Действия электрического тока: тепловое, химическое, магнитное, световое и механическое

Электрический ток в цепи всегда проявляется каким-нибудь своим действием. Это может быть как работа в определенной нагрузке, так и сопутствующее действие тока. Таким образом, по действию тока можно судить о его наличии или отсутствии в данной цепи: если нагрузка работает — ток есть. Если типичное сопутствующее току явление наблюдается — ток в цепи есть, и т. д.

Вообще, электрический ток способен вызывать различные действия: тепловое, химическое, магнитное (электромагнитное), световое или механическое, причем разного рода действия тока зачастую проявляются одновременно. Об этих явлениях и действиях тока и пойдет речь в данной статье.

Тепловое действие электрического тока

При прохождении постоянного или переменного электрического тока по проводнику, проводник нагревается. Такими нагревающимися проводниками в разных условиях и приложениях могут выступать: металлы, электролиты, плазма, расплавы металлов, полупроводники, полуметаллы.

Выделяемое на участке цепи количество теплоты зависит от приложенного к этому участку напряжения, значения протекающего тока и от времени его протекания (Закон Джоуля — Ленца).

Преобразовав закон Ома для участка цепи, можно для вычисления количества теплоты использовать либо напряжение, либо силу тока, но тогда обязательно необходимо знать и сопротивление цепи, ведь именно оно ограничивает ток, и вызывает, по сути, нагрев. Или, зная ток и напряжение в цепи, можно так же легко найти количество выделяемой теплоты.

Химическое действие электрического тока

Электролиты, содержащие ионы, под действием постоянного электрического тока подвергаются электролизу — это и есть химическое действие тока. К положительному электроду (аноду) в процессе электролиза притягиваются отрицательные ионы (анионы), а к отрицательному электроду (катоду) — положительные ионы (катионы). То есть вещества, содержащиеся в электролите, в процессе электролиза выделяются на электродах источника тока.

Например, в раствор определенной кислоты, щелочи или соли погружают пару электродов, и при пропускании электрического тока по цепи на одном электроде создается положительный заряд, на другом — отрицательный. Ионы содержащиеся в растворе начинают откладываться на электроде с противоположным зарядом.

Химическое действие электрического тока используется в промышленности, например, для разложения воды на составляющие ее части (водород и кислород). Также электролиз позволяет получать некоторые металлы в чистом виде. С помощью электролиза покрывают тонким слоем определенного металла (никеля, хрома) поверхности — это нанесение гальванических покрытий и т.д.

В 1832 году Майкл Фарадей установил, что масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит. Если через электролит пропускается в течение времени t постоянный ток I, то справедлив первый закон электролиза Фарадея:

Здесь коэффициент пропорциональности k называется электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единичного электрического заряда, и зависит от химической природы вещества.

Магнитное действие электрического тока

При наличии электрического тока в любом проводнике (в твердом, жидком или газообразном) наблюдается магнитное поле вокруг проводника, то есть проводник с током приобретает магнитные свойства.

Так, если к проводнику, по которому течет ток, поднести магнит, например в виде магнитной стрелки компаса, то стрелка повернется перпендикулярно проводнику, а если намотать проводник на железный сердечник, и пропустить по проводнику постоянный ток, то сердечник станет электромагнитом.

В 1820 году Эрстед открыл магнитное действие тока на магнитную стрелку, а Ампер установил количественные закономерности магнитного взаимодействия проводников с током.

В 1831 году, Фарадей установил, что изменяющееся магнитное поле от одного контура порождает ток в другом контуре: генерируемая ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Логично, что именно магнитное действие токов используется по сей день и во всех трансформаторах, а не только в электромагнитах ( например, в промышленных).

Световое действие электрического тока

В простейшем виде световое действие электрического тока можно наблюдать в лампе накаливания, спираль которой разогревается проходящим через нее током до белого каления и излучает свет.

Для лампы накаливания на световую энергию приходится около 5% от подведенной электроэнергии, остальные 95% которой преобразуется в тепло.

Люминесцентные лампы более эффективно преобразуют энергию тока в свет — до 20% электроэнергии преобразуется в видимый свет благодаря люминофору, принимающему ультрафиолетовое излучение от электрического разряда в парах ртути или в инертном газе типа неона.

Более эффективно световое действие электрического тока реализуется в светодиодах. При пропускании электрического тока через p-n переход в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

Лучшие излучатели света относятся к прямозонным полупроводникам (то есть к таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), например GaAs, InP, ZnSe или CdTe. Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS). КПД светодиода как источника света доходит в среднем до 50%.

Механическое действие электрического тока

Как было отмечено выше, каждый проводник, по которому течет электрический ток, образует вокруг себя магнитное поле. Магнитные действия превращаются в движение, например, в электродвигателях, в магнитных подъемных устройствах, в магнитных вентилях, в реле и т. д.

Механическое действие одного тока на другой описывает закон Ампера. Впервые этот закон был установлен Андре Мари Ампером в 1820 для постоянного тока. Из закона Ампера следует, что параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных — отталкиваются.

Законом Ампера называется также закон, определяющий силу, с которой магнитное поле действует на малый отрезок проводника с током. Сила, с которой магнитное поле действует на элемент проводника с током, находящегося в магнитном поле, прямо пропорциональна току в проводнике и векторному произведению элемента длины проводника на магнитную индукцию.

На этом принципе основана работа электродвигателей, где ротор играет роль рамки с током, ориентирующейся во внешнем магнитном поле статора вращающим моментом M.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Электрический ток и закон Ома

теория по физике 🧲 постоянный ток

Электрический ток — направленное движение заряженных частиц под действием внешнего электрического поля.

Условия существования электрического тока:

Носители электрического тока в различных средах

Электрическая цепь и ее схематическое изображение

Электрическая цепь — это совокупность устройств, соединенных определенным образом, которые обеспечивают путь для протекания электрического тока.

Основные элементы электрической цепи:

Электрическая цепь также может содержать:

Электрическая схема — графическое изображение электрической цепи, в котором реальные элементы представлены в виде условных обозначений.

Условные обозначения некоторых элементов электрической цепи

Простейшая электрическая цепь содержит в себе источник и потребитель тока, проводники, ключ. Схематически ее можно отобразить так:

Направление электрического тока в металлах

По металлическим проводам перемещаются отрицательно заряженные электроны, т.е. ток идет от «–» к «+» источника. Направление движения электронов называют действительным. Но исторически в науке принято условное направление тока от «+» источника к «–».

Действия электрического тока (преобразования энергии)

Электрический ток способен вызывать различные действия:

Основные параметры постоянного тока

Постоянный ток — электрический ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению.

Основными параметрами электрического тока являются:

Сила тока

Сила тока показывает, какой заряд q проходит через поперечное сечение проводника за 1 секунду:

Заряд, проходящий по проводнику за время t при силе тока, равной I:

Пример №1. Источник тока присоединили к двум пластинам, опущенным в раствор поваренной соли. Сила тока в цепи 0,2 А. Какой заряд проходит между пластинами в ванне за 2 минуты?

2 минуты = 120 секунд

Заряд, проходящий за время ∆t при равномерном изменении силы тока от I₁ до I₂:

Сила тока и скорость движения электронов:

n — (м –3 ) — концентрация, S (м 2 ) — площадь сечения проводника, v — скорость электронов.

Внимание!

Электроны движутся по проводам со скоростью, равной долям мм/с. Но электрическое поле распространяется со скоростью света: c = 3∙10 8 м/с.

Сопротивление

Сопротивление металлов характеризует тормозящее действие положительных ионов кристаллической решетки на движение свободных электронов:

Пример №2. Медная проволока имеет электрическое сопротивление 6 Ом. Какое электрическое сопротивление имеет медная проволока, у которой в 2 раза больше длина и в 3 раза больше площадь поперечного сечения?

Сопротивление первого и второго проводника соответственно:

Поделим электрическое сопротивление второго проводника на сопротивление первого:

Отсюда сопротивление второго проводника равно:

Напряжение

Напряжение характеризует работу электрического поля по перемещению положительного заряда:

Пример №3. Перемещая заряд в первом проводнике, электрическое поле совершает работу 20 Дж. Во втором проводнике при перемещении такого же заряда электрическое поле совершает работу 40 Дж. Определить отношение U₁/U₂ напряжений на концах первого и второго проводников.

Закон Ома для участка цепи

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению:

Иллюстрация закона Ома.

Сила тока направлена в сторону движения заряженных частиц (электронов). Силе тока противостоит сопротивление: чем оно больше, тем меньше сила тока (тем меньше проходит электронов через проводник в единицу времени). Но росту силы тока способствует напряжение, которое словно толкает заряженные частицы, заставляя их упорядоченно перемещаться.

Закон Ома для участка цепи с учетом формулы для расчета сопротивления:

Для сравнения и расчета сопротивления часто используют вольтамперную характеристику. Так называют графическое представление зависимости силы тока от напряжения. Пример вольтамперной характеристики:

Чем круче график, тем меньше сопротивление проводника. При расчете сопротивления важно учитывать единицы измерения величин, указанных на осях.

Пример №4. На рисунке изображен график зависимости силы тока от напряжения на одной секции телевизора. Каково сопротивление этой секции:

Точке графика, соответствующей 5 кВ, соответствует сила тока, равна 20 мА.

Сначала переведем единицы измерения величин в СИ:

При определении сопротивления резистора ученик измерил напряжение на нём: U = (4,6 ± 0,2) В. Сила тока через резистор измерялась настолько точно, что погрешностью можно пренебречь: I = 0,500 А. По результатам этих измерений можно сделать вывод, что сопротивление резистора, скорее всего,

Источник

Действия электрического тока

Различают шесть действий электрического тока:

Тепловое действие тока

Электрический ток в твёрдых проводниках представляет из себя упорядоченное движение электронов. Каждый твёрдый проводник имеет кристаллическое строение, в узлах которой находятся положительные ионы. Поначалу проводник состоит из атомов химического элемента (состав проводника). Если пустить электрическое поле, от этих атомов будут отделяться электроны с внешней электронной оболочки, и атомы превращаются в положительные ионы, которые находятся в узлах кристаллической решётки. Электрический ток распространяется в проводниках с огромной скоростью, приближающейся к скорости света (299 792 458 м/с), но сами электроны движутся гораздо медленнее (в проводах их скорость составляет несколько миллиметров в секунду). Если выключить электрическое поле, электроны присоединяются к положительным ионам, находящимися поблизости и эти ионы превращаются снова в атомы. Электрический ток также, например, в лампочке нагревает её спираль.

Химическое действие тока

В электролитах движутся ионы (катионы и анионы). При взаимодействии электролита с молекулами воды, диполи воды своими кончиками присоединяются к катионам металла. В последствие у электролита разрушается кристаллическая решётка, что ведёт к образованию гидратов, то есть освобождаются гидратированные ионы.

Магнитное действие тока

Электрический ток создает магнитное поле, которое можно обнаружить по его действию на постоянный магнит. Например, если к проводнику по которому протекает электрический ток, поднести компас, стрелка компаса, представляющая собой постоянный магнит, придет в движение. Если изначально стрелка компаса была расположена вдоль силовых линий магнитного поля земли, то после приближения к проводнику с электричсеим током, стрелка соориентируется вдоль силовых линий магнитного поля проводника.

Катушка, состоящая из намотанного провода и сердечника, притягивает к себе частички металлов. Поскольку и катушка, и сердечник состоят из разных проводников, электроны переходят на разные проводники.

Полезное

Смотреть что такое «Действия электрического тока» в других словарях:

Предельная коммутационная способность циклического действия электрического реле — 117. Предельная коммутационная способность циклического действия электрического реле D. Schaltvermögen bei Schaltspielen E. Limiting cyclic capacity F. Pouvoir limite de manoeuvre Наибольшее значение тока, которое выходная цепь электрического… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ 19350-74: Электрооборудование электрического подвижного состава. Термины и определения — Терминология ГОСТ 19350 74: Электрооборудование электрического подвижного состава. Термины и определения оригинал документа: 48. Активное статическое нажатие токоприемника Нажатие токоприемника на контактный провод при медленном увеличении его… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Химический источник тока — (аббр. ХИТ) источник ЭДС, в котором энергия протекающих в нём химических реакций непосредственно превращается в электрическую энергию. Содержание 1 История создания 2 Принцип действия … Википедия

ГОСТ Р 52726-2007: Разъединители и заземлители переменного тока на напряжение свыше 1 кВ и приводы к ним. Общие технические условия — Терминология ГОСТ Р 52726 2007: Разъединители и заземлители переменного тока на напряжение свыше 1 кВ и приводы к ним. Общие технические условия оригинал документа: 3.1 IP код: Система кодирования, характеризующая степени защиты, обеспечиваемые… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Генератор переменного тока — Эта страница требует существенной переработки. Возможно, её необходимо викифицировать, дополнить или переписать. Пояснение причин и обсуждение на странице Википедия:К улучшению/23 октября 2012. Дата постановки к улучшению 23 октября 2012 … Википедия

Источники тока — устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую. По виду преобразуемой энергии И. т. условно можно разделить на химические и физические. Сведения о первых химических И. т. (гальванических элементах и аккумуляторах)… … Большая советская энциклопедия

Потенциал действия (action potential) — П. д. это самораспространяющаяся волна изменения мембранного потенциала, к рая последовательно проводится но аксону нейрона, перенося информ. от клеточного тела нейрона до самого конца его аксона. При нормальной передаче информ. в нервных сетях П … Психологическая энциклопедия

ПОДВИЖНОСТЬ НОСИТЕЛЕЙ ТОКА — величина, характеризующая электрические свойства (см.) и полупроводников (см.), равная отношению средней установившейся скорости движения носителей тока (электронов, уст ионов, дырок) в направлении действия электрического поля к напряжённости Е… … Большая политехническая энциклопедия

Аэротермические электростанции циклонного действия — Изобретение аэротермических электростанций связано с наблюдениями за тепловыми воздушными потоками, поднимающимися в атмосфере. Идеально видеть их ламинарными, но это трудно осуществимая задача, они всегда буду подвержены турбулентности, причем… … Википедия

Источник

Как действует электрический ток на организм человека

Электрическая энергия значительно облегчает всем нам жизнь. Сейчас человека окружает просто огромное количество приборов, работающих от электрической сети.

Однако данный источник энергии является опасным для человека, точнее опасен один из параметров его – сила тока.

Напряжение и частота тока, опасны или нет?

Напряжение и частота его в значительной мере безопаснее тока.

К примеру, автомобильная катушка зажигания на выходе формирует электрический импульс напряжением 20-24 тыс. В, но из-за очень малой величины силы тока такой импульс не опасен для человека, максимум, что он вызывает – неприятное ощущение.

А вот если сила тока была в катушки значительно больше, этот импульс был бы смертелен для человека. Поэтому и говорится, что «убивает ток».

Воздействие тока на организм человека зависит от многих параметров, и в первую очередь – это его сила и вид (постоянный, переменный).

Также воздействие зависит от времени контакта человека с источником электроэнергии.

Влияет и восприимчивость человека к воздействию, его физическое и эмоциональное состояние.

Если один человек может практически не ощущать действие тока определенной силы, то второму это значение может уже быть ощутимо, причем сильно.

Немаловажным является и путь прохождения электрического разряда через организм.

Наиболее опасным является путь через центральную нервную систему, органы дыхания и сердце.

Воздействие тока разных величин на организм

Минимальное значение силы тока, которое становиться ощутимым человеком – 1 мА. Но опять же это значение зависит от восприимчивости.

При повышении этого параметра появляются неприятные болевые ощущения, мышцы начинают непроизвольно сокращаться.

До 12-15 мА силу тока называют отрываемой. Человек в состоянии самостоятельно разорвать контакт с источником, хотя при приближении параметра к указанным значениям разорвать контакт все сложнее.

Свыше 15 мА ток считается не отрываемым, человек не в состоянии сам разорвать контакт, требуется сторонняя помощь.

При повышении параметра до 25 мА, мышцы в точке контакта полностью парализуются, причем сопровождается это очень сильными болями, а также усложняется дыхание человека.

Ток силой до 50 мА помимо очень сильной боли и паралича мышц, сопровождается параличом дыхания и снижением деятельности сердца, человек теряет сознание.

Значение тока до 80 мА приводит к параличу дыхания за несколько секунд воздействия, при более длительном контакте возможна фибрилляция сердца.

100 мА очень быстро приводят к фибрилляции, а затем и к параличу сердца.

Ток силой 5А мгновенно приводит к параличу дыхания, сердце останавливается на время контакта человека с источником, в месте контакта образуются ожоги.

Виды воздействия

Видов воздействий, которые электрический ток может оказать на организм человека – несколько.

Первым видом является термическое воздействие. При таком воздействии на кожном покрове появляются ожоги, оно может затронуть ткани, кровеносные сосуды перегреваются, на пути прохождения тока нарушается работоспособность органов.

Вторым является химическое воздействие. Оно сопровождается возникновением электролиза жидкостей внутри человека, кровь и лимфа расщепляются, что приводит к изменению их физико-химического состава.

Третье воздействие – механическое. При нем происходит разрыв тканей человека, возможно появление трещин в костях.

Последний вид воздействия – биологическое. Воздействие тока приводит к судорогам мышц и органов, нарушению деятельности органов вплоть до полного прекращения их функционирования.

Виды электрических травм

Электротравмы, которые способен нанести электрический ток на организм, делятся на внешние и внутренние.

Внешних электрических травм бывает несколько. Самой распространенной травной является ожог. Большинство травм от поражения током приводят к ожогам.

Однако еще имеются и другие виды электротравм:

Внутренние повреждения при поражении происходят из-за электрического удара.

При прохождении тока через внутренние органы, происходит возбуждение их тканей, что сопровождается нарушением функционирования.

Степени воздействия тока на организм

Воздействие электрического тока на организм человека имеет определенную классификацию, которая поделена на 4 степени.

Первая степень – воздействие на человека источника электроэнергии с малой силой тока, при которой происходит непроизвольное сокращение мышц, но человек находится в сознании.

Вторая степень – источник электроэнергии обладает средней по величине силой тока, сопровождается сокращением мышц, человек теряет сознание, но дыхание и пульс присутствуют.

Третья степень – контакт человека с источником энергии с высокой силой тока, из-за которого происходит паралич органов дыхания, и оно отсутствует, а также у сердца нарушена работа.

Техника безопасности

Чтобы предупредить возможное поражение человека электрическим током, имеется ряд правил, прописанных в инструкциях по технике безопасности и охране труда.

Так, работы с электрическими приборами должны проводиться только инструментами с защищенными рукоятками, которые не пропускают ток.

Ремонт электроприборов должен производиться только после их обесточивания и вынимания вилки из розетки.

Ремонт электрических сетей должен выполняться после обесточивания. При этом на рубильники, которыми выполнилось обесточивание, вешаются соответствующие таблички.

При работе с мощными приборами дополнительно используются диэлектрические коврики, обувь, перчатки.

А для детей есть особые правила электробезопасности.

Оказание помощи при поражении

Если же человек попал под воздействие электрического тока, предпринимается ряд определенных мер.

Первое, что нужно сделать разорвать контакт человека с источником. Сделать это можно путем обесточивания сети или прибора, с которыми произошел контакт.

Если это не является возможным, нужно оттянуть человека от источника, при этом прикасаться к телу нельзя, оттягивать нужно за одежду.

Если в результате паралича мышц рука пострадавшего сжимает провод с источником, следует вначале перерубить провод острым предметом с токонепроводящей ручкой, к примеру, топором с сухой деревянной ручкой.

После разрыва контакта нужно оказать первую медицинскую помощь. Если человек находится в сознании, ему нужно обеспечить удобное положение для отдыха.

При потере сознания, но с сохранением дыхания, обеспечить ему удобное положение, расстегнуть ворот для обеспечения притока воздуха, воспользоваться нашатырным спиртом для приведения в чувства.

При наступлении клинической смерти, когда отсутствует дыхание и сердцебиение, следует попытаться вывести его из этого состояния путем проведения искусственного дыхания и массажа сердца. И конечно же не забудьте вызвать скорую помощь.

Источник