Электрический ток

Электрический ток представляет собой упорядоченное движение всех находящихся в данном проводнике свободных электронов в каком-нибудь общем для них направлении.

Прохождение электрического тока по проводникам можно уподобить протеканию жидкостей по трубам. Как жидкости всегда текут от областей большего давления к меньшему, так и общее движение электронов в проводнике возможно лишь от более высокого потенциала к более низкому. Для образования электрического тока необходимо наличие разности потенциалов (или электродвижущей силы), заставляющей все свободные электроны двигаться всегда в сторону положительного потенциала. Подобно тому, как напор воды в трубах может быть создан насосами многих систем (либо разностью уровней), электродвижущую силу можно получать различными способами. Исторически первым способом получения электрического тока было использование электродвижущей силы образующейся при некоторых химических реакциях. Химические источники тока применяются весьма широко и в наше время в виде гальванических элементов и аккумуляторов.

Электродвижущая сила может быть создана также механическим путем с помощью динамомашин и генераторов, причем наибольшее количество электроэнергии во всем мире создается именно таким образом.

Из других средств получения электродвижущей силы (сокращенно ее обозначают э. д. с.) следует упомянуть термоэлементы, фотоэлементы, пьезоэлементы и еще не разработанные до широкого практического применения, но уже используемые в отдельных случаях атомные элементы и батареи, э. д. с. которых обеспечивается явлениями радиоактивного распада некоторых веществ. Очень слабые э. д. с. вырабатываются и в живых организмах. В медицине, например, применяется аппаратура для измерений электродвижущих сил, связанных с сердечной деятельностью (кардиографы) или функциями мозга (энцефалографы).

Все антенны радиоприемников тоже являются устройствами для получения электродвижущих сил, наводимых проносящимися в пространстве электромагнитными волнами.

Наконец, э. д. с. имеются и в свободной атмосфере, причем диапазон их величин огромен, если учесть грозовые явления.

Среди разнообразных видов электрического тока наиболее простым является постоянный ток, с которого обычно начинают изучение основных законов электротехники.

Постоянным называется ток, не изменяющийся по силе со временем или изменяющийся весьма медленно и при этом протекающий по проводнику всегда в одном и том же направлении.

Так же, как поток воды в трубах может быть создан быстрым или медленным ее движением, электрический ток образуется общим перемещением свободных электронов внутри проводников с различными скоростями. Необходимо отметить, что средняя скорость этого движения вовсе не так велика, как обычно считают. Поскольку число атомов и связанное с этим количество свободных электронов в проводниках весьма велики, обычные электрические токи вызываются передвижениями всей массы наполняющих проводники электронов со скоростями от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в секунду. Чем выше электродвижущая сила, вызывающая прохождение тока по одному и тому же проводнику, тем быстрее движутся электроны и тем большее количество их в единицу времени проходит через поперечное сечение проводника, несущего ток. Различие между скоростью передачи сигналов (или, что то же самое, передачи энергии) с помощью электротока и скоростью движения электронов нетрудно уяснить, если обратиться к примерам из гидравлики. На рис. 3 показана гидравлическая модель с трубой, часть жидкости в которой подкрашена. Если, наблюдая за окрашенным участком, открывать и закрывать имеющийся внизу кран, то воздействие крана будет передаваться окрашенному участку почти мгновенно: он сразу же начнет двигаться вниз при открытом кране и моментально остановится, если кран закрыть. Однако если открыть кран надолго, потребуется довольно длительное ожидание, чтобы из него потекла, наконец, окрашенная вода.

Так и в электрических цепях, например в цепи электролампочки, ток начинает проходить и лампочка дает свет практически одновременно со щелчком выключателя, однако именно те электроны, которые первыми прошли через замкнувшийся контакт выключателя в зависимости от длины проводки дойдут до лампочки лишь через многие десятки секунд. При переменном токе эти электроны вообще никогда до лампочки не доходят.

Для измерения силы тока служит единица, называемая ампером (а). При токе силою в один ампер за каждую секунду через поперечное сечение проводника в любом его месте проходит один кулон электричества (или 6,3Х1018 электронов). Это определение записывается в виде такой формулы:

Электрический ток

где I — сила постоянного тока в амперах, Q —число кулонов протекшего через проводник заряда, а T—число потребовавшихся для этого секунд.

В практике встречаются токи как очень больших величин, измеряемые многими тысячами и даже миллионами ампер, так и весьма слабые токи, составляющие миллионные и миллиардные доли ампера.

Для измерения слабых токов применяют ставшие употребительными единицы: миллиампер (ма)=10-3 а и микроампер (мка) = 10- 6 а.

Электрический ток

Рис. 3. Труба с подкрашенным участком жидкости.

Смотрите также