Какое направление имеет электрический ток в цепи: как определить, что принято за направление

Содержание

куда он может течь, частицы переноса, определение стороны

Физика

12.11.21

14 мин.

Ток образуется при определённом перемещении частиц. Традиционно за них принимают электроны и ионы. Но на самом деле всё гораздо сложнее. В движении участвуют как положительные носители зарядов, так и отрицательные, поэтому, чтобы было удобно исследовать процессы, за направление электрического тока взяли изменение положения плюсовых частиц. Другими словами, учёные договорились, что он течёт по проводнику от «плюса» к «минусу».

Оглавление:

  • Общие сведения
  • Электрический ток в веществах
  • Направление движения
  • История принятия направления


Общие сведения

Скалярная физическая величина, позволяющая телу излучать электромагнитное поле, называется зарядом. Он не может существовать сам по себе без носителей. В качестве их принимаются подвижные частицы или квазичастицы. Именно они обеспечивают возникновение электрического тока. Например, в качестве их может выступать электрон, ион, дырка или позитрон.

За единицу измерения электрического заряда принят кулон (Кл). Фактически он показывает, сколько прошло через поперечное сечение элементарных частиц. При этом ток принимают равный одному амперу, а время одной секунде. Несмотря на то что в замкнутой системе могут появляться новые частицы, обладающие зарядом, их общее число всегда остаётся постоянным. Если одни рождаются, то другие уничтожаются. Эта закономерность установлена была в 1843 году Фарадеем и известна как закон сохранения электрического заряда.

В любом физическом теле имеются носители зарядов. Если на них не оказывается взаимодействие, наступает так называемый электронный баланс: энергия находится на постоянном уровне. Когда движение частиц происходит хаотично, она поглощается и выделяется в равных частях. Но если к телу приложена внешняя сила, которая заставляет двигаться заряды в одном направлении, возникает электрический ток.

Поток частиц может быть двух видов:

  1. Переменный — характеризуется изменением значения и направления во времени. Течение зарядов изменяется по определённому закону. Чаще всего это синусоидальная функция. Если выполнить измерение, можно увидеть, что ток будет непрерывно изменять направление.
  2. Постоянный — при его возникновении направление движение носителей заряда не изменяется или смена выражена слабо. В последнем случае ток считают пульсирующим. Фактически это периодический электрический ток, у которого среднее значение за период отлично от нуля. Получается он при выпрямлении переменного.

Количественной характеристикой направленного потока является сила. Её определяют, как количество заряженных частиц, пройденное через поперечное сечение за единицу времени. Вокруг каждого носителя существует электрическое поле. Оно описывается с помощью напряжения, величина которого находится как разность потенциалов. Это характеристика, которая показывает изменение заряд при переходе частицы из одного положения в другое.

Электрический ток в веществах

Направленное движение частиц может возникнуть в разных физических телах вне зависимости от их агрегатного состояния. Способность вещества пропускать через себя ток определяется проводимостью. Это параметр характеризуется числом свободных носителей, которые участвуют в переносе заряда.

В зависимости от своих физических свойств, все существующие тела можно разделить на следующие виды:

  1. Проводники — твёрдые вещества, имеющие достаточное количество свободных электронов, которые и являются источником тока. Основными носителями в них являются электроны. К ним относятся все металлы.
  2. Диэлектрики — материалы с большой величиной удельного сопротивления, в них практически невозможно создать ток.
  3. Полупроводники — по проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками. Их характеристики сильно зависят от температуры и степени примесей в кристаллической решётке.
  4. Электролиты — жидкости, способные пропускать электрический ток. Как пример, можно привести водные растворы кислот, щелочей, солей. При взаимодействии с водой молекулы веществ распадаются на ионы. Они, в свою очередь, образуют отдельные атомы или группы. Эти образования обладают положительным зарядом (катионы) или отрицательным (анионы).
  5. Газы и плазма — ток в них создаётся за счёт перемещения электронов и положительных ионов.
  6. Вакуум — основные носители электроны. Чтобы они появились, в среду вводят металлические электроды.

Таким образом, в веществах токи возникают в результате упорядоченного изменения положения заряженных частиц относительно той или иной среды. Этот процесс называют возникновением тока проводимости. Но вместе с этим существует и движение макроскопических заряженных тел — конвекционное. Примером такого вида тока могут служить капли дождя во время грома.

Атомы проводников прочно сидят в кристаллической решётке, поэтому свободно двигаться могут только электроны, не имеющие связей. Частицы же газов и жидкостей могут перемещаться, так как не имеют прочных связей, поэтому носителями зарядов будут как ионы, так и электроны. Их дрейфовая скорость определяется типом материала проводника, массой, окружающей температурой и приложенной разностью потенциалов.

Направление движения

Скорость распространения электричества по проводникам очень высока. По заверениям учёных, она приближается к значению, равному распространению света. Но эта скорость не определяет движение самих зарядов. Всё дело в том, что в замкнутой цепи под действием внешней силы свободные частицы взаимодействуют по всей длине тела, поэтому скорость распространения зарядов имеет своё название — дрейфовая.

В какую сторону направлено перемещение положительных зарядов, ту и принимают за направление электрического тока. Но известно, что в металлах электроны выступают как носители, поэтому выбор направления был принят условно. Физики договорились, что ток направлен от плюса к минусу. Это было связано с опытами Франклина, разрабатывающего свою жидкостную теорию. Он увидел, что перетекание в сообщающих сосудах происходит из большей ёмкости в меньшую, то есть из более электризованного места в меньшее.

Например, в полупроводнике можно представить себе цепочку атомов, в которой появился положительный ион. За счёт действия поля произойдёт перемещение электрона от атома, стоящего после частицы к нему. Затем по цепочке носитель заряда начнёт переходить от третьего атома ко второму иону, от четвёртого к третьему. Значит, в полупроводнике ток течёт против поля. Перенос зарядов от атомов, заряженных нейтрально, происходит за счёт движения электронов против действия силовых линий и дырок, совпадающих с ними по направлению.

Свободный электрон, встречаясь с дыркой, образует положительный ион. Этот процесс называют рекомбинацией. В идеальном проводнике примесей нет, поэтому уничтожение дырок и электронов не происходит. Число положительных и отрицательных частиц одинаково. Но в природе таких материалов нет, а изготовить их такого качества довольно трудно и дорого.

Свойства веществ изменяются в зависимости от типов примеси. Дырочный механизм может вовсе отсутствовать, а ток будет идти только за счёт свободных электронов. Такие материалы называют электронными. В ином же случае — дырочными. Например, при соединении металла с полупроводником ток может течь как от первого материала ко второму, так и обратно. Это связано с тем, что в электронном полупроводнике из-за избытка отрицательных частиц происходит их диффундирование в металл, а в дырочном — наоборот.

История принятия направления

Французский экспериментатор Шарль Франсуа Дюфе, проводя опыты с электризацией путём натирания эбонитовой палочки, смог определить, что заряжалось не только тело, но и непосредственно эбонит. При этом возникающий заряд нейтрализовался. Таким образом, было установлено, что существуют 2 вида зарядов, одновременно находящихся в электромагнитном поле.

Позже этот эффект подтвердил и Роберт Симмер. Физик родом из Шотландии одевал 2 пары чулок. Первые были с утеплением, а вторые шёлковые. Снимая сразу с ноги оба чулка, он обратил внимание, что если их потом выдёргивать один из одного они изменяют форму. Сначала колготы раздувались, а позже резко слипались. При этом если чулки были изготовлены из однородного материала, например, шерсти, они отталкивались друг от друга.

Эти наблюдения привели учёного к выводу, что в каждом теле содержится не 1, а 2 вида материи в одинаковом количестве. При взаимодействии веществ какая-то её часть может перейти к другой. В результате в одном станет избыточное содержание каких-то зарядов, а в другом их недостаток. Оба материала станут наэлектризованными и противоположными по знаку.

В 1779 Вольт создал столб, генерирующий электричество. Это был один из первых источников тока. С его помощью удалось исследовать электролиз. В итоге учёный смог подтвердить, что в жидкостях существует 2 противоположно заряженных потока частиц. Так было достоверно установлено, каким будет путь движения электрического тока.

Увидеть, куда условно течёт ток, можно экспериментально. Этот опыт часто показывают в седьмом классе на физике. Для него понадобится:

  • полиэтилен;
  • 2 электрометра;
  • проволока.

С помощью проводника нужно соединить электрометры и, потерев полиэтилен, поднести его к устройствам. На обеих шкалах измерителей стрелка отклонится в одну сторону. Это говорит, что заряды одного знака скопились в первом устройстве, а другого во втором. Произошло перемещение как одного знака зарядов, так и другого.

Через 30 лет Ампер предложил для удобства описания экспериментов выбрать, каково же будет направление тока. За него было решено принять движение положительно заряженной частицы. С тех пор предложенное физиками положение об условном направлении было принято повсюду, и не изменилось до сих пор. Даже несмотря на то, что в вакууме перемещаются только отрицательно заряженные электроны, всё равно направление тока выбирается от плюса к минусу.

AC/DC: что такое полярность тока


Вы знаете, что означают надписи AC (переменный ток) и DC (постоянный ток) на сварочных аппаратах и электродах? По сути эти термины описывают полярность электрического тока, который вырабатывается источником питания и направляется к рабочему изделию через электрод. Выбор правильной полярности для той или иной марки электродов оказывает существенное влияние на прочность и качество соединений – поэтому не забывайте проверить надпись на упаковке! Чтобы лишний раз убедиться, Вы можете сделать две пробные попытки с разной полярностью на краю рабочего изделия.

В обиходе используются термины «прямая» и «обратная» полярность или «электрод-отрицательная» и «электрод-положительная» полярность. Последнее звучит более наглядно и поэтому здесь мы будем использовать именно эти обозначения.

Полярность обусловлена тем, что электрический контур имеет отрицательный и положительный полюсы. Постоянный ток (DC) все время движется в одном направлении, из-за чего его полярность всегда одинакова. Переменный ток (AC) половину времени движется в одном направлении и половину – в другом. Таким образом, при частоте 60 Герц полярность тока меняется 120 раз в секунду.

Сварщик должен хорошо понимать, что такое полярность и какое влияние она оказывает на процесс сварки. С некоторыми исключениями электрод-положительная (обратная) полярность обеспечивает более глубокое проплавление. Электрод-отрицательная (прямая) полярность имеет более высокую производительность расплавления электрода и, как следствие, производительность наплавки. На это могут влиять химические вещества в покрытии. Электроды из углеродистой стали с покрытием целлюлозного типа, например, Fleetweld 5P или Fleetweld 5P+, обычно рекомендуют использовать с положительной полярностью. Некоторые типы электродов для сварки в среде защитных газов пригодны для сварки с обоими типами полярности.

Применение сварочных аппаратов трансформаторного типа породило необходимость в электродах, пригодных для сварки с любой полярностью из-за постоянных смен направления переменного тока. Хотя переменный ток сам по себе не имеет полярности, если электроды для сварки на переменном токе использовать с постоянным, они покажут более низкие результаты. Поэтому производители электродов обычно указывают наиболее подходящую полярность на покрытии и упаковке электродов.

Чтобы обеспечить необходимое проплавление, однородную форму шва и высокие сварочные характеристики, обязательно нужно использовать подходящую полярность. Неправильная полярность вызовет недостаточное проплавление, непостоянную форму шва, избыточное разбрызгивание, сложности с контролем дуги, перегрев и быстрое сгорание электрода.

На большинстве аппаратов четко обозначены контакты или подробно описано, как их настроить на определенную полярность. Например, некоторые аппараты имеют переключатель полярности, а на других для этого нужно сменить кабельные разъемы. Если Вы не уверены, какая в данный момент используется полярность, есть два несложных способа это выяснить. Первый – это сварка угольным электродом для постоянного тока, который будет нормально работать только при прямой полярности. Второй – сварка электродом Fleetweld 5P, который показывает намного лучшие результаты с обратной полярностью.

 

Проверка полярности:

А: Определение полярности с помощью угольного электрода

1. Проведите очистку основного металла и расположите его горизонтально.
2. Заострите кончики двух угольных электродов на шлифовальном диске, чтобы они имели одинаковую форму в плавным скосом, начинающимся в 5–7.5 см от кончика электрода.
3. Вставьте один электрод в электрододержатель возле начала скоса.
4. Настройте силу сварочного тока 135–150А.
5. Выберите интересующую Вас полярность.
6. Подожгите дугу (не забывайте о маске) и некоторое время подождите. Увеличьте длину дуги, чтобы было удобнее наблюдать действие дуги.
7. Понаблюдайте за дугой. При электрод-отрицательной (прямой) полярности дуга имеет коническую форму и отличается высокой стабильностью, легкой управляемостью и однородностью.
При электрод-положительной (обратной) полярности дугой достаточно сложно управлять. Она будет оставлять черные отложения углерода на основном металле.
8. Смените полярность. Подожгите дугу вторым электродом и подождите такое же время. Понаблюдайте за дугой.
9. Сравните кончики двух электродов. При прямой полярностью электрод сгорает равномерно, сохраняя свою форму. При обратной полярности электрод быстро сгорает и принимает плоскую форму.

Б. Определение полярности с помощью металлического электрода (E6010)

1. Проведите очистку основного металла и расположите его горизонтально.
2. Настройте силу сварочного тока 130–145 А (для электродов диаметром 4 мм).
3. Выберите одну из полярностей.
4. Подожгите дугу. Начните сварку, соблюдая стандартную длину дуги и угол наклона электрода.
5. Прислушайтесь к звуку дуги. При подходящей полярности, нормальной длине дуги и силе тока, дуга будет издавать равномерный «треск».
Неправильная полярность при нормальной длине дуги и силе тока вызовет нерегулярный «хруст» и «хлопки» и нестабильность дуги. См. выше, как ведет себя дуга и как выглядит шов при использовании металлического электрода с правильной и неправильной полярностью.
7. Смените полярность и создайте второй шов.
8. Проведите чистку швов и внимательно их осмотрите. При неправильной, прямой полярности шов будет иметь отрицательные характеристики, перечисленные в Уроке 1.6.
9. Повторите несколько раз, пока Вы не научитесь быстро определять текущую полярность.

Проектируем электрику вместе: Направление электрического тока

Свободные электроны.. Электрический ток.. Измерение тока.. Амперметр.. Единица силы тока — Ампер.. Направление электрического тока. . Направление движения электронов..

Когда электрическое поле прикладывается к проводнику, свободные электроны (носители отрицательного заряда) начинают дрейфовать в соответствии с направлением электрического поля – возникает электрический ток.

Движение электронов означает движение отрицательных зарядов, следовательно, – электрический ток является мерой количества электрического заряда, переносимого через поперечное сечение проводника за единицу времени.

В международной системе СИ единица измерения заряда – Кулон, а единица времени – секунда. Поэтому единица силы тока – Кулон в секунду (Кл/сек).

Измерение тока

Единица силы тока Кулон в секунду в системе СИ имеет конкретное название Ампер (А) – в честь знаменитого французского ученого Андре-Мари Ампера (на фото в заголовке статьи).                                              
Как мы знаем, величина отрицательного электрического заряда электрона -1,602 • 10-19 Кулона. Поэтому один Кулон электрического заряда состоит из 1 / 1,602 • 10-19 = 6,24 • 1018 электронов.
Следовательно, если 6,24 • 1018 электронов пересекает поперечное сечение проводника за одну секунду, то величина такого тока равна одному амперу.

Для измерения силы тока существует измерительный прибор — амперметр.

                                                        Рис. 1

Амперметр включается в электрическую цепь (рис. 1) последовательно с тем элементом цепи, силу тока в котором необходимо измерить. При подключении амперметра нужно соблюдать полярность: «плюс» амперметра подключается к «плюсу» источника тока, а «минус» амперметра — к «минусу» источника тока.

Направление электрического тока

Если в электрической цепи, показанной на рис. 1 замкнуть контакты выключателя, то по этой цепи потечет электрический ток. Возникает вопрос: «А в каком направлении?»

Мы знаем, что электрическим током в металлических проводниках называется упорядоченное движение отрицательно заряженных частиц – электронов (в других средах это могут быть ионы или ионы и электроны). Отрицательно заряженные электроны во внешней цепи двигаются от минуса источника к плюсу (одноименные заряды отталкиваются, противоположные — притягиваются), что хорошо иллюстрирует рис. 2.

Рис. 2

                                                 
Учебник физики за 8 класс дает нам другой ответ: «За направление электрического тока в цепи принято направление движения положительных зарядов», — то есть от плюса источника энергии к минусу источника.

Выбор направления тока, противоположного истинному, иначе как парадоксальным назвать нельзя, но объяснить причины такого несоответствия можно, если проследить историю развития электротехники.

Дело в том, что электрические заряды стали изучать задолго до того, как были открыты электроны, поэтому природа носителей заряда в металлах была еще неизвестна.
Понятие о положительном и отрицательном заряде ввёл американский ученый и политический деятель Бенджамин Франклин.
 
В своей работе «Опыты и наблюдения над электричеством» (1747 г.) Франклин  предпринял попытку теоретически объяснить электрические явления. Именно он первым высказал важнейшее предположение об атомарной, «зернистой» природе электричества: «Электрическая материя состоит из частичек, которые должны быть чрезвычайно мелкими».

Франклин полагал, что тело, которое накапливает электричество, заряжается положительно, а тело, теряющее  электричество, заряжается отрицательно. При их соединении избыточный положительный заряд  перетекает туда, где его недостает, то есть к отрицательно заряженному телу (по аналогии с сообщающими сосудами).

Эти представления о движении положительных зарядов широко распространились в научных кругах и вошли в учебники физики. Так и получилось, что действительное направление движения электронов в проводнике противоположно принятому направлению электрического тока.

После открытия электрона ученые решили оставить все как есть, поскольку пришлось бы очень многое изменять (и не только в учебниках), если указывать истинное направление тока. Также это связано и с тем, что знак заряда практически ни на что не влияет, пока все используют одно и то же соглашение.
Истинное направление движения электронов используется только, когда это необходимо, чтобы объяснить некоторые физические эффекты в полупроводниковых устройствах (диоды, транзисторы, тиристоры и  др.).

Статьи по теме: 1. Что такое электрический ток?
                            2. Взаимодействие электрических зарядов. Закон Кулона
                            3. Постоянный и переменный ток
                            4. Проводники и изоляторы. Полупроводники
                            5. О скорости распространения электрического тока
                            6. Электрический ток в жидкостях 
                            7. Проводимость в газах
                            8. Электрический ток в вакууме
                            9. О проводимости полупроводников

Внимание! Всех интересующихся практической электротехникой приглашаю на страницы своего нового сайта «Электрика для дома». Он посвящен основам электротехники и электричества с акцентом на домашние электрические установки и происходящие в них процессы.                                                                             

Объяснение урока: Электрический ток | Nagwa

В этом толкователе мы узнаем, что такое электрический ток и как определить направление электрического тока в цепи.

Электрический ток – это поток электрического заряда. Напомним, что электрический заряд
исходит из разных частей атома, как показано ниже.

Вместе положительно заряженные протоны, показанные розовым цветом, и нейтральные нейтроны,
показаны зеленым цветом, составляют ядро. Отрицательно заряженные электроны, показанные на
синие, находятся вне ядра.

Электрический ток – это поток электрического заряда через электрическую
проводник. Типичный электрический проводник представляет собой проволоку, изготовленную из металла, такого как
медь, железо или серебро.

При обсуждении потока электрического заряда движутся электроны
через провод. Протоны и нейтроны не двигаются. Когда мы говорим об электрическом
ток, мы имеем в виду поток электронов, движущихся в одном направлении вдоль
тот же путь. На приведенной ниже диаграмме показана проволока, по которой движутся электроны.

Электроны всегда находятся внутри провода, даже когда они не двигаются. Если
электроны движутся, значит, через них течет электрический заряд.
провод. Электрический ток — это поток электрического заряда по проводу.

Если электроны находятся в проводе, но не двигаются, то электрический заряд не
течет, как показано на схеме ниже.

Электроны должны двигаться, чтобы возник электрический ток.

Давайте рассмотрим пример.

Пример 1. Определение того, какие части атома текут по проводу

На рисунке показаны электроны и атомные ядра в срезе меди.
провод. Синие кружки представляют электроны, а красные кружки представляют
атомные ядра.

  1. Когда в проводе есть электрический ток, движутся ли электроны
    по проводу?

    1. Нет
    2. Да
  2. При наличии электрического тока в проводе атомные ядра
    двигаться по проводу?

    1. Да
    2. Нет

Ответ

Часть 1

Когда в проводе есть электрический ток, электроны движутся. Если
электроны не движутся, электрического тока нет.

Ответ Б: да, электроны движутся по проводу.

Часть 2

При наличии электрического тока ядра атомов остаются неподвижными. Только
электроны движутся при наличии электрического тока.

Ответ на вторую часть Б: нет, ядра атомов не движутся
провод.

Электрический ток измеряется в
Ампер, сокращенно
А. Так
10 ампер может быть
записывается как 10 А. Когда есть
0 А тока в
цепи, электроны вообще не двигаются.

Говоря конкретно о движении электронов в проводе, мы можем обратиться к
к нему как поток электронов, также называемый потоком электронов.

Электроны отрицательны, поэтому они движутся к положительному выводу клетки и
от отрицательной клеммы, как показано на диаграмме ниже.

Движение электронов создает электрический ток, поскольку никакое другое
заряженная частица движется.

Давайте рассмотрим пример вопроса.

Пример 2. Определение направления потока электронов в цепи

На схеме показана электрическая цепь, состоящая из элемента и лампочки.

В каком направлении движутся электроны по цепи?

  1. По часовой
  2. Против часовой

Ответ

Направление потока электронов в цепи от отрицательного
клемме клетки и к положительной клемме.

Более короткая сторона элемента в верхней части этой цепи является его отрицательным
Терминал. Более длинная сторона клетки является положительным полюсом. Электрон
поток в этом контуре, таким образом, будет двигаться против часовой стрелки, как в контуре
схема ниже.

Правильный ответ: B: против часовой стрелки.

Хотя названия очень похожи, электронный ток и электрический ток
не то же самое. Электронный ток — это поток электронов в проводнике, а электрический
ток — это поток носителей заряда в проводе.

Ранние ученые не знали, что электроны текут по цепи, когда электрический ток
ток присутствовал. Когда эти ученые писали о потоке электрического
заряд, они предположили, что поток электрического заряда происходит от положительно заряженных
частицы.

Это означает, что они измерили направление носителей электрического заряда
от положительного полюса к отрицательному полюсу клетки. Такой электрический
поток показан на диаграмме ниже.

Соглашение, установленное этими учеными, до сих пор используется по умолчанию.
направление электрического тока. Это текущее направление по умолчанию называется
обычный ток.

Направление обычного тока противоположно электронному току,
так как он предполагает положительные носители заряда. На самом деле никаких положительных зарядов
течь вообще; они чисто вымышленные. В проводе движутся только электроны. Показана диаграмма, сравнивающая обычный ток с электронным током.
ниже.

Электронный ток или поток электронов конкретно относится к потоку
электроны. Электрический ток является более общим, поскольку он относится к потоку заряда
перевозчиков, и по умолчанию принимает направление обычного
Текущий.

Давайте рассмотрим несколько примеров вопросов.

Пример 3: Нахождение условного направления тока по потоку электронов

На рисунке ниже показаны электроны и атомные ядра в разрезе
медный провод. Синие кружки представляют электроны, а красные кружки
представляют атомные ядра. В проводе протекает электрический ток, и
электроны в нем движутся вправо.

Каково направление условного тока в проводе?

  1. Вправо
  2. Влево

Ответ

Поток отрицательно заряженных электронов на диаграмме направлен вправо,
но обычный ток предполагает, что носители заряда в токе
положительный.

Это означает, что обычное направление тока противоположно
направление электронов. Это было бы слева, так как электроны
текут вправо.

Правильный ответ Б: налево.

Пример 4: Определение условного направления тока в цепи

На схеме показана электрическая цепь, содержащая элемент и лампочку.

Каково направление условного тока в цепи?

  1. По часовой стрелке
  2. Против часовой стрелки

Ответ

Обычное направление тока в цепи предполагает положительные носители заряда. Это означает, что поток этих зарядов будет исходить от положительной клеммы
ячейку к отрицательной клемме.

Положительная клемма ячейки, более длинная линия, направлена ​​вниз. Положительные заряды тогда должны были бы течь против часовой стрелки, что означает
правильный ответ: B.

Является ли носитель заряда фиктивным положительным зарядом в обычных
ток или электрон в электронном токе, заряд должен течь, чтобы
быть электрическим током.

Неважно, сколько заряда присутствует, важно лишь то, что он движется.
На приведенной ниже диаграмме показаны две цепи, одна из которых содержит намного больше электронов, чем
Другой.

Обе цепи имеют ток 0 А
когда электроны не двигаются, независимо от того, сколько электронов есть.

Электроны также не расходуются при уменьшении тока в цепи. Все
электроны все еще присутствуют; они просто двигаются медленнее. Если ток упадет до 0,
это означает, что электроны полностью перестали двигаться. На приведенной ниже диаграмме показано
электроны движутся через лампочку, питая ее и заставляя ее загораться.

Поскольку электроны движутся через лампочку, лампочка их не использует
вверх или привести к их исчезновению. Движение электронов питает лампочку,
поэтому, если электроны будут двигаться медленнее, лампочка будет более тусклой. Если бы электроны
полностью перестанут двигаться, лампочка вообще не будет излучать свет.

Давайте рассмотрим несколько примеров вопросов.

Пример 5: Описание количества электронов в цепи после работы

На схеме показана электрическая цепь, содержащая ячейку и лампочку. Эта схема установлена ​​на верстаке и оставлена ​​включенной на
1 час.

В конце
час,
больше электронов, меньше электронов или такое же количество электронов в
провода цепи, чем в начале
час?

  1. В проводах больше электронов.
  2. В проводах меньше электронов.
  3. В проводах одинаковое количество электронов.

Ответ

Когда цепь включена, электроны движутся по цепи, питая
лампочка, когда они проходят через нее.

Электроны питают лампочку своим движением. В течение
1 час,
некоторые электроны могли замедлиться из-за питания лампочки, но есть
общее количество электронов в цепи остается тем же.

В конце часа,
после включения лампочки в ней остается такое же количество электронов.
провода. Правильный ответ: C.

Пример 6: Определение причины затемнения лампочки

На схеме показана электрическая цепь, состоящая из элемента и лампочки. Эта схема установлена ​​на верстаке и оставлена ​​включенной на
1 час.

В течение
час,
лампа постепенно тускнеет. Какое из следующих утверждений верно
объясняет почему?

  1. Количество электронов в клетке со временем уменьшается, поэтому
    электроны, которые могут течь по цепи.
  2. Количество энергии в клетке со временем уменьшается, поэтому энергии становится меньше
    который может быть преобразован в свет лампочкой.

Ответ

Когда цепь включена, электроны движутся по цепи, питая
лампочка, когда они проходят через нее.

Когда лампочка тускнеет, это происходит не потому, что в ней меньше электронов.
цепи, просто меньше электронов в движении, способных привести ее в действие.
число электронов в цепи остается прежним.

Поскольку энергия клетки медленно иссякает, она не может толкать столько
электроны через провод и, таким образом, через лампочку. Правильный ответ
это B.

Давайте обобщим то, что мы узнали в этом объяснителе.

Ключевые моменты

  • Электрический ток представляет собой поток электрического заряда и измеряется в
    ампер.
  • Обычный ток предполагает, что носители заряда положительны, т.е.
    течет от положительных клемм к отрицательным клеммам.
  • Электронный ток – это фактический поток электронов, которые текут в противоположном направлении.
    направление обычного тока.
  • Электроны не разрушаются и не расходуются в цепи при отсутствии тока;
    они просто перестают двигаться.

Каково направление потока электричества в цепи постоянного тока?

Спросил

Изменено
2 месяца назад

Просмотрено
3к раз

$\begingroup$

Я знаю, что в переменном токе направление потока электронов постоянно меняется, но этот вопрос для цепи постоянного тока, как светодиод с батарейкой.

Ток в такой цепи течет от — стороны батареи к + стороне батареи? Для меня это имеет смысл, поскольку отрицательная сторона хочет избавиться от отрицательных электронов, поскольку их слишком много, а положительная сторона хочет получить электроны, чтобы они двигались в этом направлении.

Но недавно я услышал, что на самом деле все наоборот? + > —
Я также слышал, что это связано с тем, как впервые было открыто электричество, и они ошиблись? Теперь я действительно запутался, как он на самом деле течет, или если это просто названия положительной и отрицательной сторон батареи перевернуты…

Может ли кто-нибудь пролить свет на это? Я был бы очень признателен.

  • электричество
  • электрические цепи

$\endgroup$

2

$\begingroup$

Направление тока на самом деле является условным. Прежде чем мы узнали, что движущимися зарядами являются электроны, люди думали, что положительные заряды ответственны за ток. Но это не имеет значения, есть 2 переворота знака, когда вы меняете с отрицательного на положительный или наоборот: один для направления тока, а другой для знака заряда. Вы получите тот же ответ, что и раньше.

$\endgroup$

$\begingroup$

Лучше всего представить это так: проводник в цепи, например, такой металл, как медь, представляет собой решетку выровненных атомов. Теперь + заряд подобен дырке в решетке, в которой есть атом меди, которому не хватает одного электрона. Этот положительный заряд течет от + полюса к — полюсу, что подобно дырке одного недостающего электрона в решетке, движущейся к — полюсу. И движется к отрицательному полюсу, потому что этот полюс богаче электронами. Таким образом, через решетку текут не электроны, а дырки (отсутствующие электроны), которые по определению являются положительными зарядами. Вы также можете представить это как колодец или долину, в которой группа атомов меди имеет меньше электронов, чем их нейтральное состояние. Эта яма смещается по решетке к отрицательному полюсу. На самом деле некоторые электроны также прыгают в решетку и устремляются к дырам (или ямам), чтобы заполнить их. Эти электроны действительно движутся к положительному полюсу, но обычно они не так быстро перемещаются по решетке. Дырки (с + зарядами) подобны маленьким вакуумным пузырькам недостающих электронов. Эти переключаются быстрее. Так что ток в данном случае — это ток электронных ям (пузырьков недостающих электронов в решетке проводника), которые движутся к отрицательному полюсу.

Теперь важно понять, что электрические токи отличаются от водяных течений, в которых давление, создаваемое потоком молекул воды, вызывает кинетическую энергию. Как, например, в паровой машине, в которой давление приводит в движение поршни. Электрическая энергия не производится электронами, толкающими что-либо и оказывающими давление. Энергия становится кинетической, когда положительно заряженные молекулы притягиваются к отрицательно заряженным молекулам, особенно если обе находятся в твердом состоянии и должны физически двигаться навстречу друг другу, как это происходит во вращающемся электродвигателе.

Таким образом, можно сказать, что в случае течения воды это отталкивание, то есть давление многих молекул воды на барьеры, вызывающее движение. В случае электрических токов именно притяжение (разноименных зарядов) в твердых телах вызывает движение. Или, в случае с лампочкой, производит тепло, которое излучает свет в определенных элементах.

$\endgroup$

1

$\begingroup$

Ток течет со стороны + на сторону -. Однако электроны перетекают со стороны — на сторону +. Эти утверждения не противоречат друг другу, если вы понимаете, что такое ток.

$\endgroup$

3

$\begingroup$

Причина, по которой текущее направление + к -: Франклин бросил монету, и она упала не туда!

Объясняет, почему символ диода указывает НЕПРАВИЛЬНО!!

Серьезно. Я не шучу!

$\endgroup$

Твой ответ

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Правило правой руки для проводника с током

Все ресурсы AP Physics 2

6 Диагностические тесты
149 практических тестов
Вопрос дня
Карточки
Learn by Concept

AP Physics 2 Help »
Электричество и магнетизм »
Магнетизм и электромагнетизм »
Правило правой руки для проводника с током

Рассмотрим данный провод:

В каком направлении должны течь электроны по проводу, если электрическое поле, создаваемое внутри контура, направлено за пределы экрана?

Возможные ответы:

на экране

против часовой стрелки

по часовой стрелке

Ни один из этих

из экрана

Правильный ответ:

по часовой

.
Объяснение:

Нам нужно использовать правило правой руки, чтобы решить эту задачу. Однако правило правой руки применяется к потоку тока, который находится в направлении, противоположном фактическому потоку электронов (в данном случае ток определяется как направление потока протонов). Таким образом, вы можете либо использовать правило правой руки и изменить то, что определили, либо просто использовать левую руку.

Давайте просто используем левую руку. Направьте большой палец вверх и согните пальцы. Ваши пальцы должны указывать на вас. Это направление электрического поля, когда электроны движутся в направлении вашего большого пальца. Если вы положите большой палец левой руки вдоль проволочной петли с левой стороны петли, наши пальцы окажутся внутри петли и направлены наружу экрана. Это тот сценарий, который мы ищем. Следовательно, электроны должны течь по часовой стрелке вокруг петли.

Обратите внимание, что электроны должны течь по проводу, исключая варианты ответов «на экран» и «из экрана».

Сообщить об ошибке

У вас есть два токонесущих провода, проложенных параллельно друг другу, как показано ниже.

Точка R находится посередине между каждым из проводов. Если по проводам течет одинаковый ток I, каково направление магнитного поля в точке R?

Возможные ответы:

Правильно

В точке нет магнитного поля.

В экран

Влево

Вне экрана

Правильный ответ:

В точке нет магнитного поля.

Объяснение:

Используя правило правой руки, мы можем сказать, что направление магнитного поля из-за нижнего провода находится за пределами экрана. Точно так же мы можем сказать, что магнитное поле из-за верхнего провода направлено на экран. Поскольку точка R находится посередине между двумя проводами, они имеют одинаковую прочность. Следовательно, они оба компенсируют друг друга, не оставляя магнитного поля.

Сообщить об ошибке

На рисунке выше показаны два провода, по которым текут разные токи в одном направлении.

Каково направление магнитного поля в точке?

Возможные ответы:

вниз

на экране

На экране

вверх

Справа

Правильный ответ:

На экране

.0220
Пояснение:

Давайте воспользуемся правилом правой руки, чтобы определить магнитное поле, вызванное каждым током.

Для тока определяем, что магнитное поле входит в экран.

Для тока определяем, что магнитное поле выходит за пределы экрана.

Уравновешиваются ли два направления? Что ж, величина больше, чем величина , а это означает, что она преодолеет, поэтому чистое направление находится за пределами экрана.

Сообщить об ошибке

Каково направление магнитного поля в точке на данной диаграмме?

Возможные ответы:

На экране

справа

слева

к нижней части экрана

на экране

Правильный ответ:

На экране

.

Объяснение:

Напомним, что направление тока принято от положительного конца источника напряжения к отрицательному концу (противоположное направлению потока электронов). Таким образом, в этой цепи ток течет против часовой стрелки от источника напряжения. Используя правило правой руки для обычного тока в проводе, большой палец правой руки указывает вдоль провода, указывающего влево. В какой-то момент пальцы скручиваются и указывают вверх, за пределы экрана. В этом можно убедиться, поместив большой палец в направлении тока в любом месте цепи. Например, если мы возьмем направление тока через резистор, наш большой палец будет направлен вниз. Скручивая пальцы вокруг провода, они снова укажут за пределы экрана, подтверждая наш первоначальный ответ.

Сообщить об ошибке

Каково направление магнитного поля в точке на данной диаграмме?

Возможные ответы:

В нижней части экрана

Слева

к верхней части экрана

На экране

на экране

Правильный ответ:

на экран

. экран

Пояснение:

В этой цепи ток течет против часовой стрелки. Используя правило правой руки для обычного тока в проводе, большой палец правой руки указывает вдоль провода, указывающего налево в верхней части цепи. В какой-то момент пальцы скручиваются и указывают вниз, в экран.

Сообщить об ошибке

Каково направление магнитного поля в точке?

Возможные ответы:

На экране

к верхней части экрана

на экране

Слева

Справа

Правильный ответ:

на экране

.

Пояснение:

Ток течет по этой цепи против часовой стрелки. Используя правило правой руки для обычного тока в проводе, большой палец правой руки указывает вдоль провода, указывая вправо в проводе в нижней части цепи. В какой-то момент пальцы скручиваются и указывают вниз, в экран.