Особенности электрического тока

Электрический ток - направленное движение электрически заряженных частиц, например, под воздействием электрического поля. Такими частицами могут являться: в проводниках электроны, в электролитах - ионы (катионы и анионы), в полупроводниках - электроны и, так называемые, "дырки" ("электронно-дырочная проводимость").

Характеристики

Сила тока

Измеряется в амперах, и плотностью тока, которая измеряется в амперах на квадратный метр.

По закону Ома ток равен напряжению, делённому на сопротивление.

I = U/R

где:

I - сила тока - (ампер),

U - напряжение между концами проводника - (вольт),

R - сопротивление проводника - (Ом).

Напряжение

(U) между двумя точками электрической цепи или электрического поля, равно работе электрического поля по перемещению единичного положит, заряда из одной точки в другую. В потенциальном электрическом поле эта работа не зависит от пути, по которому перемещается заряд; в этом случае Э. н. между двумя точками совпадает с разностью потенциалов между ними.

Если поле непотенциально, то напряжение зависит от того пути, по которому перемещается заряд между точками. Непотенциальные силы, называются сторонними, действуют внутри любого источника постоянного тока (генератора, аккумулятора, гальванического элемента и др.). Под напряжением на зажимах источника тока всегда понимают работу электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль пути, лежащего вне источника; в этом случае Э. н. равно разности потенциалов на зажимах источника и определяется Ома законом: U = IR—E, где I — сила тока, R — внутреннее сопротивление источника, а E — его электродвижущая сила (эдс). При разомкнутой цепи (I = 0) напряжение по модулю равно эдс источника. Поэтому эдс источника часто определяют как Э. н. на его зажимах при разомкнутой цепи.

В случае переменного тока Э. н. обычно характеризуется действующим (эффективным) значением, которое представляет собой среднеквадратичное за период значение напряжения. Напряжение на зажимах источника переменного тока или катушки индуктивности измеряется работой электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль пути, лежащего вне источника или катушки. Вихревое (непотенциальное) электрическое поле на этом пути практически отсутствует, и напряжение равно разности потенциалов. Э. н. обычно измеряют вольтметром. Единица Э. н. в Международной системе единиц — вольт.

Сопротивление

Сопротивление R зависит от длины l и площади сечения S проводника:

В этом выражений ρ - коэффициент, зависящий от природы проводника и называемый "удельным сопротивлением".

В зависимости от длины, сечения и материала проводник оказывает прохождению тока большее или меньшее сопротивление. Чем длиннее проводник, тем больше его сопротивление. И чем больше сечение проводника, тем меньше его сопротивление. Сопротивление измеряется в омах (Ом), тысячах ом, или килоомах(кОм) и миллионах ом, или мегаомах (МОм).

1 Ом - это приблизительно сопротивление, которое имеет медная проволока длиной 62 м и сечением 1 мм.

Мощность

Это работа тока, совершаемая в единицу времени. Основной единицей работы тока является ватт-секунда (Вт∙сек), то есть работа тока мощностью 1 Вт в течение 1 секунды. Мощность тока, равная одному ватту, есть мощность тока в один ампер при напряжении в один вольт. Чем больше напряжение и чем больше ток, тем больше мощность:

P = UI или P = I²R или P = U²/R,

где:

P - мощность тока - (ватт),

U - напряжение между концами проводника - (вольт),

I - сила тока - (ампер),

R - сопротивление проводника - (Ом)

Переменный и постоянный ток

Различают постоянный (DC) и переменный (AC) ток. Постоянный ток - это ток, создаваемый напряжением, имеющим постоянные величину и направление. Переменный ток создается переменным напряжением. В случае переменного напряжения 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 амплитудой, 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 нуль, 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 в одну секунду, носит название частота. Единице частоты присвоили имя Герца, который первый экспериментально получил электромагнитные волны. Таким образом, один Герц соответствует одному периоду в секунду.

Скорость движения частиц в проводниках зависит от материала проводника, массы и заряда частицы, окружающей температуры, приложенной разности потенциалов и составляет величину, намного меньшую скорости света. Несмотря на это, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости света в данной среде, то есть скорости распространения фронта электромагнитной волны.

Также существует "ток смещения", протекание которого обусловлено процессом заряда ёмкости, то есть изменением разности потенциалов между обкладками. Между обкладками никакого движения частиц не происходит, но ток через конденсатор "протекает" (сам электрический ток - ни постояный, ни переменный - через конденсатор не проходит. В цепи, соединяющей источник переменного тока с конденсатором, течёт ток заряда и разряда этого конденсатора. Эта особенность переменного тока чрезвычайно широко используется в радиотехнике). Переменный ток высокой частоты вытесняется на поверхность проводника.

Электробезопасность

Тело человека является проводником электрического тока. Сопротивление человека при сухой и неповрежденной коже колеблется от 3 до 100 кОм.

Ток, пропущенный через организм человека или животного, производит следующие действия:

• термическое (ожоги, нагрев и повреждение кровеносных сосудов);
• электролитическое (разложение крови, нарушение физико-химического состава);
• биологическое (раздражение и возбуждение тканей организма, судороги)

Основным фактором, обуславливающим исход поражения током, является величина проходящего через тело тока. По технике безопасности, минимально ощутимый человеком переменный ток составляет около 1 мА. Опасным для жизни человека переменный ток становится начиная с силы примерно 0,01 А, а постоянный — с 0,05 А. Под воздействием тока такой силы, человек еще способен самостоятельно оторваться от токоведущей части. Смертельным для человека считается ток начиная с силы примерно в 0,1 А.

По материалам статей портала Wikipedia.