заряда (количество электричества), t - время прохождения заряда.

Плотность тока - векторная физическая величина, равная отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника.

где j -плотность тока, S - площадь сечения проводника.

Направление вектора плотности тока совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц.

Напряжение - скалярная физическая величина, равная отношению полной работе кулоновских и сторонних сил при перемещении положительного заряда на участке к значению этого заряда.

где A - полная работа сторонних и кулоновских сил, q - электрический заряд.

Электрическое сопротивление - физическая величина, характеризующая электрические свойства участка цепи.

где с - удельное сопротивление проводника,

l - длина участка проводника,

S - площадь поперечного сечения проводника.

Проводимостью называется величина, обратная сопротивлению

где G - проводимость.

2. Законы Ома

Закон Ома для однородного участка цепи.

Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению при постоянном сопротивлении участка и обратно пропорциональна сопротивлению участка при постоянном напряжении.

где U - напряжение на участке,

R - сопротивление участка.

Закон Ома для произвольного участка цепи, содержащего источник постоянного тока.

ц1 - ц2 + е = U

напряжение на заданном участке цепи, R - электрическое сопротивление заданного участка цепи.

Закон Ома для полной цепи.

Сила тока в полной цепи равна отношению электродвижущей силы источника к сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участка цепи.

где R - электрическое сопротивление внешнего участка цепи, r - электрическое сопротивление внутреннего участка цепи.

3. Короткое замыкание

Из закона Ома для полной цепи следует, что сила тока в цепи с заданным источником тока зависит только от сопротивления внешней цепи R.

Если к полюсам источника тока подсоединить проводник с сопротивлением R<< r, то тогда только ЭДС источника тока и его сопротивление будут определять значение силы тока в цепи. Такое значение силы тока будет являться предельным для данного источника тока и называется током короткого замыкания.

4. Последовательное и параллельное соединение проводников

Электрическая цепь включает в себя источника тока и проводники (потребители, резисторы и др), которые могут соединятся последовательно или параллельно.

При последовательном соединении конец предыдущего проводника соединяется с началом следующего.

Во всех последовательно соединенных проводниках сила тока одинакова:

Сопротивление всего участка равно сумме сопротивлений всех отдельно взятых проводников:

Падение напряжения на всем участке равно сумме паданий напряжений на всех отдельно взятых проводниках:

Напряжения на последовательно соединенных проводниках пропорциональны их сопротивлениям.

При параллельном соединении проводники подсоединяются к одним и тем же точкам цепи.

Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме токов, текущих в каждом проводнике:

Величина, обратная сопротивлению разветвленного участка, равна сумме обратных величин обратных сопротивлениям каждого отдельно взятого проводника:

Падение напряжения во всех проводниках одинаково:

Силы тока в проводниках обратно пропорциональны их сопротивлениям

Смешанное соединение - комбинация параллельного и последовательного соединений.

5. Правила Кирхгофа

Для расчета разветвленных цепей, содержащих неоднородные участки, используют правила Кирхгофа. Расчет сложных цепей состоит в отыскании токов в различных участках цепей.

Узел - точка разветвленной цепи, в которой сходится более двух проводников.

1 правило Кирхгофа: алгебраическая сумма сил токов, сходящихся в узле, равна нулю;

где n - число проводников, сходящихся в узле, Ii - сила тока в проводнике.

токи, входящие в узел считают положительными, токи, отходящие из узла - отрицательными.

2 правило Кирхгофа: в любом произвольно выбранном замкнутом контуре разветвленной цепи алгебраическая сумма произведений сил токов и сопротивлений каждого из участков этого контура равна алгебраической сумме ЭДС в контуре.

Чтобы учесть знаки сил токов и ЭДС выбирается определенное направление обхода контура(по часовой стрелке или против нее).

Положительными считают токи, направление которых совпадает с направлением обхода контура, отрицательными считают токи противоположного направления. ЭДС источников электрической энергии считают положительными если они создают токи, направление которых совпадает с направлением обхода контура, в противном случае - отрицательными.

6. Порядок расчета сложной цепи постоянного тока

Произвольно выбирают направление токов во всех участках цепи.

Первое правило Кирхгофа записывают для (m-1) узла, где m - число узлов в цепи.

Выбирают произвольные замкнутые контуры, и после выбора направления обхода записывают второе правило Кирхгофа.

Система из составленных уравнений должна быть разрешимой: число уравнений должно соответствовать количеству неизвестных.

Шунты и добавочные сопротивления.

Шунт - сопротивление, подключаемое параллельно к амперметру (гальванометру), для расширения его шкалы при измерении силы тока.

Если амперметр рассчитан на силу тока I0, а с помощью него необходимо измерить силу тока, превышающую в n раз допустимое значение, то сопротивление, подключаемого шунта должно удовлетворять следующему условию:

Добавочное сопротивление - сопротивление, подключаемое последовательно с вольтметром (гальванометром), для расширения его шкалы при измерении напряжения.

Если вольтметр рассчитан на напряжение U0, а с помощью него необходимо измерить напряжение, превышающее в n раз допустимое значение, то добавочное сопротивление должно удовлетворять следующему условию:

7. Постоянный электрический ток

Постоянный ток (DC - Direct Current) - электрический ток, не меняющий своей величины и направления с течением времени.

В реальности постоянный ток не может сохранять величину постоянной. Например, на выходе выпрямителей всегда присутствует переменная составляющая пульсаций. При использовании гальванических элементов, батареек или аккумуляторов, величина тока будет уменьшаться по мере расхода энергии, что актуально при больших нагрузках.

Постоянный ток существует условно в тех случаях, где можно пренебречь изменениями его постоянной величины.

Постоянная составляющая тока и напряжения. DC

Если рассмотреть форму тока в нагрузке на выходе выпрямителей или преобразователей, можно увидеть пульсации - изменения величины тока, существующие, как результат ограниченных возможностей фильтрующих элементов выпрямителя. В некоторых случаях величина пульсаций может достигать достаточно больших значений, которые нельзя не учитывать в расчётах, например, в выпрямителях без применения конденсаторов. Такой ток обычно называют пульсирующим или импульсным. В этих случаях следует рассматривать постоянную DC и переменную AC составляющие.

Постоянная составляющая DC - величина, равная среднему значению тока за период.

AVG - аббревиатура Avguste - Среднее.

Переменная составляющая AC - периодическое изменение величины тока, уменьшение и увеличение относительно среднего значения.

Следует учитывать при расчётах, что величина пульсирующего тока будет равна не среднему значению, а квадратному корню из суммы квадратов двух величин - постоянной составляющей (DC) и среднеквадратичного значения переменной составляющей (AC), которая присутствует в этом токе, обладает определённой мощностью и суммируется с мощностью постоянной составляющей.

Вышеописанные определения, а так же термины AC и DC могут быть использованы в равной степени как для тока, так и для напряжения.

Отличие постоянного тока от переменного

По ассоциативным предпочтениям в технической литературе импульсный ток часто называют постоянным, так как он имеет одно постоянное направление. В таком случае необходимо уточнять, что имеется в виду постоянный ток с переменной составляющей. А иногда его называют переменным, по той причине, что периодически меняет величину. Переменный ток с постоянной составляющей. Обычно берут за основу составляющую, которая больше по величине или которая наиболее значима в контексте.

Следует помнить, что постоянный ток или напряжение характеризует, кроме направления, главный критерий - постоянная его величина, которая служит основой физических законов и является определяющей в расчётных формулах электрических цепей. Постоянная составляющая DC, как среднее значение, является лишь одним из параметров переменного тока.

Для переменного тока (напряжения) в большинстве случаев бывает важен критерий - отсутствие постоянной составляющей, когда среднее значение равно нулю. Это ток, который протекает в конденсаторах, силовых трансформаторах, линиях электропередач. Это напряжение на обмотках трансформаторов и в бытовой электрической сети. В таких случаях постоянная составляющая может существовать только в виде потерь, вызванных нелинейным характером нагрузок.

8. Параметры постоянного тока и напряжения

Сразу следует отметить, что устаревший термин "сила тока" в современной отечественной технической литературе используется уже нечасто и признан некорректным. Электрический ток характеризует не сила, а скорость и интенсивность перемещения заряженных частиц. А именно, количество заряда, прошедшее за единицу времени через поперечное сечение проводника. Основным параметром для постоянного тока является величина тока.

Единица измерения тока - Ампер. Величина тока 1 Ампер - перемещение заряда 1 Кулон за 1 секунду.

Единица измерения напряжения - Вольт. Величина напряжения 1 Вольт - разность потенциалов между двумя точками электрического поля, необходимая для совершения работы 1 Джоуль при прохождения заряда 1 Кулон.

Для выпрямителей и преобразователей часто бывает важными следующие параметры для постоянного напряжения или тока:

Размах пульсаций напряжения (тока) - величина, равная разности между максимальным и минимальным значениями. Коэффициент пульсаций - величина, равная отношению действующего значения переменной составляющей AC напряжения или тока к его постоянной составляющей DC.

Электрические цепи и их элементы

Электрическая цепь представляет собой совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий об электродвижущей силе, токе и напряжении. В электрической цепи постоянного тока могут действовать как постоянные токи, так и токи, направление которых остается постоянным, а значение изменяется произвольно во времени или по какому-либо закону.

Электрическая цепь состоит из отдельных устройств или элементов, которые по их назначению можно разделить на 3 группы. Первую группу составляют элементы, предназначенные для выработки электроэнергии (источники питания). Вторая группа -- элементы, преобразующие электроэнергию в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую, химическую и т. д.). Эти элементы называются приемниками электрической энергии (электроприемниками). В третью группу входят элементы, предназначенные для передачи электроэнергии от источника питания к электроприемнику (провода, устройства, обеспечивающие уровень и качество напряжения, и др.).

Источники питания цепи постоянного тока -- это гальванические элементы, электрические аккумуляторы, электромеханические генераторы, термоэлектрические генераторы, фотоэлементы и др. Все источники питания имеют внутреннее сопротивление, значение которого невелико по сравнению с сопротивлением других элементов электрической цепи.

Электроприемниками постоянного тока являются электродвигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую, нагревательные и осветительные приборы и др. Все электроприемники характеризуются электрическими параметрами, среди которых можно назвать самые основные -- напряжение и мощность. Для нормальной работы электроприемника на его зажимах (клеммах) необходимо поддерживать номинальное напряжение. Для приемников постоянного тока оно составляет 27, 110, 220, 440 В, а также 6, 12, 24, 36 В.

Графическое изображение электрической цепи, содержащее условные обозначения ее элементов и показывающее соединения этих элементов, называется схемой электрической цепи. В табл. 2 показаны условные обозначения, применяемые при изображении электрических схем.

Условные обозначения в электросхемах

Элемент гальванический или аккумуляторный или	Контакты замыкающие с выдержкой времени
Батарея элементов	при замыкании
Генератор электромеханический постоянного тока	при размыкании
Выключатель, контакт замыкающий	при замыкании и размыкании
Выключатель автоматический	Предохранитель плавкий
Контакты контактора и электрического реле:	Обмотка контактора, магнитного пускателя и реле
замыкающие	Лампа накаливания осветительная
размыкающие
переключающие
Лампа газоразрядная осветительная	Конденсатор постоянной емкости
Амперметр и вольтметр	Катушка индуктивности
Резистор постоянный	Диод полупроводниковый
Резистор переменный

Участок электроцепи, вдоль которого протекает один и тот же ток, называется ветвью. Место соединения ветвей электроцепи называется узлом. На электросхемах узел обозначается точкой. Любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, называется контуром электрической цепи. Простейшая электрическая цепь имеет одноконтурную схему, сложные электрические цепи -- несколько контуров.

Элементами электрической цепи являются различные электротехнические устройства, которые могут работать в различных режимах. Режимы работы как отдельных элементов, так и всей электрической цепи характеризуются значениями тока и напряжения. Поскольку ток и напряжение в общем случае могут принимать любые значения, то режимов может быть бесчисленное множество.

Режим холостого хода -- это режим, при котором тока в цепи нет. Такая ситуация может возникнуть при разрыве цепи. Номинальный режим бывает, когда источник питания или любой другой элемент цепи работает при значениях тока, напряжения и мощности, указанных в паспорте данного электротехнического устройства. Эти значения соответствуют самым оптимальным условиям работы устройства с точки зрения экономичности, надежности, долговечности и пр.

Режим короткого замыкания -- это режим, когда сопротивление приемника равно нулю, что соответствует соединению положительного и отрицательного зажимов источника питания с нулевым сопротивлением. Ток короткого замыкания может достигать больших значений, во много раз превышая номинальный ток. Поэтому режим короткого замыкания для большинства электроустановок является аварийным.

Согласованный режим источника питания и внешней цепи возникает в том случае, когда сопротивление внешней цепи равно внутреннему сопротивлению. В этом случае ток в цепи в 2 раза меньше тока короткого замыкания.

Самыми распространенными и простыми типами соединений в электрической цепи являются последовательное и параллельное соединение.

9. Последовательное соединение элементов цепи

В этом случае все элементы подключаются к цепи друг за другом. Последовательное соединение не дает возможности получить разветвленную цепь -- она будет неразветвленной. На рис. 1 показан пример последовательного соединения элементов в цепи.

Рис. 1. Последовательное соединение двух резисторов в цепи: 1 -- первый резистор; 2 -- второй резистор

В нашем примере взяты два резистора. Резисторы 1 и 2 имеют сопротивления R1 и R2. Поскольку электрический заряд в этом случае не накапливается (постоянный ток), то при любом сечении проводника за определенный интервал времени проходит один и тот же заряд. Из этого вытекает, что сила тока в обоих резисторах равная: I = I1 = I2

А вот напряжение на их концах суммируется:

Согласно закону Ома, для всего участка цепи и для каждого резистора в отдельности полное сопротивление цепи будет:

В случае последовательного соединения проводников напряжения и сопротивления можно выразить соотношением:

Параллельное соединение проводников

Когда два проводника соединяются параллельно, электрическая цепь имеет два разветвления. Точки разветвления проводников называют узлами. В них электрический заряд не накапливается, т. е. электрический заряд, поступающий за определенный промежуток времени в узел, равен заряду, уходящему из узла за то же время. Из этого следует, что:

где I -- сила тока в неразветвленной цепи.

При параллельном соединении проводников напряжение на них будет одно и то же. Параллельное соединение проводников показано на рис. 2.

Рис. 2. Параллельное соединение двух проводников: точки а и b -- узлы

Обозначим сопротивления параллельно соединенных двух проводников R1 и R2. Используя закон Ома для участков электрической цепи с данными сопротивлениями, можно выявить, что величина, обратная полному сопротивлению участка ab, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных проводников, т. е.:

1/R = 1/R1 + 1/R2

Из этого вытекает:

R = R1R2/(R1 + R2)

Данная формула справедлива только для определения общего сопротивления двух проводников, соединенных параллельно. Величину, обратную сопротивлению, называют проводимостью. При параллельном соединении проводников их сопротивления и сила тока связаны соотношением:

10. Соединения конденсаторов

У конденсаторов существует также два вида соединения: последовательное и параллельное.

Последовательное соединение. В этом случае обкладка одного конденсатора, заряженная отрицательно, соединена с обкладкой другого конденсатора, заряженного положительно.

На рис. 3 показан пример последовательного соединения конденсаторов.

Рис. 3. Последовательное соединение двух конденсаторов

При данном типе соединения действует следующее правило: величина, обратная емкости батареи конденсаторов при последовательном соединении, равна сумме величин, обратных емкостям отдельных конденсаторов. Из этого следует:

1/С = 1/С1 + 1/С2 + 1/С3 +...

При этом типе соединения емкость батареи конденсаторов меньше емкости любого из конденсаторов.

Параллельное соединение. При параллельном соединении конденсаторов положительно заряженные обкладки соединены с положительно заряженными, а отрицательно заряженные -- с отрицательными (рис. 4).

Рис. 4. Параллельное соединение двух конденсаторов

В этом случае емкость батареи конденсаторов будет равна сумме электрических емкостей конденсаторов:

С = С1 + С2 + С3 +...

11. Соединения источников тока

Источники тока соединить в батарею можно также двумя способами: параллельным и последовательным. Как соединять источники тока первым способом, показано на рис. 5.

Рис. 5. Параллельное соединение источников тока

При параллельном способе соединения источников тока соединяют между собой все положительные и все отрицательные полюсы. Напряжение на разомкнутой батарее будет равно напряжению на каждом отдельном источнике, т. е. при параллельном способе соединения ЭДС батареи равна ЭДС одного источника. Сопротивление батареи при параллельном включении источников будет меньше сопротивления одного элемента, потому что в этом случае их проводимости суммируются.

При последовательном соединении источников тока (рис. 6) два соседних источника соединяются между собой противоположными полюсами.

Разность потенциалов между положительным полюсом последнего источника и отрицательным полюсом первого будет равна сумме разностей потенциалов между полюсами каждого источника. Из этого вытекает, что при последовательном соединении ЭДС батареи равна сумме ЭДС источников, включенных в батарею. Общее сопротивление батареи при последовательном включении источников равняется сумме внутренних сопротивлений отдельных элементов.

Рис. 6. Последовательное соединение источников тока

12. Расчет электрических цепей

Основой расчета электрических цепей является определение силы токов в отдельных участках при заданном напряжении и заранее известном сопротивлении отдельных проводников. Для примера возьмем электрическую цепь, такую, как изображено на рис. 7.

Рис. 7. Простая электрическая цепь

Допустим, общее напряжение на концах цепи нам известно. Известны также сопротивления R1, R2... R6 подсоединенных к цепи резисторов R1, R2, R3, R4, R5, R6 (сопротивление амперметра в расчет не принимается). Следует вычислить силу токов I1, I2,... I6.

В первую очередь, нужно уточнить, сколько последовательных участков имеет данная цепь. Исходя из предложенной схемы, видно, что таких участков три, причем второй и третий содержат разветвления. Допустим, что сопротивления этих участков R1, R", R". А значит, все сопротивление цепи можно выразить как сумму сопротивлений участков:

R = R1 + R" + R"

где R" -- общее сопротивление параллельно соединенных резисторов R2, R3 и R4, a R" -- общее сопротивление параллельно соединенных резисторов R5 и R6. Применяя закон параллельного соединения, можно вычислить сопротивления R" и R":

1/R" = 1/R2 + 1/R3 + 1/R4 и 1/R" = 1/R5 + 1/R6

Для того чтобы определить силу тока в неразветвленной цепи с помощью закона Ома, нужно знать общее сопротивление цепи при заданном напряжении. Для этого следует воспользоваться формулой:

Из всего вышеизложенного можно вывести, что I = I1.

Но для определения силы тока в отдельных ветвях следует сначала вычислить напряжение на отдельных участках последовательных цепей. Опять же с помощью закона Ома можно записать:

U1 = IR1; U2 = IR"; U3 = IR"

Теперь, зная напряжение на отдельных участках, можно определить силу тока в отдельных ветвях:

I2 = U2/R2; I3 = U2/R3; I4 = U2/R4; I5 = U3/R5; I6 = U3/R6

Бывают случаи, когда нужно вычислить сопротивления отдельных участков цепи по уже известным напряжениям, силе токов и сопротивлении других участков, а также определить нужное напряжение по заданным сопротивлениям и силе токов. Метод расчета электрических цепей всегда одинаков и основан на законе Ома.

Электрическая цепь это совокупность устройств, соединенных определенным образом, которые обеспечивают путь для протекания электрического тока.

Элементами электрической цепи являются: источник тока, нагрузка и проводники. Простейшая электрическая цепь показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Простейшая электрическая цепь.

В состав электрической цепи могут входить и другие элементы, таки как устройства коммутации, устройства защиты.

Как известно, для возникновения тока необходимо соединить две точки, одна из которых имеет избыток электронов в сравнении с другой. Другими словами необходимо создать разность потенциалов между этими двумя точками. Как раз для создания разности потенциалов в цепи применяется источник тока. Источником тока в электрическойцепи могут быть такие устройства, как генераторы, батареи, химические элементы и т.д.

Нагрузкой в электрической цепи считается любой потребитель электрической энергии. Нагрузка оказывает сопротивление электрическому току и от величины сопротивления нагрузки зависит величина тока. Ток от источника тока к нагрузке течет по проводникам. В качестве проводников стараются использовать материалы с наименьшим сопротивлением (медь, серебро, золото).

Важно, что для протекания тока в цепи, цепь должна быть замкнута!

Типы электрических цепей

В электротехники по типу соединения элементов электрической цепи существуют следующие электрические цепи:

последовательная электрическая цепь;

параллельная электрическая цепь;

последовательно-параллельная электрическая цепь.

Последовательная электрическая цепь.

В последовательной электрической цепи (рисунок 2.) все элементы цепи последовательно друг с другом, то есть конец первого с началом второго, конец второго с началом первого и т.д.

Рисунок 2. Последовательная электрическая цепь.

При таком соединении элементов цепи ток имеет только один путь протекания от источника тока к нагрузке.При этом общий ток цепи Iобщ будет равен току через каждый элемент цепи:

Iобщ=I1=I2=I3

Падение напряжения вдоль всей цепи, то есть на участке А-Б (Uа-б), будет равно приложенному к этому участку напряжению E и равно сумме падений напряжений на всех участках цепи (резисторах):

E=Uа-б=U1+U2+U3

13. Параллельная электрическая цепь

В параллельной электрической цепи (рисунок 3.) все элементы соединены таким образом, что их начало соединены в одну общую точку, а концы в другую.

Рисунок 3. Параллельная электрическая цепь.

В этом случае у тока имеется несколько путей протекания от источника к нагрузкам, а общий ток цепи Iобщ будет равен сумме токов параллельных ветвей:

Iобщ=I1+I2+I3

14. Последовательно-параллельная электрическая цепь

электрический ток напряжение ом

Последовательно-параллельная электрическая цепь является комбинацией последовательной и параллельной цепи, то есть ее элементы включаются и последовательно и параллельно (рисунок 4).

Рисунок 4. Последовательно-параллельная электрическая цепь.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Условия, необходимые для существования электрического тока. Достоинства и недостатки параллельного соединения проводников. Единица силы тока. Работа электрического тока в замкнутой электрической цепи. Закон Ома для участка цепи. Химическое действие тока.

презентация , добавлен 07.02.2015

Понятие электрической цепи и электрического тока. Что такое электропроводность и сопротивление, определение единицы электрического заряда. Основные элементы цепи, параллельное и последовательное соединения. Приборы для измерения силы тока и напряжения.

презентация , добавлен 22.03.2011

Расчет линейных электрических цепей постоянного тока, определение токов во всех ветвях методов контурных токов, наложения, свертывания. Нелинейные электрические цепи постоянного тока. Анализ электрического состояния линейных цепей переменного тока.

курсовая работа , добавлен 10.05.2013

Понятие электрического тока, выбор его направления, действие и сила. Движение частиц в проводнике, его свойства. Электрические цепи и виды соединений. Закон Джоуля-Ленца о количестве теплоты, выделяемое проводником, закон Ома о силе тока на участке цепи.

презентация , добавлен 15.05.2009

Исследование основных особенностей электромагнитных процессов в цепях переменного тока. Характеристика электрических однофазных цепей синусоидального тока. Расчет сложной электрической цепи постоянного тока. Составление полной системы уравнений Кирхгофа.

реферат , добавлен 27.07.2013

Основные величины электрического тока и принципы его измерения: закон Ома, Джоуля-Ленца, электромагнитной индукции. Электрические цепи и формы их построения: последовательное и параллельное соединение в цепи, катушка индуктивности и конденсатор.

реферат , добавлен 23.03.2012

Основные законы и методы анализа линейных цепей постоянного тока. Линейные электрические цепи синусоидального тока. Установившийся режим линейной электрической цепи, питаемой от источников синусоидальных ЭДС и токов. Трехфазная система с нагрузкой.

курсовая работа , добавлен 15.04.2010

Основные понятия и специальные разделы электродинамики. Условия существования электрического тока, расчет его работы и мощности. Закон Ома для постоянного и переменного тока. Вольт-амперная характеристика металлов, электролитов, газов и вакуумного диода.

презентация , добавлен 30.11.2013

Причины электрического тока. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Закон Ома в дифференциальной форме. Работа и мощность. Закон Джоуля–Ленца. Плотность тока, уравнение непрерывности. КПД источника тока. Распределение напряженности и потенциала.

презентация , добавлен 13.02.2016

Характеристика электрического поля как вида материи. Исследование особенностей проводников, полупроводников и диэлектриков. Движение тока в электрической цепи. Изучение законов Ома, Джоуля-Ленца и Кирхгофа. Изоляционные материалы. Электродвижущая сила.

Cтраница 2

Такое упорядоченное движение электрических зарядов и есть электрический ток.

Такое упорядоченное движение электрических зарядов в проводящей среде, происходящее под действием сил электрического поля, называется электрическим током.

Если упорядоченное движение электрических зарядов происходит вдоль проводника или диэлектрика то в прямом, то в обратном направлении и притом с изменяющейся средней скоростью, то такое упорядоченное движение свободных или связанных электрических зарядов создает ток, который называется переменным. Следовательно, переменным током называется такой электрический ток, который меняется по величине и направлению.

Всякое упорядоченное движение заряженных частиц (или тел) называется электрическим током. За направление тока условно принимают направление движения положительных зарядов.

Это упорядоченное движение электрических зарядов по проводнику под действием внешнего электрического поля называется электрическим током.

Скорость упорядоченного движения носителей и удобно выразить через плотность тока (формула (55.1)) u jlne, где е - величина заряда носителя, а п - концентрация.

Явление упорядоченного движения заряженных частиц под действием электрического поля называют электрическим током.

Именно это слабое упорядоченное движение и обуслов-ливает электрический ток в проводнике.

Наконец, упорядоченное движение электрических зарядов может возникнуть и без действия внешних сил, а за счет явления диффузии или за счет химических реакций в источнике тока. Работа, расходуемая на упорядоченное движение электрических зарядов, совершается за счет внутренней энергии источника тока. И хотя здесь нет прямого действия каких-либо сил на свободные заряды, явление протекает так, как будто бы на заряды действует некоторое сторонйее поле.

Наконец, упорядоченное движение электрических зарядов может возникнуть и без действия внешних сил, а за счет явления-диффузии или за счет химических реакций в источнике тока. Работа, расходуемая на упорядоченное движение электрических зарядов, совершается за счет внутренней энергии источника тока. И хотя здесь нет прямого действия каких-либо сил на свободные заряды, явление протекает так, как будто бы на заряды действует некоторое стороннее поле.

Электрический ток-это упорядоченное движение электрических зарядов.

В передаче упорядоченного движения участвует не менее двух систем. Они образуют оба конца передачи. Одну систему мы изучаем. Мы исследуем, как совершение работы над выбранной (нашей) системой влияет, например, на ее температуру. Вторая система, на другом конце передачи, измеряет количество работы. Больше ничего во второй системе нас не интересует. Название второй системы, в отличие от нашей системы, - источник работы.

При своем упорядоченном движении носители зарядов испытывают многочисленные столкновения с другими частицами вещества, которые находятся в тепловом движении. Эти столкновения затрудняют упорядоченное движение носителей зарядов и являются причиной сопротивления, оказываемого проводящей средой прохождению тока.

За направление тока принято считать движение положительных зарядов. В металле положительные заряды, являющиеся ядрами атомов, связаны в кристаллической решетке и перемещаться не могут. Внешние (валентные) электроны не связаны с определенными атомами и могут свободно перемещаться по проводнику. Эти электроны называются свободными или электронами проводимости .

Для существования тока необходимо два условия:

1)наличие свободных носителей заряда;

2)наличие электрического поля.

Различают два вида тока

ток проводимости;

конвекционный ток.

Силой тока I называется скалярная физическая величина, характеризующая перенос зарядов по проводнику и численно равная заряду, переносимому через поперечное сечение проводника в единицу времени.

При I = const (постоянный ток)

. (1)

1 Ампер - это сила тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и малой площади сечения, расположенными в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, вызывает на участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия 210 7 Н.

Плотностью тока называется векторная физическая величина, характеризующая направление тока в проводнике и его распределение по сечению проводника, численно равная силе тока, приходящейся на единицу площадки, ориентированной перпендикулярно направлению тока.

(2)

При

. (3)

- закон Ома в дифференциальной форме. (4)

 - удельная электропроводность;  - удельное электросопротивление.

Плотность тока j в каждой точке внутри проводника равна произведению удельной электропроводности проводника на напряженность электрического поля в этой точке .

- закон Джоуля - Ленца в дифференциальной форме. (5)

Удельная тепловая мощность тока в проводнике равна произведению его удельной электропроводности на напряженность электрического поля в квадрате.

48 Электродвижущая сила (эдс)

Источниками тока называются устройства, способные создавать разность потенциалов за счет работы сил не электростатического происхождения.

Сторонними силами называются силы не электростатического происхождения, действующие на заряды со стороны источника тока.

Природа сторонних сил:

- химические (гальванические элементы);

- механические (генераторы;

- энергия света (солнечные батареи).

Электродвижущей силой источника (ЭДС ) называется:

работа, которую затрачивают сторонние силы на перемещение единичного положительного заряда с () клеммы на (+) клемму внутри источника;

разность потенциалов на выходных клеммах источника тока при разомкнутой внешней цепи.

, (1)

Разность потенциалов

Разностью потенциалов  1   2 на участке цепи называется работа, совершаемая кулоновскими силами при перемещении положительного заряда.

Напряжением U на участке цепи называется работа, совершаемая кулоновскими и сторонними силами при перемещении положительного заряда.

, [В] ,

Напряжение и разность потенциалов совпадают при отсутствии в цепи ЭДС.

Сопротивление R отражает степень помех, которые испытывают свободные электроны при своем движении по проводнику под действием напряжения. Для проводника с удельным сопротивлением , длиной l и площадью поперечного сечения S

[Ом]. (3)

Наименьшим удельным сопротивлением обладают

серебро (

Омм),

медь (

Омм) и алюминий (

Омм).

Сопротивление металлических проводников увеличивается с ростом температуры:

, (4

где - удельное сопротивление при 0 0 С, а

- постоянная для данного вещества величина, называемаятемпературным коэффициентом сопротивления . Изменение сопротивления при изменении температуры может быть весьма значительным. Так у лампы накаливания при прохождении по ней тока и нагреве ее спирали сопротивление последней увеличивается более чем в 10 раз.

49. Для упрощения расчетов сложных электрических цепей, содержащих неоднородные участки, используются правила Кирхгофа , которые являются обобщением закона Ома на случай разветвленных цепей. В разветвленных цепях можно выделить узловые точки (узлы) , в которых сходятся не менее трех проводников (рис. 4.10.1). Токи, втекающие в узел, принято считать положительными; токи, вытекающие из узла – отрицательными.

В узлах цепи постоянного тока не может происходить накопление зарядов. Отсюда следует первое правило Кирхгофа: Алгебраическая сумма сил токов для каждого узла в разветвленной цепи равна нулю:

I1 + I2 + I3 + ... + In = 0.

Первое правило Кирхгофа является следствием закона сохранения электрического заряда . В разветвленной цепи всегда можно выделить некоторое количество замкнутых путей, состоящих из однородных и неоднородных участков. Такие замкнутые пути называются контурами . На разных участках выделенного контура могут протекать различные токи. На рис. 4.10.2 представлен простой пример разветвленной цепи. Цепь содержит два узла a и d, в которых сходятся одинаковые токи; поэтому только один из узлов является независимым (a или d).

В цепи можно выделить три контура abcd, adef и abcdef. Из них только два являются независимыми (например, abcd и adef), так как третий не содержит никаких новых участков. Второе правило Кирхгофа является следствием обобщенного закона Ома. Запишем обобщенный закон Ома для участков, составляющих один из контуров цепи, изображенной на рис. 4.10.2, например, abcd. Для этого на каждом участке нужно задать положительное направление тока и положительное направление обхода контура . При записи обобщенного закона Ома для каждого из участков необходимо соблюдать определенные «правила знаков», которые поясняются на рис. 4.10.3.

Для участков контура abcd обобщенный закон Ома записывается в виде: Для участка bc: I1R1 = Δφbc – 1. Для участка da: I2R2 = Δφda – 2. Складывая левые и правые части этих равенств и принимая во внимание, что Δφbc = – Δφda , получим:

Второе правило Кирхгофа можно сформулировать так: алгебраическая сумма произведений сопротивления каждого из участков любого замкнутого контура разветвленной цепи постоянного тока на силу тока на этом участке равна алгебраической сумме ЭДС вдоль этого контура. Первое и второе правила Кирхгофа, записанные для всех независимых узлов и контуров разветвленной цепи, дают в совокупности необходимое и достаточное число алгебраических уравнений для расчета электрической цепи. Для цепи, изображенной на рис. 4.10.2, система уравнений для определения трех неизвестных токов I1, I2 и I3 имеет вид:

I1R1 + I2R2 = – 1 – 2,

– I2R2 + I3R3 = 2 + 3,

– I1 + I2 + I3 = 0.

Таким образом, правила Кирхгофа сводят расчет разветвленной электрической цепи к решению системы линейных алгебраических уравнений. Это решение не вызывает принципиальных затруднений, однако, бывает весьма громоздким даже в случае достаточно простых цепей. Если в результате решения сила тока на каком-то участке оказывается отрицательной, то это означает, что ток на этом участке идет в направлении, противоположном выбранному положительному направлению

50. Электроны проводимости в металле находятся в беспорядочном движении. Наиболее быстро движущиеся электроны, обладающие достаточно большей кинетической энергией, могут вырываться из металла в окружающее пространство. При этом они совершают работу как против сил притяжения со стороны избыточного положительного заряда, возникающего в металле в результате их вылета, так и против сил отталкивания со стороны ранее вылетевших электронов, образующих вблизи поверхности проводника электронное “облако”. Между электронным газом, в металле и электронным «облаком” устанавливается динамическое равновесие. Работу, которую нужно совершить для удаления электрона из металла в вакуум называют работой выхода. Она равна , где е -заряд электрона, - потенциал выхода. Работа выхода производится электронами - за счет уменьшения их кинетической энергии. Поэтому понятно, что медленно движущиеся электроны вырваться из металла не могут. Работа выхода зависит от химической природы металла и состояния его поверхности загрязнения, следы влаги и пр. изменяют ее величину. Для чистых металлов работа выхода колеблется в пределах нескольких электронвольт. Электрон проводимости может вылететь из какого либо металла в том случае, если его энергия превышает работу выхода А электрона из металла. Явление испускания электронов нагретыми металлами называется термоэлектронной эмиссией.

Концентрация электронов проводимости в металле весьма велика; их тепловые скорости при данной температуре различны и распределены, по классическим представлениям, в соответствии с законом Максвелла. Это означает, что даже при средних температурах в металле имеется достаточно большое число электронов проводимости, способных совершить работу выхода и вылететь из металла. При этом работа выхода равна убыли кинетической энергии

где m, е - соответственно масса и заряд электрона, и - скорости электрона до и после выхода из металла. При обычных температурах количество электронов, имеющих скорость, достаточную для вылета, очень невелика. Существуют несколько способов сообщения электронам дополнительной энергии, необходимой для удаления их из металла: нагревание проводника

(термоэлектронная эмиссия); облучение металлов видимым и ультрафиолетовым светом (фотоэлектронная эмиссия); воздействие ускоряющего внешнего электрического поля (автоэлектронная, или холодная эмиссия); бомбардировка металла электронами или ионами.

Для того чтобы получить значительный поток электронов, так называемый эмиттер нагревают до температур порядка 2000÷2500 К.

Контактная разность потенциалов - это разность потенциалов , возникающая при соприкосновении двух различных проводников , имеющих одинаковую температуру .

При соприкосновении двух проводников с разными работами выхода на проводниках появляются электрические заряды. А между их свободными концами возникает разность потенциалов . Разность потенциалов между точками находящимися вне проводников, в близи их поверхности называется контактной разностью потенциалов . Так как проводники находятся при одинаковой температуре, то в отсутствие приложенного напряжения поле может существовать только в пограничных слоях (Правило Вольта ). Выделяется внутренняя разность потенциалов(при соприкосновении металлов) и внешняя (в зазоре). Значение внешней контактной разности потенциалов равно разности работ выхода отнесенной к заряду электрона. Если проводники соединить в кольцо то ЭДС в кольце будет равна 0. Для разных пар металлов значение контактной разности потенциалов колеблется от десятых до единиц вольт.

Электрич. поле К. р. п., создаваемое приконтактным объёмным зарядом , сосредоточено вблизи границы раздела и в зазоре между проводниками. Протяжённость приконтактной области тем меньше, чем больше концентрации электронов проводимости в проводниках: в металлах см, в полупроводниках до см. При контакте полупроводника с металлом практически вся область приконтактного поля локализована в полупроводнике.

Вольт (В, V) может быть определён либо как электрическое напряжение на концах проводника , необходимое для выделения в нём тепла мощностью в один ватт (Вт, W) при силе протекающего через этот проводник постоянного тока в один ампер (A), либо как разность потенциалов между двумя точками электростатического поля , при прохождении которой над зарядом величиной 1 кулон (Кл, C) совершается работа величиной 1 джоуль (Дж, J) . Выраженный через основные единицы системы СИ, один вольт равен м ² · кг · с −3 · A −1 .

Вольт (русское обозначение: В; международное: V) - в Международной системе единиц (СИ) единица измерения электрического потенциала , разности потенциалов , электрического напряжения и электродвижущей силы .

Разность потенциалов между двумя точками равна 1 вольту, если для перемещения заряда величиной 1 кулон из одной точки в другую над ним надо совершить работу величиной 1 джоуль . Вольт также равен электрическому напряжению, вызывающему в электрической цепи постоянный ток силой 1 ампер при мощности 1 ватт .

Единица названа в честь итальянского физика и физиолога Алессандро Вольта (1745–1827), который изобрёл вольтов столб , первую электрическую батарею.

1 В = (1/300) ед. потенциала СГСЭ .

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА Постоянный электрический ток § 1. Электрический ток Электрические заряды в движении. Гравитационное притяжение испытывают все тела и частицы, обладающие массой. Структура Вселенной формируется гравитационным притяжением тел огромных масс. Неограниченное гравитационное сжатие предотвращает движение этих тел. Существование тел конечных размеров оказывается возможным потому, что между частицами вещества действуют более мощные, чем гравитационные, силы электромагнитной природы: притяжения и отталкивания, которые могут уравновесить друг друга. Однако, как мы выяснили ранее (см. Ф-10, § 78), система неподвижных (статических) электрических зарядов не может быть устойчивой. Устойчивой может быть лишь система движущихся зарядов, подобно тому как наиболее сейсмически устойчивые здания строятся на подвижной опоре. Поэтому следующим важным шагом в изучении структуры вещества является рассмотрение электромагнитного поля движущихся электрических зарядов. Электрический заряд является источником электромагнитного поля, которое распространяется в пространстве со скоростью света. Энергия электромагнитного поля, переносимая в пространстве от одного заряда к другому, убывает при увеличении расстояния между зарядами. Изменить энергию электромагнитного взаимодействия зарядов можно, например приближая один заряд к другому. Движение зарядов в проводнике. Направленное движение зарядов в проводнике приводит к переносу энергии электромагнитного поля в пространстве. Для существования электрического тока необходимы свободные заряды - носители тока, например заряженные частицы. 1 *

Электродинамика Электрический ток - упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. В проводнике концентрация свободных зарядов, которые могут перемещаться по всему объему проводника, не покидая его пределов, наибольшая. Поэтому для передачи энергии электромагнитного поля из одной точки пространства в другую используют металлические проводники подобно тому, как для транспортировки воды применяют трубы. Направленное движение свободных зарядов в проводнике возможно под действием внешнего электрического поля. В отсутствие внешнего электрического поля (Е = 0) движение зарядов в проводнике является хаотическим (серая линия на рис. 1). Так движутся, например, положительные и отрицательные ионы в электролитах, электроны в металлических проводниках. После нескольких столкновений с другими частицами заряженные частицы могут вернуться практически к первоначальному положению. В том случае, когда к проводнику приложено внешнее электрическое поле (Е * 0), на заряды действует дополнительно кулоновская сила. В результате этого положительный заряд, притягиваясь к отрицательному полюсу и отталкиваясь от положительного, приобретает составляющую скорости v + вдоль напряженности электрического поля, или направленную скорость. За промежуток времени t положительный заряд «дрейфует» на расстояние l + = v + t в направлении напряженности электрического поля (черная линия на рис. 1). Отрицательный заряд смещается на расстояние l _ - v _ t (v _ - скорость дрейфа в направлении, противоположном напряженности электрического поля). В проводнике, помещенном в электрическое поле, происходит наложение упорядоченного движения зарядов на хаотическое тепловое.
1> Движение носителей зарядов в проводнике. Наложение упорядо ченного движения зарядов на хаотическое тепловое движение в электрическом поле: а) положительных; б) отрицательных

Постоянный электрический ток

5 За направление тока принимают направление упорядоченного движения положительно заряженных частиц. Направление тока совпадает с направлением напряженности электрического поля, вызывающего этот ток. В металлах, где носителями тока
являются свободные, отрицательно _g заряженные электроны, направле- , ние тока считается противоположным направлению скорости их упорядоченного движения (рис. 2).

ВОПРОСЫ Направление тока в металлическом
проводнике противоположно п „ направлению движения электронов 1. Дайте определение электрического то- г г ка.

При каких условиях возникает электрический ток? Почему движение заряженных частиц в проводнике в отсутствие внешнего электрического поля является хаотическим? Чем отличается движение заряженных частиц в проводнике в отсутствие и при наличии внешнего электрического поля? Как выбирается направление электрического тока? В каком направлении движутся электроны в металлическом проводнике, по которому протекает электрический ток? § 2. Сила тока Определение силы тока. Интенсивность направленного движения заряженных частиц в проводнике характеризует величина электрического заряда, проходящего через поперечное сечение проводника за 1 с, или сила тока. Эта величина может меняться с течением времени. Сила тока в данный момент времени - скалярная физическая величина, равная пределу отношения величины электрического заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени его прохождения: /= lim ^. (1)

At-»0 At

Электродинамика Формула (1) в математике представляет собой производную. Поэтому dt (2) Сила тока - производная по времени от заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника за промежуток времени t . Единица силы тока (основная единица СИ) - ампер (1 А):

1 А = 1 Кл/с.

Точное определение ампера будет дано в § 25. Связь силы тока с направленной скоростью. Для того чтобы рассчитать силу тока, найдем заряд Aq , протекающий через поперечное сечение проводника (электролита) за промежуток времени At (рис. 3). За это время через сечение проводника пройдут только заряды, движущиеся со скоростью v сонаправленно с напряженностью внешнего электрического поля, которые находятся внутри цилиндра сечением S с образующей А1 = vAt . Зная концентрацию п заряженных частиц, можно найти число заряженных частиц в этом объеме N = nSvAt и определить их заряд:

Aq = q () N = q 0 nSvAt ,

Где q 0 - заряд одной частицы. Из формулы (1), следует, что сила тока

/ = q 0 nSv .

(3) Если скорость движения зарядов не зависит от времени, т. е. v = const, то сила тока / = const. Постоянный электрический ток - ток, сила которого не изменя- ется с течением времени. Постоянный ток широко используется в электрических схемах автомобилей, а также в микроэлектронике и т. д.

	, Al = vAt
3^ Электрический ток положительных	q ° ±
3^ Электрический ток положительных		z+
шрядов в электролите	9-- w S, \п&* \jL. Aq	""Единица объема

Постоянный электрический ток

е/т

В проводнике, площадь поперечного сечения которого 1 мм 2 , сила тока 1,6 А. Концентрация электронов в проводнике 10 23 м~ 3 при температуре 20 °С. Найдите среднюю скорость направленного движения электронов и сравните ее с тепловой скоростью электронов. j/QO Mlc " ((£ Ь^ь " За 4 с сила тока в проводнике л"инейно возросла с 1 до 5 А. Постройте график зависимости силы тока от времени. Какой заряд прошел через поперечное сечение проводника за это время?

§ 3. Источник тока Условие существования постоянного тока в проводнике. Рассмотрим условия существования постоянного тока в проводнике. При помещении проводника во внешнее постоянное электрическое поле в нем происходит перераспределение свободных зарядов, называемое электростатической индукцией (см. Ф-10, § 86). Электрическое поле индуцированных (наведенных) зарядов достаточно быстро компенсирует внешнее поле. Напряженность поля внутри проводника становится равной нулю, заряды перестают двигаться направленно, ток прекращается. Для того чтобы ток существовал непрерывно, напряженность внешнего поля должна быть больше напряженности поля индуцированных зарядов. Это возможно, если скорость нарастания внешнего электрического поля превосходит скорость разделения индуцирован-
Электродинамика ных зарядов. Добиться увеличения напряженности внешнего электрического поля можно, подводя дополнительные заряды к проводнику извне. Эти заряды генерирует и подводит к проводнику источник тока. Источник тока - устройство, разделяющее положительные и отрицательные заряды. Гальванический элемент. Разделение зарядов возможно в результате преобразования механической, тепловой, химической, световой энергий в электрическую. Так, в гальваническом элементе заряды на электродах оказываются разноименными за счет энергии химической реакции между электродами и электролитом. В элементе Вольта в раствор серной кислоты (H 2 S0 4) погружены медный (Си) и цинковый (Zn) электроды. Отрицательные ионы SO|~, находящиеся в растворе вблизи электронейтральных медного и цинкового электродов, притягивают ионы Си 2+ и Zn 2+ , располагающиеся в узлах кристаллической решетки (рис. 4, а). Энергия притяжения разноименных ионов превосходит энергию связи ионов Си 2+ и Zn 2+ в кристаллической решетке металлических электродов, поэтому эти ионы переходят в раствор. Кинетическая энергия (E k ) Cu 2 + ионов Си 2+ , переходящих в раствор, оказывается меньше кинетической энергии (E k ) Zn 2+ ионов Zn 2+ , так как энергия связи Е Си ионов меди Си 2+ в кристаллической решетке превышает энергию связи E Zn ионов Zn 2+ (рис. 5): ( E ft)cu 2+ ~ Е ± ~ ^Cu" (£ fc)zn 2+ ~Е ± -Е Zn " где Е ± - энергия ионов в растворе. Чем больше положительных ионов переходит в раствор, тем большим становится по модулю отрицательный заряд электрода (рис. 4, б), что пре-

а) sol Си ) «в I Си 2+ " so|- :. ; С"Х". H 2 SQ 4 А4 Перераспределение зарядов в гальваническом элементе Вольта
Постоянный электрический ток
У Ezn О" №* W + i(p,B +0,34 -0,76 = 1,1 В ^5 Электродвижущая сила гальванического элемента Вольта пятствует выходу из него других ионов. Растворение электродов прекращ ется, если кинетическая энергия положительных ионов оказывается нед статочной для преодоления разности потенциалов двойного электрическо слоя. Этот слой образован положительными зарядами ионов в растворе и с рицательными избыточными зарядами электродов: (- E ft)cu 2+ = 9оФси" (-Eft)zn 2 9 0 Нормальные элект родные потенциалы! где ф Си и ф 2п - потенциалы медного и цинкового электродов относительно раствора.

Металл
Литий
Калий
Натрий
Алюминий
Цинк
Железо
Олово
Свинец	-о,ц
Медь
Ртуть
Серебро
Платина
Золото

Обычно за нуль отсчета энергии связи принимают энергию £ н, необходимую для ионизации газообразного молекулярного водорода. Соответственно, в качестве нуля отсчета потенциала электродов принят потенциал на так называемом водородном электроде (см. ось (р на рис. 5). Водородный электрод образуется газообразным водородом, находящимся вблизи химически нейтральной платины. Нормальные электродные потенциалы - потенциалы на электродах, отсчитываемые относительно водородного электрода. Нормальные электродные потенциалы для некоторых металлов приведены в таблице 1 . ЭДС гальванического элемента. Между медным и цинковым электродами возникает постоянное напряжение, равное разности нормальных потенциалов (см. рис. 5):

ё = Феи ~

Называемое электродвижущей силой гальванического элемента та или ЭДС. Медный электрод, имеющий больший потенциал, оказывается жительным полюсом источника - анодом, а цинковый - отрицат

Электродинамика Изоляция
Оксид ртути
Электролит а) Хлорид

аммония

Угольный Цинковая

электрод оболочка

б) ным - катодом. Используя данные таблицы 1, можно аналогично рассчитать ЭДС элемента с парой электродов из других металлов. Наиболее распространенные элементы - источники тока - изображены на рисунке 6. Ртутная батарейка (рис. 6, а), используемая в часах, калькуляторах и слуховых аппаратах, дает ЭДС около 1,4 В. Традиционная батарейка для карманных фонарей (рис. 6, б) имеет ЭДС 1,5 В.

Почему электростатическая индукция препятствует существованию постоянного тока в проводнике? Что такое источник тока? Какова его роль в электрической цепи? Что такое гальванический элемент? Почему происходит разделение зарядов в гальваническом элементе Вольта? Когда прекращается растворение электродов в растворе электролита? Что такое нормальный электродный потенциал? Чему равна разность потенциалов на зажимах гальванического элемента? Источники тока: а) миниатюрная
батарейка; б) батарейка для
карманного фонаря ▲ 6 § 4. Источник тока в электрической цепи Сторонние силы. При соединении проводником электродов (полюсов) источника тока по проводнику под действием постоянной разности потенциалов протекает электрический ток. Движущиеся от катода к аноду по проводнику электроны уменьшают разность потенциалов между электродами, унося отрицательный заряд с катода и нейтрализуя положительный на аноде. Для поддержания постоянной разности потенциалов заряды должны накапливаться на полюсах источника: положительные заряды в электролите должны двигаться к аноду, а отрицательные к катоду. Такое движение в направлении, противоположном действию кулоновских сил отталкивания между одноименными зарядами, может происходить лишь под действием сил неэлектрической природы, называемых сторонними силами.