Меню

Каковы условия возникновения электрического тока в проводнике

Условия возникновения и существования электрического тока.

1. наличие свободных носителей зарядов,

2. наличие разности потенциалов. это условия возникновения тока,

3. замкнутая цепь,

4. источник сторонних сил, который поддерживает разность потенциалов.

Сторонние силы.

Сторонние силы — силы неэлектрической природы, вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника постоянного тока. Сторонними считаются все силы отличные от кулоновских сил.

Э.д.с. Напряжение.

Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.

ЭДС можно выразить через напряжённость электрического поля сторонних сил

Напряжение ( U ) равно отношению работы электрического поля по перемещению заряда
к величине перемещаемого заряда на участке цепи.

Единица измерения напряжения в системе СИ:

Сила тока.

Сила тока ( I )- скалярная величина, равная отношению заряда q , прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени t , в течение которого шел ток. Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.

Плотность тока.

Плотность тока j вектор, модуль которого равен отношению силы тока, протекающего через некоторую площадку, перпендикулярно направлению тока, к величине этой площадки.

В СИ единицей плотности тока является ампер на квадратный метр (А/м2).

Выражение плотности тока через характеристики переносчиков заряда.

Плотность тока j для отрицательных носителей направлена противоположно скорости u. Направление вектора плотности тока называют направлением электрического тока. Таким образом, для положительных зарядов направление тока совпадает с направлением движения носителей, для отрицательных – противоположно ему.

В том случае, когда существует разброс носителей тока по скоростям, под u следует понимать среднюю скорость направленного движения носителей тока. Если в переносе заряда участвуют носители разных типов (электроны и дырки в полупроводнике, ионы разного типа в электролите), то плотность тока определяется формулой

, где суммирование ведется по разным типам носителей.

— концентрация частиц каждого типа,

— заряд частицы данного типа,

— вектор средней скорости частиц этого типа.

Электрическое сопротивление проводников.

Электрическое сопротивление -свойство материала проводника препятствовать прохождению через него электрического тока называется

Дата добавления: 2019-07-15 ; просмотров: 366 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Каковы условия возникновения электрического тока в проводнике

Раздел 3 . Электрический ток

Если оно зеленое и дергается � это биология. Если воняет � это химия. Если не работает � это физика.

Читайте также:  Как возникает ток в асинхронном двигателе

�Краткий определитель наук�

� 3.1. Условия возникновения и существования

Электрическим током называется направленное (упорядоченное) движение электрических зарядов.

Электрический ток может течь в твердых телах, жидкостях и газах. Если в среде есть большое число свободных электронов, то протекание электрического тока в ней осуществляется за счет дрейфа этих электронов. Такой ток называется током проводимости, а вещества, в которых он возможен, — проводниками. За направление тока принимают направление дрейфа положительных зарядов. Поэтому направление тока в проводнике противоположно направлению движения электронов.

Электрический ток возникает в проводнике, если в нем есть свободные электроны и существуют силы, обеспечивающие упорядоченное движение этих зарядов. Для того чтобы получить электрический ток в проводнике, в нем нужно создать электрическое поле. Под действием этого поля заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться, придут в движение в направлении действия на них электрических сил. На практике электрическое поле создается и может длительное время поддерживаться с помощью источников тока.

Источник тока, соединительные провода и потребитель (например, сопротивление или лампочка) образуют электрическую цепь, состоящую из двух участков: внутреннего и внешнего. Внешний участок состоит из соединительных проводов и потребителя электрической энергии. Внутренний участок находится в самом источнике тока.

На внутреннем участке цепи происходит разделение электрических зарядов. При этом происходит превращение какой-либо энергии (например, химической, как в аккумуляторах и гальванических элементах, или механической, как в электрофорной машине) в энергию электрического поля. На внешнем же участке происходит превращение электрической энергии в другие виды: механическую, химическую, внутреннюю.

Для того, чтобы по цепи мог протекать постоянный (т.е. не изменяющийся с течением времени) электрический ток, электрическая цепь должна быть замкнута. Если в цепи появляется обрыв, то ток в ней прекращается. На этом основано действие выключателей (ключей) в электрических цепях.

Итак, для получения тока необходимыми условиями являются наличие свободных носителей заряда и замкнутой цепи, содержащей источник тока.

Источник

Условия существования электрического тока

Сегодня нам трудно представить, как раньше люди могли обходиться без электричества. В настоящее время электричество стало частью нашей жизни. Множество электрических приборов, делающих нашу жизнь комфортной, подключаются к домашней электрической сети.

Мы не можем видеть движение электронов в проводнике, но их упорядоченное движение проявляется очень наглядно.

  1. Проводник, по которому проходит электрический ток, нагревается. Это явление используется в обогревательных приборах, лампах накаливания, электроплитках.
  2. Хорошими проводниками электрического тока являются электролиты. При прохождении через них тока электролит не только нагревается, но и на электродах выделяется вещество.
  3. Попробуем поднести к проводнику с током магнитную стрелку, и мы увидим, как она отклоняется от своего первоначального положения.
Читайте также:  Удар тока при сварке

О том, что в проводнике протекает электрический ток, можно судить по его тепловому (1), химическому (2)или магнитному (3) действию.

Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.


Такими заряженными частицами в металлах являются свободные электроны, покинувшие внешние оболочки атомов. Свободные электроны, подобно молекулам идеального газа, беспорядочно движутся между атомами и ионами, находящимися в узлах кристаллической решетки.

Для возникновения электрического тока в проводнике необходимо создать в нем электрическое поле, которое поддерживается источниками электрического тока.

Таки образом, для существования тока в проводнике необходимы следующие условия:

1. Наличие свободных электронов.

2. Постоянно поддерживающееся в проводнике электрическое поле.

Источник



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

Читайте также:  Мощность тока потребляемая телевизором

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) .

Источник