Понятие об электрическом токе.

Лабораторная работа

“Изучение электрических цепей постоянного тока”

Цель работы: Изучение основных понятий электрических цепей постоянного тока.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Электрическая цепь (рисунок 1) состоит из источника электрической энергии 1, ее приемников (электрическая лампа 3, гальваническая ванна 4, электромагнит 5), вспомогательных устройств для включения и выключения (например, рубильник 2), для защиты (предохранители) и приборов для изме­рения электрических величин (амперметр 6, вольтметр, ваттметр).

 

Рисунок 1 – Схема электрической цепи постоянного тока

В качестве источников электрической энергии применя­ют главным об­разом электрические генераторы, в кото­рых механическая энергия преобразу­ется в электриче­скую, и гальванические элементы, или аккумуляторы, в кото­рых химическая энергия преобразуется в электри­ческую.

Приемники электрической энергии весьма разнообраз­ны: электродви­гатели (электрическая энергия преобра­зуется в механическую), различные электронагреватель­ные приборы (электрическая энергия преобразуется в теп­ловую), лампы накаливания (электрическая энергия преобразуется в теп­ло­вую и лучистую), электролитиче­ские ванны (электрическая энергия преоб­разуется в хи­мическую) и пр.

Электрическая цепь может быть разделена на два участка: внешний и внутренний. Внешний участок или, как говорят, внешняя цепь состоит из од­ного или не­скольких приемников электрической энергии, соедини­тельных проводов и различных вспомогательных уст­ройств, включенных в эту цепь. Внутренний участок (внутренняя цепь) представляет собой сам источник электрической энергии. Простейший источник электриче­ской энергии имеет два зажима. Зажим, от которого ток направляется к приемнику электрической энергии, называют положительным полюсом – его обозначают знаком «плюс» (+); второй зажим называют отрица­тельным полюсом – его обозна­чают знаком «минус» (-). Следовательно, условно принято считать, что элек­триче­ский ток во внешней цепи течет от плюса источника электрической энергии к его минусу. Во внутренней цепи ток имеет обратное направление, т. е. от минуса к плюсу.

В электрических схемах отдельные элементы электрических цепей имеют свои условные обозначения в соот­ветствии с ГОСТ 2721-68÷ГОСТ 2750-68.

 

Понятие об электрическом токе.

Электрический ток – это упорядо­ченное движение электрически заряженных частиц. Электрически заряжен­ные частицы обладают определенным количеством электричества. Единицей ко­личества электричества в физике принято считать заряд электрона. Однако этот заряд очень мал, поэтому им не­удобно измерять количество электриче­ства, поступающее в различные электрические устройства.

В практических условиях электрические и магнитные величины изме­ряют согласно Международной системе единиц (СИ) в кулонах (Кл). 1 Кл больше заряда электрона в 6,25·10¹⁸ раз.

Для количественной оценки тока служит понятие силы тока. За еди­ницу силы тока принят ампер (А). Ампер – это такая сила тока, при которой через попереч­ное сечение проводника за каждую секунду проходит 6,25·10¹⁸ электронов, т. е. количество электричества, рав­ное 1 Кл. Силу тока иногда измеряют тысячными долями ампера – миллиамперами (мА) или миллион­ными доля­ми ампера – микроамперами (мкА).

Электрический ток может быть постоянным, т. е. не изменяющимся в зависимости от времени, или перемен­ным. В формулах силу постоянного тока обозначают че­рез I. При расчетах проводов, обмоток электрических ма­шин часто пользуются понятием плотности тока δ. Она представляет собой силу тока, приходящуюся на единицу поперечного сечения провод­ника.

Свойство вещества проводить элек­трический ток называется электропроводностью. Электропроводность раз­личных веществ зависит от концентрации свободных (т. е. не связанных с атома­ми, молекулами или кристаллической структурой) элек­трически заря­женных частиц. Чем больше концентрация этих частиц, тем больше электро­проводность данного ве­щества.

Вещества в зависимости от электропроводности де­лятся на провод­ники, диэлектрики (изолирующие мате­риалы) и полупроводники.

Принято считать, что материалы, обладающие удель­ным сопротивлением ρ =10^-6÷10^-4 Ом·см, относятся к числу проводников, диэлектриками счи­тают материалы с ρ =10¹⁰÷10¹⁸ Ом·см, а полупроводниками – материалы с ρ =10^-3÷10⁹ Ом·см.

Следует отметить, что деление веществ на проводни­ки, диэлектрики и полупроводники до некоторой степе­ни условно. Например, тщательно очи­щенная вода яв­ляется диэлектриком, если в ней присутствуют даже ма­лейшие загрязнения, то она становится проводником.

Электропроводность всех веществ в значительной мере зависит от температуры. Например, стекло при комнатной температуре является хоро­шим диэлектриком, а при нагреве до красного каления хорошо проводит ток. При температурах плавления все вещества являются проводниками. В силь­ных электрических полях диэлек­трики также становятся проводниками.