Как двигается электрон по замкнутой цепи

Особенности замкнутой цепи, как это работает, как это сделать

замкнутый контур представляет собой электрическую конфигурацию, в которой источник питания соединен с одним или несколькими компонентами приемника, соединенными проводящим материалом, который обеспечивает выход и возврат тока. Циркуляция тока по цепи позволяет обеспечить потребность в энергии взаимосвязанных элементов.

Следовательно, это позволяет дать курс на выполнение работы с физической точки зрения. Он также известен как замкнутый контур для любой установки, которая имеет сетчатую конфигурацию, в которой все ее устройства связаны друг с другом. Например: закрытые телевизионные каналы.

Короче говоря, цепь замыкается, когда интенсивность электрического тока течет от первичного источника энергии к целевому приемнику схемы.

• 1 Характеристики
  • 1.1 Ток циркулирует по цепи
  • 1.2 Они имеют источник генерации, проводники, узлы и приемные компоненты
  • 1.3 Конфигурация схемы бесплатна
  • 1.4 Тип тока (DC / AC) нечеткий
• 2 Как это работает?
• 3 Как это сделать?
• 4 примера
• 5 ссылок

черты

Основной целью замкнутой электрической цепи является передача электрической энергии через себя, чтобы удовлетворить конкретный спрос. Вообще говоря, электрические цепи характеризуются следующими аспектами:

Ток циркулирует по цепи

Это главное отличие замкнутой цепи, поскольку соединение всех ее компонентов — это именно то, что позволяет электрическому току протекать через себя..

Чтобы схема выполняла свою функцию, электроны должны найти непрерывный путь, по которому можно свободно циркулировать. Для этого цепь должна быть замкнута.

Если по какой-то причине непрерывность этого пути нарушена, цепь автоматически размыкается и, следовательно, ток прекращает свое движение.

У них есть источник генерации, проводники, узлы и приемные компоненты

Схема может быть большой или маленькой, в зависимости от функции, для которой она была разработана, а также иметь столько компонентов, сколько необходимо для выполнения указанной функции..

Однако есть некоторые элементы, которые являются основными для замкнутого контура, который следует рассматривать как таковой. Это:

Источник генерации

Он отвечает за подачу электрической энергии в систему.

Электрические проводники

Они являются средством связи между источником генерации и остальными приемниками. Обычно для этой цели используются медные кабели.

узлы

Они являются общими точками соединения между двумя или более компонентами. Узел может пониматься как точка бифуркации тока в направлении двух или более ответвлений цепи..

Получение компонентов

Это все те элементы, которые связаны в цепи. Это охватывает: сопротивление, конденсаторы, катушки индуктивности, транзисторы и другие электронные компоненты.

Таким образом, обычный цикл по замкнутому контуру состоит из следующего:

— Электрический ток начинается с положительного полюса источника питания.

— Ток протекает через компоненты схемы (потребляемая мощность).

— Текущий раздваивается в каждом узле. Доля текущего распределения будет зависеть от силы каждой ветви.

— Ток возвращается к источнику питания через отрицательный полюс.

В этой последовательности циркуляционная петля замыкается, и схема выполняет свою расчетную функцию, с помощью которой каждая потребность в энергии обеспечивается потоком силы тока..

Конфигурация схемы бесплатна

Цепь, пока она замкнута, может иметь необходимую конфигурацию. Это означает, что замкнутые цепи могут иметь массивы последовательно, параллельно или смешанно, в зависимости от интересов приложения.

Тип тока (DC / AC) нечеткий

Замкнутые электрические цепи представлены в любом типе тока, либо постоянного тока (постоянного тока), либо переменного тока (переменного тока)..

Тип сигнала будет зависеть от типа приложения. Однако принцип замкнутой цепи будет одинаковым, независимо от того, издает ли фидер непрерывные или альтернативные сигналы..

Как это работает?

В замкнутом контуре электроны движутся от начала контура на положительном полюсе источника (токовый выход) до его конца на отрицательном полюсе того же самого (приход тока).

То есть электроны проходят через всю конфигурацию в циркуляционной петле, которая охватывает всю цепь. Все начинается с источника энергии, который вызывает разницу электрического потенциала (напряжения) между его клеммами.

Эта разница напряжения заставляет электроны перемещаться от отрицательного полюса к положительному полюсу источника. Затем электроны циркулируют через остальные соединения цепи.

В свою очередь, наличие приемников в замкнутой цепи подразумевает падение напряжения на каждом компоненте, а выполнение некоторой работы выполняется одним или несколькими взаимосвязанными приемниками..

Тем не менее, это может быть случай, когда цепь замкнута и не выполняет никакой эффективной работы. Например: подключение сетки, источником питания которой является незаряженная батарея.

В этом случае цепь все еще замкнута, но ток не течет через нее из-за отказа источника питания..

Как это сделать?

Соединение замкнутой цепи можно проверить, подключив аккумулятор к паре лампочек и убедившись, что они включаются и выключаются, когда цепь подключена и отключена..

Ниже приведен простейший пример последовательной схемы, чтобы продемонстрировать ранее обозначенные теоретические понятия:

1- Выберите деревянную доску и поместите ее на устойчивую поверхность, чтобы она была основой схемы.

2- Поместите источник напряжения. Для этого вы можете использовать обычную батарею на 9 вольт. Важно прикрепить аккумулятор к основанию изоляционной клейкой лентой..

3- Найдите автоматический выключатель на положительном полюсе источника.

4- Найдите две лампочки на основании цепи и поместите лампочки там, где они соответствуют.

5- Отрежьте проводники цепи, чтобы соответствовать.

6- Используя проводники, физически подключите аккумулятор к выключателю и к лампочкам.

7. Наконец, нажмите выключатель, чтобы замкнуть цепь и проверить ее работу..

примеров

Электрические цепи являются частью нашей повседневной жизни и присутствуют во всех приборах и портативных электронных устройствах, таких как сотовые телефоны, планшеты, калькуляторы и т. Д..

Когда мы активируем выключатель света, мы замыкаем цепь, которая была разомкнута. Вот почему лампочки или лампы, подключенные к этому выключателю, горят, и получается желаемый эффект.

Источник

Почему ток идет только по замкнутой цепи?

Почему ток идет только по замкнутой цепи?

Потому что электроны могут двигаться только по проводнику. И для движения им нужна электродвижущая сила (ЭДС, напряжение)

Если у нас на одном конце провода будут постоянно появляться электроны, а на другом конце исчезать, разве не пойдет по проводу ток?

пойдет, так оно и работает. но нужно, чтобы кто-то подкидывал электроны с одного конца и забирал на другом

А если ток пойдет, то почему при соеденении плюса одной батарейки с минусом другой, ток не идет

вы здесь немного путаете с электростатикой. помните из школьного курса опыты с эбонитовой палочкой и большими металлическими сферами? Вот там как раз эта ситуация, на сфере скапливаются электроны и прикосновением, или соединением с другой сферой эти электроны перебегают. в случае с батарейкой и конденсатором ситуация немного другая.
Допустим, есть конденсатор. В нём очень тонкой пластинкой разделены два проводника — пластины. При зарядке конденсатора, электроны с одной пластины перебегают на другую. Получается, на одной стороне электрончиков много, на другой — недостаток. Электроны хотят вернуться назад, чтобы уравновесить баланс назад и вернуться к нейтральности, но цепь разорвали и они не могут этого сделать. К тому же, пластины совсем близко друг к другу, и электроны и «дырки» через слой диэлектрика тянутся друг к другу, но не могут соединиться, мешает барьер. Кстати, чем сильнее они «тянутся», тем больше энергии может накопить конденсатор, за счет этого заряд и удерживается. Так вот. Если электрон попытается убежать из этой «ловушки», если вы соедините его ножку с каким-нибудь другим конденсатором, у него не получится! Потому что конденсатор потеряет нейтральность. «дырки» с другой стороны диэлектрика тянут электроны обратно.
А вот если замкнуть цепь, то другое дело! Электрон побежит на обратную сторону пластины через всю цепь, нейтральность сохранится, а заряды взаимоуничтожатся.

В батарейке и аккумуляторе немного похоже, но с привкусом химии и реакций

Источник

Постоянный электрический ток

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: постоянный электрический ток, сила тока, напряжение.

Электрический ток обеспечивает комфортом жизнь современного человека. Технологические достижения цивилизации — энергетика, транспорт, радио, телевидение, компьютеры, мобильная связь — основаны на использовании электрического тока.

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц, при котором происходит перенос заряда из одних областей пространства в другие.

Электрический ток может возникать в самых различных средах: твёрдых телах, жидкостях, газах. Порой и среды никакой не нужно — ток может существовать даже в вакууме! Мы поговорим об этом в своё время, а пока приведём лишь некоторые примеры.

• Замкнём полюса батарейки металлическим проводом. Свободные электроны провода начнут направленное движение от «минуса» батарейки к «плюсу».
Это — пример тока в металлах.

• Бросим в стакан воды щепотку поваренной соли . Молекулы соли диссоциируют на ионы, так что в растворе появятся свободные заряды: положительные ионы и отрицательные ионы . Теперь засунем в воду два электрода, соединённые с полюсами батарейки. Ионы начнут направленное движение к отрицательному электроду, а ионы — к положительному.
Это — пример прохождения тока через раствор электролита.

• Грозовые тучи создают столь мощные электрические поля, что оказывается возможным пробой воздушного промежутка длиной в несколько километров. В результате сквозь воздух проходит гигантский разряд — молния.
Это — пример электрического тока в газе.

Во всех трёх рассмотренных примерах электрический ток обусловлен движением заряженных частиц внутри тела и называется током проводимости.

• Вот несколько иной пример. Будем перемещать в пространстве заряженное тело. Такая ситуация согласуется с определением тока! Направленное движение зарядов — есть, перенос заряда в пространстве — присутствует. Ток, созданный движением макроскопического заряженного тела, называется конвекционным.

Заметим, что не всякое движение заряженных частиц образует ток. Например, хаотическое тепловое движение зарядов проводника — не направленное (оно совершается в каких угодно направлениях), и потому током не является (при возникновении тока свободные заряды продолжают совершать тепловое движение! Просто в этом случае к хаотическим перемещениям заряженных частиц добавляется их упорядоченный дрейф в определённом
направлении).
Не будет током и поступательное движение электрически нейтрального тела: хотя заряженные частицы в его атомах и совершают направленное движение, не происходит переноса заряда из одних участков пространства в другие.

Направление электрического тока

Направление движения заряженных частиц, образующих ток, зависит от знака их заряда. Положительно заряженные частицы будут двигаться от «плюса» к «минусу», а отрицательно заряженные — наоборот, от «минуса» к «плюсу». В электролитах и газах, например, присутствуют как положительные, так и отрицательные свободные заряды, и ток создаётся их встречным движением в обоих направлениях. Какое же из этих направлений принять за направление электрического тока?

Направлением тока принято считать направление движения положительных зарядов.

Попросту говоря, по соглашению ток течёт от «плюса» к «минусу» (рис. 1 ; положительная клемма источника тока изображена длинной чертой, отрицательная клемма — короткой).

Данное соглашение вступает в некоторое противоречие с наиболее распространённым случаем металлических проводников. В металле носителями заряда являются свободные электроны, и двигаются они от «минуса» к «плюсу». Но в соответствии с соглашением мы вынуждены считать, что направление тока в металлическом проводнике противоположно движению свободных электронов. Это, конечно, не очень удобно.

Тут, однако, ничего не поделаешь — придётся принять эту ситуацию как данность. Так уж исторически сложилось. Выбор направления тока был предложен Ампером (договорённость о направлении тока понадобилась Амперу для того, чтобы дать чёткое правило определения направления силы, действующей на проводник с током в магнитном поле. Сегодня эту силу мы называем силой Ампера, направление которой определяется по правилу левой руки) в первой половине XIX века, за 70 лет до открытия электрона. К этому выбору все привыкли, и когда в 1916 году выяснилось, что ток в металлах вызван движением свободных электронов, ничего менять уже не стали.

Действия электрического тока

Как мы можем определить, протекает электрический ток или нет? О возникновении электрического тока можно судить по следующим его проявлениям.

1. Тепловое действие тока. Электрический ток вызывает нагревание вещества, в котором он протекает. Именно так нагреваются спирали нагревательных приборов и ламп накаливания. Именно поэтому мы видим молнию. В основе действия тепловых амперметров лежит тепловое расширение проводника с током, приводящее к перемещению стрелки прибора.

2. Магнитное действие тока. Электрический ток создаёт магнитное поле: стрелка компаса, расположенная рядом с проводом, при включении тока поворачивается перпендикулярно проводу. Магнитное поле тока можно многократно усилить, если обмотать провод вокруг железного стержня — получится электромагнит. На этом принципе основано действие амперметров магнитоэлектрической системы: электромагнит поворачивается в поле постоянного магнита, в результате чего стрелка прибора перемещается по шкале.

3. Химическое действие тока. При прохождении тока через электролиты можно наблюдать изменение химического состава вещества. Так, в растворе положительные ионы двигаются к отрицательному электроду, и этот электрод покрывается медью.

Электрический ток называется постоянным, если за равные промежутки времени через поперечное сечение проводника проходит одинаковый заряд.

Постоянный ток наиболее прост для изучения. С него мы и начинаем.

Сила и плотность тока

Количественной характеристикой электрического тока является сила тока. В случае постоянного тока абсолютная величина силы тока есть отношение абсолютной величины заряда , прошедшего через поперечное сечение проводника за время , к этому самому времени:

Измеряется сила тока в амперах (A). При силе тока в А через поперечное сечение проводника за с проходит заряд в Кл.

Подчеркнём, что формула (1) определяет абсолютную величину, или модуль силы тока.
Сила тока может иметь ещё и знак! Этот знак не связан со знаком зарядов, образующих ток, и выбирается из иных соображений. А именно, в ряде ситуаций (например, если заранее не ясно, куда потечёт ток) удобно зафиксировать некоторое направление обхода цепи (скажем, против часовой стрелки) и считать силу тока положительной, если направление тока совпадает с направлением обхода, и отрицательной, если ток течёт против направления обхода (сравните с тригонометрическим кругом: углы считаются положительными, если отсчитываются против часовой стрелки, и отрицательными, если по часовой стрелке).

В случае постоянного тока сила тока есть величина постоянная. Она показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за с.

Часто бывает удобно не связываться с площадью поперечного сечения и ввести величину плотности тока:

где — сила тока, — площадь поперечного сечения проводника (разумеется, это сечение перпендикулярно направлению тока). С учётом формулы (1) имеем также:

Плотность тока показывает, какой заряд проходит за единицу времени через единицу площади поперечного сечения проводника. Согласно формуле (2) , плотность тока измеряется в А/м2.

Скорость направленного движения зарядов

Когда мы включаем в комнате свет, нам кажется, что лампочка загорается мгновенно. Скорость распространения тока по проводам очень велика: она близка к км/с (скорости света в вакууме). Если бы лампочка находилась на Луне, она зажглась бы через секунду с небольшим.

Однако не следует думать, что с такой грандиозной скоростью двигаются свободные заряды, образующие ток. Оказывается, их скорость составляет всего-навсего доли миллиметра в секунду.

Почему же ток распространяется по проводам так быстро? Дело в том, что свободные заряды взаимодействуют друг с другом и, находясь под действием электрического поля источника тока, при замыкании цепи приходят в движение почти одновременно вдоль всего проводника. Скорость распространения тока есть скорость передачи электрического взаимодействия между свободными зарядами, и она близка к скорости света в вакууме. Скорость же, с которой сами заряды перемещаются внутри проводника, может быть на много порядков меньше.

Итак, подчеркнём ещё раз, что мы различаем две скорости.

1. Скорость распространения тока. Это — скорость передачи электрического сигнала по цепи. Близка к км/с.

2. Скорость направленного движения свободных зарядов. Это — средняя скорость перемещения зарядов, образующих ток. Называется ещё скоростью дрейфа.

Мы сейчас выведем формулу, выражающую силу тока через скорость направленного движения зарядов проводника.

Пусть проводник имеет площадь поперечного сечения (рис. 2). Свободные заряды проводника будем считать положительными; величину свободного заряда обозначим (в наиболее важном для практики случая металлического проводника это есть заряд электрона). Концентрация свободных зарядов (т. е. их число в единице объёма) равна .

Какой заряд пройдёт через поперечное сечение нашего проводника за время ?

С одной стороны, разумеется,

С другой стороны, сечение пересекут все те свободные заряды, которые спустя время окажутся внутри цилиндра с высотой . Их число равно:

Следовательно, их общий заряд будет равен:

Приравнивая правые части формул (3) и (4) и сокращая на , получим:

Соответственно, плотность тока оказывается равна:

Давайте в качестве примера посчитаем, какова скорость движения свободных электронов в медном проводе при силе тока A.

Заряд электрона известен: Кл.

Чему равна концентрация свободных электронов? Она совпадает с концентрацией атомов меди, поскольку от каждого атома отщепляется по одному валентному электрону. Ну а концентрацию атомов мы находить умеем:

Положим мм . Из формулы (5) получим:

Это порядка одной десятой миллиметра в секунду.

Стационарное электрическое поле

Мы всё время говорим о направленном движении зарядов, но ещё не касались вопроса о том, почему свободные заряды совершают такое движение. Почему, собственно, возникает электрический ток?

Для упорядоченного перемещения зарядов внутри проводника необходима сила, действующая на заряды в определённом направлении. Откуда берётся эта сила? Со стороны электрического поля!

Чтобы в проводнике протекал постоянный ток, внутри проводника должно существовать стационарное (то есть — постоянное, не зависящее от времени) электрическое поле. Иными словами, между концами проводника нужно поддерживать постоянную разность потенциалов.

Стационарное электрическое поле должно создаваться зарядами проводников, входящих в электрическую цепь. Однако заряженные проводники сами по себе не смогут обеспечить протекание постоянного тока.

Рассмотрим, к примеру, два проводящих шара, заряженных разноимённо. Соединим их проводом. Между концами провода возникнет разность потенциалов, а внутри провода — электрическое поле. По проводу потечёт ток. Но по мере прохождения тока разность потенциалов между шарами будет уменьшаться, вслед за ней станет убывать и напряжённость поля в проводе. В конце концов потенциалы шаров станут равны друг другу, поле в проводе обратится в нуль, и ток исчезнет. Мы оказались в электростатике: шары плюс провод образуют единый проводник, в каждой точке которого потенциал принимает одно и то же значение; напряжённость
поля внутри проводника равна нулю, никакого тока нет.

То, что электростатическое поле само по себе не годится на роль стационарного поля, создающего ток, ясно и из более общих соображений. Ведь электростатическое поле потенциально, его работа при перемещении заряда по замкнутому пути равна нулю. Следовательно, оно не может вызывать циркулирование зарядов по замкнутой электрической цепи — для этого требуется совершать ненулевую работу.

Кто же будет совершать эту ненулевую работу? Кто будет поддерживать в цепи разность потенциалов и обеспечивать стационарное электрическое поле, создающее ток в проводниках?

Ответ — источник тока, важнейший элемент электрической цепи.

Чтобы в проводнике протекал постоянный ток, концы проводника должны быть присоединены к клеммам источника тока (батарейки, аккумулятора и т. д.).

Клеммы источника — это заряженные проводники. Если цепь замкнута, то заряды с клемм перемещаются по цепи — как в рассмотренном выше примере с шарами. Но теперь разность потенциалов между клеммами не уменьшается: источник тока непрерывно восполняет заряды на клеммах, поддерживая разность потенциалов между концами цепи на неизменном уровне.

В этом и состоит предназначение источника постоянного тока. Внутри него протекают процессы неэлектрического (чаще всего — химического) происхождения, которые обеспечивают непрерывное разделение зарядов. Эти заряды поставляются на клеммы источника в необходимом количестве.

Количественную характеристику неэлектрических процессов разделения зарядов внутри источника — так называемую ЭДС — мы изучим позже, в соответствующем листке.

А сейчас вернёмся к стационарному электрическому полю. Каким же образом оно возникает в проводниках цепи при наличии источника тока?

Заряженные клеммы источника создают на концах проводника электрическое поле. Свободные заряды проводника, находящиеся вблизи клемм, приходят в движение и действуют своим электрическим полем на соседние заряды. Со скоростью, близкой к скорости света, это взаимодействие передаётся вдоль всей цепи, и в цепи устанавливается постоянный электрический ток. Стабилизируется и электрическое поле, создаваемое движущимися зарядами.

Стационарное электрическое поле — это поле свободных зарядов проводника, совершающих направленное движение.

Стационарное электрическое поле не меняется со временем потому, что при постоянном токе не меняется картина распределения зарядов в проводнике: на место заряда, покинувшего данный участок проводника, в следующий момент времени поступает точно такой же заряд. По этой причине стационарное поле во многом (но не во всём) аналогично полю электростатическому.

А именно, справедливы следующие два утверждения, которые понадобятся нам в дальнейшем (их доказательство даётся в вузовском курсе физики).

1. Как и электростатическое поле, стационарное электрическое поле потенциально. Это позволяет говорить о разности потенциалов (т. е. напряжении) на любом участке цепи (именно эту разность потенциалов мы измеряем вольтметром).
Потенциальность, напомним, означает, что работа стационарного поля по перемещению заряда не зависит от формы траектории. Именно поэтому при параллельном соединении проводников напряжение на каждом из них одинаково: оно равно разности потенциалов стационарного поля между теми двумя точками, к которым подключены проводники.
2. В отличие от электростатического поля, стационарное поле движущихся зарядов проникает внутрь проводника (дело в том, что свободные заряды, участвуя в направленном движении, не успевают должным образом перестраиваться и принимать «электростатические» конфигурации).
Линии напряжённости стационарного поля внутри проводника параллельны его поверхности, как бы ни изгибался проводник. Поэтому, как и в однородном электростатическом поле, справедлива формула , где — напряжение на концах проводника, — напряжённость стационарного поля в проводнике, — длина проводника.

Благодарим за то, что пользуйтесь нашими материалами. Информация на странице «Постоянный электрический ток» подготовлена нашими редакторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к ЕГЭ и ОГЭ. Чтобы успешно сдать нужные и поступить в высшее учебное заведение или колледж нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий. Также вы можете воспользоваться другими материалами из разделов нашего сайта.

Источник