На бытовом уровне мы не можем себе представить нашу жизнь без электричества: оно дает нам тепло, свет, возможность использования технических приборов, музыку, телевидение, выход в интернет. Что же собой представляет это явление?
Электрический ток
Ток – это течение или движение чего-либо. Согласно школьному курсу физики электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц. Заряженными частицами, в зависимости от среды распространения, считаются электроны или ионы. Для металлов эти частицы – электроны, для некоторых газов или электролитов – ионы. Считается что именно их движение и являются электрическим током.
Как известно, в мире физики, объекты, обладающие разностью зарядов, притягиваются, чтобы достигнуть равновесного состояния. Этот факт отлично подтверждает всем известный эксперимент с эбонитовой палочкой. Таким образом, электрический ток — это поток электронов или ионов, стремящихся воссоздать равновесие в мире электрических зарядов.
Не углубляясь в разновидности проводников, рассмотрим обыкновенные электрические провода и электроны, бегущие в них. Электроны заряжены отрицательно, значит их массовое скопление — это отрицательно заряженный объект. В то же время положительно заряженный объект — это место, где имеется нехватка этих самых электронов, а значит скопление ионов (атомов с недостающими электронами). Так как природа стремится воссоздать равновесие, образуется поток электронов от минуса к плюсу.
Если природа стремится к равновесию, то отчего же образовались эти недостачи и излишки электронов?
Ответ очевиден: люди их создают искусственно, чтобы пользоваться силой природы прийти в равновесное состояние, в своих интересах.
Поняв, как всё это движется, можно попробовать разобраться, что нам даёт этот самый электрический ток. Прохождение электронов по проводнику сопровождается массой удивительных физических явлений, от простого нагревания проводника, до электромагнитного поля вокруг него.
Сравнение с водопроводной трубой
Как известно, электроны очень маленькие и понаблюдать за ними даже через самый мощный микроскоп не удастся. Поэтому для понимания и визуализации такого действа как электрический ток, придумали очень удобное сравнение — сравнение с водопроводной трубой.
Итак, представим себе водопроводную трубу, она является проводником или просто проводом, очевидно не так ли? В этой трубе течет вода – капли которой очень похожи на электроны, текущие в проводах. Эту воду что-то толкает и ей что-то мешает.
Поток воды можно описать присущими ему свойствами, такими как давление и скорость, а характеристики трубы можно описать такими понятиями как её пропускная способность и сопротивление потоку воды.
По аналогии поток электронов, то есть электрический ток, можно описать такими характеристиками как электрическое напряжение (давление для воды) и сила тока (объём потока воды). Электрический проводник по аналогии с трубой можно описать таким свойством как сопротивление электрическому току (сопротивление потоку воды).
Обычно электрический ток происходит в металлах – проводах. Провода изготавливаются из алюминия, меди, серебра, золота и сплавов этих металлов в различных вариациях.
При этом скорость движения свободных электронов очень маленькая, не более 1 миллиметра в секунду, а скорость распространения электрического тока довольно велика – она почти равна скорости света. Поэтому, когда мы щелкаем выключателем, свет зажигается мгновенно.
Эту скорость электронам придает источник электрической энергии. Благодаря источнику в проводнике (пусть это будет провод) создается электрическое поле, благодаря которому скорость электронов сильно увеличивается.
По аналогии с водопроводной трубой электрическое поле это сила гравитации в трубе с водой (или давление воды в трубе), то есть чем больше электрическое поле (сильнее наклон трубы или давление для воды), тем больше сила тока (объем потока воды).
Итак электрический ток – это
…направленный поток электронов, который имеет две основные характеристики, это сила тока и напряжение. Проводники электрического тока характеризуются электрическим сопротивлением.
При этом должна быть создана электрическая цепь. Например, простая электрическая цепь состоит из источника — например батарейки; проводника — например провода; потребителя — например лампочки; замыкателя — например выключателя.
- Проводник — это неотъемлемая часть электрической цепи. Он служит для передачи электрического тока от источника к потребителю (приемнику). Как вы уже знаете проводник обычно это металл. Провода электрического тока в наших квартирах — это, обычно, медные или алюминиевые проводники. Как же происходит движение электричества в металле?
Металлы — проводники электричества
Металлы служат проводником этих самых электронов (заряженных частиц). Они легко перетекают по проводнику с одного участка в другой. Пока же совершается движение электронов, происходят параллельные физические явления. К примеру, когда много электронов упорядоченно движутся через тонкий проводник, они сталкиваются с атомами, неподвижно стоящих на своих местах в кристаллической решётке вещества. В результате таких столкновений энергия движения электронов переходит в энергию тепла атома, с которым было столкновение. То есть, энергия движения электронов частично перешла в энергию тепла, произведя нагрев данного вещества.
- Приемник или потребитель электрического тока — это то, что потребляет ток для какой-либо работы. Например, лампочка потребляет электрический ток для освещения, обогреватель для повышения окружающей температуры, электрооборудование для выполнения различной работы.
- Замыкателем электрического тока выступает любое устройство, которое замыкает и размыкает электрическую цепь.
Что бы загорелась лампочка нужно щелкнуть выключателем. Что бы чайник начал нагревать воду нужно щелкнуть выключателем. Все это замыкатели электрической цепи.
