Что такое электрический ток и каковы условия его существования

Электрический ток: основные характеристики и условия его существования :

Сегодня трудно представить жизнь без такого явления, как электричество, а ведь использовать его в своих целях человечество научилось не так уж и давно. Изучение сущности и характеристик этого особого вида материи заняло несколько столетий, однако и в настоящее время нельзя с уверенностью сказать, что мы знаем о нем абсолютно все.

Понятие и сущность электрического тока

Электрический ток, как известно еще из школьного курса физики, есть не что иное, как упорядоченное движение каких-либо заряженных частиц. В качестве последних могут выступать как отрицательно заряженные электроны, так и ионы.

Считается, что данный вид материи может возникнуть только в так называемых проводниках, однако это далеко не так. Все дело в том, что при соприкосновении любых тел всегда возникает определенное количество противоположно заряженных частиц, которые могут начать передвигаться.

В диэлектриках свободное передвижение тех же электронов очень сильно затруднено и требует огромных внешних усилий, поэтому и говорят, что они электрический ток не проводят.

Условия существования тока в цепи

Ученые уже достаточно давно заметили, что данное физическое явление не может возникнуть и длительное время удерживаться само по себе. Условия существования электрического тока включают в себя несколько важнейших положений.

Во-первых, это явление невозможно без наличия свободных электронов и ионов, которые и исполняют роль передатчиков зарядов.

Во-вторых, чтобы эти элементарные частицы начали упорядоченно двигаться, необходимо создать поле, основным признаком которого является разность потенциалов между любыми точками электрика.

Наконец, в-третьих, электрический ток не может существовать длительное время только под воздействием кулоновских сил, так как постепенно потенциалы будут выравниваться. Именно поэтому необходимы определенные компоненты, являющиеся преобразователями различных видов механической и тепловой энергии. Их принято называть источниками тока.

Вопрос об источниках тока

Источники электрического тока представляют собой специальные устройства, которые генерируют электрическое поле. К важнейшим из них можно отнести гальванические элементы, солнечные батареи, генераторы, аккумуляторы. Источники тока характеризуются своей мощностью, производительностью и длительностью работы.

Сила тока, напряжение, сопротивление

Как и любое другое физическое явление, электрический ток имеет целый ряд характеристик. К важнейшим из них относится его сила, напряжение цепи и сопротивление.

Первая из них представляет собой количественную характеристику заряда, который проходит через сечение того или иного проводника в единицу времени.

Напряжение (называемое также электродвижущей силой) есть не что иное, как величина разности потенциалов, за счет которой проходящий заряд совершает определенную работу. Наконец, сопротивление – это внутренняя характеристика проводника, показывающая, какую силу должен затратить заряд на прохождение по нему.

Источник: https://www.syl.ru/article/88684/elektricheskiy-tok-osnovnyie-harakteristiki-i-usloviya-ego-suschestvovaniya

Характеристики электрического тока и условия его существования

ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

План

1. Характеристики электрического тока и условия его существования. Электродвижущая сила, напряжение.

2. Классическая электронная теория электропроводности металлов.

3. Вывод законов Ома и Джоуля – Ленца из электронных представлений.

4. Затруднения классической электронной теории.

5. Законы Кирхгофа.

Характеристики электрического тока и условия его существования.

В электростатике изучались явления, обусловленные неподвижными зарядами. Если по какой-либо причине возникаетупорядоченное движение зарядов и через поверхность переносится заряд, отличный от нуля, то говорят, что возникает электрический ток.

Количественной характеристикой электрического тока служит сила тока – величина заряда, переносимого через рассматриваемую поверхность в единицу времени. Если за времячерез поверхность переносится заряд, то сила тока равна:

Обратите внимание

Единицей силы тока является ампер (А). За направление тока принимается направление, в котором перемещаются положительные заряды или направление, противоположное направлению движения отрицательных зарядов. Свободные заряды, которые перемещаются в среде, называются носителями тока.

Электрический ток может быть распределен неравномерно по поверхности, через которую он течет. Более детально ток можно охарактеризовать с помощью вектора плотности тока. Пусть заряженные частицы движутся в определенном направлении со скоростью.

Вектором плотности токаназывается вектор, по направлению совпадающий с направлением скорости положительных зарядов (или против направления скорости отрицательных зарядов), а по абсолютной величине равный отношению силы токачерез элементарную площадку, расположенную в данной точке пространства перпендикулярно к направлению движения носителей, к ее площади.

Число носителей тока в единице объеманазывается плотностью носителей тока. Заряд отдельного носителя будет обозначаться.

Если свободными зарядами являются, например, электроны, а положительные заряды неподвижны (это имеет место в металлах), то плотность носителей будет совпадать с числом свободных электронов в единице объема.

Вектор плотности тока можно выразить через плотность носителей тока и скорость их движения.

Количество заряда, перенесенного за времячерез некоторую поверхность, перпендикулярную к вектору скорости (рис. 20.1), равно.

За времяплощадкупересекут все свободные заряды в параллелепипеде с основаниеми длиной. Если площадкадостаточно мала, то плотность тока в её пределах можно считать постоянной и тогда:.

В векторной форме:

Сила тока через произвольную поверхность

Электрический ток, обусловленный движением свободных зарядов в проводниках различной природы, называется током проводимости.

Свободные заряды в проводнике испытывают столкновения с атомами проводника. За время «свободного пробега»между двумя столкновениями заряд в проводнике приобретает направленную скорость вдоль внешнего электрического поля:

Важно

гденапряженность электрического поля в проводнике. После очередного столкновения скорость теряется. Затем, до следующего столкновения, происходит новое наращивание направленной скорости.

Из вышеизложенного следует, что условиями существования тока является:

а) Наличие свободных зарядов;

б) Наличие электрического поля внутри проводника, чтобы поддерживать перемещение зарядов.

Электродвижущая сила, напряженность.

Если бы на носитель тока действовали только силы электростатического поля, то под действием этих сил положительные носители перемещались бы из места с большим потенциалом к месту с меньшим потенциалом, а отрицательные носители двигались бы в обратном направлении. Это привело бы к выравниванию потенциалов, и в результате ток бы прекратился.

Чтобы этого не произошло, должны иметься участки на которых перенос положительных зарядов происходит в сторону возрастания, т.е. против сил электростатического поля. Перенос носителей на этих участках возможен лишь с помощью сил не электростатического происхождения, называемых сторонними силами. Физическая природа сторонних сил может быть различна.

Например, химическая (как в аккумуляторах), механическая, магнитная и другие.

Величина, равная отношению работы сторонних сил по перенесению заряда к величине этого заряда называется электродвижущей силой (ЭДС).

ЭДС измеряется в тех же единицах что и потенциал, т.е. в вольтах (В).

Стороннюю силу, действующую на заряд, можно представить в виде, где- напряженность поля сторонних сил. Работа сторонних сил над зарядом на некотором участке 1-2:

Разделив обе части согласно определению ЭДС на заряд, получим:

Для замкнутой цепи:

ЭДС, действующая в замкнутой цепи, может быть определена как циркуляция вектора напряженности сторонних сил.

Совет

Кроме сторонних сил на заряд действуют силы электростатического поля. Результирующая сила, действующая в каждой точке цепи на заряд, равна:

Работа, совершаемая этой силой над зарядомна участке цепи 1-2, определяется выражением. Т.к., а, тогда работа равна.

Разделим обе части на. В левой части отношениеобозначим. Величина, численно равная отношению работы и электростатических и сторонних сил по перемещению заряда к величине этого заряда называется падением напряжения или просто напряжением на данном участке цепи.

Таким образом (рис. 20.2),

Заметим, что если на участке отсутствует ЭДС, то. (Для замкнутой цепи точки 1 и 2 совпадают,и, тогда.) Можно показать, что, где- полное сопротивление цепи и тогда

Это уравнение выражает закон Ома для неоднородного участка цепи (с ЭДС).

Источник: https://megaobuchalka.ru/6/6630.html

Физика – ответы на экзамен 1-29 / Электрический ток, условия его существования. Каковы условия существования электрического тока

ГлавнаяРазноеКаковы условия существования электрического тока

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).

УСЛОВИЯ  СУЩЕСТВОВАНИЯ   ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Для возникновения и поддержания тока в какой-либо среде необходимо выполнение двух условий:

наличие в среде свободных электрических зарядов
создание в среде электрического поля.

В разных средах носителями электрического тока являются разные заряженные частицы.

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

1. Сила тока – I, единица измерения – 1 А (Ампер).

Силой тока называется величина, равная заряду, протекающему через поперечное сечение проводника за единицу времени.

I = q/t .   (1)

Формула (1) 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 называетсяпеременным.

Для переменного тока:

I = lim q/t , (*) t – 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 .   (2)

3. Электродвижущая сила источника тока – э.д.с. (  ), единица измерения – 1 В (Вольт). Э.д.с.- физическая величина, равная работе, совершаемой сторонними силами при перемещении по электрической цепи единичного положительного заряда:

 = Аст./q . (3)

4. Сопротивление проводника – R, единица измерения – 1 Ом.

Читайте также:  Основные неисправности автоматов и причины их возникновения

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 = *l/S ,  (4)

где

l – длина проводника, S – площадь поперечного сечения,  – коэффициент пропорциональности, названный удельным сопротивлением материала.

Обратите внимание

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 .   (8)

Так как  Аст./q = , а  Аэл./q = , то

U =  + (

studfiles.net

У многих запоминание основных понятий электродинамики вызывает проблему. Для лучшего усвоения материала необходима ассоциация, которая покажет смысл главных определений и явлений. Рассмотрим на простейших примерах рассматриваются важнейшие понятия, связанные с электричеством.

Суть электрического тока и поля

Электрический ток – движение заряженных частиц в одном направлении. Он направлен туда, куда движутся положительные заряды. Данное явление можно сравнить с движениями молекул воды в трубе. Хаотичные колебания не являются течением, так как их суммарная направленность равна нулю.

Чтобы все молекулы начали передвигаться в одном направлении, нужно приложить силу. Например, поднять один конец трубы, тогда вода начнёт перетекать в противоположном направлении. А для появления тока нужно создать электрическое поле. Так как частицы заряжены (они положительные), то в присутствии поля они будут передвигаться в одном направлении.

Существует две разновидности тока:

  • постоянный – у которого направление движения заряда не меняется со временем;
  • переменный – у которого направление движения периодически меняется.

Данное явление сопровождается некоторыми процессами:

  • магнитными, что характерно для всех проводников;
  • тепловыми, что также есть везде, кроме сверхпроводников;
  • химическими, что имеется лишь в электролитах.

Условия существования электрического тока в проводнике:

  • присутствие в проводнике свободных заряженных частиц;
  • появление электрического поля.

Основные понятия

Прежде чем разбирать, каковы условия существования электрического тока, полезно познакомиться с основными понятиями, которые часто используются при описании процессов.

Сила тока

В формулах обозначается как I (и), единицей измерения является ампер (А). Силой тока называют то, какой заряд протекает через поперечное сечение проводника за единицу времени. Ассоциацией может стать то, сколько воды протекает через сечение трубы за единицу времени.

Напряжение

В формулах обознается как U, единицей измерения является Вольт (В). Напряжение – это работа, которая совершается для перемещения по электрической цепи одной положительно заряженной частицы. В сравнении с водой можно привести такую ассоциацию, что это объём работы, который нужен для перемещения литра жидкости из одного конца трубы в другой.

Сопротивление

Сопротивление в формулах обозначается как R, единицей измерения служит Ом (Ом). Физический смысл явления заключается в сопротивлении, которое оказывает проводник при движении частиц. В вакууме заряды перемещаются гораздо быстрее, так как им ничто не мешает, но в веществе на них ложится дополнительная нагрузка из-за кристаллической решётки.

Удельное сопротивление для каждого материала своё, это статичные цифры, которые можно посмотреть в справочнике. Интересно, что этот параметр сильно зависит от температуры, что объясняется движением элементов кристаллической решётки, а также высвобождением частиц при повышении температуры.

Чтобы было понятней, нужно вспомнить движение воды по трубе. Ведь жидкость при течении тоже испытывает сопротивление, которое выражается в силе трения. Но для более схожей картины нужно представить, что вся труба уставлена решётками, которые тоже притормаживают движение воды.

Электрическое поле

Важным условием существования электрического тока является одноимённое поле. Оно требуется для того, чтобы все заряженные частицы начали двигаться в одном направлении. Формула этого явления такая: на заряд q в созданном поле с напряжением E действует сила F = q*E. Именно она и вынуждает заряженные частицы перемещаться в определённом направлении.

При отсутствии поля в проводнике нет разности потенциалов (в любых его двух точках). Поэтому доказательством наличия в проводнике поля может послужить неравенство потенциалов.

Движущиеся же заряды стремятся эту разность нейтрализовать. Именно из-за этого поле не способно вечно поддерживать ток.

Так как с течением времени заряженные частицы уберут неравенство потенциалов, что приведёт к исчезновению электрического поля.

Чтобы движение зарядов было в замкнутой цепи постоянно, нужен внешний источник энергии неэлектрической природы, который будет создавать разность потенциалов в системе. Такой прибор именуется источником тока, обязательный конструктивный элемент в нём – устройство, преобразующее химическую, механическую, тепловую или ядерную энергию в электрическую.

Свободные заряды

Другим важнейшим условием существования электрического тока в проводнике является наличие заряженных частиц. Существует всего 2 разновидности: электрон и протон.

Электрон – отрицательный заряд, который в атомах вращается по сложной орбите вокруг ядра.

Протон – положительно заряженная частица, которая гораздо тяжелее и крупнее электрона, она вместе с нейтронами (незаряженными) создаёт ядро атома.

Важно

Отсюда видно, что большая часть протонов и электронов в веществе не свободна, а соединена в молекулах. Однако электрический ток могут создавать лишь свободные частицы, так как связанные заряды нейтрализуют друг друга. Тем не менее, во многих соединениях имеются свободные частицы, к таким веществам относится вода, многие металлы.

Интересно, что количество свободных зарядов можно увеличить, если передать энергию атому. Тогда электрон слетит с орбиты и освободиться. Энергию можно передать с помощью нагревания. Известно, что у полупроводников увеличивается количество свободных заряженных частиц при повышении температуры.

Скорость тока

При создании условий существования электрического тока в цепи, он возникает во всём проводнике мгновенно, то есть со скоростью света, несмотря на то, что протоны движутся гораздо медленнее. Это связано с тем, что протоны, как будто толкают друг друга, поэтому, когда протон в одном конце проводника начинает своё движение, то почти сразу начинают двигаться частицы в другом конце цепи.

Приведём пример с водой. Если в трубе уже есть жидкость, то, закачивая в один её конец ещё один литр, можно обнаружить, что из другого конца сразу же полилась вода. Несмотря на то, что залитая вода не продвинулась по трубе. Просто новый литр приводит в движение сразу всю жидкость, которая находится в ёмкости.

Источник: https://led-set.ru/raznoe/kakovy-usloviya-sucshestvovaniya-elektricheskogo-toka.html

Условия существования электрического тока

Для возникновения и поддержания тока в какой-либо среде необходимо выполнение двух условий:

наличие в среде свободных электрических зарядов;
создание в среде электрического поля.

В разных средах носителями электрического тока являются разные заряженные частицы.

Электрическое поле в среде необходимодля создания направленного движения свободных зарядов.

Как известно, на заряд q в электрическом поле напряженностью Eдействует 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 цепина 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

1.Сила тока – I, единица измерения – 1 А (Ампер).

Силой тока называется величина, равная заряду, протекающему через поперечное сечение проводника за единицу времени.

Я =DQ /Dт.(1)

Формула (1) 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:

Я = НтДд /Дт,(*)

Дт – 0

т.е. = q', гдеq'- 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. (2)

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:

е = а друг. / г. (3)

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 Э, (4)

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

г = г 0 (1 + т), (5)

R = R 0 (1 + т).

Коэффициент a называется температурным коэффициентом сопротивления:

а = (R – R0) / R0 * т.

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:

Совет

В 1911 году открыто явление сверхпроводимости, заключающееся в том, что при температуре, близкой к абсолютному нулю, сопротивление некоторых металлов падает скачком до нуля.

Читайте также:  Как подключить варочную панель и реле напряжения

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 с

с = 1 / г. (7)

5.Напряжение — U , единица измерения – 1 В.

Напряжение – физическая величина, равная работе, совершаемой сторонними и электрическими силами при перемещении единичного положительного заряда.

U = (ст. + Аэл.) / Q (8)

Так как Аст./q = e, а Аэл./q = f1-f2, то

U = е + (е1 — е2) (9)

2.7.2 Основы электробезопасности

При эксплуатации и ремонте электрического оборудования и сетей человек может оказаться в сфере действия электрического поля или непосредственном соприкосновении с находящимися под напряжением проводками электрического тока. В результате прохождения тока через человека может произойти нарушение его жизнедеятельных функций.

Опасность поражения электрическим током усугубляется тем, что, во первых, ток не имеет внешних признаков и как правило человек без специальных приборов не может заблаговременно обнаружить грозящую ему опасность; во вторых, воздействия тока на человека в большинстве случаев приводит к серьезным нарушениям наиболее важных жизнедеятельных систем, таких как центральная нервная, сердечно-сосудистая и дыхательная, что увеличивает тяжесть поражения; в третьих, переменный ток способен вызвать интенсивные судороги мышц, приводящие к не отпускающему эффекту, при котором человек самостоятельно не может освободиться от воздействия тока; в четвертых,воздействие тока вызывает у человека резкую реакцию отдергивания, а в ряде случаев и потерю сознания, что при работе навысоте может привести к травмированию в результате падения.

Электрический ток, проходя через тело человека, может оказывать биологическое, тепловое, механическое и химическое действия. Биологическое действие заключается в способности электрического тока раздражать и возбуждать живые ткани организма, тепловое – в способности вызывать ожоги тела, механическое – приводить к разрыву тканей, а химическое – к электролизу крови.

Воздействие электрического тока на организм человека может явиться причиной электротравмы. Электротравма – это травма, вызванная воздействием электрического тока или электрической дуги. Условно электротравмы делят на местные и общие. При местных электротравмах возникает местное повреждение организма, выражающиеся в появлении электрических ожогов,

Обратите внимание

электрических знаков, в металлизации кожи, механических повреждениях и электроофтальмии (воспаление наружных оболочек глаз). Общие электротравмы, или электрические удары, приводят к поражению всего организма, выражающемуся в нарушении или полном прекращении деятельностинаиболее жизненно важных органов и систем – легких (дыхания), сердца (кровообращения).

Электрический удар представляет собой возбуждение живых тканей организма проходящим через него электрическим током, сопровождающееся резкими судорожными сокращениями мышц, в том числе мышцы сердца, что может привести к остановке сердца.

Под местными электротравмами понимается повреждение кожи и мышечной ткани, а иногда связок и костей. К ним можно отнести электрические ожоги, электрические знаки, металлизацию кожи, механические повреждения.

Электрические ожоги — наиболее распространенная электротравма, возникает в результате локального воздействия тока на ткани. Ожоги бывают двух видов — контактный и дуговой.

Контактный ожог является следствием преобразования электрической энергии в тепловую и возникает в основном в электроустановках напряжением до 1 000 В.

Электрический ожог – это как бы аварийная система, защита организма, так как обуглившиеся ткани в силу большей сопротивляемости, чем обычная кожа, не позволяют электричеству проникнуть вглубь, к жизненно важным системам и органам. Иначе говоря, благодаря ожогу ток заходит в тупик.

Когда организм и источник напряжения соприкасались неплотно, ожоги образуются на местах входа и выхода тока. Если ток проходит по телу несколько раз разными путями, возникают множественные ожоги.

Множественные ожоги чаще всего случаются при напряжении до 380 В из-за того, что такое напряжение “примагничивает” человека и требуется время на отсоединение. Высоковольтный ток такой “липучестью” не обладает.

Наоборот, он отбрасывает человека, но и такого короткого контакта достаточно для серьезных глубоких ожогов. При напряжении свыше 1 000 В случаются электротравмы с обширными глубокими ожогами, поскольку в этом случае температура поднимается по всему пути следования тока.

Оценивать опасность воздействия электрического тока на человека проявляются три качественно отличные ответные реакции.

Важно

Это прежде всего ощущение, более судорожное сокращение мышц (неотпускание для переменного тока и болевой эффект постоянного) и, наконец, фисрилляция сердца.

Электрические токи, вызывающие соответствующую ответную реакцию, подразделяют на ощутимые, неотпускающие и фибрилляционные.

С увеличением тока четко проявляются три качественно отличные

ответные реакции. Это прежде всего ощущение, более судорожное сокращение

мышц (неотпускание для переменного тока и болевой эффект постоянного) и, наконец, фисрилляция сердца. Электрические токи, вызывающие соответствующую ответную реакцию, подразделяют на ощутимые, неотпускающие и фибрилляционные.

В целях обеспечения электробезопасности используют следующие технические способы и средства (часто в сочетании одного с другим): защитное заземление; зануление; защитное отключение; выравнивание потенциалов; малое напряжение; электрическое разделение сети; изоляцию токоведущих частей; оградительные устройства; предупредительную сигнализацию, блокировку, знаки безопасности; электрозащитные средства, предохранительные приспособления и др.

Защитное заземление – преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических не токоведущих частей, которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции (ГОСТ 12.1.009-76). Защитное заземление применяется в сетях напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью и в сетях напряжением выше 1000 В как с изолированной, так и с заземленной нейтралью.

Защитное отключение – это быстродействующая защита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки (не более чем за 0,2 с) при возникновении в ней повреждения, в том числе при пробое изоляции на корпус оборудования.

Выравнивание потенциалов– метод снижения напряжений прикосновения и шага между точками электрической цепи, к которым возможно одновременное прикосновение или на которых может одновременно стоять человек.

Малое напряжение – номинальное напряжение не более 42 В, применяемое в целях уменьшения опасности поражения электрическим током.

Электрическое разделение сети – разделение сети на отдельные, электрически не связанные между собой, участки с помощью разделяющего

трансформатора. Если сильно разветвленную электрическую сеть, имеющую

большую емкость и малое сопротивление изоляции, разделить на ряд небольших сетей такого же напряжения, то они будут обладать незначительной емкостью и высоким сопротивлением изоляции. Опасность поражения током при этом резко снижается.

Изоляция в электроустановках служит для защиты от случайного прикосновения к токоведущим частям. Различают рабочую, дополнительную, двойную и усиленную электрическую изоляцию.

Оградительные устройства используются для предотвращения прикосновения или опасного приближения к токоведущим частям.

Блокировки широко применяются в электроустановках. Они бывают механическими, электрическими, электромагнитными и др. Блокировки обеспечивают снятие напряжения с токоведущих частей при попытке проникнуть к ним при открывании ограждения без снятия напряжения.

Механическое воздействие

Механические воздействия со стороны окружающей среды сопровождают человека всю жизнь. Такие воздействия могут быть непрерывными (сила тяжести, атмосферное давление) или кратковременными (аварии, спортивные травмы, погружение в воду).

Биомеханические проявления механического воздействия зависят от его продолжительности и интенсивности. Например, воздействие на голову силы величиной в десятки килоньютон приводит к разрушению костей свода черепа за доли миллисекунды.

Если силу воздействия уменьшить на порядок, а время воздействия на порядок увеличить, то разрушение охватит большие области черепа. Дальнейшее снижение интенсивности и увеличение времени воздействия приведет к тому, что разрушение черепа не наступит, но возникнет перемещение мозга относительно черепа.


По характеру действия механические воздействия можно условно разделить на два вида: статические и динамические.

Вид воздействий Проявление
Статические Телу (отдельным элементам) сообщаются малые ускорения, которые можно не учитывать
Динамические Телу (отдельным элементам) сообщаются большие ускорения, с которыми связаны значительные силы инерции

Статические воздействия.Длительные (регулярные) статические воздействия приводят к направленным изменениям в организме. К таким воздействиям можно отнести многие виды тренировок спортсменов.

Так, регулярные нагрузки на определенные группы мышц приводят к увеличению их объема и силы (гантели, штанга, тренажеры). Упражнения на растяжку позволяют увеличить эластичность мышц и связок. В то же время длительные статические нагрузки могут привести и к развитию заболеваний.

Например, к искривлению позвоночника при неправильной осанке. Отметим также, что длительные статические нагрузки целенаправленно использовались для создания анатомических изменений, в соответствии с «местными» представлениями о красоте. Например, тугое пеленание ступней девочек в Китае для ограничения их роста.

Кратковременные статические нагрузки, приложенные в соответствующих направлениях, могут привести к серьезным травмам или летальному исходу. На этом основано действие болевых приемов.

Динамические кратковременные воздействия.Кратковременные динамические воздействия часто называют ударными. Они характеризуются высокой интенсивностью и малой длительностью.

Совет

Например, воздействие на организм при катапультировании. Ударные воздействия сопровождаются значительным ускорением тела или его отдельных частей.

Перегрузки, возникающие при ударных воздействиях, принято выражать отношением к ускорению свободного падения:

Понятие ударного воздействия достаточно условно. Некоторые авторы относят к ударным воздействия, длительность которых менее одной секунды. Однако следует иметь в виду, что травмы органов могут возникнуть при перегрузках любой длительности.

Поэтому предельную допустимую длительность перегрузки определяют с физиологических позиций. Она может лимитироваться не .

только уровнем механических напряжений в тканях, но и перемещением жидких сред организма, например, перемещением крови при выполнении фигур пилотажа.

Читайте также:  Вторичная обмотка точечной сварки



Источник: https://infopedia.su/18×3210.html

Что такое электрический ток? Условия существования электрического тока: характеристики и действия

Бизнес 9 июля 2017

Электрический ток – это электрический заряд в движении. Он может принимать форму внезапного разряда статического электричества, такого как, например, молния. Или это может быть контролируемый процесс в генераторах, батареях, солнечных или топливных элементах. Сегодня мы рассмотрим само понятие “электрический ток” и условия существования электрического тока.

Электрическая энергия

Большая часть электроэнергии, которую мы используем, поступает в виде переменного тока из электрической сети. Он создается генераторами, работающими по закону индукции Фарадея, благодаря которому изменяющееся магнитное поле может индуцировать электрический ток в проводнике.

Генераторы имеют вращающиеся катушки провода, которые проходят через магнитные поля по мере их вращения. Когда катушки вращаются, они открываются и закрываются относительно магнитного поля и создают электрический ток, меняющий направление на каждом повороте. Ток проходит через полный цикл вперед и назад 60 раз в секунду.

Генераторы могут питаться от паровых турбин, нагретых углем, природным газом, нефтью или ядерным реактором. Из генератора ток проходит через ряд трансформаторов, где растет его напряжение. Диаметр проводов определяет величину и силу тока, которую они могут переносить без перегрева и потери энергии, а напряжение ограничено только тем, насколько хорошо линии изолированы от земли.

Интересно отметить, что ток переносится только одним проводом, а не двумя. Две его стороны обозначаются как положительная и отрицательная. Однако, поскольку полярность переменного тока изменяется 60 раз в секунду, они имеют и другие названия – горячие (магистральные линии электропередач) и заземленные (проходящие под землей для замыкания цепи).

Видео по теме

Зачем нужен электрический ток?

Существует масса возможностей применения электротока: он может осветить ваш дом, вымыть и высушить одежду, поднять дверь вашего гаража, заставить вскипеть воду в чайнике и дать возможность работать другим бытовым предметам, которые значительно облегчают нам жизнь. Тем не менее все более важным становится способность тока передавать информацию.

При подключении к Интернету компьютером используется лишь небольшая часть электрического тока, но это то, без чего современный человек не представляет своей жизни.

Понятие об электрическом токе

Подобно речному течению, потоку молекул воды, электрический ток – это поток заряженных частиц.

Что это такое, что его вызывает, и почему он не всегда идет в одном направлении? Когда вы слышите слово «течет», о чем вы думаете? Возможно, это будет река.

Это хорошая ассоциация, потому что именно по этой причине электрический ток получил свое название. Он очень похож на поток воды, только вместо молекул воды, движущихся по руслу, заряженные частицы движутся по проводнику.

Обратите внимание

Среди условий, необходимых для существования электрического тока, есть пункт, предусматривающий наличие электронов. Атомы в проводящем материале имеют много этих свободных заряженных частиц, которые плавают вокруг и между атомами. Их движение является случайным, поэтому поток в каком-либо заданном направлении отсутствует. Что же нужно, чтобы существовал электрический ток?

Условия существования электрического тока включают в себя наличие напряжения. Когда оно применяется к проводнику, все свободные электроны будут двигаться в одном направлении, создавая ток.

Любопытно об электрическом токе

Интересно то, что когда электрическая энергия передается через проводник со скоростью света, сами электроны движутся намного медленнее. На самом деле, если бы вы не спеша прошли рядом с токопроводящей проволокой, ваша скорость была бы в 100 раз быстрее, чем двигаются электроны. Это обусловлено тем, что им не нужно преодолевать огромные расстояния, чтобы передавать энергию друг другу.

Прямой и переменный ток

Сегодня широко используются два разных типа тока – постоянный и переменный. В первом электроны движутся в одном направлении, с «отрицательной» стороны на «положительную». Переменный ток толкает электроны назад и вперед, изменяя направление потока несколько раз в секунду.

Генераторы, используемые на электростанциях для производства электроэнергии, предназначены для производства переменного тока. Вы, наверное, никогда не обращали внимание на то, что свет в вашем доме на самом деле мерцает, поскольку текущее направление меняется, но это происходит слишком быстро, чтобы глаза смогли это распознать.

Каковы условия существования постоянного электрического тока? Зачем нам нужны оба типа и какой из них лучше? Это хорошие вопросы. Тот факт, что мы все еще используем оба типа тока, говорит о том, что они оба служат определенным целям.

Еще в XIX веке было понятно, что эффективная передача мощности на большие расстояния между электростанцией и домом была возможна лишь при очень высоком напряжении.

Но проблема заключалась в том, что отправка действительно высокого напряжения была чрезвычайно опасной для людей.

Решение этой проблемы состояло в том, чтобы уменьшить напряжение вне дома, прежде чем отправлять его внутрь. И по сей день постоянный электрический ток используется для передачи на большие расстояния, в основном из-за его способности легко преобразовываться в другие напряжения.

Как работает электрический ток

Условия существования электрического тока включают в себя наличие заряженных частиц, проводника и напряжения. Многие ученые изучали электричество и обнаружили, что существует два его типа: статическое и текущее.

Именно второе играет огромную роль в повседневной жизни любого человека, так как представляет собой электрический ток, который проходит через цепь. Мы ежедневно используем его для питания наших домов и многого другого.

Что такое электрический ток?

Когда в цепи циркулируют электрические заряды из одного места в другое, возникает электрический ток. Условия существования электрического тока включают в себя, помимо заряженных частиц, наличие проводника. Чаще всего это провод.

Схема его представляет собой замкнутый контур, в котором ток проходит от источника питания. Когда же цепь разомкнута, он не может закончить путь.

Например, когда свет в вашей комнате выключен, цепь разомкнута, но когда цепь замкнута, свет горит.

Мощность тока

На условия существования электрического тока в проводнике большое влияние оказывает такая характеристика напряжения, как мощность. Это показатель того, сколько энергии используется в течение определенного периода времени.

Существует много разных единиц, которые могут использоваться для выражения данной характеристики. Однако электрическая мощность почти измеряется в ваттах. Один ватт равен одному джоулю в секунду.

Электрический заряд в движении

Каковы условия существования электрического тока? Он может принимать форму внезапного разряда статического электричества, такого как молния или искра от трения с шерстяной тканью.

Однако чаще, когда мы говорим об электрическом токе, мы имеем в виду более контролируемую форму электричества, благодаря которой горит свет и работают приборы. Большая часть электрического заряда переносится отрицательными электронами и положительными протонами внутри атома.

Однако вторые в основном иммобилизованы внутри атомных ядер, поэтому работа по переносу заряда из одного места в другое проделывается электронами.

Важно

Электроны в проводящем материале, таком как металл, в значительной степени свободны для перехода от одного атома к другому вдоль их зон проводимости, которые являются высшими электронными орбитами. Достаточная электродвижущая сила или напряжение создает дисбаланс заряда, который может вызвать движение электронов через проводник в виде электрического тока.

Если провести аналогию с водой, то возьмем, к примеру, трубу. Когда мы открываем клапан на одном конце, чтобы вода попала в трубу, то нам не нужно ждать, пока эта вода проложит весь путь до ее конца. Мы получаем воду на другом конце почти мгновенно, потому что входящая вода толкает воду, которая уже находится в трубе. Это то, что происходит в случае электрического тока в проводе.

Электрический ток: условия существования электрического тока

Электрический ток обычно рассматривается как поток электронов. Когда два конца батареи соединены друг с другом с помощью металлической проволоки, эта заряженная масса через провод попадает из одного конца (электрода или полюса) батареи на противоположный. Итак, назовем условия существования электрического тока:

  1. Заряженные частицы.
  2. Проводник.
  3. Источник напряжения.

Однако не все так просто. Какие условия необходимы для существования электрического тока? На этот вопрос можно ответить более подробно, рассмотрев следующие характеристики:

  • Разность потенциалов (напряжение). Это одно из обязательных условий. Между 2 точками должна быть разница потенциалов, означающая, что отталкивающая сила, которая создается заряженными частицами в одном месте, должна быть больше, чем их сила в другой точке. Источники напряжения, как правило, не встречаются в природе, и электроны распределяются в окружающей среде достаточно равномерно. Все же ученым удалось изобрести определенные типы приборов, где эти заряженные частицы могут накапливаться, тем самым создавая то самое необходимое напряжение (например, в батарейках).
  • Электрическое сопротивление (проводник). Это второе важное условие, которое необходимо для существования электротока. Это путь, по которому перемещаются заряженные частицы. В качестве проводников выступают только те материалы, которые дают возможность электронам свободно перемещаться. Те же, у которых этой способности нет, называются изоляторами. Например, проволока из металла будет отличным проводником, в то время как ее резиновая оболочка будет превосходным изолятором.

Тщательно изучив условия возникновения и существования электрического тока, люди смогли приручить эту мощную и опасную стихию и направить ее на благо человечества.

Источник: fb.ru

Источник: http://monateka.com/article/238858/

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector