Электрический ток — что это такое
Содержание
Электрический ток (эл ток, или просто ток) – движущая сила современной человеческой цивилизации. Без него остановятся заводы и фабрики, погрузятся во мрак города, пропадут тепло и горячая вода в домах, многие другие блага и достижения технического прогресса станут недоступными. Однако, несмотря на такую огромную роль данного явления в человеческой жизни, многие не знают, в чем его суть, благодаря чему он возникает и протекает. В этой статье будет рассмотрено, что такое ток, как он возникает, где применяется, какие частицы являются его носителями в различных веществах, какие физические законы являются основными для данного явления.
Электрический ток
Основные определения
Существует 2 основных определения данного явления: классическое и приводимое в академических учебниках. Суть каждого из них следующая:
- Классическое определение электрического тока гласит, что он представляет собой направленное строго упорядоченное движение частиц, обладающих зарядом;
- В академических учебных пособиях указывается, что электрический ток – это скорость, с которой заряд изменяется с течением определенного времени.
Из двух данных определений первое наиболее часто применяемое, второе – используется реже, так как не описывает сути природы электротока.
Электрическая энергия
Понятие «электрическая энергия» означает высвобождаемую при движении потока заряженных частиц энергию, источником которой служит аккумуляторная батарея или генератор, потребителем – подключенные к электрической сети приборы и оборудование. Применяется оно, как правило, в быту и технике в таком сокращенном варианте как «электроэнергия». Единицей измерения электроэнергии является киловатт-час (кВт/ч).
Где применяется электрический ток
Данное явление нашло широкое применение в таких областях человеческой цивилизации, как:
- Промышленность;
- Сельское хозяйство;
- Коммунальное хозяйство;
- Банковская сфера;
- Транспорт;
- Информационные технологии.
Кроме данных областей, электричество является основой быта любого современного человека – без него невозможно функционирование бытовых приборов, аудио,- и видеотехники, внутреннего и наружного освещения, отопительных котлов, охранного оборудования и других потребителей электроэнергии.
Условия, необходимые для получения электротока
Основными условиями образования электрического тока являются следующие:
- Наличия источника – соединенного с турбиной генератора, аккумуляторной или солнечной батареей.
- Достаточное количество свободных заряженных частиц в проводнике;
- Электрическое поле, создаваемое источником питания и являющееся той сторонней силой, которая упорядочивает движение зарядов в проводнике и цепи;
- Замкнутая цепь, концы которой подключены к полюсам источника питания.
Только наличие всех данных условий гарантирует, что такое явление, как электрический ток, будет длительно протекать в той или иной цепи, запитывая различных потребителей.
Электрический ток в разных средах
В металлах
В металлах протекание тока происходит, благодаря движению таких отрицательно заряженных частиц, как электроны. При подключении к проводнику из меди, алюминия источника питания данные частицы движутся от его отрицательного полюса к положительному или от фазы к нулю.
Медные проводники
В полупроводниках
В полупроводниках (кремний, германий) основными носителями зарядов являются отрицательно заряженные электроны и обладающие положительным зарядом «дырки». Избыток электронов образуется при введении в материал донорной примеси n-типа с большим, по сравнению с исходным веществом, количеством электронов на внешнем электронном уровне. Образование «дырок» происходит при введении в исходный полупроводник вещества с меньшим количеством электронов на внешнем электронном уровне – акцепторной примеси p-типа.
Протекание тока осуществимо в материалах на примере самой простой полупроводниковой радиодетали (диода), состоящей из двух пластинок кремния с введенными в них примесями n и p-типа. При этом пластинка с примесью n-типа называется катод, p-типа – анод.
Диод
При подключении к катоду отрицательного полюса источника питания, а к аноду – положительного, вследствие притяжения электронов из области n-типа плюсом батареи в цепи начнет протекать ток. При подключении питания к диоду в обратной полярности ток протекать не будет – электроны катода будут притягиваться к положительному полюсу батареи, «дырки» анода – к отрицательному.
В вакууме и газе
В обычном состоянии газы являются типичными диэлектриками. Однако при воздействии на газ высокой температуры, ультрафиолетового или рентгеновского излучения он подвергается ионизации – находящиеся в нем атомы теряют свои электроны или притягивают (захватывают) их из соседних атомов. Вследствие данного эндотермического процесса атомы газа теряют свою электронейтральность, и из них образуются такие носители зарядов, как ионы (анионы – отрицательно заряженные и катионы – положительно заряженные).Сам газ в таком состоянии называется плазмой.
Плазма
В жидкости
В жидкостях, обладающих электрической проводимостью (электролитах), основными носителями зарядов являются ионы, образующиеся при электролитической диссоциации солей.
Законы электрического тока
Основными законами электротехники являются такие всем известные из курса школьной физики постулаты, как:
- Закон Ома;
- Закон Фарадея;
- Закон Джоуля-Ленца.
Опасность электрического тока
Помимо полезных свойств, ток – это также достаточно опасное для человеческого здоровья и жизни явление. Так, при соприкосновении с оголенным проводником, в котором величина силы тока свыше 0,1 Аи напряжения – 100 В, возможны серьезные электротравмы, повреждения внутренних органов и даже остановка сердца. Поэтому перед началом работ на не обесточенном по каким-либо причинам участке цепи характеристики протекающего по нему электротока должны в обязательном порядке измеряться, чтобы разумно оценивать последствия поражения током при контакте с токопроводящей поверхностью.
Таким образом, знание природы и сути такого явления, как электрический ток (сокращенно эл ток это), позволяет не только понять, как он протекает по тем или иным веществам, но и осознать опасность данного явления для человеческого здоровья при неаккуратном обращении с находящимися под напряжением проводниками, вышедшими из строя электроприборами.
