Электрическим током называют направленное движение свободно заряженных частиц под действием электрического поля. В металлах электрический ток создается движением свободных электронов.
Количественной характеристикой электрического тока является сила тока (I).
Сила тока (I) — Это количество электричества прошедшего через поперечное сечение проводника за единицу времени.
I = Q/Δt [A]
Электрический ток не изменяющийся со временем называется постоянным электрическим током.
Плотность тока (j) — это векторная величина численно равная отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника.
j = I/S [A/mm 2 ]
Направление вектора плотности тока совпадает с направлением скорости движения заряженных частиц.
Скорость направленного движения частиц в проводниках зависит от материала проводника, массы и заряда частиц, окружающей температуры, приложенной разности потенциалов и составляет величину, намного меньшую скорости света. Несмотря на это, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости света, то есть скорости распространения фронта электромагнитной волны.
Различают постоянный (англ. direct current, DC — постоянный ток) и переменный (англ. alternating current, AC — переменный ток) ток.
Постоянный ток — ток, направление и величина которого слабо меняется во времени.
Переменный ток — это ток, направление и величина которого меняется во времени. Среди переменных токов основным является ток, величина которого изменяется по синусоидальному закону. В этом случае потенциал каждого конца проводника изменяется по отношению к потенциалу другого конца проводника попеременно с положительного на отрицательный и наоборот, проходя при этом через все промежуточные потенциалы (включая и нулевой потенциал) . В результате возникает ток, непрерывно изменяющий направление: при движении в одном направлении он возрастает, достигая максимума, именуемого амплитудным значением, затем спадает, на какой-то момент становится равным нулю, потом вновь возрастает, но уже в другом направлении и также достигает максимального значения, спадает, чтобы затем вновь пройти через ноль, после чего цикл всех изменений возобновляется.
Время, за которое происходит один такой цикл (время, включающее изменение тока в обе стороны) , называется периодом переменного тока. Количество периодов, совершаемое током за единицу времени, носит название частота. Частота измеряется в герцах, один герц соответствует одному периоду в секунду.
Электрический ток сейчас используют в каждом здании, зная характеристики тока в электросети дома, следует всегда помнить, что он опасен для жизни.
Электрический ток являет собой эффект направленного движения электрических зарядов (в газах — ионы и электроны, в металлах — электроны), под воздействием электрического поля.
Движение положительных зарядов по полю эквивалентно движению отрицательных зарядов против поля.
Обычно за направление электрического берут направление положительного заряда.
Далее мы рассмотрим такие характеристики тока, как:
- мощность тока;
- напряжение тока;
- сила тока;
- сопротивление тока.
Мощность тока.
Мощностью электрического тока называют отношение произведенной током работы ко времени, в течение которого была выполнена это работа.
Мощность, которую развивает электрический ток на участке цепи, прямо пропорциональна величине тока и напряжению на данном участке. Мощность (электрическая и механическая) измеряется в Ваттах (Вт).
Мощность тока не зависит от времени протекания электрического тока в цепи, а определяется как произведение напряжения на силу тока.
Напряжение тока.
Напряжением электрического тока называется величина, которая показывает, какую работу совершило электрическое поле при перемещении заряда от одной точки до другой. Напряжение при этом в различных участках цепи будет отличаться.
К примеру: напряжение на участке пустого провода будет совсем небольшим, а напряжение на участке с какой-либо нагрузкой будет намного больше, и величина напряжения будет зависеть от величины работы, произведенной током. Измеряют напряжение в вольтах (1 В). Для определения напряжения существует формула: U=A/q, где
- U — напряжение,
- A – работа, совершенная током по перемещению заряда q на некий участок цепи.
Сила тока.
Силой тока называют количество заряженных частиц которые протекают через поперечное сечение проводника.
По определению сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
Сила электрического тока измеряется прибором, который называется Амперметром. Величина электрического тока (количество переносимого заряда) измеряется в амперах. Для увеличения диапазона обозначений единицы изменения существуют такие приставки кратности как микро — микроампер (мкА), мили – миллиампер (мА). Другие приставки в повседневном обиходе не используются. К примеру: говорят и пишут «десять тысяч ампер», но никогда не говорят и не пишут 10 килоампер. Такие значения в повседневной жизни не используются. То же самое можно сказать про наноампер. Обычно говорят и пишут 1×10-9 Ампер.
Сопротивление тока.
Электрическим сопротивлением называется физическая величина, которая характеризует свойства проводника, препятствующие прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему.
Сопротивление для цепей переменного тока и для переменных электромагнитных полей описывается понятиями импеданса и волнового сопротивления. Сопротивление тока (часто обозначается буквой R или r) считается сопротивление тока, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника. Под электрическим сопротивлением понимают отношение напряжения на концах проводника к силе тока, текущего по проводнику.
Условия возникновения электрического тока в проводящей среде:
1) присутствие свободных заряженных частиц;
2) если есть электрическое поле (присутствует разность потенциала между двумя точками проводника).
Виды воздействия электрического тока на проводящий материал.
1) химическое — изменение химического состава проводников (происходит в основном в электролитах);
2) тепловое — нагревается материал, по которому течет ток (в сверхпроводниках этот эффект отсутствует);
3) магнитное — появление магнитного поля (происходит у всех проводников).
Главные характеристики тока.
1. Сила тока обозначатся буквой I — она равна количеству электричества Q, проходящему через проводник за время t.
Сила тока определяется амперметром.
2. Напряжение U — равняется разности потенциалов на участке цепи.
Напряжение определяется вольтметром.
3. Сопротивление R проводящего материала.
а) от сечения проводника S, от его длины l и материала (обозначается удельным сопротивлением проводника ρ);
б) от температуры t°С (или Т): R = R0 (1 + αt),
- где R0 – сопротивление проводника при 0°С,
- α – температурный коэффициент сопротивления;
в) для получения различных эффектов, проводники могут соединяться как параллельно, так и последовательно.