Поток электронов и условное направление тока

Если электрическое давление (электродвижущая сила или электрическое напряжение) прикладывается к проводнику, возникает направленное движение электронов (например, при замыкании батареи проволокой). Это происходит потому, что

электроны притягиваются положительной стороной батареи и отталкиваются отрицательной.

Чтобы вызвать движение электронов, необходимы следующие условия:

♦ источник давления, то есть батарея иди генератор;

♦ свободно проводящее электроны тело, по которому электроны могут двигаться (то есть провода).

Поток электронов называется электрическим током. На рис. 2.2 показана простая электрическая цепь, где положительный полюс батареи подключен через ключ и лампу к отрицательному полюсу.

Когда ключ разомкнут, химическая энергия батареи перемещает электроны с положительного полюса батареи к отрицательному. Это приводит к недостатку электронов на положительном полюсе и к их избытку на отрицательном полюсе. Следовательно, между полюсами батареи возникает электрическое напряжение.

Когда ключ замыкается, избыток электронов на отрицательном полюсе перемешается через лампу назад к положительному полюсу, где имеется дефицит электронов. Лампа загорится, и химическая энергия батареи будет поддерживать движение электронов по цепи от отрицательного полюса к положительному. Это движение от отрицательного полюса к положительному полюсу будет продолжаться, пока батарея обеспечивает напряжение в цепи, другими словами, пока она остается заряженной:

♦ электроны движутся от отрицательного полюса к положительному.

Когда-то было принято решение считать, что ток течет от положительного полюса к отрицательному, и это правило все еще применяется для большинства практических целей. Следовательно, хотя направление тока электронов указывается некорректно,

важно, что мы соблюдаем это условие:

♦ условное направление электрического тока - от положительного полюса к отрицательному.

Действие электрического тока

Когда ток течет по цени, он вызывает три эффекта:

♦ нагрев;

♦ магнетизм;

♦ химическое действие.

На эффекте нагревания основана работа таких электрических приборов, как осветительные лампы и нагревательные элементы. На явлении магнетизма основана работа реле, электромоторов и

генераторов. Химическое действие тока используется для гальванопластики и зарядки батарей.

Для цепи, показанной на рис. 2.3, химическая энергия батареи сначала превращается в электрическую энергию, а потом в тепловую энергию нити накала лампы. Указанные три электрических эффекта взаимообратимы. Нагрев термопары вызовет появление электродвижущей силы и, следовательно,

электрического тока. На практике это явление применяется в измерительных приборах. При вращении катушки с проволокой в поле магнита возникает электродвижущая сила (э.д.с.) и, соответственно, электрический ток. На этом основана работа генератора. Химическое действие тока, например, в батарее, создаст э.д.с., которая приводит к появлению электрического тока.

Рис. 2.3. Лампа, электромотор и батарея - тепловое, магнитное и химическое действие тока

Фундаментальные зависимости

Количество электронов, протекающих через лампу каждую секунду, определяется как сила тока (см. рис. 2.4). Причина потока электронов — электрическое напряжение. Лампа создает сопротивление движению электрического тока, вызванного

электрическим напряжением. Мощность – это скорость совершения работы или перевода энергии из одной формы в другую. Эти зависимости, как и некоторые другие, показаны в табл. 2.2.

Рис. 2.4. Электрическая схема, демонстрирующая связь между напряжением, током, сопротивлением и мощностью

Если напряжение, приложенное к сети, увеличится, а сопротивление лампы остается тем же самым, тогда ток также увеличится. Если напряжение сохраняется неизменным, а лампа заменяется на другую с более высоким сопротивлением,

ток уменьшается. Это соотношение описывает закон Ома.

Закон Ома гласит, что в замкнутой цепи ток пропорционален

напряжению и обратно пропорционален сопротивлению. Когда напряжение в 1 вольт вызывает -ток в 1 ампер, это означает, что в цепи развивается мощность о 1 ватт. Математическая запись этого соотношения выглядит следующим образом:

Напряжение = Ток * Сопротивление,

V - IR, ми R « V/1, или / = V/R,

Мощность = Напряжение * Ток,

Р = VI, или I = Р/V, или V-P/L

Таблица 2.2. Электрические величины, обозначения и единицы измерения