"Физика", Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е.
Электрический ток — упорядоченное движение заряженных частиц — проявляет себя по-разному. Он может нагревать проводник, вызывать химические превращения, создавать магнитное поле и воздействовать на живые организмы. Эти действия объясняют работу плиток, ламп, электромагнитов и устройств для получения металлов. Знание проявлений тока помогает понять устройство электрических приборов и соблюдать правила безопасности.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Тепловое действие электрического тока — нагревание проводника при прохождении по нему тока. В нагревателе ток раскаляет спираль, а в лампе накаливания — тонкую нить, которая начинает светиться. Понятие помогает объяснить работу устройств, в которых электрическая энергия превращается в тепло или свет.
Химическое действие электрического тока — химические превращения в растворах и расплавах электролитов, то есть веществ, проводящих ток благодаря движению ионов. На электродах могут появляться новые вещества, например слой металла. Это действие используют, чтобы получать металлы и наносить на предметы защитное или декоративное покрытие.
Магнитное действие электрического тока — возникновение магнитного поля вокруг проводника, по которому идёт ток. Поле можно обнаружить по отклонению расположенной рядом магнитной стрелки. Это понятие нужно, чтобы объяснить работу электромагнитов и других устройств, использующих магнитное действие тока.
Физиологическое действие электрического тока — воздействие тока на организм человека или животного. Оно может вызвать сокращение мышц и привести к опасным нарушениям в работе организма. Знать об этом действии необходимо, чтобы оценивать риск и соблюдать правила обращения с электричеством.
Когда ток проходит через проводник, заряженные частицы движутся и взаимодействуют с частицами вещества. При этих взаимодействиях часть энергии передаётся веществу, усиливая движение его частиц, поэтому проводник нагревается. Насколько сильным окажется нагрев, зависит от условий прохождения тока и свойств проводника. В нагревателе спираль специально делают так, чтобы она могла сильно нагреваться, а в лампе накаливания раскалённая нить ещё и излучает свет.
В растворе или расплаве электролита заряд переносят не только электроны, но и ионы — заряженные частицы вещества. Под действием электрического поля положительные и отрицательные ионы движутся в разные стороны, к электродам. Там они участвуют в химических реакциях: одни вещества могут превращаться в другие, а часть вещества — оседать на электроде. Поэтому появление металлического слоя при прохождении тока является признаком химического действия, а не просто нагрева.
Движение зарядов создаёт вокруг проводника магнитное поле. Хотя само поле не видно, его действие можно заметить, если поставить рядом компас: магнитная стрелка изменит направление. Чем сильнее проявляется поле, тем заметнее отклонение стрелки. Если провод свернуть в катушку, поля отдельных витков складываются, поэтому магнитное действие катушки становится сильнее; катушка с током может работать как электромагнит.
Разные действия тока лежат в основе работы разных приборов. Нагрев используют в утюгах и электрических плитках, а химическое действие — при получении металлов и нанесении металлического покрытия. Магнитное действие применяют в электромагнитах, которые создают магнитное поле при прохождении тока. При этом нельзя всегда приписать прибору только одно действие: например, проводник в работающем электромагните тоже может нагреваться.
Ток способен проходить через ткани организма и воздействовать на живые клетки. Мышцы могут непроизвольно сокращаться, а при сильном или долгом воздействии возможны другие тяжёлые последствия. Риск определяется не только напряжением: имеют значение сила тока, путь через тело и длительность контакта. Поэтому бытовое электричество требует осторожности, а повреждённые провода и электроприборы нельзя трогать.
| Действие тока | Как обнаружить | Примеры применения или проявления |
|---|---|---|
| Тепловое | Проводник нагревается, спираль раскаляется | Утюг, плитка, лампа накаливания |
| Химическое | На электродах появляются новые вещества или оседает металл | Получение и нанесение металлов |
| Магнитное | Отклоняется магнитная стрелка компаса | Электромагниты, катушки с током |
| Физиологическое | Ток вызывает сокращения мышц или другие реакции организма | Воздействие на организм человека и животных |
Чтобы определить действие тока в незнакомом примере, сначала выясни, какое наблюдаемое изменение происходит: нагрев, химическое превращение, отклонение стрелки или воздействие на организм. Затем сопоставь изменение со строкой таблицы. Если прибор показывает несколько таких признаков, в нём могут проявляться сразу несколько действий тока.
Назовите действие тока, благодаря которому нагревается спираль электрической плитки. Нужно связать наблюдаемое изменение с тем, что происходит в проводнике. Дополнительные данные для расчётов здесь не нужны.
Ответ: спираль нагревается благодаря тепловому действию электрического тока. Тот же принцип используют в других нагревательных приборах. Появление тепла само по себе не означает, что вещество химически изменилось.
При пропускании тока через раствор соли на одном из электродов появляется слой металла. Какое действие тока наблюдается? Здесь важно не просто заметить, что ток проходит через раствор, а определить результат на электроде. Именно он подсказывает, какое действие нужно назвать.
Ответ: наблюдается химическое действие электрического тока. Если бы в условии говорилось только о нагревании раствора, это был бы признак теплового действия. Здесь решающим является появление металлического слоя.
Вокруг прямого проводника пропустили ток, и магнитная стрелка рядом с ним отклонилась. Объясните наблюдение и назовите способ усилить действие. Нужно связать изменение положения стрелки с влиянием проводника и предложить изменение, которое усиливает это влияние. Важно не считать, что поле бывает только у катушки.
Ответ: стрелка отклонилась из-за магнитного поля, созданного током в прямом проводнике. Усилить магнитное действие можно, свернув проводник в катушку. Поле возникает и у прямого проводника, а катушка делает его действие заметнее.
Ошибка — считать, что каждый прибор использует только одно действие тока. Так думают, потому что обычно прибор называют по его главной функции, хотя в нём могут происходить и другие явления. Проверь себя: назови все изменения, которые сопровождают работу устройства, например нагрев и появление магнитного поля.
Ошибка — называть нагрев проводника химическим действием. Путаница возникает из-за того, что в обоих случаях ток вызывает изменения, но нагрев не равен превращению вещества. Проверь себя: если проводник стал горячим, это тепловое действие; химическое распознают по реакции и появлению новых веществ.
Ошибка — думать, что магнитное действие есть только у катушки. Катушка делает поле сильнее и заметнее, поэтому её часто приводят как пример, но поле создаёт любой проводник с током. Проверь себя: если ток идёт по прямому проводу, рядом с ним тоже можно обнаружить поле компасом.
Ошибка — считать ток безвредным при небольшом напряжении. На опасность влияют не только напряжение, но и сила тока, путь через тело и длительность воздействия. Проверь себя: не делай вывод о безопасности только по одному значению и не прикасайся к проводам или приборам с повреждениями.
Чтобы разбираться в действиях тока, нужно помнить, что ток — упорядоченное движение заряженных частиц и что для него необходима замкнутая электрическая цепь. Тепловое действие пригодится при изучении нагревательных приборов и закона Джоуля—Ленца, который описывает количество теплоты, выделяемое током. Магнитное действие станет основой для изучения электромагнитов и действия магнитного поля на проводник с током. Так наблюдения за нагревом, электролитом и стрелкой компаса связываются с последующими темами физики.
Какие действия может оказывать электрический ток?
Выделяют тепловое, химическое, магнитное и физиологическое действия тока. В одном приборе могут одновременно проявляться несколько из них.
Почему проводник нагревается при прохождении тока?
Движущиеся заряженные частицы взаимодействуют с частицами проводника и передают им энергию. Из-за этого усиливается движение частиц вещества, и проводник нагревается.
Как обнаружить магнитное действие тока?
Поместите рядом с проводником компас: при прохождении тока магнитная стрелка отклонится. Поле можно усилить, свернув проводник в катушку.
Что происходит при прохождении тока через раствор электролита?
Электролит — раствор или расплав, в котором ток переносят ионы. На электродах происходят химические реакции, и на них могут выделяться вещества.
От чего зависит опасность электрического тока для человека?
Опасность зависит от силы тока, пути его прохождения через тело и продолжительности воздействия. Поэтому низкое напряжение само по себе не гарантирует безопасность.
§ 48. Действия электрического тока
