Что называется электрическим током

Электрический ток — это

Для того чтобы возник электрический ток, электроны, наиболее удаленные от ядра атома определенного материала, должны отделиться и свободно циркулировать по проводнику.

Источник: electricalschool.info

Сила определяется количеством заряда, проходящего через проводник в единицу времени. Сила измеряется в кулонах в секунду (C/s), что эквивалентно одному амперу (A), а превосходными приборами для измерения электрического тока являются гальванометр и амперметр.

Условия существования электрического тока

1. Среда, через которую течет ток, должна быть проводником (но при высокой температуре ток течет через полупроводник).
2. Контур, по которому идет ток, должен быть замкнут.
3. В цепи должна быть разность потенциалов.
4. Кроме того, нужны источники энергии, а в цепи должно присутствовать некоторое значение сопротивления.

Виды

Источник: samelectrik.ru

Постоянный ток

Как работает: электроны движутся от отрицательного полюса источника к его положительному полюсу. Однако направление обычного тока идет от положительной к отрицательной клемме.
Поскольку направление тока остается неизменным, полярность тоже всегда остается постоянной, т.е. один полюс всегда отрицательный, а другой — положительный. Частота равна нулю.

Обычно применяется в низковольтных системах в самых разных областях, например, в электронных устройствах, таких как фонари, ноутбуки, сотовые телефоны и т. д., в электромобилях, двигателях, телекоммуникационных системах.

В тяговых системах, оснащенных двигателями серии dc, используется постоянный ток. Он также используется для высоковольтной передачи энергии в системах HVDC. По сравнению с высоковольтной передачей переменного тока, высоковольтная передача постоянного тока имеет больше преимуществ, таких как лучшее регулирование напряжения, меньшие потери мощности и высокая эффективность.

1. Батарея — лучший пример источника постоянного тока. Является устройством, в котором в результате химических реакций накапливается электрическая энергия.
2. Большая часть постоянного тока вырабатывается такими источниками, как батареи, солнечные батареи, генераторы постоянного тока и выпрямители.
3. Генератор постоянного тока — это электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электричество постоянного тока.
4. Фотоэлектрический или солнечный элемент вырабатывает электричество постоянного тока из солнечной энергии.
5. Выпрямитель — это электронное устройство, которое преобразует переменный ток в постоянный с помощью одного или нескольких диодов с PN-переходом.

Переменный ток

Как правило, для него используется синусоидальная, треугольная или квадратная форма волны. По техническим и экономическим причинам в большинстве схем форма волны переменного тока будет синусоидальной (или косинусоидальной).

Переменный ток (синусоидальная форма) неуклонно возрастает от нуля с положительной величиной. Ток увеличивается до максимального положительного значения, а затем начинает уменьшаться до нуля, завершая положительный полуцикл. Теперь ток меняет свое направление (т.е. величина становится отрицательной) и увеличивается до отрицательного максимального значения. Как только ток достигает отрицательного максимального значения, он снова уменьшается до нуля, завершая отрицательный полуцикл. Таким образом, один и тот же цикл повторяется снова и снова.

1. Количество циклов, совершаемых переменным током за одну секунду, называется частотой (f).
2. Один набор положительных и отрицательных полуциклов составляет один цикл.
3. Время, необходимое для завершения одного цикла переменной формы волны, называется периодом времени (T).
4. Максимальное значение тока в любом направлении называется амплитудой.
5. В период времени от 0 до T/2 ток течет в одном направлении, а от T/2 до T — в противоположном. Поскольку ток в цепи течет в противоположном направлении, его называют переменным.

Генератор переменного тока — тип электрического генератора, предназначенный для выработки этого типа тока. Генератор состоит из двух основных частей: ротора и статора. Ротор вращается внутри статора, приводимого в движение ветряной турбиной, паровой турбиной, водяной турбиной и т. д. При вращении ротор создает магнитное поле, которое идет через статор. Из-за вращения ротора его магнитное поле также вращается, и это вращающееся магнитное поле при пересечении с обмоткой статора индуцирует переменный ток.

Переменный ток — наиболее широко используемый тип тока в быту и промышленности. В системе переменного тока энергия генерируется при высоком напряжении и может легко передаваться на большие расстояния. Уровни напряжения в системах переменного тока можно легко изменять с помощью трансформаторов.

Однофазное переменное напряжение

В однофазном переменном токе используется трехпроводная система питания, состоящая из одного «горячего» провода, нейтрального провода и заземления. При питании переменным током ток или напряжение периодически меняются местами, протекая в одну сторону по горячему проводу, подающему питание на нагрузку, и в другую — по нейтральному проводу. Полный цикл питания происходит при смене фаз на 360 градусов, а напряжение меняется 50 или 60 раз в секунду, в зависимости от системы, используемой в разных частях мира.

Важно отметить, что две токоведущие ноги всегда находятся на расстоянии 180 градусов друг от друга. Электричество движется по волнам, технически — синусоидальным волнам с определенной частотой и амплитудой. В каждом цикле волны на каждом проводе дважды одновременно проходят через нулевую амплитуду. В эти моменты мощность на нагрузку не подается. Эти кратковременные перебои не имеют значения для жилых и коммерческих зданий, например, офисов, но имеют значительные последствия для двигателей, приводящих в действие крупные механизмы, а также компьютеры и другое IT-оборудование.

Трехфазное питание

3-фазные системы питания обеспечивают три отдельных тока, каждый из которых разделен одной третью времени, необходимого для полного цикла. Но в отличие от однофазной системы, где две горячие ноги всегда находятся на расстоянии 180 градусов друг от друга, в 3-фазной системе токи разделены на 120 градусов.

Среди преимуществ 3-фазного питания — возможность обеспечить почти вдвое большую мощность, чем однофазные системы, не требуя при этом вдвое большего количества проводов.

Однофазная и трехфазная сети — это оба типа электроснабжения, и разница заключается в количестве получаемой энергии. Для бытового использования обычно достаточно однофазной сети, и во многих домах она входит в стандартную комплектацию. Она меньше, и от нее может работать большинство бытовых приборов, при условии, что в доме есть газовое отопление.

Сравнение:

Трехфазный переменный ток обычно используется для подачи электроэнергии в центры обработки данных, а также в коммерческие и промышленные здания, где размещается оборудование, требующее много энергии. На это есть веские причины, ведь трехфазное питание может обеспечить большую мощность с большей эффективностью, чем однофазное. Однофазный переменный ток — это тип, который обычно используется для большинства бытовых и легких коммерческих приложений, таких как освещение и мелкая бытовая техника.

При использовании однофазного питания 240 вольт переменного тока (VAC) для питания стойки потребуется 125 ампер, что потребует провода сечением 25 кв. мм — слишком толстого и дорогого для удобной работы. Поскольку 3-фазное питание более эффективно, оно может обеспечить ту же мощность (и даже больше), используя меньшую проводку. Для поддержки 30-киловаттной стойки с помощью 3-фазного питания требуется три провода, способных обеспечить 42 ампера (4 кв. мм), которые имеют в разы меньший размер.

Характеристики

На протекание электрического тока в проводнике могут влиять несколько факторов, в том числе:

1. Материал проводника: Различные материалы обладают разным уровнем сопротивления электрическому току. Например, медь и алюминий — хорошие проводники, а такие материалы, как резина и пластик, — изоляторы.
2. Сопротивление: Противодействие протеканию электрического тока называется сопротивлением. Проводники с большим сопротивлением требуют большей силы (напряжения) для поддержания одинакового протекания тока.
3. Напряжение: Более высокое напряжение приводит к большему протеканию электрического тока, так как оно обеспечивает большую силу для проталкивания зарядов через проводник.
4. Температура: При повышении температуры проводника его сопротивление обычно увеличивается, что приводит к снижению силы тока. В некоторых материалах этот эффект выражен сильнее, чем в других.

До появления теории электронов считалось, что ток течет от положительного полюса к отрицательному, т.е. от более высокого потенциала к более низкому. Эта конвенция используется и сейчас, хотя известно, что фактическое направление тока обусловлено потоком электронов, который течет от отрицательной клеммы к положительной клемме источника. Для передачи электрического тока из одной точки в другую необходимы материалы с большим количеством свободных электронов, находящихся на последней орбите их ядра, а значит, они очень восприимчивы к перемещению из-за слабой силы притяжения, действующей на них со стороны ядра.

Сила тока зависит от потока заряда в единицу времени. Закон Ома определяет формулу:

I = Q/t

Ток = Напряжение / Сопротивление.

В приведенной выше формуле Q — это заряд, измеряемый в кулонах, а t — время в секундах. Таким образом, единицей измерения электрического тока будет кулон в секунду или ампер. Сопротивление представляет собой препятствие, с которым сталкиваются электроны на своем пути. Единицей его измерения является Ом. Напряжение представляет собой разность мощностей между одной точкой и другой.

Электрический ток может оказывать различные воздействия. Некоторые из них:

1. Тепловое: продукт повышения температуры проводника из-за протекания электрического тока. Примером может служить плита.
2. Физиологическое: существуют электромедицинские приборы, которые реагируют на эффект электропроводности, генерируя электрические разряды в местах приложения.
3. Магнитное: когда электрический ток проходит через проводник, он создает вокруг него магнитное поле. Этот эффект можно наблюдать в телевизорах, радиоприемниках, амперметрах и т. д.
4. Химическое: эффект, возникающий при прохождении электрического тока через электролит, на котором основаны аккумуляторы.

Материалы:

1. Проводящие: они оказывают незначительное сопротивление потоку электричества. Электроны свободно перемещаются, поскольку они очень слабо прикреплены к атомам, поэтому они могут проводить много электричества.
2. Полупроводниковые: они могут действовать как проводники или изоляторы, в зависимости от электрического поля, в котором они находятся.
3. Изоляционные: электроны не циркулируют свободно, поэтому они не считаются проводниками.

Использование

Применяется в разных сферах:

1. Транспорт: для питания электромобилей, поездов и других видов общественного транспорта.
2. Производство и распределение электроэнергии: для выработки, передачи и распределения электроэнергии в домах, на предприятиях и в промышленности.
3. Освещение: для питания различных типов систем освещения, включая лампы накаливания, люминесцентные лампы, светодиодные лампы и другие.
4. Производство: в различных производственных процессах, таких как сварка, нанесение гальванических покрытий и электролиз.
5. Отопление и охлаждение: для обогрева и охлаждения домов и зданий с помощью обогревателей, кондиционеров и холодильников.
6. Медицинские приложения: электрокардиограммы (ЭКГ), электроэнцефалограммы (ЭЭГ) и терапия стимуляции нервов.
7. Связь: используется для питания различных систем связи, таких как телефоны, телеграфы и интернет-сети.
8. Электроника: питает ноутбуки, компьютеры, телевизоры, радиоприемники и мобильные телефоны.

Это естественное явление, которое можно встретить в самых разных формах в мире природы:

1. Молния — это мощный разряд электрического тока, возникающий во время грозы. Она вызвана накоплением электрических зарядов в атмосфере, которые разряжаются в виде молнии.
2. Геоэлектричество относится к естественным электрическим токам, существующим в земной коре. Эти токи вызваны движением заряженных частиц в ионосфере и магнитосфере.
3. Биоэлектричество: многие живые организмы, включая человека, генерируют ток в рамках своих нормальных биологических процессов. Например, человеческое сердце генерирует электрический сигнал, который отвечает за регуляцию сердцебиения.
4. Электрические угри — это рыбы, способные генерировать ток напряжением до 600 вольт. Эти электрические токи используются угрями для оглушения добычи и для навигации в мутной воде.
5. Электрические скаты — это вид рыб, способных генерировать электрический ток. Они применяют его, чтобы оглушить свою добычу и защититься от хищников.
6. Вулканическая молния — редкое явление, возникающее во время извержения вулкана. Оно вызвано накоплением электрических зарядов в вулканическом шлейфе, которые разряжаются в виде молнии.