Действия на електрически ток: топлинни, химични, магнитни, светлинни и механични

Електрическият ток във веригата винаги се проявява чрез някакъв вид негово действие. Това може да бъде както работа при определен товар, така и съпътстващият ефект на тока. Така по действието на тока може да се прецени за неговото присъствие или отсъствие в дадена верига: ако натоварването работи, има ток. Ако се наблюдава типично явление, придружаващо тока, има ток във веригата и т.н.

По принцип електрическият ток е в състояние да предизвика различни действия: топлинни, химични, магнитни (електромагнитни), светлинни или механични и различни видове токови действия често се проявяват едновременно. Тези явления и действия на тока ще бъдат обсъдени в тази статия.

Топлинен ефект на електрически ток

Когато постоянен или променлив електрически ток преминава през проводник, проводникът се нагрява. Такива отоплителни проводници при различни условия и приложения могат да бъдат: метали, електролити, плазма, разтопени метали, полупроводници, полуметали.

В най -простия случай, ако, да речем, електрически ток преминава през нихромова жица, той ще се нагрее. Това явление се използва в отоплителни устройства: в електрически чайници, в котли, в нагреватели, електрически печки и др. При електродъгово заваряване температурата на електрическата дъга обикновено достига 7000 ° C и металът се топи лесно, това също е топлинен ефект на тока.

Количеството топлина, отделяно в секцията на веригата, зависи от напрежението, приложено към тази секция, стойността на протичащия ток и времето на неговия поток (Законът на Джоул-Ленц).

След като сте преобразували закона на Ом за участък от верига, можете да използвате или напрежение, или ток, за да изчислите количеството топлина, но тогава е задължително да знаете съпротивлението на веригата, защото тя ограничава тока и в всъщност причинява нагряване. Или, като знаете тока и напрежението във верига, можете също толкова лесно да намерите количеството генерирана топлина.

Химическо действие на електрически ток

Електролити, съдържащи йони чрез постоянен електрически ток електролизиран — това е химичното действие на тока. Отрицателните йони (аниони) се привличат към положителния електрод (анод) по време на електролиза, а положителните йони (катиони) се привличат към отрицателния електрод (катод). Тоест веществата, съдържащи се в електролита, се отделят по време на електролиза при електродите на източника на ток.

Например, двойка електроди се потапя в разтвор на определена киселина, алкал или сол и когато електрически ток преминава през веригата, на единия електрод се създава положителен заряд, а на другия — отрицателен. Съдържащите се в разтвора йони започват да се отлагат върху електрода с обратен заряд.

Например, по време на електролизата на меден сулфат (CuSO4), медни катиони Cu2 + с положителен заряд се преместват към отрицателно заредения катод, където получават липсващия заряд, и се превръщат в неутрални медни атоми, утаявайки се върху повърхността на електрода. Хидроксилната група -ОН ще дари електрони на анода и в резултат на това ще се освободи кислород. Положително заредените водородни катиони H + и отрицателно заредените SO42-аниони ще останат в разтвора.

Химическото действие на електрически ток се използва в промишлеността, например за разлагане на водата на съставните й части (водород и кислород). Също така, електролизата ви позволява да получите някои метали в чистата им форма. С помощта на електролиза върху повърхността се нанася тънък слой от определен метал (никел, хром) — това е галванично покритие и т.н.

През 1832 г. Майкъл Фарадей установява, че масата m на веществото, отделяно при електрода, е правопропорционално на електрическия заряд q, преминал през електролита. Ако постоянен ток I преминава през електролита за време t, тогава важи първият закон на Фарадей за електролизата:

Тук коефициентът на пропорционалност k се нарича електрохимичен еквивалент на веществото. Числено е равна на масата на вещество, отделяно при преминаване на един електрически заряд през електролита, и зависи от химичната природа на веществото.

Магнитно действие на електрически ток

При наличието на електрически ток във всеки проводник (в твърдо, течно или газообразно състояние) се наблюдава магнитно поле около проводника, тоест проводникът с ток придобива магнитни свойства.

Така че, ако към проводника се пренесе магнит, през който протича токът, например под формата на магнитна игла на компас, тогава стрелката ще се обърне перпендикулярно на проводника и ако навиете проводника върху желязна сърцевина и ще преминете постоянен ток през проводника, сърцевината ще стане електромагнит.

През 1820 г. Ерстед открива магнитния ефект на тока върху магнитна игла, а Ампер установява количествените закони на магнитното взаимодействие на проводници с ток.

Магнитното поле винаги се генерира от ток, тоест движещи се електрически заряди, по -специално — заредени частици (електрони, йони). Противопосочените токове се отблъскват взаимно, еднопосочните течения се привличат взаимно.

Такова механично взаимодействие възниква поради взаимодействието на магнитни полета на токове, тоест това е преди всичко магнитно взаимодействие и едва след това — механично. По този начин магнитното взаимодействие на токовете е първично.

През 1831 г. Фарадей установява, че променящото се магнитно поле от една верига генерира ток в друга верига: генерираната ЕМП е пропорционална на скоростта на промяна на магнитния поток. Логично е, че именно магнитното действие на токовете се използва и до днес във всички трансформатори, а не само в електромагнитите (например в индустриалните).

Светлинен ефект на електрически ток

В най -простата си форма светлинният ефект на електрически ток може да се наблюдава в лампа с нажежаема жичка, чиято спирала се нагрява от преминаващия през нея ток до бяла топлина и излъчва светлина.

За лампа с нажежаема жичка светлинната енергия представлява около 5% от доставената електроенергия, останалите 95% от които се превръщат в топлина.

Флуоресцентните лампи по -ефективно преобразуват текущата енергия в светлина — до 20% от електричеството се превръща във видима светлина благодарение на фосфор, който получава ултравиолетова радиация от електрически разряд в живачни пари или в инертен газ като неон.

Светлинният ефект на електрически ток се реализира по -ефективно в светодиодите. Когато електрически ток преминава през pn кръстовището в посока напред, носителите на заряд — електрони и дупки — рекомбинират с излъчването на фотони (поради прехода на електрони от едно енергийно ниво на друго).

Най-добрите излъчватели на светлина са полупроводници с директна междина (тоест тези, в които са разрешени директни оптични преходи), като GaAs, InP, ZnSe или CdTe. Чрез промяна на състава на полупроводниците, светодиодите могат да бъдат създадени за всички видове дължини на вълните от ултравиолетови (GaN) до средно инфрачервени (PbS). Ефективността на светодиода като източник на светлина достига средно 50%.

Механично действие на електрически ток

Както бе отбелязано по -горе, всеки проводник, през който протича електрически ток, се образува около себе си магнитно поле… Магнитните действия се превръщат в движение, например в електрически двигатели, в магнитни повдигащи устройства, в магнитни клапани, в релета и др.

Механичното действие на един ток върху друг е описано от закона на Ампер. Този закон е създаден за първи път от Андре Мари Ампер през 1820 г. за постоянен ток. От Законът на Ампер следва, че паралелни проводници с електрически токове, протичащи в една посока, се привличат, а в противоположни посоки се отблъскват.

Законът на Ампер се нарича още закон, който определя силата, с която магнитно поле действа върху малък сегмент от проводник с ток. Силата, с която магнитно поле действа върху елемент от проводник с ток в магнитно поле, е правопропорционално на тока в проводника и векторното произведение на елемента от дължината на проводника и магнитната индукция.

Този принцип се основава на работа на електродвигатели, където роторът играе ролята на рамка с ток, ориентиран във външното магнитно поле на статора от въртящия момент M.