Возникновение электрического тока: Электрический ток. Условия возникновения тока. Действия тока.

Содержание

электрический ток в различных средах

 на главную   

Официальный сайт АНО ДО Центра «Логос», г.Глазов

http://logos-glz.ucoz.net/

 

 

ГОТОВИМСЯ К УРОКУ

Кинематика

Динамика

МКТ

Термодинамика 

Электростатика

Электрический ток

Электрический ток в средах

Магнитное поле Электромагнитная индукция

Оптика

Методы познания

Электрический ток в различных средах                                                      немного о физике:   

Электрическим током называют всякое  упорядоченное движение электрических зарядов.

Электрический ток может проходить через различные вещества при определенных условиях. Одним из условий возникновения электрического тока является наличие свободных зарядов, способных двигаться под действием электрического поля.

Поэтому в этом разделе мы попытаемся  установить, какие частицы, переносят  электрический заряд в различных средах.

 

Электрический ток в металлах.

Металлы состоят из положительно заряженных ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки и совокупности свободных электронов. Вне электрического поля свободные электроны движутся хаотически, подобно молекулам идеального газа, а потому рассматриваются в классической электронной теории как

электронный газ.

Под действием внешнего электрического поля меняется характер движения свободных электронов внутри металла. Электроны, продолжая хаотичные движения, вместе с тем смещаются в направлении действия сил электрического поля.

Следовательно, электрический ток в металлах — это упорядоченное движение электронов.

 

Сила тока в металлическом проводнике определяется по формуле:

где I — сила тока в проводнике, e — модуль заряда электрона,  n0 — концентрация электронов проводимости, 

— средняя скорость упорядоченного движения электронов,  S — площадь поперечного сечения проводника.

 

Плотность тока проводимости численно равна заряду, проходящему за 1с через единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению тока.

где j — плотность тока.

У большинства металлов практически каждый атом ионизирован. А так как концентрация электронов проводимости  одновалентного металла равна

где Na — постоянная Авогадро,  A — атомная масса металла, ρ — плотность металла,

то получаем что концентрация определяется в пределах 1028 — 1029 м-3.

 

Закон Ома для однородного участка цепи:

где U — напряжение на участке,  R — сопротивление участка.

 

Для однородного участка цепи:

где  ρУ— удельное сопротивление проводника, l — длина проводника,  S — площадь поперечного сечения проводника.

Удельное сопротивление проводника зависит от температуры и  эта зависимость выражается соотношением:

ρу = ρоу

( 1 + α ∆Т )

где ρоу  — удельное сопротивление металлического проводника при температуре Т =273К, α — термический коэффициент сопротивления, ∆Т = Т — То  — изменение температуры.

 

 

 

Вольт-амперная характеристика металлов.

Сила тока в  проводниках по закону Ома прямо пропорциональна напряжению. Такая зависимость имеет место для проводников со строго заданным сопротивлением ( для резисторов).

Тангенс угла наклона графика равен проводимости проводника.

Проводимостью называется величина, обратная сопротивлению

где  G — проводимость.

 

Но так как сопротивление металлов зависит от температуры, то вольт-амперная характеристика металлов не является линейной.

 

 

 

Электрический ток в растворах и расплавах электролитов.

Явление распада молекул солей, щелочей и кислот в воде на ионы противоположных знаков называют электролитической диссоциацией. Полученные в следствие распада ионы служат носителями заряда в жидкости, а сама жидкость становятся проводником.

 

Вне электрического поля ионы движутся хаотически. Под действием внешнего электрического поля ионы, продолжая хаотичные движения, вместе с тем смещаются в направлении действия сил электрического поля: катионы к катоду, анионы — к аноду.

Следовательно, электрический ток в растворах (расплавах) электролитов — это направленное перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях.

Прохождение электрического тока через раствор электролита всегда сопровождается выделением на электродах веществ, входящих в его состав. Это явление называют электролизом.

При движении внутри электролитов ионы взаимодействуют с молекулами воды и другими ионами, т.е. электролиты оказывают некоторое противодействие движению, а, следовательно, обладают сопротивлением. Электрическое сопротивление электролитов зависит от концентрации ионов, величины заряда иона, от скорости движения ионов обоих знаков.

Сопротивление электролитов так же определяется по формуле:

где  ρУ— удельное сопротивление электролита, l — длина жидкого проводника,  S — площадь поперечного сечения жидкого проводника.

При увеличении температуры электролита уменьшается его вязкость, что ведет к увеличению скорости движения ионов. Т.е. при повышении температуры сопротивление электролита уменьшается.

 

Законы Фарадея.

1. Масса вещества, выделяемого на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду, прошедшему через электролит.

где m — масса вещества, выделяющегося на электроде,  k — электрохимический эквивалент, q — заряд, прошедший через электролит.

 

2. Электрохимический эквивалент вещества прямо пропорционален его химическому эквиваленту.

          

где М— молярная масса вещества, F- постоянная Фарадея, z — валентность иона.

постоянная Фарадея численно равна заряду, который должен пройти через электролит, чтобы выделить из него массу вещества, численно равную химическому эквиваленту.

 

Объединенный закон Фарадея.

 

                    

 

 

 

Электрический ток в газах.

При нормальных условиях   газы  состоят  из  нейтральных молекул, а поэтому являются диэлектриками. Так как для  получения электрического тока необходимо наличие заряженных частиц, то молекулы газа следует ионизировать (оторвать электроны от молекул). Для ионизации молекул необходимо затратить энергию — энергию ионизации, количество которой зависит от рода вещества. Так, энергия ионизации минимальна для атомов щелочных металлов, максимальна — для инертных газов.

Ионизировать молекулы можно при нагревании газа, при облучении его различного рода лучами. Благодаря дополнительной  энергии  возрастает скорость  движения  молекул, нарастает интенсивность их теплового движения  и  при соударении отдельные молекулы теряют электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы.

Электроны, оторвавшись от молекулы могут присоединятся к нейтральным молекулам, образуя при этом отрицательно заряженные ионы.

Следовательно, при ионизации появляются три типа носителей зарядов: положительные ионы, отрицательные ионы и электроны.

Под действием внешнего электрического поля ионы обоих знаков и электроны движутся  в направлении действия сил электрического поля: положительные ионы  к катоду, отрицательные ионы и электроны — к аноду. Т.е. электрический ток в газах — это упорядоченное движение ионов и электронов под действием электрического поля.

Вольт- амперная характеристика газов.

Зависимость силы тока от напряжения выражена  кривой ОАВС.

На  участке графика  ОА сила тока подчиняется закону Ома. При малом напряжении сила тока мала, т.к.  ионы двигаясь с малыми скоростями рекомбинируют, не достигая электродов. При увеличении напряжения  между электродами скорость направленного движения электронов  и ионов возрастает, поэтому  большая часть заряженных частиц достигает  электродов, а, следовательно возрастает сила тока.

При определенном значении напряжения U1 все ионы имеют достаточные скорости и, не рекомбинируя, достигают электродов. Ток становится максимально возможным и не зависит от дальнейшего увеличения напряжения до значения U2. Такой ток называют током насыщения, и ему соответствует участок графика АВ.

При напряжении U2 в несколько тысяч вольт скорость электронов, возникающих при ионизации молекул, а следовательно, их кинетическая энергия значительно увеличиваются. И когда  кинетическая энергия  достигает значения энергии ионизации, электроны, сталкиваясь с нейтральными молекулами, ионизируют их. Дополнительная ионизация  приводит к лавинообразному увеличению количества заряженных частиц, а следовательно и к значительному увеличению силы тока без воздействия внешнего ионизатора. Прохождение электрического тока без воздействия внешнего ионизатора называют самостоятельным разрядом. Такая зависимость выражена участком графика АС.

 

 

 

Электрический ток в вакууме.

В вакууме отсутствуют заряженные частиц, а следовательно, он является диэлектриком. Т.е.  необходимо создать определенные  условия, которые помогут  получить заряженные частицы.

Свободные электроны есть в металлах. При комнатной температуре  они не могут покинуть металл, т. к. удерживаются в нем силами кулоновского притяжения со стороны положительных ионов. Для преодоления этих сил электрону необходимо затратить определенную энергию, которая называется работой выхода. Энергию, большую или  равную работе выхода, электроны могут получить при разогреве металла до высоких температур.

 

При нагревании металла  количество электронов с кинетической энергией, большей работы выхода, увеличивается, поэтому из металла вылетает большее количество электронов. Испускание электронов из металлов  при его нагревании называют термоэлектронной эмиссией. Для осуществления термоэлектронной эмиссии в качестве оного из электродов используют тонкую проволочную нить из тугоплавкого металла (нить накала). Подключенная  к источнику тока нить раскаляется и с ее поверхности  вылетают электроны. Вылетевшие электроны попадают в электрическое поле между двумя электродами и начинают двигаться направленно, создавая электрический ток.

Явление термоэлектронной эмиссии лежит  в основе принципа действия электронных ламп:  вакуумного диода, вакуумного триода.

 

                  Вакуумный диод                                            Вакуумный триод

 

                                   

                 

Вольт-амперная характеристика вакуумного диода.

Зависимость силы тока от напряжения выражена  кривой ОАВСD.

При испускании электронов катод приобретает положительный заряд и поэтому удерживает возле себя электроны.  При отсутствии электрического поля между катодом и анодом, вылетевшие электроны образуют у  катода электронное облако.

По мере увеличения напряжения между анодом и катодом большее количество электронов устремляется к аноду, а следовательно сила тока увеличивается. Эта зависимость выражена участком графика ОАВ. Участок АВ является характеризует прямую зависимость  силы тока от напряжения, т.е. в  интервале напряжений U1 — U2 выполняется закон Ома.

 

 

Нелинейная зависимость на участке ВСD объясняется тем, что число электронов, устремляющихся к аноду, стает больше числа электронов, вылетающих с катода.

При достаточно большом  значении напряжения U3все электроны, вылетающие с катода, достигают анода, и электрический  ток достигает насыщения.

 

Так же в качестве источника заряженных частиц можно использовать радиоактивный препарат, испускающий α-частицы. Под действием сил электрического поля α-частицы будут двигаться, т.е. возникнет электрический ток.

Таким образом, электрический ток в вакууме может быть создан упорядоченным  движением любых заряженных частиц (электронов, ионов).

 

 

 

Электрический ток в полупроводниках.

 

Полупроводники — вещества, удельное сопротивление которых убывает с увеличением температуры и зависит от наличия примесей и  изменения освещенности. Удельное сопротивление проводников при комнатной температуре находится в интервале от 10-3 до 107 Ом ·м.  Типичными представителями полупроводников являются кристаллы германия и кремния.

В этих кристаллах атомы соединены между собой ковалентной связью. При нагревании ковалентная связь нарушается, атомы ионизируются. Это обуславливает  возникновение свободных электронов и «дырок»- вакантных положительных мест с недостающим электроном.

 

 

При этом электроны соседних атомов могут занимать вакантные места, образуя «дырку»  в соседнем атоме. Таким образом не только  электроны, но и «дырки» могут перемещаться по кристаллу. При помещении такого кристалла в электрическое поле электроны и дырки придут в упорядоченное движение — возникнет электрический ток.

 

Собственная проводимость.

В чистом кристалле электрический  ток создается равным количеством электронов и «дырок». Проводимость, обусловленную движением свободных электронов и равного им количества «дырок» в полупроводниковом кристалле  без примесей, называют собственной проводимостью полупроводника.

При повышении  температуры собственная проводимость полупроводника увеличивается, т.к. увеличивается число свободных электронов и «дырок».

 

 

Примесная  проводимость.

Проводимость проводников зависит от наличия примесей. Примеси бывают донорные и акцепторные. Донорная примесь — примесь с большей валентностью. Например, для четырехвалентного кремния донорной примесью является пятивалентный мышьяк. Четыре валентных электрона атома мышьяка участвуют в создании ковалентной связи, а пятый  станет электроном проводимости.

 

 

При нагревании  нарушается ковалентная связь,  возникают  дополнительные   электроны проводимости  и «дырки». Поэтому в кристалле количество свободных электронов преобладает над количеством «дырок». Проводимость такого проводника является электронной, полупроводник является полупроводником n-типа.  Электроны являются основными носителями заряда, «дырки» — неосновными.

 

Акцепторная  примесь — примесь с меньшей валентностью. Например, для четырехвалентного кремния акцепторной примесью является трехвалентный индий. Три валентных электрона атома индия участвуют в создании ковалентной связи с тремя атомами кремния, а на месте четвертой  незавершенной ковалентной связи образуется «дырка». 

 

 

При нагревании  нарушается ковалентная связь,  возникают  дополнительные   электроны проводимости  и «дырки». Поэтому в кристалле количество «дырок» преобладает над количеством свободных электронов. Проводимость такого проводника является дырочной, полупроводник является полупроводником p-типа.  «Дырки» являются основными носителями заряда, электроны — неосновными.

 

p-n переход.

 При контакте полупроводников p-типа и  n-типа через границу происходит диффузия электронов из n-области в p-область и «дырок» из p-области в n-область. Это приводит к возникновению запирающего слоя, препятствующего дальнейшей диффузии.  p-n переход обладает односторонней проводимостью.

При подключении p-n перехода к источнику тока так, чтобы p-область была соединена с положительным полюсом , а  n-область — с отрицательным полюсом, появляется  движение основных носителей зарядов через контактный слой. Этот способ подключения называют включением в прямом направлении.

 

При подключении p-n перехода к источнику тока так, чтобы p-область была соединена с отрицательным  полюсом , а  n-область — с положительным полюсом, толщина запирающего слоя увеличивается, и движение основных носителей зарядов через контактный слой прекращается, но может иметь место движение неосновных зарядов через контактный слой. Этот способ подключения называют включением в обратном направлении.

 

 

Принцип действия полупроводникового диода  основан на свойстве односторонней проводимости  p-n перехода. Основное применение полупроводникового диода — выпрямитель тока.

 

 

 

Вольт-амперная характеристика полупроводникового диода.

Зависимость силы тока от напряжения выражена  кривой АОВ.

 

Ветвь ОВ соответствует пропускному направлению тока, когда ток создается основными носителями зарядов, и  при увеличении напряжения сила тока возрастает. Ветвь АО соответствует току, созданному неосновными носителями зарядов, и значения силы тока невелики.

Два главных условия возникновения тока в проводнике. Условия существования электрического тока

Электрический ток — упорядоченное по направлению движение электрических зарядов. За направление тока принимается направление движения положительных зарядов.


Прохождение тока по проводнику сопровождается следующими его действиями:

* магнитным (наблюдается во всех проводниках)
* тепловым (наблюдается во всех проводниках, кроме сверхпроводников)
* химическим (наблюдается в электролитах).

Для возникновения и поддержания тока в какой-либо среде необходимо выполнение двух условий:

* наличие в среде свободных электрических зарядов
* создание в среде электрического поля.

Электрическое поле в среде необходимо для создания направленного движения свободных зарядов. Как известно, на заряд q в электрическом поле напряженностью E действует сила F = q* E, которая и заставляет свободные заряды двигаться в направлении электрического поля. Признаком существования в проводнике электрического поля является наличие не равной нулю разности потенциалов между любыми двумя точками проводника,
Однако, электрические силы не могут длительное время поддерживать электрический ток. Направленное движение электрических зарядов через некоторое время приводит к выравниванию потенциалов на концах проводника и, следовательно, к исчезновению в нем электрического поля.

Для поддержания тока в электрической цепи на заряды кроме кулоновских сил должны действовать силы неэлектрической природы (сторонние силы).
Устройство, создающее сторонние силы, поддерживающее разность потенциалов в цепи и преобразующее различные виды энергии в электрическую энергию, называется источником тока.
Для существования электрического тока в замкнутой цепи необходимо включение в нее источника тока.
основные характеристики

1. Сила тока — I, единица измерения — 1 А (Ампер).
Силой тока называется величина, равная заряду, протекающему через поперечное сечение проводника за единицу времени.
I = Dq/Dt .

Формула справедлива для постоянного тока, при котором сила тока и его направление не изменяются со временем. Если сила тока и его направление изменяются со временем, то такой ток называется переменным.
Для переменного тока:
I = lim Dq/Dt ,
Dt — 0

т.е. I = q», где q» — производная от заряда по времени.
2. Плотность тока — j, единица измерения — 1 А/м2.
Плотностью тока называется величина, равная силе тока, протекающего через единичное поперечное сечение проводника:
j = I/S .

3. Электродвижущая сила источника тока — э.д.с. (e), единица измерения — 1 В (Вольт). Э.д.с.- физическая величина, равная работе, совершаемой сторонними силами при перемещении по электрической цепи единичного положительного заряда:
e = Аст./q .

4. Сопротивление проводника — R, единица измерения — 1 Ом.
Под действием электрического поля в вакууме свободные заряды двигались бы ускоренно. В веществе они движутся в среднем равномерно, т.к. часть энергии отдают частицам вещества при столкновениях.

Теория утверждает, что энергия упорядоченного движения зарядов рассеивается на искажениях кристаллической решетки. Исходя из природы электрического сопротивления, следует, что
R = r*l/S ,

где
l — длина проводника,
S — площадь поперечного сечения,
r — коэффициент пропорциональности, названный удельным сопротивлением материала.
Эта формула хорошо подтверждается на опыте.
Взаимодействие частиц проводника с движущимися в токе зарядами зависит от хаотического движения частиц, т. е. от температуры проводника. Известно, что
r = r0(1 + a t) ,
R = R0(1 + a t) .

Коэффициент a называется температурным коэффициентом сопротивления:
a = (R — R0)/R0*t .

Для химически чистых металлов a > 0 и равно 1/273 К-1. Для сплавов температурные коэффициенты имеют меньшее значение. Зависимость r(t) для металлов линейная:

В 1911 году открыто явление сверхпроводимости, заключающееся в том, что при температуре, близкой к абсолютному нулю, сопротивление некоторых металлов падает скачком до нуля.

У некоторых веществ (например, у электролитов и полупроводников) удельное сопротивление с ростом температуры уменьшается, что объясняется ростом концентрации свободных зарядов.
Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной электрической проводимостью s
s = 1/r .

5. Напряжение — U , единица измерения — 1 В.
Напряжение — физическая величина, равная работе, совершаемой сторонними и электрическими силами при перемещении единичного положительного заряда.

U = (Aст.+ Аэл.)/q .

Так как Аст./q = e, а Аэл./q = f1-f2, то
U = e + (f1 — f2) .

Электрический ток. Закон Ома

Если изолированный проводник поместить в электрическое поле то на свободные заряды q в проводнике будет действовать сила В результате в проводнике возникает кратковременное перемещение свободных зарядов. Этот процесс закончится тогда, когда собственное электрическое поле зарядов, возникших на поверхности проводника, скомпенсирует полностью внешнее поле. Результирующее электростатическое поле внутри проводника будет равно нулю (см. § 1.5).

Однако, в проводниках при определенных условиях может возникнуть непрерывное упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда. Такое движение называется электрическим током . За направление электрического тока принято направление движения положительных свободных зарядов. Для существования электрического тока в проводнике необходимо создать в нем электрическое поле.

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I скалярная физическая величина, равная отношению заряда Δq , переносимого через поперечное сечение проводника (рис. 1.8.1) за интервал времени Δt , к этому интервалу времени:

В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах (А). Единица измерения тока 1 А устанавливается по магнитному взаимодействию двух параллельных проводников с током (см. § 1.16).

Постоянный электрический ток может быть создан только в замкнутой цепи , в которой свободные носители заряда циркулируют по замкнутым траекториям. Электрическое поле в разных точках такой цепи неизменно во времени. Следовательно, электрическое поле в цепи постоянного тока имеет характер замороженного электростатического поля. Но при перемещении электрического заряда в электростатическом поле по замкнутой траектории, работа электрических сил равна нулю (см. § 1.4). Поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения . Такие устройства называются источниками постоянного тока . Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами .

Природа сторонних сил может быть различной. В гальванических элементах или аккумуляторах они возникают в результате электрохимических процессов, в генераторах постоянного тока сторонние силы возникают при движении проводников в магнитном поле. Источник тока в электрической цепи играет ту же роль, что и насос, который необходим для перекачивания жидкости в замкнутой гидравлической системе. Под действием сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника токапротив сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи может поддерживаться постоянный электрический ток.

При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу.

Физическая величина, равная отношению работы A ст сторонних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС):

Таким образом, ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).

При перемещении единичного положительного заряда по замкнутой цепи постоянного тока работа сторонних сил равна сумме ЭДС, действующих в этой цепи, а работа электростатического поля равна нулю.

Цепь постоянного тока можно разбить на отдельные участки. Те участки, на которых не действуют сторонние силы (т. е. участки, не содержащие источников тока), называютсяоднородными . Участки, включающие источники тока, называются неоднородными .

При перемещении единичного положительного заряда по некоторому участку цепи работу совершают как электростатические (кулоновские), так и сторонние силы. Работа электростатических сил равна разности потенциалов Δφ 12 = φ 1 – φ 2 между начальной (1) и конечной (2) точками неоднородного участка. Работа сторонних сил равна по определению электродвижущей силе 12 , действующей на данном участке. Поэтому полная работа равна

Немецкий физик Г. Ом в 1826 году экспериментально установил, что сила тока I , текущего по однородному металлическому проводнику (т. е. проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорциональна напряжению U на концах проводника:

где R = const.

Величину R принято называть электрическим сопротивлением . Проводник, обладающий электрическим сопротивлением, называется резистором . Данное соотношение выражает закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит ом (Ом). Сопротивлением в 1 Ом обладает такой участок цепи, в котором при напряжении 1 В возникает ток силой 1 А.

Проводники, подчиняющиеся закону Ома, называются линейными . Графическая зависимость силы тока I от напряжения U (такие графики называются вольт-амперными характеристиками , сокращенно ВАХ) изображается прямой линией, проходящей через начало координат. Следует отметить, что существует много материалов и устройств, не подчиняющихся закону Ома, например,полупроводниковый диод или газоразрядная лампа. Даже у металлических проводников при токах достаточно большой силы наблюдается отклонение от линейного закона Ома, так как электрическое сопротивление металлических проводников растет с ростом температуры.

Для участка цепи, содержащего ЭДС, закон Ома записывается в следующей форме:

По закону Ома

Сложив оба равенства, получим:

I (R + r ) = Δφ cd + Δφ ab + .

Но Δφ cd = Δφ ba = – Δφ ab . Поэтому

Эта формула выражет закон Ома для полной цепи : сила тока в полной цепи равна электродвижущей силе источника, деленной на сумму сопротивлений однородного и неоднородного участков цепи.

Сопротивление r неоднородного участка на рис. 1.8.2 можно рассматривать каквнутреннее сопротивление источника тока . В этом случае участок (ab ) на рис. 1.8.2 является внутренним участком источника. Если точки a и b замкнуть проводником, сопротивление которого мало по сравнению с внутренним сопротивлением источника (R r ), тогда в цепи потечет ток короткого замыкания

Сила тока короткого замыкания – максимальная сила тока, которую можно получить от данного источника с электродвижущей силой и внутренним сопротивлением r . У источников с малым внутренним сопротивлением ток короткого замыкания может быть очень велик и вызывать разрушение электрической цепи или источника. Например, у свинцовых аккумуляторов, используемых в автомобилях, сила тока короткого замыкания может составлять несколько сотен ампер. Особенно опасны короткие замыкания в осветительных сетях, питаемых от подстанций (тысячи ампер). Чтобы избежать разрушительного действия таких больших токов, в цепь включаются предохранители или специальные автоматы защиты сетей.

В ряде случаев для предотвращения опасных значений силы тока короткого замыкания к источнику последовательно подсоединяется некоторое внешнее сопротивление. Тогда сопротивление r равно сумме внутреннего сопротивления источника и внешнего сопротивления, и при коротком замыкании сила тока не окажется чрезмерно большой.

Если внешняя цепь разомкнута, то Δφ ba = – Δφ ab = , т. е. разность потенциалов на полюсах разомкнутой батареи равна ее ЭДС.

Если внешнее нагрузочное сопротивление R включено и через батарею протекает ток I , разность потенциалов на ее полюсах становится равной

На рис. 1.8.3 дано схематическое изображение источника постоянного тока с ЭДС равной и внутренним сопротивлением r в трех режимах: «холостой ход», работа на нагрузку и режим короткого замыкания (к. з.). Указаны напряженность электрического поля внутри батареи и силы, действующие на положительные заряды: – электрическая сила и – сторонняя сила. В режиме короткого замыкания электрическое поле внутри батареи исчезает.

Для измерения напряжений и токов в электрических цепях постоянного тока используются специальные приборы – вольтметры и амперметры .

Вольтметр предназначен для измерения разности потенциалов, приложенной к его клеммам. Он подключается параллельно участку цепи, на котором производится измерение разности потенциалов. Любой вольтметр обладает некоторым внутренним сопротивлением R B . Для того, чтобы вольтметр не вносил заметного перераспределения токов при подключении к измеряемой цепи, его внутреннее сопротивление должно быть велико по сравнению с сопротивлением того участка цепи, к которому он подключен. Для цепи, изображенной на рис. 1.8.4, это условие записывается в виде:

Это условие означает, что ток I B = Δφ cd / R B , протекающий через вольтметр, много меньше тока I = Δφ cd / R 1 , который протекает по тестируемому участку цепи.

Поскольку внутри вольтметра не действуют сторонние силы, разность потенциалов на его клеммах совпадает по определению с напряжением. Поэтому можно говорить, что вольтметр измеряет напряжение.

Амперметр предназначен для измерения силы тока в цепи. Амперметр включается последовательно в разрыв электрической цепи, чтобы через него проходил весь измеряемый ток. Амперметр также обладает некоторым внутренним сопротивлениемR A . В отличие от вольтметра, внутреннее сопротивление амперметра должно быть достаточно малым по сравнению с полным сопротивлением всей цепи. Для цепи на рис. 1.8.4 сопротивление амперметра должно удовлетворять условию

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.

Основные понятия.

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 ρ — удельное сопротивление проводника, l — длина участка проводника, S — площадь поперечного сечения проводника.

Проводимостью называется величина, обратная сопротивлению

где G — проводимость.

Без электричества невозможно представить жизнь современного человека. Вольты, Амперы, Ватты – эти слова звучат в разговоре об устройствах, которые работают от электричества. Но что это такое электрический ток и каковы условия его существования? Об этом мы расскажем далее, предоставив краткое объяснение для начинающих электриков.

Определение

Электрическим током является направленное движение носителей зарядов – это стандартная формулировка из учебника физики. В свою очередь носителями заряда называются определенные частицы вещества. Ими могут быть:

  • Электроны – отрицательные носители заряда.
  • Ионы – положительные носители заряда.

Но откуда берутся носители заряда? Для ответа на этот вопрос нужно вспомнить базовые знания о строении вещества. Всё что нас окружает – вещество, оно состоит из молекул, мельчайших его частиц. Молекулы состоят из атомов. Атом состоит из ядра, вокруг которого движутся электроны на заданных орбитах. Молекулы также хаотично движутся. Движение и структура каждой из этих частиц зависят от самого вещества и влияния на него окружающей среды, например температуры, напряжения и прочего.

Ионом называют атом, у которого изменилось соотношение электронов и протонов. Если изначально атом нейтрален, то ионы в свою очередь делят на:

  • Анионы – положительный ион атома, потерявшего электроны.
  • Катионы – это атом с «лишними» электронами, присоединившиеся к атому.

Единица измерения тока – Ампер, согласно он вычисляется по формуле:

где U – напряжение, [В], а R – сопротивление, [Ом].

Или прямопропорционален количеству заряда, перенесенному за единицу времени:

где Q – заряд, [Кл], t – время, [с].

Условия существования электрического тока

Что такое электрический ток мы разобрались, теперь давайте поговорим о том, как обеспечить его протекание. Для протекания электрического тока необходимо выполнение двух условий:

  1. Наличие свободных носителей заряда.
  2. Электрическое поле.

Первое условие существования и протекания электричества зависит от вещества, в котором протекает (или не протекает) ток, а также его состояния. Второе условие также выполнимо: для существования электрического поля обязательно наличие разных потенциалов, между которыми находится среда, в которой будут протекать носители заряда.

Напомним: Напряжение, ЭДС – это разность потенциалов. Отсюда следует, что для выполнения условий существования тока – наличия электрического поля и электрического тока, нужно напряжение. Это могут быть обкладки заряженного конденсатора, гальванический элемент, ЭДС возникшее под действием магнитного поля (генератор).

Как он возникает, мы разобрались, давайте поговорим о том, куда он направлен. Ток, в основном, в привычном для нас использовании, движется в проводниках (электропроводка в квартире, лампочки накаливания) или в полупроводниках (светодиоды, процессор вашего смартфона и другая электроника), реже в газах (люминесцентные лампы).

Так вот основными носителями заряда в большинстве случаев являются электроны, они движутся от минуса (точки с отрицательным потенциалом) к плюсу (точке с положительным потенциалом, подробнее об этом вы узнаете ниже).

Но интересен тот факт, что за направление движения тока было принято движение положительных зарядов – от плюса к минусу. Хотя фактически всё происходит наоборот. Дело в том, что решение о направлении тока было принято до изучения его природы, а также до того, как было определено за счет чего протекает и существует ток.

Электрический ток в разных средах

Мы уже упоминали о том, что в различных средах электрический ток может различаться по типу носителей заряда. Среды можно разделить по характеру проводимости (по убыванию проводимости):

  1. Проводник (металлы).
  2. Полупроводник (кремний, германий, арсенид галия и пр).
  3. Диэлектрик (вакуум, воздух, дистиллированная вода).

В металлах

В металлах есть свободные носители зарядов, их иногда называют «электрическим газом». Откуда берутся свободные носители зарядов? Дело в том, что металл, как и любое вещество, состоит из атомов. Атомы, так или иначе движутся или колеблются. Чем выше температура металла, тем сильнее это движение. При этом сами атомы в общем виде остаются на своих местах, собственно и формируя структуру металла.

В электронных оболочках атома обычно есть несколько электронов, у которых связь с ядром достаточно слабая. Под воздействием температур, химических реакций и взаимодействия примесей, которые в любом случае находятся в металле, электроны отрываются от своих атомов, образуются положительно заряженные ионы. Оторвавшиеся электроны называются свободными и двигаются хаотично.

Если на них будет воздействовать электрическое поле, например, если подключить к куску металла батарейку – хаотичное движение электронов станет упорядоченным. Электроны от точки, в которую подключен отрицательный потенциал (катод гальванического элемента, например), начнут двигаться к точке с положительным потенциалом.

В полупроводниках

Полупроводниками являются такие материалы, в которых в нормальном состоянии нет свободных носителей заряда. Они находятся в так называемой запрещенной зоне. Но если приложить внешние силы, такие как электрическое поле, тепло, различные излучения (световое, радиационное и пр.), они преодолевают запрещенную зону и переходят в свободную зону или зону проводимости. Электроны отрываются от своих атомов и становятся свободными, образуя ионы – положительные носители зарядов.

Положительные носители в полупроводниках называются дырками.

Если просто передать энергию полупроводнику, к примеру нагреть, начнется хаотичное движение носителей заряда. Но если речь идет о полупроводниковых элементах, типа диода или транзистора, то на противоположных концах кристалла (на них нанесен металлизированный слой и припаяны выводы) возникнет ЭДС, но это не относится к теме сегодняшней статьи.

Если приложить источник ЭДС к полупроводнику, то носители заряда также перейдут в зону проводимости, а также начнется их направленное движение – дырки пойдут в сторону с меньшим электрическим потенциалом, а электроны – в сторону с большим.

В вакууме и газе

Вакуумом называют среду с полным (идеальный случай) отсутствием газов или минимизированным (в реальности) его количеством. Так как в вакууме нет никакого вещества, то и носителям заряда браться не откуда. Однако протекание тока в вакууме положило начало электронике и целой эпохе электронных элементов – электровакуумных ламп. Их использовали в первой половине прошлого века, а в 50-х годах они начали постепенно уступать месту транзисторам (в зависимости от конкретной сферы электроники).

Допустим, что у нас есть сосуд, из которого откачали весь газ, т.е. в нём полный вакуум. В сосуд помещено два электрода, назовем их анод и катод. Если мы подключим к катоду отрицательный потенциал источника ЭДС, а к аноду положительный – ничего не произойдет и ток протекать не будет. Но если мы начнем нагревать катод – ток начнет протекать. Этот процесс называется термоэлектронной эмиссией – испускание электронов с нагретой поверхности электрона.

На рисунке изображен процесс протекания тока в вакуумной лампе. В вакуумных лампах катод нагревают расположенной рядом нитью накала на рис (Н), типа такой, как в осветительной лампе.

При этом, если изменить полярность питания – на анод подать минус, а на катод подать плюс – ток протекать не будет. Это докажет, что ток в вакууме протекает за счет движения электронов от КАТОДА к АНОДУ.

Газ также как и любое вещество состоит из молекул и атомов, это значит, что если газ будет находиться под воздействием электрического поля, то при определенной его силе (напряжение ионизации) электроны оторвутся от атома, тогда будут выполнены оба условия протекания электрического тока – поле и свободные носители.

Как уже было сказано, этот процесс называется ионизацией. Она может происходить не только от приложенного напряжения, но и при нагреве газа, рентгеновском излучении, под воздействием ультрафиолета и прочего.

Ток через воздух потечет, даже если между электродами установить горелку.

Протекание тока в инертных газах сопровождается люминесценцией газа, это явление активно используется в люминесцентных лампах. Протекание электрического тока в газовой среде называется газовым разрядом.

В жидкости

Допустим, что у нас есть сосуд с водой в который помещены два электрода, к которым подключен источник питания. Если вода дистиллированная, то есть чистая и не содержит примесей, то она является диэлектриком. Но если мы добавим в воду немного соли, серной кислоты или любого другого вещества, образуется электролит и через него начнет протекать ток.

Электролит – вещество, которое проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы.

Если в воду добавить медный купорос, то на одном из электродов (катоде) осядет слой меди – это называется электролиз, что доказывает что электрический ток в жидкости осуществляется за счет движения ионов – положительных и отрицательных носителей заряда.

Электролиз – физико-химический процесс, который заключается в выделении на электродах компонентов составляющих электролит.

Таким образом происходит омеднение, золочения и покрытие другими металлами.

Заключение

Подведем итоги, для протекания электрического тока нужны свободные носители зарядов:

  • электроны в проводниках (металлы) и вакууме;
  • электроны и дырки в полупроводниках;
  • ионы (анионы и катионы) в жидкости и газах.

Для того, чтобы движение этих носителей стало упорядоченны, нужно электрическое поле. Простыми словами — приложить напряжение на концах тела или установить два электрода в среде, где предполагается протекание электрического тока.

Также стоит отметить, что ток определенным образом воздействует на вещество, различают три типа воздействия:

  • тепловое;
  • химическое;
  • физическое.

Полезное

Для возникновения и поддержания тока в какой-либо среде необходимо выполнение двух условий:

В разных средах носителями электрического тока являются разные заряженные частицы.

Электрическое поле в среде необходимо для создания направленного движения свободных зарядов. Как известно, на заряд q в электрическом поле напряженностью E действует сила F = q*E, которая и заставляет свободные заряды двигаться в направлении электрического поля. Признаком существования в проводнике электрического поля является наличие не равной нулю разности потенциалов между любыми двумя точками проводника,

Однако, электрические силы не могут длительное время поддерживать электрический ток. Направленное движение электрических зарядов через некоторое время приводит к выравниванию потенциалов на концах проводника и, следовательно, к исчезновению в нем электрического поля.

Для поддержания тока в электрической цепи на заряды кроме кулоновских сил должны действовать силы неэлектрической природы (сторонние силы).

Устройство, создающее сторонние силы, поддерживающее разность потенциалов в цепи и преобразующее различные виды энергии в электрическую энергию, называется источником тока.

Для существования электрического тока в замкнутой цепи необходимо включение в нее источника тока.

Основные характеристики

1. Сила тока — I, единица измерения — 1 А (Ампер).

Силой тока называется величина, равная заряду, протекающему через поперечное сечение проводника за единицу времени.

Формула (1) справедлива для постоянного тока, при котором сила тока и его направление не изменяются со временем. Если сила тока и его направление изменяются со временем, то такой ток называется переменным.

Для переменного тока:

Я = НтДд /Дт,(*)

т.е. = q», гдеq»- производная от заряда по времени.

2. Плотность тока — j, единица измерения — 1 А/м2.

Плотностью тока называется величина, равная силе тока, протекающего через единичное поперечное сечение проводника:

3. Электродвижущая сила источника тока — э.д.с. (e), единица измерения — 1 В (Вольт). Э.д.с.- физическая величина, равная работе, совершаемой сторонними силами при перемещении по электрической цепи единичного положительного заряда:

е = а друг. / г. (3)

4. Сопротивление проводника — R, единица измерения — 1 Ом.

Под действием электрического поля в вакууме свободные заряды двигались бы ускоренно. В веществе они движутся в среднем равномерно, т.к. часть энергии отдают частицам вещества при столкновениях.

Теория утверждает, что энергия упорядоченного движения зарядов рассеивается на искажениях кристаллической решетки. Исходя из природы электрического сопротивления, следует, что

R = R* L / S Э, (4)

l — длина проводника,

S — площадь поперечного сечения,

r — коэффициент пропорциональности, названный удельным сопротивлением материала.

Эта формула хорошо подтверждается на опыте.

Взаимодействие частиц проводника с движущимися в токе зарядами зависит от хаотического движения частиц, т.е. от температуры проводника. Известно, что

г = г 0 (1 + т), (5)

R = R 0 (1 + т).

Коэффициент a называется температурным коэффициентом сопротивления:

а = (R — R0) / R0 * т.

Для химически чистых металлов a > 0 и равно 1/273 К-1. Для сплавов температурные коэффициенты имеют меньшее значение. Зависимость r(t)для металлов линейная:

В 1911 году открыто явление сверхпроводимости , заключающееся в том, что при температуре, близкой к абсолютному нулю, сопротивление некоторых металлов падает скачком до нуля.

У некоторых веществ (например, у электролитов и полупроводников) удельное сопротивление с ростом температуры уменьшается, что объясняется ростом концентрации свободных зарядов.

Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной электрической проводимостью с

с = 1 / г. (7)

5. Напряжение — U , единица измерения — 1 В.

Напряжение — физическая величина, равная работе, совершаемой сторонними и электрическими силами при перемещении единичного положительного заряда.

U = (ст. + Аэл.) / Q (8)

Так как Аст./q = e, а Аэл./q = f1-f2, то

U = е + (е1 — е2) (9)

2. 7.2 Основы электробезопасности

При эксплуатации и ремонте электрического оборудования и сетей человек может оказаться в сфере действия электрического поля или непосредственном соприкосновении с находящимися под напряжением проводками электрического тока. В результате прохождения тока через человека может произойти нарушение его жизнедеятельных функций.

Опасность поражения электрическим током усугубляется тем, что, во первых, ток не имеет внешних признаков и как правило человек без специальных приборов не может заблаговременно обнаружить грозящую ему опасность; во вторых, воздействия тока на человека в большинстве случаев приводит к серьезным нарушениям наиболее важных жизнедеятельных систем, таких как центральная нервная, сердечно-сосудистая и дыхательная, что увеличивает тяжесть поражения; в третьих, переменный ток способен вызвать интенсивные судороги мышц, приводящие к не отпускающему эффекту, при котором человек самостоятельно не может освободиться от воздействия тока; в четвертых,воздействие тока вызывает у человека резкую реакцию отдергивания, а в ряде случаев и потерю сознания, что при работе навысоте может привести к травмированию в результате падения.

Электрический ток, проходя через тело человека, может оказывать биологическое, тепловое, механическое и химическое действия. Биологическое действие заключается в способности электрического тока раздражать и возбуждать живые ткани организма, тепловое – в способности вызывать ожоги тела, механическое – приводить к разрыву тканей, а химическое – к электролизу крови.

Воздействие электрического тока на организм человека может явиться причиной электротравмы. Электротравма – это травма, вызванная воздействием электрического тока или электрической дуги. Условно электротравмы делят на местные и общие. При местных электротравмах возникает местное повреждение организма, выражающиеся в появлении электрических ожогов,

электрических знаков, в металлизации кожи, механических повреждениях и электроофтальмии (воспаление наружных оболочек глаз). Общие электротравмы, или электрические удары, приводят к поражению всего организма, выражающемуся в нарушении или полном прекращении деятельностинаиболее жизненно важных органов и систем – легких (дыхания), сердца (кровообращения).

Электрический удар представляет собой возбуждение живых тканей организма проходящим через него электрическим током, сопровождающееся резкими судорожными сокращениями мышц, в том числе мышцы сердца, что может привести к остановке сердца.

Под местными электротравмами понимается повреждение кожи и мышечной ткани, а иногда связок и костей. К ним можно отнести электрические ожоги, электрические знаки, металлизацию кожи, механические повреждения.

Электрические ожоги — наиболее распространенная электротравма, возникает в результате локального воздействия тока на ткани. Ожоги бывают двух видов — контактный и дуговой.

Контактный ожог является следствием преобразования электрической энергии в тепловую и возникает в основном в электроустановках напряжением до 1 000 В.

Электрический ожог – это как бы аварийная система, защита организма, так как обуглившиеся ткани в силу большей сопротивляемости, чем обычная кожа, не позволяют электричеству проникнуть вглубь, к жизненно важным системам и органам. Иначе говоря, благодаря ожогу ток заходит в тупик.

Когда организм и источник напряжения соприкасались неплотно, ожоги образуются на местах входа и выхода тока. Если ток проходит по телу несколько раз разными путями, возникают множественные ожоги.

Множественные ожоги чаще всего случаются при напряжении до 380 В из-за того, что такое напряжение “примагничивает” человека и требуется время на отсоединение. Высоковольтный ток такой “липучестью” не обладает.

Наоборот, он отбрасывает человека, но и такого короткого контакта достаточно для серьезных глубоких ожогов. При напряжении свыше 1 000 В случаются электротравмы с обширными глубокими ожогами, поскольку в этом случае температура поднимается по всему пути следования тока.

Оценивать опасность воздействия электрического тока на человека проявляются три качественно отличные ответные реакции. Это прежде всего ощущение, более судорожное сокращение мышц (неотпускание для переменного тока и болевой эффект постоянного) и, наконец, фисрилляция сердца. Электрические токи, вызывающие соответствующую ответную реакцию, подразделяют на ощутимые, неотпускающие и фибрилляционные.

С увеличением тока четко проявляются три качественно отличные

ответные реакции. Это прежде всего ощущение, более судорожное сокращение

мышц (неотпускание для переменного тока и болевой эффект постоянного) и, наконец, фисрилляция сердца. Электрические токи, вызывающие соответствующую ответную реакцию, подразделяют на ощутимые, неотпускающие и фибрилляционные.

В целях обеспечения электробезопасности используют следующие технические способы и средства (часто в сочетании одного с другим): защитное заземление; зануление; защитное отключение; выравнивание потенциалов; малое напряжение; электрическое разделение сети; изоляцию токоведущих частей; оградительные устройства; предупредительную сигнализацию, блокировку, знаки безопасности; электрозащитные средства, предохранительные приспособления и др.

Защитное заземление — преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических не токоведущих частей, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции (ГОСТ 12. 1.009-76). Защитное заземление применяется в сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и в сетях напряжением выше 1000 В как с изолированной, так и с заземленной нейтралью.

Защитное отключение — это быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки (не более чем за 0,2 с) при возникновении в ней повреждения, в том числе при пробое изоляции на корпус оборудования.

Выравнивание потенциалов — метод снижения напряжений прикосновения и шага между точками электрической цепи, к которым возможно одновременное прикосновение или на которых может одновременно стоять человек.

Малое напряжение — номинальное напряжение не более 42 В, применяемое в целях уменьшения опасности поражения электрическим током.

Электрическое разделение сети — разделение сети на отдельные, электрически не связанные между собой, участки с помощью разделяющего

трансформатора. Если сильно разветвленную электрическую сеть, имеющую

большую емкость и малое сопротивление изоляции, разделить на ряд небольших сетей такого же напряжения, то они будут обладать незначительной емкостью и высоким сопротивлением изоляции. Опасность поражения током при этом резко снижается.

Изоляция в электроустановках служит для защиты от случайного прикосновения к токоведущим частям. Различают рабочую, дополнительную, двойную и усиленную электрическую изоляцию.

Оградительные устройства используются для предотвращения прикосновения или опасного приближения к токоведущим частям.

Блокировки широко применяются в электроустановках. Они бывают механическими, электрическими, электромагнитными и др. Блокировки обеспечивают снятие напряжения с токоведущих частей при попытке проникнуть к ним при открывании ограждения без снятия напряжения.

Направленное (упорядоченное) движение свободных заряженных частиц под действием электрического поля называется электрическим током .

Условия существования тока :

1. Наличие свободных зарядов.

2. Наличие электрического поля, т.е. разности потенциалов. Свободные заряды имеются в проводниках. Электрическое поле создается источниками тока.

При прохождении тока через проводник он оказывает следующие действия:

· Тепловое (нагревание проводника током). Например: работа электрического чайника, утюга и т.д.).

· Магнитное (возникновение магнитного поля вокруг проводника с током). Например: работа электродвигателя, электроизмерительных приборов).

· Химическое (химические реакции при прохождении тока через некоторые вещества). Например: электролиз.

Можно также говорить о

· Световом (сопровождает тепловое действие). Например: свечение нити накала электрической лампочки.

· Механическом (сопровождает магнитное или тепловое). Например: деформация проводника при нагревании, поворот рамки с током в магнитном поле).

· Биологическом (физиологическом). Например: поражение человека током, использование действия тока в медицине.

Основные величины, описывающие процесс прохождения тока по проводнику .

1. Сила тока I — скалярная величина, равная отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, промежутку времени, в течение которого шел ток. Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени. Ток называют постоянным , если сила тока не меняется со временем. Для того чтобы ток через проводник был постоянным необходимо, чтобы разность потенциалов на концах проводника была постоянной.

2. Напряжение U . Напряжение численно равно работе электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль силовых линий поля внутри проводника.

3. Электрическое сопротивление R — физическая величина, численно равная отношению напряжения (разности потенциалов) на концах проводника к силе тока, проходящего через проводник.

60. Закон Ома для участка цепи.

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению:

I = U / R;

Ом установил, что сопротивление прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади его поперечного сечения и зависит от вещества проводника.

где ρ — удельное сопротивление, l — длина проводника, S — площадь поперечного сечения проводника.

61. Сопротивление как электрическая характеристика резистора. Зависимость сопротивления металлических проводников от рода материала и геометрических размеров.

Электри́ческое сопротивле́ние — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему. Сопротивление для цепей переменного тока и для переменных электромагнитных полей описывается понятиями импеданса и волнового сопротивления.

Сопротивление (часто обозначается буквой R или r) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника; её можно рассчитать как

Где R — сопротивление; U — разность электрических потенциалов на концах проводника; I — сила тока, протекающего между концами проводника под действием разности потенциалов.

Сопротивление проводника является такой же характеристикой проводника как и его масса. Сопротивление проводника не зависит ни от силы тока в проводнике, ни от напряжения на его концах, а зависит только от рода вещества, из которого изготовлен проводник и его геометрических размеров: , где: l — длина проводника, S — площадь поперечного сечения проводника, ρ — удельное сопротивление проводника, показывающее каким сопротивлением будет обладать проводник длиной 1 м и площадью сечения 1 м 2 , изготовленный из данного материала.

Проводники, подчиняющиеся закону Ома, называются линейными. Существует много материалов и устройств, не подчиняющихся закону Ома, например, полупроводниковый диод или газоразрядная лампа. Даже у металлических проводников при достаточно больших токах наблюдается отклонение от линейного закона Ома, так как электрическое сопротивление металлических проводников растет с ростом температуры.

Зависимость сопротивления проводника от температуры выражается формулой: , где: R — сопротивление проводника при температуре Т, R 0 — сопротивление проводника при температуре 0ºС, α — температурный коэффициент сопротивления.

Электрический ток. Условия существования тока. Основные понятия.

Электрический ток — упорядоченное по направлению движение электрических зарядов. За направление тока принимается направление движения положительных зарядов.



Прохождение тока по проводнику сопровождается следующими его действиями:

    * магнитным (наблюдается во всех проводниках)
    * тепловым (наблюдается во всех проводниках, кроме сверхпроводников)
    * химическим (наблюдается в электролитах).

Для возникновения и поддержания тока в какой-либо среде необходимо выполнение двух условий:

    * наличие в среде свободных электрических зарядов
    * создание в среде электрического поля.

Электрическое поле в среде необходимо для создания направленного движения свободных зарядов. Как известно, на заряд q в электрическом поле напряженностью E действует сила F = q* E, которая и заставляет свободные заряды двигаться в направлении электрического поля. Признаком существования в проводнике электрического поля является наличие не равной нулю разности потенциалов между любыми двумя точками проводника,
Однако, электрические силы не могут длительное время поддерживать электрический ток. Направленное движение электрических зарядов через некоторое время приводит к выравниванию потенциалов на концах проводника и, следовательно, к исчезновению в нем электрического поля.

Для поддержания тока в электрической цепи на заряды кроме кулоновских сил должны действовать силы неэлектрической природы (сторонние силы).
Устройство, создающее сторонние силы, поддерживающее разность потенциалов в цепи и преобразующее различные виды энергии в электрическую энергию, называется источником тока.
Для существования электрического тока в замкнутой цепи необходимо включение в нее источника тока.
основные характеристики

1. Сила тока — I, единица измерения — 1 А (Ампер).
Силой тока называется величина, равная заряду, протекающему через поперечное сечение проводника за единицу времени.
I = Dq/Dt .

Формула справедлива для постоянного тока, при котором сила тока и его направление не изменяются со временем. Если сила тока и его направление изменяются со временем, то такой ток называется переменным.
Для переменного тока:
I = lim Dq/Dt ,
Dt — 0

т.е. I = q’, где q’ — производная от заряда по времени.
2. Плотность тока — j, единица измерения — 1 А/м2.
Плотностью тока называется величина, равная силе тока, протекающего через единичное поперечное сечение проводника:
j = I/S .

3. Электродвижущая сила источника тока — э.д.с. ( e ), единица измерения — 1 В (Вольт). Э.д.с.- физическая величина, равная работе, совершаемой сторонними силами при перемещении по электрической цепи единичного положительного заряда:
e = Аст./q .

4. Сопротивление проводника — R, единица измерения — 1 Ом.
Под действием электрического поля в вакууме свободные заряды двигались бы ускоренно. В веществе они движутся в среднем равномерно, т.к. часть энергии отдают частицам вещества при столкновениях.

Теория утверждает, что энергия упорядоченного движения зарядов рассеивается на искажениях кристаллической решетки. Исходя из природы электрического сопротивления, следует, что
R = r*l/S ,

где
l — длина проводника,
S — площадь поперечного сечения,
r — коэффициент пропорциональности, названный удельным сопротивлением материала.
Эта формула хорошо подтверждается на опыте.
Взаимодействие частиц проводника с движущимися в токе зарядами зависит от хаотического движения частиц, т.е. от температуры проводника. Известно, что
r = r0(1 + a t) ,
R = R0(1 + a t) .

Коэффициент a называется температурным коэффициентом сопротивления:
a = (R — R0)/R0*t .

Для химически чистых металлов a > 0 и равно 1/273 К-1. Для сплавов температурные коэффициенты имеют меньшее значение. Зависимость r(t) для металлов линейная:

В 1911 году открыто явление сверхпроводимости, заключающееся в том, что при температуре, близкой к абсолютному нулю, сопротивление некоторых металлов падает скачком до нуля.

У некоторых веществ (например, у электролитов и полупроводников) удельное сопротивление с ростом температуры уменьшается, что объясняется ростом концентрации свободных зарядов.
Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной электрической проводимостью s
 s = 1/r .

5. Напряжение — U , единица измерения — 1 В.
Напряжение — физическая величина, равная работе, совершаемой сторонними  и электрическими силами при перемещении единичного положительного заряда.

U = (Aст.+ Аэл.)/q .

Так как  Аст./q = e, а  Аэл./q = f1-f2, то
U = e + (f1 — f2) .

Электрический ток. Источники электрического тока

Виды упражнений, запланированных на урок:

Ресурсы

Начало урока

.

Эмоциональный настрой на урок (2 мин)

Цель: создание коллаборативной среды, положительного эмоционального настроя Игра «Утро добрым не бывает»

Учитель произносит приветствие: «доброе утро»

“Good morning”

Каждый ученик отвечает: «Утро добрым не бывает» — “Morning can’t be good” с отличным от предшественников выражением лица, тоном и эмоциональным настроем. После чего ребята хлопают в ладоши друга справа, слева и констатируют:

«И все-таки оно доброе!».

“And anyway, it is Good!”

Производится деление на группы. (3 мин) «БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ»

Цель: мотивация учащихся на урок

Участникам предлагается под музыку активно перемещаться по комнате. Как только музыка выключается и ведущий называет какую-либо цифру, участники должны, взявшись за руки, объединиться в группы, состоящие из такого числа человек.

Teacher says: “Now we will divide into groups. How we will do that? While the music is ON you will be actively moving throughout the room. As soon as it finishes, I will show the number – and you must divide quickly into groups, consisted of the same number of people

Проверка домашнего задания: прием «Щадящий опрос».

Цель: Такой прием предполагает, что каждый ученик не только ответит на 10 вопросов, но и выслушает ответы на 10. Развивать устную речь. Привлечь к работе всех учащихся класса Оценка знаний другим учеником.

Парная работа. Группа делится на пары Группа разбивается на 2 варианта. Учитель задаёт вопрос. На него отвечает первый вариант. При этом каждый ученик отвечаетсвоему соседу по парте – ученику второго варианта. Затем на этот же вопрос отвечает учитель или сильный ученик. Ученики второго варианта, прослушав ответ, сравнивают его с ответом товарища и выставляют ему плюс или минус. На следующий вопрос учителя отвечают ученики второго варианта, а ребята первого их прослушивают также ставят +или – в диагностическом листе.

Ф.О.Ставят +и- в диагностической карточке.Кто не сделал ни одной ошибки погладить себя по голове.

Приложение 1

Середина урока

1. Мотивация учебной деятельности учащихся.

Цель: побудить интерес к уроку

Учитель:Тему урока вы отгадаете прочитав загадку

К дальним селам проводам

Кто идет по проводам

ЕгоВеличество? (Электрический ток)

В каждом доме есть электрические приборы которые потребляют электрическую энергию,А если они потребляют энергию ,кто-то должен ее производить . Какие приборы вы знаете?(Батарейка аккумуляторы, генераторы…….)Как они все вместе называются(источники тока)

Давайте запишем тему урока. Электрический ток .Источник тока.

2Актуализация знаний . Само слово «ток» означает течение или движение чего-либо. Течение воды по трубам мы представляем себе хорошо. А что же течёт, движется в проводах, когда говорят, что в них существует электрический ток?

Изучение темы.Демонстрация опыта. Два электрометра,один заряженный другой нет,соединим проводником.Что произошло?(ток идет от заряженноготела к незаряженному)

Чем переноситься заряд?(Переносится по проводнику свободными электронами)

Значит электрический ток это?(……..)

Давайте запишем строгое определение тока.

Упорядочное движениесвободных носителейэлектрических зарядов называется электрическим током

Будет ли ток идти бесконечно долго?(нет,ток прекратиться,так как величины зарядов сравняются и разность потенциаловдвух тел станет равен нулю)

Ф. О: «большой палец»

Учитель:Чтобы ток был постоянным,в проводнике надо поддерживать постоянное эл.поле,которое действовало на заряженное тело с некоторой силой.

Итак давайте запишем условие существования тока:

1)Электрический ток возникает только при существовании свободных зарядов

2)Существование электрического поля.

3)Для длительного существования эл.тока необходимы устройства,создающие эл ток-источники тока.

Как же работают источники тока?Проведем аналогию.

Под действием силы тяжести тело спускается с горы. Чтобы этот процесс был непрерывным, необходимо возвращать тело на вершину горки. Эту работу, действуя против силы тяжести выполняет подъёмник. Аналогично происходит в любом источнике тока. Выполняется работа по разделению электрических зарядов против сил электрического поля. Частицы накапливаются на так называемых полюсах На одном полюсе – положительные (ставят знак «+»), на другом – отрицательные(ставят знак «-».) Между полюсами источника тока возникает электрическое поле. Когда же полюса соединяют между собой металлическим проводником, то электрическое поле возникает и в проводнике. Под действием этого поля свободные заряженные частицы – электроны, имеющиеся в проводнике, начнут двигаться, в проводнике возникнет ток.

Первичное закрепление материала .Стратегия ПОПС

работа в группах

Цель: Это прием творческого опроса, который, однако, учит лаконичности и развивает навыки логического мышления.Для систематизации и выделение главного

ПОПС-формула. Строится на следующем:

П — позиция

О — обоснование

П — пример

С — следствие.

Учитель: Какие условия необходимы для того чтобы электрический ток возник и существовал длительное время? Учащиеся подготавливают ответы по формуле, используя следующие предложения:

П — «Я считаю, что…»

О — «Потому что…»

П — » Я могу доказать это на примере. ..»

С — «Поэтому я делаю вывод, что…»

Несколько представителей группы зачитывают ответы

Ф.О: Две звезды одно пожелание

Учитель:Существуют различные виды источников.

МетодДжигсо

Цель:развивает ответственностьза обучение других,развивает самоконтроль.

Задание группам: Изучить устройство и принцип работы источников тока.

Вопросы группам

1.Аккумулятор(уровень В)

2Гальванический элемент (уровень С)

3.Термопара,фотоэлемент(уровень А)

4.электрофорная машина(Уровень А)

Дискриптор:

1Может перечислить источники тока

2.Знают устройство,может нарисовать схему.

3Обьясняют принцип работы источника тока.

Ф.О Каждому ученику который расказывает, группа дает жетон красного,зеленого,желтого цвета.Вернувшись в свою группу учащиеся приносят жетон.

Красный жетон получает учащийся если

1Может перечислить источники тока

2. Знают устройство,может нарисовать схему.

3Обьясняют принцип работы источника тока.

Зеленый цвет если1Может перечислить источники тока

2.Знают устройство,может нарисовать схему.

Желтый цвет если, 1Может перечислить источники тока

2Может нарисовать схему источника.

Закрепление материала .Экспресс- тестирование.

Цель :Быстро проверить основные знания по теме.Развивает логику,мышление.

Решают тест по вариантам .

Ф.О: карточки разного цвета -красного и зеленого

После написания теста взаимопроверка. Ученики обмениваются тетрадями, учитель читает правильные ответы, а они проверяют, затем тетради возвращаются обратно. Формативное оценивание: карточки разного цвета -красного и зеленого. Тот, кто поднимает красную карточку -Есть вопросы.Нет вопросов у того, кто поднимает зеленую карточку. Опрос тех, кто поднимает красную карточку: Что не понятно? Что хотел бы снова услышать? Кто из одноклассников может подсказать, помочь?

Слайд 1

Работа

Приложение 2

Приложение №3

Конец урока

Домашнее задание

П 22.

По желанию

Подготовьте сообщение с презентацией

«Нетрадиционные источники электроэнергии»

«Производство аккумуляторов в Казахстане.»

Обратная связь:

«Три М»

Учащимся предлагается назвать три момента урока, в которых у них получились все хорошо , и предложить одно действие, которое улучшит их работу на следующем уроке.

Цель Оценить себя, поднять свой уровень

Рефлексия: «Закончи предложение»

Сегодня я бы хотел отметить………

Мне было не комфортно когда………….

Дифференциация

Оценивание

Здоровье и соблюдение техники безопасности

1)«Щадящий опрос»Задания дифференцируются с учетом потребностей учащихся, их способности, сформированности навыков, типа восприятия информации

  • В диогнастической карте знаками «+» либо « — » отмечаем верные и неверные ответы . Сравниваем с ответом Изучение темы.

  • 2)Демонстрационный эксперемент Первые ученики знающие ответ поднимают руку, отчитывается время 30 секунд.Отвечают на вопрос Способдифференцации это поддержка ученика учителем и другим учеником.

  • 2)Метод Джексо Разноуровневая работа. Дифференциация по заданиям

  • Вопросы группам

  • 1.Аккумулятор(уровень В)

  • 2Гальванический элемент (уровень С)

  • 3.Термопара,фотоэлемент(уровень А)

  • 4.электрофорная машина(Уровень А)- Этот методы дифференциации способствуют достижению целей каждым обучающимся

  • Домашнее задание дифференцированное по уровням на выбор. Задания дифференцируются с учётом способностей, интересов обучающихся.

  • + и- запись в карте

  • Жетоны красные,желтые,зеленые

  • «Большой палец»

  • «Две звезды ,одно пожелание»

  • Три «М»

  • «Большой палец»

  • «Две звезды ,одно пожелание»

  • Три «М»

Активные виды деятельности,деление на группы

Явление самоиндукции — определение, формулы, примеры

Статья находится на проверке у методистов Skysmart.
Если вы заметили ошибку, сообщите об этом в онлайн-чат
(в правом нижнем углу экрана).

Магнитный поток

Прежде чем говорить об электромагнитной индукции и самоиндукции, нам нужно определить сущность магнитного потока.

Представьте, что вы взяли в руки обруч и вышли на улицу в ливень. Потоки воды будут проходить через обруч.


Если держать обруч горизонтально, то через него пройдет много воды. А если начать его поворачивать — уже меньше, потому что он расположен не под прямым углом к вертикали.


Теперь давайте поставим обруч вертикально — ни одной капли не пройдет сквозь него (если ветер не подует, конечно).


Магнитный поток очень похож на поток воды, проходящей через обруч, только считаем мы величину прошедшего через площадь магнитного поля, а не дождя.

Магнитным потоком через площадь ​S​ контура называют скалярную физическую величину, равную произведению:

  • модуля вектора магнитной индукции ​B​,
  • площади поверхности ​S​, которую пронизывает поток,
  • и косинуса угла ​α​ между направлением вектора магнитной индукции и вектора нормали (перпендикуляра к плоскости данной поверхности).


Магнитный поток


Ф — магнитный поток [Вб]

B — магнитная индукция [Тл]

S — площадь пронизываемой поверхности [м2]

n — вектор нормали (перпендикуляр к поверхности) [-]

Магнитный поток можно наглядно представить как величину, пропорциональную числу магнитных линий, проходящих через данную площадь.

В зависимости от угла ​α магнитный поток может быть положительным (α < 90°) или отрицательным (α > 90°). Если α = 90°, то магнитный поток равен 0.

Изменить магнитный поток можно, меняя площадь контура, модуль индукции поля или расположение контура в магнитном поле (поворачивая его).

В случае неоднородного магнитного поля и неплоского контура магнитный поток находят как сумму магнитных потоков, пронизывающих площадь каждого из участков, на которые можно разбить данную поверхность.

Электромагнитная индукция

Электромагнитная индукция — явление возникновения тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего его.

Явление электромагнитной индукции открыл Майкл Фарадей в ходе серии опытов.

Опыт раз. На одну непроводящую основу намотали две катушки таким образом, что витки одной катушки были расположены между витками второй. Витки первой катушки были замкнуты на гальванометр, а второй — подключены к источнику тока.

При замыкании ключа и протекании тока по второй катушке в первой возникал импульс тока. При размыкании ключа также наблюдался импульс тока, но ток через гальванометр тек в противоположном направлении.

Опыт два. Первую катушку подключили к источнику тока, а вторую — к гальванометру. При этом вторая катушка перемещалась относительно первой. При приближении или удалении катушки фиксировался ток.

Опыт три. Катушку замкнули на гальванометр, а магнит передвигали относительно катушки.


Вот что показали эти опыты:

  1. Индукционный ток возникает только при изменении линий магнитной индукции.

  2. Направление тока различается при увеличении числа линий и при их уменьшении.

  3. Сила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока. При этом как само поле может изменяться, так и контур может перемещаться в неоднородном магнитном поле.

Почему возникает индукционный ток?

Ток в цепи может существовать, когда на свободные заряды действуют сторонние силы. Работа этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура равна электродвижущей силе (ЭДС).

Значит, при изменении числа магнитных линий через поверхность, ограниченную контуром, в нем появляется ЭДС, которую называют ЭДС индукции.

Самоиндукция

Представим себе любую электрическую цепь, параметры которой можно менять. Если мы изменим силу тока в этой цепи — например, подкрутим реостат или подключим другой источник тока — произойдет изменение магнитного поля. В результате этого изменения в цепи возникнет дополнительный индукционный ток за счет электромагнитной индукции, о которой мы говорили выше. Такое явление называется самоиндукцией, а возникающий при этом ток — током самоиндукции.

Формула магнитного потока для самоиндукции

Ф = LI

Ф — собственный магнитный поток [Вб]

L — индуктивность контура [Гн]

I — сила тока в контуре [А]

Онлайн-подготовка к ОГЭ по физике поможет снять стресс перед экзаменом и получить высокий балл.

Самоиндукция — это возникновение в проводящем контуре ЭДС, создаваемой вследствие изменения силы тока в самом контуре.

Самоиндукция чем-то напоминает инерцию: как в механике нельзя мгновенно остановить движущееся тело, так и ток не может мгновенно приобрести определенное значение за счет самоиндукции.

Представим цепь, состоящую из двух одинаковых ламп, параллельно подключенных к источнику тока. Если мы последовательно со второй лампой включим в эту цепь катушку, то при замыкании цепи произойдет следующее:

  • первая лампа загорится практически сразу,
  • вторая лампа загорится с заметным запаздыванием.


При размыкании цепи сила тока быстро уменьшается, и возникающая ЭДС самоиндукции препятствует уменьшению магнитного потока. При этом индуцированный ток направлен так же, как и исходный. ЭДС самоиндукции может во многом раз превысить внешнюю ЭДС. Поэтому электрические лампочки так часто перегорают при отключении света.

ЭДС самоиндукции


ξis — ЭДС самоиндукции [В]

ΔФ/Δt — скорость изменения магнитного потока [Вб/с]

ΔI/Δt — скорость изменения силы тока в контуре [А/с]

L — индуктивность [Гн]

Знак минуса в формуле закона электромагнитной индукции указывает на то, что ЭДС индукции препятствует изменению магнитного потока, который вызывает ЭДС. При решении расчетных задач знак минуса не учитывается.

Индуктивность

Индуктивность — это способность катушки, контура или проводника с током накапливать магнитное поле. Она характеризует способность проводника сопротивляться электрическому току. Проще всего это делать с помощью катушки, потому что катушка состоит из витков, которые представляют собой контуры. Вспомните про магнитный поток и обруч под дождем — в контуре создается магнитный поток. Где поток, там и электромагнитная индукция.

Индуктивность контура зависит от его формы и размеров, от магнитных свойств окружающей среды и не зависит от силы тока в контуре.

Можно ли увеличивать индуктивность катушки?

Конечно! Можно увеличить число витков, например. Или поместить в центр катушки железный сердечник.

Как работает катушка

Вокруг каждого проводника, по которому протекает ток, образуется магнитное поле. Если поместить проводник в переменное поле — в нем возникнет ток.

Магнитные поля каждого витка катушки складываются. Поэтому вокруг катушки, по которой протекает ток, возникает сильное магнитное поле. При изменении силы тока в катушке будет изменяться и магнитный поток вокруг нее.

Задачка раз

На рисунке приведен график зависимости силы тока от времени в электрической цепи, индуктивность которой 1 мГн. Определите модуль ЭДС самоиндукции в интервале времени от 15 до 20 с. Ответ выразите в мкВ.


Решение

За время от 15 до 20 с сила тока изменилась от 20 до 0 мА. Модуль ЭДС самоиндукции равен:


Ответ: модуль ЭДС самоиндукции с 15 до 20 секунд равен 4 мкВ.

Задачка два

По проволочной катушке протекает постоянный электрический ток силой 2 А. При этом поток вектора магнитной индукции через контур, ограниченный витками катушки, равен 4 мВб. Электрический ток какой силы должен протекать по катушке для того, чтобы поток вектора магнитной индукции через указанный контур был равен 6 мВб?

Решение

При протекании тока через катушку индуктивности возникает магнитный поток, численно равный Ф = LI.

Отсюда индуктивность катушки равна:


Тогда для достижения значений потока вектора магнитной индукции в 6 мВб ток будет равен:


Ответ: для достижения значений потока вектора магнитной индукции в 6 мВб необходим ток в 3 А.

6 опасностей электричества

В современном мире невозможно представить нашу жизнь без электроэнергии. Большинство устройств и приборов, окружающих нас, в той или иной мере зависят в своей работе от наличия электропитания, а без освещения наших квартир и домов уже невозможно даже представить современную жизнь. Однако, как и любая энергия, помимо созидания, электричество несет и определенные опасности, о которых будет идти речь в этой статье.

 

Итак, таких опасностями являются: короткое замыкание (или просто КЗ, как его часто называют), перегрузка электрической сети, перенапряжение, повышение напряжения в сети выше нормального уровня, поражение человека электрическим током, пожар. Расскажем о каждом явлении подробнее.

 

Короткое замыкание (КЗ) можно представить в виде ситуации, когда проводники провода или кабеля электрической сети замыкаются друг на друга. Такая авария сопровождается появлением токов, которые могут достигать сотен и даже тысяч ампер и является одним из самых разрушительных явлений. Основным последствием КЗ является нагрев всех элементов электрической сети, что может привести к выходу их из строя и даже разрушению, но все же главной опасностью является риск возникновения пожара. Именно поэтому в электрической сети важно иметь защитные устройства, которые не только вовремя обнаружат КЗ, но и гарантировано и максимально быстро отключат его до того, как последствия станут необратимыми.

 

Перегрузка электрической сети еще один из типов аварии в электрической сети, при котором ток в цепи превышает допустимый для элементов электрической сети. Это не менее опасное явление, т.к. не смотря на меньшие токи, является более длительным и может привести нагреву электрических конструкций и в конечном итоге, к пожару. К сожалению, перегрузка является одним из самых распространенных явлений и возникает она, как правило, по вине самих людей. Многим знакома ситуация, когда не хватает розеток в доме. Поступают в этом случае просто – применяют устройства типа удлинители с несколькими гнездами, но при этом не учитывается, что суммарный потребляемый ток на данном участке электрической цепи может превысить допустимый, скажем для розетки, к которой подключен удлинитель. Результат предсказуем – розетка начнет нагреваться и, если данный участок цепи не отключить, в итоге воспламениться, что может привести к пожару. Именно по этому, защита от перегрузки обязательно нужна в электрической сети.

 

В данный момент функции защиты от перегрузки и КЗ выполняют устройства, называемые автоматическими выключателями. Это компактные устройства, сочетающие защитные свойства с рядом дополнительных функций. Например, в автоматических выключателях серии Acti 9 от Schneider Electric, можно с помощью дополнительных контактов, контролировать состояние включено/выключено и своевременно обнаружить момент аварийного отключения. Это удобно, если речь идет о загородном доме. Хозяин бесспорно будет чувствовать себя гораздо спокойнее за сохранность своего имущества, имей он возможность удаленно контролировать ситуацию.

 

Однако, короткими замыканиями и перегрузками опасности электричества не ограничиваются. Еще более серьезной опасностью является поражение человека электрическим током. В этом случае речь идет уже о сохранении жизни и здоровья нашего и наших близких, особенно детей и вопрос этот требует самого пристального внимания.

 

Давайте разберемся, что может стать причиной поражения электрическим током. Возможны несколько вариантов: когда опасный потенциал попадает на корпус устройства в результате повреждения. Например, в изоляции провода внутри стиральной машины появилась трещина, и небольшой электрический ток «утекает» на металлический корпус, на котором из-за этого появляется опасное напряжение или когда человек по неосторожности касается частей под напряжением. Не стоит сбрасывать со счетов и тот случай, когда ребенок из любопытства засовывает в розетку посторонние предметы – такое тоже увы не редкость…

 

Что же происходит, когда человек попадает под действие электрического тока? Этот вопрос достаточно изучен и подробно изложен во многих источниках. Нужно сказать только одно – протекание тока через организм человека СМЕРТЕЛЬНО ОПАСНО и с большой долей вероятности может привести к летальному исходу. Поэтому, устройства, способные защитить от поражения электрическим током ОБЯЗАТЕЛЬНО должны быть установлены в каждом электрическом щите, особенно там, где присутствуют дети! И эти устройства называются Выключателями Дифференциального Тока (часто употребляемое название – устройство защитного отключения — УЗО).

 

Что же такое УЗО и как оно защищает нас? По сути это выключатель, который сравнивает ток на входе и на выходе одной электрической цепи. Если токи равны или разница минимальная, значит электрическая цепь и присоединенный к ней прибор исправны, если же разница превышает заданное значение, называемое уставкой срабатывания – УЗО отключается, обесточивая электрическую цепь. Величина уставки отключения для УЗО очень мала и составляет 10 или 30 мА (миллиАмпер и тысячных долей Ампера), данные токи являются безопасными для человека, и в сочетании с быстротой отключения УЗО обеспечивается гарантированная защита жизни и здоровья человека. Это объясняет требование обязательного применения УЗО для защиты розеток в т.ч. в жилых домах, электрических цепей во влажных помещениях (санузлы и ванные комнаты, сауны, бани и т.п.).

 

Но только защитой от поражения электрическим током роль УЗО не ограничивается, отдельно стоит отметить способность УЗО защищать от возникновения пожара. Дело в том, что появляющаяся «утечка» тока около 300 мА (миллиАмпер) способна вызвать нагрев и возгорание элементов строительных конструкций. В этом случае знакомый нам автоматический выключатель не отключится, т.к. ток все-таки мал, а вот УЗО как раз способно обнаружить и защитить от такой опасности. УЗО с уставкой срабатывания 100 и 300 мА (их называют иногда противопожарными) устанавливаются в начале электрической цепи и дополняют защиту от токов КЗ и перегрузки, а также защиту от поражения током. Такие устройства не используются для защиты от поражения током!

 

Итак, мы обеспечили защиту людей от опасностей, которые таит в себе электрическая энергия, но как быть с окружающей нас техникой? Ведь каждый владелец хотел бы, что бы любимый ноутбук или телевизор работали безотказно долгие годы. Давайте рассмотрим, какие же риски существуют для бытовой техники.

 

Одной из частых причин выхода бытовых электрических устройств из строя является повышение напряжения выше допустимых значений. Статистика неумолима – сообщения о сгоревших холодильниках, телевизорах и другой технике появляются периодически и причина, как правило, колебания напряжения. В чем же причина таких явлений? Для понимания причин повышения напряжения, стоит сказать несколько слов о том, какие же напряжения действуют в 3-х фазной электрической сети.

 

Итак, в 3-х фазной сети действуют 2 вида напряжения: линейное – напряжение между двумя фазами и фазное, это напряжение между фазой и рабочим нулевым проводником, (его еще часто называют «нулем» или «нейтралью»). Соответственно, линейное напряжение равно 380 В, фазное — 220 В. В бытовой электросети мы используем фазное напряжение, но при обрыве нулевого проводника (так называемом «обрыве нуля») это напряжение может достигать 1,73* фазного напряжения, или 380 В. Таким образом, подключенные к сети устройства в этом момент окажутся под напряжением, на которые не расчитаны и будут выведены из строя или, что еще хуже, загорятся и могут вызвать пожар.

 

Защитить оборудование в доме от подобной опасности может устройство, называемое реле напряжения. Это компактный защитный элемент сети, который устанавливается в электрическом щитке и контролирует напряжение в сети. Как только напряжение превышает заданный порог, устройство отключает участок сети, но само при этом остается включенным. После того, как напряжение вновь станет нормальным, реле напряжения снова включит питание. Таким образом реле напряжения позволяет защитить от повреждения подключенное оборудование.

 

Еще одним опасным для бытового оборудования фактором являются так называемые перенапряжения, причиной которых являются грозовые разряды и внутренние процессы электрических сетей. Обычно этот вид опасности незаслуженно забывают при установке защитного оборудования в электрическом щите, а между тем, перенапряжения, вызванные грозовыми разрядами часто являются причиной не только сбоев в работе электрического и, особенно, электронного оборудования, но и выводят это оборудование из строя, что требует от владельцев дорогостоящего ремонта. Какова же причина подобных явлений? Ответ лежит в школьном курсе физики. Представим здание, электроснабжение которого осуществляется по воздушной линии электропередач (ВЛ). Во время грозы разряд молнии распространяет вокруг себя электромагнитные колебания, которые наводят в проводниках ВЛ напряжение. Далее по проводам   наведенное напряжение попадает в сеть нашего дома и воздействует на подключенное к сети оборудование. Учитывая, что напряжение разряда молнии может достигать миллиона вольт, в сети наводится напряжение, порой достигающее нескольких тысяч вольт и имеющее длительность тысячные доли секунды. Конечно же, оборудование, особенно имеющее в своем составе электронные блоки, не в состоянии без последствий выдержать такие перенапряжения. В лучшем случае это вызовет сбой в работе, но чаще всего при таких воздействиях речь идет о выходе оборудования из строя. Однако и от таких опасностей можно защититься с помощью Устройств Защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП) или как их еще называют ограничителей перенапряжений (ОПН). Установленные в электрическом щите, они способны ограничить импульс перенапряжения до безопасных значений, тем самым защитив оборудование, подключенное к сети. Современные УЗИП способны защитить электрическую сеть дома даже если разряд молнии ударит прямо в провод линии электропередач. Такие устройства есть в линейке УЗИП Acti 9, производимых Schneider Electric.

 

Итак, мы рассмотрели все виды опасностей, которые могут подстерегать нас при пользовании электрической энергией. Однако, если правильно выбрать и установить защитные устройства, то можно защитить наш дом и нас самих и сделать его безопасным и комфортным.


Об электрическом токе — Точка назначения

Об электрическом токе

Определение

Электрический ток определяется как скорость потока чистого заряда через проводник по отношению ко времени. Направление тока условно совпадает с направлением потока положительного заряда. Это поток заряда в единицу времени. Электрический ток фактически состоит из движения электронов. Протоны плотно упакованы внутри ядра атома, тогда как электроны находятся на внешних оболочках на орбитах вокруг ядра.Поскольку электроны свободно удерживаются ядром, они могут свободно перемещаться в пределах тела. Получается электрический ток.

Электрические токи вызывают Джоулев нагрев, который создает свет в лампах накаливания. Они также создают магнитные поля, которые используются в двигателях, индукторах и генераторах. Частицы, несущие заряд в электрическом токе, называются носителями заряда. В металлах один или несколько электронов от каждого атома слабо связаны с атомом и могут свободно перемещаться внутри металла.Эти электроны проводимости являются носителями заряда в металлических проводниках.

Большая часть электрического заряда переносится электронами и протонами внутри атома. Протоны имеют положительный заряд, а электроны – отрицательный. Однако протоны в основном иммобилизованы внутри атомных ядер, поэтому работу по переносу заряда из одного места в другое выполняют электроны. Электроны в проводящем материале, таком как металл, в значительной степени могут свободно перемещаться от одного атома к другому вдоль своих зон проводимости, которые являются высшими электронными орбитами.

Поток электронов

Электрический ток очень похож на поток воды, только вместо молекул воды, движущихся по реке, по проводнику движутся заряженные частицы. Ток — это поток заряженных частиц через проводящую среду, например провод. Когда мы говорим об электричестве, заряженные частицы, о которых мы говорим, почти всегда являются электронами. Видите ли, у атомов в проводящем материале есть много свободных электронов, которые плавают от атома к атому и повсюду между ними.Движение этих электронов хаотично, поэтому нет потока ни в одном заданном направлении. Однако, когда мы прикладываем к проводнику напряжение, все свободные электроны будут двигаться в одном направлении, создавая ток.

 

Визуализация электрического тока

Представьте себе железную балку с прямоугольным поперечным сечением. Рассмотрим один единственный кадр в этом луче. Давайте визуализируем поток электронов внутри пучка. Рассмотрим поток электронов справа налево как Q отрицательный и поток слева направо как Q положительный .Полный результирующий электрический ток через рамку в интервале времени ‘t’ равен Q нетто = Q плюс – Q минус . Электрический ток — это ничто иное, как чистый заряд через рамку, деленный на интервал времени.

В нормальных условиях электроны беспорядочно текут внутри тела. Таким образом, общее движение электронов через систему отсчета компенсируется, поскольку в обоих направлениях движется одинаковое количество электронов. Если электрический ток оказывается отрицательным, то это означает, что ток течет в противоположном направлении.

Типы электрического тока

В настоящее время широко используются два различных типа тока. Это постоянный ток, сокращенно DC, и переменный ток, сокращенно AC.

Постоянный ток (DC) –

В этом типе ток течет только в одном направлении, преимущества этого типа тока в том, что его очень легко хранить, потому что почти все типы батарей используют постоянный ток, большинство электроника использует постоянный ток, компьютеры, телефоны, спутники работают на постоянном токе.В постоянном токе электроны движутся в одном направлении. Батареи создают постоянный ток, потому что электроны всегда перетекают с «отрицательной» стороны на «положительную».

Переменный ток (AC) –

Переменный ток, сокращенно AC, толкает электроны вперед и назад, меняя направление потока несколько раз в секунду. Звуковые и радиосигналы, передаваемые по электрическим проводам, также являются примерами переменного тока. Важной целью в этих приложениях является восстановление информации, закодированной (или модулированной) в сигнале переменного тока.

Возникновение электрического тока

Искусственные явления электрического тока включают поток электронов проводимости в металлических проводах, таких как воздушные линии электропередач, которые передают электрическую энергию на большие расстояния, и более мелкие провода в электрическом и электронном оборудовании . Вихревые токи — это электрические токи, возникающие в проводниках, подвергающихся воздействию изменяющихся магнитных полей. Точно так же возникают электрические токи, особенно на поверхности проводников, подвергающихся воздействию электромагнитных волн.Когда колеблющиеся электрические токи протекают при правильном напряжении внутри радиоантенн, генерируются радиоволны.

Естественные наблюдаемые примеры электрического тока включают молнию, статическое электричество и солнечный ветер, источник полярных сияний.

В электронике другие формы электрического тока включают поток электронов через резисторы или вакуум в вакуумной трубке, поток ионов внутри батареи или нейрона и поток дырок в полупроводнике.

Электричество в природе | Гидро-Квек

Молния

Молния и гром происходят одновременно, но молния движется со скоростью, близкой к скорости света, а гром движется со скоростью звука, примерно в 866 000 раз медленнее скорости света, что объясняет задержку между двумя явлениями.

Разряд молнии может достигать 30 миллионов вольт, что эквивалентно 2,5 миллионам автомобильных аккумуляторов!

Каждая секунда между моментом удара молнии в землю и моментом, когда мы слышим гром, соответствует 300 метрам.Значит, если считать 3 секунды, молния ударила на расстоянии 900 метров.

Молния — это в основном статическое электричество, вызванное огромными концентрациями капель дождя, трущихся друг о друга высоко в небе.

Электрическая рыба

На самом деле существуют виды рыб — некоторые виды скатов, угрей и сомов, — которые имеют специальные органы, испускающие электрические разряды.

Они используют эти разряды, чтобы парализовать добычу, защищаться или находить объекты.

Электрические угри ( Electrophorus electricus ), обитающие в реках Южной Америки, производят достаточно электроэнергии, чтобы питать дюжину 40-ваттных лампочек.

Солнечные бури

Активность Солнца усиливается каждые 11 лет, создавая бури на поверхности нашей звезды, которые, в свою очередь, нарушают магнитное поле Земли. Эти магнитные бури могут вызвать серьезные проблемы в системах электропередачи.

Истерики Солнца

Солнечные циклы — явление относительно неизвестное и сложное.Однако ученые заметили, что количество солнечных пятен, появляющихся на поверхности Солнца, достигает своего максимума каждые 11 лет. Эти темные пятна находятся под наблюдением уже почти 400 лет, с момента изобретения телескопа, и являются источником солнечных вспышек, при которых внезапно высвобождается огромное количество энергии. Сильнейшие из них так же мощны, как 40 миллиардов атомных бомб! Эта энергия нагревает окружающие газы, выбрасывая из Солнца огромные пузыри сверхгорячего вещества. Эти массы протонов и электронов, известные как плазменные шлейфы, могут в конечном итоге столкнуться с Землей.

Следующая остановка, Земля!

Поток газа и частиц, испускаемых Солнцем, движется с невероятной скоростью от 300 до 1200 км/с! Но даже при этом солнечному ветру потребуется несколько дней, чтобы пройти 150 миллионов километров, разделяющих Солнце и Землю. Мы уже знаем, что фотоны достигают Земли за восемь минут. Заряженные частицы движутся медленнее и достигают нас от двух до пяти дней. К счастью, магнитное поле отклоняет большинство из них. Те, что проникают в атмосферу, генерируют мощные электрические токи, движущиеся и меняющиеся по интенсивности.Эти электрические токи могут путешествовать на высоте около ста километров (в ионосфере) в течение нескольких минут, нескольких часов и даже нескольких дней. Результатом является прекрасное явление, которое мы знаем как северное сияние или северное сияние в северном полушарии и южное сияние или северное сияние в южном полушарии.

Полярное сияние — это звездные вспышки насыщенного цвета и завораживающей красоты: одно из самых захватывающих представлений Матери-природы.

К сожалению, эти яркие и красочные шоу — не единственное воздействие солнечного ветра. Электрические токи в ионосфере вызывают быстрые изменения напряженности магнитного поля Земли и вызывают так называемые магнитные бури. Они также индуцируют токи в земной коре, и эти токи пытаются течь через все, что является хорошим проводником, например, железнодорожные пути, трубопроводы, подводные кабели и линии электропередач.

Линии электропередачи соединены с землей через трансформаторы, которые обеспечивают путь наименьшего сопротивления, поэтому ток, создаваемый магнитными бурями, проходит через них.Но поскольку трансформаторы не рассчитаны на то, чтобы выдерживать этот тип тока, возникают искажения формы электрического сигнала. Система защиты воспринимает эту аномальную волну как перегрузку или скачок напряжения и «размыкает» или деактивирует часть передающего оборудования. Результатом является прерывание передачи и, возможно, отключение электроэнергии.

Побочные эффекты

Магнитные бури затрагивают не только линии электропередачи. Они могут нарушить спутниковую связь, радиосвязь, сотовые телефоны, телевизионные передачи в диапазоне УКВ и коротковолновую связь.Они также могут вызывать коррозию газо- и нефтепроводов. Было замечено, что огни железнодорожного переезда даже активируются сами по себе!

Электрический ток | YourStudent Gemini Wiki

Электрический ток представляет собой поток электрического заряда. В электрических цепях этот заряд часто переносится движущимися электронами в проводе. Он также может переноситься ионами в электролите или как ионами, так и электронами, например, в плазме. [1]

Единицей измерения электрического тока в системе СИ является ампер, представляющий собой поток электрических зарядов через поверхность со скоростью один кулон в секунду.Электрический ток можно измерить с помощью амперметра. [2]

Электрические токи вызывают множество эффектов, в частности нагрев, но также индуцируют магнитные поля, которые широко используются в двигателях, индукторах и генераторах.

Символ[]

Общепринятый символ тока , который происходит от французской фразы intensité de courant , или на английском языке сила тока . [3] [4] Эта фраза часто используется при обсуждении величины электрического тока, но современная практика часто сокращает ее до просто ток .Этот символ был использован Андре-Мари Ампером, в честь которого названа единица измерения электрического тока, при формулировании одноименного закона силы Ампера, открытого им в 1820 году. , хотя по крайней мере один журнал не изменился с использования на до 1896 года. [6]

Условные обозначения Шаблон: Anchor[]

File:Current notation.svg

Электроны, носители заряда в электрической цепи, текут в направлении, противоположном обычному электрическому току .

Файл:Battery symbol2.svg

Символ батареи на принципиальной схеме.

Поток положительных зарядов дает такой же электрический ток и оказывает такое же действие на цепь, как и равный поток отрицательных зарядов в противоположном направлении. Поскольку ток может быть потоком либо положительных, либо отрицательных зарядов, либо обоих, необходимо соглашение о направлении тока, которое не зависит от типа носителей заряда. Направление обычного тока произвольно определяется как такое же, как направление потока положительных зарядов.

В металлах, из которых состоят провода и другие проводники в большинстве электрических цепей, положительные заряды неподвижны, а носителями заряда являются электроны. Поскольку электроны несут отрицательный заряд, их движение в металлическом проводнике происходит в направлении, противоположном направлению обычного (или электрического ) тока.

Опорное направление[]

При анализе электрических цепей фактическое направление тока через конкретный элемент цепи обычно неизвестно. Следовательно, каждому элементу схемы назначается переменная тока с произвольно выбранным опорным направлением . Обычно это указывается на принципиальной схеме стрелкой рядом с текущей переменной. Когда схема решена, токи элементов схемы могут иметь положительные или отрицательные значения. Отрицательное значение означает, что фактическое направление тока через этот элемент цепи противоположно выбранному эталонному направлению. В электронных схемах направления опорных токов часто выбирают так, чтобы все токи были направлены на землю.Это часто соответствует обычному направлению тока, потому что во многих цепях напряжение источника питания положительно по отношению к земле.

Закон Ома[]

Основная статья: Закон Ома

Закон Ома гласит, что ток в проводнике между двумя точками прямо пропорционален разности потенциалов между двумя точками. Вводя константу пропорциональности, сопротивление, [7] , приходим к обычному математическому уравнению, описывающему эту зависимость: [8]

где I — ток через проводник в амперах, V — разность потенциалов, измеренная на проводнике в вольтах, а R — сопротивление проводника в единицах ом. Точнее, закон Ома гласит, что R в этом отношении постоянна, не зависит от тока. [9]

Переменный и постоянный ток[]

Сокращения AC и DC часто используются для обозначения просто переменного и прямого , например, когда они модифицируют ток или напряжение . [10] [11]

Постоянный ток[]

Основная статья: Постоянный ток

Постоянный ток (DC) представляет собой однонаправленный поток электрического заряда.Постоянный ток вырабатывают такие источники, как аккумуляторы, термопары, солнечные батареи, коллекторные электрические машины типа динамо. Постоянный ток может течь в проводнике, таком как провод, но также может течь через полупроводники, изоляторы или даже через вакуум, как в электронных или ионных пучках. Электрический заряд течет в постоянном направлении, что отличает его от переменного тока (AC). Термин, ранее использовавшийся для постоянного тока , был гальваническим током . [12]

Переменный ток[]

Основная статья: Переменный ток

В переменном токе (AC, также ac) движение электрического заряда периодически меняет направление.В постоянном токе (DC, также dc) поток электрического заряда идет только в одном направлении.

Переменный ток — это форма, в которой электроэнергия подается на предприятия и в жилые дома. Обычная форма волны силовой цепи переменного тока — синусоида. В некоторых приложениях используются различные формы сигналов, например, треугольные или прямоугольные. Звуковые и радиосигналы, передаваемые по электрическим проводам, также являются примерами переменного тока. В этих приложениях важной целью часто является восстановление информации, закодированной (или модулированной) в сигнале переменного тока.

Вхождения[]

Естественные наблюдаемые примеры электрического тока включают молнии, статическое электричество и солнечный ветер, источник полярных сияний.

Искусственные явления электрического тока включают поток электронов проводимости в металлических проводах, таких как воздушные линии электропередач, которые передают электрическую энергию на большие расстояния, и более мелкие провода в электрическом и электронном оборудовании. Вихревые токи — это электрические токи, возникающие в проводниках, подвергающихся воздействию изменяющихся магнитных полей.Точно так же возникают электрические токи, особенно на поверхности проводников, подвергающихся воздействию электромагнитных волн. Когда колеблющиеся электрические токи протекают при правильном напряжении внутри радиоантенн, генерируются радиоволны.

В электронике другие формы электрического тока включают поток электронов через резисторы или вакуум в вакуумной трубке, поток ионов внутри батареи или нейрона и поток дырок в полупроводнике.

Измерение тока[]

Ток можно измерить с помощью амперметра.

На уровне схемы существуют различные методы измерения тока:

  • Шунтирующие резисторы [13]
  • Датчики тока на эффекте Холла
  • Трансформаторы (но нельзя измерить постоянный ток)
  • Датчики магниторезистивного поля [14]

Резистивный нагрев[]

Основная статья: Джоулев нагрев

Джоулев нагрев, также известный как омический нагрев и резистивный нагрев , представляет собой процесс, при котором при прохождении электрического тока через проводник выделяется тепло. Впервые он был изучен Джеймсом Прескоттом Джоулем в 1841 году. Джоуль погрузил отрезок провода в фиксированную массу воды и измерил повышение температуры из-за известного тока через провод в течение 30 минут. Изменяя ток и длину провода, он пришел к выводу, что выделяемое тепло пропорционально квадрату силы тока, умноженному на электрическое сопротивление провода.

Это соотношение известно как Первый закон Джоуля. Единица энергии в системе СИ впоследствии была названа джоулем и получила обозначение Дж .Общеизвестная единица мощности, ватт, эквивалентна одному джоулю в секунду.

Электромагнетизм[]

Электромагнит[]

Основная статья: Электромагнит
Файл:Electromagnetism.svg

Согласно закону Ампера, электрический ток создает магнитное поле.

Электрический ток создает магнитное поле. Магнитное поле можно представить как узор из круговых силовых линий, окружающих провод, который сохраняется до тех пор, пока есть ток.

Магнетизм также может производить электрический ток. Когда к проводнику прикладывается изменяющееся магнитное поле, создается электродвижущая сила (ЭДС), а при наличии подходящего пути возникает ток.

Электрический ток можно измерить непосредственно гальванометром, но этот метод предполагает разрыв электрической цепи, что иногда неудобно. Ток также можно измерить без разрыва цепи путем обнаружения магнитного поля, связанного с током.Устройства, используемые для этого, включают датчики на эффекте Холла, токовые клещи, трансформаторы тока и катушки Роговского.

Специальная теория относительности позволяет преобразовать магнитное поле в статическое электрическое поле для наблюдателя, движущегося с той же скоростью, что и заряд на диаграмме. Величина тока зависит от системы отсчета.

Радиоволны[]

Основная статья: Радио

Когда электрический ток протекает в проводнике подходящей формы на радиочастотах, могут генерироваться радиоволны. Они движутся со скоростью света и могут вызывать электрические токи в удаленных проводниках.

Шаблон:Очистить

Механизмы проводимости в различных средах[]

Основная статья: Электропроводность

В твердых металлических телах электрический заряд течет с помощью электронов от более низкого электрического потенциала к более высокому. В других средах любой поток заряженных объектов (например, ионов) может представлять собой электрический ток. Чтобы обеспечить определение тока, которое не зависит от типа протекающих носителей заряда, обычный ток определен как направленный в том же направлении, что и положительные заряды.Таким образом, в металлах, где носители заряда (электроны) отрицательны, обычный ток течет в направлении, противоположном электронам. В проводниках, где носители заряда положительны, обычный ток течет в том же направлении, что и носители заряда.

В вакууме может образоваться пучок ионов или электронов. В других проводящих материалах электрический ток возникает из-за потока как положительно, так и отрицательно заряженных частиц одновременно. В третьих ток полностью обусловлен потоком положительного заряда.Например, электрические токи в электролитах представляют собой потоки положительно и отрицательно заряженных ионов. В обычном свинцово-кислотном электрохимическом элементе электрические токи состоят из положительных ионов водорода (протонов), протекающих в одном направлении, и отрицательных сульфат-ионов, протекающих в другом. Электрические токи в искрах или плазме представляют собой потоки электронов, а также положительных и отрицательных ионов. Во льду и в некоторых твердых электролитах электрический ток целиком состоит из движущихся ионов.

Металлы[]

Твердый проводящий металл содержит подвижные или свободные электроны, происходящие из электронов проводимости.Эти электроны связаны с металлической решеткой, но уже не с отдельным атомом. Металлы обладают особенной проводимостью, потому что в решетке имеется большое количество этих свободных электронов, обычно по одному на атом в решетке. Даже без внешнего электрического поля эти электроны движутся беспорядочно из-за тепловой энергии, но в среднем чистый ток внутри металла равен нулю. При комнатной температуре средняя скорость этих случайных движений составляет 10 6 метров в секунду. [15] Если имеется поверхность, через которую проходит металлическая проволока, электроны движутся по поверхности в обоих направлениях с одинаковой скоростью.Как писал Георгий Гамов в своей научно-популярной книге «Один, два, три… Бесконечность» (1947 г.), «металлические вещества отличаются от всех других материалов тем, что внешние оболочки их атомов связаны довольно слабо и часто позволяют один из их электронов освобождается. Таким образом, внутренняя часть металла заполнена большим количеством неприсоединенных электронов, которые бесцельно путешествуют вокруг, как толпа перемещенных лиц. Когда металлическая проволока подвергается воздействию электрической силы, приложенной к ее противоположным концам, эти свободные электроны устремляются в направлении действия силы, образуя то, что мы называем электрическим током. »

Когда металлический провод подсоединяется к двум клеммам источника постоянного напряжения, такого как батарея, источник создает электрическое поле на проводнике. В момент контакта свободные электроны проводника под действием этого поля вынуждены дрейфовать к положительному полюсу. Поэтому свободные электроны являются носителями заряда в типичном твердом проводнике.

Для устойчивого потока заряда через поверхность ток I (в амперах) можно рассчитать по следующему уравнению:

где Q — электрический заряд, переносимый через поверхность за время t .Если Q и t измеряются в кулонах и секундах соответственно, то I измеряется в амперах.

В более общем смысле электрический ток можно представить как скорость, с которой заряд протекает через данную поверхность, как:

Электролиты[]

Основная статья: Проводимость (электролитическая)

Электрические токи в электролитах представляют собой потоки электрически заряженных частиц (ионов). Например, если электрическое поле приложено к раствору Na + и Cl (и условия правильные), ионы натрия движутся к отрицательному электроду (катоду), а ионы хлорида движутся к положительному электроду ( анод).Реакции протекают на обеих поверхностях электрода, поглощая каждый ион.

Водяной лед и некоторые твердые электролиты, называемые протонными проводниками, содержат положительные ионы водорода или «протоны», которые подвижны. В этих материалах электрические токи состоят из движущихся протонов, в отличие от движущихся электронов, обнаруженных в металлах.

В некоторых смесях электролитов движущимися электрическими зарядами являются ярко окрашенные ионы. Медленное изменение цвета делает текущий видимым. [16]

Газы и плазма[]

В воздухе и других обычных газах ниже поля пробоя преобладающим источником электропроводности является относительно небольшое количество подвижных ионов, создаваемых радиоактивными газами, ультрафиолетовым светом или космическими лучами. Поскольку электропроводность низкая, газы являются диэлектриками или изоляторами. Однако, как только приложенное электрическое поле приближается к значению пробоя, свободные электроны становятся достаточно ускоренными электрическим полем, чтобы создать дополнительные свободные электроны за счет столкновения и ионизации атомов или молекул нейтрального газа в процессе, называемом лавинным пробоем. В процессе пробоя образуется плазма, которая содержит достаточное количество подвижных электронов и положительных ионов, чтобы сделать ее электрическим проводником. При этом он образует светоизлучающий проводящий путь, такой как искра, дуга или молния.

Плазма — это состояние вещества, при котором некоторые электроны в газе отделены или «ионизированы» от своих молекул или атомов. Плазма может быть образована высокой температурой или приложением сильного электрического или переменного магнитного поля, как отмечалось выше. Из-за своей меньшей массы электроны в плазме быстрее ускоряются в ответ на электрическое поле, чем более тяжелые положительные ионы, и, следовательно, несут основную часть тока. Свободные ионы рекомбинируют, создавая новые химические соединения (например, разлагая атмосферный кислород на один кислород [O 2 → 2O], которые затем рекомбинируют, создавая озон [O 3 ]). [17]

Вакуум[]

Поскольку «идеальный вакуум» не содержит заряженных частиц, он обычно ведет себя как идеальный изолятор. Однако поверхности металлических электродов могут привести к тому, что область вакуума станет проводящей за счет введения свободных электронов или ионов посредством полевой электронной эмиссии или термоэлектронной эмиссии. Термоэлектронная эмиссия возникает, когда тепловая энергия превышает работу выхода металла, а полевая электронная эмиссия возникает, когда электрическое поле на поверхности металла достаточно велико, чтобы вызвать туннелирование, что приводит к выбросу свободных электронов из металла в вакуум.Электроды с внешним нагревом часто используются для создания электронного облака, например, в катоде накала или косвенно нагретом катоде электронных ламп. Холодные электроды также могут спонтанно создавать электронные облака посредством термоэлектронной эмиссии, когда образуются небольшие области накала (называемые катодными пятнами или анодными пятнами ). Это раскаленные участки поверхности электрода, создаваемые локализованным сильным током. Эти области могут быть инициированы полевой электронной эмиссией, но затем поддерживаются локализованной термоэлектронной эмиссией после образования вакуумной дуги.Эти небольшие области, излучающие электроны, могут образовываться довольно быстро, даже со взрывом, на поверхности металла, находящегося в сильном электрическом поле. Вакуумные лампы и спрайтроны — это некоторые из электронных коммутационных и усилительных устройств, основанных на проводимости вакуума.

Сверхпроводимость[]

Основная статья: Сверхпроводимость

Сверхпроводимость — это явление абсолютно нулевого электрического сопротивления и выброса магнитных полей, происходящее в некоторых материалах при охлаждении ниже характерной критической температуры. Он был обнаружен Хайке Камерлинг-Оннесом 8 апреля 1911 года в Лейдене. Подобно ферромагнетизму и атомным спектральным линиям, сверхпроводимость является квантово-механическим явлением. Он характеризуется эффектом Мейснера, полным выбросом силовых линий магнитного поля из внутренней части сверхпроводника при его переходе в сверхпроводящее состояние. Возникновение эффекта Мейснера указывает на то, что сверхпроводимость нельзя понимать просто как идеализацию идеальной проводимости в классической физике.

Полупроводник[]

Основная статья: Полупроводник

В полупроводнике иногда полезно думать о токе как о потоке положительных «дырок» (подвижных носителей положительного заряда, которые являются местами, где в полупроводниковом кристалле отсутствует валентность электрон). Это имеет место в полупроводнике р-типа. Полупроводник имеет электропроводность, промежуточную по величине между проводником и изолятором. Это означает проводимость примерно в диапазоне от 10 -2 до 10 4 сименс на сантиметр (С⋅см -1 ).

В классических кристаллических полупроводниках электроны могут иметь энергии только в пределах определенных полос (т.е. диапазонов уровней энергии). Энергетически эти полосы располагаются между энергией основного состояния, состояния, в котором электроны прочно связаны с атомными ядрами материала, и энергией свободных электронов, причем последняя описывает энергию, необходимую для полного выхода электрона из материал. Каждая из энергетических зон соответствует большому количеству дискретных квантовых состояний электронов, и большинство состояний с низкой энергией (ближе к ядру) заняты, вплоть до определенной полосы, называемой валентной зоной .Полупроводники и изоляторы отличаются от металлов тем, что валентная зона в любом данном металле почти заполнена электронами при обычных рабочих условиях, в то время как в зоне проводимости , полоса непосредственно над валентной зоной.

Легкость, с которой электроны в полупроводнике могут быть возбуждены из валентной зоны в зону проводимости, зависит от ширины запрещенной зоны между зонами. Размер этой энергетической запрещенной зоны служит произвольной границей (примерно 4 эВ) между полупроводниками и изоляторами.

При ковалентных связях электрон перескакивает на соседнюю связь. Принцип запрета Паули требует, чтобы электрон был поднят в более высокое антисвязывающее состояние этой связи. Для делокализованных состояний, например, в одном измерении, то есть в нанопроволоке, для каждой энергии есть состояние с электронами, текущими в одном направлении, и другое состояние, когда электроны текут в другом.Для протекания чистого тока должно быть занято больше состояний для одного направления, чем для другого направления. Для этого требуется энергия, так как в полупроводнике следующие более высокие состояния лежат выше запрещенной зоны. Часто это формулируется так: полные полосы не влияют на электропроводность. Однако по мере того, как температура полупроводника поднимается выше абсолютного нуля, в полупроводнике появляется больше энергии, которая расходуется на колебание решетки и возбуждение электронов в зону проводимости. Электроны, несущие ток в зоне проводимости, известны как «свободные электроны», хотя их часто называют просто «электронами», если контекст позволяет сделать это использование понятным.

Плотность тока и закон Ома[]

Основная статья: Плотность тока

Плотность тока — это мера плотности электрического тока. Он определяется как вектор, величина которого представляет собой электрический ток на площадь поперечного сечения. В единицах СИ плотность тока измеряется в амперах на квадратный метр.

, где — ток в проводнике, — плотность тока, а — дифференциальный вектор площади поперечного сечения.

Плотность тока (ток на единицу площади) в материалах с конечным сопротивлением прямо пропорциональна напряженности электрического поля в среде. Константой пропорциональности называется проводимость материала, значение которой зависит от рассматриваемого материала и, как правило, зависит от температуры материала:

Величина, обратная проводимости материала, называется удельным сопротивлением материала, и вышеприведенное уравнение, записанное в терминах удельного сопротивления, принимает вид:

или

Проводимость в полупроводниковых устройствах может происходить за счет комбинации дрейфа и диффузии, которая пропорциональна константе диффузии и плотности заряда. Тогда плотность тока:

с элементарным зарядом и плотностью электронов. Носители движутся в направлении уменьшения концентрации, поэтому для электронов положительный ток приводит к положительному градиенту плотности. Если носителями являются дырки, замените электронную плотность отрицательным значением плотности дырок.

В линейных анизотропных материалах σ , ρ и D являются тензорами.

В линейных материалах, таких как металлы, и при низких частотах плотность тока на поверхности проводника одинакова.В таких условиях закон Ома гласит, что ток прямо пропорционален разности потенциалов между двумя концами (поперек) этого металлического (идеального) резистора (или другого омического устройства):

где сила тока, измеренная в амперах; – разность потенциалов, измеряемая в вольтах; и сопротивление, измеренное в омах. Для переменных токов, особенно на более высоких частотах, скин-эффект приводит к тому, что ток распространяется неравномерно по поперечному сечению проводника с более высокой плотностью вблизи поверхности, что увеличивает кажущееся сопротивление.

Скорость дрейфа[]

Подвижные заряженные частицы внутри проводника постоянно движутся в случайных направлениях, подобно частицам газа. Чтобы был чистый поток заряда, частицы также должны двигаться вместе со средней скоростью дрейфа. Электроны являются носителями заряда в металлах, и они следуют хаотичному пути, отскакивая от атома к атому, но обычно дрейфуя в направлении, противоположном направлению электрического поля. Скорость, с которой они дрейфуют, можно рассчитать по уравнению:

где

это электрический ток
— количество заряженных частиц в единице объема (или плотность носителей заряда)
— площадь поперечного сечения проводника
— скорость дрейфа, а
— заряд каждой частицы.

Как правило, электрические заряды в твердых телах текут медленно. Например, в медном проводе сечением 0,5 мм 2 , по которому течет ток 5 А, дрейфовая скорость электронов составляет порядка миллиметра в секунду. Возьмем другой пример: в почти вакууме внутри электронно-лучевой трубки электроны движутся почти прямолинейно со скоростью примерно в одну десятую скорости света.

Любой ускоряющий электрический заряд и, следовательно, любой изменяющийся электрический ток порождает электромагнитную волну, которая распространяется с очень большой скоростью вне поверхности проводника.Эта скорость обычно составляет значительную долю скорости света, как можно вывести из уравнений Максвелла, и поэтому во много раз превышает дрейфовую скорость электронов. Например, в линиях электропередачи переменного тока волны электромагнитной энергии распространяются через пространство между проводами, двигаясь от источника к удаленной нагрузке, даже если электроны в проводах перемещаются только вперед и назад на крошечном расстоянии.

Отношение скорости электромагнитной волны к скорости света в свободном пространстве называется коэффициентом скорости и зависит от электромагнитных свойств проводника и окружающих его изоляционных материалов, а также от их формы и размера.

Величины (но не природа) этих трех скоростей можно проиллюстрировать по аналогии с тремя подобными скоростями, связанными с газами.

  • Низкая скорость дрейфа носителей заряда аналогична движению воздуха; другими словами, ветры.
  • Высокая скорость электромагнитных волн примерно аналогична скорости звука в газе (эти волны движутся в среде намного быстрее, чем любые отдельные частицы)
  • Беспорядочное движение зарядов аналогично теплу – тепловой скорости беспорядочно колеблющихся частиц газа.

См. также[]

Шаблон:Портал Шаблон:Колбегин

  • Текущий 3-вектор
  • Постоянный ток
  • Поражение электрическим током
  • Электрические измерения
  • История электротехники
  • Гидравлический аналог
  • Единицы электромагнетизма СИ

Шаблон:Colend

Ссылки[]

  1. ↑ Template:Citebook
  2. Ошибка скрипта: нет такого модуля «цитирование/CS1».
  3. ↑ TL Lowe, John Rounce, Расчеты для физики уровня A , с. 2, Нельсон Торнс, 2002 ISBN 0-7487-6748-7.
  4. ↑ Ховард М. Берлин, Фрэнк С. Гетц, Принципы электронных приборов и измерений , с. 37, паб Меррилл. Ко., ISBN 1988 г. 0-675-20449-6 .
  5. ↑ AM Ampere, Recuil d’Observations Électro-dynamiques , p. 56, Париж: Chez Crochard Libraire 1822 (на французском языке).
  6. Электроэнергия , том.6, с. 411, 1894.
  7. ↑ Template:Cite book
  8. ↑ Template:Cite book
  9. ↑ Template:Cite book
  10. ↑ Template:Cite book
  11. ↑ Template:Cite book
  12. ↑ Template:Cite book
  13. ↑ Что такое датчик тока и как им пользоваться?. Focus.ti.com. Проверено 22 декабря 2011 г.
  14. ↑ Андреас П. Фридрих, Хельмут Лемме Универсальный датчик тока. Sensorsmag.com (01 мая 2000 г.). Проверено 22 декабря 2011 г.
  15. ↑ «Механизм проводимости в металлах», Think Quest.
  16. ↑ Рудольф Хольце, Экспериментальная электрохимия: лабораторный учебник , стр. 44, John Wiley & Sons, 2009 ISBN 3527310983.
  17. Ошибка скрипта: нет такого модуля «цитирование/CS1».

Внешние ссылки[]

Electric Происшествие: Электролиз — Оксфордская стипендия

Страница из

НАПЕЧАТАНО ИЗ OXFORD SCHOLARSHIP ONLINE (oxford.universitypressscholarship.com). (c) Copyright Oxford University Press, 2022.Все права защищены. Индивидуальный пользователь может распечатать PDF-файл одной главы монографии в OSO для личного использования. Дата: 31 января 2022 г.

Глава:
(стр.47) 6 Электрическое возникновение: электролиз
Источник:
Источник:
Реакции
Автор
Автор (ы):

Peter Atkins

Издательство
Оксфордский университет пресса

DOI: 10.1093 / OSO / 9780199695126.003.0010

Что вызывает молнию?

Вы когда-нибудь получали удар статическим электричеством? Или видели искры когда ты снимаешь свой джемпер? Когда молния сделана одинаково бывает, но в гораздо большем масштабе.

Как образуется молния?

Молния — это электрический ток. Чтобы сделать этот электрический ток, сначала вам нужно облако.

Когда земля горячая, она нагревает воздух над ней. Этот теплый воздух поднимается. Когда воздух поднимается вверх, водяной пар охлаждается и образует облако. Когда воздух продолжает подниматься, облако становится все больше и больше. в вершины облаков, температура ниже точки замерзания и вода пар превращается в лед.

Теперь облако становится грозовым. Много мелких кусочков льда натыкаются друг на друга при движении. Все эти столкновения вызывают накопление электрического заряда.

В конце концов, все облако заполняется электрическими зарядами. В верхней части облака образуются более легкие положительно заряженные частицы. Более тяжелые, отрицательно заряженные частицы оседают на дно. облако.

Когда положительные и отрицательные заряды становятся достаточно большими, гигантская искра — молния — возникает между двумя зарядами внутри облако.Это похоже на искры статического электричества, которые вы видите, но намного больше.

Большинство молний происходит внутри облака, но иногда это случается между облаком и землей.

Положительный заряд накапливается на земле под облако, притянутое к отрицательному заряду в нижней части облако. Положительный заряд земли концентрируется вокруг всего что торчит — деревья, громоотводы, даже люди! То положительный заряд земли соединяется с отрицательным зарядом из облаков и искры ударов молнии.

Перейти к чему молния? чтобы увидеть, как вы можете сделать свою собственную молнию.

Биоэлектричество — обзор | ScienceDirect Topics

12.2.2 Электричество в восемнадцатом веке

До 1800 года был накоплен значительный перечень фактов, касающихся электричества в целом и биоэлектричества в частности. Египтяне и греки знали, что некоторые рыбы могут причинять существенный удар организму в водной среде. Статическое электричество было открыто греками, которые получали его, натирая смолу (янтарь или, по-гречески, электронов ) с кошачьим мехом или натирая стекло шелком.Например, Фалес из Милета сообщал в 600 г. до н.э., что кусок янтаря, если его энергично потереть тканью, обладает «привлекательной силой». Легкие частицы, такие как мякина, кусочки папируса и нити, прыгали на янтарь издалека и удерживались на нем. Производство статического электричества в то время стало ассоциироваться с аурой.

Прошло более двух тысяч лет, прежде чем английский врач Уильям Гилберт продолжил то, на чем остановился Фалес. Гилберт показал, что не только янтарь, но и стекло, агат, алмаз, сапфир и многие другие материалы при трении обладают той же притягательной силой, которую описывали греки. Однако Гилберт не сообщил, что частицы также могут отталкиваться. Лишь столетие спустя электростатическое отталкивание было замечено Шарлем Дюфеем (1698–1739) во Франции.

Следующим шагом в развитии электрификации стало усовершенствование процесса трения. Вращающиеся машины для натирания были разработаны для непрерывного и крупномасштабного производства электростатических зарядов. Первая из этих фрикционных электрических машин была разработана Отто фон Герике (1602–1685) в Германии.В восемнадцатом веке электрификация стала популярной наукой, и экспериментаторы открыли много новых свойств электрического поведения. В Англии Стивен Грей (1666–1736) доказал, что электризация может течь на сотни футов по обычному шпагату, когда он подвешен на шелковых нитях. Таким образом, он предположил, что электрификация — это «жидкость». Заменив опорные нити металлической проволокой, он обнаружил, что заряды быстро рассеются. Таким образом, начало формироваться понимание того, что разные материалы могут либо проводить, либо изолировать. «Электрики», такие как шелк, стекло и смола, сохраняли заряд. «Неэлектрики», такие как металлы и вода, проводили заряды. Грей также обнаружил, что электризация может передаваться от одного заряженного тела к другому без прямого контакта. Это свидетельствовало об индукции электризации — принципе, который позже использовался в машинах, производящих электростатический заряд.

Во Франции Чарльз Ф. Дюфе, член Французской академии наук, был заинтригован экспериментами Грея.Дюфей показал с помощью обширных испытаний, что практически все материалы, за исключением металлов и тех, которые слишком мягкие или жидкие, чтобы их можно было тереть, могут электризоваться. Однако позже он обнаружил, что если металлы изолировать, они могут удерживать самый большой электрический заряд из всех. Дюфе обнаружил, что натертое стекло отталкивает кусочек сусального золота, тогда как натертый янтарь, камедь или воск притягивают его. Он пришел к выводу, что существует два разных вида электрических «жидкостей», которые он назвал «стекловидными» и «смолистыми». Он обнаружил, что в то время как разноименные заряды притягиваются друг к другу, одноимённые отталкиваются.Это указывало на существование двух видов электричества.

В американских колониях Бенджамин Франклин (1706–1790) заинтересовался электричеством и провел эксперименты, которые привели к его гипотезе о «теории одной жидкости». Франклин заявил, что существует только один тип электричества и что электрические эффекты, вызванные трением, отражают разделение электрического флюида, поэтому одно тело содержит избыток, а другое — недостаток. Он утверждал, что «электрический огонь» является общим элементом всех тел и обычно находится в уравновешенном или нейтральном состоянии.Избыток или недостаток заряда, например, возникающего при трении между материалами, создавал дисбаланс. Электрификация трением была, таким образом, процессом разделения, а не созданием заряда. Уравновешивая прирост заряда с равной потерей заряда, Франклин подразумевал закон, а именно, что количество электрического заряда сохраняется. Франклин догадался, что при трении стекла на стекле появляется избыточный заряд, и назвал это «положительным» электричеством. Таким образом, он установил направление условного тока от положительного к отрицательному.Теперь известно, что электроны, создающие ток, движутся в противоположном направлении.

Из этой экспериментальной деятельности возникла основная философия или закон. Вплоть до конца восемнадцатого века знания об электростатике носили в основном качественный характер. Были средства для обнаружения, но не для измерения, и соотношения между зарядами не были сформулированы. Следующим шагом была количественная оценка явлений сил электростатического заряда.

Для этого решения научная сцена вернулась во Францию, и инженер, ставший физиком Чарльз А.Кулон (1726–1806). Кулон показал, что сила возникает, когда две заряженные частицы находятся рядом друг с другом. Однако он пошел дальше экспериментальных наблюдений, выведя общее соотношение, полностью отражающее величину этой силы. Его закон обратных квадратов для силы притяжения или отталкивания между заряженными телами стал одним из основных строительных блоков в понимании действия фундаментального свойства заряда материи. Однако, несмотря на этот широкий спектр открытий, важно отметить, что до времен Гальвани и Вольты не существовало источника, который мог бы обеспечивать непрерывный поток электрического флюида — термин, который, как мы теперь знаем, подразумевает как заряд, так и ток.

Помимо карьеры государственного деятеля, дипломата, издателя и подписавшего Декларацию независимости и Конституцию, Франклин был заядлым экспериментатором и изобретателем. В 1743 году в возрасте 37 лет Франклин с воодушевлением стал свидетелем демонстрации статического электричества в Бостоне и решил исследовать странные эффекты собственными исследованиями. Покупая и изобретая различные аппараты, Франклин стал заядлым энтузиастом электротехники. Он приступил к многолетним экспериментам с электростатическими эффектами.

Ученый Франклин наиболее известен своим экспериментом с воздушным змеем во время грозы в июне 1752 года в Филадельфии. Хотя различные европейские исследователи предполагали, что электричество и молния тождественны, Франклин был первым, кто доказал с помощью экспериментальной процедуры и демонстрации, что молния представляет собой гигантскую электрическую искру. Отметив ранее преимущества острых металлических наконечников для извлечения «электрического огня», Франклин применил их в качестве «громоотводов». Установленные вертикально на крышах, они будут постепенно и безвредно рассеивать заряд грозовой тучи на землю.Это было первое практическое применение в электростатике.

Работа Франклина была хорошо принята Королевским обществом в Лондоне. Происхождение такого примечательного продукта из отдаленной и колониальной Америки сделало Франклина особенно заметным. Во время своих многочисленных поездок в Европу в качестве государственного деятеля и экспериментатора Франклин пользовался уважением в социальных кругах и высоко ценился учеными.

Поражение электрическим током: Первая помощь — Клиника Мэйо

Опасность поражения электрическим током зависит от вида тока, высокого напряжения, прохождения тока по телу, общего состояния здоровья человека и скорости лечения.

Поражение электрическим током может вызвать ожоги или не оставить видимых следов на коже. В любом случае электрический ток, проходящий через тело, может вызвать повреждение внутренних органов, остановку сердца или другие травмы. При определенных обстоятельствах даже небольшое количество электричества может быть смертельным.

Когда обращаться к врачу

Человек, получивший травму от контакта с электричеством, должен быть осмотрен врачом.

Осторожно

  • Не прикасайтесь к пострадавшему, если он все еще находится в контакте с электрическим током.
  • Позвоните по телефону 911 или по местному номеру службы экстренной помощи, если источником ожога является высоковольтный провод или молния. Не приближайтесь к высоковольтным проводам, пока не будет отключено питание. Воздушные линии электропередач обычно не изолированы. Держитесь на расстоянии не менее 20 футов (около 6 метров) и дальше, если провода прыгают и искрят.
  • Не перемещайте человека с электротравмой, если он или она не находится в непосредственной опасности.

Когда обращаться за неотложной помощью

Позвоните по телефону 911 или по местному номеру службы экстренной помощи, если пострадавший испытывает:

  • Тяжелые ожоги
  • Путаница
  • Затрудненное дыхание
  • Нарушения сердечного ритма (аритмии)
  • Остановка сердца
  • Боль в мышцах и сокращения
  • Приступы
  • Потеря сознания

Немедленно примите следующие меры в ожидании медицинской помощи:

  • Отключите источник электричества, если это возможно.В противном случае отодвиньте источник от себя и от человека, используя сухой непроводящий ток предмет из картона, пластика или дерева.
  • Начинайте сердечно-легочную реанимацию, если у человека нет признаков кровообращения, таких как дыхание, кашель или движение.
  • Постарайтесь не дать пострадавшему переохладиться.
  • Наложите повязку. Накройте обожженные участки стерильной марлевой повязкой, если таковая имеется, или чистой тканью. Не используйте одеяло или полотенце, потому что свободные волокна могут прилипнуть к ожогам.

Получите самую свежую медицинскую информацию от экспертов Mayo Clinic.

Зарегистрируйтесь бесплатно и будьте в курсе научных достижений, советов по здоровью и актуальных тем, связанных со здоровьем, таких как COVID-19, а также экспертных знаний по управлению здоровьем.

Узнайте больше об использовании данных Mayo Clinic.

Чтобы предоставить вам наиболее актуальную и полезную информацию, а также понять, какие информация полезна, мы можем объединить вашу электронную почту и информацию об использовании веб-сайта с другая информация о вас, которой мы располагаем. Если вы пациент клиники Майо, это может включать защищенную информацию о здоровье. Если мы объединим эту информацию с вашей защищенной медицинской информации, мы будем рассматривать всю эту информацию как информацию и будет использовать или раскрывать эту информацию только так, как указано в нашем уведомлении о практики конфиденциальности.Вы можете отказаться от получения сообщений по электронной почте в любое время, нажав на ссылка для отписки в письме.

Подписаться!

Спасибо за подписку

Наш электронный информационный бюллетень Housecall будет держать вас в курсе самой последней медицинской информации.

Извините, что-то пошло не так с вашей подпиской

Повторите попытку через пару минут

Повторить попытку

14 июля 2020 г. Показать ссылки
  1. Первая помощь при поражении электрическим током.Американский институт профилактической медицины. http://www.healthy.net/Health/Article/First_Aid_for_Electric_Shock/1490. По состоянию на 22 января 2018 г.
  2. Электротравмы. Профессиональная версия руководства Merck. https://www.merckmanuals.com/professional/injuries-poisoning/electrical-and-lightning-injuries/electrical-injuries. По состоянию на 22 января 2018 г.
  3. СпросиMayoExpert. Электротравма. Рочестер, Миннесота: Фонд медицинского образования и исследований Мэйо; 2015.

Author: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *