Действие электрического тока
Наличие тока в электроцепи всегда проявляется каким-либо действием. Например, работа при конкретной нагрузке или какое-то сопутствующее явление. Следовательно, именно действие электротока говорит о его присутствии как таковом в той или иной электроцепи. То есть, если работает нагрузка, то ток имеет место быть.
Известно, что электрический ток вызывает различного рода действия. Например, к таковым относятся тепловые, химические, магнитные, механические или световые. При этом различные действия электрического тока способны проявлять себя одновременно. Более подробно о всех проявлениях мы расскажем Вам в данном материале.
Тепловое явление
Известно, что температура проводника повышается при прохождении через него тока. В качестве таких проводников выступают различные металлы или их расплавы, полуметаллы или полупроводники, а также электролиты и плазма. Например, при пропускании через проволоку из нихрома электрического тока происходит ее сильное нагревание. Данное явление используют в приборах нагрева, а именно: в электрических чайниках, кипятильниках, обогревателях и т.п. Электродуговая сварка отличается самой большой температурой, а именно нагрев электродуги может достигать до 7 000 градусов по Цельсию. При такой температуре достигается легкое расплавление металла.
Количество выделяемой теплоты напрямую зависит от того, какое напряжение было приложено к данному участку, а также от электротока и времени его прохождения по цепи.
Для расчета объемов выделяемой теплоты используется или напряжение, или сила тока. При этом необходимо знание показателя сопротивления в электроцепи, поскольку именно оно провоцирует нагрев из-за ограничения тока. Также количество тепла можно определить при помощи тока и напряжения.
Химическое явление
Химическое действие электротока заключается в электролизе ионов в электролите. Анод при электролизе присоединяет к себе анионы, катод – катионы.
Иными словами, во время электролиза на электродах источника тока происходит выделение определенных веществ.
Приведем пример: в кислотный, щелочной или же солевой раствор опускаются два электрода. После пропускается по электроцепи ток, что провоцирует создание положительного заряда на одном из электродов, на другом – отрицательного. Ионы, которые находятся в растворе, откладываются на электроде с иным зарядом.
Химическое действие электротока применяется в промышленности. Так, используя данное явление, осуществляют разложение воды на кислород и водород. Кроме того, при помощи электролиза получают металлы в их чистом виде, а также осуществляют гальваническое покрытие поверхности.
Магнитное явление
Электрический ток в проводнике любого агрегатного состояния создает магнитное поле. Иными словами, проводник при электрическом токе наделяется магнитными свойствами.
Таким образом, если к проводнику, в котором протекает электроток, приблизить магнитную стрелку компаса, то та начнет поворачиваться и займет к проводнику перпендикулярное положение. Если же на сердечник из железа намотать данный проводник и пропустить сквозь него постоянный ток, то данный сердечник примет свойства электромагнита.
Природа магнитного поля всегда заключается в наличии электрического тока. Объясним: движущиеся заряды (заряженные частицы) образуют магнитное поле. При этом токи противоположного направления отталкиваются, а одинакового направления – притягиваются. Данное взаимодействие обосновано магнитным и механическим взаимодействием магнитных полей электротоков. Выходит, что магнитное взаимодействие токов первостепенно.
Магнитное действие применяется в трансформаторах и электромагнитах.
Световое явление
Самый простой пример светового действия – лампа накаливания. В данном источнике света спираль достигает нужной температурной величины посредством проходящего сквозь нее тока до состояния белого каления. Тем самым и излучается свет. В традиционной лампочке накаливания всего лишь пять процентов всей электроэнергии расходуется на свет, остальная же львиная доля преобразуется в тепло.
Более современные аналоги, например, люминесцентные лампы наиболее эффективно преобразуют электроэнергию в свет. То есть, около двадцати процентов всей энергии лежит в основе света. Люминофор принимает УФ-излучение, идущее от разряда, что возникает в ртутных парах или в инертных газах.
Самая эффективная реализация светового действия тока происходит в светодиодных источниках света. Электрический ток, проходя через pn-переход, провоцирует рекомбинацию носителей заряда с излучением фотонов. Лучшими led излучателями света являются прямозонные полупроводники. Изменяя состав данных полупроводников, возможно создание светодиодов для различных световых волн (разной длины и диапазона). Коэффициент полезного действия светодиода достигает 50 процентов.
Механическое явление
Напомним, что вокруг проводника с электрическим током возникает магнитное поле. Все магнитные действия преобразуются в движение. Примером служат электрические двигатели, магнитные подъемные установки, реле и др.
В 1820 году Андре Мари Ампер вывел известный всем «Закон Ампера», который как раз описывает механическое действие одного электротока на другой.
Данный закон гласит, что параллельные проводники с электрическим током одинакового направления испытывают притяжение друг другу, а противоположного направления, наоборот, отталкивание.
Также закон ампера определяет величину силы, с которой магнитное поле воздействует на небольшой отрезок проводника с электротоком. Именно данная сила лежит в основе функционирования электрического двигателя.
Статьи по теме:
Конспект «Постоянный электрический ток» — УчительPRO
«Постоянный электрический ток.
Действие электрического тока»
Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. Для того чтобы в проводнике существовал электрический ток, необходимы два условия: 1) наличие свободных заряженных частиц, 2) электрическое поле, которое создаёт их направленное движение. Проходя по цепи, происходит действие электрического тока (тепловое, магнитное, химическое).
При существовании тока в разных средах: в металлах, жидкостях, газах — электрический заряд переносится разными частицами. В металлах этими частицами являются
Дистиллированная вода не проводит электрический ток, поскольку она не содержит свободных зарядов. Если в воду добавить поваренную соль или медный купорос, то в ней появятся свободные заряды, и она станет проводником электрического тока.
Газы в обычных условиях тоже не проводят электрический ток, так как в них нет свободных зарядов. Однако если в воздушный промежуток между двумя металлическими пластинами, соединёнными с источником тока, внести зажжённую спичку или спиртовку, то газ станет проводником и гальванометр зафиксирует протекание тока по цепи.
Постоянный электрический ток
Постоянный электрический ток — это электрический ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению. Постоянный ток является разновидностью однонаправленного тока (англ. direct current), т.е. тока, не изменяющий своего направления. Часто можно встретить сокращения DC от первых букв англ. слов, или символом по ГОСТ 2.721-74.
На рисунке красным цветом изображён график постоянного тока. По горизонтальной оси отложен масштаб времени t, а по вертикальной — масштаб тока I или электрического напряжения U. Как видно, график постоянного тока представляет собой прямую линию, параллельную горизонтальной оси (оси времени).
При постоянном токе через каждое поперечное сечение проводника в единицу времени протекает одинаковое количество электричества (электрических зарядов). Постоянный электрический ток — это постоянное направленное движение заряженных частиц в электрическом поле.
Источник тока
Направленное движение зарядов обеспечивается электрическим полем. Электрическое поле в проводниках создаётся и поддерживается
В источнике тока совершается работа при разделении заряженных частиц. При этом различные виды энергии превращаются в электрическую энергию. В электрофорной машине в электрическую энергию превращается механическая энергия, в гальваническом элементе — химическая.
Действие электрического тока
Электрический ток, проходя по цепи, производит различные действия. Тепловое действие электрического тока заключается в том, что при его прохождении по проводнику в нём выделяется некоторое количество теплоты. Пример применения теплового действия тока — электронагревательные элементы чайников, электроплит, утюгов и пр. В ряде случаев температура проводника нагревается настолько сильно, что можно наблюдать его свечение. Это происходит в электрических лампочках накаливания.
Магнитное действие электрического тока проявляется в том, что вокруг проводника с током возникает магнитное поле, которое, действуя на магнитную стрелку, расположенную рядом с проводником, заставляет её поворачиваться. Благодаря магнитному действию тока можно превратить железный гвоздь в электромагнит, намотав на него провод, соединённый с источником тока. При пропускании по проводу электрического тока гвоздь будет притягивать железные предметы.
Химическое действие электрического тока проявляется в том, что при его прохождении в жидкости на электроде выделяется вещество. Если в стакан с раствором медного купороса поместить угольные электроды и присоединить их к источнику тока, то, вынув через некоторое время эти электроды из раствора, можно обнаружить на электроде, присоединённом к отрицательному полюсу источника (на катоде), слой чистой меди.
Некоторые источники утверждают, что существует также механическое действие (например, рамка, по которой течет ток, поворачивается, если её поместить между полюсами магнитов) и световое (светодиоды).
Конспект по по физике в 8 классе: «Постоянный электрический ток. Действие электрического тока».
Следующая тема: «Сила тока. Напряжение»
Действия электрического тока — Класс!ная физика
Действия электрического тока
Действия электрического тока — это те явления, которые вызывает электрический ток.
По этим явлениям можно судить есть или нет электрический ток в цепи.
Тепловое действие тока.
— электрический ток вызывает разогревание металлических проводников вплоть до свечения.
Химическое действие тока.
— при прохождении электрического тока через электролит возможно выделение веществ, содержащихся в растворе, на электродах.
— наблюдается в жидких проводниках.
Магнитное действие тока.
— проводник с током приобретает магнитные свойства.
— наблюдается при наличии электрического тока в любых проводниках (твердых, жидких, газообразных).
А СМОЖЕШЬ ЛИ ТЫ СООБРАЗИТЬ
Открытие физика Араго в 1820 г. заключалось в следующем: когда тонкая медная проволока, соединенная с источником тока, погружалась в железные опилки, то они приставали к ней.
Объясните это явление.
В коробке перемешаны медные винты и железные шурупы.
Каким образом можно быстро рассортировать их, имея аккумулятор, достаточно длинный медный изолированный провод и железный стержень?
КНИЖНАЯ ПОЛКА
Звезды Диоскуров.
Чудо природы — шаровая молния.
ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА.
Физиологическое действие тока на ранней стадии развития науки об электричестве было единственным, о котором было известно ученым, и было основано на собственных ощущениях экспериментаторов.
Одним из первых, кто ощутил на себе действие тока, был голландский физик П.Мушенбрук, живший в 18 веке. Получив удар током он заявил, что «не согласился бы подвергнуться ещё раз такому испытанию даже за королевский трон Франции.»
отрицательное действие :
Электрический ток вызывает изменения в нервной системе, выражающиеся в ее раздражении или параличе. При воздействии электрического тока возникают судорожные спазмы мышц.
Принято говорить, что электрический ток человека «держит»: пострадавший не в состоянии
выпустить из рук предмет — источник электричества.
___
При поражении достаточно сильным электрическим током происходит судорожный спазм диафрагмы — главной дыхательной мышцы в организме — и сердца.
Это вызывает моментальную остановку дыхания и сердечной деятельности. Действие электрического тока на мозг вызывает потерю сознания. Соприкасаясь с телом человека, электрический ток оказывает также тепловое действие, причем в месте контакта возникают ожоги III степени.
___
Постоянный ток менее опасен, чем переменный в электросети, который даже под напряжением 220В может вызвать очень тяжелое поражение организма. Действие электрического тока на человека усиливается при наличии промокшей обуви, мокрых рук, которым свойственна повышенная электропроводность.
___
При поражении молнией на теле пострадавшего возникает древовидный рисунок синюшного цвета. Принято говорить, что молния оставила свое изображение.
В действительности при поражении молнией происходит паралич подкожных сосудов.
положительное действие :
Электрошок — электрическое раздражение мозга , с помощью которого лечат некоторые психические заболевания.
Дефибрилляторы — электрические медицинские приборы, используемые при восстановлении нарушений ритма сердечной деятельности посредством воздействия на организм кратковременными высоковольтными электрическими разрядами.
Гальванизация — пропускание через организм слабого постоянного тока, оказывающего болеутоляющий эффект и улучшающий кровообращение.
Работая с электроприборами, будь осторожен!
Любознательным
По ковру ходить опасно!
Иногда вас может «ударить током», если вы просто пройдетесь по ковру или поерзаете на сиденьи автомобиля. Очевидно, при этом каким-то образом накапливается заряд. Можете ли вы более подробно объяснить, что именно происходит? Почему, например, вас «бьет током», когда вы идете по ковру, но ничего не случается, если вы стоите на нем? Почему эти эффекты зависят от времени года?
Оказывается…
Когда два материала (скажем, подошвы туфель и ковер) соприкасаются, электроны из одного из них туннелируют
через поверхностный энергетический барьер в другой. Поскольку ни тот, ни другой из этих материалов не является
хорошим проводником, электроны могут переходить с одной поверхности на другую лишь в тех точках, где материалы
плотно соприкасаются. Таким образом, чем больше поверхность контакта между материалами, тем больше будет переходить
электронов. При трении одной поверхности о другую площадь контакта значительно возрастает, благодаря чему достигается
переход большого числа электронов. Материал, который теряет электроны, заряжается положительно, материал, который принимает их,
заряжается отрицательно. Если воздух влажный, избыточный заряд быстро переходит с материала на взвешенные в воздухе
капельки воды. Уменьшению заряда могут способствовать также частицы дыма. Если же такого разряда не происходит, то при
обычном контакте двух материалов может возникнуть весьма значительная разность потенциалов.
Если, например, перед тем
как выйти из машины, вы поерзаете на сиденье, то потенциал вашего тела может оказаться на 15 кВ выше потенциала земли.
Источник: «Физический фейерверк» Дж. Уокер
И это ещё не
1. Действие электрического тока на тело человека
1.1. Виды действия электрического тока
Действие электрического тока на живую ткань в отличие от действия других материальных факторов (пара, химических веществ, излучения и т.п.) носит своеобразный и разносторонний характер. В самом деле, проходя через организм человека, электрический ток оказывает термическое, электролитическое и механическое (динамическое) действия, являющиеся обычными физикохимическими процессами, присущими как живой, так и неживой материи; одновременно электрический ток оказывает биологическое действие, которое является специфическим процессом, свойственным лишь живой ткани.
Термическое действие тока проявляется в ожогах отдельных участков тела, нагреве до высокой температуры кровеносных сосудов, нервов, сердца, мозга и других органов, находящихся на пути тока, что вызывает в них серьезные функциональные расстройства.
Электролитическое действие тока выражается в разложении органической жидкости, в том числе и крови, что сопровождается значительными нарушениями их физикохимического состава.
Механическое (динамическое) действие тока выражается в расслоении, разрыве и других подобных повреждениях различных тканей организма, в том числе мышечной ткани, стенок кровеносных сосудов, сосудов легочной ткани и др., в результате электродинамического эффекта, а также мгновенного взрывоподобного образования пара от перегретой током тканевой жидкости и крови.
Биологическое действие тока проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей организма, а также в нарушении внутренних биоэнергетических процессов, протекающих в нормально действующем организме и теснейшим образом связанных с его жизненными функциями.
Электрический ток, проходя через организм, раздражает живые ткани, вызывая в них ответную реакцию, – возбуждение, являющееся одним из основных физиологических процессов и характеризующееся тем, что живые образования переходят из состояния относительного физиологического покоя в состояние специфической для них деятельности.
Так, если электрический ток проходит непосредственно через мышечную ткань, то возбуждение, обусловленное раздражающим действием тока, проявляется в виде непроизвольного сокращения мышц.
Это так называемое прямое, или непосредственное, раздражающее действие тока на ткани, по которым он проходит.
Однако действие тока может быть не только прямым, но и рефлекторным, т.е. через центральную нервную систему. Иначе говоря, ток может вызывать возбуждение и тех тканей, которые не находятся на его пути.
Дело в том, что электрический ток, проходя через тело человека, вызывает раздражение рецепторов – особых клеток, имеющихся в большом количестве во всех тканях организма и обладающих высокой чувствительностью к воздействию факторов внешней и внутренней среды.
Раздражение рецепторов вызывает возбуждение находящихся возле них чувствительных нервных окончаний, от которых волна возбуждения в виде нервного импульса передается со скоростью примерно 27 м/с по нервным путям в центральную нервную систему.
Центральная нервная система перерабатывает нервный импульс и передает его подобно исполнительной команде к рабочим органам – мышцам, железам, сосудам, которые могут находиться вне зоны прохождения тока. При обычных, естественных раздражениях рецепторов центральная нервная система обеспечивает целесообразную ответную деятельность соответствующих органов тела. Например, при случайном прикосновении к горячему предмету человек непроизвольно отдернет от него руку, чем избавится от опасного воздействия.
В случае же чрезмерного или необычного для организма раздражающего действия, например электрического тока, центральная нервная система может подать нецелесообразную (не нужную для организма) исполнительную команду, что может привести к серьезным нарушениям деятельности жизненно важных органов, в том числе сердца и легких, даже если эти органы не лежат на пути тока.
Как известно, в живой ткани, и в первую очередь в мышцах, в том числе и сердечной мышце, а также в центральной и периферической нервной системе постоянно возникают электрические потенциалы – биопотенциалы, которые связаны с возникновением и распространением процесса возбуждения, т.е. с переходом живой ткани в состояние активной деятельности.
Внешний ток, взаимодействуя с биотоками, значения которых весьма малы, может нарушить нормальный характер их воздействия на ткани и органы человека, подавить биотоки и тем самым вызвать специфические расстройства в организме вплоть до его гибели.
Электрический ток
Что такое электротравма и электротравматизм?
Явление электротравматизма объясняется последовательностью следующих особенностей: в организме человека, случайно оказавшегося под воздействием напряжения, возникает защитная реакция. Иными словами, противостояние электрическому току начинает происходить в момент его непосредственного протекания через наше тело. В таких ситуациях происходит непросто сильное воздействие токов на организм человека, но и нарушение кровообращения, дыхания, сердечно-сосудистой и нервной системы и т. п.
Электротравму предугадать нелегко, поскольку ее получение происходит не только при непосредственном контакте с токоведущими элементами, но и при взаимодействии с электрической дугой и шаговым напряжением.
Электротравматизм хоть и случается реже других видов производственных травм, но при этом находится на первых местах среди тех повреждений, которые оцениваются тяжелыми и приводящими к летальному исходу. Наибольший процент травм, вызванных влиянием электрического тока, происходит в процессе работы на электрических установках высокого напряжения (до 1000 В). Главной причиной электротравм служит частое использование именно таких типов электрических установок, а также недостаточная квалификация работников. Безусловно, существуют агрегаты с более высоким показателем напряжения (свыше 1000 В), но, как ни странно, в их эксплуатации поражения током редки. Такая закономерность объясняется высоким профессионализмом и компетентностью обслуживающего высоковольтные установки персонала.
Самыми распространенными причинами поражения током являются:
- прямой телесный контакт с неизолированными токоведущими частями;
- прикосновение к деталям электрического оборудования, изготовленным из металла;
- прикосновение к неметаллическим элементам, находящимся под сильным напряжением;
- взаимодействие с током шагового напряжения или с электрической дугой.
Воздействие электрического тока при протекании через человеческий организм бывает термическим, электролитическим и биологическим.
- Термическое воздействие – сильный нагрев тканей, что нередко сопровождается ожогами.
- Электролитическое воздействие – разложение органических жидкостей, к которым относится и кровь.
- Биологическое воздействие – нарушение биоэлектрических процессов, раздражение и возбуждение живых тканей, частое и беспорядочное сокращение мышц.
Поражения электротоком делятся на два основных вида:
- Электротравмы – локальные поражения тканей или органов (ожоги, знаки, электрометаллизация).
- Электрический ожог – итог сильного нагрева током (свыше одного ампера) тканей человека. Ожог, поражающий только кожный покров, называется поверхностным; повреждающий глубокие ткани тела является внутренним. Также электрические ожоги делятся по принципу возникновения: контактные, дуговые, смешанные.
- Электрический знак внешне выглядит как серое или бледно-желтое пятно, напоминающее мозоль. Возникает данная травма в области контакта с токоведущим элементом. В основном, знаки не сопровождаются сильной болью и по прошествии небольшого количества времени сходят.
- Электрометаллизация – явление, при котором кожа человека пропитывается металлическими микрочастицами. Это происходит в момент, когда металл под влиянием тока испаряется и разбрызгивается. Пораженная кожа приобретает цвет, соответствующий проникшим соединениям металла, и становится шероховатой. Процесс электрометаллизации не опасен, а эффект после него по истечении некоторого времени пропадает аналогично электрическим знакам. Куда более серьезные последствия имеет металлизация органов зрения.
Помимо ожогов, знаков и электрометаллизации в число электротравм также входит электроофтальмия и различные механические повреждения. Последние являются итогом непроизвольных сокращений мышц в момент протекания тока. К ним относятся сильные разрывы кожного покрова, кровеносных сосудов, нервов, а также вывихи и переломы. Электроофтальмия – явление, представляющее собой сильное воспаление глазных яблок после воздействия УФ-лучей электрической дуги.
- Электрический удар выражается в форме сильного возбуждения живых тканей после воздействия на них электрического тока. Как правило, данное явление сопровождается беспорядочным судорожным сокращением мышц. Исход электроударов бывает разным, на основе чего они и делятся на пять видов:
- без потери сознания;
- с потерей сознания, сопровождающееся нарушением функционирования сердца и дыхания;
- с потерей сознания, но без сбоев в работе сердечно-сосудистой системы и без нарушения дыхания;
- клиническая смерть;
- электрический шок.
Два последних вида стоит рассмотреть более подробно.
Клиническая смерть иначе называется также «мнимой» смертью, характеризующаяся длительностью в 6-8 минут. Данное явление считается переходным состоянием от жизни к смерти, которое сопровождается прекращением работы сердца и приостановлением дыхания. По прошествии вышеуказанного периода времени начинается необратимый процесс гибели клеток коры головного мозга, что заканчивается биологической смертью.
Распознать мнимую смерть можно по следующим признакам:
- фибрилляция сердца (т.е. разрозненное сокращение его мышечных волокон, сопровождающееся нарушением синхронной деятельности и насосной функции) или его полная остановка;
- отсутствие пульса и дыхания;
- синеватый цвет кожи;
- расширенные зрачки без реагирования на свет, как следствие недостатка кислорода в коре головного мозга.
Электрический шок представляет собой тяжелую нервнорефлекторную реакцию человеческого организма на воздействие тока. Данное явление сопровождается сильными расстройствами дыхания, функционирования кровеносной и нервной системы и др.
Организм моментально реагирует на влияние электрического тока, вступая в фазу сильного возбуждения. В этот период происходит полная реакция на причинение боли, сопровождающаяся повышением артериального давления и другими процессами. Фаза возбуждения сменяется фазой торможения, которой свойственно истощение нервной системы, слабое дыхание, попеременное падение и учащение пульса, снижение артериального давления. Все перечисленные признаки приводят организм в состояние глубокой депрессии. Электрический шок может длиться как несколько десятков минут, так и несколько суток. Итог может быть полярно разным: либо полное выздоровление, либо необратимая биологическая смерть.
От показателя силы тока напрямую зависит его влияние на организм человека:
- 0,6-1,5 мА при переменном токе (50Гц) и 5-7 мА при постоянном токе – ощутимый ток;
- 10-15 мА при переменном токе (50Гц) и 50-80 мА при постоянном токе – не отпускающий ток, который в момент прохождения через организм провоцирует сильные судорожные сокращения мышц той руки, которая сжимает проводник;
- 100 мА при переменном (50Гц) и 300 мА при постоянном токе – фибрилляционный ток, который приводит к фибрилляции сердца.
Итог влияния электрического тока на организм человека также напрямую зависит от следующих факторов:
- длительность протекания тока. То есть, чем дольше человек находился под воздействием, тем выше опасность и серьезней нанесенные травмы;
- специфические особенности каждого организма в данный момент: масса тела, физическое развитие, состояние нервной системы, наличие каких-либо заболеваний, алкогольное или наркотическое опьянение и др.;
- «фактор внимания», т.е. подготовленность к возможности получения электрического удара;
- путь тока сквозь человеческое тело. Например, более серьезную опасность несет прохождение тока через сердце, легкие, мозг. В случае, если ток обошел жизненно важные органы, риск серьезных поражений резко снижается. На сегодняшний день зафиксирован самый популярный путь прохождения тока, который называется «петлей тока» — правая рука-ноги. Петли, отнимаемые работоспособность человека более чем на трое суток, представляют собой пути рука-рука (40%), правая рука-ноги (20%), левая рука-ноги (17%).
Знание влияния электрического тока на человеческий организм крайне необходимо. Это поможет Вам в чрезвычайных ситуациях оказать правильную медицинскую помощь пострадавшему.
Торговая сеть «Планета Электрика» обладает широким ассортиментом различных средств защиты при различных работах, с которым более подробно можно ознакомиться в нашем каталоге.
Примеры действия электрического тока | 8 класс РФ
Конспект по физике для 8 класса «Примеры действия электрического тока». Какие примеры иллюстрируют различные действия электрического тока.
Конспекты по физике Учебник физики Тесты по физике
Примеры действия электрического тока
Как известно, увидеть движущиеся заряды (электроны, ионы) мы не можем, так как они очень малы. Но как тогда можно обнаружить электрический ток?
ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
При протекании электрического тока могут происходить различные явления, которые называются действиями электрического тока.
ТЕПЛОВОЕ ДЕЙСТВИЕ ТОКА
Электрический ток, протекая по проводам, вызывает их нагревание.
Присоединим к полюсам источника тока железную или никелевую проволоку. Замкнув ключ, можно наблюдать, как проволока провиснет, т. е. она нагреется и удлинится. Таким образом её можно даже раскалить докрасна.
Именно на тепловом действии тока основана работа различных бытовых нагревательных приборов, таких, как электрический чайник, электрические плитки, утюги и др. Нить лампочки раскаляется и начинает светиться.
ХИМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ТОКА
Как показывает опыт, на электродах, опущенных в раствор электролитов, происходит выделение чистого вещества. Этот процесс называется электролизом. Например, пропуская ток через раствор медного купороса, можно выделить чистую медь.
Электрический ток в металлах не вызывает никаких химических изменений. Химическое действие тока происходит только в растворах и расплавах электролитов.
МАГНИТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ТОКА
На большой железный гвоздь намотаем тонкий изолированный провод. Концы провода через ключ соединим с источником тока.
Если замкнуть ключ, то гвоздь намагнитится и будет притягивать к себе гвоздики, железные стружки, опилки. С прекращением тока в проводнике магнитные свойства гвоздя исчезнут.
Явление взаимодействия катушки с током и магнита лежит в основе работы прибора, называемого гальванометром. С помощью гальванометра можно судить о наличии тока и его направлении. Стрелка прибора связана с подвижной катушкой. Когда в катушке появляется электрический ток, стрелка отклоняется.
МЕХАНИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ТОКА
Металлическую рамку соединим с источником тока. При пропускании электрического тока через рамку она остаётся висеть неподвижно. Но если эту рамку поместить между полюсами подковообразного магнита, то она начнёт поворачиваться.
В этом опыте мы наблюдали механическое действие электрического тока, которое заключается в том, что электрический ток при протекании по рамке, помещённой между полюсами магнита, вызывает её вращение.
ДЕЙСТВИЕ ТОКА НА ЧЕЛОВЕКА
Тело человека является проводником электрического тока, который, проходя через организм человека, может производить тепловое, химическое, механическое, биологическое и другое воздействие.
При тепловом действии происходит перегрев и функциональное расстройство органов на пути прохождения тока, возникают ожоги.
Химическое действие тока выражается в электролизе жидкости в тканях организма, в том числе крови, и нарушении её физико-химического состава.
Механическое действие связано с сильным сокращением мышц, вплоть до их разрыва.
Биологическое действие тока выражается в раздражении и перевозбуждении нервной системы.
Действия электрического тока на организм человека используют в медицине.
Дефибрилляторы используют для восстановления ритма сердечной деятельности путём воздействия на организм кратковременных высоковольтных электрических разрядов. При радикулите, невралгии и некоторых других заболеваниях применяют гальванизацию: через тело человека пропускают слабый электрический ток, который оказывает болеутоляющее действие и улучшает кровообращение.
Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Примеры действия электрического тока».
Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).
Примеры действия электрического тока
5 (100%) 1 vote[s]Просмотров: 749
Что такое электрический ток? Основные понятия, характеристики и действия.
Что такое электрический ток? В учебнике физики есть определение:
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК — это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц под действием электрического поля. Частицами могут быть: электроны, протоны, ионы, дырки.
В академических учебниках определение описывается так:
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК — это скорость изменения электрического заряда во времени.
- Заряд электронов отрицателен.
- протоны — частицы с положительным зарядом;
- нейтроны — с нейтральным зарядом.
СИЛА ТОКА – это количество заряженных частиц (электроны, протоны, ионы, дырки), протекающих через поперечное сечение проводника.
Все физические вещества, в том числе металлы состоят из молекул, состоящих из атомов, которые в свою очередь состоят из ядер и вращающихся вокруг них электронов. Во время химических реакций электроны переходят от одних атомов к другим, поэтому, атомы одного вещества испытывают недостаток в электронах, а атомы другого вещества имеют их избыток. Это означает, что вещества имеют разноименные заряды. В случае их контакта, электроны будут стремиться перейти из одного вещества в другое. Именно это перемещение электронов и есть ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. Ток, который будет течь, до тех пор, пока заряды этих двух веществ не уравняются. Взамен ушедшего электрона приходит другой. Откуда? От соседнего атома, к нему — от его соседа, так до крайнего, к крайнему — от отрицательного полюса источника тока (например — батарейки). С другого конца проводника электроны уходят на положительный полюс источника тока. Когда все электроны на отрицательном полюсе закончатся, ток прекратится (батарея «села»).
НАПРЯЖЕНИЕ — это характеристика электрического поля и представляет собой разность потенциалов двух точек внутри электрического поля.
Вроде как то не понятно. Проводник – это в простейшем случае — проволока, сделанная из металла (чаще применяется медь и алюминий). Масса электрона равна 9,10938215(45)×10-31 кг. Если электрон имеет массу, то это означает, что он материален. Но проводник сделан из металла, а металл то, твёрдый, как по нему текут какие то, электроны?
Число электронов в веществе, равное числу протонов лишь обеспечивает его нейтральность, а сам химический элемент определяется количеством протонов и нейтронов исходя из периодического закона Менделеева. Если чисто теоретически отнять от массы любого химического элемента все его электроны, он практически не приблизится к массе ближайшего химического элемента. Слишком большая разница между массами электрона и ядра (масса только 1-го протона примерно в 1836 больше массы электрона). А уменьшение или увеличение числа электронов должно приводить лишь к изменению общего заряда атома. Число электронов у отдельно взятого атома всегда переменно. Они, то покидают его, вследствие теплового движения, то возвращаются обратно, потеряв энергию.
Если электроны движутся направленно, значит, они «покидают» свой атом, а не будет теряться атомарная масса и как следствие, меняться и химический состав проводника? Нет. Химический элемент определяется не атомарной массой, а количеством ПРОТОНОВ в ядре атома, и ничем другим. При этом наличие или отсутствие электронов или нейтронов у атома роли не играет. Добавим — убавим электроны — получим ион, добавим — убавим нейтроны — получим изотоп. При этом химический элемент останется тем же.
С протонами другая история: один протон — это водород, два протона — это гелий, три протона — литий и.т.д (см. таблицу Менделеева). Поэтому, сколько ни пропускай ток через проводник, химический состав его не изменится.
Другое дело электролиты. Здесь как раз ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МЕНЯЕТСЯ. Из раствора под действием тока выделяются элементы электролита. Когда все выделятся, ток прекратится. Всё потому, что носители заряда в электролитах — ионы.
Бывают химические элементы без электронов:
1. Атомарный космический водород.
2. Газы в верхних слоях атмосферы Земли и других планет с атмосферой.
2. Все вещества в состоянии плазмы.
3. В ускорителях, коллайдерах.
Под действием электрического тока химические вещества (проводники) могут «рассыпаться». Например, плавкий предохранитель. Движущиеся электроны на своем пути расталкивают атомы, если ток сильный — кристаллическая решетка проводника разрушается и проводник расплавляется.
Рассмотрим работу электровакуумных приборов.
Напомню, что во время действия электрического тока в обычном проводнике, электрон, покидая своё место, оставляет там «дырку», которая затем заполняется электроном от другого атома, где в свою очередь так же образуется дырка, в последствии заполняемая другим электроном. Весь процесс движения электронов происходит в одну сторону, а движение «дыр», в противоположную. То есть дырка – явление временное, она заполняется всё равно. Заполнение необходимо для сохранения равновесия заряда в атоме.
А теперь рассмотрим работу электровакуумного прибора. Для примера возьмём простейший диод – кенотрон. Электроны в диоде во время действия электрического тока испускаются катодом в направлении анода. Катод покрыт специальными окислами металлов, которые облегчают выход электронов из катода в вакуум (малая работа выхода). Никакого запаса электронов в этой тоненькой пленке нет. Для обеспечения выхода электронов катод сильно разогревают нитью накала. Со временем раскаленная пленка испаряется, оседает на стенках колбы, и эмиссионная способность катода уменьшается. И такой электронно-вакуумный прибор попросту выкидывают. А если прибор дорогой, его восстанавливают. Для его восстановления колбу распаивают, заменяют катод на новый, после чего колбу обратно запаивают.
Электроны в проводнике двигаются «перенося на себе» электрический ток, а катод пополняется электронами от проводника, подключенного к катоду. На замену электронам, покинувшим катод, приходят электроны от источника тока.
Понятие «скорость движения электрического тока» не существует. Со скоростью, близкой к скорости света (300 000 км/с), по проводнику распространяется электрическое поле, под действием которого все электроны начинают движение с малой скоростью, которая приблизительно равна 0,007 мм/с, не забывая ещё и хаотически метаться в тепловом движении.
Давайте теперь разберёмся в основных характеристиках тока
Представим картину: У вас имеется стандартная картонная коробка с горячительным напитком на 12 бутылок. А вы пытаетесь засунуть туда ещё бутылку. Предположим вам это удалось, но коробка едва выдержала. Вы засовываете туда ещё одну, и вдруг коробка рвётся и бутылки вываливаются.
Коробку с бутылками можно сравнить с поперечным сечением проводника:
Чем шире коробка (толще провод), тем большее количество бутылок (СИЛУ ТОКА), она может в себя поместить (обеспечить).
В коробке (в проводнике) можно поместить от одной до 12 бутылок – она не развалится (проводник не сгорит), а большее число бутылок (большую силу тока) она не вмещает (представляет сопротивление).
Если сверху на коробку, мы поставим ещё одну коробку, то на одной единице площади (сечении проводника) мы разместим не 12, а 24 бутылки, ещё одну сверху — 36 бутылок. Одну из коробок (один этаж) можно принять за единицу аналогичную НАПРЯЖЕНИЮ электрического тока.
Чем шире коробка (меньше сопротивление), тем большее количество бутылок (СИЛУ ТОКА) она может обеспечить.
Увеличив высоту коробок (напряжение), мы можем увеличить общее количество бутылок (МОЩНОСТЬ) без разрушения коробок (проводника).
По нашей аналогии получилось:
Общее количество бутылок это — МОЩНОСТЬ
Количество бутылок в одной коробке (слое) это — СИЛА ТОКА
Количество ящиков в высоту (этажей) это — НАПРЯЖЕНИЕ
Ширина коробки (вместимость) это — СОПРОТИВЛЕНИЕ участка электрической цепи
Путём перечисленных аналогий, мы пришли к «ЗАКОНУ ОМА«, который ещё называется Законом Ома для участка цепи. Изобразим его в виде формулы:
Закон Омагде I – сила тока, U – напряжение (разность потенциалов), R – сопротивление.
По-простому, это звучит так: Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
Кроме того, мы пришли и к «ЗАКОНУ ВАТТА«. Так же изобразим его в виде формулы:
Закон Ваттагде I – сила тока, U – напряжение (разность потенциалов), Р – мощность.
По-простому, это звучит так: Мощность равна произведению силы тока на напряжение.
Сила электрического тока измеряется прибором называемым Амперметром. Как вы догадались, 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. Например: Говорят и пишут «десять тысяч ампер», но никогда не говорят и не пишут 10 килоампер. Такие значения в обычной жизни не реальны. То же самое можно сказать про наноампер. Обычно говорят и пишут 1×10-9 Ампер.
Электрическое напряжение (электрический потенциал) измеряется прибором называемым Вольтметром, как вы догадались, напряжение, т. е. разность потенциалов, которая заставляет течь ток, измеряется в Вольтах (В). Так же, как для тока, для увеличения диапазона обозначений, существуют кратные приставки: (микро — микровольт (мкВ), мили – милливольт (мВ), кило – киловольт (кВ), мега – мегавольт (МВ). Напряжение ещё называют ЭДС – электродвижущей силой.
Электрическое сопротивление измеряется прибором называемым Омметром, как вы догадались, единица измерения сопротивления – Ом (Ом). Так же, как для тока и напряжения, существуют приставки кратности: кило – килоом (кОм), мега – мегаом (МОм). Другие значения в обычной жизни не реальны.
Ранее, Вы узнали, что сопротивление проводника напрямую зависит от диаметра проводника. К этому можно добавить, что если к тонкому проводнику приложить большой электрический ток, то он будет не способен его пропустить, из-за чего будет сильно греться и, в конце концов, может расплавиться. На этом принципе основана работа плавких предохранителей.
Атомы любого вещества располагаются на некотором расстоянии друг от друга. В металлах расстояния между атомами настолько малы, что электронные оболочки практически соприкасаются. Это дает возможность электронам свободно блуждать от ядра к ядру, создавая при этом электрический ток, поэтому металлы, а также некоторые другие вещества являются ПРОВОДНИКАМИ электричества. Другие вещества – наоборот, имеют далеко расставленные атомы, электроны, прочно связанные с ядром, которые не могут свободно перемещаться. Такие вещества не являются проводниками и их принято называть ДИЭЛЕКТРИКАМИ, самым известным из которых является резина. Это и есть ответ на вопрос, почему электрические провода делают из металла.
О наличии электрического тока говорят следующие действия или явления, которые его сопровождают:
;1. Проводник, по которому течет ток, может нагреваться;
2. Электрический ток может изменять химический состав проводника;
3. Ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела.
При отделении электронов от ядер освобождается некоторое количество энергии, которое нагревает проводник. «Нагревательную» способность тока принято называть рассеиваемой мощностью и измерять в ваттах. Такой же единицей принято измерять и механическую энергию, преобразованную из электрической энергии.
Опасность электрического тока и другие опасные свойства электричества и техника безопасности
Электрический ток нагревает проводник, по которому течёт. Поэтому:
1. Если бытовая электрическая сеть испытывает перегрузку, изоляция постепенно обугливается и осыпается. Возникает возможность короткого замыкания, которое очень опасно.
2. Электрический ток, протекая по проводам и бытовым приборам, встречает сопротивление, поэтому «выбирает» путь с наименьшим сопротивлением.
3. Если происходит короткое замыкание, сила тока резко возрастает. При этом выделяется большое количество тепла, способное расплавить металл.
4. Короткое замыкание может произойти и из-за влаги. Если в случае с коротким замыканием происходит пожар, то в случае с воздействием влаги на электроприборы в первую очередь страдает человек.
5. Удар электричеством очень опасен, вероятен смертельный исход. При протекании электрического тока через организм человека, сопротивление тканей резко уменьшается. В организме происходят процессы нагревания тканей, разрушения клеток, отмирания нервных окончаний.
Как обезопасить себя от поражения электрическим током
Чтобы обезопасить себя от воздействия электрического тока, используют средства защиты от поражения электрическим током: работают в резиновых перчатках, используют резиновый коврик, разрядные штанги, устройства заземления аппаратуры, рабочих мест. Автоматические выключатели с тепловой защитой и защитой по току, так же являются не плохим средством защиты от поражения током, способным сохранить жизнь человека. Когда я не уверен в отсутствии опасности поражения электрическим током, при выполнении не сложных операций в электрощитовых, блоках аппаратуры, я как правило работаю одной рукой, а другую руку ложу в карман. Тем самым исключается возможность поражения током по пути рука-рука, в случае случайного прикосновения к корпусу щита, или другим массивным заземлённым предметам.
Для тушения пожара, возникшего на электрооборудовании используют только порошковые или углекислотные огнетушители. Порошковые тушат лучше, но после засыпания аппаратуры пылью из огнетушителя, эту аппаратуру не всегда возможно восстановить.