Электрический ток. Источники электрического тока (Ерюткин Е.С.)

Движение электрических зарядов

Ранее мы вы­яс­ни­ли, что огром­ное зна­че­ние в элек­три­че­ских яв­ле­ни­ях иг­ра­ет дви­же­ние элек­три­че­ских за­ря­дов (ионов, элек­тро­нов). По­че­му имен­но дви­же­ние за­ря­дов? По­то­му что за­ря­ды при дви­же­нии со­вер­ша­ют ра­бо­ту. Ра­бо­та при дви­же­нии за­ря­дов обес­пе­чи­ва­ет нам и го­ря­щую лам­поч­ку, и ра­бо­та­ю­щие элек­тро­при­бо­ры. Элек­три­че­ские за­ря­ды дви­жут­ся толь­ко тогда, когда есть элек­три­че­ское поле, то есть, элек­три­че­ское поле за­став­ля­ет дви­гать­ся за­ря­ды.

Определение электрического тока

Элек­три­че­ский ток – на­прав­лен­ное, упо­ря­до­чен­ное дви­же­ние элек­три­че­ских за­ря­дов. Элек­три­че­ские за­ря­ды могут быть раз­ны­ми, но чаще всего – это элек­тро­ны или ионы (по­ло­жи­тель­но или от­ри­ца­тель­но за­ря­жен­ные).

Элек­тро­ны об­ла­да­ют срав­ни­тель­но неболь­шой мас­сой, по­это­му масса про­вод­ни­ков прак­ти­че­ски не ме­ня­ет­ся. А вот когда дви­жут­ся ионы, может ме­нять­ся даже хи­ми­че­ский со­став ве­ще­ства.

Как мы уже го­во­ри­ли, элек­три­че­ский ток может су­ще­ство­вать, толь­ко если есть элек­три­че­ское поле.

Условия существования электрического тока

Какие ещё могут быть усло­вия су­ще­ство­ва­ния тока?

Усло­вия су­ще­ство­ва­ния элек­три­че­ско­го тока:

1. На­ли­чие сво­бод­ных элек­три­че­ских за­ря­дов.

2. На­ли­чие элек­три­че­ско­го поля, ко­то­рое обес­пе­чи­ва­ет дви­же­ние за­ря­дов (в ре­зуль­та­те дей­ствия ис­точ­ни­ка тока).

3. За­мкну­тая элек­три­че­ская цепь (со­сто­ит пре­иму­ще­ствен­но из про­вод­ни­ков).

Источники электрического тока

При­шло время по­го­во­рить об ис­точ­ни­ках тока, то есть объ­ек­тах, ко­то­рые об­ра­зу­ют элек­три­че­ское поле, необ­хо­ди­мое для су­ще­ство­ва­ния элек­три­че­ско­го тока.

Рас­смот­рим вна­ча­ле сле­ду­ю­щий экс­пе­ри­мент.

Возь­мём два элек­тро­мет­ра. Один из них за­ря­дим, а вто­рой оста­вим неза­ря­жен­ным.

Те­перь возь­мём про­вод­ник и со­еди­ним с по­мо­щью него два элек­тро­мет­ра. Как мы уже неод­но­крат­но на­блю­да­ли на преды­ду­щих уро­ках, элек­три­че­ский заряд очень быст­ро пе­ре­те­чёт с пер­во­го элек­тро­мет­ра на вто­рой, и вто­рой элек­тро­метр по­ка­жет на­ли­чие элек­три­че­ско­го за­ря­да.

Как толь­ко пре­кра­ща­ет­ся дей­ствие элек­три­че­ско­го поля, тут же пре­кра­ща­ет­ся дви­же­ние за­ря­дов.

Элек­три­че­ское поле по­яв­ля­ет­ся при на­ли­чии ис­точ­ни­ка элек­три­че­ско­го тока.

Что же такое ис­точ­ник тока?

Ис­точ­ник тока со­вер­ша­ет ра­бо­ту по раз­де­ле­нию элек­три­че­ско­го за­ря­да, но без по­мо­щи элек­три­че­ских сил. Неэлек­три­че­ские силы, ко­то­рые со­вер­ша­ют ра­бо­ту по раз­де­ле­нию за­ря­да, на­зы­ва­ют­ся сто­рон­ни­ми си­ла­ми.

В ре­зуль­та­те де­ле­ния на кон­так­тах ис­точ­ни­ка тока об­ра­зу­ют­ся за­ря­ды, ко­то­рые и со­зда­ют поле. Под дей­стви­ем этого поля сво­бод­ные за­ря­ды, ко­то­рые на­хо­дят­ся внут­ри про­вод­ни­ков, при­хо­дят в дви­же­ние.

Сто­рон­ние силы могут иметь раз­лич­ное про­ис­хож­де­ние, в част­но­сти:

· ме­ха­ни­че­ские силы;

· хи­ми­че­ские пре­вра­ще­ния (ре­ак­ции);

· теп­ло­вые (тер­мо­эле­мен­ты);

дей­ствие света на фо­то­эле­мен­ты (фо­то­эф­фект).

История появления гальванических элементов

Ис­точ­ни­ки тока ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся в тех­ни­ке и в быту.

Наи­боль­ший ин­те­рес пред­став­ля­ют так на­зы­ва­е­мые галь­ва­ни­че­ские эле­мен­ты. В 1796 году ита­льян­ский учё­ный Алес­сан­дро Воль­та (Рис. 1) пред­ло­жил на­звать хи­ми­че­ский эле­мент, ко­то­рый со­зда­ёт элек­три­че­ский ток, в честь дру­го­го ита­льян­ско­го учё­но­го – Лу­и­джи Галь­ва­ни (Рис. 2).

Рис. 1. Алес­сан­дро Воль­та

Рис. 2. Лу­и­джи Галь­ва­ни

Устройство простейшего гальванического элемента, аккумуляторы

В ос­но­ве ра­бо­ты галь­ва­ни­че­ско­го эле­мен­та лежит хи­ми­че­ская ре­ак­ция.

Наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ный галь­ва­ни­че­ский эле­мент – ба­та­рей­ка (от слова ба­та­рея – набор галь­ва­ни­че­ских эле­мен­тов).

Рас­смот­рим устрой­ство ба­та­рей­ки: несколь­ко галь­ва­ни­че­ских эле­мен­тов со­еди­не­ны между собой и рас­по­ло­же­ны в общей ко­роб­ке, а также снаб­же­ны об­щи­ми кон­так­та­ми.

Рас­смот­рим устрой­ство наи­бо­лее про­сто­го галь­ва­ни­че­ско­го эле­мен­та (Рис. 3).

Рис. 3. Устрой­ство про­стей­ше­го галь­ва­ни­че­ско­го эле­мен­та.

Внут­ри цин­ко­во­го ста­ка­на на­хо­дит­ся клей­стер (со­сто­ит из муки и на­ша­ты­ря). Внут­ри клей­сте­ра рас­по­ла­га­ет­ся по­лот­ня­ный ме­шо­чек, в ко­то­ром на­хо­дит­ся уголь и оксид мар­ган­ца. Внутрь ме­шоч­ка встав­ля­ет­ся уголь­ный стер­жень. При вза­и­мо­дей­ствии на­ша­ты­ря с цин­ком цинк при­об­ре­та­ет от­ри­ца­тель­ный заряд, а уголь­ный стер­жень – по­ло­жи­тель­ный заряд. В ре­зуль­та­те, между цин­ко­вым ста­ка­ном и уголь­ным стерж­нем и про­ис­хо­дит раз­де­ле­ние за­ря­дов.

При со­еди­не­нии несколь­ких галь­ва­ни­че­ских эле­мен­тов и по­лу­ча­ет­ся ба­та­рей­ка.

Кроме галь­ва­ни­че­ских эле­мен­тов ши­ро­кое при­ме­не­ние по­лу­чи­ли также ещё и ак­ку­му­ля­то­ры – они могут до­ста­точ­но долго ра­бо­тать и со­зда­вать элек­три­че­ский ток в цепи.

Су­ще­ству­ют ще­лоч­ные и кис­лот­ные ак­ку­му­ля­то­ры (за­ви­сит от того, какое ве­ще­ство участ­ву­ет в хи­ми­че­ской ре­ак­ции).

Для ра­бо­ты ак­ку­му­ля­то­ры необ­хо­ди­мо за­ря­жать (в от­ли­чие от ба­та­ре­ек, ко­то­рые пре­иму­ще­ствен­но яв­ля­ют­ся «од­но­ра­зо­вы­ми», то есть ра­бо­та­ют толь­ко в те­че­ние од­но­го «ра­бо­че­го» цикла). Ак­ку­му­ля­то­ры – очень важ­ный эле­мент для обес­пе­че­ния дви­же­ния ав­то­мо­би­лей на элек­три­че­ской тяге.

Мы вы­яс­ни­ли усло­вия су­ще­ство­ва­ния элек­три­че­ско­го тока, а также по­зна­ко­ми­лись с ис­точ­ни­ка­ми тока.

Далее мы по­зна­ко­мим­ся с элек­три­че­ской цепью и её со­став­ны­ми ча­стя­ми. 

Вопросы к конспектам