Электрический ток. Источники электрического тока (Гребенюк Ю.В.)

Введение

Электрические явления окружают нас повсюду: от молнии во время грозы до включения настольной лампы или зарядки телефона. Однако всё это разнообразие проявлений электричества основано на одном важном физическом понятии — электрическом токе. Чтобы понять, как работают электрические цепи, почему течет ток и что необходимо для его существования, нужно изучить свойства проводников и диэлектриков, а также разобраться, как устроены источники электрического тока.

В предыдущих темах вы узнали, что в каждом теле есть заряды — положительные и отрицательные. Если заряды покоятся, то мы наблюдаем электростатические явления. Но если они начинают двигаться — возникает электрический ток. Именно это движение и лежит в основе всех современных электроприборов, транспорта и систем связи.

Электрический ток

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц.
В металлах ток создают свободные электроны, в растворах и расплавах солей — ионы, а в газах — и электроны, и ионы.

Чтобы ток возник и существовал, необходимы три условия:

1. Наличие свободных зарядов, способных двигаться.

2. Электрическое поле, которое будет приводить их в движение.

3. Замкнутая электрическая цепь, по которой ток может течь.

Если хотя бы одно из этих условий не выполнено — ток не возникает.

Проводники, диэлектрики и полупроводники

Все вещества делятся на три большие группы по способности проводить электрический ток:

• Проводники — вещества, через которые ток проходит легко.
  Это металлы (медь, алюминий, железо) и растворы электролитов. В них много свободных электронов, способных двигаться под действием электрического поля.

• Диэлектрики — вещества, которые не проводят ток (стекло, пластмасса, резина, сухое дерево, воздух). Их электроны прочно связаны с атомами, поэтому они не могут перемещаться свободно.

• Полупроводники занимают промежуточное положение. При определённых условиях (нагревании, освещении, добавлении примесей) их проводимость может значительно увеличиваться. Примеры: кремний, германий. Именно на них основана работа микросхем, транзисторов и современных процессоров.

Источники электрического тока

Чтобы электрический ток существовал долго, необходимо устройство, которое поддерживает разность потенциалов — источник электрического тока.
Такие источники совершают работу по разделению зарядов, создавая на своих полюсах положительный и отрицательный потенциалы.

К источникам тока относятся:

• Гальванические элементы (батарейки)

• Аккумуляторы

• Генераторы электрического тока

• Солнечные батареи

В любом источнике происходит превращение одного вида энергии в электрическую:

• в батарейке — химическая энергия превращается в электрическую,

• в генераторе — механическая,

• в солнечной батарее — энергия света.

Электрический ток в природе

В природе также существуют естественные источники электрического тока.
Самый яркий пример — молния, возникающая из-за огромной разности потенциалов между облаками или между облаком и землёй.
Кроме того, ток течёт и в живых организмах: нервные импульсы в теле человека представляют собой слабые электрические сигналы.

Что такое батарейка?

Батарейка — это небольшой источник химической энергии, который превращает её в электрическую.
Она состоит из двух разных металлов (например, цинка и марганца), разделённых веществом-электролитом. В результате химических реакций один полюс заряжается положительно, другой — отрицательно.
Когда батарейку подключают к цепи, электроны начинают двигаться от отрицательного полюса к положительному — возникает электрический ток.

Итоги

• Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц.

• Для существования тока необходимы: свободные заряды, электрическое поле и замкнутая цепь.

• Все вещества по способности проводить ток делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники.

• Источники тока создают и поддерживают электрическое поле, заставляя заряды двигаться.

• В природе ток встречается в виде молний, а в живых организмах — в виде биоэлектрических импульсов.

Вопросы для самопроверки

1. Что называется электрическим током?

   • а) Беспорядочное движение электронов

   • б) Направленное движение заряженных частиц

   • в) Перемещение воздуха при нагревании

2. Какое условие необходимо для существования электрического тока?

   • а) Только наличие свободных зарядов

   • б) Наличие свободных зарядов и электрического поля

   • в) Только замкнутая цепь

3. Какие вещества являются проводниками?

   • а) Металлы и растворы солей

   • б) Пластмасса и стекло

   • в) Воздух и резина

4. Что делает источник электрического тока?

   • а) Поглощает электроны

   • б) Поддерживает разность потенциалов между полюсами

   • в) Препятствует прохождению тока

5. Какой вид энергии превращается в электрическую в батарейке?

   • а) Световая

   • б) Химическая

   • в) Механическая

6. Что происходит при замыкании цепи?

   • а) Заряды начинают двигаться по проводнику

   • б) Заряды исчезают

   • в) Электрическое поле прекращает существовать

7. Пример электрического тока в природе:

   • а) Молния

   • б) Ветер

   • в) Течение воды