Условия за съществуване на електрически ток

За начало нека да отговорим на въпроса какво е електрически ток. Една проста батерия на маса не генерира ток сама по себе си. И фенерчето, лежащо на масата, няма да създаде ток през своите светодиоди просто така, без никаква причина. За да се появи ток, нещо трябва да тече някъде, поне да започне да се движи, а за това веригата на светодиодите на фенерчето и батерията трябва да се затворят. Не напразно, в старите дни електрическият ток се сравняваше с движението на определена заредена течност.

Всъщност сега знаем това електричество — това е насоченото движение на заредени частици и че по -близък до реалността аналог би бил зареденият газ — газ от заредени частици, движещи се под действието на електрическо поле. Но първо първо.

Електрическият ток е насоченото движение на заредени частици

И така, електрическият ток е движението на заредени частици, но дори хаотичното движение на заредени частици също е движение, но все още не е ток. По същия начин течните молекули, които са в топлинно движение през цялото време, не създават потоци, тъй като общото изместване на целия обем на почиващата течност е точно нула.

За да възникне флуиден поток, трябва да настъпи цялостно движение, тоест общото движение на молекулите на течността трябва да стане насочено. Така хаотичното движение на молекулите ще се добави с насоченото движение на целия обем и ще възникне поток от целия обем на течността.

Подобна е ситуацията и с електрически ток — насоченото движение на електрически заредени частици е електрически ток. Скоростта на топлинното движение на заредени частици, например в метал, се измерва в стотици метри в секунда, но при насочено движение, когато в проводника е зададен определен ток, скоростта на общото движение на частиците се измерва в части и единици милиметри в секунда.

Така че, ако постоянен ток, равен на 10 A, протича в метален проводник със сечение 1 кв. Mm, тогава средната скорост на подреденото движение на електрони ще бъде от 0,6 до 6 милиметра в секунда. Това вече ще бъде токов удар. И това бавно движение на електрони е достатъчно за проводник, например от нихром, да се затопли добре, подчинявайки се Законът на Джоул-Ленц.

Скоростта на частиците не е скоростта на разпространение на електрическо поле!

Обърнете внимание, че токът започва в проводника почти мигновено през целия обем, тоест това «движение» се разпространява по проводника със скоростта на светлината, но движението на самите заредени частици е 100 милиарда пъти по -бавно. Можете да разгледате аналогията с тръба, през която тече течност.

Придвижване по тръба, дълга 10 метра, например вода. Скоростта на водата е само 1 метър в секунда, но потокът не се разпространява със същата скорост, а много по -бързо, а скоростта на разпространение тук зависи от плътността на течността и от нейната еластичност. Така електрическото поле се разпространява по проводника със скоростта на светлината и частиците започват да се движат с 11 порядъка по -бавно. Вижте също: Скорост на електрически ток

1. За съществуването на електрически ток са необходими заредени частици

Електроните в металите и във вакуум, йони в електролитни разтвори — служат като носители на заряд и осигуряват наличието на ток в различни вещества. В металите електроните са много подвижни, някои от тях могат свободно да се движат от атом в атом, подобно на газ, запълващ пространството между възлите на кристалната решетка.

В електронните тръби, електроните напускат катода по време на термионно излъчване, като се втурват под действието на електрическо поле към анода. В електролитите молекулите се разпадат във вода на положително и отрицателно заредени части и стават свободни от йони носители на заряд в електролити.Тоест навсякъде, където може да съществува електрически ток, има безплатни носители на заряд, които могат да се движат електрическо поле… Това е първото условие за съществуването на електрически ток — наличието на безплатни носители на такси.

2. Второто условие за съществуването на електрически ток е, че върху заряда трябва да действат външни сили

Ако сега погледнете проводник, да речем, че е меден проводник, тогава можете да се запитате: какво е необходимо, за да възникне електрически ток в него? Има заредени частици, електрони, те са в състояние да се движат свободно.

Какво ще ги накара да се движат? Известно е, че електрически заредена частица взаимодейства с електрическо поле. Следователно в проводника трябва да се създаде електрическо поле, тогава във всяка точка на проводника ще възникне потенциал, ще има потенциална разлика между краищата на проводника и електроните ще се движат по посоката на полето — в посоката от «-» към «+», тоест по посока срещу вектора на силата на електрическото поле. Електрическото поле ще ускорява електроните, увеличавайки тяхната (кинетична и магнитна) енергия.

В резултат на това, ако разглеждаме електрическо поле, просто приложено отвън към проводника (поставихме проводника в електрическо поле по силовите линии), тогава електроните ще се натрупват в единия край на проводника и отрицателен заряд ще се появяват в този край и тъй като електроните са се изместили от другия край на проводника, тогава върху него ще има положителен заряд.

В резултат на това електрическото поле на проводник, заредено от външно приложено електрическо поле, ще бъде в такава посока, че да отслаби външното електрическо поле от неговото действие.

Процесът на преразпределение на зарядите ще продължи почти мигновено и след приключването му токът в проводника ще спре. Полученото електрическо поле вътре в проводника ще стане нула, а силата в краищата ще бъде равна по величина, но противоположна по посока на електрическото поле, приложено отвън.

Ако електрическото поле в проводника е създадено от източник на постоянен ток, например батерия, тогава такъв източник ще се превърне в източник на външни сили за проводника, тоест източник, който ще създаде постоянна ЕМП в проводника и ще запази потенциалната разлика. Очевидно, за да може токът да се поддържа от източник на външни сили, веригата трябва да бъде затворена.