Електрически ток: дефиниция, единица, формула, типове (с примери)

Електрически заряд: Каква автоматична реакция предизвиква тази фраза, когато я прочетете? Може би усещане за изтръпване или образът на осветление, разделящо небето? Цветният дисплей на мигащите светлини в град като Париж или Лас Вегас? Може би дори насекомо, което по някакъв начин свети в тъмното, докато се провира през вашия къмпинг?

До последните векове учените не само не са имали начин да измерват скоростта на светлината, но и не са имали представа какви физически явления са в основата на това, което сега е известно като „електричество“ на първо място. През 1800-те години физиците за първи път разбират малките частици, участващи в токовия поток (свободни електрони), както и естеството на силите, принуждаващи ги да се движат. Беше ясно, че електричеството може да направи значително добро, ако може безопасно да бъде „направено“ или „уловено“ и електрическата енергия, използвана за работа.

Потокът на електрически заряд се проявява лесно при вещества, класифицирани катопроводими материали, докато това е затруднено при тези, известни като

​Електрически токе средната скорост на потока на електрически заряд (т.е. заряд за единица време) след точка в пространството. Тази такса се носи отелектронидвижещи се през проводник в електрическа верига. Колкото по-голям е броят на електроните, движещи се след тази точка в секунда, толкова по-голяма е величината на тока.

Единицата за ток SI е ампер (A), често неофициално наричан "усилватели". Самият електрически заряд се измерва в кулони (C).

• Зарядът на един електрон е -1,60 × 10^-19 C, докато това на aпротоне равен по размер, ноположителенв знак. Този номер се счита заосновен заряд​ ​д. Следователно основната единица на ампера е кулони в секунда (C / s).

По конвенция,електрическият ток протича в обратна посока на потока на електроните. Това е така, защото посоката на тока беше описана преди учените да разберат кои носители на заряд са тези, които се движат под въздействието на електрическо поле. За всички практически цели положителните заряди, движещи се в положителна посока, предлагат същото физическо (изчислителен) резултат като отрицателни заряди, движещи се в отрицателна посока, когато става въпрос за електрически текущ.

Електроните се движат към положителен терминал в електрическа верига. Следователно електронният поток или движещият се заряд са далеч от отрицателния извод. Движението на електрони в меден проводник или друг проводящ материал също генерира aмагнитно полекойто има посока и величина, определени от посоката на електрическия ток и следователно движението на електроните; това е принципът, върху койтоелектромагните построен.

За основния конвенционален токов сценарий на заряд, движещ се през проводник, формулата за ток се дава от:

къдетоне броят на зарежданията на кубичен метър (m³), ​де основният заряд,Aе площта на напречното сечение на проводника и​v_д​едрейф скорост​.

Въпреки че токът има както величина, така и посока, той е скаларна величина, а не векторна величина, тъй като не се подчинява на законите на векторното добавяне.

​Законът на Омдава формула за определяне на тока, който ще тече през проводник:

къдетоVеволтаж, илиразлика в електрическия потенциал, измерено във волта, иRе електрическатасъпротивакъм текущия поток, измерен вома​ (Ω).

Помислете за напрежението като за „сила на теглене“ (макар че тази „електромоторна сила“ не е буквално сила), специфична за електрическите заряди. Когато противоположните заряди са разделени, те се привличат един към друг по начин, който намалява с увеличаване на разстоянието между тях. Той е слабо аналогичен на гравитационната потенциална енергия в класическата механика; гравитацията „иска“ високите неща да паднат на Земята, а напрежението „иска“ разделени (противоположни) заряди да се сринат заедно.

Волта са еквивалентни на джаули за кулон или J / C. По този начин те имат единици енергия за единица заряд. По този начин напрежението по ток дава единици (C / s) (J / C) = (J / s), които се превеждат в единици (в този случай електрическа) мощност:

Комбинирането на това със закона на Ом поражда други полезни математически връзки, включващи потока на тока: P = I²R и P = V²/R. Те показват, наред с други неща, че при фиксирано ниво на тока мощността е пропорционална на съпротивлението, докато ако напрежението е фиксирано, мощността еобратнопропорционално на съпротивлението.

Докато движещите се заряди (ток) индуцират магнитно поле, самото магнитно поле може да индуцира напрежение в проводник.

• ​Постоянен ток (DC):Това се случва, когато всички електрони текат непрекъснато в една и съща посока. Това е вид ток във верига, свързана към стандартна батерия. Батериите, разбира се, могат и доставят само изчезващо малко количество енергия, необходима за захранване на човека цивилизацията, въпреки че непрекъснато подобряващите се технологии в областта на слънчевите клетки предлагат обещание за по-добър потенциал за енергиен запас.
• ​Променлив ток (AC):Тук електроните се колебаят напред-назад ("мърдане", в известен смисъл) много бързо. Този тип ток често е по-лесен за генериране в електроцентрала и също така води до по-малко загуби на енергия на голямо разстояние, поради което той е стандартът, използван днес. Всяка крушка и други електрически уреди в стандартен дом от началото на 21-ви век се захранват от променлив ток.

При променлив ток напрежението се променя по синусоидален начин и се дава по всяко времеTчрез израза V = V₀sin (2πft), къдетоV₀е началното напрежение иее честотата или броят на пълните цикли на напрежение (от максимум до минимум до максимална стойност) във всяка секунда.

Амперметърът е устройство, което се използва за измерване на тока, като се свързва последователно - и никога паралелно - в електрическа верига. (Паралелната верига има множество проводници между кръстовищата - с други думи, към източника на захранване, кондензатори и резистори - във веригата.) Той работи на принципа, че токът е еднакъв през всички части на проводник между два кръстовища.

Амперметърът има известно вътрешно съпротивление и е настроен да дава апълно отклонение(FSD) при дадено текущо ниво, често 0,015 A или 15 mA. Ако знаете напрежението и манипулирате съпротивлението, използвайки функцията на шумовото съпротивление на амперметъра, можете да определите тока; знаете каква е стойността на текущия потокТрябваизползвайте закона на Ом.

1. Изчислете скоростта на дрейфа на електроните в цилиндрична медна жица с радиус 1 mm или 0,001 m), носещи 15-А ток, като се има предвид, че за медта n = 8,342 × 10²⁸ д / м³.

ОбласттаAна напречното сечение на проводника е πr², или π (0,001)² = 3.14 10^-6 м².

• Отрицателният знак показва, че посоката е срещу тази на текущия поток, както се очаква за електроните.

2. Намерете тока I в 120-V верига, която има последователно 2-Ω, 4-Ω и 6-Ω резистори.

Резисторите в серия са просто адитивни (в паралелни вериги сумата от общото съпротивление е сумата от реципрочните стойности на отделните стойности на съпротивлението). Поради това:

3. Верига има общо съпротивление 15 Ω и ток 20 A. Какви са мощността и напрежението в тази верига?