Электрические токи

Классическая электродинамика

Магнитное поле соленоида

Электричество · Магнетизм Электростатика Закон Кулона Теорема Гаусса Электрический дипольный момент Электрический заряд Электрическая индукция Электрическое поле Электростатический потенциал Магнитостатика Закон Био — Савара — Лапласа Закон Ампера Магнитный момент Магнитное поле Магнитный поток Электродинамика Диполь Потенциалы Лиенара — Вихерта Сила Лоренца Ток смещения Униполярная индукция Уравнения Максвелла Электрический ток Электродвижущая сила Электромагнитная индукция Электромагнитное излучение Электромагнитное поле Электрическая цепь Закон Ома Законы Кирхгофа Индуктивность Радиоволновод Резонатор Электрическая ёмкость Электрическая проводимость Электрическое сопротивление Электрический импеданс Ковариантная формулировка Тензор электромагнитного поля Тензор энергии-импульса 4-ток · 4-потенциал Известные учёные Генри Кавендиш Майкл Фарадей Андре-Мари Ампер Густав Роберт Кирхгоф Джеймс Клерк (Кларк) Максвелл Генри Рудольф Герц Альберт Абрахам Майкельсон Роберт Эндрюс Милликен

Ток - упорядоченное движение заряженных частиц.

Такими частицами могут являться: в твёрдых проводниках — электроны, в жидких проводниках (электролитах) — гидратированные ионы (катионы и анионы), в газах — ионы и электроны, в плазме — ионы (электроны за некоторым исключением), в полупроводниках — электроны и т. н. «дырки» («электронно-дырочная проводимость»).

Электрическое поле, приводящее электроны в движение, распространяется в проводниках с огромной скоростью, приближающейся к скорости света в вакууме (299 792 458 м/с), но сами электроны движутся гораздо медленнее (в проводах их скорость составляет несколько миллиметров в секунду).

Ток характеризуется силой тока, которая в системе СИ измеряется в амперах, и плотностью тока, которая в системе СИ измеряется в амперах на квадратный метр.

Напряжение

Напряжением называется разность потенциалов, существующая между двумя точками проводника, измеряется и выражается в вольтах (В). Вольт — это напряжение, которое, будучи приложено к концам проводника с сопротивлением 1 Ом, создает ток силой 1 ампер. Напряжение — это вид электрического давления, которое толкает электроны от одного конца проводника к другому. Чем больше напряжение, тем больше сила тока. И, наоборот, чем больше сопротивление, тем меньше сила тока.

Закон Ома — ток равен напряжению, деленному на сопротивление.

I = U/R

где:

I — сила тока — (ампер),

U — напряжение между концами проводника — (вольт),

R — сопротивление проводника — (Ом).

В зависимости от длины, сечения и материала проводник оказывает прохождению тока большее или меньшее сопротивление. Чем длиннее проводник, тем больше его сопротивление. И чем больше сечение проводника, тем меньше его сопротивление. Сопротивление измеряется в омах(Ом), тысячах ом, или килоомах(кОм) и миллионах ом, или мегаомах (МОм).
1 Ом — это приблизительно сопротивление, которое имеет медная проволока длиной 62 м и сечением 1 мм².

Сопротивление

R (в омах) зависит от длины L (в сантиметрах) и сечения S (в квадратных сантиметрах):

R = P(L/S)

В этом выражений P — коэффициент, зависящий от природы проводника и называемый «удельным сопротивлением».

Мощность

Это работа тока, совершаемая в 1 сек. Основной единицей работы тока является ватт-секунда (вт ∙ сек), то есть работа тока мощностью 1вт в течение 1 секунды. Мощность тока, равная одному ватту, есть мощность тока в один ампер при напряжении в один вольт. Чем больше напряжение и чем больше ток, тем больше мощность:

P = UI или P = I²R или P = U²/R

где:

P — мощность тока — (ватт),

U — напряжение между концами проводника — (вольт),

I — сила тока — (ампер),

R — сопротивление проводника — (Ом)

Различают постоянный (DC) и переменный (AC) ток. Постоянный ток — это ток, создаваемый напряжением, имеющим постоянные величину и направление. Переменный ток создается переменным напряжением. В случае переменного напряжения потенциал каждого конца проводника изменяется по отношению к потенциалу другого конца проводника попеременно с положительного на отрицательный и наоборот, проходя при этом через все промежуточные потенциалы (включая и нулевой потенциал). В результате возникает ток, непрерывно изменяющий направление: при движении в одном направлении он возрастает, достигая максимума, именуемого амплитудой, затем спадает, на какой-то момент становится равным нулю, потом вновь возрастает, но уже в другом направлении и также достигает максимального значения, спадает, чтобы затем вновь пройти через нуль, после чего цикл всех изменений возобновляется.

Время, за которое происходит один такой цикл (время включающее изменение тока в обе стороны), называется периодом переменного тока. Количество периодов, совершаемое током в одну секунду, носит название частота. Единице частоты присвоили имя Герца, который первый экспериментально получил электромагнитные волны. Таким образом, один Герц соответствует одному периоду в секунду.

Материал, в котором течёт ток, называется проводником. Некоторые материалы при низких температурах переходят в состояние сверхпроводимости. В таком состоянии они не оказывают почти никакого сопротивления току, их сопротивление стремится к нулю. Во всех остальных случаях проводник оказывает сопротивление течению тока и в результате часть энергии электрических частиц превращается в тепло. Силу тока можно рассчитать по закону Ома для участка цепи и закону Ома для полной цепи.

Скорость движения частиц в проводниках зависит от материала проводника, массы и заряда частицы, окружающей температуры, приложенной разности потенциалов и составляет величину, намного меньшую скорости света. Несмотря на это, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости света в данной среде, то есть скорости распространения фронта электромагнитной волны.

Также существует «ток смещения», протекание которого обусловлено процессом заряда ёмкости, то есть изменением разности потенциалов между обкладками. Между обкладками никакого движения частиц не происходит, но ток через конденсатор «протекает» (сам электрический ток — ни постояный, ни переменный — через конденсатор не проходит. В цепи, соединяющей источник переменного тока с конденсатором, течёт ток заряда и разряда этого конденсатора. Эта особенность переменного тока чрезвычайно широко используется в радиотехнике). Переменный ток высокой частоты вытесняется на поверхность проводника (см. Скин-эффект).

Различают 3 действия электрического тока:

1. Магнитное (железная или никелевая проволока становится электромагнитом).
2. Химическое (электрический ток в растворах электролитов, выделение новых веществ).
3. Тепловое (лампа накаливания).

Ток, пропущенный через организм человека или животного, может вызвать электрические ожоги (ионизируя кожу человека), фибрилляцию или смерть. С другой стороны, электрический ток используют в реанимации; для лечения психических заболеваний, особенно депрессии; электростимуляцию определённых областей головного мозга применяют для лечения таких заболеваний, как болезнь Паркинсона и эпилепсия; водитель ритма, стимулирующий сердечную мышцу импульсным током, используют при брадикардии. В организме человека и животных ток используется для передачи нервных импульсов.

По технике безопасности, минимально ощутимый человеком ток составляет 1 мА. Опасным для жизни человека ток становится начиная с силы примерно 0,01 А. Смертельным для человека ток становится начиная с силы примерно 0,1 А. Безопасным считается напряжение менее 42 В.

См. также

• Действия электрического тока