Понятие об электрическом токе

Электрический ток – это направленное движение электрических зарядов по проводнику

Направлением электрического тока следовало бы считать направление движения свободных электронов по металлическому проводнику, однако за него условно принято направление движения положительных зарядов в проводнике. Эта условность сложилась исторически и в настоящее время сохранила свою силу в электротехнике.

Практически электрический ток получают от специальных источников: гальванических элементов, аккумуляторов, генераторов.

Электрический ток непосредственно наблюдать нельзя. О прохождении тока можно судить только по тем действиям, которые он оказывает

Запомните

Признаки, по которым судят о наличии электрического тока:

■ проводник, по которому проходит электрический ток, нагревается;

■ электрический ток, проходя по проводнику, создает вокруг него

магнитное поле;

■ ток, проходя через растворы солей, щелочей, кислот, а также че

рез расплавленные соли, разлагает их на составные части.

Если через поперечное сечение проводника проходит q Кл (кулонов) электричества за t с, то количество электричества, прошедшего через поперечное сечение проводника в течение 1 с, называетсявеличиной тока и обозначается буквой I:

Единицей измерения тока является ампер (А), определяемый как количество электричества в 1 Кл, прошедшего через поперечное сечение проводника в 1 с:

Ток в электрической цепи измеряется амперметром (рис..3, а). Амперметр включается в электрическую цепь последовательно (рис. 3, б). Ток, не изменяющийся по величине и направлению, называется постоянным током. Постоянный ток дают гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы постоянного тока.

Рис.3.Амперметр: а-внешний вид б- схема включения

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. От каких приборов получают электрический ток?

2. По каким признакам судят о наличии электрического тока?

3. Как включается амперметр в электрическую цепь?

ПРОВОДНИКИ И ДИЭЛЕКТРИКИ

Перемещение электронов в определенном направлении и возникновение электрического тока возможно не во всех материалах. Например, в фарфоре, резине, мраморе, слюде свободных электронов практически нет, а все имеющиеся электроны прочно связаны с ядром. Поэтому электрические поля зарядов не могут вызвать перемещения электронов в определенном направлении и по таким материалам электрический ток не проходит. Эти материалы называются диэлектриками, или изоляторами.

К диэлектрикам относятся воздух, газ, слюда, мрамор, пластмасса, лаки и эмали, электрофарфор, лакоткани, стекловолокно и многие другие материалы.

В металлах, наоборот, много свободных электронов, и под действием сил электрического поля происходит перемещение электрических зарядов. Поэтому по металлу будет протекать электрический ток.

Материалы, проводящие электрический ток, называются проводниками. Впервые описание проводников было приведено еще в XIV в. К ним относятся металлы, растворы солей, кислот и щелочей.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие материалы называются диэлектриками?

2. Какие материалы, проводящие электрический ток, вы знаете?

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ.

КОНДЕНСАТОРЫ

Электрическая емкость проводника или устройства, состоящего из двух проводников, разделенных диэлектриком, характеризует их способность накапливать электрические заряды.

Рис.4.Кондесаторы а)плоский б) цилиндрический

В технике широко применяют конденсаторы — устройства, которые при сравнительно малых размерах способны накапливать значительные электрические заряды. Конденсаторы имеют большую электрическую емкость и используются в энергетических установках, устройствах электроники, автоматики и др. Простейший конденсатор состоит из двух близко расположенных металлических пластин (обкладок), между которыми находится диэлектрик (воздух, слюда, фарфор, бумага и т.д.). Для увеличения площади электродов конденсатора его обычно делают многослойным.

Схематический вид плоского конденсатора приведен на рис..4,а а цилиндрического - на рис.4,б. Различные виды конденсаторов представлены на рис.5.

.Рис.5.Различные виды конденсаторов

Электрическая емкость конденсатора определяется отношением величины заряда на его пластинах к напряжению между ними:

Электрическая емкость измеряется в фарадах (Ф). Емкость конденсатора равна 1 Ф, если увеличение его заряда на 1 Кл электричества вызывает повышение напряжения между его обкладками на 1 В (вольт):

Фарад — очень крупная единица емкости, которая практически не применяется. Обычно используют более мелкие единицы емкости — микрофарад (мкФ), нанофарад (нФ) и пикофарад (пФ):

Опытным путем установлено, что емкость конденсатора прямо пропорциональна электрической проницаемости диэлектрика, находящегося между пластинами конденсатора, а также зависит от расстояния между пластинами. Конденсатор, у которого пластины находятся на большом расстоянии друт от друга, обладает меньшей емкостью.

Пластины конденсатора, которые имеют большую площадь, заряжаются большим количеством электричества и соответственно обладают большей емкостью. Все сказанное позволяет записать следующую формулу для определения емкости плоского конденсатора, Ф:

где — относительная электрическая проницаемость вакуума; его относительная электрическая проницаемость диэлектрика; S — площадь одной из пластин конденсатора, d — расстояние между пластинами, м.

Пример. 3. Конденсатор имеет две пластины. Площадь каждой пластины составляет 15см2. Между пластинами помещен диэлектрик — пропарафинированная бумага толщиной 0,02 см. Определить емкость этого конденсатора.

Решение

Следует, что диэлектрическая проницаемость пропарафинированной бумаги = 2,2. Емкость конденсатора

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется электрической емкостью конденсатора?

2. От каких параметров зависит емкость конденсатора?

3. Как диэлектрическая проницаемость материала влияет на размеры конденсатора?

СОЕДИНЕНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ

На практике используют три вида соединений конденсаторов: последовательное,параллельное и смешанное. Обозначения конденсаторов на электрических схемах даны на рис..6.

Последовательное соединение конденсаторов. При последовательном соединении конденсаторов (рис.7) правая пластина первого конденсатора соединяется с левой пластиной второго, правая пластина второго — с левой пластиной третьего и т. д. В этом случае их эквивалентная (общая) емкость уменьшается. Так происходит

потому, что общая толщина диэлектрика увеличивается, что при

водит к уменьшению общей емкости. Эквивалентную емкость при

последовательном соединении конденсаторов определяют по формуле

Если последовательно включено несколько одинаковых конденсаторов, то их эквивалентную емкость вычисляют по формуле

Рис.6.Обозначение конденсаторов

на электрических схемах: а)конденсатор постоянный емкости

б) поляризованный конденсатор в) подстроечный конденсатор

Рис.7. Схема последовательного соединения конденсаторов.

где С — емкость одного конденсатора, Ф; n — число последовательно включенных конденсаторов.

Общее напряжение, приложенное к последовательно соединенным конденсаторам, равно сумме напряжений на отдельных конденсаторах

Запомните

■ Последовательное соединение конденсаторов применяется

в том случае, если напряжение в цепи больше рабочего напряжения одного конденсатора.

■ При последовательном соединении эквивалентная емкость

меньше самой малой из соединенных емкостей.

Например, если напряжение в цепи равен 600 В, а в распоряжении имеются три одинаковых конденсатора, причем рабочее напряжение каждого из них составляет 200В, то их можно включить в цепь, соединив предварительно последовательно. Это дает возможность, даже не рассчитывая общую емкость, приблизительно

оценить ее величину. В частности, если соединены последовательно три конденсатора емкостью 0,1, 3 и 10 мкФ, то заранее можно сказать, что их общая емкость будет меньше 0,1 мкФ. Подсчет по формуле дает значение общей емкости 0,096 мкФ.

Параллельное соединение конденсаторов. Схема параллельного соединения конденсаторов приведена на рис..8.

Эквивалентную емкость при параллельном соединении конденсаторов определяют

по формуле.

+ +…

т. е. эквивалентная емкость параллельно соединенных конденсаторов равна сумме емкостей всех включенных конденсаторов. Это объясняется тем, что при параллельном соединении конденсаторов происходит как бы увеличение площади пластин, что приводит к увеличению емкости.

Рис.8.Схема параллельного соединения конденсаторов

Если параллельно включено п одинаковых конденсаторов, то эквивалентную емкость можно рассчитать по следующей формуле:

Напряжение на каждом из параллельно включенных конденсаторов Uс равно напряжению цепи

Запомните

К параллельно соединенным конденсаторам можно подвести напряжение, не превышающее рабочее напряжение каждого из них.

Смешанное соединение конденсаторов. Такое соединение конденсаторов представляет собой совокупность последовательного и параллельного соединений (рис. 9). Его применяют в том случае, когда необходимо использовать положительные свойства последовательного и параллельного соединений конденсаторов.

Пример.4. В цепь напряжением 600 В необходимо включить емкость 2 мкФ. В распоряжении имеются четыре конденсатора емкостью 2 мкФ каждый. Рабочее напряжение каждого из них равно 300 В. Как нужно включить конденсаторы для включения их в цепь?

Решение

Рабочее напряжение конденсаторов меньше напряжения цепи в два раза, поэтому конденсаторы необходимо соединить последовательно (см. рис.9). При этом напряжение на каждом конденсаторе будет составлять 300 В, а эквивалентная емкость.

Чтобы получить необходимую мощность 2 мкФ, параллельно конденсаторам и включим еще два последовательно соединенных конденсатора и. Эквивалентную емкость конденсаторов и определим по формуле