"Физика (в 2 частях)", Генденштейн Л.Э., Булатова А.А., Корнильев И.Н., Кошкина А.В.; под ред. Орлова В.А.
Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц в веществе или вакууме. Он возникает, когда есть свободные носители заряда и электрическое поле, направляющее их движение. Источник тока разделяет заряды и поддерживает поле в замкнутой цепи. Ток можно обнаружить по его действиям: нагреванию проводника, химическим изменениям, влиянию на магнитную стрелку или сокращению мышц.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Электрический ток — упорядоченное движение заряженных частиц. Движение считают током, если частицы перемещаются преимущественно в одном направлении, а не беспорядочно. Это определение помогает отличить ток от обычного теплового движения частиц.
Условия существования электрического тока — наличие свободных носителей заряда и электрического поля. Носители должны иметь возможность перемещаться, а поле — направлять их движение. Если отсутствует хотя бы одно условие, устойчивого тока не будет.
Источник тока — устройство, которое разделяет заряды и создаёт напряжение между полюсами. Благодаря источнику в цепи поддерживается электрическое поле. Поэтому батарейка, аккумулятор или генератор необходимы для длительного тока.
Действия электрического тока — наблюдаемые явления, по которым судят о наличии тока. К ним относят тепловое, химическое, магнитное и физиологическое действия. По таким проявлениям ток можно обнаружить даже без непосредственного наблюдения движения зарядов.
В разных веществах ток создают разные частицы. В металлах часть электронов не связана с отдельными атомами и может перемещаться по проводнику, а в электролитах ток переносят положительные и отрицательные ионы. Поэтому прохождение тока через металлическую проволоку и раствор связано с движением разных носителей заряда.
Даже свободные электроны без внешнего воздействия движутся беспорядочно: они сталкиваются с атомами и меняют направление. Электрическое поле действует на заряженные частицы и добавляет к хаотическому движению направленное перемещение. Именно эта общая направленность движения и означает появление электрического тока.
Источник тока совершает работу по разделению зарядов: одни заряды накапливаются у одного полюса, другие — у другого. Из-за разделения возникает электрическое поле и напряжение, то есть способность поля перемещать заряды. Если соединить полюса проводящим путём, поле начинает направлять носители по цепи.
Для длительного тока цепь должна быть замкнутой, чтобы заряды могли непрерывно перемещаться и возвращаться к источнику. Направление тока условно указывают от положительного полюса к отрицательному. В металле электроны имеют отрицательный заряд и движутся от отрицательного полюса к положительному, поэтому их движение противоположно условному направлению тока.
Работа тока вызывает изменения, которые можно наблюдать или измерять. Проводник нагревается, в растворе могут выделяться новые вещества, рядом с проводником отклоняется магнитная стрелка, а ток через тело способен вызывать сокращение мышц. Эти проявления используют для обнаружения тока и в технических устройствах.
| Действие тока | Как проявляется | Пример или применение |
|---|---|---|
| Тепловое | Проводник нагревается, иногда светится | Электрическая плитка, лампа накаливания, предохранитель |
| Химическое | Изменяется состав раствора, выделяется вещество на электродах | Электролиз, получение и очистка металлов |
| Магнитное | Рядом с проводником действует магнитное поле, отклоняется стрелка | Электромагнит, электродвигатель, компасный указатель |
| Физиологическое | Раздражаются нервы и сокращаются мышцы | Работа нервной системы; при опасном токе — поражение человека |
Чтобы пользоваться таблицей, сначала определите наблюдаемый признак, а затем сопоставьте его с видом действия. Один и тот же ток может проявлять несколько действий одновременно. При работе с электричеством физиологическое действие особенно опасно, поэтому нельзя проверять наличие тока прикосновением.
Условие. В замкнутую цепь включены источник, лампа и ключ. Нужно определить, при каком положении ключа есть ток, и назвать два способа его обнаружения. Рассуждать следует не по положению отдельных деталей, а по наличию полного проводящего пути.
Ответ. Ток есть при замкнутом ключе. Обнаружить его можно по свечению лампы и по тепловому действию, например нагреванию проводника.
Условие. Через раствор электролита пропускают ток. Нужно назвать перемещающиеся частицы и действие тока, которое можно наблюдать. Электролит — это раствор или расплав, содержащий подвижные ионы.
Ответ. В электролите перемещаются положительные и отрицательные ионы. Наблюдается химическое действие тока.
Условие. В металлическом проводнике электроны движутся от отрицательного полюса источника к положительному. Требуется указать условное направление тока и объяснить его отличие от движения электронов.
Ответ. Условное направление тока противоположно движению электронов: от положительного полюса к отрицательному.
Ошибка: считать током любое движение заряженных частиц. Её допускают, забывая о тепловом хаосе внутри вещества. Проверьте себя: есть ли у движения общее направление?
Ошибка: думать, что для тока достаточно свободных зарядов. Без электрического поля частицы движутся беспорядочно и не создают направленного переноса. Проверьте наличие источника или другого поля, которое направляет заряды.
Ошибка: указывать направление тока по движению электронов в металле. Электроны отрицательны, поэтому их движение противоположно условному направлению тока. Сначала назовите полюса, затем поменяйте направление движения электронов на обратное.
Ошибка: считать, что ток бывает только в металлических проводах. Носителями могут быть ионы, электроны или другие заряженные частицы, а средой — раствор, газ или вакуум. Проверьте, есть ли свободные носители, поле и путь для их направленного движения.
Для понимания электрического тока нужны представления о строении вещества и электрическом заряде. Заряды бывают положительными и отрицательными, а частицы вещества могут быть связаны или свободны. Это объясняет, почему разные среды проводят ток по-разному.
Дальше понятие тока понадобится при изучении силы тока, напряжения, сопротивления и электрических цепей. Эти величины позволяют не только обнаруживать ток, но и описывать его количественно. На их основе объясняют работу бытовых приборов и правила безопасного подключения.
Почему хаотическое движение электронов не является электрическим током?
При хаотическом движении электроны перемещаются в разных направлениях, поэтому их общий перенос заряда равен нулю. Электрическим током называют только направленное, упорядоченное движение заряженных частиц.
Какие условия необходимы для существования электрического тока?
Нужны свободные носители заряда и электрическое поле, которое направляет их движение. Для длительного тока также требуется источник, поддерживающий поле, и замкнутый проводящий путь.
Куда направлен ток в металлическом проводнике?
Условное направление тока принято от положительного полюса источника к отрицательному. Электроны в металле движутся противоположно — от отрицательного полюса к положительному.
Зачем в электрической цепи нужен источник тока?
Источник разделяет положительные и отрицательные заряды и создаёт напряжение между своими полюсами. Благодаря этому в замкнутой цепи поддерживается электрическое поле и длительное движение зарядов.
Как обнаружить магнитное или химическое действие тока?
Магнитное действие можно обнаружить по отклонению магнитной стрелки рядом с проводником. Химическое действие проявляется изменением состава раствора или выделением вещества на электродах.
§10. Электрический ток. Действия электрического тока
