Здравствуйте друзья, многие помнят со школьного курса физики за 8 класс, что такое электрический ток и электрическое напряжение.
Но не многие могут похвастаться тем, что понимают саму суть происходящих процессов данных физических явлений. В рамках данной статьи я попытаюсь понятными словами, не закидывая вас сложными терминами, объяснить, откуда берется и что из себя представляют эти явления.
Если, в поиск Яндекса вбить фразу:
Электрический ток понятными словами.
Можно наткнуться на сотни одинаковых статей, где движение электронов по проводам, сравнивают с движением воды по трубам. Я считаю, что такая аналогия подходит максимум для дошкольников, поэтому рассматривать одно вместо другого, я не буду.
И это даже не из-за того что электрон можно представить и как волну и как частицу. А потому что при рассмотрении воды в контексте электричества, многое не учитывается, а параллели проводятся не корректно. И на разных стадиях понимания могут только ввести в заблуждение.
Чтоб не выходить за рамки формата статьи. Будем рассматривать электрический ток в металлах, а конкретнее в медном проводнике. Для примера возьмём кусок медного провода длинной в 1 метр и поперечным сечением 1.5 мм2. Без изоляции. Если провести замеры тока и напряжения или просто за него взяться руками, будет ясно, что он электрически нейтрален, как и большинство предметов в нашем мире. Давайте рассмотрим, почему это так и что должно произойти, чтоб по нему начало двигаться электричество.
Медный провод состоит из атомов меди, атом меди состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов. А ядро в свою очередь состоит из протонов и нейтронов.
Нейтрон имеет нейтральный заряд, поэтому для нас сейчас не интересен. Протоны имеют положительный заряд, значит, ядро атома тоже имеет положительный заряд. Вокруг ядра вращаются, на разных энергетических уровнях, отрицательно заряженные электроны. В атомах меди, из которой состоит наш провод. Общий положительный заряд протонов "+" равен общему отрицательному заряду электронов "-". Поэтому атомы нейтральны, как и весь провод в целом. Энергетические уровни, на которых вращаются электроны, расположены на разном расстояние от ядра. И в зависимости от удаления от центра атома (ядра), сила взаимного притяжения, которая их удерживает вместе, ослабевает. На самом крайнем энергетическом уровне электроны очень слабо держатся, и иногда отрываются. На их место становятся другие такие же свободные электроны. Так они хаотично и перемещаются с атома на атом внутри нашей проволоки. И вроде как это и есть движение заряженных частиц в проводнике, но чтоб это стало электрическим током, нужно чтоб они начали двигаться упорядоченно (в одном направлении).
Хоть свободные электроны и перемещаются внутри нашей проволоки, их общее количество не меняется, и провод по прежнему остаётся нейтрален. Если каким либо образом эти, отрицательно заряженные, свободные электроны забрать. То провод станет положительно заряженным. И скорее всего ударит, статическим электричеством, того кто за него возьмётся.
Только не в коем случае не подумайте, что для того чтоб атом стал отрицательно заряжен от него нужно отнять положительно заряженный протон. Ни чем хорошим это не кончится.
Для того чтоб атом получил отрицательный заряд, достаточно просто добавить свободных электронов.
И не путайте хаотичное движение свободных электронов внутри проводника, с хаотичным движением молекул в этом же проводнике, связанное с его нагревом.
Здесь надеюсь все понятно, Давайте вернёмся к нашему проводу в котором хаотично двигаются электроны, для того чтоб это движение превратилось в электрический ток, нужно их заставить двигаться в одном направление. А для этого нужна какая-то сила из вне. И это магнитная сила. Та самая, которая отталкивает магниты, расположенные разными полюсами друг к другу. Но положить магнит рядом с нашим проводом не достаточно, для появления в нем электрического тока. Для этого магнитное поле должно быть подвижным. Тут два варианта, либо начать двигать магнит, либо сам провод.
В качестве хорошего примера можно привести генератор где медный провод, расположен на корпусе статора а магниты вращаются внутри на роторе, который в свою очередь приводится в движение двигателем ДВС. Получается, до пуска двигателя, внутри медных обмоток генератора хаотично перемещаются плохо держащиеся за внешний энергетический уровень, свободные электроны. После пуска генератора магниты начинают вращаются, движущиеся магнитное поле, заставляет эти свободные электроны двигаться в одном направление. В результате с одного края обмотки появляется сильно много электронов, это минусовой выход генератора. А с другого края сильно мало электронов, это плюсовой выход. Остаётся только замкнуть электрическую цепь, какой-нибудь нагрузкой. К примеру, подключить лампочку. Чтоб электроны начали свое движение по замкнутой цепи.
С сутью происходящего разобрались, теперь будет намного легче разобраться с терминами. Так вот, само движение, в одном направление, свободных электронов. Это и есть электрический ток. Как только пропадает подвижное магнитное поле, электроны перестают двигаться в одном направление, они двигаются в разные стороны, и не куда не деваются. Они остаются в составе атомов меди, как в нашем случае. Это говорит о том, что электрический ток это не сами электроны, а процесс их движения в одном направление.
А сила тока это количество этих электронов, которые двигаются в замкнутой цепи, в одном направление. И зависит она на прямую от мощности подвижного магнитного поля, того самого которое их изначально и заставляет двигаться.
С электрическим напряжением ещё проще. Помните что в обмотке генератора после начала движения магнитов, с одного края становится сильно много электронов а с другого края сильно мало электронов. Так вот, где их много там преобладает отрицательный заряд, а где их мало там преобладает положительный заряд. А разность этих электрических потенциалов и есть электрическое напряжение. В отличие от силы тока для появления напряжения электронам даже не обязателен замкнутый контур, чтоб двигаться по кругу.
Подведем итог, берём медную проводку. Она электрически нейтральная, внутри нее двигаются свободные электроны в случайном порядке, перепрыгивая с внешнего энергетического уровня одного атома на другой, потому что сила, которая их там держит очень слабая. Далее подносим магнит к нашей проволоке. Пока мы двигали магнит, наш проводник был в подвижном магнитном поле. Это магнитное поле заставило двигаться свободные электроны внутри проводника в одном направление. Образовав с одной стороны их избыток, а с другой стороны их нехватку. Таким образом, на разных концах проводника появилось разность электрических потенциалов. Что по сути и является напряжением. Когда магнит перестанет двигается, перестанет двигаться и магнитное поле. Свободные электроны снова начнут хаотичное движение.
Спасибо что прочитали мой вариант объяснение электрического тока и напряжения. Надеюсь, я помог вам разобраться с этими терминами. Если вам понравилась статья, ставьте лайк, подписывайтесь на канал и оставляйте комментарии.