"Физика (в 2 частях)", Генденштейн Л.Э., Булатова А.А., Корнильев И.Н., Кошкина А.В.; под ред. Орлова В.А.
Электрический ток способен не только переносить электрический заряд, но и изменять окружающие тела. При прохождении тока проводники нагреваются, вокруг них возникает магнитное поле, в электролитах происходят химические реакции, а на живые организмы ток воздействует биологически. Эти действия используют в бытовых приборах, технике, промышленности и медицине. Их выраженность зависит от силы тока, напряжения, сопротивления и свойств среды.
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 тока и превращение электрической энергии во внутреннюю. Оно объясняет работу утюга, плитки и других нагревателей. Чем больше выделяется теплоты, тем сильнее изменяется температура проводника.
Магнитное действие электрического тока — возникновение магнитного поля вокруг проводника с током. Благодаря этому катушка может притягивать железные предметы. Действие используют в электромагнитах, реле и электродвигателях.
Химическое действие электрического тока — химические превращения веществ при прохождении тока через раствор или расплав электролита. Электролит содержит ионы, способные перемещаться к электродам. Это позволяет получать металлы и наносить защитные покрытия.
Биологическое действие электрического тока — воздействие тока на живые организмы, связанное с раздражением тканей и нарушением работы органов. Слабое воздействие может вызвать сокращение мышц, а сильное — ожоги и опасные нарушения сердечного ритма. Поэтому электричество требует соблюдения правил безопасности.
Проводник нагревается потому, что движущиеся заряженные частицы сталкиваются с частицами вещества. При столкновениях упорядоченное движение зарядов частично передаёт энергию колебаниям частиц проводника. Так электрическая энергия превращается во внутреннюю, а температура тела повышается.
Ток создаёт магнитное поле, потому что движущиеся электрические заряды изменяют окружающее пространство. Вокруг прямого проводника поле имеет линии, замкнутые вокруг него. Если провод свернуть в катушку, поля отдельных витков складываются и создают более заметное магнитное действие.
В электролитах ток переносится не только электронами, но и положительными и отрицательными ионами. Под действием электрического поля ионы движутся к электродам с противоположным зарядом. На поверхностях электродов происходят химические реакции, поэтому одни вещества расходуются, а другие выделяются.
Электрический ток действует на организм, поскольку ткани содержат воду и растворённые соли и проводят ток. Заряды раздражают нервную систему и мышцы, из-за чего возникают непроизвольные сокращения. При большой силе тока возможны ожоги, остановка дыхания и опасное нарушение работы сердца.
Несколько действий тока могут проявляться одновременно: например, катушка нагревается и одновременно создаёт магнитное поле. Выраженность явления зависит от силы тока, напряжения, сопротивления, материала проводника и свойств среды. В нагревателе главным становится тепловое действие, а в электролите — химическое, но остальные полностью не исчезают.
| Вид действия | Как проявляется | Где наблюдается | Применение или значение |
|---|---|---|---|
| Тепловое действие | Нагревание проводника, выделение теплоты | Электрическая плитка, утюг, лампа накаливания, предохранитель | Нагревательные приборы и защита электрических цепей |
| Магнитное действие | Возникновение магнитного поля вокруг проводника или катушки | Проводник с током, электромагнит, электродвигатель | Электромагниты, реле, двигатели, измерительные приборы |
| Химическое действие | Разложение вещества и выделение веществ на электродах | Растворы и расплавы электролитов | Электролиз, получение и очистка металлов, нанесение покрытий |
| Биологическое действие | Раздражение тканей, сокращение мышц, нарушение работы органов | Организм человека и животных | Медицинские процедуры; необходимость соблюдения электробезопасности |
Чтобы пользоваться таблицей, сначала найдите наблюдаемое явление, а затем сопоставьте его с видом действия. Последний столбец показывает, где это действие применяют или почему его нужно учитывать. Если устройство сочетает несколько явлений, выбирают действие, которое выполняет главную полезную функцию.
Определите, какие действия электрического тока используются в электрическом чайнике, электромагнитном подъёмнике и установке для покрытия детали медью. Нужно не искать формулу, а связать устройство с главным наблюдаемым явлением. Название прибора подсказывает, что именно происходит с энергией тока.
Ответ: чайник использует тепловое действие, подъёмник — магнитное, установка для покрытия — химическое. В каждом случае возможны и сопутствующие действия, но главным является указанное.
Объясните, почему вокруг катушки с током притягиваются железные предметы и как усилить это действие. Катушка состоит из множества витков, поэтому магнитные поля отдельных участков складываются. Нужно назвать причины усиления поля, а не только сказать, что катушка является магнитом.
Ответ: притяжение объясняется магнитным полем катушки. Для усиления действия увеличивают ток или число витков и используют железный сердечник.
Через нагреватель сопротивлением 20 Ом проходит ток 3 А в течение 5 минут. Определите количество выделившейся теплоты. Используем закон Джоуля—Ленца: Q = I²Rt, где I — сила тока, R — сопротивление, t — время в секундах.
Ответ: нагреватель выделит 54 000 Дж теплоты, или 54 кДж. Это число показывает, сколько электрической энергии за указанное время перешло во внутреннюю энергию нагревателя и окружающей среды.
Ошибка — считать, что ток обладает только тепловым действием. Так думают из-за заметного нагревания многих приборов, но ток также создаёт магнитное поле, вызывает химические реакции и действует на организм. Проверьте себя: назовите действие, используемое в электромагните и электролизной установке.
Ошибка — утверждать, что магнитное поле возникает вокруг неподвижного заряда. Магнитное действие связано с движением зарядов, то есть с электрическим током. Для проверки спросите себя, есть ли движение зарядов в описанной ситуации.
Ошибка — ожидать химическое действие в любом проводнике. Электролиз требует раствора или расплава электролита, где могут перемещаться ионы. Если перед вами металлический провод, химический эффект в нём не является обычным проявлением электролиза.
Ошибка — считать опасным только высокое напряжение и недооценивать малый ток. Опасность определяется силой тока через тело, его путём и длительностью воздействия, поэтому даже бытовая сеть может быть смертельно опасной. Проверять безопасность нельзя прикосновением: используют отключение питания и исправные средства защиты.
Для понимания темы нужны понятия электрического тока, силы тока, напряжения, сопротивления и простейшей цепи. Закон Ома помогает связать эти величины, а закон Джоуля—Ленца — рассчитать тепловое действие. Позже знания пригодятся при изучении электромагнитов, двигателей, нагревателей, электролиза и электробезопасности.
Почему проводник нагревается при прохождении электрического тока?
Движущиеся заряженные частицы сталкиваются с частицами вещества проводника. Часть электрической энергии превращается во внутреннюю энергию, поэтому проводник нагревается.
Возникает ли магнитное поле вокруг любого проводника с током?
Да, вокруг любого проводника, по которому течёт ток, существует магнитное поле. Его форма и сила зависят от расположения проводника и силы тока.
Почему химическое действие тока наблюдается не во всех веществах?
Для химического действия нужны свободные ионы, которые могут двигаться к электродам. Поэтому электролиз происходит в растворах и расплавах электролитов, а не в обычных металлических проводниках.
Какое действие электрического тока используется в электромагните?
В электромагните используется магнитное действие электрического тока. Катушка с током создаёт магнитное поле и притягивает железные предметы.
Почему электрический ток опасен для человека?
Ток раздражает нервные и мышечные ткани, может вызвать ожоги и нарушить работу сердца. Опасность зависит от силы тока через тело, его пути и длительности воздействия.
4. Действия электрического тока
