Люди повсеместно применяют электрический ток: он обеспечивает освещение в домах и на улицах, функционирование метро, зарядку мобильных устройств и множество других важных процессов.
О том, что такое электрический ток, как он появляется и какие его формы существуют, — в материале ТАСС.
Как возникает электрический ток
Представьте, что вы включаете электрический чайник. В этот момент замыкается электрическая цепь, и внутри проводов начинается движение заряженных частиц — в металлических проводах это электроны. Хотя их невозможно увидеть невооруженным глазом, результат — нагрев воды — очевиден. Упорядоченное направление движения заряженных частиц и есть электрический ток.
Для его существования необходимо наличие:
- свободных заряженных частиц;
- электрического поля для создания разности потенциалов;
- замкнутой электрической цепи.
Существуют следующие виды электрического тока:
- постоянный, параметры которого — сила и направление — не меняются со временем;
- переменный, изменяющийся со временем по величине и/или направлению. В общем случае к переменному относят различные виды импульсных, пульсирующих, периодических и квазипериодических токов.
Источники тока
Для существования электрического тока необходимы источники. Среди них выделяют четыре основных типа:
- химические: преобразуют энергию окислительно-восстановительной реакции в электрическую. Так, например, работают аккумуляторы;
- механические: преобразуют механическую энергию в электрическую. Принцип работы можно рассмотреть на примере ветрогенератора: ветер вращает лопасти, соединенные с валом генератора;
- тепловые: термопары и термогенераторы, преобразующие тепловую энергию в электрическую за счет разности температур. Так устроены термоэлектрические модули в некоторых холодильниках;
- световые: преобразуют солнечную энергию в электрическую. Аналогично работают солнечные батареи и фотоэлементы.
В чем измеряется ток
У электрического тока есть несколько характеристик.
Сила тока. Определяется количеством заряженных частиц, проходящих через поперечное сечение проводника в единицу времени. Чем больше зарядов проходит за короткий промежуток времени, тем выше сила. В международной системе единиц (СИ) измеряется в амперах (А).
Напряжение. Это отношение работы, которую совершает электрическое поле для перемещения заряда, к величине этого перемещаемого заряда. Это мера того, насколько сильно электрическое поле «толкает» или «поднимает» электрический заряд при его перемещении. В СИ измеряется в вольтах (В).
Сопротивление. Характеризует способность проводника препятствовать прохождению электрического тока. В СИ измеряется в омах (Ом).
Работа электрического тока. Это работа, которую электрическое поле затрачивает на перемещение электрических зарядов по проводнику. Единица измерения в СИ — джоуль (Дж).
Мощность электрического тока. Показатель, показывающий, сколько работы электрический ток выполняет за единицу времени (скорость выполнения работы). Единица измерения в СИ — ватт (Вт).
При чем здесь закон Ома
Закон Ома описывает взаимосвязь между тремя основными величинами: силой тока, напряжением и сопротивлением. Он работает, когда показатели окружающей среды постоянны, например температура. Согласно закону Ома сила электрического тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
К примеру, если увеличить напряжение при постоянном сопротивлении, сила тока возрастет, а если увеличить сопротивление при постоянном напряжении, сила тока уменьшится.
Закон Ома может применяться для:
- полной цепи: позволяет рассчитать ток с учетом всех сопротивлений в цепи, включая внутренние потери в источнике тока;
- замкнутой цепи: позволяет описать распределение напряжения в полностью замкнутой цепи;
- участка цепи: позволяет рассчитать силу тока через отдельный элемент или часть цепи при известном напряжении на его концах.
Таким образом, закон Ома необходим для проектирования, анализа и диагностики электрических устройств.
Электрический ток в природе
Электрический ток существует на Земле с момента её возникновения. Его можно наблюдать в природе в самых удивительных явлениях, которые происходят вокруг нас. Например, это могут быть:
- молнии: если разность потенциалов между облаками или между облаками и Землей становится слишком большой, возникает сильный электрический разряд, сопровождающийся вспышкой света и громом. Сила тока в разряде молнии на Земле достигает 10–500 кА;
- жизнь под водой: морские обитатели используют электрический ток для охоты, общения и ориентации в пространстве. Так, например, электрический угорь (Electrophorus electricus) во время атаки способен вырабатывать напряжение до 1300 В при силе тока около 1 А;
- электрические процессы в теле человека: миллиарды нейронов в человеческом мозге обрабатывают и передают в головной мозг сигналы, поступающие из окружающего мира или тела. Каждый из этих сигналов — это короткий электрический импульс, возникающий за счет движения заряженных частиц через мембрану клетки. Когда человек планирует поднять руку или пошевелить пальцами, мозг отправляет через нервы в мышечное волокно электрический сигнал, что и приводит к движению.
Знания о токе — ключ к сохранению техники
Сегодня становятся популярными быстрые зарядные устройства. Например, классический адаптер для телефона потребляет 1 А, а современные быстрые модели — 2 А или даже 3 А.
Чтобы безопасно использовать быстрые зарядки, устройство должно поддерживать их. Современные мобильные устройства оснащены защитой от перезарядки и могут автоматически определять, какое потребление мощности будет безопасным. Если телефон не поддерживает быструю зарядку, зарядное устройство переключится в обычный режим. Несмотря на это, на рынке встречается много подделок.
Также не рекомендуется использовать зарядные устройства от одних типов техники для других. Например, зарядка от ноутбука не подходит для телефона и наоборот. Если подключить устройство к зарядке с высоким для него напряжением, это может привести к перегреву аккумулятора и повреждению устройства. А если попытаться зарядить ноутбук с помощью зарядки от телефона, то мощности может не хватить, и в результате зарядка будет медленной или вовсе не начнется.
Фото: hi-tech.mail.ru