Классы
Предметы

Электрический ток. Сила тока

Этот видеоурок доступен по абонементу
Подробнее об абонементе, платных и бесплатных уроках

У вас уже есть абонемент? Войти

Оплатить абонементот 75 руб. в месяц
У вас уже есть абонемент? Войти
Электрический ток. Сила тока

В ходе этого урока будет дано определение явлению электрического тока, рассмотрены различные ситуации его протекания и различные его воздействия на тела. Мы также охарактеризуем ток, используя величину силы тока, дадим её определение, а также её связь с другими физическими величинами.

Электрический ток

Начиная с этого урока, мы начинаем повторение полученных нами знаний в восьмом классе об электрическом токе, а также углубим эти знания.

Определение. Электрический ток – направленное упорядоченное движение заряженных частиц.

Упомянутые частицы могут быть совершенно разными: электронами, ионами (как положительными, так и отрицательными). Даже обычное макротело (например, шарик), которому придан некоторый заряд и некоторая скорость, своим движением производит ток. Важно также понимать, что то самое упорядоченное движение не обязано распространяться на все частицы. Каждая частица может двигаться хаотически, однако в целом вся масса этих частиц смещается в определенном направлении, и именно это смещение обуславливает наличие тока (рис. 1):

Рис. 1. Модель движения заряженных частиц (наличие хаотических скоростей каждой отдельной частицы и общая скорость смещения всех частиц одновременно (скорость, определяющая ток))

Для простоты мы будем изучать так называемый постоянный ток, то есть тот ток, при котором заряженные частицы не меняют ни модуля скорости, ни ее направления.

Ток имеет три основных действия (свойства):

Сила тока

Главной физической величиной, характеризующей ток, является сила тока.

Определение. Сила тока – физическая величина, равная отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени, за который этот заряд прошел. Обозначение: . Единица измерения: А – ампер (в честь французского физика  Андре-Мари Ампера, рис. 2)

Иначе говоря, сила тока определяет скорость прохождения зарядов сквозь проводник.

Рис. 2. Андре-Мари Ампер (Источник)

Прибором для измерения силы тока является амперметр (рис. 3). Это электрический прибор, который необходимо подключить в цепь последовательно тому участку, силу тока на котором необходимо измерить. 

Рис. 3. Внешний вид амперметра (Источник)

Рис. 4. Обозначение амперметра на электрической схеме

Скорость электронов в проводнике

Рассмотрим случай протекания постоянного тока в цилиндрическом проводнике (рис. 5) и выведем формулу определяющую скорость упорядоченного движения электронов (а именно они движутся в металлах).

Рис. 5. Схема протекания тока в проводнике

Запишем определение силы тока:

За время  поперечное сечение успели пересечь все те электроны, находящиеся в пространстве проводника, ограниченном длиной  (расстояние, которое прошли электроны за время ). Поэтому  можно посчитать как:

Здесь:  – заряд одного электрона;  – концентрация электронов в проводнике.

Подставив это равенство в определение силы тока:

и учтя, что

Получаем формулу:

То есть сила тока и скорость движения электронов – прямо пропорциональные величины.

Для определения концентрации электронов необходимо применить формулы из курса молекулярной физики. Если сделать предположение, что на каждый атом вещества проводника приходится один электрон, то тогда справедливо:

Зная, что

Подставив

и

Получим:

То есть при нашем допущении концентрация свободных электронов зависит только от материала проводника (плотности и молярной массы).

Для оценки порядка искомой скорости направленного движения электронов рассмотрим ток в 1 А, текущий по медному проводнику сечением 1 . Согласно формулам:

То есть, как можно убедиться, скорость движения электронов чрезвычайно мала. Быстрота же срабатывания всех электрических приборов, в частности, ламп, обусловлена тем, что двигаться начинают все электроны по всему объёму проводника практически одновременно.

На следующем уроке мы рассмотрим условия, наличие которых обязательно для существования тока. 

 

Список литературы

  1. Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) – М.: Мнемозина, 2012.
  2. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. – М.: Илекса, 2005.
  3. Мякишев Г.Я., Синяков А.З., Слободсков Б.А. Физика. Электродинамика. – М.: 2010.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Physics.ru (Источник).
  2. Mugo.narod.ru (Источник).
  3. Электрический ток. Сила и плотность тока (Источник).

 

Домашнее задание

  1. Стр. 101: № 775. Физика. Задачник. 10-11 классы. Рымкевич А.П. – М.: Дрофа, 2013. (Источник)
  2. Движутся ли заряженные частицы в проводнике, по которому не течет ток?
  3. Какие действия тока можно наблюдать, пропуская ток через морскую воду?
  4. При какой силе тока за 4 с сквозь поперечное сечение проводника проходит 32 Кл?
  5. *Возможен ли электрический ток в отсутствии электрического поля?