ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ

Электрическим током называют упорядоченное движение электрических зарядов. Направление движения положительных зарядов считается и направлением электрического тока. Вызвать упорядоченное движение зарядов в силах как электрические (так называемые кулоновые) силы, так и неэлектрические силы, например магнитные, диффузионные или в химических реакциях. Под действием электрических сил положительные заряды движутся в направлении силовых линий поля (отрицательные заряды — в противоположном). Если в металле существуют свободные отрицательные электрические заряды—электроны, а в электролитах (водных растворах солей, кислот и щелочей) — положительные и отрицательные ионы, то эти вещества являются проводниками. Когда проводники составляют замкнутую цепь с источником тока (или генератором) в них поддерживается постоянный электрический ток, и данный источник тока называется постоянным. Внутри постоянного источника тока (генератора) положительные заряды группируются вокруг одного из полюсов, повышая его потенциал. Этот полюс называется положительным. Отрицательные же заряды перемещаются к другому полюсу, называемому отрицательным. В результате вокруг полюсов создается электрическое поле.

А так как положительные заряды движутся из точек с более высоким потенциалом к точкам с низким потенциалом, то во внешней цепи происходит движение тока от положительного полюса к отрицательному, а внутри источника тока — наоборот. Единицей измерения заряда служит кулон (Кл). Один кулон—это количество электричества, проходящего через сечение проводника за 1 секунду (с). Химическими источниками постоянного тока служат гальванические элементы и аккумуляторы, в которых заряды перемещаются в результате химических реакций. Энергетической характеристикой электрического поля является потенциал. Единицей потенциала служит джоуль на кулон (Дж/Кл), которая получила название — вольт (В):1 В = 1 Дж/Кл, где в джоулях выражается потенциальная энергия поля. Но причиной движения зарядов может быть не электрическое поле, а какое-то другое, стороннее поле (например, магнитное поле, изменение внутренней энергии веществ при химической реакции и т. д.). Тогда работа Wc, совершаемая в проводнике сторонними силами при перемещении заряда, отнесенная к величине заряда Q, будет называться электродвижущей силой (ЭДС), выражаться тоже в вольтах и обозначаться буквой Е, т. е. Е= Wc/Q. Напряжением на данном участке проводника называется отношение суммы работ W электрического поля и стороннего поля к заряду. Его единицей служит вольт (В). Оно обозначается буквой U, т. е. U = W/Q.

В замкнутой цепи напряжение равно алгебраической сумме ЭДС. Если же на участке цепи не действуют сторонние силы, то ЭДС равна нулю, а напряжение равно разности потенциалов. Электрический ток качественно характеризуется величиной, называемой силой тока (i), которая равна заряду Q, переносимому через сечение проводника в единицу времени t. Для постоянного тока i = Q/t. Единицей силы тока служит ампер (А):1 А= 1 Кл/с. Если напряжение замеряется прибором, называемым вольтметром, то сила тока измеряется амперметром или гальванометром (вольтметр подключается в цепь параллельно, а амперметр — последовательно). Отношение силы тока i к площади S поперечного сечения проводника показывает среднюю плотность тока (/):/= i/S. Его единицей является ампер на квадратный метр (А/м2). Для неоднородного участка цепи действителен закон Ома: сила тока i пропорциональна напряжению U на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению R, т. е. i = U/R. Таким образом, полная работа тока в цепи W — Hit. А если учесть ЭДС стороннего поля (Е) и разность потенциалов на источнике тока то имеем W = Eit+ (ф, — ф2) it. Когда цепь замкнута, то <pi — ф2 = 0 и W = Е i t, т. е. в замкнутой цепи работа тока совершается только за счет сторонних сил в генераторе и расходуется на разделение зарядов, создание электрического поля во внешней цепи и поддержание электрического поля. Мощность тока (Р) в ваттах (Вт) равна отношению работы к промежутку времени ее совершения: р = W/t = Ui. Для измерения мощности служит ваттметр, состоящий как бы из двух приборов: амперметра и вольтметра.