Электрический ток. Источники электрического тока (Ерюткин Е.С.)
Введение
Каждый день мы пользуемся электричеством — включаем свет, заряжаем телефон, смотрим телевизор. Но задумывались ли вы, откуда берётся электрический ток и почему он течёт по проводам? Чтобы ответить на эти вопросы, нужно понять, что такое электрический ток, как он возникает и какие устройства служат его источниками.
Электричество — одно из важнейших открытий человечества. Оно изменило жизнь людей, дало возможность создавать машины, передавать информацию, освещать и отапливать дома. Однако все эти достижения основаны на простом физическом явлении — упорядоченном движении электрических зарядов.
Движение электрических зарядов
В каждом веществе есть заряженные частицы — электроны и ионы. В нормальных условиях их движение беспорядочно, и суммарный заряд тела равен нулю. Но если в веществе создать электрическое поле, то заряженные частицы начнут двигаться в определённом направлении. Такое направленное движение зарядов и называется электрическим током.
Например, в металлическом проводнике под действием поля свободные электроны движутся от отрицательного полюса к положительному. При этом ток условно считается направленным от плюса к минусу, то есть в направлении движения положительных зарядов. Это историческая договорённость, введённая ещё до открытия электрона.
Определение электрического тока
Электрический ток — это направленное движение электрических зарядов.
Для того чтобы ток мог существовать, необходимо выполнение трёх условий:
-
Наличие свободных зарядов, способных двигаться (например, свободные электроны в металле).
-
Электрическое поле, которое заставляет заряды двигаться.
-
Замкнутая электрическая цепь, по которой может течь ток.
Если цепь разомкнута или электрическое поле отсутствует, движение зарядов прекращается — ток не течёт.
Величину, характеризующую силу тока, называют силой тока, обозначают буквой I и измеряют в амперах (А).
1 ампер — это ток, при котором через поперечное сечение проводника проходит заряд в 1 кулон за 1 секунду.
Источники электрического тока
Чтобы электрический ток существовал длительное время, нужно устройство, которое создаёт и поддерживает разность потенциалов между своими полюсами. Такие устройства называются источниками электрического тока.
Они выполняют работу по разделению положительных и отрицательных зарядов. В результате один полюс источника заряжается положительно, другой — отрицательно. При подключении проводника между полюсами заряды начинают двигаться — в цепи возникает ток.
Применение источников тока
Источники тока используются повсюду:
-
в фонариках и пультах — батарейки;
-
в автомобилях — аккумуляторы;
-
в электростанциях — генераторы, создающие ток для питания городов;
-
в космосе — солнечные батареи, вырабатывающие ток за счёт энергии света.
Без источников электричества невозможно представить современный мир: они обеспечивают работу телефонов, компьютеров, транспорта, медицинской техники и множества бытовых приборов.
Простейший гальванический элемент
Одним из первых источников электрического тока стал гальванический элемент, изобретённый итальянским учёным Алессандро Вольтой в 1800 году. Его устройство довольно простое:
две разные металлические пластины (например, медная и цинковая) погружены в раствор электролита — вещества, способного проводить ток за счёт движения ионов.
На границе металлов и раствора происходят химические реакции, в результате которых один электрод получает избыток электронов (становится отрицательным), а другой — их теряет (становится положительным).
Так возникает разность потенциалов — электрическое поле, способное заставить ток течь через внешнюю цепь.
Этот процесс продолжается, пока не исчерпаются реагирующие вещества. Когда химические реакции прекращаются — источник «разряжается».
Аккумуляторы
Аккумуляторы — это усовершенствованные источники тока, которые можно заряжать.
Во время зарядки под действием внешнего источника тока внутри аккумулятора происходят обратные химические реакции, восстанавливающие исходные вещества.
После этого аккумулятор снова способен отдавать электрическую энергию при подключении к цепи.
Современные аккумуляторы бывают свинцово-кислотные, литий-ионные, никель-металл-гидридные и другие. Они применяются в автомобилях, ноутбуках, телефонах и даже в электровелосипедах.
Электрический ток в технике и быту
Источники электрического тока широко применяются не только в науке и промышленности, но и в повседневной жизни.
Батарейка в пульте, аккумулятор в смартфоне, генератор на электростанции — всё это примеры источников, создающих и поддерживающих ток.
Электричество питает освещение, транспорт, связь и бытовые устройства. Без него современная цивилизация существовать не смогла бы.
Итоги
-
Электрический ток — это направленное движение зарядов.
-
Для существования тока необходимы свободные заряды, электрическое поле и замкнутая цепь.
-
Источники тока создают и поддерживают разность потенциалов между полюсами.
-
Гальванический элемент Вольты стал первым источником тока.
-
Аккумуляторы можно заряжать многократно, и они широко используются в технике и быту.
Вопросы для самопроверки
-
Что является причиной возникновения электрического тока?
-
а) Беспорядочное движение электронов
-
б) Наличие электрического поля, заставляющего заряды двигаться
-
в) Разряд молнии
-
-
Какие частицы создают ток в металлическом проводнике?
-
а) Протоны
-
б) Электроны
-
в) Нейтроны
-
-
Какое из условий необходимо для существования тока?
-
а) Разомкнутая цепь
-
б) Замкнутая цепь и электрическое поле
-
в) Отсутствие источника
-
-
Кто изобрёл первый гальванический элемент?
-
а) Ампер
-
б) Алессандро Вольта
-
в) Кулон
-
-
Что делает аккумулятор во время зарядки?
-
а) Восстанавливает химические вещества внутри себя
-
б) Теряет электроны
-
в) Разряжает цепь
-
-
Что является примером источника электрического тока в быту?
-
а) Электрическая лампа
-
б) Батарейка
-
в) Проволока
-
-
Почему электричество так широко используется в технике и в быту?
-
а) Оно вредно и опасно
-
б) Оно универсально, легко передаётся и преобразуется в другие виды энергии
-
в) Оно не требует источников
-