В источнике тока происходит: В источнике тока происходит … 1) преобразование электрической энергии в механическую 2)

Содержание

2. Электрический ток. Электрическая цепь. Гальванические элементы. Аккумуляторы

Электрический ток — направленное, упорядоченное движение электрических зарядов.

Электрические заряды могут быть разными. Это могут быть электроны или ионы (положительно или отрицательно заряженные).
Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать в нём электрическое поле. Под действием поля электрические заряды начнут перемещаться, возникнет электрический ток.

 

Обрати внимание!

Условия существования электрического тока:

• наличие свободных электрических зарядов;
• наличие электрического поля, которое обеспечивает движение зарядов;
• замкнутая электрическая цепь.
Электрическое поле создают источники электрического тока.

Источник тока — это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию.

В любом источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц, которые накапливаются на полюсах источника.

 

Существуют различные виды источников тока:

  

• Механический источник тока — механическая энергия преобразуется в электрическую энергию. Сюда относятся: электрофорная машина, динамо-машина, генераторы.


 

Рис. \(1\). Электрофорная машина

 

Диски электрофорной машины приводятся во вращение в противоположных направлениях. В результате трения щёток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака.

 

• Тепловой источник тока — внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию.

 

 

 

Рис. \(2\). Тепловой источник тока

 

К нему относится термоэлемент. Две проволоки из разных металлов спаяны с одного края. Затем место спая нагревают, тогда между другими концами этих проволок появляется напряжение.

 

• Световой источник тока — энергия света преобразуется в электрическую энергию. Сюда относится фотоэлемент.


 

Рис. \(3\). Световой источник тока

 

При освещении некоторых полупроводников световая энергия превращается в электрическую. Из фотоэлементов составлены солнечные батареи.

 

• Химический источник тока — внутренняя энергия преобразуется в электрическую в результате протекающих химических реакций.
Примером такого источника является гальванический элемент. 

 

 

Рис. \(4\). Химический источник тока

 

Угольный стержень У (с металлической крышкой М) помещают в полотняный мешочек, наполненный смесью оксида марганца с углём С, а затем  в цинковый сосуд Ц. Оставшееся пространство заполняют желеобразным раствором соли Р. При протекании химической реакции цинк заряжается отрицательно (отрицательный электрод), а угольный стержень — положительно (положительный электрод). Между заряженным угольным стержнем и цинковым сосудом возникает электрическое поле.

Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею.

 

 

Рис. \(5\). Батарея гальванических элементов

 

Источники тока на основе гальванических элементов применяются в бытовых автономных электроприборах, источниках бесперебойного питания. Они являются одноразовыми. В быту часто используют батарейки, которые можно подзаряжать многократно. Их называют аккумуляторами.

 

 

 

Рис. \(6\). Аккумуляторы

 

Простейший аккумулятор состоит из сосуда, наполненного слабым раствором серной кислоты в воде, в который опущены две свинцовые пластины (электроды). Чтобы аккумулятор стал источником тока, его надо зарядить. Если обе пластины соединить с полюсами какого-либо источника электрической энергии, то электрический ток, проходя через раствор, зарядит один электрод положительно, а другой — отрицательно. Такие аккумуляторы называют кислотными или свинцовыми. Кроме них ещё существуют щелочные или железоникелевые аккумуляторы. В металлогидридных аккумуляторах отрицательный электрод состоит из порошкообразного железа, а положительный из гидроокиси никеля с добавками графита и окиси бария. Электролитом служит раствор едкого калия с добавками моногидрата лития. 
Аккумуляторы используют в автомобилях, электромобилях, сотовых телефонах, железнодорожных вагонах и даже на искусственных спутниках Земли.
Наряду с источниками тока существуют различные потребители электроэнергии: лампы, пылесосы, компьютеры и многие другие.

 

Элементы электрической цепи:

  • источник напряжения;
  • потребители: резисторы, лампы, реостат…
  • измерительные приборы: вольтметр, амперметр, ваттметр, омметр;
  • соединительные провода;
  • ключи для размыкания и переключения цепи.

Для поддержания электрического тока в цепи необходимы источники электрической энергии: источники электрического тока, источники электрического напряжения.

Источник ЭДС (идеальный источник напряжения) — двухполюсник, на зажимах которого электродвижущая сила (и напряжение) всегда поддерживается постоянным значением.

Источник электрического тока — двухполюсник, создающий ток постоянного значения, не зависящего от значения сопротивления на подключенной нагрузке. Внутреннее сопротивление такого источника приближается к бесконечности.

 

Необходимое условие существования тока  — замкнутая цепь! Это означает, что все элементы цепи должны быть проводниками электричества и в цепи не должно быть разрывов. В случае размыкания цепи ток прекращает течь. Именно размыкание цепи и лежит в основе работы всех реле, кнопок и выключателей.

  

Порядок сборки электрической цепи указывается на специальном чертеже, который принято называть схемой.

  

 

Рис. \(7\). Схема 

 

Приборы на схемах обозначают условными знаками. Вот некоторые из них:


Таблица 1. Некоторые приборы и их обозначения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Источники:

Рис. 2. Тепловой источник тока. © ЯКласс.
Рис. 3. Световой источник тока. © ЯКласс.
Рис. 4. Химический источник тока. © ЯКласс.
Рис. 5. Батарея гальванических элементов. © ЯКласс.

http://www.fizika.ru/kniga/index.php?mode=paragraf&theme=09&id=9010
http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669ba06a-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/3_8.swf

Физика 8 класс. Источники электрического тока :: Класс!ная физика

Физика 8 класс. ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Источник тока — это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию.
В любом источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц, которые накапливаются на полюсах источника.
Существуют различные виды источников тока:

Механический источник тока

— механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.


К ним относятся : электрофорная машина (диски машины приводятся во вращение в противоположных направлениях. В результате трения щеток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака), динамо-машина, генераторы.

Тепловой источник тока

— внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию.


Например, термоэлемент — две проволоки из разных металлов необходимо спаять с одного края, затем нагреть место спая, тогда между другими концами этих проволок появится напряжение.
Применяются в термодатчиках и на геотермальных электростанциях.

Световой источник тока

— энергия света преобразуется в электрическую энергию.

Например, фотоэлемент — при освещении некоторых полупроводников световая энергия превращается в электрическую. Из фотоэлементов составлены солнечные батареи.
Применяются в солнечных батареях, световых датчиках, калькуляторах, видеокамерах.

Химический источник тока

— в результате химических реакций внутренняя энергия преобразуется в электрическую.

Например, гальванический элемент — в цинковый сосуд вставлен угольный стержень. Стержень помещен в полотняный мешочек, наполнен-ный смесью оксида марганца с углем. В элементе используют клейстер из муки на растворе нашатыря. При взаимодействии нашатыря с цинком, цинк приобретает отрицательный заряд, а угольный стержень — положительный заряд. Между заряженным стержнем и цинковым сосудом возникает электрическое поле. В таком источнике тока уголь является положительным электродом, а цинковый сосуд — отрицательным электродом.
Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею.

Источники тока на основе гальванических элементов применяются в бытовых автономных электроприборах, источниках бесперебойного питания.
Аккумуляторы — в автомобилях, электромобилях, сотовых телефонах.


УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Условное обозначение источника тока на электрической схеме

или батареи, состоящей из нескольких источников

Устали? — Отдыхаем!

Тест по физике на тему: «Электрический ток»

Тест: «Электрический ток»

1. Электрическим током называют

1) движение заряженных частиц
2) направленное движение частиц
3) направленное движение заряженных частиц
4) направленное движение электронов

2. Чтобы в проводнике возник электрический ток, необходимо

1) действие на электроны сил, вызывающих их движение
2) создание в проводнике электрического поля
3) наэлектризовать проводник

3. Каково назначение источника тока?

1) Поддерживать существование в проводнике электрического поля
2) Создавать электрические заряды в проводнике

3) Освобождать электроны в проводнике от связи с атомами

4. Какой процесс происходит во всех источниках тока?

1) Разделение положительно и отрицательно заряженных частиц
2) Создание потоков заряженных частиц
3) Скопление электронов или ионов

5. Полюсы источника тока — это место, где

1) разделяются электрические заряды
2) накапливаются электрические заряды разного знака
3) электрические заряды взаимодействуют

6. Сколько полюсов и какие имеет источник тока?

1) 2; положительный и отрицательный
2) 3; положительный, отрицательный и нейтральный
3) 2; отрицательный и нейтральный
4) 2; положительный и нейтральный

7. Какая энергия необходима для разделения в источнике тока электрических зарядов?

1) Механическая
2) Внутренняя
3) Химическая
4) Любая из перечисленных или другой вид энергии

8. За счет какой энергии происходит разделение заряженных частиц в гальваническом элементе?

1) Механической
2) Внутренней
3) Энергии химических реакций
4) Энергии света

9. Что в гальваническом элементе служит положительным электродом, что — отрицательным?

1) Положительным — угольный стержень, отрицательным — слой смолы
2) Положительным — угольный стержень, отрицательным — цинковый сосуд
3) Положительным — слой смолы, отрицательным — цинковый сосуд
4) Положительным — угольный стержень, отрицательным — клейстер

10. Аккумулятор дает электрический ток только после того, как

1) его согрели в теплом помещении
2) наэлектризовали его электроды
3) его зарядили от другого источника тока

Ответы:

1-3
2-2
3-1
4-1
5-2
6-1
7-4
8-3
9-2
10-3

Тест по физике Электрический ток 8 класс

Тест по физике Электрический ток. Источники электрического тока для учащихся 8 класса с ответами. Тест состоит из 10 заданий и предназначен для проверки знаний к главе Электрические явления.

1. Электрическим током называют

1) движение заряженных частиц
2) направленное движение частиц
3) направленное движение заряженных частиц
4) направленное движение электронов

2. Чтобы в проводнике возник электрический ток, необходимо

1) действие на электроны сил, вызывающих их движение
2) создание в проводнике электрического поля
3) наэлектризовать проводник

3. Каково назначение источника тока?

1) Поддерживать существование в проводнике электрическо­го поля
2) Создавать электрические заряды в проводнике
3) Освобождать электроны в проводнике от связи с атомами

4. Какой процесс происходит во всех источниках тока?

1) Разделение положительно и отрицательно заряженных ча­стиц
2) Создание потоков заряженных частиц
3) Скопление электронов или ионов

5. Полюсы источника тока — это место, где

1) разделяются электрические заряды
2) накапливаются электрические заряды разного знака
3) электрические заряды взаимодействуют

6. Сколько полюсов и какие имеет источник тока?

1) 2; положительный и отрицательный
2) 3; положительный, отрицательный и нейтральный
3) 2; отрицательный и нейтральный
4) 2; положительный и нейтральный

7. Какая энергия необходима для разделения в источнике тока электрических зарядов?

1) Механическая
2) Внутренняя
3) Химическая
4) Любая из перечисленных или другой вид энергии

8. За счет какой энергии происходит разделение заряженных ча­стиц в гальваническом элементе?

1) Механической
2) Внутренней
3) Энергии химических реакций
4) Энергии света

9. Что в гальваническом элементе служит положительным элек­тродом, что — отрицательным?

1) Положительным — угольный стержень, отрицательным — слой смолы

2) Положительным — угольный стержень, отрицательным — цинковый сосуд
3) Положительным — слой смолы, отрицательным — цинко­вый сосуд
4) Положительным — угольный стержень, отрицательным — клейстер

10. Аккумулятор дает электрический ток только после того, как

1) его согрели в теплом помещении
2) наэлектризовали его электроды
3) его зарядили от другого источника тока

Ответы на тест по физике Электрический ток. Источники электрического тока
1-3
2-2
3-1
4-1
5-2
6-1
7-4
8-3
9-2
10-3

Урок «Электрический ток. Источники тока»

Цель урока: Выяснить физическую природу электрического тока. Закрепить знания учащихся об условиях возникновения и существования электрического тока. Познакомить учащихся с основными видами источников электрического тока, показать их практическое значение; развивать навыки самостоятельной работы с текстом учебника.

Ход урока

I. Актуализация знаний.

II. Изучение нового материала.

Эксперимент 1.

Заряжаем один электрометр, добиваясь максимального отклонения стрелки. Соединяем проводником с другим электрометром. Наблюдаем уменьшение показаний первого и увеличение показаний второго.

Объяснение. Под действием электрического поля электроны проводимости перемещаются по проводнику.

Далее уточняется характер движения электронов проводимости, которые, совершая орбитальное движение вокруг ядер (ионов), движутся еще и под действием электрического поля в направлении против поля.

Движение направленных электронов проводимости в металлических проводниках под действием поля называют электрическим током.

В других проводниках (электролитах, газах) под действием поля могут двигаться любые заряженные частицы ионы, электроны.

— Почему ток был кратковременным? (Ослабело электрическое поле, при этом прекратилось движение заряженных частиц.)

2. Для существования электрического тока необходимы следующие условия:

а) наличие свободных электронов в проводнике;

б) наличие внешнего электрического поля для проводника.

Электрический ток прекращается, если электрическое поле, создающее движение зарядов, исчезает.

Чтобы электрический ток в проводнике существовал длительное время, необходимо все это время поддерживать в нем электрическое поле. Электрическое поле в проводниках создается и может длительное время поддерживаться источниками электрического тока.

2. А. Выступление учащегося — защита проекта «Источники тока» (Приложение 2).

3. Источники тока бывают различными, но во всяком из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Работа эта совершается так называемыми сторонними силами. Такие силы не могут иметь электрическое происхождение. В источниках тока в процессе работы по разделению заряженных частиц происходит превращение механической, внутренней или какой-нибудь другой энергии в электрическую.

Источники тока, у которых разделение зарядов происходит за счет энергии химических процессов, получили название гальванических.

В электрофорной машине в электрическую энергию превращается механическая энергия.

Демонстрации.

Принцип действия: электрофорной машины.

Исторически первую электростатическую машину построил в 1660г. магдебургский бургомистр Отто фон Герике. Машина представляла собой шар из серы, вращающийся вокруг железного стержня. Для получения электричества О. Герике вращал шар, натирая его рукой.

Можно осуществить и превращение внутренней энергии в электрическую. Если две проволоки, изготовленные из разных металлов, спаять, а затем нагреть, место спая, то в проволоках возникнет электрический ток. Такой источник тока называется термоэлементом.

При освещении некоторых веществ световая энергия непосредственно превращается в электрическую энергию — это явление фотоэффекта. На нем основано устройство и действие фотоэлементов.

В источниках тока за счет сил неэлектрического происхождения происходит разделение заряженных частиц, в результате чего полюса источника оказываются заряженными разноименно.

Принцип действия химического источника тока:

Источники тока, у которых разделение зарядов происходит за счет энергии химических процессов, получили название гальванических. Такое название было предложено итальянским ученым Вольта в 1796 г. в честь ученого Гальвани.

Возьмите стеклянную кювету и поместите в неё цинковую пластину и угольный электрод, налейте раствор поваренной соли в воде, соедините электроды с электрической лампочкой на напряжение 1В.

Эксперимент 2.

К клеммам гальванометра демонстрационного амперметра присоедините медные провода. К концу одного из них прикрепите исследуемый провод или гвоздь. Воткните медный провод и гвоздь в картофелину — стрелка гальванометра отклонится. Почему?

Ответ: раствор минеральных солей, содержащихся, в картофеле, и разнородные проволоки образуют гальванический элемент.

Возьмите любой фрукт из цитрусовых, вставьте в мякоть фрукта на небольшом расстоянии медную монету и оцинкованный гвоздь.

Этот элемент не сможет обеспечить горение лампочки, но с помощью гальванометра можно обнаружить небольшой электрический ток (собственный язык может тоже служить индикатором тока и не причинит вреда).

Приготовьте и испытайте действие гальванического элемента, изготовленного из соленого огурца, медного и цинкового электрода, в качестве электрода.

III. Закрепление изученного.

С целью закрепления материала в конце урока провожу опрос-беседу по изученной теме:

Как можно получить электрический ток в металлическом проводнике?

Что происходит в источниках тока?

Что является положительным и отрицательным полюсами источника тока?

Какие источники тока вы знаете?

Возникает ли электрический ток при заземлении заряженного металлического шарика?

Движутся ли заряженные частицы в проводнике, когда по нему идет ток?

Если к шарам разно именно заряженных электроскопов одновременно прикоснуться металлическим стержнем, то в них возникает электрический ток. Чем эта установка принципиально отличается от устройств, которые принято называть источниками тока?

IV. Домашнее задание.

1. Параграф 32 учебника; вопросы и задания к параграфу.

Приложение 1.

Приложение 2.

Тест по теме: «Источники электрического тока» | Электронный образовательный ресурс по физике (8 класс) на тему:

 

Тест по физике

Электрический ток 8 класс

1. Электрическим током называют

1) движение заряженных частиц
2) направленное движение частиц
3) направленное движение заряженных частиц
4) направленное движение электронов

2. Какой процесс происходит во всех источниках тока?

1) Разделение положительно и отрицательно заряженных частиц
2) Создание потоков заряженных частиц
3) Скопление электронов или ионов

3. Чтобы в проводнике возник электрический ток, необходимо

1) действие на электроны сил, вызывающих их движение
2) создание в проводнике электрического поля
3) наэлектризовать проводник

4. Каково назначение источника тока?

1) Поддерживать существование в проводнике электрического поля
2) Создавать электрические заряды в проводнике
3) Освобождать электроны в проводнике от связи с атомами

5. Какая энергия необходима для разделения в источнике тока электрических зарядов?

1) Механическая
2) Внутренняя
3) Химическая
4) Любая из перечисленных или другой вид энергии

6. За счет какой энергии происходит разделение заряженных частиц в гальваническом элементе?

1) Механической
2) Внутренней
3) Энергии химических реакций
4) Энергии света

7. Полюсы источника тока — это место, где

1) разделяются электрические заряды
2) накапливаются электрические заряды разного знака
3) электрические заряды взаимодействуют

8. Сколько полюсов и какие имеет источник тока?

1) 2; положительный и отрицательный
2) 3; положительный, отрицательный и нейтральный
3) 2; отрицательный и нейтральный
4) 2; положительный и нейтральный

9. Что в гальваническом элементе служит положительным электродом, что — отрицательным?

1) Положительным — угольный стержень, отрицательным — слой смолы
2) Положительным — угольный стержень, отрицательным — цинковый сосуд
3) Положительным — слой смолы, отрицательным — цинковый сосуд
4) Положительным — угольный стержень, отрицательным — клейстер

10. Аккумулятор дает электрический ток только после того, как

1) его согрели в теплом помещении
2) наэлектризовали его электроды
3) его зарядили от другого источника тока

Ответы на тест по физике «Электрический ток, Источники электрического тока»

1- 3

2- 1

3-2

4- 1

5- 4

6- 3

7- 2

8-1

9-2

10-3

Один квант электрического тока на участке цепи – источнике тока


На главную страницу

Один квант электрического тока

на участке цепи – источнике тока

 

 

На участке цепи – источнике тока происходит процесс, обратный процессу, происходящему на участке цепи – потребителе тока.

Для генерации электрической энергии к проводнику, находящемуся в магнитном поле, нужно подвести внешнюю энергию в виде  механической энергии. Этот процесс позволяет преобразовать механическую энергию в электрическую энергию.

При переходе участка цепи из режима потребления электрической энергии (правило левой руки) в режим генерации электрической энергии (правило правой руки), происходит изменение направления радиус – вектора .

   Рис. 1. Прохождение одного кванта электрического тока на участке цепи – источнике тока.

 

Изменение направления этого вектора в существующей теории электрического тока нечем объяснить, поскольку направление движения электронов проводимости остаётся прежним, направление магнитного поля проводника тоже.

Причина изменения направления радиус – вектора  становится понятной только в квантовой физической модели электрического тока.

В квантовой физической модели электрического тока причина изменения направления радиус – вектора  объясняется изменением направления потока энергии в виде потока гравитонов.

При потреблении или генерации одного и того же количества электричества происходит поглощение или излучение одного и того же количества гравитонов.

На участке цепи – потребителе тока, при потреблении одного кванта электрического тока происходит излучение одного гравитона. На участке цепи – источнике тока при генерации одного кванта электрического тока, происходит поглощение одного гравитона.

Генерация электрического тока всегда происходит за счёт внешней энергии. При механической генерации электрического тока к проводнику с током нужно подвести внешнюю энергию в виде механической энергии.

При воздействии внешней механической энергии в условиях  внешнего магнитного поля, один из квантов подведённого внешнего магнитного поля    преобразуется в один квант гравитационного поля  который затем преобразуется в индуцируемую    (рис  1). 

В этом случае можно говорить, что произошла генерация одного кванта электрического тока.

В классической электродинамике этот процесс последовательного преобразования векторов имеет вид носителя электрического тока электрона, связанного в единый комплекс с магнитным полем.

 

Рассмотрим прохождение одного кванта электрического тока по проводнику на участке цепи – источнике тока.

Этот процесс также происходит в два этапа.

Первый этап одного кванта электрического тока на участке цепи — источнике тока: преобразование одного кванта магнитного потока в один квант гравитационного поля (рис. 2).

Квант магнитной энергии , из внешнего магнитного поля,  за счёт внешней механической энергии, подведённой к проводнику, преобразуется в квант гравитационной энергии — гравитон.

На участке цепи – источнике тока, вектор  направлен к проводнику.

Рис. 2. Первый этап прохождения одного кванта электрического тока (участок цепи – источника тока) – преобразование одного кванта магнитного потока проводника в один квант гравитационного поля.

 

При генерации одного кванта энергии происходит поглощение проводником одного гравитона. Этот гравитон приносит с собой импульс, который можно наблюдать при минимальных величинах электрического тока. 

 При большом количестве квантов электрического тока импульсы единичных векторов компенсируют друг друга.

 

Второй этап одного кванта электрического тока на участке цепи – источнике тока: преобразование  гравитона в один квант электрического поля.

Гравитон,  возникший в результате внешнего воздействия на проводник, поглощается электроном, находящимся на определённой квантовой орбите.

За счёт этой энергии электрон переходит на возбуждённую орбиту, и образуется наведённая разность потенциалов.

Таким образом, внешняя механическая энергия во внешнем магнитном поле, преобразуется в разность потенциалов в проводнике.

 

Рис. 3. второй этап прохождения одного кванта электрического тока (участок цепи – источника тока) – преобразование одного кванта гравитационного поля в разность потенциалов.

 

Квантовая физическая модель электрического тока имеет чёткий критерий, позволяющий вывести точный критерий электрического тока. При прохождении электрического тока образуется магнитное поле.

При хаотическом движении электронов магнитное поле не образуется.

В соответствии с этим критерием квантовое физическое определение электрического тока звучит следующим образом.

Электрический ток – это квантовый процесс передачи электрической энергии от источника тока к потребителю тока, связанный с образованием собственного магнитного поля проводника.

Величина электрического тока в квантовой физической модели определяется количеством электронов, совершивших квантовый переход.

Скорость движения электрического тока в квантовой модели электрического тока  равна скорости света.

Таким образом, квантовая физическая модель электрического тока подтверждается в экспериментах.

В квантовой физической модели силы Ампера можно объяснить физическую природу силы Ампера. Сила Ампера в квантовой физической модели является следствием гравитационной природы электромагнетизма.

Существующая теория электродинамики не использует гравитационное взаимодействие для объяснения силы Ампера. Она вообще не использует никакое взаимодействие, оставляя важнейшее силовое свойство электрического тока безымянным.

Это происходит потому, что в электродинамике в настоящее время нет даже примитивной физической модели, объясняющей существование силы Ампера.

Покажем это.

 

 

   Литература

 

1.  Трофимова Т. И. Курс Физики. «Высшая школа». М.,1997.

2. Советский энциклопедический словарь. М., «Советская энциклопедия». 1985.

3. Дрюков В.М. О чём молчат физики. Тула, 2004.

4. http://www.sciteclibrary.ru/rus/avtors/d.html

5. / http://drjukow.narod.ru/


6. Дрюков В.М. Физика. Дополнительные материалы. Тула изд. ООО Аквариус. 2021

Квантовая модель электрического тока

Источник тока и зависимые источники тока

Как следует из названия, источник тока — это элемент схемы, который поддерживает постоянный ток независимо от напряжения, развиваемого на его выводах, поскольку это напряжение определяется другими элементами схемы. То есть идеальный источник постоянного тока постоянно обеспечивает заданное количество тока независимо от импеданса, которым он управляет, и, как таковой, идеальный источник тока теоретически мог бы подавать бесконечное количество энергии.Так же, как источник напряжения может быть рассчитан, например, на 5 В или 10 В и т. Д., Источник тока также будет иметь номинальный ток, например, 3 А или 15 А и т. Д.

Идеальные источники постоянного тока представлены аналогично источникам напряжения, но на этот раз символ источника тока представляет собой круг со стрелкой внутри, указывающей направление потока тока. Направление тока будет соответствовать полярности соответствующего напряжения, исходящего от положительного вывода.Буква «i» используется, чтобы указать, что это текущий источник, как показано.

Идеальный источник тока

В таком случае идеальный источник тока называется «источником постоянного тока», поскольку он обеспечивает постоянный ток в установившемся состоянии независимо от подключенной к нему нагрузки, создавая ВАХ, представленную прямой линией. Как и в случае с источниками напряжения, источник тока может быть либо независимым (идеальным), либо зависимым (управляемым) напряжением или током в другом месте цепи, которые могут быть постоянными или изменяющимися во времени.

Идеальные независимые источники тока обычно используются для решения схемных теорем и для методов анализа схем для схем, содержащих реальные активные элементы. Самая простая форма источника тока — это резистор, включенный последовательно с источником напряжения, создающим токи в диапазоне от нескольких миллиампер до многих сотен ампер. Помните, что источник тока нулевого значения — это разомкнутая цепь, так как R = 0.

Источник тока представляет собой двухконтактный элемент, который позволяет протекать току, указанному направлением стрелки.Тогда источник тока имеет значение i в амперах (A), которое обычно сокращается до ампер. Физическая взаимосвязь между источником тока и переменными напряжения в сети задается законом Ома, поскольку эти переменные напряжения и тока будут иметь заданные значения.

Может быть трудно определить величину и полярность напряжения идеального источника тока в зависимости от тока, особенно если в подключенной цепи есть другие источники напряжения или тока.Тогда мы можем знать ток, подаваемый источником тока, но не напряжение на нем, если только мощность, подаваемая источником тока, не задана, как P = V * I.

Однако, если источник тока является единственным источником в цепи, тогда будет легче установить полярность напряжения на источнике. Однако, если имеется более одного источника, то напряжение на клеммах будет зависеть от сети, к которой подключен источник.

Соединение источников тока вместе

Как и источники напряжения, идеальные источники тока также могут быть соединены вместе для увеличения (или уменьшения) доступного тока.Но существуют правила того, как два или более независимых источника тока с разными значениями могут быть подключены последовательно или параллельно.

Параллельный источник тока

Параллельное соединение двух или более источников тока эквивалентно одному источнику тока, общий выходной ток которого задается как алгебраическое сложение токов отдельных источников. Здесь, в этом примере, два источника тока по 5 ампер объединены для получения 10 ампер, как I T = I 1 + I 2 .

Источники тока разной величины можно соединять параллельно. Например, один из 5 ампер и один из 3 ампер будут объединены, чтобы дать один источник тока 8 ампер, поскольку стрелки, представляющие источник тока, указывают в одном направлении. Затем, когда два тока складываются, их соединение называется параллельным.

Хотя это не лучшая практика для анализа цепей, в параллельных соединениях используются источники тока, которые подключены в противоположных направлениях, чтобы сформировать единый источник тока, значение которого представляет собой алгебраическое вычитание отдельных источников.

Параллельные источники встречного тока

Здесь, поскольку два источника тока соединены в противоположных направлениях (обозначенных их стрелками), два тока вычитаются друг из друга, поскольку они обеспечивают замкнутый контур для циркулирующего тока, соответствующий закону Кирхгофа о токах, KCL. Так, например, два источника тока по 5 ампер каждый приведут к нулевому выходному сигналу, как 5A-5A = 0A. Аналогично, если два тока имеют разные значения, 5A и 3A, то на выходе будет вычитаемое значение с меньшим током, вычитаемым из большего тока.В результате получаем I T из 5 — 3 = 2A.

Мы видели, что идеальные источники тока могут быть соединены вместе параллельно, чтобы образовать параллельные или противолежащие источники тока. Что недопустимо или не является лучшей практикой для анализа цепей, так это соединение идеальных источников тока в последовательной комбинации.

Источники тока серии

Источники тока не могут быть соединены последовательно друг с другом, как с одинаковым значением, так и с источниками с разными значениями.Здесь, в этом примере, два источника тока по 5 ампер каждый соединены последовательно, но каково результирующее значение тока. Это равно одному источнику 5 ампер или суммированию двух источников, то есть 10 ампер. Затем последовательно соединенные источники тока добавляют неизвестный фактор в анализ цепи, что нехорошо.

Кроме того, еще одна причина, по которой последовательно соединенные источники не допускаются для методов анализа цепей, заключается в том, что они могут не подавать одинаковый ток в одном и том же направлении.Для идеальных источников тока не существует последовательных или встречных токов.

Пример источника тока №1

Два источника тока 250 мА и 150 мА соответственно соединены вместе в параллельной конфигурации для питания подключенной нагрузки 20 Ом. Рассчитайте падение напряжения на нагрузке и рассеиваемую мощность. Нарисуйте схему.

Тогда I T = 0,4 A или 400 мА, V R = 8 В и P R = 3.2Вт

Практический источник тока

Мы видели, что идеальный источник постоянного тока может бесконечно подавать одно и то же количество тока независимо от напряжения на его выводах, что делает его независимым источником. Следовательно, это означает, что источник тока имеет бесконечное внутреннее сопротивление (R = ∞). Эта идея хорошо работает для методов анализа цепей, но в реальных условиях источники тока ведут себя немного по-другому, поскольку практические источники тока всегда имеют внутреннее сопротивление, независимо от того, насколько оно велико (обычно в диапазоне мегаомов), что приводит к изменению генерируемого источника. немного с нагрузкой.

Практичный или неидеальный источник тока можно представить как идеальный источник с подключенным к нему внутренним сопротивлением. Внутреннее сопротивление (R P ) дает тот же эффект, что и сопротивление, подключенное параллельно (шунтирующее) к источнику тока, как показано. Помните, что элементы схемы, включенные параллельно, имеют одинаковое падение напряжения на них.

Идеальный и практичный источник тока

Вы, возможно, заметили, что практический источник тока очень похож на эквивалентную схему Нортона, поскольку теорема Нортона утверждает, что «любую линейную сеть постоянного тока можно заменить эквивалентной схемой, состоящей из источника постоянного тока, I S параллельно с резистор, R P “.Обратите внимание, что если это параллельное сопротивление очень низкое, R P = 0, источник тока закорочен. Когда параллельное сопротивление очень велико или бесконечно, R P ≈ ∞, источник тока можно смоделировать как идеальный.

Идеальный источник тока отображает горизонтальную линию на ВАХ, как показано выше. Однако, поскольку практические источники тока имеют внутреннее сопротивление источника, на это уходит часть тока, поэтому характеристика этого практического источника не является плоской и горизонтальной, а будет уменьшаться, поскольку ток теперь разделяется на две части, при этом одна часть тока течет в параллельное сопротивление R P и другая часть тока, протекающая прямо к выходным клеммам.

Закон

Ом говорит нам, что когда ток (i) протекает через сопротивление, (R) на том же сопротивлении возникает падение напряжения. Значение этого падения напряжения будет указано как i * R P . Тогда V OUT будет равно падению напряжения на резисторе без нагрузки. Мы помним, что для идеального источника тока R P бесконечен, поскольку нет внутреннего сопротивления, поэтому напряжение на клеммах будет нулевым, поскольку нет падения напряжения.

Сумма тока вокруг контура, определяемая законом Кирхгофа, KCL равна: I OUT = I S — V S / R P .Это уравнение может быть построено для определения ВАХ выходного тока. Это прямая линия с наклоном –R P , которая пересекает вертикальную ось напряжения в той же точке, что и I S , когда источник идеален, как показано.

Практические характеристики источника тока

Следовательно, все идеальные источники тока будут иметь прямолинейную ВАХ, но неидеальные или реальные практические источники тока будут иметь ВАХ, слегка наклоненную вниз на величину, равную V OUT / R P , где R P — сопротивление внутреннего источника.

Пример источника тока №2

Практический источник тока состоит из идеального источника тока 3 А, имеющего внутреннее сопротивление 500 Ом. На холостом ходу рассчитайте напряжение на клеммах холостого хода источников тока и мощность холостого хода, потребляемую внутренним резистором.

1. Значения холостого хода:

Затем рассчитывается напряжение холостого хода между сопротивлением внутреннего источника и клеммами A и B (V AB ) при 1500 вольт.

Часть 2: Если нагрузочный резистор 250 Ом подключен к клеммам того же практического источника тока, рассчитайте ток через каждое сопротивление, мощность, потребляемую каждым сопротивлением, и падение напряжения на нагрузочном резисторе. Нарисуйте схему.

2. Данные приведены с подключенной нагрузкой: I S = 3A, R P = 500 Ом и R L = 250 Ом

2а. Чтобы найти токи в каждой резистивной ветви, мы можем использовать правило деления тока.

2б. Мощность, потребляемая каждым резистором, определяется как:

.

2с. Тогда падение напряжения на нагрузочном резисторе R L определяется как:

Мы видим, что напряжение на клеммах практического источника тока с разомкнутой цепью может быть очень высоким, он будет производить любое напряжение, необходимое для подачи заданного тока, в данном примере 1500 вольт. Теоретически это напряжение на клеммах может быть бесконечным, поскольку источник пытается обеспечить номинальный ток.

Подключение нагрузки к его клеммам снизит напряжение, в данном примере на 500 вольт, поскольку теперь току есть куда идти, а для источника постоянного тока напряжение на клеммах прямо пропорционально сопротивлению нагрузки.

В случае неидеальных источников тока, каждый из которых имеет внутреннее сопротивление, общее внутреннее сопротивление (или импеданс) будет результатом их параллельного объединения, точно так же, как для резисторов, включенных параллельно.

Зависимый источник тока

Теперь мы знаем, что идеальный источник тока обеспечивает определенную величину тока, полностью независимую от напряжения на нем, и как таковой будет производить любое напряжение, необходимое для поддержания требуемого тока.Это делает его полностью независимым от цепи, к которой он подключен, в результате чего его называют идеальным независимым источником тока .

Управляемый или зависимый источник тока, с другой стороны, изменяет свой доступный ток в зависимости от напряжения или тока через какой-либо другой элемент, подключенный к цепи. Другими словами, выход зависимого источника тока управляется другим напряжением или током.

Зависимые источники тока ведут себя аналогично источникам тока, которые мы рассматривали до сих пор, как идеальные (независимые), так и практические.На этот раз разница в том, что зависимый источник тока может управляться входным напряжением или током. Источник тока, который зависит от входного напряжения, обычно называют источником тока с регулируемым напряжением или VCCS . Источник тока, который зависит от токового входа, обычно также называют источником тока с регулируемым током или CCCS .

Как правило, идеальный источник тока, зависящий от напряжения или тока, обозначается ромбовидным символом, где стрелка указывает направление тока, как показано.

Символы зависимых источников тока

Идеальный зависимый источник тока, управляемый напряжением, VCCS, поддерживает выходной ток I OUT , который пропорционален управляющему входному напряжению V IN . Другими словами, выходной ток «зависит» от значения входного напряжения, что делает его зависимым источником тока.

Тогда выходной ток VCCS определяется следующим уравнением: I OUT = αV IN .Эта постоянная умножения α (альфа) имеет единицы СИ: mhos, ℧ (знак перевернутого Ом), потому что α = I OUT / V IN , и поэтому ее единицами измерения будут амперы / вольт.

Идеальный зависимый источник тока с управляемым током, CCCS, поддерживает выходной ток, пропорциональный управляющему входному току. Тогда выходной ток «зависит» от значения входного тока, что снова делает его зависимым источником тока.

В качестве управляющего тока I IN определяет величину выходного тока, I OUT умножает на постоянную увеличения β (бета), выходной ток для элемента CCCS определяется следующим уравнением: I OUT = βI IN .Обратите внимание, что постоянная умножения β является безразмерным масштабным коэффициентом, поскольку β = I OUT / I IN , поэтому его единицами измерения будут амперы / амперы.

Обзор текущего источника

В этом руководстве мы видели около Источники тока , что идеальный источник тока (R = ∞) — это активный элемент, который обеспечивает постоянный ток, который полностью не зависит от напряжения на нем в результате нагрузки, подключенной к он дает характеристику ВАХ, представленную прямой линией.

Идеальные независимые источники тока могут быть соединены вместе параллельно для методов анализа цепей в виде параллельных или параллельных противоположных конфигураций, но они не могут быть соединены вместе последовательно. Также для решения схемотехнического анализа и теорем источники тока становятся источниками с разомкнутой цепью, чтобы сделать их ток равным нулю. Также обратите внимание, что источники тока могут передавать или поглощать энергию.

В случае неидеальных или практических источников тока они могут быть смоделированы как эквивалентный идеальный источник тока и внутреннее параллельное (шунтирующее) подключенное сопротивление, которое не бесконечно, а имеет очень высокое значение, как R ≈ ∞, дающее ВАХ не прямая, а понижается при уменьшении нагрузки.

Мы также видели здесь, что источники тока могут быть зависимыми или независимыми. Зависимый источник — это источник, значение которого зависит от какой-либо другой переменной схемы. Источник тока, управляемый напряжением, VCCS, и источник тока, управляемый током, CCCS, являются типами зависимых источников тока.

Источники постоянного тока с очень высоким внутренним сопротивлением находят множество применений в электронных схемах и анализе и могут быть построены с использованием биполярных транзисторов, диодов, стабилитронов и полевых транзисторов, а также комбинации этих твердотельных устройств.

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 провел с литиево-полимерным аккумулятором, который у меня есть: сначала я полностью зарядил аккумулятор. Поскольку это двухэлементная батарея, ее напряжение при полной зарядке составляло 8,4 В, хотя ее номинальное напряжение составляет 7,4 В. Затем я подключил к батарее 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 внешнюю нагрузку к этой цепи, некоторое напряжение на внутреннем резисторе будет падать, и внешний резистор будет видеть более низкое напряжение на выходе.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 будете удивлены, 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 все батареи имеют предупреждение о том, что выходные контакты не должны закорачиваться?

Может ли источник тока иметь напряжение?

Может ли источник тока иметь напряжение? — Обмен электротехнического стека Сеть обмена стеком

Сеть Stack Exchange состоит из 178 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетить Stack Exchange
  1. 0
  2. +0
  3. Авторизоваться Подписаться

Electrical Engineering Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для профессионалов в области электроники и электротехники, студентов и энтузиастов.Регистрация займет всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил

Просмотрено 33k раз

\ $ \ begingroup \ $

Я просматриваю материал из нижнего класса схем деления в рамках подготовки к верхнему классу деления путем повторения задач, и это одна из них.

Имеет ли смысл для ветви с зависимым источником тока иметь на ней напряжение Va (t)? Разве напряжение, измеренное на нем, не было бы нулем, если предположить, что источник тока идеален и провод не имеет сопротивления (поскольку он не моделируется в задаче).

Кто-нибудь может объяснить, почему эти зависимые источники имеют смысл?

Создан 06 янв.

jonnyd42

28311 золотых знаков33 серебряных знака1111 бронзовых знаков

\ $ \ endgroup \ $ \ $ \ begingroup \ $

Источник тока, безусловно, может иметь напряжение.Если напряжение на источнике тока равно нулю, значит, он не передает и не поглощает энергию. Однако, если напряжение на источнике не равно нулю, то оно либо передает энергию, либо потребляет энергию в остальной части схемы.

Author: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *