Электрический ток и цепь

Что называют током

Электрический ток это упорядоченное движение заряженных частиц. Слово «упорядоченное» здесь главное.

Электроны в металле движутся всегда, но беспорядочно, и никакого тока при этом нет. Ток появляется тогда, когда к беспорядочному движению добавляется общий дрейф в одну сторону.

В металлах носителями заряда служат свободные электроны. В растворах и расплавах ионы, в газах ионы и электроны сразу.

Скорость самого дрейфа мала, доли миллиметра в секунду. Зато поле распространяется по проводу почти со скоростью света, и лампа загорается мгновенно.

Сравнение помогает уложить это в голове. Вода в длинной трубе начинает течь из дальнего конца сразу, хотя каждая молекула проходит за секунду совсем немного.

Условия существования тока

Чтобы ток шёл, нужны три вещи. Свободные заряженные частицы, электрическое поле внутри проводника и замкнутая цепь.

Поле создаёт источник тока: батарейка, аккумулятор, генератор. Внутри него неэлектрические силы разделяют заряды и поддерживают разность на полюсах.

Стоит цепи разорваться, и ток прекращается мгновенно. Именно поэтому выключатель работает так быстро.

Источники бывают разные по природе. В батарейке работает химическая реакция, в генераторе вращение, в солнечной панели свет.

Части цепи

Простейшая цепь состоит из источника, потребителя, ключа и соединительных проводов.

Потребителем может быть лампа, звонок, мотор, нагреватель. Ключ размыкает и замыкает цепь.

Каждый элемент на схеме рисуют своим значком. Схема нужна затем, чтобы цепь можно было понять и собрать, не рисуя её вид сбоку.

Приборы для измерений тоже входят в цепь. Амперметр включают последовательно, вольтметр параллельно, и об этом подробнее в следующем уроке.

Направление тока

За направление тока условились принимать движение положительных зарядов. Договорились об этом до того, как открыли электрон.

На деле в металле электроны движутся в обратную сторону. Менять договорённость не стали: все формулы и правила уже были написаны.

Ток называют постоянным, если направление не меняется. В розетке ток переменный: он меняет направление пятьдесят раз в секунду.

Действия тока

Ток нельзя увидеть, зато его действия заметны все.

Тепловое действие греет спираль плитки и нить лампы. Магнитное действие поворачивает стрелку компаса рядом с проводом.

Химическое действие разлагает раствор и осаждает металл на электроде. На нём держится гальваника, покрытие изделий тонким слоем никеля или хрома.

Есть и биологическое действие: ток заставляет сокращаться мышцы. Именно поэтому он опасен для человека.

Техника безопасности

Ток силой около десяти миллиампер уже удерживает руку на проводе, около ста миллиампер смертелен.

Опасность зависит от сопротивления тела, а мокрая кожа проводит в десятки раз лучше сухой. Поэтому электроприборы и ванная несовместимы.

Правила простые. Не трогать оголённые провода, не совать посторонние предметы в розетку, не чинить прибор, не вынув вилку.

Если человека ударило током, первым делом обесточивают сеть, а не хватают пострадавшего руками.

Задача с разбором

Через поперечное сечение проводника за две минуты прошёл заряд в двенадцать кулонов. Много это или мало?

Разделим заряд на время и получим силу тока: двенадцать кулонов на сто двадцать секунд дают одну десятую ампера. Столько потребляет светодиодная лампочка.

Для сравнения: чайник берёт около десяти ампер, то есть в сто раз больше. Значит, и заряда через его спираль проходит в сто раз больше за то же время.

Такие прикидки полезны всегда. Они показывают, разумен ли ответ, ещё до того, как задача решена до конца.

Откуда берутся заряды и почему они притягиваются, разобрано в уроке «Электризация и заряд». Как измеряют ток и напряжение, читай урок «Сила тока и напряжение».