Эл ток это: Электрический ток (видео) | Академия Хана

Понятие об электрическом токе

Электрическим током называется упорядоченный поток отрицательно заряженных элементарных частиц – электронов. Электрический ток необходим для освещения домов и улиц, обеспечения работоспособности бытовой и производственной техники, движения городского и магистрального электротранспорта и.т.п.

Электрический ток

• Rн – сопротивление нагрузки
• A – индикатор
• К – коммутатор цепи

Ток – количество зарядов прошедших в единицу времени через поперечное сечение проводника.

Исторически принято считать, что ток в замкнутой цепи, движется от положительного, к отрицательному полюсу источника питания.

• I – сила тока
• q – количество электричества
• t – время

Единицу силы тока называют амперам А, по имени французского учёного Ампера.

1А = 103мА = 106мкА

Плотность электрического тока

Электрическому току присущ ряд физических характеристик, имеющих количественные значения, выражаемые в определенных единицах. Основными физическими характеристиками электротока являются его сила и мощность. Сила тока количественно выражается в амперах, а мощность тока – в ваттах. Не менее важной физической величиной считается векторная характеристика электрического тока, или плотность тока. В частности, понятием плотности тока пользуются при проектировании линий электропередач.

• J – плотность электрического тока А / ММ2
• S – площадь поперечного сечения
• I – ток

Постоянный и переменный ток

Электропитание всех электрических устройств осуществляется постоянным либо переменным током.

Электрический ток, направление и значение которого не меняются, называется постоянным.

Электрический ток, направление и значение которого способны изменяться называется переменным.

Электропитание многих электротехнических устройств осуществляется переменным током, изменение которого графически представлено в виде синусоиды.

Использование электрического тока

Можно с уверенностью констатировать, что самым великим достижением человечества является открытие электрического тока и его использование. От электрического тока зависят тепло и свет в домах, поступление информации из внешнего мира, общение людей, находящихся в различных точках планеты, и многое другое.

Современную жизнь невозможно представить без повсеместного наличия электричества. Электричество присутствует абсолютно во всех сферах жизнедеятельности людей: в промышленности и сельском хозяйстве, в науке и космосе.

Электричество также является неизменной составляющей повседневного быта человека. Такое повсеместное распространение электричества стало возможным благодаря его уникальным свойствам. Электрическая энергия может мгновенно передаваться на огромные расстояния и преобразовываться в различные виды энергий иного генезиса.

Основными потребителями электрической энергии являются промышленная и производственная сферы. При помощи электроэнергии приводятся в действие различные механизмы и устройства, осуществляются многоэтапные технологические процессы.

Невозможно переоценить роль электроэнергии в обеспечении работы транспорта. Практически полностью электрифицирован железнодорожный транспорт. Электрификация железнодорожного транспорта сыграла значительную роль в обеспечении пропускной способности дорог, увеличении скорости передвижения, снижении себестоимости пассажироперевозок, решении проблемы экономии топлива.

Наличие электричества является непременным условием обеспечения комфортных условий жизни людей. Вся бытовая техника: телевизоры, стиральные машины, микроволновые печи, нагревательные приборы – нашла свое место в жизни человека только благодаря развитию электротехнического производства.

Главенствующая роль электроэнергии в развитии цивилизации неоспорима. Нет такой области в жизни человечества, которая обходилась бы без потребления электрической энергии и альтернативу которой могла бы составить мускульная сила.

Электрический ток это упорядочное направленное движение заряженных частиц

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК — это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц под действием электрического поля. Частицами могут быть: электроны, протоны, ионы, дырки.

Как мы уже знаем, металлы являются проводниками электрического тока. А хорошими проводниками электрического тока являются такие металлы, как медь, алюминий.

Мерой электрического тока служит величина тока (сила электрического тока), численно равная количеству электричества (заряду), которое проходит через поперечное сечение проводника за 1 сек. Если в достаточно длительный промежуток времени ток не изменяется ни по величине, ни по направлению, его называют постоянным током и обозначают буквой I.

Электрические цепи постоянного тока изображены на рисунке ниже.
Согласно определению
I = Q/t
где Q — количество электричества, проходящего через поперечное сечение проводника за время t.
Единица тока называется ампер (обозначение а):
1 ампер = 1 кулон/1 секунда или 1 а = 1 к/1 сек,

т. е.

ток в проводнике равен амперу, если через поперечное сечение проводника за 1 сек проходит электрический заряд, равный 1 к.

Более мелкими единицами являются миллиампер (ма), составляющий 0,001а или 10^-3а и микроампер (мка), равный 10^-6а.

За направление тока принято то направление, в котором перемещаются положительные заряды, т. е. направление, противоположное движению электронов.

Направление электрического тока в цепи принято указывать стрелкой. Ток в электрической цепи, указанный на рисунке ниже, везде одинаков. Зажим источника питания на схеме, из которого ток вытекает, называют положительным и обозначают знаком » + «. Другой зажим источника питания называют отрицательным и обозначают знаком «—». А линии, соединяющие элементы схемы, это проводники электрического тока.

Отношение тока к площади поперечного сечения проводника S называется плотностью тока (обозначается j). Таким образом,
j = I/S
Плотность тока в проводах измеряется в а/мм2.

Прохождение тока в металлах, как уже указывалось, связано с перемещением только свободных электронов, прохождение же тока в проводниках второго рода (электролитах) связано с перемещением положительных и отрицательных ионов, т.е. вещества электролита.

Ниже посмотрите видео, об электрическом токе, силе электрического тока, и об образовании тока в электрической цепи.

Почему принято считать, что электрический ток движется от положительного заряда к отрицательному?

Достоверно известно, что электрический ток — это направленное движение электронов или, в некоторых случаях, положительных или отрицательных ионов. Электричество как таковое также связано с понятием ЭДС, то есть для тока в проводнике нужна разность потенциалов. Тогда направление движения тока при движении электронов и отрицательно заряженных ионов будет от отрицательного полюса к положительному, так как одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. Движение же положительных ионов будет связано с движением обратным по направлению. Почему тогда официально считается, что ток идет всегда от плюса к минусу и такое же направление указывается на электрических схемах?! Преподаватели физики мне отвечали, что так сложилось исторически, но ведь в двух случаях из трех это ошибка. Так тогда как понимать?

Дело в том, что электрический ток стали изучать задолго до того, как разобрались с его «переносчиками». Наверное, первые систематические опыты с ним можно датировать 1801 годом, когда итальянский учёный Алессандро Вольта опустил в банку с кислотой две пластинки — цинковую и медную. Так возникла первая батарея — Вольтов столб, хотя, безусловно, электрические явления не были в тот период новостью. Например, в то же время Бруньятелли осуществил посеребрение, оцинкование и омеднение электродов. Позже последовали опыты Эрстеда, Ампера, Ома, Фарадея и множества других исследователей. В 1861-1862 годах английский физик Джеймс Кларк Максвелл опубликовал свои труды, которые привели к возникновению четырёх уравнений Максвелла — своеобразное обобщение  всех классических электрических и магнитных явлений. Исследования об электричестве и магнетизме стали единой классической электродинамикой. То есть на тот момент людям уже пришлось договориться о единых понятиях направления тока, но что именно выступает в проводниках в качестве переносчика зарядов, тогда известно не было.

Электроны в чистом виде были выделены только в 1869 году немецким исследователем Иоганном Вильгельом Гитторфом, когда он впервые наблюдал катодные лучи — потоки электронов, испускаемых катодом. Они используются в старых телевизорах, осциллографах, радиолампах и электронных микроскопах. Это случилось уже позже формирования уравнений Максвелла, кроме того, на осознание, что именно такое катодные лучи, то есть на собственно открытие электрона ушло ещё 28 лет, пока этим вопрос вплотную не занялся английский физик Джозеф Джон Томсон.
 

Электротерапия

Электротерапия (электролечение) – применение c целью лечения и профилактики  заболеваний с помощью электрических токов, электрических и электромагнитных полей  различных параметров. 

Методы диагностики и лечения

Все это актуально при  различного  рода  болях:

• в суставах,
• в позвоночнике,
• в мышечных болях,
• при невралгиях и радикулитах.

Процедуры на аппарате BTL-vac:
Диагнозы:
— m Burger, акроцианоз, невралгия.
— m Osgood — Schalatter
— m Raynaud
— акроцианоз
— альгодистрофический синдром — нижние конечности
— анкилозирующий спондилоартрит
— артериит(верхних конечностей)
— артериит (нижних конечностей)
— артроз отечный
— ахилиодиния
— велленесс
— гемартроз
— гемотома — острая
— герпес опоясывающий лишай — невралгия
— гипотония мышц
— дисменорея
— Дюпюитрена контрактура
— Затылочная невралгия
— Комплексный региональный болевой синдром
— лимфатический стек
— люмбалгия(оль внизу спины)
— миалгия
— мочевой пузырь атонический
— невралгия
— невропатия
— недержание мочи
— острый артроз
— острый бурсит
— парастезия
— подострый тендовагинит
— послеоперационная боль
— послеоперационная гипотания мышц
— радиальный эпикандилит
— разрыв мышцы
— растяжение, контузия, затвердевание, острый, подострый
— ревматический артериит
— скалиоз
— смешанный тип недержания мочи
— сокращение мышц
— спастика
— спастическая обстипация
— стрессовое недержание мочи
— тонизация мышц «tonicum»
— тонизация мышц «phasicum»
— тригерные точки
— ургентное недержание мочи
— хронический артроз
— хронический тендовагинит
— эпикондилит (билатеральный)

1) Гальванизация (без лекарства) — противовосполительное действие, улучшающее кровообращение, снимающее спазмы
2) Электрофорез (гальванизация с лекарствами) — противовосполительное действие, улучшающее кровообращение, снимающее спазмы
3) Ампилпульс (ТЭНС)(СМТ) — без лекарства; улучшает кровообращение, снимает спазмы. При увеличении силы тока — действие стимуляции при таблетированных абортах
4) Ампилпульс (ТЭНС)(СМТ-форез) — с лекарственными припаратами. Противовоспалительное действие, аналгизирующее действие, регенерирующее действие, рассасывающее действие
5) Диадинамические токи (ДДТ — токи Бернара) — без лекарства; улучшает кровообращение, снимает спазмы. При увеличении силы тока — действие стимуляции при таблетированных абортах
6) Диадинамические токи (ДДТ — токи Бернара) — с лекарственными припаратами. Противовоспалительное действие, аналгизирующее действие, регенерирующее действие, рассасывающее действие

Ток низкой частоты

Ток низкой частоты в качестве лечебного средства применяется для раздражения тканей (электрораздражающая терапия). Также можно использовать электростимуляцию — метод воздействия на ослабленные мышцы с помощью электрического тока низкой частоты. Электростимуляция вызывает повторяющиеся непроизвольные сокращения мышц, что способствует их укреплению и препятствует развитию атрофии мышц. Показания к применению электротерапии током низкой частоты:

• Болезненные состояния чувствительных нервов, мышц и суставов (например, невралгии седалищного и лицевого нерва, боль в затылке, люмбаго, боль в плечевом суставе).
• Мышечная напряженность, мышечная слабость.
• Нарушения кровообращения в конечностях и нарушения кровообращения во внутренних органах.
• Стимуляция нервной системы и мышц.

Ток низкой частоты используется в качестве защитного средства от такого опасного заболевания, как тромбообразование, что особенно важно для лежачих или послеоперационых больных. Действие постоянного тока низкой частоты усиливается, если прокладку под электродом смачивать раствором лекарственного вещества, которое током вводится в ткани через кожу и оказывает присущее ему положительное действие на организм пациента. Преимущества такого воздействия в том, что в определенном месте получают большую концентрацию лекарства. Этот метод называется лекарственным электрофорезом. Ток низкой частоты может использоваться для т. н. электрических ванн: пациент находится в ванне с теплой водой, в которую погружены электроды.

Ток средней частоты

Электролечение током средней частоты — это интерференция двухчастотного переменного тока. Этот метод еще называется интерференционной терапией.

Во время процедуры продолжительностью 10-20 минут на тело пациента накладывают 4 электрода (для перекрестного движения тока). Прибор необходимо установить так, чтобы пациент ощущал легкое, приятное щекотание. Ток средней частоты действует несколько сильнее, чем ток низкой частоты. При его применении быстрее достигается обезболивающий эффект, кровообращение становится интенсивнее, более эффективной в этом случае бывает и резорбция. Этот метод также используется для раздражения тканей тела. Показания к применению данного метода лечения — мышечные боли, боль, вызванная дегенеративными заболеваниями позвоночника, боль в плечевом суставе, ушибы, травмы, вывихи, растяжения, а также плохо заживающие переломы костей.

Ток высокой частоты

Лечение током высокой частоты подразделяют на коротковолновую, дециметровую и микроволновую терапию.

При коротковолновой терапии (также как при использовании тока низкой частоты) по телу человека проходит электрический ток. Между тем, при использовании дециметровой и микроволновой терапии на тело пациента действует излучаемая электрическая энергия. В этом случае нет необходимости прикреплять электрод на теле пациента, достаточно на человека направить специальный излучатель. При электротерапии током высокой частоты получаемая глубинная теплота может использоваться для усиления кровообращения в глублежаших слоях тканей и внутренних органах, а также для уменьшения воспалительного процесса и расслабления.

Электрический ток высокой частоты запрещается применять пациентам с имплантантами (например, кардиостимулятором или другими металлическими предметами в их теле) во избежание электротравмы.

Аппарат BTL -5000 Puls, которым оснащена наша клиника генерирует полный спектр низко- и среднечастотных токов и их модификаций (гальванический ток, диадинамические токи, фарадические, неофарадические токи, русская стимуляция (токи Котца), стимулирующие импульсы, комбинированные импульсы, токи Leduc, спастическая стимуляция, высоковольтная терапия (HVT) и многие другие,  а также оснащен всеми необходимыми функциями, которые отражают последние достижения в электротерапии.

Электрический ток: польза и опасность

Что такое электрический ток знает каждый старшеклассник. Более того, современную жизнь просто невозможно представить без использования электрической энергии. Электрический ток дарит нам и свет (электрические лампы), и тепло (электронагревательные приборы). В своей жизни мы используем самые разные электротехнические устройства, которые делают ее комфортнее (телевизор, радиоприёмник, телефон, стиральная машина, пылесос и так далее). Промышленность просто перестала бы существовать, если бы не было электричества. Однако, при всей той пользе, которую несет в себе использование электрического тока, он вместе с тем содержит в себе и опасность. Давайте попробуем разобраться, что нужно учитывать, чтобы это использование было безопасным.

Сначала следует отметить, что электрический ток может оказать на человеческий организм негативное воздействие:

1. Механическое: электрический ток приводит к сильному и резкому сокращению мышц вплоть до их разрыва.

2. Термическое: температурный нагрев тканей организма (ожог) вызывает функциональное расстройство органов.

3. Электролитическое: физико-химические процессы электролиза, происходящие под действием электрического тока в живых тканях, приводят к нарушению баланса.

4. Световое: вспышки света и ультрафиолетовое излучение, созданное электрическим током приводят к негативному воздействию на глаза.

5. Биологическое: действие электрического тока может привести к раздражению и перевозбуждению нервной системы человека.

Электрический ток в проводнике описывается законом Ома для участка цепи:

где I – сила тока в проводнике, измеряемая в амперах (А), U – электрическое напряжение на концах проводника, измеряемое в вольтах (В), R – электрическое сопротивление проводника, измеряемое в омах (Ом).

Действие электрического тока на организм человека в первую очередь определяется силой тока. Переменный электрический ток частоты 50 Гц, используемый для работы бытовой техники, является смертельно опасным, если сила тока равна или больше, чем 0,1А. К потере сознания приводят токи силой 0,05–0,1 А. Токи силой менее 0,05 А считаются сравнительно неопасными и приводят лишь покалыванию и к неприятным ощущениям в организме. Однако, даже при небольших токах силой 0,005–0,02 А мышцы теряют способность самопроизвольно сокращаться, и человек может оказаться долгое время под воздействием электрического тока, что не безопасно.

Согласно закону Ома сила тока обратно пропорциональна электрическому сопротивлению, которое может быть различным. Если кожа человека сухая и огрубевшая сопротивление равно примерно 100000–200000 Ом. Если кожа влажная и тонкая, то – 30000–50000 Ом. Самая неблагоприятная ситуация будет, если человек стоит на хорошо проводящей поверхности, в этом случае сопротивление уменьшается до 10000–20000 Ом. В условиях повышенной влажности сопротивление может быть очень небольшим: 1000–2000 Ом.

Таким образом, если человеческий организм оказался под воздействием бытового напряжения 220 В, то в самом неблагоприятном случае при сопротивлении в 1000 Ом, согласно закону Ома, сила тока будет 0,22 А. Такая сила тока может привести к параличу дыхания. В самом лучшем случае при сопротивлении в 200000 Ом сила тока будет 0,0011 А. Действие такого тока приведет лишь к неприятным ощущениям.

Поэтому никогда не нужно касаться оголенных проводов или неисправных электроприборов, если нет абсолютной уверенности в том, что они не находятся под напряжением. Особенно опасно прикосновение двумя руками, так как в этом случае электрический ток пройдет через область сердца.

По предложенному методу мы предлагаем вам решить задачу:

Определите, силу тока через резиновые перчатки толщиной 1мм, если площадь соприкосновения с электрическим проводом, находящимся под напряжением 220В, равна 1мм².Удельное сопротивление резины 10¹³Омм.

Автор: Матвеев К. В., методист ГМЦ ДО г.Москвы

Какие существуют токи (электрические). Виды тока (постоянный и переменный), их особенности.

Многие должны были слышать, что электрический ток бывает разный (постоянный, переменный). Те, кто особо не знаком с темой электрики и электроники порой могут путаться в типах тока, когда подают электрическую энергию на то или иное электрооборудование. Для одних устройств нужно именно постоянное напряжение (ток), другие же питаются только от переменного. Поскольку эти виды тока принципиально разные, то ошибка при подаче питания может привести к не работе (в лучшем случае), а в худшем варианте просто вывести электрооборудование из строя.

Итак, напомню, что электрический ток представляет собой упорядоченное движение электрически заряженных частиц (электронов) вдоль проводника. То есть, это простое, однонаправленное перемещение очень маленьких частичек (с огромной скоростью) внутри электрических проводников (в большинстве случаев металлов — медь, алюминий, серебро, золото и различных сплавов, хорошо проводящих ток).

Само же движение возникает по причине появления определённой разности электрических потенциалов, называемое напряжением. У электрического источника имеются два полюса, положительный (где сосредотачивается положительный заряд некой величины) и отрицательный (где сосредотачивается отрицательный заряд). Если нет замкнутой цепи между полюсами, то имеется только напряжение (стремление зарядов перейти на противоположный полюс). Как только цепь замыкается, появляется путь для прохождения зарядов в виде электрического проводника, то заряды стремительно начинают своё движение, что и создают их ТОК в проводнике.

Основных видов электрического тока существует два — постоянный и переменный (импульсный, это частичный случай переменного). Постоянный ток — это, не что иное как простое однонаправленное перемещение электрических зарядов в одну сторону. От одного полюса к другому без изменения направления во времени. На деле в твёрдых веществах (проводниках) электрический ток течет от минуса к плюсу (происходит перемещение отрицательных зарядов, электронов). В жидких и газообразных средах постоянный ток бежит, наоборот, от плюса к минусу (движение ионов, положительно заряженных частиц). В теоретической области было принято считать, что постоянный электрический ток всегда течет от плюса к минусу (при работе с принципиальными электрическими схемами).

Постоянный ток имеет постоянную величину своего напряжения (обычно наиболее используемые величины 3, 5, 6, 9, 12, 24 вольт). При работе его величина может изменяться всего на несколько процентов, по причине падения напряжения при динамической работе самой нагрузки (к примеру, постоянный электродвигатель, который может иметь плавающую механическую нагрузку на своём вале, ну и т.д.). Для постоянного напряжения (точнее электрических схем, работающие на постоянном типе тока) важно оставаться неизменным. Если схема рассчитана на постоянное напряжение 12 вольт, то и подаваться на неё должно строго 12 вольт с небольшим отклонением в несколько процентов. Для обеспечения этого используются различные решения начиная от правильно подобранных электрических деталей, компонентов, и заканчивая всевозможными электрическими, электронными схемами различных стабилизаторов, фильтров и т. д.

Постоянный ток имеет как свои достоинства, так и свои недостатки. Иначе бы использовался только этот тип электрического тока! Практически все электронные схемы нуждаются в питании именно постоянным током. Сам принцип действия и работа электронных элементов основан на этом виде тока. Также электрические аккумуляторы могут работать только с постоянным током, ну и т.д. Основным недостатком этого вида электротока является плохая передача электроэнергии на значительные расстояния (возникают большие потери). Кроме этого для его преобразования нужны более сложные электрические устройства.

Переменный электрический ток представляет собой упорядоченное, плавно изменяющееся (синусоидальное) движение электрических зарядов вдоль проводника, которое периодически меняет свои полюса. Наиболее распространённой частотой переменного тока является 50 Герц. То есть, за одну секунду направление тока в электрической цепи меняется с плюса на минус и наоборот аж 50 раз. Хотя это считается ещё и низкой частотой. Переменный ток может быть однофазным (используются 2 провода и напряжение между ними 220 вольт) или же трёхфазным (используются 3 фазных провода, напряжение между двумя любыми из них 380 вольт и один нулевой).

Переменный вид тока легко преобразуется и передается на большие расстояния с минимальными потерями на самой линии электропередач. Наиболее используемые величины переменного напряжения, от которых питаются конкретные электроприборы, это 220 вольт (напряжение для бытового использования населением) и 380 вольт (для промышленного использования, где важны именно 3 фазы). Для того, чтобы получить из одной величины тока или напряжения другую величину обычно применяют всего одно устройство, которое называется силовым трансформатором. На его вход подают одни значения напряжения или тока, а на выходе получают другие, более высокие или низкие.

P.S. Частным случаем переменного электрического тока можно считать импульсный ток, который может иметь различную форму, отличной от обычной синусоидальной. Данный вид электрического тока обычно используют в различной цифровой технике, в области электроники.

Электрический ток в проводнике — Основы электроники

Если в точке А (рис. 1.3) — избыток электронов в сравнении с точкой В, то говорят, что между точками А и В существует разность потенциалов, или напряжение, а источник создающий этот избыток, характеризуется потенциалом. В свою очередь потенциал это величина, которая показывает работу источника по перемещению заряда. Если соединить точки А и В каким-либо проводником, например простой проволокой, то избыточные электроны из точки А начнут перетекать в точку В, тем самым возникнет электрический ток в проводнике. То есть этот поток электронов и есть электрический ток.Разность потенциалов связана с напряжением или электродвижущей силой. То есть напряжение это и есть та самая сила, которая перемещает электроны в цепи.

Количественно ток можно выразить как сумму зарядов тех электронов, которые прошли через заданную точку. Но электрон имеет очень маленький заряд, поэтому для оценки заряда ввели единицу измерения – кулон (Кл). Один кулон равен сумме зарядов 6,25*1018 или 6250000000000000000 электронов.
Говорят, что если заряд в один кулон проходит через данную точку за 1секунду, то это значит, что через эту точку в проводнике течет электрический ток в один ампер (А). Таким образом, сила тока, как вы уже догадались, измеряется в амперах.

Точка А по причине избытка электронов имеет отрицательный потенциал, а точка В — положительный.
Поток электронов подобен потоку воды, текущему из бака А в бак В, как показано на рис. 1.4. Труба между баками является эквивалентом электрического проводника, а разность уровней воды — эквивалентом разности потенциалов между точками А и В.

Хотя электроны перетекают от отрицательного полюса к положительному, принято говорить, что электрический ток в проводнике течет от положительного полюса к отрицательному. Эта договоренность восходит к тому времени, когда о природе электрического тока было ничего не известно.
Разность потенциалов, или напряжение, измеряется в вольтах иобозначается буквой U. Величина электрического тока, как уже было сказано, измеряется в амперах и обозначается буквой I.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Похожие материалы:

Добавить комментарий

электрического тока | Формула и определение

электрический ток , любое движение носителей электрического заряда, таких как субатомные заряженные частицы (например, электроны, имеющие отрицательный заряд, протоны, имеющие положительный заряд), ионы (атомы, которые потеряли или приобрели один или несколько электронов), или дырки (дефицит электронов, который можно рассматривать как положительные частицы).

Электрический ток в проводе, где носителями заряда являются электроны, является мерой количества заряда, проходящего через любую точку провода в единицу времени.В переменном токе движение электрических зарядов периодически меняется на противоположное; на постоянном токе нет. Во многих контекстах направление тока в электрических цепях принимается за направление потока положительного заряда, направление, противоположное фактическому дрейфу электронов. При таком определении ток называется обычным током.

Британская викторина

27 верных или неверных вопросов из самых сложных научных викторин Britannica

Как много вы знаете о Марсе? Как насчет энергии? Думаете, будет проще, если вам придется выбирать только правду или ложь? Узнайте, что вы знаете о науке с помощью этой сложной викторины.

Узнайте, почему низкое сопротивление меди делает ее отличным проводником электрического тока.

Связь между током и сопротивлением в электрической цепи.

Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видео к этой статье

Течение обычно обозначается символом I . Закон Ома связывает ток, протекающий по проводнику, с напряжением В и сопротивлением Р ; то есть В = I R .Альтернативная формулировка закона Ома: I = V / R .

Ток в газах и жидкостях обычно состоит из потока положительных ионов в одном направлении вместе с потоком отрицательных ионов в противоположном направлении. Чтобы учесть общее влияние тока, его направление обычно принимают за направление положительного носителя заряда. Ток отрицательного заряда, движущийся в противоположном направлении, эквивалентен положительному заряду той же величины, движущемуся в обычном направлении, и должен учитываться как вклад в общий ток. Ток в полупроводниках состоит из движения дырок в обычном направлении и электронов в противоположном.

Существуют токи многих других видов, например, пучки протонов, позитронов или заряженных пионов и мюонов в ускорителях частиц.

Электрический ток создает сопровождающее магнитное поле, как в электромагнитах. Когда электрический ток течет во внешнем магнитном поле, на него действует магнитная сила, как в электродвигателях. Тепловые потери или энергия, рассеиваемая электрическим током в проводнике, пропорциональны квадрату силы тока.

Распространенной единицей электрического тока является ампер, который определяется как поток заряда в один кулон в секунду или 6,2 × 10 ¹⁸ электронов в секунду. Сантиметр-грамм-секунда единиц силы тока является электростатической единицей заряда (эсу) в секунду. Один ампер равен 3 × 10 ⁹ эсу в секунду.

Коммерческие линии электропередач обеспечивают около 100 ампер для обычного дома; 60-ваттная лампочка потребляет около 0,5 ампер тока, а комнатный кондиционер — около 15 ампер. (Для получения дополнительной информации об электрическом токе см. электричество: Постоянный электрический ток и электричество: Переменный электрический ток.) ​​

Электрический ток

Единицей электрического заряда является кулон (сокращенно C). Обычное вещество состоит из атомов, которые имеют положительно заряженные ядра и окружающие их отрицательно заряженные электроны. Заряд квантуется как кратное заряду электрона или протона:

Влияние зарядов характеризуется силами между ними (закон Кулона) и создаваемыми ими электрическим полем и напряжением.Один кулон заряда — это заряд, который проходит через 120-ваттную лампочку (120 вольт переменного тока) за одну секунду. Два заряда одного кулона
каждый, разделенный на метр, оттолкнули бы друг друга с силой около миллиона тонн!

Скорость потока электрического заряда называется электрическим током и измеряется в амперах.

Представляя одно из фундаментальных свойств материи, возможно, уместно отметить, что мы используем упрощенные наброски и построения, чтобы представить
концепций, и неизбежно есть намного больше к истории. Нет значения
должны быть присоединены к кружкам, представляющим протон и электрон, в
чувство
подразумевая относительный размер или даже то, что они представляют собой твердую сферу
объекты,
хотя это полезная первая конструкция. Самое важное
идея открытия,
электрически, заключается в том, что они обладают свойством, называемым «зарядом».
то же
размера, но противоположной полярности для протона и электрона. То
протон имеет
В 1836 раз больше массы электрона, но точно такого же размера
стоимость только
положительный, а не отрицательный.Даже термины «положительный» и
«отрицательные» являются
произвольные, но прочно укоренившиеся исторические ярлыки. Самое важное
значение
заключается в том, что протон и электрон будут сильно притягиваться друг к другу.
другой, исторический архетип клише «противоположности притягиваются».
Два
протоны или два электрона будут сильно отталкивать друг друга. Однажды ты
имеют
установил те основные представления об электричестве, «как заряды
отталкивать и
в отличие от зарядов притягиваются», то у вас есть основание для
электричество и может строить оттуда.

Из точной электронейтральности объемного вещества, а также из подробных микроскопических экспериментов мы знаем, что протон и электрон имеют одинаковую величину заряда. Все заряды, наблюдаемые в природе, кратны этим фундаментальным зарядам. Хотя стандартная модель протона изображает его состоящим из частично заряженных частиц, называемых кварками, эти дробные заряды не наблюдаются по отдельности — всегда в комбинациях, которые создают +/- заряд электрона.

Изолированный одиночный заряд можно назвать «электрическим монополем». Одинаковые положительные и отрицательные заряды, расположенные близко друг к другу, образуют электрический диполь. Два противоположно направленных диполя, расположенных близко друг к другу, называются электрическим квадруполем. Вы можете продолжить этот процесс до любого количества полюсов, но здесь упоминаются диполи и квадруполи, потому что они находят значительное применение в физических явлениях.

Одной из фундаментальных симметрий природы является сохранение электрического заряда. Ни один известный физический процесс не приводит к чистому изменению электрического заряда.

Электрический ток (I) — обзор

Приложение A.12.1 Магнитоупругая устойчивость системы катушек полоидального поля ИТЭР

Рассмотрим понятие магнитной жесткости более подробно. Остановимся на взаимодействии электрических токов I _i и I _j в кольцевых катушках № i и № j (рис.А.12.1.1). Из-за малых линейных размеров поперечного сечения катушек по сравнению с их радиусом и расстоянием между ними магнитная жесткость будет определяться для эквивалентной пары кольцевых токов. Катушки принимаются абсолютно жесткими. Обозначим единицу векторов координатных осей как E _x 9002 и и и _Z

Рисунок А. 12.1.1. Оценка взаимной магнитной жесткости кольцевых токов I _i и I _j .

u ₁  = 0; u ₂  =  u – горизонтальные перемещения витков вдоль оси х .

В общем случае (u=ui−uj,   h=zi−zj) сила, направленная на i -й виток от j -го витка, может быть записана как

Fij=−cij( PF)(ui−uj),

, где

cijPF=µ02IiIjRiRj∫0πzi−zj2−2Ri2+Rj2cosΨ+RiRj3+cos2ΨRi2+Rj2−2RiRjcosΨ+zi−zj25/2 dΨ

9000ci=,j≉dΨ

9000 cji(m) – взаимная магнитная жесткость i -й и j -й катушек.

Магнитная жесткость может быть положительной или отрицательной в зависимости от ориентации катушек относительно друг друга и направления токов. Например, взаимная магнитная жесткость двух катушек, лежащих в одной пластине, отрицательна, если токи текут в одном направлении. В противном случае магнитная жесткость положительна. Следовательно, электромагнитные силы, вызванные относительными смещениями катушек, могут либо дестабилизировать положение катушек, либо, наоборот, играть стабилизирующую роль.

Введем потенциал магнитомеханического взаимодействия

Uij(PF)ui,uj=12cij(PF)ui−uj2.

Суммарный потенциал N _PF Взаимодействие ПФУ представляет собой сумму потенциалов

UPFmui,…,uNPF=14∑j=1NPF∑i=1NPFcijmui−uj2,j≠i.

Приведем это выражение к стандартному виду:

UPF(m)=12∑i=1NPF∑j=1NPFaijPFuiuj=12uT⋅APF(m)⋅u,

где компоненты матрицы магнитной жесткости APFm равны

aij(PF)=δij∑j=1NPFcij(PF)−Cij(PF), где  δij является дельта-функцией.

Далее рассмотрим взаимодействие катушек полоидального поля с ТС.Параметры КС: полный ток ( I ₀ ), внутренний радиус ( R _in ), толщина стенки ( t _w ) и высота ( 2 2 1 90 ) ). Заменив КС на токопроводящую оболочку с эквивалентным радиусом

R0=(Rin+tw)33tw−Rin20,5,

, мы приравняем линейную магнитную энергию (и магнитный поток) рассматриваемой токонесущей оболочки к энергии соленоида заданной толщины в случае бесконечной длины.

Для определения силы, действующей на ПФК, выделим элементарный ингредиент КС, то есть токонесущую полосу dz , и оценим силу ее взаимодействия с и -й ПФК. Для этого воспользуемся исходным выражением для F _ij и возьмем интеграл высоты соленоида

⋅∫−h3−zih3−zi∫0πh3−2Ri2+R02cosφ+RiR03+cosφ2Ri2+R02−2RiR0cosφ+h35/2dφdh,

, где h=z−zi.

Соответствующий потенциал электромагнитных сил

Ui(cs)ui=12ci(CS)⋅ui2.

Потенциал взаимодействия всех ТПЧ и КС

UCS(m)ui,u2,…,uNPF=12∑i=1NPFci(CS)ui2,

или в стандартной квадратичной форме

UCSm=12 ∑i=1NPF∑j=1NPFaijCSuiuj=12uT⋅ACSm⋅u,aijCS=δijciCS.

Далее определяем силы упругости. Каждый PFC имеет N _SP упругие механические опоры. Жесткость каждой опоры в радиальном и тороидальном направлениях составляет c ^{( r )} и c ^{( t )} соответственно. Упругая опора ориентирована таким образом, что c ^{( r )} / c ^{( t )} << 1. Для и -го ПФК суммарная жесткость опор относительно смещения вдоль ось х равна

ci(e)=ci(r)∑j=1NSPcos22πNSPj+ci(t)sin22πNSPj.

Суммарный потенциал сил упругости

USP(e)u1,u2,…,uNPF=12∑i=1Nci(e)ui2,

или в стандартной форме

USP(e)=12∑ i=1NPF∑j=1NPFaij(e)uiuj=12uT⋅ASP(e)⋅u,aij(e)=δijcij(e).

Суммарный потенциал всех сил, действующих на систему ПФУ, представляет собой сумму полученных потенциалов магнитных и упругих сил, то есть

Uu1,u2,…,uNPF=UPF(m)+UCS(m) +USP(e),U=12uT⋅A⋅u, A=APF(m)+ACS(m)+ASP(e).

Система ПФУ устойчива, если потенциал U в исходном (недеформированном) состоянии системы ( u  = 0) минимален. Другими словами, система устойчива, если матрица A , составленная из значений магнитной и упругой жесткостей, является положительно определенной. Матрица A является положительно определенной матрицей, если все ее собственные значения положительны, то есть

det(A−λE)=0, λ1>0, λ2>0,…,λNPF>0.

Здесь E — единичная матрица.

Критерий, наиболее подходящий для численного анализа, — критерий Сильвестра. Матрица A положительно определена, если определитель A и все старшие главные миноры положительны

a11>0,a11a12a12a22>0, .., detA>0.

Для определения запаса прочности матрицу A необходимо заменить матрицей

ASF=APF(m)+ACS(m)⋅KSF+ASP(e).

Коэффициент запаса является наименьшим из K _SF , при котором A _SF перестает быть положительно определенным. Полученный коэффициент запаса показывает, во сколько раз необходимо умножить магнитную жесткость и токи ПТЭ, чтобы дестабилизировать систему.

Сделаем некоторые численные оценки на примере одного из проектов ИТЭР (таблицы A. 12.1.1 и A.12.1.2). Высота центрального соленоида ( H ) составляет 12,129 м, его внутренний радиус ( R _в ) равен 1.9 м, а толщина намотки ( t _w ) 0,77 м. Оценки даны для следующих характерных временных моментов рабочего цикла: начальная намагниченность (IM) ТС, формирование конфигурации дивертора магнитного поля (XPF), начало плоской вершины (SOF), начало и завершение реакции термоядерного синтеза (плазменная начало записи, SOB, и конец записи, EOB соответственно).

Таблица А.12.1.1. Параметры полиоидальных полевых катушек

4 Поддерживает жесткость C _i ^{( e )} (GN m ⁻¹ )

901

PFC R R I I (M) Z I I (M)
PF1	3.883	9,767	1,9
PF2	5,991	9,887	4,47
PF3	12,974	7,305	7,57
PF4	15,360	4,013	46,6
PF5
PF5	15. 444	15.444	-2.265	-2.265	6.67
PF6	13.194	— 9088	—	316
PF7	9.631	-9.157		26.0
PF8	5.864	— 9.808	-99.808	37.9
PF9
PF9	3,883	-10.152	6.07

Таблица A.12.1.2. Токи в полиоидальном полевой системе

4 PF1
( I ₁ )

)

4 PF3
( I ₃ )

4 PF4
( I ₄ )

4 PF5
( I ₅ )

)

4 PF7
( I ₇ )

4 PF8
( I ₈ )

4 PF9
( I ₉ ) 5

точка в Time	токов в системе PFC (MA)
	CS ( I 0 ) 0 )	PF2 ( I 2 )	PF6 ( I 6 )
ИМ	127. 6	5.43	5.43	13.43	0.24	0.27	1,76	4.36	3.93	14.35	5.42
XPF	-33.2	3,65	4,22	4,73	0	-5.82	-7.6	-7.6	2,18	17.1	17.1	11.4
SOF	-92.7	— 922.7	1.81	1.58	-6.54	0	-9.03	-8.98	00 -8.98	3.23	17.0	12.59 9040
SOB	-87.3	-87.3	0.36	2,42	— 7.82	0	-11,9	-7.92	5.4	14.6 5.4	14.6 5.4	14.6 5.4	14.6 5.4	14.6	6.68	6.68
EOB	-138	-138	-3.94	-7.94	-7. 82	0	-12.8	-6.5	6.27	6.18	2.31

Проведен анализ в ходе реакторного анализа показал, что матрица магнитной жесткости ACS(m)+APF(m) не является положительно определенной во все моменты времени.Другими словами, система неустойчива без дополнительного механического усиления. Тем не менее, полная матрица A является положительно определенной — и с хорошим запасом (таблица А.12.1.3) — из-за значительной упругой жесткости опор ПФУ, что делает полоидальную полевую систему ИТЭР достаточно устойчивой. Коэффициент безопасности составляет как минимум 37,5 и соответствует моменту времени SOF.

Таблица А.12.1.3. Характеристики устойчивости системы PFC

6 коэффициент безопасности, K _SF 5

63

точка в Time	экстремальных значений матричной жесткости матрицы диагональных элементов (MN M -1 )
	минимум	Максимум
ИМ	−43. 9 (PF8)	1.57 (PF5)	1	37.8	37.8
XPF	-125.3 (PF8)	-125.3 (PF8)	24.12 (PF6)	43.2
SOF	-150.1 (PF8)	38,5 ( Pf6)	37.59
SOB	-86.2 (PF8)	-86.2 (PF8)	43.2 (PF6)	80.5 0 EOB	EOB	-25.5 (PF8)	35.5 (PF6)	422

Что такое электрический ток?

Когда вы подсоединяете провода к клеммам батареи, может течь заряд, и образуется полный путь, называемый цепью.Этот поток заряда называется током . Символ тока — буква I, а единица измерения — ампер. Чем выше ток, проходящий через провод, тем больше заряда.

Как заряд течет по цепи?

При подсоединении медного провода к клеммам аккумулятора течет заряд. Если вы наденете резиновую ленту на клеммы, заряд не будет перемещаться. Почему это? Причина связана со свойствами меди, которая является хорошим проводником заряда.Материалы, которые являются хорошими проводниками, имеют слабо удерживаемые электроны. Движение электронов происходит очень быстро, переходя от атома к атому по проводу. Для перемещения заряда между двумя точками должна быть разность потенциалов .

Существует связь между электрическим потенциалом и электрическим током. Эта взаимосвязь была впервые продемонстрирована экспериментально ученым по имени Джордж Саймон Ом.

В чем разница между электрическим током и потоком электронов? Почему они в разных направлениях?

В этом вопросе до сих пор много путаницы.Это происходит из-за того, что когда Бенджамин Франклин впервые обнаружил электричество, он думал, что по проводу движутся положительные заряды. Таким образом, Ток был определен как поток положительного заряда, который двигался в металлических проводах, с которыми он играл (это часто называют Конвенционным Током). Теперь мы знаем, что Франклин был неправ — отрицательные (электроны) заряды двигались в направлении , противоположном направлению его положительного заряда в проводе.Важно отметить, что положительные заряды не движутся в медной проволоке, но в других случаях, например, в растворах, движутся как отрицательные, так и положительные заряды.

Что такое закон Ома?

Закон Ома гласит, что в электрической цепи ток, проходящий через резистор между двумя точками, связан с разностью напряжений между двумя точками и обратно пропорционален электрическому сопротивлению между двумя точками. Это отношение показано на следующем рисунке

.

Где I — сила тока в амперах, V — разность потенциалов в вольтах, а R — постоянная величина, измеряемая в омах, называемая сопротивлением.

Ток прямо пропорционален потере напряжения через резистор. То есть, если ток удвоится, то и напряжение тоже. Чтобы ток протекал через сопротивление, на этом сопротивлении должно быть напряжение. Закон Ома показывает взаимосвязь между напряжением (V), током (I) и сопротивлением (R). Его можно записать тремя способами:

Текущее направление

Электроны, движущиеся по проводу, могут непрерывно двигаться по проводу в одном и том же направлении.Это называется постоянным током. Электричество от сухих элементов или батарей является примером постоянного тока. Электроны также могут регулярно изменять или чередовать свое направление. Это называется переменным током. Электричество в вашем доме переменное. В США течение меняет направление 120 раз в секунду.

В чем разница между преимуществами и недостатками постоянного и переменного тока?

Постоянный ток

Постоянный ток вырабатывается такими источниками, как батареи, термопары, солнечные элементы и электрические машины коллекторного типа.Постоянный ток может течь не только по проводам, но и по полупроводникам. Постоянный ток можно получить из переменного тока с помощью выпрямителя .

Первая коммерческая передача электроэнергии, разработанная Томасом Эдисоном, использовала постоянный ток.

DC обычно используется во многих низковольтных устройствах, особенно там, где они питаются от батарей. В большинстве автомобильных приложений используется постоянный ток, хотя генератор переменного тока представляет собой устройство переменного тока, которое используется для производства постоянного тока.Большинству электронных устройств требуется постоянный ток.

Переменный ток

Переменный ток — это способ подачи электроэнергии в дома и на предприятия. Первое зарегистрированное применение переменного тока было сделано Гийомом Дюшенном, который изобрел электротерапию. Он пришел к выводу, что переменный ток превосходил постоянный ток в электротермическом запуске мышечных сокращений. Силовой трансформатор был впервые продемонстрирован в Лондоне в 1881 году Люсьеном Голаром и вызвал интерес у Вестингауза. Хотя они подали заявки на патенты на свои технологии, они были отклонены, потому что Никола Тесла смог продемонстрировать предыдущие работы в этой области. Никола Тесла наиболее известен разработкой современной системы электроснабжения переменного тока.

Напряжение переменного тока может быть увеличено или уменьшено с помощью трансформатора. Использование высокого напряжения приводит к значительному повышению эффективности передачи энергии. Недостаток высокого напряжения заключается в том, что требуется большая изоляция.

Как измерить электрический ток?

Амперметр — это прибор для измерения силы тока.(НЕОБХОДИМО ИЗОБРАЖЕНИЕ(. Амперметр

Амперметр измеряет количество электронов, проходящих через него каждую секунду. Сила тока измеряется в единицах, называемых амперами. Чтобы использовать амперметр, вы включаете его последовательно с нагрузкой, которую используете. (См. изображение выше.)

Для измерения напряжения или электрического потенциала вы включаете вольтметр параллельно в цепь. Вольтметр должен быть подключен параллельно для измерения напряжения устройства, потому что параллельные объекты испытывают одинаковую разность потенциалов.См. изображение ниже.

Связь между электрическим током и магнитными полями

Связь между электрическим током, магнитными полями и физическими силами была впервые обнаружена Гансом Кристианом Орстедом в 1820 году. Он наблюдал, как стрелка компаса отклонялась от направления на север, когда по соседнему проводу протекал ток. Это было известно как тангенциальный гальванометр. Для измерения токов с использованием этого эффекта использовался тангенциальный гальванометр.Силой, возвращающей счетчик на ноль в этой системе, была сила магнитного поля Земли. Таким образом, измеритель можно было использовать только в том случае, если он был ориентирован на магнитное поле Земли. Чувствительность прибора стала возможной за счет увеличения числа витков используемого провода.

Проверьте свои
Понимание:

электрический ток — Викисловарь

Английский

Альтернативные формы[править]

Существительное[править]

электрический ток ( множественное число электрический ток )

1. (физика) Чистое однонаправленное движение электронов или других носителей заряда, вызванное разностью потенциалов.

   По этому проводу проходит электрический ток .

2. (физика) Суммарный заряд, проходящий через некоторое поперечное сечение проводящего материала (в одном направлении) в единицу времени, имеющий единицу СИ А (Кл/с).

   Электрический ток в этом проводе 5 А.

   • год неизвестен, S. K. Gupta & Anubhuti Gangal, A Compact And Com. Книга IIT Foudation Science Phy.&Che.) VII , S.Издательство Chand →ISBN, стр. 32

     (iii) Электрический ток представляет собой поток _____. (iv) Единицей СИ электрического тока является _____ .

   • год неизвестен, В. К. Мехта и Рохит Мехта, Принцип физики С. Чанда -XII , S. Chand Publishing → ISBN, стр. 255

     Электрический ток измеряется потоком заряда через любое поперечное сечение …

   • 2010 , Кепинг Ян, Электростатические осадки: 11-я Международная конференция по электростатическим осадкам, Ханчжоу, 2008 г. , Springer Science & Business Media → ISBN, стр. 316

     Из следующей таблицы (Таблица 2) мы можем видеть, что, в целом, электрический ток прежнего электрического поля меньше, электрический ток редкого электрического поля больше.

   • 1996 , Роберт Александр Уокер Джонстон, Малкольм Э. Роуз, Масс-спектрометрия для химиков и биохимиков , Cambridge University Press → ISBN, стр. 55

     Этот каскадный эффект продолжается во всей серии электродов и обеспечивает усиление электрического тока порядка 10⁴-10⁸.

Гипонимы

Переводы[править]

измерение скорости потока электрического заряда

Количественная оценка электрического тока — Nexus Wiki

Когда у нас есть движущийся заряд, мы определяем, сколько заряда движется так же, как мы определяли поток жидкости, подсчитывая, сколько заряда проходит через поверхность за заданный промежуток времени.Чтобы быть ясным, давайте поговорим об электронах, движущихся по проводу.

Будем считать, что электроны всегда уравновешиваются равной и противоположной плотностью положительных ионов, поэтому провод остается нейтральным, даже если электроны движутся внутри него. Если бы это было НЕ так, то где-то происходило бы накопление заряда, что отнимало бы энергию и усложняло бы наше обсуждение. Это на самом деле происходит — скажем, в конденсаторе или при обрыве провода и прекращении тока, но разрабатываемые нами понятия (емкость и сопротивление) позволяют разделить эти события.При обсуждении тока мы предполагаем, что в любой отрезок провода входит столько же электронов, сколько уходит в любую единицу времени.

Определение тока

Для данного провода мы определим количество электрического тока в проводе, представив поверхность, разрезающую провод. Затем мы спрашиваем, сколько зарядов пересекает эту поверхность в единицу времени? В уравнениях это:

$$I = \frac{\Delta q}{\Delta t}$$

, где $I$ определяется как количество тока, протекающего по проводу , а $Δq$ — количество заряда, пересекающего поверхность, перпендикулярную проводу, за время $Δt$.

Обратите внимание, что у нас есть заряд, пересекающий поверхность, хотя провод нейтрален. Это связано с тем, что хотя существует баланс положительных и отрицательных зарядов, только отрицательные электроны пересекают поверхность. Положительные ионы остаются фиксированными.

Размерность и единицы тока довольно просты. Размерность всего

$$[I] = \mathrm{Q/T}$$

Ток – это заряд, деленный на время. Мы определяем натуральную единицу, кулон/секунду, как ампер .

1 Ампер = 1 Кулон/сек.

Проблема знаков

Одним из аспектов электрического тока, который часто сбивает с толку, является вопрос о знаке . Поскольку у нас могут двигаться как положительные, так и отрицательные заряды — и в обоих направлениях — удобно включить знак в наш ток. Вот как это работает:

1. Мы выбираем направление провода, которое мы обозначаем как положительное.
2. Мы выбираем поверхность, пересекающую наш провод, которая определяет положение, в котором мы хотим измерить ток.
3. Если у нас есть положительные заряды, пересекающие поверхность и движущиеся в положительном направлении, мы обозначаем это как положительный ток.
4. Если направление меняется на противоположное, ставим минус.
5. Если знак заряда меняется на противоположный, то ставится знак минус.

Возможно, здесь вы натолкнулись на непонятный элемент. Если у нас есть отрицательные заряды, пересекающие нашу поверхность и движущиеся в отрицательном направлении, это соответствует положительному току! Да, мы так делаем, и это работает нормально.*  Это показано на рисунке ниже.

Когда мы анализируем электрические цепи, вы можете расстроиться, потому что до решения задачи не знаете, в каком направлении движется заряд. Не беспокойтесь об этом! Выберите направление и назовите его позитивным. Если вы ошиблись, ваша алгебра сообщит вам, что ток отрицателен — он движется в другом направлении!

Подключение к микроскопической модели

Полезно связать наше определение тока с моделью отдельных движущихся зарядов.Мы делаем это очень похоже на то, как мы анализировали движение молекул в идеальном газе.

Предположим, что у нас есть ток движущихся зарядов (и для простоты мы будем считать их положительными), движущийся вправо, как показано на рисунке ниже синим цветом. Стационарные противоположные заряды, которые уравновешивают их, не движутся и показаны красным цветом. (Обратите внимание, что провод остается нейтральным, даже когда заряды движутся.) Рассмотрите скорость, с которой движущиеся синие заряды пересекают поверхность площадью $A$, перпендикулярную проводу (показана фиолетовым цветом).

Сколько зарядов пересекает площадь $A$ за время $\Delta t$? Предположим, что

• каждый движущийся заряд, составляющий ток, имеет заряд $q$
• плотность движущегося заряда в единице объема $n$
• скорость движущихся зарядов $v$

Любой движущийся заряд, находящийся на расстоянии менее $Δx = vΔt$ от поверхности $A$, пройдет до конца нашего временного интервала. Если дальше, то не успеет. (На нашем рисунке 7 синих зарядов пересекли бы поверхность $A$ за время $\Delta t$.) Следовательно, все заряды в объеме $A∆x$ пролетят через промежуток времени. Итак:

• прошедший объем = $AΔx$
• количество зарядов в этом объеме, которые проходят через = $nAΔx$
• сумма заряда, который проходит = $qnAΔx$

Таким образом, ток равен количеству заряда, которое проходит через него за время $Δt$ деленное на $Δt$ .

$$I = (qnA∆x)/∆t = qnvA$$

Полезной конструкцией является количество тока, протекающего на единицу площади.Мы называем это плотностью тока ,  $J$.

$$J = кв.$$

Тогда $J$ — это ток на единицу площади , поэтому ток будет записан как

$$I = JA.$$

(Иногда $J$ принимается за вектор в направлении $v$. Тогда $\overrightarrow{J}$ является вектором. Чтобы получить обратно ток, вы должны взять скалярное произведение с вектором область: $I = \overrightarrow{J} \cdot \overrightarrow{A}$.

Комментарий к случайности

Хотя мы описали заряды в потоке как движущиеся с постоянной скоростью, на самом деле из-за теплового движения скорости отдельных зарядов на самом деле меняются случайным образом.В норме скорости атомов, молекул и электронов будут в среднем равны 0. В случае, когда они движутся (скажем, под действием электрической силы), их скорости будут смещены в сторону действия силы и не будет -нулевая средняя скорость называется дрейфовой скоростью . (Конечно, для электронов в металле это более сложно точно описать и требует квантовой механики.)

* Причина, по которой у нас есть это условное обозначение, заключается в том, что Бенджамин Франклин выбрал его, когда не знал, какие заряды движутся по проводам.Инженеров-электриков, которые часто работают с током, переносимым электронами по проводам, обычно находит это более раздражающим, чем биологов, поскольку в биологии движущиеся заряды часто представляют собой ионы и могут быть положительными (Na ⁺ , K ⁺ ), а также отрицательный. У мультфильма xkcd есть хороший комментарий по этому поводу.

Джо Редиш 25 февраля 2012 г.

LearnEMC — отслеживание путей электрического тока

Инженерам-электрикам обычно удобнее думать об электрических сигналах с точки зрения напряжения, а не тока.Цифровые логические уровни обычно определяются напряжением сигнала, а источники питания обычно являются источниками постоянного напряжения. Напряжения в цепи обычно можно измерить с помощью простых пробников без существенной нагрузки на цепь.

Токи, с другой стороны, труднее измерить. Обычно ток измеряют, пропуская его через небольшое сопротивление и измеряя падение напряжения на сопротивлении. В качестве альтернативы мы измеряем напряжение, индуцированное в контуре магнитным полем, сопровождающим ток.Во многих схемных схемах указываются максимальные токи, но мало внимания уделяется формам токовых сигналов или путям тока.

Вопрос викторины

Конечным пунктом назначения сигнального тока, вытекающего из вывода в интегральной схеме, является

.

1. заземление
2. плоскость заземления печатной платы
3. один или несколько других контактов интегральной схемы

Одним из наиболее важных навыков, которые должен развить инженер по электромагнитной совместимости, является способность идентифицировать как преднамеренные, так и непреднамеренные токи в электронной системе.Ток в первую очередь отвечает за 3 из 4 возможных механизмов связи ЭМС, описанных в первой главе. Без понимания того, как и где протекают токи в каждой цепи, может быть трудно предвидеть проблемы в новых проектах или устранять проблемы в существующих проектах.

Первое правило, которое следует помнить при определении пути тока, состоит в том, что все токи возвращаются к своему источнику . Другими словами, токи текут по петлям. Да, есть токи смещения (т.изменяющиеся во времени поля, возникающие при изменении суммарного заряда проводника). Однако чистый заряд не может быть создан или уничтожен, и ток (то есть сумма тока проводимости и тока смещения), протекающий с одной стороны устройства, должен быть равен току, протекающему с другой.

Разработчики цифровых схем часто не учитывают, куда будут протекать токи в их конструкциях. Нередко можно увидеть очень тщательно проложенный путь тока от источника сигнала к нагрузке, в то время как путь от нагрузки обратно к источнику оставлен на волю случая.

Много лет назад инженеры EMC в IBM оценивали продукт, который имел серьезные проблемы с электромагнитной восприимчивостью. В системе использовалась 8-битная коммуникационная шина, проложенная по кабелю между двумя коробками. Когда инженеры по электромагнитной совместимости исследовали кабель, они обнаружили, что он имеет ровно 8 проводов (по одному для каждого сигнала, но ни одного для возврата сигнального тока). Разработчик продукта объяснил, что сигналы представляют собой напряжения, относящиеся к заземлению шасси каждой коробки. Чего инженер по продукту не осознавал, так это того, что обратные токи сигнала должны проходить через шасси, затем по кабелю питания, затем по проводке здания, затем по кабелю питания и шасси блока источника.Этот путь с относительно высоким импедансом привел к тому, что шасси двух коробок имели разные потенциалы. Кроме того, большая площадь контура, связанная с путем тока сигнала, была способна принимать значительное количество электромагнитных помех.

Рисунок 1: 8-битная шина данных без явного обратного пути сигнала

Однако это была не вся история. Как показано на рис. 1, заземление шасси/здания было одним из возможных путей возврата сигнального тока, но не единственным.В этом случае ток в любом сигнальном проводе также имел возможность вернуться к источнику по другим сигнальным проводам. Например, предположим, что в этом случае логическая «1» представлена ​​положительными 5 вольтами на сигнальной линии, а логический «0» — 0 вольт. Тогда в любой момент времени ток из линий логической «1» мог вернуться к источнику по линиям логического «0». Для того чтобы это произошло, ток от линий логической «1» будет протекать через их собственные сопротивления нагрузки, а затем через сопротивления нагрузки линий логического «0», вызывая отрицательное напряжение на этих нагрузках.

Будут ли токи возвращаться к соответствующим источникам через заземление шасси или через другие сигнальные линии, будет зависеть от относительного импеданса этих двух вариантов. Второе правило, которое следует применять при определении пути прохождения тока, состоит в том, что ток благоприятствует пути(ам) с наименьшим импедансом .

Рис. 2: Демонстрация простого пути тока.

Рассмотрим конфигурацию, показанную на рис. 2. Источник переменной частоты подает напряжение на вход коаксиального кабеля.Сигнальный ток течет по кабелю по внутреннему проводнику коаксиального кабеля, затем через резистор. В этот момент есть два возможных пути, по которым ток может вернуться к источнику. Ток может проходить по кратчайшему пути через медную шину или по экрану коаксиального кабеля.

На низких частотах импеданс пути тока в первую очередь определяется сопротивлением проводника. Так как перемычка имеет меньшее сопротивление, чем экран коаксиального кабеля, большая часть тока протекает через перемычку.Однако, когда ток возвращается через стержень, площадь контура пути тока относительно велика. Полное сопротивление пути тока составляет приблизительно R + j ωL , где R — сопротивление проводника, а L — индуктивность пути.

На высоких частотах индуктивность становится более важным параметром, чем сопротивление, и путь наименьшего импеданса — это путь наименьшей индуктивности. Поэтому на высоких частотах ток возвращается на экран кабеля.Этот путь минимизирует площадь контура и, следовательно, является путем с наименьшей индуктивностью.

В примере на рисунке 2 частота, при которой сопротивление и индуктивное сопротивление равны, составляет около 5 кГц. Точная частота среза будет зависеть от материалов и геометрии пути. Однако для большинства практических конфигураций цепей путь наименьшего сопротивления будет путем наименьшего сопротивления на частотах в килогерцы и ниже. Это будет путь наименьшей индуктивности на мегагерцовых частотах и ​​выше.

Рассмотрим печатную плату, показанную на рис. 3. Сигнальный ток от выходного контакта устройства 1 течет по медной дорожке к входному контакту устройства 2. Предположим, что ток, поступающий в устройство 2, выходит через контакт, обозначенный «GND». и ток в Устройство 1 поступает на контакт, помеченный «GND», и что оба контакта «GND» подключены к твердой медной пластине на плате. Каков текущий путь возврата в этой ситуации?

Рис. 3: Простая печатная плата с двумя компонентами.

На рис. 4а показано распределение тока на проводящей плоскости под микрополосковой дорожкой, когда ток идет по пути наименьшей индуктивности. Обратите внимание, что большая часть текущих возвратов приходится на полосу шириной всего в несколько высот трасс. На частотах в мегагерцах и выше индуктивность будет определять обратный путь тока, и токи будут протекать по заземляющему экрану в основном по узкому пути непосредственно под дорожкой, как показано на рисунке 5а.

На рис. 4b показано распределение тока на плоскости, когда сопротивление плоскости вносит основной вклад в импеданс пути.Плотность тока практически равномерно распределена по плоскости и обратно пропорциональна ширине плоскости. Если смотреть сверху, как показано на рис. 5b, ток распространяется от точки, где он попадает на плоскость, и снова собирается в точке, где он покидает плоскость.

Рис. 4. Плотность тока на поверхности плоскости под микрополосковой дорожкой а) при преобладании индуктивности и б) при преобладании сопротивления.

Рисунок 5: Путь тока в плоскости платы на рисунке 3: а.) на частотах МГц и выше и б.) на частотах кГц и ниже.

Пример 1: определение текущих путей возврата

Для каждой из конфигураций, показанных на рис. 6, определите основные пути обратного тока.

Рис. 6: Конфигурации передачи сигнала для примера 1.

В приведенной выше первой конфигурации есть только один возможный путь для обратного тока.Поэтому все низкочастотные и высокочастотные токи должны возвращаться на поверхность металла. Во второй конфигурации экран кабеля, заземленный с обоих концов, обеспечивает альтернативный обратный путь. Токи мегагерцовых частот и выше будут возвращаться к источнику на экране коаксиального кабеля. Токи в килогерцах и более низких частотах будут распределяться между двумя проводниками в зависимости от их относительного сопротивления.

Для конфигурации с ленточным кабелем низкочастотные токи будут возвращаться в основном по проводам 1, 2 и 7 с равной величиной тока на каждом проводе.