Движение тока от плюса к минусу: Куда течет ток или где же этот чертов катод? / Хабр

Содержание

Куда течет ток или где же этот чертов катод? / Хабр

Есть вещи, которые хочется, что называется «развидеть» — термин вполне устоявшийся и понятный.

— Евгений Гришковец, рассказывает про железнодорожников. (с) Спектакль

«Одновременно»

А есть вещи которые, ну никак не получается запомнить. Это возникает от того, что новое понятие не может однозначно зацепиться за уже известные факты в сознании, никак не получается построить новую связь в семантической сети фактов.

Все знают, что у диода есть катод и анод. Все знают, как диод обозначается на электрической схеме. Но далеко не все могут правильно сказать, где же на схеме что.

Под спойлером картинка, посмотрев на которую, вы навсегда запомните, где у диода анод, а где катод. Должен предупредить, развидеть это не получится, так что тот, кто не уверен в себе, пусть не открывает.

Теперь, когда мы отпугнули слабых, продолжаем…

Да, вот так все просто. Буква К — это катод, буква А — это анод.

Извините, теперь и вы это никогда не забудете.

Продолжим, и разберемся куда течет ток. Если приглядеться, обозначение диода представляет собой стрелку. Вот, не поверите — ток течет именно туда, куда показывает стрелка! Что логично, не правда ли? Дальше больше — ток течет «Аткуда» (от Анода) и «Куда» (к Катоду). В обозначениях транзисторов тоже есть стрелки, и они так же обозначают направление тока.

Ток — направленное движение заряженных частиц — это мы все знаем из школьной физики. Каких частиц? Да, любых заряженных! Это могут быть и электроны несущие отрицательный заряд и обделенные электронами частицы — атомы или молекулы, в растворах и плазме — ионы, в полупроводниках — «свободные электроны» или вообще «дырки», что бы это не значило. Так вот, во всем этом зоопарке проще всего разобраться так: ток течет от плюса к минусу, и все. Запомнить это очень просто: «плюс» — интуитивно — это там где чего-то «больше», больше в данном случае зарядов (еще раз — не важно каких!) и текут они в сторону «минуса», где их мало и ждут.

Все остальные подробности, непринципиальны.

Ну, и последнее — батарейка. Обозначение тоже всем известно, две палочки подлинней потоньше и покороче потолще. Так вот покороче и потолще символизирует собой минус — эдакий «жирный минус» — как в школе, помните: «ставлю тебе четыре

с жирным минусом». Я только так и запомнил, возможно, кто-то предложит вариант лучше.

Теперь, вы без труда ответите на вопрос, загорится ли лампочка в этой схеме:

Всех с 1 апреля! Улыбайтесь, господа. Улыбайтесь!

Проектируем электрику вместе: Направление электрического тока

Свободные электроны.. Электрический ток.. Измерение тока.. Амперметр.. Единица силы тока — Ампер.. Направление электрического тока.. Направление движения электронов..

Когда электрическое поле прикладывается к проводнику, свободные электроны (носители отрицательного заряда) начинают дрейфовать в соответствии с направлением электрического поля – возникает электрический ток.

Движение электронов означает движение отрицательных зарядов, следовательно, – электрический ток является мерой количества электрического заряда, переносимого через поперечное сечение проводника за единицу времени.

В международной системе СИ единица измерения заряда – Кулон, а единица времени – секунда. Поэтому единица силы тока – Кулон в секунду (Кл/сек).

Измерение тока

Единица силы тока Кулон в секунду в системе СИ имеет конкретное название Ампер (А) – в честь знаменитого французского ученого

Андре-Мари Ампера (на фото в заголовке статьи).
Как мы знаем, величина отрицательного электрического заряда электрона -1,602 • 10^-19 Кулона. Поэтому один Кулон электрического заряда состоит из 1 / 1,602 • 10^-19 = 6,24 • 10¹⁸ электронов.
Следовательно, если 6,24 • 10¹⁸электронов пересекает поперечное сечение проводника за одну секунду, то величина такого тока равна одному амперу.

Для измерения силы тока существует измерительный прибор — амперметр.

Рис.

Амперметр включается в электрическую цепь (рис. 1) последовательно с тем элементом цепи, силу тока в котором необходимо измерить. При подключении амперметра нужно соблюдать полярность: «плюс» амперметра подключается к «плюсу» источника тока, а «минус» амперметра — к «минусу» источника тока.

Направление электрического тока

Если в электрической цепи, показанной на рис. 1 замкнуть контакты выключателя, то по этой цепи потечет электрический ток. Возникает вопрос: «А в каком направлении?»

Мы знаем, что электрическим током в металлических проводниках называется упорядоченное движение отрицательно заряженных частиц – электронов (в других средах это могут быть ионы или ионы и электроны). Отрицательно заряженные электроны во внешней цепи двигаются

от минуса источника к плюсу (одноименные заряды отталкиваются, противоположные — притягиваются), что хорошо иллюстрирует рис. 2.

Рис. 2
Учебник физики за 8 класс дает нам другой ответ: «За направление электрического тока в цепи принято направление движения положительных зарядов», — то есть от плюса источника энергии к минусу источника.

Выбор направления тока

, противоположного истинному, иначе как парадоксальным назвать нельзя, но объяснить причины такого несоответствия можно, если проследить историю развития электротехники.

Дело в том, что электрические заряды стали изучать задолго до того, как были открыты электроны, поэтому природа носителей заряда в металлах была еще неизвестна.
Понятие о положительном и отрицательном заряде ввёл американский ученый и политический деятель Бенджамин Франклин.

В своей работе «Опыты и наблюдения над электричеством» (1747 г.) Франклин предпринял попытку теоретически объяснить электрические явления.

Именно он первым высказал важнейшее предположение об атомарной, «зернистой» природе электричества: «Электрическая материя состоит из частичек, которые должны быть чрезвычайно мелкими».

Франклин полагал, что тело, которое накапливает электричество, заряжается положительно, а тело, теряющее электричество, заряжается отрицательно. При их соединении избыточный положительный заряд перетекает туда, где его недостает, то есть к отрицательно заряженному телу (по аналогии с сообщающими сосудами).

Эти представления о движении положительных зарядов широко распространились в научных кругах и вошли в учебники физики. Так и получилось, что действительное направление движения электронов в проводнике противоположно принятому направлению электрического тока.

После открытия электрона ученые решили оставить все как есть, поскольку пришлось бы очень многое изменять (и не только в учебниках), если указывать истинное направление тока. Также это связано и с тем, что знак заряда практически ни на что не влияет, пока все используют одно и то же соглашение.
Истинное направление движения электронов используется только, когда это необходимо, чтобы объяснить некоторые физические эффекты в полупроводниковых устройствах (диоды, транзисторы, тиристоры и др.).

Статьи по теме: 1. Что такое электрический ток?
                            2. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона
                            3. Постоянный и переменный ток
                            4. Проводники и изоляторы. Полупроводники
                            5. О скорости распространения электрического тока
                            6. Электрический ток в жидкостях
                            7. Проводимость в газах
                            8.

Электрический ток в вакууме
9. О проводимости полупроводников

Внимание! Всех интересующихся практической электротехникой приглашаю на страницы своего нового сайта «Электрика для дома». Он посвящен основам электротехники и электричества с акцентом на домашние электрические установки и происходящие в них процессы.

от минуса к плюсу или наоборот?

Все мы хорошо знаем, что электричество представляет собой направленный поток заряженных частиц в результате воздействия электрического поля. Это вам скажет любой школьник. А вот вопрос о том, каково направление тока и куда деваются эти самые частицы, многих может поставить в тупик.

Суть вопроса

Как известно, в проводнике электричество переносят электроны, в электролитах – катионы и анионы (или попросту ионы), в полупроводниках электроны работают с так называемыми «дырками», в газах – ионы с электронами. От наличия свободных элементарных частиц в том или ином материале и зависит его электропроводность. При отсутствии электрического поля в металлическом проводнике ток идти не будет. Но как только на двух его участках возникнет разность потенциалов, т.е. появится напряжение, в движении электронов прекратится хаос и наступит порядок: они начнут отталкиваться от минуса и направятся в сторону плюса. Казалось бы, вот и ответ на вопрос «Каково направление тока?». Но не тут-то было. Достаточно заглянуть в энциклопедический словарь или просто в любой учебник по физике, как сразу станет заметно некое противоречие. Там говорится, что условно словосочетание «направление тока» обозначает направленное движение положительных зарядов, другими словами: от плюса к минусу. Как быть с этим утверждением? Ведь здесь невооруженным глазом заметно противоречие!

Сила привычки

Когда люди научились составлять цепь постоянного тока, они еще не знали о существовании электрона. Тем более, в то время не подозревали что он движется от минуса к плюсу. Когда Ампер предложил в первой половине 19-го столетия направление тока от плюса к минусу, все восприняли это как должное и это решение никто не стал оспаривать. Прошло 70 лет, пока люди не выяснили, что ток в металлах происходит благодаря движениям электронов. А когда они это поняли (это случилось в 1916 году), все настолько привыкли к сделанному Ампером выбору, что уже не стали ничего менять.

«Золотая середина»

В электролитах отрицательно заряженные частицы движутся к катоду, а положительные — к аноду. То же самое происходит и в газах. Если подумать, какое направление тока будет в этом случае, в голову приходит только один вариант: перемещение разнополярных электрических зарядов в замкнутой цепи происходит навстречу друг другу. Если принять это утверждение за основу, то оно снимет существующее ныне противоречие. Возможно, это вызовет удивление, но еще более 70 лет назад ученые получили документальные подтверждения того, что противоположные по знаку электрические заряды в проводящей среде действительно движутся друг другу навстречу. Данное утверждение будет справедливо для любого проводника вне зависимости от его типа: металла, газа, электролита, полупроводника. Как бы там ни было, остается надеяться, что со временем физики устранят путаницу в терминологии и примут однозначное определение того, что же все-таки такое направление движения тока. Привычку, конечно, менять сложно, но ведь нужно же наконец поставить все на свои места.

Вязкие электроны в графене, или Страшный кошмар Георга Ома

Электрический ток в графене может протекать «против шерсти».

Все мы проходили в школе закон Ома, который говорит о том, что сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению данного участка. Обычно ток, который течёт по проводам, на схеме обозначают стрелочкой, направленной в ту сторону, в которую он, собственно, и течёт.

Структура графена. Фото: UCL Mathematical and Physical Science/flickr. com

Снизу «классический» ток, сверху – образование вихрей, в которых направление движения электронов противоположно приложенному напряжению. Фото: Nature physics

‹

›

Тут, правда, есть противоречие: с одной стороны, мы знаем, что ток в проводах – это электроны, отрицательно заряженные элементарные частицы, которые двигаются от «минуса» к «плюсу». А с другой стороны, на схемах ток всегда почему-то «течёт» в обратную сторону: от «плюса» к «минусу».

Этот факт имеет простое историческое объяснение. В то время, когда первые исследователи начали изучать электрические явления и собирать первые цепи постоянного тока, ещё не было известно о существовании электронов, и уж тем более никто ничего не знал о знаке носителей заряда в металлических проводниках. Андре-Мари Ампер, а именно он ввёл в физику понятие «электрический ток», предложил считать, что ток течёт от «плюса» к «минусу».

Это настолько утвердилось в среде физиков, что когда электроны всё-таки были обнаружены, и выяснилось, что направление тока на самом деле противоположное, никто не стал отказываться от привычного «направления» тока, оставив его таким, каким его предложил Ампер. Поэтому ток с тех пор и течёт, в общем-то, против самого себя.

А вот сейчас вышло сразу две научные работы, в одной из которых доказывается теоретически, а в другой – экспериментально показывается, что ток действительно может течь в обратную сторону. Правда, для этого «фокуса» нужен специальный «реквизит», и имя ему – графен. Именно этот удивительный материал, который в 2004 году впервые получили физики Андрей Гейм и Константин Новосёлов, не перестаёт удивлять учёных всего мира своими необычными свойствами. На этот раз графен смог обратить вспять электрический ток, заставив электроны двигаться «противоестественным» образом – от «плюса» к «минусу».

Долгое время физики предполагали, что электрический ток, который, по сути, представляет собой поток электронов, должен вести себя подобно жидкости, со всеми присущими жидкостями свойствами, например, вязкости. Однако до сих пор проявления такой «электронной» вязкости не были известны.

Во-первых, чтобы их обнаружить, они должны, по крайней мере, существовать, а во-вторых – должен быть способ измерить макроскопические параметры тока. Тогда можно было бы подтвердить теорию «жидкого» электричества.

Двое физиков, Григорий Фалькович и Леонид Левитов показали, что опытом, подтверждающим макроскопическое поведение постоянного тока, могло бы быть наблюдение образования вихрей, возникающих в вязком потоке электронов. В результате в графене образуются области, в которых поток электронов направлен от «плюса» к «минусу».

«Все учили в школе закон Ома, по которому ток равен напряжению, деленному на сопротивление. Так что ток раньше всегда тек от плюса к минусу. А мы показали, что в графене ток может течь против приложенного напряжения, что соответствует отрицательному сопротивлению. Причина этого в том, что электроны в графене могут сильно взаимодействовать друг с другом и в результате вовлекать в движение соседние слои, то есть течь как вязкая жидкость, создавая вихри», – комментирует полученные результаты один из авторов исследования, Григорий Фалькович.

Что самое потрясающее в этой истории, так это то, что параллельно с выходом теоретической статьи, в которой описывалась возможность наблюдения таких вихрей, вышла независимая статья физиков из Манчестерского университета и Гарварда, в которой отрицательное сопротивление впервые наблюдалось в эксперименте.

Так что термин «электронный газ», которым обычно описывается состояние электронов в проводнике, может вскоре потеснить «электронная жидкость», по крайней мере, на двумерных просторах графена.

По материалам ИППИ РАН и Nature Physics.

История одного парадокса электротехники

Если составить электрическую цепь из источника тока, потребителя энергии и соединяющих их проводов, замкнуть ее, то по этой цепи потечет электрический ток. Резонно спросить: «А в каком направлении?» Учебник теоретических основ электротехники дает ответ: «Во внешней цепи ток течет от плюса источника энергии к минусу, а во внутри источника от минуса к плюсу».
Так ли это? Вспомним, что электрическим током называется упорядоченное движение электрически заряженных частиц. Таковыми в металлических проводниках являются отрицательно заряженные частицы – электроны. Но ведь электроны во внешней цепи движутся как раз наоборот от минуса источника к плюсу. Это можно доказать очень просто. Достаточно поставить в вышеуказанную цепь электронную лампу – диод. В случае, если анод лампы будет заряжен положительно, то ток в цепи будет, если же отрицательно, то тока не будет. Напомним, что разноименные заряды притягиваются, а одноименные – отталкиваются. Поэтому положительный анод притягивает отрицательные электроны, но не наоборот. Сделаем вывод, что за направление электрического тока в науке электротехнике принимают направление ПРОТИВОПОЛОЖНОЕ движению электронов.
Выбор направления, противоположный существующему, иначе как парадоксальным назвать нельзя, но объяснить причины такого несоответствия можно, если проследить историю развития электротехники как науки.
Среди множества теорий, иногда даже анекдотичных, пытающихся объяснить электрические явления, появившихся на заре науки об электричестве, остановимся на двух основных.
Бенжамин Франклин Теория электричества Американский ученый Б. Франклин выдвинул так называемую унитарную теорию электричества, по которой электрическая материя представляет собой некую невесомую жидкость, которая могла вытекать из одних тел и накапливаться в других. Согласно Франклину, электрическая жидкость содержится во всех телах, а наэлектризованным становится только тогда, когда в них бывает недостаток или избыток электрического флюида. Недостаток флюида означает отрицательную электризацию, избыток – положительную. Так появилось понятие положительного и отрицательного заряда. При соединении положительно заряженных тел с отрицательными электрическая жидкость (флюид) переходит от тела с повышенным количеством жидкости к телам с пониженным количеством. Как в сообщающихся сосудах. С этой же гипотезой в науку вошло понятие движения электрических зарядов – электрического тока.
Гипотеза Франклина оказалась в высшей степени плодотворной и предвосхитила электронную теорию проводимости, Однако она оказалась далеко не безупречной. Дело в том, что французский ученый Дюфе обнаружил, что существует два вида электричества, которые, подчиняясь каждое в отдельности теории Франклина, при соприкосновении нейтрализовывали друг друга. Причиной появления новой дуалистической теории электричества, выдвинутой Симмером на основании опытов Дюфе, была простой. Как это ни поразительно, но на протяжении многих десятилетий экспериментов с электричеством никто не заметил, что при натирании электризуемых тел, заряжается не только натираемое, но и натирающее тело. Иначе гипотеза Симмера просто бы не появилась. Но в том, что она появилась есть своя историческая справедливость.
Дуалистическая теория считала, что в телах обычном состоянии содержатся два рода электрической жидкости в РАЗНЫХ количествах, нейтрализующих друг друга. Электризация объяснялась тем, что соотношение положительных и отрицательных электричеств в телах менялось. Не очень понятно, но надо же было как-то объяснять реально существующие явления.
Обе гипотезы с успехом объясняли основные электростатические явления и долгое время конкурировали друг с другом. Исторически дуалистическая теория предвосхитила ионную теорию проводимости газов и растворов.
Изобретение вольтова столба в 1799 г. и последовавшее за ним открытие явления электролиза позволило сделать выводы о том, что при электролизе жидкостей и растворов в них наблюдается два противоположных направления движения зарядов – положительного и отрицательного. Дуалистическая теория торжествовала, так как при разложении, например, воды наглядно можно было видеть, что на положительном электроде выделяются пузырьки кислорода, а на отрицательном – водорода. Однако и здесь было не все гладко. При разложении воды количество выделяемых газов было неодинаково. Водорода было вдвое больше кислорода. Это ставило в тупик. Как мог бы помочь ученым того времени любой нынешний школьник, знающий, что в молекуле воды на атом кислорода приходится два атома водорода (знаменитое ашдвао) но химики до этого еще не додумались.
Нельзя сказать, что эти теории были понятны не только учащимся, но и самим ученым. Революционный демократ А.И. Герцен, кстати, выпускник физико-математического факультета Московского университета, писал, что эти гипотезы не помогают, а даже «делают страшный вред учащимся, давая им слова вместо понятий, убивая в них вопрос ложным удовлетворением. “Что есть электричество?” – “Hевесомая жидкость”. Не правда ли лучше было бы, если бы ученик отвечал: “Не знаю. ”?» Все-таки не прав был Герцен. Ведь в современной терминологии электрический ток ТЕЧЕТ от плюса к минусу источника, а не как-нибудь по другому передвигается и мы нисколько этим не огорчены.
Сотни ученых разных стран проводили тысячи опытов с вольтовым столбом, но только через двадцать лет датским ученым Эрстедом было открыто магнитное действие электрического тока. В 1820 г. было опубликовано его сообщение о том, что проводник с током влияет на показания магнитной стрелки. После многочисленных экспериментов он дает правило, по которому можно определить направление отклонения магнитной стрелки от тока или тока от направления магнитной стрелки. «Мы будем пользоваться формулой: полюс, который видит отрицательное электричество, входящим над собой, отклоняется к востоку». Правило настолько туманное, что современный грамотный человек не сразу и разберется как им воспользоваться, а что же говорить о том времени, когда понятия еще не устоялись.
Андре-Мари Ампер Поэтому Ампер в труде, представленном Парижской академии наук, сначала решает принять одно из направлений токов за основное, а потом дает правило, по которому можно определить действие магнитов на токи. Читаем: «Так как мне пришлось бы постоянно говорить о двух противоположных направлениях, по которым текут оба электричества, то, во избежание излишних повторений, после слов НАПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА, я буду всякий раз подразумевать ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО электричества» Так впервые было введено ныне общепринятое правило направления тока. Ведь до открытия электрона было более семидесяти лет.
В 17-19 веках в Европе получила широкое распространение МНЕМОНИКА. или искусство запоминания, то есть система различных приемов, облегчающих запоминание путем образования искусственных ассоциаций. Например известны стихи для запоминания числа ПИ – «Кто и шутя и скоро пожелаетъ…», которым более ста лет. Или присказку на счет фазанов и охотников для запоминания порядка расположения цветов солнечного спектра.. Это мнемонические правила.
Такое же правило было придумано Ампером для определения направлений сил на проводник с током. Оно называлось «правилом пловца». Мы его не приводим, потому что оно было тоже неудачным и не привилось. Но направление тока во всех правилах подразумевало движение ПОЛОЖИТЕЛЬНО заряженных частиц.
Этого канона придерживался позже и Максвелл, придумавший правило «пробочника» или «буравчика» для определения направления магнитного поля катушки. Оно знакомо каждому школьнику. Однако вопрос об истинном направлении тока оставался открытым. Вот что писал Фарадей: «Если я говорю. что ток идет от положительного места к отрицательному, то лишь в согласии с традиционным, хотя до некоторой степени молчаливым соглашением, заключенным между учеными и обеспечивающим им постоянное ясное и определенное средство для указания направления сил этого тока».
История одного парадокса электротехники После открытия электромагнитной индукции Фарадеем (наведение тока в проводнике в изменяющемся магнитном поле) возникла необходимость для определения направления индуцированного тока. Это правило дал выдающийся русский физик Э.Х.Ленц. Оно гласит: «Если металлический проводник перемещается вблизи тока или магнита, то в нем возникает гальванический ток. Направление этого тока таково, что покоящийся провод пришел бы от него в движение, противоположное действительному перемещению». То есть правило сводилось к такому типу, как «спроси совет и поступи наоборот».
Правила, известные нынешним выпускника школ, как «правило левой руки» и «правило правой руки» в окончательном виде предложил английский физик Флеминг и служат они для ОБЛЕГЧЕНИЯ ЗАПОМИНАНИЯ физического явления физикам, студентам и школьникам, а не для того, чтобы им морочить головы.
Эти правила широко вошли в практику и учебники физики и после открытия электрона очень многое пришлось бы изменять и не только в учебниках, если указывать истинное направление тока. Так и живет эта условность более полутора столетий. Сначала она не вызывала трудностей, но с изобретением электронной лампы (по иронии судьбы первую радиолампу изобрел Флеминг) и широким применением полупроводников начали возникать трудности. Поэтому физики и специалисты по электронике предпочитают говорить не о направлениях электрического тока, а о направлениях движения электронов, или зарядов. Но электротехника по-прежнему оперирует старыми определениями. Иногда это вызывает путаницу. Можно было бы внести коррективы, но не вызовет ли это больше неудобств, чем существующие?
Автор статьи: Хасапов Б. Г.

3.2.1 Сила тока. Постоянный ток

Видеоурок 1: Электрический ток. Сила тока

Видеоурок 2: Электродвигатель постоянного тока

Лекция: Сила тока. Постоянный ток

Электрический ток

Ни один современный человек не может обойтись без использования электрического тока. Данное понятие характеризует упорядоченное движение зарядов, благодаря чему происходит их перенос из одной области пространства в другую. Такое упорядоченное движение может происходить во многих веществах — будь-то твердые тела, жидкости, газы или даже вакуум.

Например, если мы возьмем аккумулятор, полюса соединим проводниками, то начнется движение зарядов от плюса к минусу. Это является примером тока в металлических телах.

А теперь давайте представим соль, растворенную в воде. В эту воду опускаем два электрода, подключенных к электричеству. В результате прохождения тока к одному электроду будут стремиться положительные ионы раствора, а к другому — отрицательные ионы. Это является примером тока в электролитах.

Примером тока в газовой среде является молния. В результате создания двух мощных полей происходит пробой диэлектрической среды. Это, в свою очередь, влечет за собой появление искры.

А давайте теперь рассмотрим иной пример: возьмем большое заряженное тело и начнем передвигать его в пространстве. Исходя из определения электрического тока, имеется и заряд, и его направленное движение. Это значит, что намеренное перемещение объемного заряда также является током. Он называется конвекционным.

А теперь давайте рассмотрим проводник, который нагревают. Что с ним происходит? Электроны начинают двигаться. И чем выше температура проводника, тем быстрее они двигаются. Но давайте ответим, какое это движение? Хаотическое! Основной отличительной чертой тока от любого другого движения является то, что все заряды должны двигаться направленно. Поэтому движение заряженных частиц, вызванное увеличением температуры, нельзя назвать током.

Также стоит отметить, что при любом перемещении нейтрально заряженного тела, такое движение также нельзя назвать током, поскольку не происходит перемещение заряда в пространстве.

Направление движения частиц

Все это время мы говорили о заряженных частицах, не уточняя, какой знак они имеют. Следует отметить, что все положительные частицы двигаются от положительного полюса к отрицательному. Отрицательные же частицы наоборот. Однако положительные и отрицательные частицы имеются далеко не во всех веществах. Они есть, например, в электролитах, газах и других веществах.

Однако, во всем мире, за направление тока принимают то направление, в котором двигаются положительные частицы. То есть принято считать, что ток двигается от положительного полюса к отрицательному. Данное правило противоречит движение тока в металлах, поскольку в этих веществах заряд несут именно электроны, а двигаться они должны от плюса к минусу. Данное направление исторически выбрано А. Ампером в начале 19 века.

Действия тока

Ток используют для самых разнообразных целей. Однако существует несколько основных видов действия электрического тока.

1. Тепловое. Как нам известно, все тела, которые двигаются, обладают кинетической энергией. А чем больше данная энергия, тем больше температура тела. В данном случае движение заряженных частиц приводит к нагреванию проводника. Именно благодаря такому свойству тока мы используем утюг, фен, нагревательные печи и многие другие приборы.

2. Магнитное. Во время прохождения электрического тока вокруг тела начинает появляться магнитное поле. Это заметил Ампер, проводивший опыты с током рядом с компасом. Во время прохождения тока стрелка компаса начинала двигаться. Именно на основе данного свойства изготавливают электромагниты.

3. Химическое. В то время, когда ток проходит через произвольный электролит, происходит разделение его на положительные и отрицательные ионы. Этот принцип лежит в основе покрытия некоторых деталей или украшений медью, серебром или другими элементами.

Постоянный ток

В школьной программе используется понятие постоянного тока. Если за некоторые одинаковые промежутки времени через одинаковое сечение проводника прошло определенное равное значение тока, то такой ток называется постоянным.

Физическая величина, что характеризует величину заряда, прошедшего за определенное время называют силой тока.

Сила тока измеряется в Амперах (А)

Еще одна ФВ, что характеризует ток, — это его плотность.

Плотность показывает насколько много зарядов прошло через некоторое сечение за единицу времени.

Скорость движения зарядов

Если мы включим свет в какой-либо комнате, то нам покажется, что он загорится моментально. Однако на самом деле это не так. Между тем, как вы включили выключатель, и тем, когда заряды дойдут до лампочки, проходит некоторое время. Ток передвигается со скоростью равной скорости света, то есть 3*108 м/с.

Сила тока

Господа, всем привет!

Сегодня речь пойдет о таком фундаментальном понятии физики вообще и электроники в частности, как сила тока. Каждый из вас, наверняка, не раз слышал этот термин. Сегодня мы постараемся разобраться в нем чуть получше.

Сегодня речь в первую очередь пойдет о постоянном токе. То есть о таком, величина которого все время постоянна по силе и по направлению. Уважаемые господа зануды могут начать докапываться — а что значит «все время»? Нет такого термина. На это можно ответить, что величина тока не должна меняться на протяжении всего времени наблюдения.

Итак, ток. Сила тока. Что же это такое? Все достаточно просто. Током называется направленное движение заряженных частиц. Заметьте, господа, именно направленное. Беспорядочное – тепловое – движение, от которого носятся туда-сюда электроны в металле или ионы в жидкости/газе нас мало интересует. А вот если на это беспорядочное движение наложить перемещение всех частиц в одну сторону – так это совсем иной коленкор.

Какие могут быть заряженные частицы? А вообще, пофиг какие, без разницы. Положительные ионы, отрицательные ионы, электроны – значение не имеет. Если мы имеем направленное движение этих уважаемых товарищей – значит, имеет место быть электрический ток.

Очевидно, ток имеет какое-либо направление. За направление тока принято принимать движение положительных частиц. То есть, хоть электроны и бегут от минуса к плюсу, считается, что направление тока в этом случае обратное — от плюса к минусу. Вот так вот все закручено. Что поделаешь – дань традиции.

Схематичное изображение проводника с током приведено на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схематичное изображение проводника с током

Представим себе облако с комарами. Да, знаю, мерзкие существа, а уж облако – вообще жуть какая-то. Но все же, подавив отвращением, попытаемся их вообразить. Так вот, в этом облаке каждый мерзкий комар летает сам по себе. Это беспорядочное движение. А теперь представим себе спасительный ветерок. Он уносит одновременно всю эту комариную орду в одну сторону, будем надеяться, от нас. Это направленное движение. Заменив комаров на электроны, а ветерок – на некую таинственную движущую силу получим в общем-то некую аналогию с электрическим током.

Чаще всего имеет место быть ток, вызванный движением электронов. Да, друзья, во всей нашей жизни нас окружают бедные электрончики, вынужденные направленно, можно сказать строем, перемещаться под действием принуждающей силы. Они бегут по проводам линий электропередач, во всех наших розетках, во всех наших умных девайсах – компах, ноутах, смартфонах и работают просто как папа Карло, чтобы облегчить нашу нелегкую жизнь и наполнить ее приятностями.

Комары – комарами, это все круто, но настало время формальных определений.

Итак, господа, сила тока – это отношение заряда Δq , который переносится через некоторое сечение проводника S за время ∆t. Измеряется сила тока, как многие уже знают, в Амперах. Итак – ток в проводнике равен 1 Амперу, если через этот проводник проходит 1 Кулон за 1 секунду.

«Отлично!» — воскликнет уважаемый читатель. И что мне делать с этой формулой?!! Ну время ладно, у меня секундомер в айфоне есть, я засеку. А с зарядом как быть? Мне что, считать количество электронов в проводе и потом умножать на заряд одного электрона, благо это величина известная, чтобы определить ток?!

Спокойствие, господа! Все будет. Не спешите. Пока просто запомните, что была какая-то такая формулка. Потом окажется, что с ее помощью можно считать некоторые крутые вещи типа заряда конденсаторов и еще много чего.

Ну а пока… Пока можете взять амперметр, померить ток в цепи с лампочкой и узнать, какой заряд протекает каждую секунду через сечение проводника q = I·t = I·1c= I.

Да, каждую секунду через сечение проводника протекает заряд, равный силе тока в нем. Можете теперь умножить эту величину на заряд электрона (для тек кто забыл напоминаю, что он равен) и узнать, сколько электронов бежит в цепи. Может возникнуть ворос – нафига? Ответ автора – просто так, ради интереса. Практической пользы вы вряд ли из этого выжмите. Если только порадуете своего учителя. Задачка эта чисто академическая.

Может возникнуть вопрос – а как амперметр меряет ток? Он что, считает электроны? Конечно, нет, господа. Здесь мы имеем косвенные измерения. Они основаны на магнитном действии тока в дедовских аналоговых стрелочных амперметрах или на законе ома – путем преобразования протекающего тока через известное сопротивление в напряжение и последующей его обработкой – во всех современных мультиметрах. Но об этом чуть позже.

Теперь, прикола ради, оценим скорость с которой направленно перемещаются электроны в проводнике. Погодите читать дальше. Притормозите. Какая на ваш взгляд может быть скорость? Хотя бы порядок цифр? Скажу честно, когда будучи зеленым школяром, только-только начинающим нюхать физику, нам наш старый учитель задал этот вопрос, у меня в голове возникли цифры, близкие к скорости света. Я был уверен, что электроны движутся в проводниках не просто быстро, а очень быстро. Поэтому результаты расчета меня немного шокировали.

Сейчас я приведу этот расчет. Он довольно прост и должен перевариться даже гуманитариями. Если же у вас индивидуальная непереносимость матана, что ж, можете просто глянуть на результат.

Вспомним про наш заряд ∆q, которые проходит за время ∆t через сечение проводника ∆S про который мы говорили чуть выше. Как истинные математики, усложним его до безобразия, чтобы только после напряжения мозга было понятно, что мы написали тождество.

Господа, чесслово, никакого обмана. e − заряд электрона, n − концентрация электронов, то есть число штук в одном кубическом метре, v − скорость движения электронов. Очевидно, что v∙∆t∙∆S− это по сути объем, который пройдут элеткроны. Концентрацию множим на объем – получаем штуки, сколько штук электронов прошло. Штуки множим на заряд одного электрона – получаем общий заряд, прошедший через сечение. Я ж говорил, что все честно!

Введем понятие плотности тока. Зануды, которые уже что-то читали про это, сейчас воскликнут – ага, это векторная величина! Не спорю, господа, векторная. Но мы, для упрощения и без того нелегкой жизни, будем считать, что направление вектора плотности тока совпадает с осью проводника, что и бывает в большинстве случаем. Поэтому векторы сразу становятся скалярами. Грубо говоря, плотность тока – это сколько ампер приходится на один квадратный метр сечения проводника. Очевидно, для этого надо разделить силу тока на площадь. Имеем

Теперь, надеюсь, понятно, зачем мы так преобразовывали формулу? Чтобы сократить кучу всего!

Помним главное – мы ищем скорость. Выражаем ее:

Все бы хорошо, но концентрацию мы пока не знаем. Вспоминаем химию. Там была такая формулка

Где ρ=8900 кг/м³– плотность меди, N_A=6·10²³ число Авогадро, M=0,0635 кг/моль – молярная масса.

Господа, надеюсь не будет необходимости объяснять, откуда эта формула взялась. С химией я не очень дружу, честно. Хоть я все 11 лет проучился в школе с углубленным изучением химии, однако, в 8 классе я поступил в физико-математический класс, увлекся физикой, в особенности той ее частью, где рассказывается про электричество, а на химию, можно сказать, подзабил. Собственно, глубоко нас ее и не спрашивали, мы были физматиками . Однако, если вдруг-внезапно все-таки возникнет необходимость, я-таки готов углубиться в эти химические дебри и рассказать вам что здесь к чему.

Таким образом, скорость движения электронов в проводнике с током равна

Подставим конкретные числа. Зададимся для определенностью плотностью тока в 5 А/мм².

Все остальные числа у нас уже есть. Может возникнуть вопрос – а почему именно 5 А/мм².

Все просто, господа. Люди не в первый год занимаются электроникой. Накоплен некоторый опыт в этой сфере, или, выражаясь языком науки, эмпирические данные. Так вот, эти эмпирические данные гласят, что допустимая плотность тока в медных проводах составляет, обычно 5-10 А/мм². При большей плотности тока возможен недопустимый перегрев проводника. Однако, для дорожек на печатной плате эта величина значительно больше и составляет 20 А/мм² и даже более. Впрочем, это тема уже совсем другой беседы. Вернемся к нашей задаче, а именно, к вычислению скорости электронов в проводнике. Подставляя числа, получаем, что

Господа, расчет неопровержимо показывает, что электроны в проводнике с током движутся всего лишь со скоростью 0,37 миллиметра в секунду! Очень медленно. Правда следует помнить, что это не тепловое движение, а именно направленное. Тепловое движение намного, намного больше, порядка 100 км/с. Резонный вопрос – а почему же свет вспыхивает мгновенно, когда я поворачиваю выключатель? А помните, я говорил про некоторую принуждающую силу? Дело в ней! Но об этом – в следующей статье. Огромной вам всем удачи, и до новых встреч!

Вступайте в нашу группу Вконтакте

Вопросы и предложения админу: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Электричество и электрон | Клуб электроники

Следующая страница: Последовательные и параллельные

См. Также: символы и электрические схемы

Что такое электричество?

Электричество — это поток заряда по цепи , переносящий энергию от аккумулятор (или источник питания) для таких компонентов, как лампы и двигатели.

Электричество может течь только при наличии полной цепи от батареи через провода к компонентам и снова обратно к батарее.

На схеме изображена простая схема из аккумулятора, проводов, выключателя и лампы. Переключатель работает путем размыкания цепи.

При разомкнутом переключателе цепь разомкнута — электричество не течет и лампа не горит.

При замкнутом переключателе цепь замкнута — электричество течет и лампа горит. Электричество переносит энергию от батареи к лампе.

Мы можем видеть, слышать или ощущать эффекты протекающего электричества, такие как освещение лампы, звон колокола или вращение мотора — но мы не можем видеть само электричество, так в какую сторону оно течет?

В каком направлении течет электричество?

Мы говорим, что электричество течет от положительной (+) клеммы батареи к отрицательная (-) клемма аккумуляторной батареи.Мы можем представить частицы с положительным электрический заряд течет в этом направлении по цепи, как красные точки на схеме.

Этот поток электроэнергии называется условным током , и это направление потока используется во всей электронике.

Однако это еще не полный ответ, потому что движущиеся частицы фактически имеют отрицательный заряд, и они текут в обратном направлении! Пожалуйста, прочтите …

Мнимые положительные частицы, движущиеся в направлении
условного тока

Электрон

Когда было открыто электричество, ученые провели множество экспериментов, чтобы выяснить, в каком направлении электричество текло по цепям.В те далекие дни они обнаружили, что это было невозможно определить направление потока.

Они знали, что существует два типа электрического заряда: положительный (+) и отрицательный (-), и они решили сказать, что электричество — это поток положительного заряда от положительного к отрицательному. Они знали, что это предположение, но решение нужно было принять. Все, что было известно в то время, можно было бы объяснить, если бы электричество было отрицательный заряд течет в другую сторону, от отрицательного к положительному.

Электрон был открыт в 1897 году, и было обнаружено, что он имеет отрицательный заряд.В предположение, сделанное в первые дни появления электричества, оказалось неверным! Электричество почти во всех Проводники действительно представляют собой поток электронов (отрицательный заряд) от отрицательного к положительному.

К тому времени, как электрон был открыт, идея электричества течет от положительного к отрицательному (обычный ток) прочно утвердился. К счастью, подумать не проблема электричества таким образом, потому что положительный заряд, текущий вперед эквивалентен отрицательному заряду, текущему назад .

Использовать обычный ток

Во избежание путаницы вы должны всегда использовать обычный ток при попытке понять, как работают схемы, представьте, что положительно заряженные частицы текут от положительного к отрицательному.

электрических цепей | HowStuffWorks

Когда вы вставляете аккумулятор в электронное устройство, вы не просто высвобождаете электричество и отправляете его для выполнения задачи. Отрицательно заряженные электроны хотят попасть в положительную часть батареи — и если им придется увеличить скорость вашей личной электробритвы, чтобы добраться туда, они это сделают.На очень простом уровне это очень похоже на воду, текущую по ручью, и ее заставляют вращать водяное колесо, чтобы добраться из точки А в точку Б.

Используете ли вы аккумулятор, топливный элемент или солнечный элемент для производства электроэнергии, три все всегда одно и то же:

Источник электричества должен иметь два вывода: положительный вывод и отрицательный вывод.
Источник электричества (будь то генератор, батарея или что-то еще) будет выталкивать электроны из своего отрицательного вывода при определенном напряжении.Например, одна батарейка AA обычно выталкивает электроны при напряжении 1,5 вольт.
Электроны должны будут течь от отрицательной клеммы к положительной через медный провод или другой провод. Когда есть путь, который идет от отрицательного к положительному выводу, у вас есть цепь , и электроны могут течь через провод.

К середине цепи можно подключить нагрузку любого типа, например, лампочку или двигатель. Источник электричества питает нагрузку, и нагрузка будет выполнять любую задачу, для которой она предназначена, от вращения вала до генерации света.

Электрические цепи могут быть довольно сложными, но в основном у вас всегда есть источник электричества (например, батарея), нагрузка и два провода для передачи электричества между ними. Электроны движутся от источника через нагрузку и обратно к источнику.

Движущиеся электроны обладают энергией. Когда электроны перемещаются из одной точки в другую, они могут выполнять свою работу. Например, в лампе накаливания энергия электронов используется для создания тепла, а оно, в свою очередь, создает свет.В электродвигателе энергия электронов создает магнитное поле, и это поле может взаимодействовать с другими магнитами (посредством магнитного притяжения и отталкивания), создавая движение. Поскольку двигатели так важны для повседневной деятельности и поскольку они, по сути, являются генератором, работающим в обратном направлении, мы рассмотрим их более подробно в следующем разделе.

GCSE PHYSICS — Какая сторона батареи положительная? — Что такое обычный ток? — Что такое электронный поток?

GCSE PHYSICS — Какая сторона батареи положительная? — Что такое обычный ток? — Что такое электронный поток? — ОБУЧЕНИЕ НАУКА.

gcsescience.com 2 gcsescience.com

Электроэнергия

Какая сторона батареи положительный?

Ячейка или батарея тянется длинным линия и более короткая линия.
Длинная линия — это положительная сторона (плюс длиннее).
Короткая линия — это отрицательная сторона (минус короче).

Что такое обычный ток?

Все электрические схемы нарисованы
как будто электричество течет из положительный на отрицательный.
Это называется обычным Текущий.

В металлах, мы знаем это электричество поток электронов
и электроны отрицательно заряженный.
Следовательно, электроны должны вытекать из отрицательного в положительную,
так как они они отталкиваются отрицательной стороной
ячейки и привлек в положительную сторону.Поток
электронов от отрицательного к положительному называется потоком электронов.

Почему электрические цепи намеренно рисуются с использованием условного тока
, когда мы знаем, что это неправильно?
Ответ.

Ссылки Электричество Вопросы по пересмотру

gcsescience.com Викторина по физике Показатель Электричество Викторина gcsescience.com

Дом GCSE химия GCSE Физика

Что такое полупроводник N-типа и P-типа? | Полупроводник

Движение электронов и дырок в полупроводнике

полупроводник n-типа

Электроны движутся к плюсовому полюсу.В это время ток течет в направлении, противоположном движению электронов.

полупроводник p-типа

Электроны — это то, что на самом деле движется, но дырки, кажется, движутся в направлении отрицательного полюса.

В результате в полупроводниках как p-типа, так и n-типа может протекать ток, но они не так проводимы, как металл. Следовательно, нет необходимости использовать полупроводники, если единственная цель — ток или проводимость.Преимуществами или характеристиками полупроводника являются его способность разрешать или останавливать ток в зависимости от определенных условий. Основным принципом полупроводника является его выпрямительное поведение с использованием p-n-перехода.

Когда напряжение приложено в прямом направлении p-n перехода

Когда напряжение приложено к p-n переходу так, что p становится положительным, дырки и электроны могут перемещаться к границе раздела.
Когда дырки и электроны встречаются на границе раздела (стыке), электроны прыгают в дырки, и оба исчезают. После того, как эти электроны удалены, больше электронов течет в n-слой, а электроны вытекают из p-слоя, создавая новые дырки. Это повторяется, позволяя току продолжать течь.

При приложении напряжения в обратном направлении от p-n перехода

Вот область, в которой нет дырок и электронов … называется обедненным слоем.

Напряжение подается на p-n переход, так что n становится плюсом.
Поскольку дырки и электроны удаляются друг от друга, они не встречаются на границе раздела, и ток не может течь. Близко к границе раздела образуется область, называемая обедненным слоем, в которой нет дырок и электронов, и это обеспечивает сопротивление напряжению.
В результате мы знаем, что в p-n-переходе происходит выпрямление.

Как работает аккумулятор?

Энергия не может быть создана или уничтожена, но может быть сохранена в различных формах.Один из способов его хранения — использование в батарее химической энергии. При включении в цепь батарея может вырабатывать электричество.

Батареи преобразуют химическую энергию в электрическую

Батарея имеет два конца — положительный полюс (катод) и отрицательный полюс (анод). Если соединить две клеммы проводом, образуется цепь. Электроны будут течь по проводу, и будет производиться электрический ток.Внутри батареи происходит реакция между химическими веществами. Но реакция происходит только при наличии потока электронов. Батареи можно хранить в течение длительного времени и при этом продолжать работать, потому что химический процесс не начинается до тех пор, пока электроны не потекут с отрицательной клеммы на положительную по цепи.

В батарее происходит химическая реакция

Простой пример — лимонная батарея

Начнем с очень простой батареи, в которой используется лимон, в который вставлены два разных металлических предмета, например гальванизированный гвоздь и медная монета или проволока.Медь служит положительным электродом или катодом, а оцинкованный (оцинкованный) гвоздь — отрицательным электродом или анодом, производящим электроны. Эти два объекта работают как электроды, вызывая электрохимическую реакцию, которая генерирует небольшую разность потенциалов.

Поскольку атомы меди (Cu) притягивают электроны больше, чем атомы цинка (Zn), если вы поместите кусок меди и кусок цинка в контакт друг с другом, электроны перейдут от цинка к меди. Когда электроны концентрируются на меди, они отталкиваются друг от друга и останавливают поток электронов от цинка к меди.С другой стороны, если вы поместите полоски цинка и меди в проводящий раствор и соедините их снаружи проводом, реакции между электродами и раствором позволят электронам непрерывно течь через провод.

ЛИМОННАЯ БАТАРЕЯ

Как работает лимонная батарейка?

Лимонная батарея состоит из лимона и двух металлических электродов из разных металлов, таких как медный пенни или проволока и гальванизированный (оцинкованный) гвоздь.

Энергия для батареи исходит не от лимона, а от химического превращения цинка (или другого металла). Цинк окисляется внутри лимона, обмениваясь некоторыми из его электронов, чтобы достичь более низкого энергетического состояния, и высвобождаемая энергия обеспечивает энергию. Лимон просто создает среду, в которой это может произойти, но они не расходуются в процессе.

Если предположить, что используются цинковые и медные электроды (например, медная монета и оцинкованный гвоздь), то один лимон может произвести приблизительно 0.9 Вольт. Слева последовательная цепь лимонов показывает, что вырабатывается напряжение 3,41 вольт.

ПРИМЕЧАНИЕ: Можно использовать картофель, яблоки, квашеную капусту или любые другие фрукты или овощи, содержащие кислоту или другой электролит, но лимоны предпочтительнее из-за их более высокой кислотности. Например, в картофеле электролитом является фосфорная кислота, а в лимонах — лимонная кислота.

В лимонной батарее происходят как окисление (потеря электронов), так и восстановление (увеличение количества электронов).Эта батарея похожа на оригинальные «простые гальванические элементы», изобретенные Алессандро Вольта (см. Ниже). На аноде металлический цинк окисляется и попадает в кислый раствор в виде ионов Zn2 +:

Zn -> Zn2 + + 2 е-

На медном катоде ионы водорода (сольватированные протоны из кислого раствора в лимоне) восстанавливаются с образованием молекулярного водорода:

2H ++ 2e- -> h3

Что заставляет электроны двигаться?

Когда вы отпускаете мяч, который вы держите, он падает на землю, потому что гравитационное поле Земли тянет мяч вниз.Точно так же заряженным частицам, таким как электроны, необходимо проделать работу, чтобы переместить их из одной точки в другую. Количество работы на единицу заряда называется разностью электрических потенциалов между двумя точками. Единица измерения разности потенциалов называется вольт.

Разность потенциалов между катодом и анодом возникает в результате химической реакции. Внутри батареи электроны подталкиваются химической реакцией к положительному концу, создавая разность потенциалов.

Именно эта разность потенциалов движет электроны по проводу.

Разница потенциалов может быть положительной или отрицательной, подобной гравитационной энергии при движении вверх или вниз по холму. В батарее поток электронов идет вниз … электроны могут течь вверх, как в случае зарядного устройства.

Почему электроны просто не перемещаются от анода к катоду внутри батареи?

Электролит в батарее не дает одиночным электронам идти прямо от анода к катоду внутри батареи.Когда клеммы соединены проводящим проводом, электроны могут легко перетекать от анода к катоду.

В каком направлении движутся электроны в проводе?

Электроны заряжены отрицательно, поэтому они будут притягиваться к положительному концу батареи и отталкиваться отрицательным концом. Когда батарея подключена к устройству, которое позволяет электронам проходить через нее, они текут от отрицательного (анода) к положительному (катодному) выводу.

Кто изобрел электрохимический элемент (батарею)?

ПЕРВАЯ БАТАРЕЯ VOLTA

Аккумулятор Volta считается первым электрохимическим элементом. Он состоит из двух электродов: один из цинка, другой из меди. Электролит — серная кислота или смесь соли и воды. Электролит существует в форме 2H + и SO42-.Цинк, содержание которого в электрохимическом ряду выше, чем у меди и водорода, вступает в реакцию с отрицательно заряженным сульфатом SO42-. Положительно заряженные ионы водорода (протоны) захватывают электроны из меди, образуя пузырьки газообразного водорода h3. Это делает цинковый стержень отрицательным электродом, а медный стержень — положительным электродом.

Теперь у нас есть две клеммы, и ток будет течь, если мы их соединим. Реакции в этой ячейке следующие:

цинк

Zn -> Zn2 + + 2e-

серная кислота

2H + + 2e- -> h3

Медь не реагирует, действуя как электрод для химической реакции.

Как работает современный аккумулятор (угольно-цинковый аккумулятор)?

Сухой цинк-угольный элемент или батарея упакованы в цинковую банку, которая служит одновременно контейнером и отрицательной клеммой (анодом). Положительный вывод представляет собой углеродный стержень, окруженный смесью диоксида марганца и углеродного порошка. Используемый электролит представляет собой пасту из хлорида цинка и хлорида аммония, растворенных в воде.Углеродный (графитовый) стержень — это то, что собирает электроны, выходящие из анодной части батареи, чтобы вернуться к катодной части батареи. Углерод является единственным практичным проводящим материалом, потому что любой обычный металл быстро разъедает положительный электрод в солевом электролите.

Цинк окисляется в соответствии со следующим полууравнением.
Zn (s) -> Zn2 + (водн.) + 2 e- [e ° = -1,04 вольт]

Диоксид марганца смешивают с углеродным порошком для увеличения электропроводности.Реакция протекает следующим образом:

2MnO2 (s) + 2 e- + 2Nh5Cl (водн.) ->
Mn2O3 (s) + 2Nh4 (водн.) + H3O (водн.) + 2 Cl- [e ° ˜ +.5 v]

и CL сочетается с Zn2 +.

В этой полуреакции марганец восстанавливается со степени окисления (+4) до (+3). Возможны и другие побочные реакции, но общую реакцию в углеродно-цинковом элементе можно представить как:

Zn (тв) + 2MnO2 (тв) + 2Nh5Cl (водный раствор) —> Mn2O3 (тв) + Zn (Nh4) 2Cl2 (водный раствор) + h3O (ж)

Батарея имеет эл.м.ф. около 1,5 В.

Какие бывают типы батарей?

В разных типах батарей используются различные химические вещества и химические реакции. Вот некоторые из наиболее распространенных типов батарей:

Щелочная батарея

Используется в Duracell® и Energizer® и других щелочных батареях.Электроды из цинка и оксида марганца. Электролит представляет собой щелочную пасту.

Свинцово-кислотный аккумулятор

Они используются в автомобилях. Электроды изготовлены из свинца и оксида свинца с сильной кислотой в качестве электролита.

Литиевая батарея	Эти батарейки используются в фотоаппаратах для лампы-вспышки.Они сделаны из лития, иодида лития и иодида свинца. Они могут подавать скачки электричества для вспышки.
Литиевая батарея	Эти батарейки используются в фотоаппаратах для лампы-вспышки. Они сделаны из лития, иодида лития и иодида свинца. Они могут подавать скачки электричества для вспышки.
Литий-ионный аккумулятор	Эти батареи используются в портативных компьютерах, сотовых телефонах и другом портативном оборудовании с высокой нагрузкой.
Никель-кадмиевый или никель-кадмиевый аккумулятор	Электроды из гидроксида никеля и кадмия. Электролит — гидроксид калия.
Угольно-цинковая батарея или стандартная угольная батарея —	Цинк и углерод используются во всех обычных или стандартных сухих батареях AA, C и D. Электроды изготовлены из цинка и углерода, между которыми находится паста из кислотных материалов, служащая электролитом.

ССЫЛКИ И ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Potato Power: Руководство для учителя
История батареи
Электрохимические реакции
Углеродно-цинковая батарея
Углеродно-цинковая батарея — Как они работают?
Как работают батареи Анимированное руководство по науке об аккумуляторах

Оценка Вопросы:

M крайний Вопросы на выбор

Как определяется знак напряжения плюс и минус для сопротивления падениям напряжения и тока аккумуляторной батареи?

Знак «плюс» и «минус» для напряжения сопротивления, падения для напряжения батареи и падения для токов определяется по соглашению.Вы можете использовать любой метод, какой захотите — до тех пор, пока вы используете его последовательно, ваши аналитические результаты будут для вас правильными.

Однако общепринятое соглашение лучше всего. Таким образом, другие люди, просматривающие ваши результаты, не будут сбиты с толку, если, конечно, они не используют нетипичное соглашение.

Электрический ток — это поток электронов. Клемма батареи, обозначенная «отрицательной», или катод, является источником электронов, и эти электроны притягиваются к «положительной» клемме или аноду и текут к ней.

Рассмотрим простую схему, состоящую из батареи, соединенной последовательно с резистором. Нарисуйте батарею слева анодом вверх. Нарисуйте резистор справа. Подключите анод к верхней части резистора, а катод к нижней части схемы. (На самом деле, это тоже параллельная цепь, в которой батарея параллельно резистору. Это зависит от того, как вы ее видите, потому что это простая схема.)

Ток течет через нижнюю (катодную, отрицательную) клемму батареи , в нижнюю часть резистора, через резистор вверх, влево и в верхнюю (анодную, положительную) клемму батареи и вниз через батарею, замыкая цепь на катоде.Это против часовой стрелки, если вы нарисовали схему, как указано.

Если вы поместите вольтметр на батарею, вы увидите, что анод (вверху) более положительный, чем катод. Если вы поместите вольтметр на резистор, вы увидите, что верхняя часть более положительна, чем нижняя. Неважно, измеряете ли вы на батарее или на резисторе, напряжение будет одинаковым. Если вы поместите вольтметр поперек провода внизу или поверх провода вверху, вы увидите, что напряжение равно нулю.

Покончив с предварительными мероприятиями, теперь перейдем к соглашению.

Ток идет против часовой стрелки от катода к аноду. Если бы вы нарисовали стрелку тока, вы могли бы провести ее против часовой стрелки, вниз через батарею и вверх через резистор. Вы бы пометили первую точку, с которой встречается ток (нижняя часть резистора), как отрицательную или отрицательную. По мере того, как ток проходит через резистор, он становится более положительным, поэтому вы можете обозначить верхнюю часть резистора положительным или плюсовым.Переходим к аноду. Это тоже плюс. Ток становится более отрицательным из-за того, что источником является батарея, а не нагрузка, поэтому катод отрицательный.

Эти плюсы и минусы относятся друг к другу, и они также относятся к некоторой общей контрольной точке, указанной точкой по соглашению является катод. В этой простой схеме есть только одна точка, которая имеет напряжение, отличное от катода, и это анод, поэтому это различие может быть расплывчатым.

Рассмотрим случай, когда резистор состоит из двух последовательно соединенных резисторов.Опять же, нижний резистор начинает минус при его подключении к катоду, он становится более положительным по мере увеличения тока, делая верх нижнего резистора плюсом. Нижняя часть верхнего резистора отрицательна, потому что в нее течет ток, и она становится более положительной по мере увеличения тока, а верхняя часть верхнего резистора — плюсом.

Когда вы измеряете напряжение на элементе, вы видите напряжение для этого элемента. Если вместо этого вы измеряете напряжение относительно общей контрольной точки, а между выводами вольтметра находится более одного элемента, вы складываете повышение или понижение напряжения, чтобы выяснить, чего ожидать.Фактически, это основа закона Кирхгофа по напряжению — сумма со знаком падений напряжения в последовательной цепи всегда равна нулю.

Итак, это предварительное соглашение заключается в том, что поток тока покидает отрицательную клемму источника напряжения или тока и попадает на отрицательную клемму нагрузки по напряжению или току. Затем он входит в положительную клемму источника напряжения или тока и покидает положительную клемму нагрузки по напряжению или току.

Теперь, чтобы запутать вас, другое соглашение гласит, что ток течет от плюса к минусу, а не от минуса к плюсу.Это означает, что ток покидает плюсовую клемму источника и входит в плюсовую клемму нагрузки, а также входит в минусовую клемму источника и покидает минусовую клемму нагрузки.

На самом деле не имеет значения, какое соглашение вы используете. Положения знаков плюс и минус будут одинаковыми — просто текущая стрелка будет указывать в противоположном направлении — в этом примере по часовой стрелке, а не против часовой стрелки. Что важно, так это быть последовательным в использовании знака плюс или минус, когда ток входит и выходит из источника или нагрузки.

Условное обозначение текущего потока произвольно. Пока вы будете последовательны в своем приложении, вы получите правильные результаты.

Обычно считается, что ток является потоком электронов, что означает, что ток течет от отрицательной стороны источника напряжения или тока к положительной стороне.

Однако часто считается, что ток течет от положительного к отрицательному. Хотя это упрощает восприятие схемотехнического анализа, это не меняет аналитических результатов.

Постоянный ток (DC) Электричество, Рон Куртус

SfC На главную> Физика> Электричество>

Рона Куртуса (от 11 января 2004 г.)

Постоянный ток или электричество постоянного тока — это непрерывное движение электронов из области отрицательных (-) зарядов в область положительных (+) зарядов через проводящий материал, например металлический провод. В то время как искры статического электричества состоят из внезапного движения электронов от отрицательной к положительной поверхности, электричество постоянного тока — это непрерывное движение электронов по проводу.

Цепь постоянного тока необходима для протекания тока или пара электронов. Такая схема состоит из источника электроэнергии (например, батареи) и проводящего провода, идущего от положительного конца источника к отрицательному. В схему могут быть включены электрические устройства. Электричество постоянного тока в цепи состоит из напряжения, тока и сопротивления. Поток электричества постоянного тока похож на поток воды через шланг.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

Что такое электричество постоянного тока?
Что такое напряжение, сила тока и сопротивление?
Как создать электричество постоянного тока?

Этот урок ответит на эти вопросы.Полезный инструмент: Конвертация единиц

Непрерывное движение электронов

Электричество постоянного тока — это непрерывное движение электронов через проводящий материал, например металлический провод. Электроны движутся к положительному (+) потенциалу в проводе.

На самом деле миллионы электронов пробиваются сквозь атомы в проволоке. Это просто иллюстрация движения.

Электросхема

Для протекания постоянного тока требуется электрическая цепь, состоящая из источника постоянного тока и провода, образующего замкнутую цепь. (Дополнительную информацию см. В разделе «Цепи постоянного тока».)

Фонарик — хороший пример цепи постоянного тока

Ток показан напротив

Хотя отрицательно заряженные электроны движутся по проводу к положительному (+) выводу источника электричества, ток обозначен как переходящий от положительного к отрицательному. Это досадное и сбивающее с толку соглашение.

Бен Франклин первоначально назвал заряды положительным (+) и отрицательным (-), когда изучал статическое электричество.Позже, когда ученые экспериментировали с электрическими токами, они сказали, что электричество перемещается от (+) к (-), и это стало условностью.

Это было до открытия электронов. На самом деле, отрицательно заряженные электроны движутся к положительному, а это направление противоположно тому, которое люди показывают движением тока. Это сбивает с толку, но, как только принято соглашение, исправить его трудно.

Напряжение, ток и сопротивление

Электричество, движущееся по проводу или другому проводнику, состоит из его напряжения ( В, ), тока ( I ) и сопротивления ( R ).Напряжение — это потенциальная энергия, ток — это количество электронов, протекающих по проводу, а сопротивление — это сила трения электронного потока.

Хороший способ представить себе электричество постоянного тока и понять взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением — это представить себе поток воды через шланг, как описано ниже.

Напряжение электрическое

На одном конце провода возникает потенциал или давление из-за избытка отрицательно заряженных электронов. Это как давление воды в шланге.Давление заставляет электроны перемещаться по проводу в область положительного заряда. Эта потенциальная энергия называется напряжением, единица измерения — вольт.

Электрический ток

Число электронов называется током, а его единицей измерения является ампер или ампер. Электрический ток подобен скорости, с которой вода течет по шлангу.

Сопротивление

Ом — это единица измерения электрического сопротивления. В проводнике, таком как кусок металла, атомы расположены так, что электроны могут легко проходить вокруг атомов с небольшим трением или сопротивлением.В непроводящем или плохом проводнике атомы расположены так, чтобы сильно сопротивляться или препятствовать перемещению электронов. Это сопротивление похоже на трение шланга о протекающую по нему воду.

Сравнение со шлангом

В следующей таблице сравнивается вода, протекающая по шлангу, и электричество постоянного тока, протекающее по проводам:

Вода в шланге	Постоянный ток в проводе	Электроагрегаты
давление	потенциал (В)	Вольт
расход	ток (I)	Ампер
трение	сопротивление (R)	Ом

Аналогия между шлангом и электричеством в проводе

Создание постоянного тока

Хотя статическое электричество может быть снято через металлический провод, оно не является постоянным источником постоянного тока.Вместо этого для создания постоянного тока используются батареи и генераторы постоянного тока.

Аккумуляторы

Батареи основаны на химических реакциях для создания электричества постоянного тока.

Автомобильный аккумулятор

Автомобильный аккумулятор состоит из свинцовых пластин в растворе серной кислоты. Когда пластины получают заряд от автомобильного генератора или генератора переменного тока, они химически изменяются и удерживают заряд. Затем этот источник постоянного тока можно использовать для питания автомобильных фар и тому подобного. Самая большая проблема с батареями этого типа заключается в том, что серная кислота очень едкая и опасная.

Лимонная батарея

Еще одна батарейка, которую вы можете сделать самостоятельно, — это лимонная батарейка. Он не требует зарядки, но зависит от кислотной реакции различных металлов.

Лучше всего работают медь и цинк. Вы можете использовать медный пенни или кусок медной проволоки. В качестве другого вывода можно использовать оцинкованный или оцинкованный гвоздь. Стандартный железный гвоздь подойдет, но не так хорошо.

Вставьте медную проволоку и оцинкованный гвоздь в обычный лимон и измерьте напряжение на металлах с помощью вольтметра.Некоторым людям удавалось тускло зажечь лампочку фонарика с этой батареей.

Генератор постоянного тока

Еще один надежный источник постоянного тока — генератор постоянного тока, который состоит из катушек проволоки, вращающихся между северным и южным магнитами. (Дополнительную информацию см. В разделе «Генерация электрического тока».)

Сводка

Постоянный ток или электричество постоянного тока — это непрерывное движение электронов от отрицательного к положительному через проводящий материал, такой как металлический провод.Цепь постоянного тока необходима для протекания тока или пара электронов. В цепи направление тока противоположно потоку электронов. Электричество постоянного тока в цепи состоит из напряжения, тока и сопротивления. Поток электричества постоянного тока похож на поток воды через шланг. Батареи и генераторы постоянного тока являются источниками для создания электричества постоянного тока.

Используйте свои творческие способности, чтобы сделать этот мир лучше

Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайтов

Описание постоянного тока — Простые иллюстрации DC

Электричество — Разница между переменным и постоянным током

Электроэнергетические ресурсы постоянного и переменного тока

Физические ресурсы

Книги

Книги по электричеству постоянного тока с самым высоким рейтингом

Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если да, отправьте свой отзыв по электронной почте.Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.

Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:

Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.