Характеристики электрического тока кратко

Обновлено: 08.07.2024

Основные характеристики тока, характеристика напряжения, характеристика тока, мощности и сопротивления.

Электрический ток сейчас используют в каждом здании, зная характеристики тока в электросети дома, следует всегда помнить, что он опасен для жизни.

Электрический ток являет собой эффект направленного движения электрических зарядов (в газах - ионы и электроны, в металлах - электроны), под воздействием электрического поля.

Движение положительных зарядов по полю эквивалентно движению отрицательных зарядов против поля.

Обычно за направление электрического берут направление положительного заряда.

Далее мы рассмотрим такие характеристики тока, как:

мощность тока;
напряжение тока;
сила тока;
сопротивление тока.

Мощность тока.

Мощностью электрического тока называют отношение произведенной током работы ко времени, в течение которого была выполнена это работа.

Мощность, которую развивает электрический ток на участке цепи, прямо пропорциональна величине тока и напряжению на данном участке. Мощность (электрическая и механическая) измеряется в Ваттах (Вт).

Мощность тока не зависит от времени протекания электрического тока в цепи, а определяется как произведение напряжения на силу тока.

Напряжение тока.

Напряжением электрического тока называется величина, которая показывает, какую работу совершило электрическое поле при перемещении заряда от одной точки до другой. Напряжение при этом в различных участках цепи будет отличаться.

К примеру: напряжение на участке пустого провода будет совсем небольшим, а напряжение на участке с какой-либо нагрузкой будет намного больше, и величина напряжения будет зависеть от величины работы, произведенной током. Измеряют напряжение в вольтах (1 В). Для определения напряжения существует формула: U=A/q, где

U - напряжение,
A – работа, совершенная током по перемещению заряда q на некий участок цепи.

Сила тока.

Силой тока называют количество заряженных частиц которые протекают через поперечное сечение проводника.

По определению сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Сопротивление тока.

Электрическим сопротивлением называется физическая величина, которая характеризует свойства проводника, препятствующие 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 тока (часто обозначается буквой R или r) считается сопротивление тока, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника. Под электрическим сопротивлением понимают отношение напряжения на концах проводника к силе тока, текущего по проводнику.

Условия возникновения электрического тока в проводящей среде:

1) присутствие свободных заряженных частиц;

2) если есть электрическое поле (присутствует разность потенциала между двумя точками проводника).

Виды воздействия электрического тока на проводящий материал.

1) химическое - изменение химического состава проводников (происходит в основном в электролитах);

2) тепловое - нагревается материал, по которому течет ток (в сверхпроводниках этот эффект отсутствует);

3) магнитное - появление магнитного поля (происходит у всех проводников).

Главные характеристики тока.

1. Сила тока обозначатся буквой I - она равна количеству электричества Q, проходящему через проводник за время t.

Сила тока определяется амперметром.

2. Напряжение U - равняется разности потенциалов на участке цепи.

Напряжение определяется вольтметром.

3. Сопротивление R проводящего материала.

а) от сечения проводника S, от его длины l и материала (обозначается удельным сопротивлением проводника ρ);

б) от температуры t°С (или Т): R = R0 (1 + αt),

где R0 – сопротивление проводника при 0°С,
α – температурный коэффициент сопротивления;

в) для получения различных эффектов, проводники могут соединяться как параллельно, так и последовательно.

Условия, необходимые для существования электрического тока:

Наличие свободных заряженных частиц;
Наличие электрического поля, действующего на заряженные частицы с силой в определённом направлении;
Наличие замкнутой электрической цепи.

Действия тока:

Тепловое: проводник по которому течет ток нагревается.
Химическое: электрический ток может изменять химический состав проводника (электролита).
Магнитное: ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела. Вокруг проводника с током существует магнитное поле.

Электродвижущая сила

Если два заряженных тела соединить проводником, то через него пойдет кратковременный ток. Избыточные электроны с отрицательно заряженного тела перейдут на положительно заряженное. Потенциалы тел окажутся одинаковыми, значит, напряжение на концах проводника станет равно нулю, и ток прекратится. Для существования длительного тока в проводнике нужно поддерживать разность потенциалов на его концах неизменной. Этого можно достичь, перенося свободные электроны с положительного тела на отрицательное так, чтобы заряды тел не менялись со временем.

Силы электрического взаимодействия сами по себе не способны осуществлять подобное разделение зарядов. Они вызывают притяжение электронов к положительному телу и отталкивание от отрицательного. Поэтому внутри источника тока должны действовать сторонние силы, имеющие неэлектрическую природу и обеспечивающие разделение электрических зарядов.

Сторонние силы — любые силы, действующие на электрические заряженные частицы, за исключение сил, электростатического происхождения (т.е. кулоновских).

Основные характеристики электрического тока (таблица)

Виды соединений источников тока

Шунтирование амперметра

Важным примером применения последовательного и параллельного соединения проводов являются различные схемы включения электроизмерительных приборов. Допустим, что имеется некоторый амперметр, рассчитанный на максимальный ток I_max, а требуется измерить большую силу тока. В этом случае параллельно к амперметру присоединяют малое сопротивление r, по которому направится большая часть тока. Его называют обычно шунтом. Сопротивление амперметра – R, и пусть R/r=n. Сила тока в цепи, амперметре и в шунте равны соответственно I, I_а и I_ш

Параллельное присоединение шунта к измерительному прибору с целью изменения его чувствительности называют шунтированием. Схема шунтирования амперметра добавочным малым сопротивлением r.

Постоянный ток. Работа и мощность.
Закон Джоуля – Ленца.

Работа электрического поля по перемещению 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

При прохождении тока через проводник происходит его нагревание, значит электрическая энергия переходит в тепловую.

Закон Джоуля – Ленца гласит: количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивлению проводника и времени.

Q = I 2 • R • t – закон Джоуля — Ленца.

Закон открыт экспериментально независимо друг от друга Дж.Джоулем и Э.Х.Ленцем. Q = А – по закону сохранения энергии.

Мощность электрического тока равна работе, которая совершается током за единицу времени.

Дополнительные материалы по теме

Электрический ток используется во множестве современных технологий. Чтобы понять, что это такое, можно представить ток воды, бегущий по трубам с определенной скоростью. В этом случае роль воды исполняет электрический заряд, под скоростью понимается его сила, а функцию трубы выполняет проводник — среда, вещество или материал, способные проводить электрический ток.

Самым простым проявлением электрического тока являются:

способность янтаря притягивать мелкие предметы после натирания шелком;
искрящаяся под воздействием расчески кошачья шерсть.

Определение, откуда берется, основные источники

Электрический ток — это упорядоченное передвижение частиц, являющихся носителями электрического заряда.

В металлах и полупроводниках такими частицами выступают электроны, в газах — электроны и ионы, в электролитах — анионы и катионы.

Источники электрического тока бывают:

Механическими. Это генераторы, которые при помощи падающей воды, газового или парового потока преобразуют механическую энергию в электрическую.
Тепловыми. В этом случае ток возникает из-за разности температур двух контактирующих термопар — чем больше разность, тем сильнее ток.
Световыми. Здесь речь идет о превращении энергии света в электричество при помощи солнечных батарей.
Химическими, основанными на особенностях взаимодействия разных элементов.

Во всех случаях для существования постоянного тока необходимо наличие свободных зарядов, электрического поля, обеспечивающего их движение, замкнутой электрической цепи. В каждом источнике происходит работа по разделению отрицательно и положительно заряженных частиц, скапливающихся на его полюсах.

Виды тока, классификация

В физике различают следующие виды тока:

постоянный — не меняющий величину, направление во времени;
переменный — меняющий свои параметры;
периодический — повторяющий свои мгновенные значения через определенные временные промежутки в одинаковой последовательности;
синусоидальный — изменяющий свою величину по синусоидальному закону;
высокой частоты;
пульсирующий.

Если речь идет о движении макроскопических заряженных тел (к примеру, дождевых капель), то ток принято называть конвекционным. Если же имеется в виду движение заряженных частиц внутри макроскопических тел, то говорят о токе проводимости.

У электриков существуют такие понятия, как однофазный, двухфазный и трехфазный ток, а также двухфазная сеть или трехфазная система электроснабжения. Фазой называют провод, находящийся под напряжением переменного тока относительно заземленного или общего провода. От количества фаз зависит название.

Параметры и характеристики электрического тока

Электрическому току свойственны такие характеристики, как сила, плотность, мощность, частота.

Сила — это физическая величина, отображающая отношение прошедшего за некоторое время количества заряда к величине этого временного промежутка.

Плотность — это физическая величина. Отображает отношение силы тока, проходящего через перпендикулярно расположенное сечение, к площади этого сечения.

Мощность — характеристика, показывающая, какая работа была выполнена током за конкретный промежуток времени.

Частота — это свойство переменного тока, скорость, с которой он меняет свое направление.

Также существует понятие напряжения. Обозначение применяется для определения работы, совершаемой единичным положительным зарядом в момент перемещения вдоль цепи.

Важный параметр — сопротивление. Оно отображает способность проводника препятствовать прохождению через него заряженных частиц.

Исторически сложилось представление о том, что направление тока всегда совпадает с направлением передвижения положительных зарядов. Если носителями в проводнике являются только отрицательные заряды, как, к примеру, происходит в металле, то за направление тока принимают направление, противоположное движению отрицательных зарядов.

Поведение электрического тока в различных средах

Ток может проходить через разные вещества: металлы, сплавы, газы. Условием для его возникновения является присутствие заряженных частиц, которые могут быть ионами или электронами.

В металлах

Траекторию движения электронов нельзя назвать прямолинейной. Она сложна, зависит от их взаимодействия с другими частицами.

В электролитах

Электролиты — это растворы щелочей, кислот или солей, способные проводить электрический ток.

В процессе растворения в воде молекулы этих веществ разделяются на отрицательные и положительные ионы. Явление распада нейтральных молекул на отрицательные и положительные ионы называется электролитической диссоциацией.

При отсутствии электрического поля все ионы передвигаются хаотично. При его наличии положительные будут тяготеть к отрицательному полюсу источника тока. Отрицательные — к положительному. Поэтому физики говорят о том, что ток в электролитах представляет собой движение разнозаряженных ионов в противоположных направлениях.

В газах

В обычных условиях газ не способен проводить электричество. Он является диэлектриком или изолятором. Но при изменении условий окружающей среды — под воздействием радиоактивного излучения или при нагреве — газ может стать проводником.

Ток, возникающий в газах в результате ионизации, называют газовым разрядом.

Газовый разряд может быть:

несамостоятельным — существующим только при условии воздействия внешних сил;
самостоятельным — продолжающим существование даже после нейтрализации внешних воздействий.

Самостоятельные разряды делятся на:

тлеющие, формирующие свечение;
тихие, не образующие света и звука;
искровой, генерирующий большое количество электричества за краткий временной промежуток;
дуговой, подразумевающий колебания силы тока от 10 до 100 А;
коронный.

Коронный разряд возникает при резком изменении напряженности поля.

Измерения силы электрического тока, формулы

В международной системе единицей измерения силы тока является ампер, который обозначается буквой А. Для определения точного значения применяют специальный прибор амперметр. Его подключают к разрыву цепи на том участке, где необходимо произвести замер.

Формула нахождения силы тока выглядит так:

Уравнения для определения остальных физических величин:

Единицами измерения напряжения являются вольты (В). Сопротивление измеряется в омах (Ом), работа — в Джоулях (Дж), мощность — в Ваттах (Вт).

Количественной характеристикой электрического тока является сила тока (I).

Сила тока (I) — Это количество электричества прошедшего через поперечное сечение проводника за единицу времени.

I = Q/Δt [A]

Электрический ток не изменяющийся со временем называется постоянным электрическим током.

Плотность тока (j) — это векторная величина численно равная отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника.

j = I/S [A/mm 2 ]

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

Читайте также: