Эта статья предназначена для школьников, студентов, а так же иных лиц которые хотят изучить основы электрики с нуля. Из этой статьи вы узнаете о том, что такое электрический ток, какие бывают источники тока, в каких единицах он измеряется и что такое электрическая цепь.
Начнем с определения.
Определение
Ток – это течение или движение чего-либо. Отсюда можно сделать следующее определение.
Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц (носителей электрического заряда) в веществе или вакууме.
В преимущественном большинстве носителями электрического заряда служат электроны, например в металлах. Гораздо реже – ионы, например в газах.
Обычно электрический ток происходит в металлах – проводах. Провода изготавливаются из алюминия, меди, серебра, золота и сплавов этих металлов в различных вариациях.
При этом скорость движения свободных электронов очень маленькая, не более 1 миллиметра в секунду. При этом скорость распространения электрического тока довольно велика – она почти равна скорости света. Поэтому когда мы щелкаем выключателем, свет зажигается мгновенно.
Эту скорость электронам придает источник электрической энергии. Благодаря источнику в проводнике (пусть это будет провод) создается электрическое поля, благодаря которому скорость электронов сильно увеличивается.
При этом должна быть создана электрическая цепь. Например, простая электрическая цепь состоит из:
- источника — например батарейки;
- проводника — например провода;
- потребителя — например лампочки;
- замыкателя — например выключателя.
Но это я забегаю веред, давайте обо всем по порядку. Начнем с источника.
Источник электрического тока
Самым простым и общеизвестным источником электрического тока является аккумулятор, в уменьшенном виде аккумуляторная или простая батарейка. Это источники постоянного тока. У этих источников есть плюса.
Есть положительный полюс, который обозначается знаком плюс (+). И отрицательный полюс который обозначается знаком минус (-).
Если полюса соединить с потребителем электрического тока, например лампочкой с помощью проводника (проводов), то электрический ток начнет движение в определенном направлении (под действием электрического поля) и лампочка загорится.
Ток течет от плюса к минусу, хотя обычно принято говорить что наоборот. Но, на начальном этапе это не столь важно.
Какие бывают источники электрического тока, выделим три основных:
- Гальванический источник – батарейка или аккумулятор.
- Термический источник или термоэлемент, в таком элементе электрический ток появляется при повышении температуры.
- Фотоэлемент – электричество появляется при воздействии излучения.
Гальванический элемент
Выше я привел обозначение гальванического элемента на схеме. Гальванический элемент это такое устройство, в котором происходят химические реакции. При этих реакциях выделяется энергия, которая превращается в электрическую энергию.
Гальваническими элементами можно считать батарейку и аккумулятор. Суть этих элементов такова.
Есть два металлических элемента, один из них анод (например, цинк) и катод (например, медь). Эти элементы помещены в определенную среду (электролит). Причем не важен форм-фактор этих элементов. Это может быть цинковая пластина и угольный стрежень, или две пластины, не суть.
Катод и анод имеют разные заряды, положительный и отрицательный. В результате разных зарядов в электролите начинается движение электронов, то есть появляется электрическое поле, благодаря которому образуется электрический ток.
Со временем происходящие в гальваническом элементе реакции ослабевают, и поэтому приходится покупать новую батарейку или заряжать автомобильный (например) аккумулятор.
Остальные элементы (источники) в данной статье я не рассматриваю. Надеюсь что в целом все понятно. Перейдем к проводнику.
Проводник электрического тока
Проводник это неотъемлемая часть электрической цепи. Он служит для передачи электрического тока от источника к потребителю (приемнику).
Как вы уже знаете проводник обычно это металл. Провода электрического тока в наших квартирах это, обычно, медные или алюминиевые проводники. Как же происходит движение электричества в металле?
Металлы в твердом состоянии имеют кристаллическую решетку. В этой решетке расположены положительно заряженные ионы, а между ними движутся отрицательно заряженные электроны. Отрицательный заряд электронов (всех) равен положительному заряду электронов (всех). Поэтому в своем обычном состоянии провода не баются током.
Электроны в металле, как и во многих других средах, движутся беспорядочно. Но если мы соединяем источник и потребитель с помощью провода, то от источника на металл начинает действовать электрическое поле и электроны начинают двигаться быстрее и в определенном направлении.
Некоторое беспорядочное движение электронов присутствует, но это движение можно сравнить с перемещением частиц воздуха в автомобиле, который едет с большой скоростью.
При этом электрический ток происходит по всему проводу (проводнику) который подключен к источнику электрического тока.
Потребитель электрического тока
Приемник или потребитель электрического тока это то, что потребляет ток для какой-либо работы.
Например, лампочка потребляет электрический ток для освещения, обогреватель для повышения окружающей температуры, электрооборудование для выполнения различной работы.
Без потребителя в цепи произойдет замыкание, о нем я расскажу в следующих материалах настоящего самоучителя электрика.
На потребителях не будем останавливаться подробно, тут все в целом должно быть понятно – все то, что для выполнения своей работы нуждается в электрическом токе, можно называть потребителем.
Замыкатель электрической цепи
Замыкателем электрического тока выступает любое устройство, которое замыкает и размыкает электрическую цепь.
Что бы загорелась лампочка нужно щелкнуть выключателем. Что бы чайник начал нагревать воду воду нужно щелкнуть выключателем. Все это замыкатели электрической цепи.
Эффекты (действия) электрического тока
У электрического тока есть определенные действия или эффекты, давайте коротко рассмотрим их.
- Тепловой эффект. Этот эффект выражает себя в том случае когда электрический ток проходит через участок цепи с большим сопротивлением. В этом случае электричество преобразуется в тепло. Благодаря этому эффекту работают некоторые обогреватели. Тот же бытовой чайник работает благодаря этому эффекту – нагревательный элемент имеет большое сопротивление и он передает свое тепло воде, которая со временем начинает кипеть.
- Химический эффект. Я уже писал выше, что при прохождении тока через электролит, происходит обмен электронами между электродами. Такой эффект называют электролизом. Этот эффект используют в промышленности, например для получения некоторых металлов.
- Магнитный эффект. При прохождении электрического тока через некоторые перемычки и обмотки возникает магнитное поле. Этот эффект позволяет создавать электродвигатели, трансформаторы и другие электротехнические устройства.
Сила тока и электрический заряд
В системе СИ основной единицей тока является ампер (A — в честь французского физика и математика Ампер Андре Мари). В формулах и расчетах сила тока обозначается буквой ( I ).
Силой тока принято считать отношение электрического заряда (q), прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения (t).
То есть I = q/t
Поперечное сечение проводника это площадь среза металлической части провода, по которому передается электрический ток (проводника). Измеряется в миллиметрах.
Например, кабель ВВГ (винил-винил-голый) — первый кабель имеет две жилы сечением по 1,5 миллиметра.
Так же существует единица электрического заряда – Кулон (Кл). По сути это единица, которая определяет электрический ток, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1А за 1 секунду.
1Кл = 1А * 1с
Амперметр
Амперметр это прибор, который предназначен для измерения силы тока в цепи. У большинства людей, чья работа не связана с электричеством, есть такой прибор как мультиметр. Именно он играет роль амперметра. Обычно он позволяет проводить измерения постоянного тока до 10 ампер.
На этом все основы электрического тока подходят к концу. Читайте другие материалы и задавайте вопросы в комментариях.
