Постоянный ток: определение, механизм, характеристики - услуги электромонтажа, строительства и ремонта

Постоянный ток – это упорядоченное движение заряженных частиц, движущихся в одном направлении.

В теории эти заряженные частицы называются носителями тока. В проводниках и полупроводниках такими носителями являются электроны, в электролитах – заряженные ионы, а в газах – электроны и ионы. Металлы характеризуются исключительно движением электронов. Из этого следует, что электрический ток в них – это движение электронов проводимости.

Результат протекания электрического тока в металлах и проводящих растворах явно отличается. При протекании тока в металлах не происходит никаких химических процессов. В электролитах под действием тока происходит высвобождение ионов веществ на электродах. Разница заключается в различии между носителями заряда металла и электролита. В металлах это свободные электроны, оторванные от атомов, в растворах – ионы, атомы или группы атомов с зарядами.

Они нашли и продолжают использоваться в качестве источников постоянного тока:

Содержание

Определение

Ответ на вопрос о том, что такое постоянный ток, кроется в слове “постоянный”. – постоянной по величине и направлению. С физической точки зрения, это однонаправленное движение инвариантного во времени потока заряженных частиц. Направление постоянного тока совпадает с вектором движения положительно заряженных частиц, тогда как при движении отрицательных зарядов направление тока будет противоположно направлению движения.

Таким образом, постоянный ток – это электрический ток, который сохраняет постоянную величину и направление в течение всего физического процесса. Теоретически это так.

На практике под постоянным током обычно понимают такой электрический ток, при котором изменения его величины настолько малы, что ими можно пренебречь. Потому что он не оказывает существенного влияния на емкостную и индуктивную природу эксплуатируемой цепи.

Важным примером использования последовательного и параллельного подключения являются различные схемы подключения электроизмерительных приборов. Предположим, что у нас есть определенный амперметр, рассчитанный на максимальный ток I_maxи требуется большой ток. В этом случае параллельно амперметру подключается небольшой резистор r, по которому будет протекать большая часть тока. Обычно это называется шунт. Сопротивление амперметра равно R, и пусть R/r=n. Токи в цепи, на амперметре и шунте равны I, I_а и я_ш

ФИКСИРОВАННАЯ ТЕКУЩАЯ СТОИМОСТЬ

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц (электронов и ионов). Направление тока условно принимается как направление положительных зарядов, т.е. от ” + ” до ” – “.

Условия, необходимые для существования электрического тока:

Наличие свободно заряженных частиц;
Электрическое поле, которое действует на заряженные частицы с силой в определенном направлении;
Существование замкнутого контура.

Действие тока:

Тепловой: Проводник, по которому течет ток, нагревается.
Химический: Электрический ток может изменять химический состав проводника (электролита).
Магнитный: Ток оказывает сильное влияние на соседние токи и намагниченные тела. Вокруг проводника с током существует магнитное поле.

Электродвижущая сила

Если два заряженных тела соединить проводником, то через проводник потечет короткий ток. Избыток электронов от отрицательно заряженного тела перейдет к положительно заряженному телу. Потенциалы тел будут одинаковыми, а значит, напряжение на концах проводника будет равно нулю и ток прекратится. Для того чтобы ток в проводнике протекал непрерывно, разность потенциалов на концах проводника должна поддерживаться постоянной. Этого можно достичь путем переноса свободных электронов от положительного тела к отрицательному, чтобы заряды тел не менялись с течением времени.

Силы электрического взаимодействия сами по себе не в состоянии осуществить такое разделение зарядов. Они заставляют электроны притягиваться к положительному телу и отталкиваться от отрицательного. Поэтому должны существовать внешние силы неэлектрической природы, которые обеспечивают разделение электрических зарядов в источнике тока.

Внешние силы – это Любая сила, действующая на электрически заряженные частицы, за исключением сил электростатического происхождения (т.е. кулоновских сил).).

ЭДС – электродвижущая сила – Физическая величина, определяемая работой, совершаемой внешними силами при перемещении единичного положительного заряда от полюса “+” к полюсу “-” в источнике тока. Это энергетическая характеристика источника тока.

Основные характеристики источника электрического тока (таблица)

Типы подключения источников тока

Шунт амперметра

Важным примером использования последовательной и параллельной проводки являются различные схемы подключения электрических измерительных приборов. Предположим, что у нас есть амперметр с максимальным током I_maxи требуется большой ток. В этом случае параллельно амперметру подключается небольшой резистор r, по которому будет протекать большая часть тока. Обычно это называется шунт. Сопротивление амперметра равно R, и пусть R/r=n. Токи в цепи, на амперметре и шунте равны I, I_а и я_ш

Параллельное подключение шунта к измерительному прибору для изменения его чувствительности называется маневрирование. Шунтирующие цепи амперметра с добавлением небольшого сопротивления r.

Постоянный ток. Эксплуатация и питание.
Закон Ленца-Джоуля.

Работа электрического поля для переноса заряда ∆ q из одной точки в другую равна произведению напряжения U между этими точками на величину заряда Dq: A=DqU

Учитывая, что Dq = IDt, получаем A= IUDt = I 2 RDt = Dt

Когда ток проходит через проводник, он нагревается, и таким образом электрическая энергия преобразуется в тепловую.

Закон Джоуля-Ленца гласит: Количество тепла, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата тока, сопротивления проводника и времени..

Q = I 2 – R – t – Закон Ленца-Джоуля.

Этот закон был открыт экспериментально независимо друг от друга Дж. H. Lenz. Q = A – в соответствии с законом сохранения энергии.

Сила электрического тока равна работе, совершаемой током в единицу времени.

Дополнительные материалы по данной теме

Конспект урока “Постоянный ток. Формулы и графики”.

Чтобы измерить силу тока, нам необходимо амперметр.

Электрическое сопротивление. Удельное сопротивление вещества

Электрическое сопротивление – Электрическое сопротивление – это свойство проводящего материала препятствовать прохождению через него электрического тока.

Символ – Ω (R), а единица измерения СИ – Ом.

Существование сопротивления можно объяснить на основе структуры металлических проводников. Свободные электроны на своем пути через проводник встречают на своем пути ионы решетки и другие электроны и, взаимодействуя с ними, неизбежно теряют часть своей энергии. Различные металлические проводники с разной атомной структурой имеют разное сопротивление электрическому току.

Чем выше сопротивление проводника, тем хуже он проводит электричество.

Сопротивление различных проводников зависит от материала, из которого они изготовлены, их длины, геометрической формы и температуры. Чтобы охарактеризовать электрическое сопротивление различных материалов, было введено понятие удельного сопротивления.

Удельное сопротивление – это удельное сопротивление проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м 2 .

Он обозначается символом Ω, а единица измерения СИ – Ом-м.

Каждый материал проводника имеет свое собственное удельное сопротивление.

Удельное сопротивление меди, например, составляет 1,7-10 -8 Ом-м, что означает, что медный проводник длиной 1 м и поперечным сечением 1 м 2 имеет сопротивление 1,7-10 -8 Ом. На практике часто используется единица удельного сопротивления (Ом-м2 )/м.

Электрическое сопротивление проводника прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади поперечного сечения проводника.

Формула для его расчета:

Сопротивление проводника увеличивается с ростом температуры. Удельное сопротивление зависит от температуры:

Где Ω – удельное сопротивление при температуре Ω = 293 K (20°C), Ω = дельта T=T-T_0 Ω , Ω – температурный коэффициент сопротивления.

Единицей измерения температурного коэффициента сопротивления является K-1 .

При нагревании увеличивается интенсивность движения молекул вещества. Это создает трудности в направленном движении электронов. Увеличивается количество столкновений между свободными электронами и сшитыми ионами.

Свойство, согласно которому сопротивление изменяется с температурой, используется в термометрах сопротивления. Эти приборы могут измерять температуру на основе температурной зависимости сопротивления. Термометры сопротивления очень точны.

Мощность электрического тока обратно пропорциональна продолжительности совершения работы – P=A/∆t и прямо зависит от разности потенциалов и силы тока – P=UxI. В случае, когда электрический ток в цепи не совершает механической работы, энергия расходуется только на нагрев проводящего элемента. Общее количество выделившегося тепла в этом случае будет равно работе, совершенной электрическим током. Количество тепла можно определить по формуле Q=I2R∆t. Это соответствие было получено экспериментально Джоулем и Ленцем, и закон был назван в их честь.

Понятие электрического тока и его параметры

Протекание электрического тока по цепи – это, по сути, работа (A) по переносу свободного заряда из одного потенциала в другой. Чем больше электронов проходит через плоскость проводящего элемента в единицу времени, тем больше сила электрического тока. Общее количество работы можно определить по формуле – A=U∆q=IU∆t=I2R∆t.

Сила электрического тока обратно пропорциональна времени, за которое была совершена работа – P=A/∆t, и прямо пропорциональна разности потенциалов и силе тока – P=UxI. В случае, когда электрический ток на участке цепи не совершает механической работы, энергия расходуется только на нагрев проводящего элемента. Общее количество выделившегося тепла в этом случае будет равно работе, совершенной электрическим током. Количество тепла можно определить по формуле Q=I2R∆t. Это соответствие было получено экспериментально Джоулем и Ленцем, и закон назван в их честь.

Компонент постоянного тока – это величина, равная среднему значению тока в данном периоде.

Параметры постоянного тока и напряжения

Прежде всего, следует отметить, что устаревший термин “сила тока” больше не часто используется в современной технической литературе и считается некорректным. Электрический ток характеризуется не силой, а скоростью и интенсивностью движения заряженных частиц. А именно, количество заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника за единицу времени.
Основным параметром постоянного тока является величина тока.

Единицей измерения тока является ампер.
Величина тока составляет 1 Ампер – перемещение заряда в 1 Кулон за 1 секунду.

Единицей измерения напряжения является вольт.
Величина напряжения в 1 вольт – это разность потенциалов между двумя точками в электрическом поле, которая необходима для совершения работы в 1 джоуль при перемещении 1 кулона заряда.

Для выпрямителей и инверторов часто важны следующие параметры постоянного напряжения или тока:

Размер шага Напряжение (ток) – это величина, равная разности между максимальным и минимальным значением.
Коэффициент разброса – Величина, равная отношению среднеквадратичного значения переменной составляющей напряжения или тока к его постоянной составляющей.

Читайте далее: