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.