На чтение 8 мин. Опубликовано 13.11.2020 Обновлено 13.11.2020
Природа так устроена, что для того, чтобы выполнить какое-либо действие, необходимо затратить энергию. Так и для возникновения тока необходимо электрическое напряжение. Формула скорости движения частиц была получена экспериментальным путём и включает в себя ускоряющую разность потенциалов. Она, по сути, и определяет силу электротока и работу, которая совершается по переносу единичного заряда из одной точки поля в другую.
Содержание
- Общие сведения
- Физический смысл величины
- Измерение и нахождение
- Решение задач
Общие сведения
Электрические явления начали интересовать философов ещё со времён Древней Греции. Существует легенда, согласно которой люди, жившие более двух тысяч лет назад, находили на острове Магнезия камни, притягивающие к себе металлические предметы. Их назвали магнитами. В то же время философ Фалес обнаружил любопытное свойство янтаря. Если его потереть об шерсть, то к нему прилипали лёгкие предметы. Благодаря этим двум явлениям природы и было открыто электричество, ранее называемое янтарностью.
Но на протяжении многих столетий учёные не могли объяснить силы, заставляющие взаимодействовать тела между собой. Существенный вклад в развитие учения внёс Отто Герик, создавший первую электромашину.
Затем Питера ван Мушенбрук смог изготовить источник электричества, названный лейденской банкой. С этого момента начался бум изучения явлений. В своё время их исследовали такие физики, как Гильберт, Кулон, Ампер, Эдисон, Франклин, Вольт, Фарадей.
Благодаря их стараниями стало известно, что электричество и магнетизм — это явления, не существующие друг без друга. Описывать их начали, ведя характеристику, названную электромагнитным полем. Возникновение же последней связано с существованием заряда и возможностью его переноса элементарными частицами. Их условно разделили на два вида:
- отрицательные;
- положительные.
В природе если тело находится в равновесии, то есть на него не оказывается стороннее воздействие, движение частиц происходит хаотично и обусловлено тепловыми процессами.
Но если носители заставить двигаться в одном направлении, возникнет ток. Характеризуется он силой и работой которую необходимо затратить для переноса заряда из одной точки поля в другую.
Затраченную при движении энергию называют электродвижущей силой, описывающейся напряжением. Величиной зависящей от изменения потенциала поля в той или иной его точке. В 1827 году Георг Ом опытным путём доказал пропорциональную зависимость силы тока и напряжения. Этот фундаментальный закон был назван его именем, записывается так: I = U / R. Правило установило, что сила электротока зависит от работы, совершаемой полем для переноса заряда из точки A в B.
Физический смысл величины
Можно провести простой эксперимент. Для этого необходимо собрать схему, состоящую из последовательно включённых двух ламп разного размера. Если их запитать от источника тока, то можно будет обнаружить, что большая лампа светит ярче по сравнению с малой. При этом величина силы тока для любого участка цепи будет одинаковой, так как устройств для накопления зарядов в цепи нет.
Поэтому можно предположить, что существует какая-то разница в режиме работы этих двух ламп. Как оказалось, это отличие определяется физической величиной. Она является характеристикой поля и носит название электрическое напряжение. Измеряется параметр в вольтах [В] в честь итальянского физика, химика и астролога, придумавшего гальванический элемент, электрометр, конденсатор и электроскоп.
За каждую секунду через лампы протекает одинаковый ток. Он нагревает спирали настолько сильно, что они начинают светиться. При перемещении заряда по цепи на него действует сила электрического поля, проталкивающая частицы через спирали. Можно сказать, что на тело воздействует сила и им выполняется работа. Поэтому в лампе, которая светит ярче, электрическая сила (электроток) совершает большую работу по сравнению со вторым источником света.
Похожую ситуацию можно встретить и при рассмотрении течения жидкости. Электрический ток можно уподобить движению воды. При этом можно провести следующую аналогию:
- жидкость — заряды;
- трубы — проводники;
- насос — источник тока.
Пусть есть бак, с которого вода вытекает по трубе вертикально вниз и крутит турбину. Высота устройства H. Затем жидкость попадает в новый бак, к которому подсоединена другая турбина меньшего размера. Высота второй системы h. Циркуляцию воды обеспечивает установленный на пол насос. Работа, которая совершается для вращения турбин, разная. То есть одна и та же масса воды в зависимости от своего расположения затрачивает разную энергию. Отсюда по аналогии электрическое поле можно сравнить с высотой труб.
Получается, что в гидроустановке вначале работу совершает сила тяжести, а затем давления. В электрической же цепи электрополе и сторонняя сила в источнике тока
. Как показали опыты, отношение работы к величине заряда, который протекает во внешней цепи, не зависит от его количества. Таким образом, напряжение всегда задаётся между любыми двумя точками электрической цепи и является важной характеристикой.
Измерение и нахождение
Обозначается напряжение буквой U. Параметр равен отношению: U = A / q, где: A — работа поля, выполняемая для переноса q из одного места в другое, q — значение заряда. Из этой формулы можно получить размерность для измерения единицы напряжения. В физике принято работу считать в джоулях [Дж], а величину заряда в кулонах [Кл].
Следовательно, параметр измеряется отношением [Дж / Кл]. Но это настолько важная электрическая величина, что для неё выбрали не только своё обозначение, но и название единицы измерения — вольт. В международном обозначении используется символ V (volt). Один вольт представляет собой такое напряжение между точками электрической цепи, при котором для переноса заряда в один кулон полем совершается работа в один джоуль.
Раз существует физическая величина, значит, должно быть устройство, предназначенное для её измерения. Называется такой измеритель вольтметр. На схеме его обозначают с помощью круга и стоящего внутри него символа V. Следует отметить, что в зависимости от измеряемого значения могут быть использованы более точные устройства, микровольтметр или киловольтметр.
Измеритель всегда подключается параллельно измеряемым точкам. При этом положительная клемма присоединяется к плюсовой части схемы, а отрицательная к минусовой. При измерении вольтметр не оказывает влияние на электрические параметры. Связанно это с тем, что устройство обладает высоким внутренним омическим с сопротивлением и ток через него практически не протекает.
Следует отметить, что существует переменное напряжение и постоянное. Первое называют так из-за того, что оно постоянно изменяет знак с течением времени. Это связано с изменением направления движения носителей зарядов. Переменное напряжение, в отличие от постоянного, описывается функцией. Чаще всего используется синусоидальная. Формула для его расчёта выглядит так: u (t)= Um * sin (wt+f), где Um — максимальная амплитуда, wt — частота, f — угол между гармоническим сигналом напряжения и тока.
Прибор, используемый для наглядного наблюдения за формой сигнала, называют осциллограф. Им можно измерить напряжение в зависимости от модели до гигагерца. Устройство бывает аналоговым, цифровым и стробирующим. Осциллограф считается устройством для профессионалов и используется для радиоэлектронных приборов.
Решение задач
Выполнение расчётов помогает не только закрепить теоретический материал, но и научиться практическому применению знаний. Так, применение закона Ома позволяет правильно рассчитывать электрические схемы, подбирать нужные сопротивления. Вот несколько из типовых заданий, рассчитанных на учащихся седьмых классов:
- Определить напряжение на обмотке электропускателя, если при прохождении через неё заряда электрическое поле выполняет работу в 10 джоулей. Напряжённость поля составляет 4 В, а действующая сила равняется 8 Н. Для того чтобы определить напряжение, нужно вычислить величину заряда. Сделать это можно из выражения: E = F / q. Отсюда q = F / E = 8 Н / 4 В = 2 Кл. Теперь можно использовать формулу: U = A / q. Все нужные данные известны, поэтому после подстановки значений и вычисления в ответе должно получиться: U = 10 Дж / 2 Кл = 5 В.
- Вычислить максимальное напряжение, которое можно подать на электрическую лампу сопротивлением 500 Ом, если она горит в полный накал при токе 0,5 ампер. Согласно закону Ома, напряжение и ток связаны формулой: I = U / R. Из неё можно выразить напряжение: U = I * R = 0,5 A * 500 Ом = 250 В.
- При переносе 240 Кл электричества из одной точки схемы в другую за 16 минут выполняется работа в 120 Дж. Найти напряжение и силу тока. Электроток можно вычислить из соотношения: I = q / t, а напряжение воспользовавшись формулой: U = A / q. Подставив исходные данные, можно будет получить: I = 240 Кл / 16 * 60 с = 0,25 А и U = 1200 Дж / 240 Кл = 5 В.
- Какова будет сила тока, если при напряжении 4 В за одну секунду расходуется 0,8 Дж электроэнергии. Чтобы решить задачу, нужно вспомнить, как зависят электроток и напряжение от величины заряда. Записав отношения и подставив одно в другое, получится формула: I = A / U * t = 0,8 Дж * Кл / 4 В * с = 0,2 А = 200 мА.
Таким образом, для решения задач, связанных с электрическим напряжением, нужно запомнить несколько формул и понимать суть процесса. Но при этом важно знать размерности величин. Причём все вычисления принято выполнять в Международной системе единиц. А также следует знать, что скорость упорядоченного движения носителей заряда зависит от действия внешнего электрического поля. И находится как V = I / q * n *S, где n — концентрация (табличная величина), q — заряд, S — площадь поперечного сечения проводника.
Представим себе очень длинную цепь тока, например телеграфную линию между двумя городами, отстоящими один от другого, скажем, на 1000 км. Тщательные опыты показывают, что действия тока во втором городе начнут проявляться, т. е. электроны в находящихся там проводниках начнут двигаться, примерно через
секунды после того, как началось их движение по проводам в первом городе. Часто говорят не очень строго, но очень наглядно, что ток распространяется по проводам со скоростью 300 000 км/с.
Это, однако, не означает, что движение носителей заряда в проводнике происходит с этой огромной скоростью, так что электрон или ион, находившийся в нашем примере в первом городе, через
секунды достигнет второго. Вовсе нет. Движение носителей в проводнике происходит почти всегда очень медленно, со скоростью несколько миллиметров в секунду, а часто и еще меньшей. Мы видим, следовательно, что нужно тщательно различать и не смешивать понятия «скорость тока» и «скорость движения носителей заряда».
Чтобы разобраться в том, что, собственно, мы имеем в виду, говоря о «скорости тока», вернемся снова к опыту с периодической зарядкой и разрядкой конденсатора, изображенному на рис. 70, но представим себе, что провода в правой части этого рисунка, через которые разряжается конденсатор, очень длинны, так что лампочка или прибор для обнаружения тока находятся, скажем, на расстоянии в тысячу километров от конденсатора. В тот момент, когда мы ставим ключ вправо, начинается движение электронов в участках проводов, прилегающих к конденсатору. Электроны начинают стекать с отрицательной обкладки
; одновременно, вследствие индукции, должен уменьшаться и положительный заряд на обкладке
, т. е. электроны должны притекать к обкладке
из соседних участков провода: заряд на обкладках и разность потенциалов между ними начинает уменьшаться.
Но перемещение электронов, происшедшее в участках проводов, непосредственно примыкающих к обкладкам конденсатора, приводит к появлению добавочных электронов (в участке около
) или к уменьшению их числа (в участке около
). Это перераспределение электронов изменяет электрическое поле в соседних участках цепи, и там также начинается движение электронов. Указанный процесс захватывает все новые и новые участки цепи, и когда, наконец, движение электронов начнется в волоске удаленной лампочки, оно проявится в накаливании волоска, (вспышке). Понятно, что совершенно аналогичные явления имеют место и при включении любого генератора тока.
Таким образом, начавшееся в одном месте движение зарядов через изменение электрического поля распространяется по всей цепи. Одни за другими все более удаленные носители заряда вовлекаются в это движение, и эта передача действия от одних зарядов к другим и происходит с огромной скоростью (около 300 000 км/с). Иначе можно сказать, что электрическое действие передается от одной точки цепи к другой с этой скоростью или что с этой скоростью распространяется вдоль проводов изменение электрического поля, возникшее в каком-нибудь месте цепи.
Таким образом, та скорость, которую мы для краткости называем «скоростью тока», — это скорость распространения вдоль проводника изменений электрического поля, а отнюдь не скорость движения в нем носителей заряда.
Поясним сказанное механической аналогией. Представим себе, что два города соединены нефтепроводом и что в одном из этих городов начал работать насос, повышающий в этом месте давление нефти. Это повышенное давление будет распространяться по жидкости в трубе с большой скоростью – около километра в секунду. Таким образом, через секунду начнут двигаться частицы на расстоянии, скажем, 1 км от насоса, через две секунды – на расстоянии 2 км, через минуту – на расстоянии 60 км и т. д. Спустя примерно четверть часа начнет вытекать из трубы нефть во втором городе. Но движение самих частиц нефти происходит значительно медленнее, и может пройти несколько суток, пока какие-нибудь определенные частицы нефти дойдут от первого города до второго. Возвращаясь к электрическому току, мы должны сказать, что «скорость тока» (скорость распространения электрического поля) аналогична скорости распространения давления по нефтепроводу, а «скорость носителей» аналогична скорости движения частиц самой нефти.
Нам известно, что телу можно сообщить заряд. Если не прикасаться после этого к телу, то полученный заряд будет оставаться на этом теле, то есть, перемещаться не будет.
Но если заставить заряд двигаться, можно наблюдать интересные явления. Потому, что именно движущиеся заряды создают:
- выполнение работы электрическими двигателями;
- выделение тепла в электрических нагревательных приборах;
- свечение ламп накаливания.
Рис. 1. Что происходит благодаря движению зарядов
Скорость теплового движения свободных электронов
Нам известно, что общий заряд тела состоит из большого количества элементарных зарядов.
К примеру, в твердых телах положительные заряды – это ядра атомов, или ионы. А отрицательные – это электроны.
А в жидкостях или газах – положительные и отрицательные заряды – это ионы.
Примечание: Ион – атом, у которого присутствует избыток электронов, либо наоборот, электронов меньше, чем в нейтральном атоме.
Рассмотрим твердый проводник, в нем присутствуют свободные заряды. Это такие электроны, которые оторвались от своего атома и свободно путешествуют по всему объему проводника.
Рис. 2. Отличия свободных и связанных электронов в проводнике
Примечание: Проводник – это тело, в котором много свободных электронов.
Как известно из молекулярно-кинетической теории (МКТ), мельчайшие частицы вещества находятся в непрерывном движении. Это движение возникает под действием температуры, поэтому, его часто называют тепловым. Такое движение беспорядочное, то есть — хаотическое.
Рис. 3. Под действием температуры свободные заряды беспорядочно движутся
Рассчитаем, с какой скоростью электроны в проводнике беспорядочно перемещаются под действием температуры.
Для этого воспользуемся формулой среднеквадратичной скорости частиц из молекулярной физики:
[large v = sqrt{frac{3kT}{m}}]
Подставим в формулу такие числовые значения:
(large T = 300 left( Kright)) – комнатная температура +27 градусов Цельсия;
(large k = 1,38 cdot 10^{-23} left( frac{text{Дж}}{K}right) ) – постоянная Больцмана;
(large m = 9,1 cdot 10^{-31} left(text{кг}right) ) – масса электрона;
После расчетов получим скорость, примерно равную
[large v approx 117 left(frac{text{км}}{text{сек}}right) ]
Как видите, это очень большая скорость, более 100 километров в секунду.
Рис. 4. Скорость свободных электронов в меди
Примечание: Физики свободные электроны в проводнике рассматривают, как частицы идеального газа. Его так и называют – электронный газ.
Однако, еще раз подчеркну, что тепловое движение – хаотическое. С помощью такого движения электрический ток не создать. Потому, что ток – это направленное движение зарядов.
Что такое электрический ток
Электрический ток – это направленное движение электрических зарядов.
В металлических проводниках движутся отрицательные заряды — электроны.
А в других проводниках, например, в жидких электролитах, направленно могут двигаться положительные и отрицательные ионы.
Внутри полупроводников заряд переносят электроны и дырки.
Примечание: Дырка – это псевдочастица, вакантное место для электрона. Она имеет положительный заряд, ее можно рассматривать, как пузырек, находящийся в электронном газе.
Рис. 5. В различных средах электрический ток создают такие заряды
Мы видим, что электрический ток может создаваться движением, как положительных частиц, так и отрицательных.
При этом, положительные частицы будут притягиваться к отрицательному полюсу источника тока и двигаться по цепи к нему.
А отрицательные частицы будут притягиваться и двигаться к положительному полюсу источника тока.
Примечание: Чтобы определить направление движения заряженных частиц, можно воспользоваться аналогией с течением воды: Заряды, как вода, движутся оттуда, где их много, туда, где их мало. На заре изучения электричества считали, что во время протекания тока в телах протекает некая электрическая жидкость. Поэтому для электрического тока применяется аналогия с течением воды. Позже выяснилось, что никакой электрической жидкости в телах нет.
Если заряды движутся направленно, значит, и ток будет иметь направление.
Куда направлен ток
Как выбрать направление электрического тока? На движение каких частиц – положительных, или отрицательных, ориентироваться? Оказывается, направление тока — это условный выбор.
Физики договорились, что направление электрического тока совпадает с направлением движения положительных зарядов. Значит, ток направлен от «+» к «-» выводу источника тока.
Пусть, известно направление вектора напряженности (large vec{E} ) электрического поля. Чтобы определить направление тока, нужно считать, что в этом поле движутся положительно заряженные частицы.
Положительные заряды будут двигаться по направлению вектора (large vec{E} ), а отрицательные – навстречу вектору.
Рис. 6. Куда направлен ток
Примечание: В металлах электроны движутся от минуса к плюсу, а ток направлен от плюса к минусу
Рис. 7. Направление движения зарядов и вектора напряженности электрического поля
Примечание: Наличие направленного движения зарядов можно определить косвенно. Протекая по проводнику, ток воздействует на этот проводник. Известны тепловое, химическое, или магнитное действие тока.
Чем больше ток, то есть, чем он сильнее, тем более заметно его действие.
Что такое поперечное сечение проводника
Электрический ток – это направленно движущиеся по проводнику свободные заряды. Его можно определить, когда известно количество заряженных частиц, прошедших через проводник.
Проводник может быть достаточно длинным. Поэтому неудобно учитывать заряды, находящиеся во всей длине проводника.
Чтобы было проще посчитать количество зарядов, на проводнике выбирают точку в любом удобном месте.
Через эту точку мысленно проводят плоскость, располагая ее перпендикулярно по отношению к проводнику. Так как эта плоскость в проводнике ограничивает собой площадь S, ее часто называют площадью поперечного сечения проводника.
Для вычисления силы тока, ведут подсчет зарядов, прошедших через это сечение.
Как рассчитать площадь сечения
Проводник будем считать круглой трубкой, по аналогии с трубой, по которой течет жидкость. Пользуясь этой аналогией, так же, примем, что внутри такой трубки будут двигаться заряды, они обозначены кружками на рисунке.
Рис. 8. Что такое поперечное сечение
Выделим на трубе какую-либо точку. Мысленно отрежем кусок трубы, проводя разрез перпендикулярно. Стенки трубки в месте отреза являются границей круга.
Площадь полученного круга можно вычислить по такой геометрической формуле:
[large boxed{ S_{0} = pi cdot frac{D^{2}}{4} = pi cdot R^{2} }]
(large S_{0} left( text{м}^{2} right)) – площадь круга;
(large pi approx 3,14) – число Пи;
(large D left(text{м}right)) – диаметр круга;
(large R left(text{м}right)) – радиус круга;
Проводник может иметь не только цилиндрическую форму. Промышленность изготавливает металлические проводники, имеющие квадратное, прямоугольное, треугольное или какое-либо другое сечение. Понятно, что площади таких сечений нужно рассчитывать, пользуясь другими геометрическими формулами.
Сила тока по определению
Силу тока (ток) обозначают большой латинской буквой (large I).
Постоянный ток можно рассматривать, как равномерное направленное движение заряженных частиц. Равномерное – значит, с одной и той же скоростью.
Если же ток изменяется, то будет изменяться и скорость движения зарядов.
Сила тока – это:
- физическая величина;
- отношение заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника к длительности промежутка времени, в течение которого заряд проходил.
Ток равен заряду, прошедшему через поперечное сечение проводника за одну секунду.
Для постоянного тока используем формулу:
[large boxed{ I = frac{Delta q}{Delta t} }]
(large I left(Aright)) – ток (сила тока) в Амперах;
(large Delta q left( text{Кл}right) ) – заряд в Кулонах, прошедший через поперечное сечение проводника;
(large Delta t left( cright) ) – промежуток (кусочек) времени, в течение которого заряд прошел;
[large boxed{ 1 A = frac{1 text{Кл}}{1 c} }]
Если электрический ток не изменяется ни по величине, ни по направлению, то его называют постоянным.
Если хотя бы одна из характеристик изменяется, ток называют переменным. Он будет различным в разные моменты времени. Если задано уравнение, описывающее, как изменяется заряд, то для вычисления такого тока удобно пользоваться производной.
Исключаем путаницу с понятием силы
В физике исторически сложилось использование таких терминов, как
- сила тока,
- электродвижущая сила,
- лошадиная сила.
Эти единицы измерения имеют в своем названии слово «сила». Из механики известно, что сила – величина векторная, измеряется в Ньютонах. Однако, пусть это не вводит вас в заблуждение.
Ни одна из описанных величин не измеряется в Ньютонах. Перечисленные величины имеют другие единицы измерения:
- силу тока измеряют в Амперах,
- электродвижущую силу – в Вольтах,
- а лошадиная сила – это единица измерения мощности, ее можно перевести в Ватты в системе СИ.
Чтобы исключить путаницу, вместо термина «сила тока», можно употреблять слово «ток». Сравните выражения: «Силу тока измеряют в Амперах» и «ток измеряют в Амперах».
Как видно, вполне можно обойтись словом «ток», вместо «силы тока». Смысл от этого не изменится.
Что такое 1 Ампер в системе СИ
Сила тока в 1 Ампер была определена в системе СИ с помощью силы взаимного действия двух проводников с током.
Рассмотрим два тонких проводника (рис. 9). Каждый проводник имеет бесконечную длину. Расположим их в вакууме параллельно на расстоянии 1 метр один от другого.
Рис. 9. Эталон силы тока 1 ампер в системе СИ
Выделим на каждом проводнике кусочек длиной 1 метр.
Если проводники взаимодействуют с силой (large 2 cdot 10^{-7} ) Ньютона, приходящейся на каждый метр их длины, то по каждому из них течет постоянный ток 1 Ампер.
Ампер – это основная единица в системе СИ. А заряд Кулон – величина, определяемая с помощью Ампера.
1 Кулон – это заряд, проходящий за 1 секунду через поперечное сечение проводника с током 1 Ампер.
Один Ампер – много это, или мало
1 Ампер это 1 Кулон деленный на 1 секунду. Для большинства бытовых электроприборов это достаточно большая сила тока.
Например, через энергосберегающие лампы протекают токи 0,04 — 0,08 Ампера.
Большой плоский телевизор от электроосветительной сети потребляет ток 0,2 Ампера.
Лампа накаливания –примерно 0,5 Ампера.
Как видно, большинство электроприборов потребляют токи менее одного Ампера.
Поэтому, для тока часто применяют дольные единицы измерения:
миллиамперы, микроамперы, и наноамперы:
1мА (миллиампер)= 10⁻³ А
1мкА (микроампер) = 10⁻⁶ А
1нА (наноампер) = 10⁻9 А
Ток зарядки аккумулятора мобильного телефона может достигать 2 Ампер.
А через электрический обогреватель, или электрочайник, протекает ток силой до 10 Ампер.
Примечание: Ток силой всего 0,05 А может привести к летальному исходу. Будьте осторожны с электричеством!
В то же время, используют и токи, превышающие сотни Ампер. Например, на промышленных электростанциях.
Для таких токов применяют кратные единицы: килоампер, мегаампер.
1КА (килоампер)= 10³ А
1МА (мегаампер) = 10⁶ А
Связь между силой тока и скоростью движения зарядов
Рассмотрим металлический проводник. Мысленно выделим в нем два сечения площадью (large S ) на некотором расстоянии (large Delta x) одно от другого. Сечения располагаются поперечно проводнику.
В металлах электрический ток создается электронами. Обозначим (large e_{0}) заряд каждого электрона.
Рис. 10. Свободные заряды в объеме проводника
Заряды в проводнике, под действием электрического поля напряженностью (large vec{E} ) будут двигаться сонаправленно, от сечения к сечению.
При этом, они будут проходить путь (large Delta x) между двумя сечениями.
Если ток постоянный, то скорость движения зарядов изменяться не будет.
В таком случае, расстояние (large Delta x) и скорость (large v) движения электронов будут связаны формулой равномерного движения.
[large Delta x = v cdot Delta t]
(large Delta x left( text{м}right) ) – расстояние между двумя поперечными сечениями;
(large v left( frac{text{м}}{c}right) ) – скорость, с которой сонаправленно движутся заряды в проводнике; Эта скорость значительно меньше скорости теплового движения.
(large Delta t left( c right) ) – интервал времени, за который пройдено расстояние (large Delta x) между двумя поперечными сечениями;
Выразим из этой формулы время движения:
[large Delta t = frac {Delta x}{v} ]
Это выражение нам понадобится далее.
Сечения (large S ) и расстояние между ними (large Delta x) образуют в проводнике цилиндрический объем:
[large V = S cdot Delta x]
(large V left( text{м}^{3}right) ) – объем цилиндра;
В этом объеме содержится определенное количество электронов. Обозначим это количество: (large N ) штук.
Количество штук (large N ), расположенное в объеме (large V), называют концентрацией:
[large n = frac{N}{V} ]
(large n left( frac{text{штук}}{text{м}^{3}}right) ) – концентрация зарядов в объеме;
Найдем общий заряд всех заряженных частиц, расположенных в объеме (large V) между двумя поперечными сечениями:
[large Delta q = e_{0} cdot N]
Умножим правую часть уравнения на единицу, которую представим в виде дроби (displaystyle frac{V}{V}), в которой (large V) – это рассматриваемый объем. Тогда полный заряд можно записать в таком виде:
[large Delta q = e_{0} cdot N cdot 1 = e_{0} cdot N cdot frac{V}{V}]
Числитель V дроби и количество N частиц поменяем местами.
[large Delta q = e_{0} cdot V cdot frac{N}{V}]
Подставим в эту формулу выражение для объема:
[large Delta q = e_{0} cdot S cdot Delta x cdot frac{N}{V}]
Дробь в правой части заменим символом «n» концентрации:
[large Delta q = e_{0} cdot S cdot Delta x cdot n]
Средняя скорость совместного направленного движения зарядов (large v).
Применим определение силы тока:
[large I = frac {Delta q}{Delta t} ]
Подставим в это выражение формулу для общего заряда, прошедшего через сечение проводника:
[large I = frac {Delta q}{Delta t} = frac {e_{0} cdot S cdot Delta x cdot n}{Delta t} ]
Выражение для удобства можно переписать так:
[large I = e_{0} cdot S cdot Delta x cdot ncdot frac {1}{Delta t} ]
Мы заранее выразили время (large Delta t ):
[large Delta t = frac {Delta x}{v} ]
Найдем для него обратную величину:
[large frac {1}{Delta t} = frac {v}{Delta x} ]
Подставим ее в формулу для тока:
[large I = e_{0} cdot S cdot Delta x cdot n cdot frac {v}{Delta x}]
Расстояние (Delta x) находится в числителе и в знаменателе, оно сократится. Окончательно получим выражение для связи между силой тока и скоростью движения зарядов:
[large boxed{I = e_{0} cdot S cdot n cdot {v}}]
Теперь можно утверждать, что
- чем больше зарядов помещаются в объеме,
- чем быстрее они сонаправленно двигаются
- и, чем толще проводник (чем больше площадь поперечного сечения),
тем больше ток.
Расчет скорости направленного движения электронов
Для этого можно использовать полученную формулу:
[large I = e_{0} cdot S cdot n cdot {v}]
Из нее можно выразить скорость:
[large boxed{frac{I}{e_{0} cdot S cdot n} = v}]
Чтобы найти скорость, с которой электроны движутся в проводнике, нужно: ток (I) разделить на заряд (е) электрона, концентрацию (n) электронов и площади сечения проводника (S).
Большинство соединительных проводников изготавливают из меди, или алюминия. Выберем медный проводник, имеющий цилиндрическую форму.
Площадь поперечного сечения выберем равной 1 миллиметру в квадрате:
[large S = 10^{-6} left( text{м}^{2}right) ]
Число атомов в объеме – концентрация, связано с плотностью вещества (ссылка). Для меди концентрацию атомов вычислить несложно. Она
[large n = 8,5 cdot 10^{28} left( frac{text{штук}}{text{м}^{3}}right) ]
равна концентрации электронов.
Примечание: Каждый атом меди отдает один из своих валентных электронов и, он превращается в свободный электрон. Поэтому, количество свободных электронов, находящихся в выбранном объеме меди будет равно количеству атомов в этом объеме.
Заряд электрона известен:
[large e_{0} = 1,6 cdot 10^{-19} left(text{Кл}right) ]
Предположим, в проводнике протекает ток силой 1 Ампер.
Тогда, скорость движения электронов:
[large v = frac{1}{1,6 cdot 10^{-19} cdot 10^{-6} cdot 8,5 cdot 10^{28}} ]
[large v = 7 cdot 10^{-5} left( frac{text{м}}{c}right) ]
Это меньше, чем 0,1 мм в секунду.
Рис. 11. Электроны в меди направленно двигаются медленно
Скорость распространения электрического поля и скорость движения зарядов — в чем различия
Нужно различать скорость, с которой распространяется электрическое поле, при подключении к проводнику источника тока и скорость движения заряженных частиц в проводнике.
Скорость, с которой распространяется электрическое поле напряженностью (large vec{E}) – равна скорости света:
[large c = 3 cdot 10^{8} left( frac{text{м}}{c} right)]
А скорость направленного движения зарядов значительно меньше — менее 0,1 мм в секунду.
Рис. 12. Заряды одновременно участвуют в двух движениях
Примечание: В качестве скорости направленного движения свободных зарядов, выбирают среднее значение скорости, с которой перемещаются заряды во время протекания тока. Ее, так же, называют скоростью дрейфа.
В то же время, при комнатной температуре скорость беспорядочного теплового движения электронов немногим более 100 километров в секунду.
То есть, заряды быстро движутся хаотично, но при этом, они согласованно и достаточно медленно передвигаются в определенном направлении.
Такое движение можно сравнить с движением потока муравьев на лесной тропе. Каждый муравей в потоке движется хаотично. Но при этом, весь поток движется согласованно в выбранную сторону.
Рис. 13. Движение муравьев и движение зарядов во время протекания электрического тока можно сравнить
Пользуясь аналогией из окружающей природы, движение заряженных частиц во время протекания электрического тока можно сравнить с движением муравьев.
Каждая частица движется хаотически под действием температуры и одновременно с этим, все частицы смещаются в одном направлении в общем потоке под действием электрического поля.
Условия существования постоянного тока
Напомню, что ток называют постоянным, если его сила не изменяется со временем.
Для обозначения постоянного тока математики используют такую сокращенную запись:
[large boxed{ I = const }]
Чтобы ток мог существовать, нужно, чтобы выполнялись несколько условий.
Рис. 14. Чтобы ток существовал, нужно, чтобы выполнялись такие условия
Нужно, чтобы между телами, заряженными противоположно, непрерывно существовало электрическое поле. Так же, в цепи должны присутствовать свободные носители заряда. А сама электрическая цепь должна быть замкнутой.
Рассмотрим эти условия подробнее.
Создаем кратковременный ток и выясняем условия его существования
Можно создать электрический ток с помощью двух заряженных противоположно тел.
Ток – это движение зарядов. Поэтому, нужно обеспечить возможность зарядам двигаться. То есть, нужно создать между телами дорожку, по которой заряды начнут перемещаться из одного места пространства в другое.
Продемонстрировать возникновение тока на небольшой промежуток времени можно с помощью двух электрометров, заряженных противоположно.
Попробуем для начала соединить два заряженных тела куском диэлектрика (рис. 15).
Рис. 15. Если диэлектриком соединить два заряженных тела, электрический ток не возникает
Как видно, после соединения заряд каждого из электрометров не изменился.
Это значит, что ток не возник. Дело в том, что в диэлектрике все электроны связаны со своими атомами и свободных электронов нет.
Именно свободные заряды будут передвигаться и их согласованное направленное движение мы назовем электрическим током.
Поэтому, одним из условий существования тока будет наличие свободных зарядов. То есть, наличие проводника, содержащего такие заряды.
Условие 1. Чтобы ток существовал, требуется наличие свободных зарядов.
Однако, только лишь наличия проводника недостаточно. Действительно, в проводнике присутствуют свободные заряды. Но для того, чтобы эти заряды начали совместное движение в определенную сторону, нужно, чтобы на них подействовала сила, которая будет их передвигать в этом направлении.
Сила будет действовать на заряженную частицу, если ее поместить в электрическом поле.
Электрическое поле существует в пространстве вокруг заряженных тел.
Если соединить проводником два тела, имеющие противоположные заряды, то на свободные частицы в проводнике будет действовать электрическое поле. Это поле подхватит заставит двигаться электроны в определенном направлении.
Поэтому, еще одно условие для возникновения тока – это электрическое поле.
Рис. 16. После соединения проводником, заряженные противоположными зарядами электрометры разрядились
Условие 2. Чтобы ток существовал, требуется наличие электрического поля.
Рис. 17. Электроны двигаются против направления электрического поля
Ток течет в направлении движения положительных зарядов.
Соединив два заряженных металлических тела проводником, мы получим ток лишь на короткий промежуток времени. Это время будет составлять доли секунды.
Кроме того, в начальный момент времени сила тока будет самой большой. А далее будет убывать по мере того, как тела будут разряжаться и их потенциалы (ссылка) будут выравниваться.
Мы же хотим, чтобы ток протекал постоянно, или, по крайней мере, достаточно длительный промежуток времени, выбранный по нашему усмотрению. И чтобы во время протекания тока его сила не изменялась.
Как этого добиться? Мы вплотную приблизились к третьему условию существования постоянного электрического тока.
Как создать длительный ток и что для этого необходимо
Положительный заряд – это недостаток электронов, а отрицательный – это их избыток. В момент соединения тел проводником, отрицательные электроны устремились к положительно заряженному телу.
А в конце ток прекратился потому, что заряды тел скомпенсировались и тела превратились в электрически нейтральные. Нам известно, что нейтральные тела электрическое поле не создают.
Значит, ток существует до тех пор, пока существует электрическое поле. Поэтому, нужно каким-либо образом поддерживать электрическое поле. А для этого нужно, чтобы одно из тел обладало избыточным отрицательным зарядом. То есть, нужно поддерживать на одном из тел отрицательный, а на другом – положительный заряд. Пока заряды тел будут поддерживаться, ток будет существовать.
Чтобы на теле с положительным зарядом поддерживать этот заряд, нужно убирать с этого тела прибежавшие туда электроны и отправлять их обратно на отрицательно заряженное тело.
Такая схема по своему устройству напоминает фонтан, в котором насос поддерживает разность давлений. В нагнетающей воду трубе давление больше, чем в трубе, через которую вода поступает обратно в насос.
Рис. 18. Поток воды циркулирует благодаря насосу, поддерживающему разность давлений
Именно благодаря этой разности, из одной трубы вода выплескивается вверх, а собранная в чашу вода попадает обратно в насос. При этом, по контуру циркулирует одно и то же количество воды, то есть, водяной контур замкнут. А ток воды в этом контуре поддерживается специальным устройством – насосом. Он совершает работу против силы тяжести.
Рис. 19. Водяной насос в фонтане совершает работу против силы тяжести
Сторонние силы — что это такое
Подобно своеобразному насосу устроен источник тока. Внутри источника действуют сторонние силы. Они возвращают электроны на «-» контакт.
На заряды в электрическом поле будет действовать сила. Она называется силой Кулона и имеет электрическую природу. Электроны будут притягиваться к телу, имеющему положительный заряд.
Сила Кулона будет мешать возвращать электроны на отрицательное тело. Подобно силе тяжести, которая мешает воде в фонтане двигаться вверх.
Чтобы вернуть электроны на отрицательно («-») заряженное тело, нужно совершить работу против силы Кулона. Значит, должна присутствовать какая-то внешняя сила, возвращающая электроны на отрицательно («-») заряженное тело. Эта сила имеет неэлектрическую природу, она называется сторонней силой.
Рис. 20. Источник тока совершает работу против электрической силы Кулона
Теперь можно ответить на вопрос: Что такое источник тока?
Источник тока — это устройство, внутри которого сторонние силы перемещают заряды против сил Кулона. Сила Кулона – это сила, с которой электростатическое поле действует на заряд.
Во время существования электрического тока сами электроны не расходуются. Они, как вода в фонтане, циркулируют по замкнутой траектории.
Условие 3. Чтобы ток существовал длительно, электрическое поле нужно долговременно поддерживать.
Чтобы ток существовал постоянно, нужно, чтобы между заряженными противоположно телами электрическое поле существовало непрерывно.
Примечание: В качестве заряженных противоположно тел можно рассматривать контакты источника тока.
Для этого электроны нужно пропустить по замкнутому контуру, т. е. непрерывной электрической цепи. Поэтому, еще одно условие существования постоянного тока – это замкнутая электрическая цепь. Как только замыкается цепь, в направленное движение приходят все заряженные частицы, находящиеся в этой цепи.
Условие 4. Чтобы ток существовал, требуется, чтобы электрическая цепь была замкнутой.
Рис. 21. Электрический ток источник может создать только в замкнутой цепи
В такой цепи заряды циркулируют по замкнутой траектории. То есть, заряд, вышедший из источника и совершивший полный оборот, попадет обратно в источник тока. Там он будет подхвачен сторонними силами и через противоположный вывод источника тока попадает обратно в цепь. Затем, будет двигаться далее и, совершит следующий круг. Поэтому, во время протекания электрического тока сами заряды не расходуются.
Во время протекания электрического тока заряды не расходуются. То есть, по замкнутой цепи двигаются одни и те же заряды. Совершив круг, они попадают в источник и, выходя из противоположного его вывода направляются обратно в цепь.
Нам известно, если на заряд действует сила и, под действием этой силы заряд перемещается, то эта сила совершает работу.
Это значит, что сторонние силы в источнике совершают работу. Подробнее о работе сторонних сил (ссылка).
Задание 14 ЕГЭ по физике
В задании 14 проверяются знания по теме «Постоянный электрический ток». Это задание базовому уровня. Задачи носят, в основном, расчетный характер. Их решение основывается на знаниях законов и закономерностей постоянного электрического тока, умении «читать» электрические схемы, работать с графическими зависимостями.
1. На графике показана зависимость силы тока I в проводнике от времени t. Определите заряд, прошедший через проводник за Δt = 60 с с момента начала отсчёта времени.
Ответ: _____________________ Кл.
Используя зависимость силы тока от времени, электрический заряд можно определить как площадь геометрической фигуры под графиком. В данной задаче требуется рассчитать площадь трапеции Применяя геометрическую формулу площади трапеции и подставляя значения физических величин, получим (Кл).
Секрет решения. Подобный прием нахождения значения физической величины через площадь под графиком применяется во многих разделах физики: в «Механике», «МКТ и термодинамике», «Электродинамике». Здесь важно правильно выделить геометрическую фигуру, так как иногда требуется найти площадь не всей фигуры, а только ее части. Как всегда, в расчетах требует особого внимания система единиц (СИ). Пренебрежение одним из перечисленных моментов приведет к потере «легкого» балла.
2. Пять одинаковых резисторов с сопротивлением 3 Ом соединены в электрическую цепь, через которую течёт ток I (см. рисунок). Идеальный вольтметр показывает напряжение 9 В. Чему равна сила тока I?
Ответ: __________________________ А.
Резисторы, подключенные к вольтметру, соединены между собой последовательно. Отсюда следует, что сумма напряжений на каждом резисторе равна значению напряжения, которое показывает вольтметр. Запишем это в виде формулы Используя закон Ома, выразим значения напряжений и
Здесь учтено, что в указанной точке (см. схему) ток I разделяется на две равные части из-за равенства сопротивлений в разветвленных частях цепи.
Деление силы тока на две равные части
Подставляя численные значения, получим
Секреты решения. В задачах со схемами необходимо уметь выделять виды соединения проводников. После этого можно использовать известные закономерности для силы тока, напряжения и сопротивления. Ввиду того, что в задачах может быть большое количество проводников, решение в общем виде бывает громоздким, что может привести к математической ошибке. Поэтому лучше подставлять численные значения на ранних этапах решения.
3. На плавком предохранителе счётчика электроэнергии указано: «15 А, 380 В». Какова максимальная суммарная мощность электрических приборов, которые можно одновременно включать в сеть, чтобы предохранитель не расплавился?
Формулы для расчета мощности электрического тока имеют вид:
В зависимости от условия задачи, надо применять ту или иную формулу. Так как в задаче дается сила тока и напряжения, необходимо воспользоваться формулой
Подставляя численные значения, проведем расчет:
Секреты решения.
Формулы для расчета мощности лучше изучать как следствия формул для расчета работы тока или количества теплоты, выделяющейся в проводнике с током.
При делении этих формул на время t получим формулы для расчета мощности.
Спасибо за то, что пользуйтесь нашими публикациями. Информация на странице «Задание 14 ЕГЭ по физике» подготовлена нашими авторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к экзаменам. Чтобы успешно сдать нужные и поступить в ВУЗ или техникум нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий. Также вы можете воспользоваться другими материалами из данного раздела.
Как по графику написать уравнение зависимости напряжения от времени
По определению силой тока называется физическая величина равная величине заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника за время t:
Если сила тока не зависит от времени, то такой электрический ток называется постоянным. Рассмотрим далее именно такой случай, когда ток постоянен. Измерить величину заряда чрезвычайно трудно, поэтому в 1826 г. немецкий физик Георг Ом поступил следующим образом: в электрической цепи, состоящей из источника напряжения (батареи) и сопротивления, он измерял величину тока при разных значениях сопротивления. Затем, не меняя величину сопротивления, он стал изменять параметры источника напряжения, подключая сразу, например, два-три источника. Измеряя величину тока в цепи, он получил зависимости силы тока от напряжения U и от сопротивления R.
Рис. 1. Схема измерений тока и напряжения Георга Ома.
Закон Ома
В результате проведенных исследований Георг Ом обнаружил, что отношение напряжения U между концами металлического проводника, являющегося участком электрической цепи, к силе тока I в цепи есть величина постоянная:
где R — электрическое сопротивление. Данная формула называется законом Ома, который до сих пор является основным расчетным инструментом при проектировании электрических и электронных схем.
Если по оси абсцисс отложить значения напряжения, а по оси ординат — значения тока в цепи при данных значениях напряжения, то получится график зависимости силы тока I от напряжения U.
Рис. 2. График зависимости силы тока от напряжения.
Из этого графика видно, что эта зависимость линейная. Угол наклона прямой зависит от величины сопротивления. Чем больше R, тем меньше угол наклона.
Рис. 3. График зависимости силы тока от сопротивления.
Если зафиксировать напряжение U и по оси абсцисс откладывать значения R электрического сопротивления, то из полученного графика видно, что эта зависимость уже нелинейная — с ростом сопротивления поведение тока описывает обратно пропорциональной функцией — гиперболой.
Закон Ома перестает работать при больших величинах тока, так как начинают работать дополнительные эффекты, связанные с тепловым разогревом вещества, ростом температуры. В газах при больших токах возникает пробой, ток растет лавинообразно, отклоняясь от линейного закона.
От чего зависит величина сопротивления
Эксперименты показывают, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине L и обратно пропорционально площади поперечного сечения S:
где ρ — удельное электрическое сопротивление вещества.
Единицы измерения
В международной системе единиц СИ единица измерения электрического сопротивления называется “ом” в честь физика Георга Ома. По определению электрическим сопротивлением 1 Ом обладает участок цепи, на котором падает напряжение 1 В при силе тока 1 А.
Единица измерения удельного сопротивления получается производной от единиц величин, входящих в фориулу: сопротивления, длины и площади. То есть в системе СИ получатся, что если R = 1 Ом, S = 1 м 2 , а L = 1 м, то ρ = 1 .
Это и есть единица измерения удельного сопротивления. Но на практике оказалось, что у реальных проводов площади сечений гораздо меньше 1 м 2 . Поэтому было решено при вычислении ρ использовать значение площади S в мм 2 , чтобы итоговое значение имело компактный вид. Тогда получаются более удобные (меньше нулей после запятой) для восприятия числовые значения удельного сопротивления:
Величину тока измеряют амперметром, а величину напряжения — вольтметром. При проведении очень точных измерений, необходимо учитывать внутреннее сопротивление этих приборов.
Что мы узнали?
Итак, мы узнали, что зависимость силы тока в электрической цепи описывается с помощью закона Ома. Сила тока I прямо пропорциональна величине U напряжения, и обратно пропорциональна сопротивлению R.
На рисунке приведен график зависимости силы тока от времени в электрической цепи, индуктивность которой 1 мГн.
Определите модуль среднего значения ЭДС самоиндукции в интервале времени от 10 до 15 с.
Величина ЭДС самоиндукции пропорциональна скорости изменения силы тока в цепи и индуктивности:
Поскольку в интервале времени от 10 до 15 с ток в цепи не менялся, получаем, что модуль среднего значения ЭДС самоиндукции в этом интервале времени равен нулю.
На рисунке изображен момент демонстрационного эксперимента по проверке правила Ленца, когда все предметы неподвижны. Южный полюс магнита находится внутри сплошного металлического кольца, но не касается его. Коромысло с металлическими кольцами может свободно вращаться вокруг вертикальной опоры. При выдвижении магнита из кольца влево кольцо будет
4) перемещаться вслед за магнитом
При выдвижении магнита из кольца влево магнитный поток от него через кольцо начинает уменьшаться. В кольце возникает индукционный ток. Согласно правилу Ленца, направление тока таково, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока. Поскольку коромысло может свободно вращаться вокруг вертикальной оси, а магнитное поле магнита неоднородно, коромысло начнет двигаться под действием сил Ампера таким образом, чтобы препятствовать изменению магнитного потока, то есть коромысло начнет перемещаться вслед за магнитом.
Презентация к уроку
Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.
- Образовательные: обобщение и систематизация знаний по теме, проверка знаний, умений, навыков. В целях повышения интереса к теме работу вести с помощью опорных конспектов.
- Воспитательные: воспитание мировоззренческого понятия (причинно-следственных связей в окружающем мире), развитие у школьников коммуникативной культуры.
- Развивающие: развитие самостоятельности мышления и интеллекта, умение формулировать выводы по изученному материалу, развитие логического мышления, развитие грамотной устной речи, содержащей физическую терминологию.
Тип урока:систематизация и обобщение знаний.
Техническая поддержка урока:
- Демонстрации:
- Плакаты.
- Показ слайдов с помощью информационно – компьютерных технологий.
- Дидактический материал:
- Опорные конспекты с подробными записями на столах.
- Оформление доски:
- Плакат с кратким содержанием опорных конспектов (ОК);
- Плакат – рисунок с изображением колебательного контура;
- Плакат – график зависимости колебаний заряда конденсатора, напряжения между обкладками конденсатора, силы тока в катушке от времени, электрической энергии конденсатора, магнитной энергии катушки от времени.
1. Этап повторения пройденного материала. Проверка домашнего задания.
Четыре группы задач по теме:
- Электромагнитные колебания.
- Колебательный контур.
- Свободные колебания. Свободные колебания – затухающие колебания
- Характеристика колебаний.
2. Этап применения теории к решению задач.
3. Закрепление. Самостоятельная работа.
4. Подведение итогов.
Учитель: Темой урока является «Решение задач по теме: «Электромагнитные колебания и волны» на примере разбора задач ЕГЭ»
К доске вызываются 3 ученика для проверки домашнего задания.
– Задания по этой теме можно разделить на четыре группы.
Четыре группы задач по теме:
1. Задачи с использованием общих законов гармонических колебаний.
2. Задачи о свободных колебаниях конкретных колебательных систем.
3. Задачи о вынужденных колебаниях.
4. Задачи о волнах различной природы.
– Мы остановимся на решении задач 1 и 2 групп.
Урок начнем с повторения необходимых понятий для данной группы задач.
Электромагнитные колебания – это периодические и почти периодические изменения заряда, силы тока и напряжения.
Колебательный контур – цепь, состоящая из соединительных проводов, катушки индуктивности и конденсатора.
Свободные колебания – это колебания, происходящие в системе благодаря начальному запасу энергии с частотой, определяемой параметрами самой системы: L, C.
Скорость распространения электромагнитных колебаний равна скорости света: С = 3 . 10 8 (м/с)
Основные характеристики колебаний
Амплитуда (силы тока, заряда, напряжения) – максимальное значение (силы тока, заряда, напряжения): Im, Qm, Um
Мгновенные значения (силы тока, заряда, напряжения) – i, q, u
Схема колебательного контура
Учитель: Что представляют электромагнитные колебания в контуре?
Электромагнитные колебания представляют периодический переход электрической энергии конденсатора в магнитную энергию катушки и наоборот согласно закону сохранения энергии.
Задача №1 (д/з)
Колебательный контур содержит конденсатор емкостью 800 пФ и катушку индуктивности индуктивностью 2 мкГн. Каков период собственных колебаний контура?
Задача № 2 (д/з)
Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С и катушки индуктивности индуктивностью L. Как изменится период свободных электромагнитных колебаний в этом контуре, если электроемкость конденсатора и индуктивность катушки увеличить в 3р.
Задача № 3 (д/з)
Амплитуда силы тока при свободных колебаниях в колебательном контуре 100 мА. Какова амплитуда напряжения на конденсаторе колебательного контура, если емкость этого конденсатора 1 мкФ, а индуктивность катушки 1 Гн? Активным сопротивлением пренебречь.
Схема электромагнитных колебаний
Ученик 1 наглядно описывает процессы в колебательном контуре.
Ученик 2 комментирует электромагнитные колебания в контуре, используя графическую зависимость заряда, напряжения. Силы тока, электрической энергии конденсатора, магнитной энергии катушки индуктивности от времени.
Уравнения, описывающие колебательные процессы в контуре:
Обращаем внимание, что колебания силы тока в цепи опережают колебания напряжения между обкладками конденсатора на π/2.
Описывая изменения заряда, напряжения и силы тока по гармоническому закону, необходимо учитывать связь между функциями синуса и косинуса.
По графику зависимости силы тока от времени в колебательном контуре определите, какие преобразования энергии происходят в колебательном контуре в интервале времени от 1мкс до 2мкс?
1. Энергия магнитного поля катушки увеличивается до максимального значения;
2. Энергия магнитного поля катушки преобразуется в энергию электрического поля конденсатора;
3. Энергия электрического поля конденсатора уменьшается от максимального значения до «о»;
4. Энергия электрического поля конденсатора преобразуется в энергию магнитного поля катушки.
По графику зависимости силы тока от времени в колебательном контуре определите:
а) Сколько раз энергия катушки достигает максимального значения в течение первых 6 мкс после начала отсчета?
б) Сколько раз энергия конденсатора достигает максимального значения в течение первых 6 мкс после начала отсчета?
в) Определите по графику амплитудное значение силы тока, период, циклическую частоту, линейную частоту и напишите уравнение зависимости силы тока от времени.
Задача № 3 (д/з)
Дана графическая зависимость напряжения между обкладками конденсатора от времени. По графику определите, какое преобразование энергии происходит в интервале времени от 0 до 2 мкс?
1. Энергия магнитного поля катушки увеличивается до максимального значения;
2. Энергия магнитного поля катушки преобразуется в энергию электрического поля конденсатора;
3. Энергия электрического поля конденсатора уменьшается от максимального значения до «о»;
4. Энергия электрического поля конденсатора преобразуется в энергию магнитного поля катушки.
Задача № 4 (д/з)
Дана графическая зависимость напряжения между обкладками конденсатора от времени. По графику определите: сколько раз энергия конденсатора достигает максимального значения в период от нуля до 2мкс? Сколько раз энергия катушки достигает наибольшего значения от нуля до 2 мкс? По графику определите амплитуду колебаний напряжений, период колебаний, циклическую частоту, линейную частоту. Напишите уравнение зависимости напряжения от времени.
К доске вызываются 2 ученика
Задача № 5, 6
Заряд на обкладках конденсатора колебательного контура изменяется по закону
q = 3·10 –7 cos800πt. Индуктивность контура 2Гн. Пренебрегая активным сопротивлением, найдите электроемкость конденсатора и максимальное значение энергии электрического поля конденсатора и магнитного поля катушки индуктивности.
В идеальном колебательном контуре происходят свободные электромагнитные колебания. В таблице показано, как изменяется заряд конденсатора в колебательном контуре с течением времени.
| t, 10 –6 (C) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| q, 10 –9 (Кл) | 2 | 1,5 | –1,5 | –2 | –1,5 | 1,5 | 2 | 1,5 |
1. Напишите уравнение зависимости заряда от времени. Найдите амплитуду колебаний заряда, период, циклическую частоту, линейную частоту.
2. Какова энергия магнитного поля катушки в момент времени t = 5 мкс, если емкость конденсатора 50 пФ.
Домашнее задание. Напишите уравнение зависимости силы тока от времени. Найдите амплитуду колебаний силы тока. Постройте графическую зависимость силы тока от времени.
2.4. Постоянный электрический ток. Действия электрического тока. Сила тока. Напряжение
Направленное движение заряженных частиц под действие электрического поля называется электрическим током.
Для существования электрического тока необходимо выполнение условий:
1. наличие свободных заряженных частиц;
2. наличие электрического поля.
Свободные заряды имеются в проводниках, а электрическое поле создают источники тока.
Обнаружить электрический ток можно по его действиям:
1. тепловому (при прохождении электрического тока по проводнику он нагревается, например, работа утюга, фена, чайника и т.д.);
2. магнитному (вокруг проводника с током существует магнитное поле, например, поворот рамки в магнитном поле, электрический двигатель);
3. химическому (под действием электрического тока могут происходить химические реакции, например, электролиз, получение металлов).
За направление электрического тока принимается направление движения положительно заряженных частиц (от «плюса к минусу»).
Величины характеризующие ток: сила тока и напряжение. За некоторой промежуток времени $t$, при движении заряженных частиц, через поперечное сечение проводника будет проходить некоторый электрический заряд $q$.
Физическая величина, характеризующая скорость прохождения заряда через проводник и равная отношению заряда $q$, прошедшего через поперечное сечение проводника за промежуток времени $t$, к этому промежутку времени называется силой тока. Обозначение — $I$, единица измерения -ампер (А)
Ток называется постоянным, если сила тока не изменяется ос временем. Прибор для измерения силы тока — амперметр. Включается амперметр в цепь последовательно с тем участком цепи, где требуется измерить силу тока.
Напряжение — физическая величина равная отношению работы электрического поля при перемещении электрического заряда к величине этого заряда. Обозначение — $U$, единица измерения — вольт (В)
Прибор для измерения напряжения — вольтметр. Включается вольтметр в цепь параллельно с тем участком цепи, напряжение на концах которого нужно измерить. Включая вольтметр и амперметр в цепь, необходимо соблюдать полярность: провод, который идёт от источника тока (+), необходимо присоединять к клемме вольтметра и амперметра (+); провод, который идёт от клеммы (-) источника тока, необходимо присоединять к клемме вольтметра и амперметра (-).
Решение заданий Открытого банка заданий ФИПИ
1. По проводнику течёт постоянный электрический ток. На рисунке отображена зависимость величины заряда q, проходящего через проводник, от времени t. Чему равна сила электрического тока в проводнике?
Чтобы найти силу тока, нужно разделить электрический заряд, прошедший через проводник, на время, за которое он прошел через него. При работе с графиками всегда нужно выбирать те точки, где график проходит через вполне определенные значения. В нашем случае точка с координатами (4; 4). Значит, сила тока равна
2. Электродвигатель подъёмного крана равномерно поднимает груз массой 1 т на высоту 18 м за 50 с. КПД установки составляет 50%. Чему равна сила тока, протекающего через электродвигатель, если он работает под напряжением 360 В?
Подъемный кран поднимает груз, значит полезная работа — это работа по совершаемая по поднятию груза против силы тяжести — $A_Pi =mgh$. Эту работу подъемный кран выполняет благодаря электрическому двигателю, значит затраченная работа — это работа электрического тока двигателя — $A_3=qU$. Таким образом, КПД двигателя
Из полученной формулы найдем электрический заряд, проходящий через обмотку электродвигателя
Теперь найдем силу тока
3. Запишите результат измерения электрического напряжения (см. рисунок), учитывая, что погрешность измерения равна цене деления вольтметра.
1) (1,4 ± 0,1) В
2) (1,4 ± 0,5) В
3) (2,4 ± 0,1) В
4) (2,8 ± 0,2) В
Клемма вольтметра установлена на измерения предельного напряжения 3 В, т.е. при измерении пользуемся нижней шкалой. Определим вначале цену деления прибора: берем два ближайших подписанных штриха, например 1 и 2, из большего вычитаем меньшее и делим разность на количество делений между ними. Количество делений между указанными штрихами -10, тогда цена деления
Стрелка вольтметра установилась напротив четвертого штриха после значения в 1 В, значит показания вольтметра равны 1,4 В. С учетом погрешности, равной цене деления значение напряжения равно (1,4 ± 0,1) В.
4. Ученик собрал электрическую цепь, представленную на рисунке.
Какое утверждение верное?
1) При замыкании ключа амперметр покажет силу электрического тока, протекающего через реостат R.
2) При замыкании ключа вольтметр покажет электрическое напряжение на реостате R.
3) При замыкании ключа вольтметр покажет общее электрическое напряжение на резисторах R1 и R2.
4) Вольтметр включён в электрическую цепь с нарушением полярности подключения.
Изобразим электрическую схему цепи
Охарактеризуем эту цепь. Видно, что приборы включены с соблюдением полярности («плюс к плюсу и минус к минусу»). При этом вольтметр показывает напряжение на резисторе к которому он параллельно подключен, т.е. на втором. А амперметр измеряет силу тока во всей цепи, в том числе и силу электрического тока, идущего через реостат.
5. Силу тока в электрической цепи измеряют с помощью амперметра. Укажите цену деления и предел измерения амперметра, шкала которого представлена на рисунке.
1) 0,1 А; 2 А
2) 0,1 А; 10 А
3) 0,2 А; 2 А
4) 0,2 А; 10 А
Определим вначале цену деления прибора: берем два ближайших подписанных штриха, например 4 и 2, из большего вычитаем меньшее и делим разность на количество делений между ними. Количество делений между указанными штрихами -10, тогда цена деления
Стрелка амперметра установилась напротив штриха соответствующего значению в 2 А. С учетом погрешности, равной цене деления значение силы тока равно (2,0 ± 0,2) А.
6. Для измерения силы тока, проходящего через лампу, и электрического напряжения на лампе ученик собрал электрическую цепь, представленную на рисунке.
Какие измерительные приборы включены в электрическую цепь правильно?
1) Только амперметр
2) Только вольтметр
3) И амперметр, и вольтметр включены правильно
4) И амперметр, и вольтметр включены неправильно
Полярность при подключении приборов соблюдена: положительные клеммы приборов соединены проводами с положительным полюсом источника тока. Амперметр включен в цепь последовательно, а вольтметр параллельно лампочке и реостату. Значит оба прибора включены в цепь правильно.
7. Ученик проводит опыты по измерению силы тока и напряжения на различных резисторах (см. таблицу и электрическую схему). Источник тока даёт напряжение, равное 4 В.
| № проводника | Материал резистора | Сопротивление резистора R, Ом |
| 1 | Никелин | 30 |
| 2 | Фехраль | 10 |
В схемах ученик использует двухшкальные измерительные приборы. Погрешность измерения считать равной цене деления шкал приборов.
Какую(-ие) из шкал (нижнюю или верхнюю) следует использовать для более точных измерений? Ответ поясните.
Ответ: необходимо использовать нижние шкалы приборов.
Пояснение: Чем меньше цена деления, тем меньше погрешность при измерениях. Значит наибольшую точность обеспечит шкала с меньшей ценой деления, что соответствует нижним шкалам и у амперметра и у вольтметра.
8. Установите соответствие между физическими понятиями и примерами этих понятий. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
Б) единица физической величины
Физическая величина — сила тока, единица физической величины — ватт, прибор для измерения физической величины — амперметр.
9. По проводнику течёт постоянный электрический ток. Сила тока в проводнике равна 0,25 А. На каком из рисунков отображена зависимость величины заряда, проходящего через проводник, от времени?
Найдем силу тока в каждом случае, используя для этого удобные точки графика
Правильны график построен под номером 4.
10. Найдите силу тяги, развиваемую при скорости 12 м/с электровозом, работающим при напряжении 3 кВ и потребляющим ток 1,6 кА. КПД двигателя электровоза равен 85%.
Полезная работа — это работа совершаемая по перемещению электровоза силой тяги — $A_Pi =Fs$. Сила тяги появляется благодаря работе электрического двигателя, значит затраченная работа — это работа электрического тока двигателя — $A_3=qU$. Таким образом, КПД двигателя
Найдем электрический заряд, проходящий через обмотку электродвигателя
Перепишем формулу КПД с учетом нахождения заряда
Теперь найдем силу тяги
11. Электрическая плитка, включена в сеть напряжением 220 В. Какую энергию потребляет плитка за 20 мин работы, если сила тока, протекающего через ее спираль, 5 А?
1) 22 кДж
2) 110 кДж
3) 1320 кДж
4) 4840 кДж
Энергия, потребляемая плиткой, равна работе электрического тока, которую можно найти через напряжение
Электрический заряд, прошедший через поперечное сечение проводника, можно найти через силу тока
$A=220 cdot 5 cdot 1200=1320000$ Дж $=1320$ кДж.
12. Электрическая лампочка, включённая в сеть напряжением 220 В, за 30 мин потребляет 1980 кДж электроэнергии. Чему равна сила тока, протекающего через её спираль?
Энергия, потребляемая плиткой, равна работе электрического тока, которую можно найти через напряжение
Электрический заряд, прошедший через поперечное сечение проводника, можно найти через силу тока
Из последней формулы выразим силу тока
13. Электрический ток в растворе поваренной соли будут создавать
1) только электроны
2) только положительные ионы
3) только положительные и отрицательные ионы
4) электроны, положительные и отрицательные ионы
Раствор поваренной соли относится к электролитам — он проводит электрический ток. Носителями зарядов в электролитах являются положительные и отрицательные ионы, которые образуются при растворении вещества.
14. Какое(-ие) действие(-я) электрического тока наблюдается(-ются) для всех проводников с током?
1) тепловое
2) химическое
3) магнитное
4) тепловое и магнитное
Тепловое действие проявляется не всегда. Материалы называемые сверхпроводниками, при прохождении через них электрического тока, не нагреваются. Химическое действие также обнаруживается не всегда, например, когда ток идет по металлическому проводнику, химических реакций не происходит. Магнитное поле обязано своим появлением движущимся заряженным частицам. Поскольку электрический ток представляет собой движение частиц, то вокруг любого проводника с током будет существовать магнитное поле.
15. На рисунке представлен график зависимости силы электрического тока I, текущего по проводнику, от времени t.
Заряд, прошедший через поперечное сечение проводника за время от 80 до 100 с, равен по модулю
1) 200 Кл
2) 160 Кл
3) 60 Кл
4) 40 Кл
Запишем формулу вычисления электрического заряда, прошедшего поперечное сечение проводника
В интервале времени от 80 секунд до 100 секунд сила тока была равна — 2 А. Продолжительность интервала — 20 секунд, тогда
$q=2 cdot 20=40$ Кл.
16. К устройствам, служащим для замыкания и размыкания электрической цепи, относится
1) реостат
2) рубильник
3) вольтметр
4) гальванический элемент
Реостат — прибор для регулирования силы тока.
Вольтметр — прибор для измерения напряжения.
Гальванический элемент — источник тока.
Рубильник — устройство для замыкания и размыкания электрической цепи.
17. Какое действие электрического тока используется для получения чистых металлов при электролизе?
1) тепловое
2) химическое
3) магнитное
4) световое
Электролиз — пример проявления химического действия тока.
18. Установите соответствие между физическими величинами и приборами, предназначенными для измерения этих величин: к каждому элементу первого столбца подберите соответствующий элемент из второго столбца.
Б) электрическое напряжение
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
Сила электрического тока — амперметр, электрическое напряжение — вольтметр, электрический заряд — электрометр.
19. По проводнику протекает электрический ток (график зависимости силы тока I от времени t представлен на рисунке).
Магнитное поле вокруг проводника существует
1) только в интервале времени от 0 до t1
2) только в интервале времени от t1 до t2
3) только в интервале времени от t2 до t3
4) в интервале времени от 0 до t1 и от t2 до t3
Магнитное поле будет существовать вокруг любого проводника с током, значит магнитное поле существует в интервалы времени от 0 до t1 и от t2 до t3, т.е. тогда, когда по проводнику идет ток.
20. Электрические силы при перемещении электрона из одной точки поля в другую совершают работу, равную 2,4 · 10 –15 Дж. Чему равно электрическое напряжение между этими точками?
Напряжение находится по формуле
Модуль заряда электрона равен элементарному $q=e=1,6cdot 10^<-19>$ Кл
21. Какое действие электрического тока используется в устройстве гальванометра?
1) тепловое
2) химическое
3) магнитное
4) световое
B уcтpoйcтвe гaльвaнoмeтpa иcпoльзуют мaгнитнoe дeйcтвиe элeктpичecкoгo тoкa. C пoмoщью гaльвaнoмeтpa мoжнo cудить o нaличии тoкa в цeпи. Cтpeлкa гaльвaнoмeтpa cвязaнa c пoдвижнoй кaтушкoй, нaxoдящeйcя в мaгнитнoм пoлe. Koгдa в кaтушкe cущecтвуeт тoк, cтpeлкa oтклoняeтcя.
22. Какое действие электрического тока используется в плавких предохранителях электрических цепей?
1) тепловое
2) химическое
3) магнитное
4) световое
23. Действие плавкого предохранителя основано на плавлении током металлической проволоки небольшого сечения и гашении образовавшейся электрической дуги. Плавление проволоки происходит под действием тока, т.е. здесь проявляется тепловое действие тока.
24. При силе тока 0,5 А в металлическом проводнике происходит перенос заряда 2,5 Кл. Сколько времени продолжается этот процесс?
1) 1,25 с
2) 2 с
3) 5 с
4) 12,5 с
Из формулы для нахождения силы тока находим, что время прохождения заряда можно вычислить по формуле
25. Чему равен расход энергии электрической лампой, включённой на 10 мин в сеть напряжением 220 В, если сила тока в лампе 0,5 А?
Энергия, потребляемая плиткой, равна работе электрического тока, которую можно найти через напряжение
Электрический заряд, прошедший через поперечное сечение проводника, можно найти через силу тока
$A=220 cdot 0,5 cdot 600=66000$ Дж.
26. Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка.
Соберём электрическую цепь (см. рисунок), состоящую из источника тока, лампы, а также ёмкости, которая включена в цепь с помощью металлических зажимов («крокодильчиков»). Если в ёмкость доверху налить (А)__________, то лампочка не загорится. Если добавить в воду поваренную соль, то лампочка загорится. Это объясняется тем, что в воде кристаллы соли распадаются на (Б)__________, упорядоченное движение которых под действием (В)__________ создаёт в цепи (Г)__________.
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
Список слов и словосочетаний:
1) атомы
2) электроны
3) ионы
4) электрический ток
5) электрическое поле
6) магнитное поле
7) дистиллированная вода
морская вода
Соберём электрическую цепь, состоящую из источника тока, лампы, а также ёмкости, которая включена в цепь с помощью металлических зажимов («крокодильчиков»). Если в ёмкость доверху налить (А) дистиллированную воду, то лампочка не загорится (т.к. дистиллированная вода — диэлектрик). Если добавить в воду поваренную соль, то лампочка загорится. Это объясняется тем, что в воде кристаллы соли распадаются на (Б) ионы, упорядоченное движение которых под действием (В) электрического поля создаёт в цепи (Г) электрический ток.
27. Установите соответствие между формулами для расчёта физических величин и названиями этих величин. В формулах использованы обозначения: U – напряжение; q – электрический заряд; t – время.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
Первая формула выражает работу электрического тока, вторая — силу электрического тока.
Решу ЕГЭ и Незнайка объединились,
чтобы запустить свои курсы ЕГЭ в Тик-Ток формате. Никаких скучных вебинаров, только залипательный контент!
Готовься к ЕГЭ в Тик-Ток формате
«Незнайка» и «Решу ЕГЭ» запускают свои курсы подготовки. Короткие видео, много практики и нереальная польза!
Задание № 10182
На рисунке представлена зависимость силы тока, протекающего в проводнике, от времени.
Чему равен заряд, протекающий через поперечное сечение проводника в интервале времени от 50 до 60 с?
Данную задачу можно решить графически и аналитически. Графически проще, с этого и начнем.
Сила тока по определению это отношение заряда прошедшего по проводнику ко времени прохождения этого заряда. То есть количество заряда Q это произведение силы тока на время I*t, на графике это площадь под графиком силы тока. (сила тока и время как стороны фигуры). Представим прямоугольник в области времени с 50 до 60с, и силой тока 2 Ампера. Площадь этого прямоугольника 2Х10=20 Кл. Но сила тока является диагональю этого прямоугольника, а значит площадь будет вдвое меньшей (ведь нас интересует площадь под графиком. 20/2=10Кл.
Аналитическое решение, так как сила тока меняется со временем нам необходимо узнать скорость этого изменения, обозначим эту скорость буквой k
[math]mathrm Q=mathrm Itrianglemathrm t[/math]
По аналогии с перемещением [math]mathrm Q=frac<mathrm^2>2=frac<mathrm>2=frac<2times10>2=10mathrm<Кл>[/math]
Жизнь современного человека полна комфорта. Сегодня мы имеем все блага цивилизации в свободном доступе. Главным достижением, которое совершенствовалось в течение долгого времени, является электрическая энергия, доступная практически в любой части мира. Мы привыкли к тому, что электроэнергия повсюду и задумываемся о ней лишь в тот момент, когда она внезапно пропадает. На самом деле явление электричества таит в себе много интересного, что желательно было бы знать каждому человеку.
Например, одним из вопросов, которым нужно задаться, является скорость электрического тока. Мало кто думал о том, как быстро зажжется лампочка, находящаяся в сотне километров от источника энергии. Этот вопрос актуален для населенных пунктов, которые находятся вдали от цивилизации.
Опытным путем учеными и исследователями было доказано, что электрический сигнал движется по кабелю со скоростью света, а именно 300 тысяч км/сек.
Важно отметить, что электроны и ионы в проводнике при этом движутся совсем не с такой скоростью. Они просто на просто не могут иметь столь высокую скорость в проводящем материале.
Под скоростью света в случае с электрическим током понимается показатель скорости, с которым заряженные частицы приходят в движение друг за другом, а не движутся относительно друг друга. Носители заряда при этом обладают средней скоростью, равной, как правило, нескольким миллиметрам за 1 сек.
Более подробно объясним данную ситуацию примером:
К заряженному конденсатору присоединяются провода большой длины, идущие к лампе, что находится на расстоянии около 100 км. Замыкание цепи происходит вручную. После этого носители зарядов приходят в движение на том отрезке провода, который подключен к конденсатору. При этом начинается покидание электронами минусовой обкладки конденсатора, следовательно, происходит уменьшение электрического поля в конденсаторе параллельно с уменьшением плюсовой обкладки.
Таким образом, между обкладками сокращается разность потенциалов. При этом электроны, пришедшие в движение, приходят на место тех, что ушли. То есть, запущен процесс перераспределения электронов внутри провода за счет влияния электрического поля. Данный процесс растет, как снежный ком, и переходит дальше по всей длине провода, достигая в итоге нити накаливания лампы.
Получается, что перемены в состоянии электрического поля распространяются внутри проводника со скоростью, равной скорости света. При этом происходит активация электронов в электрической цепи с аналогичной скоростью. Хотя сами электроны движутся друг за другом по проводнику с гораздо меньшей скоростью.
Теперь разберемся в явлении гидравлической аналогии. Рассмотрим это понятие на примере движения водного потока из пункта А в пункт Б.
Допустим, что из небольшого населенного пункта по трубе в город поступает вода. Для этого функционирует специальный насос, который повышает давление внутри трубы, и вода под влиянием давления движется гораздо быстрее. Малейшие перемены в давлении по трубе распространяются очень быстро (приблизительно 1400 км/сек). Скорость распространения данных перемен напрямую зависит от показателя плотности жидкости, ее температуры и степени оказываемого давления. Через совсем короткий промежуток времени (доля секунды) вода уже поступила в город. Но это уже совсем другая вода. Ведь молекулы в ее составе провоцируют движение друг друга из-за столкновений между собой. При этом скорость движения данных молекул гораздо меньше, ведь дрейфовая скорость имеет прямую связь с силой напора. То есть, столкновения молекул друг с другом распространяются очень быстро, а скорость одной молекулы при этом не увеличивается.
Абсолютно аналогичный процесс происходит с электрическим током. Проведем параллели: скорость распространения поля есть скорость распространения давления, а скорость движения молекул, следовательно, есть скорость электронов, создающих ток.
Дрейфовая скорость – это скорость последовательного движения заряженных частиц. Электронами данная скорость приобретается за счет действия внешнего электрического поля.
В случае, если внешнее электрическое поле отсутствует, то движение электронов внутри проводника происходит хаотично. Иными словами, конкретного направления у электрического тока нет, а дрейфовая скорость при этом нулевая.
При наличии внешнего электрического поля у проводника носители заряда приходят в движение, скорость которого зависит от ряда факторов (концентрация свободных электронов, площадь сечения провода, величины тока).
Таким образом, электрический ток имеет скорость распространения по проводнику равную скорости света. При этом скорость движения тока в проводнике – очень мала.
Вам будут интересны такие познавательные статьи, как:
- Блуждающие токи: причина возникновения и защита от них
- Причины возникновения короткого замыкания и методы его устранения
- Влияние электрического тока на организм человека
- Энергетическая система страны
- Влияние света на организм человека