Направление электрического тока

 

Электрический ток определяется как направленное движение заряженных частиц. В зависимости от проводника или среды распространения, ими могут быть электроны, ионы или квазичастицы. Фактическое направление тока зависит от знака заряда частицы и поляризации электродов.

Определение направления электротока

Понятие направления тока требует отдельного пояснения, поскольку в целом для простых цепей принято считать, что заряд движется от положительного полюса элемента питания к отрицательному. Однако, например, в проводниках из металла главными агентами электротока являются отрицательно заряженные электроны, которые должны иметь противоположную направленность — от минуса к плюсу. При кажущемся противоречии направление электротока «плюс-минус» является лишь условным и объясняется историческим развитием науки.

В XVIII в. Бенджамин Франклин, изучая проявления электричества, предположил, что ток должен двигаться от большего потенциала к меньшему. На основе этой гипотезы именно он впервые ввел обозначения заряженных состояний «+» и «-», имея в виду наличие электрического потенциала и его отсутствие.

Позднее ученые выяснили, что при электризации возникают два противоположных по своему качеству типа заряда, которые способны различным образом взаимодействовать между собой. В 1779 г. Алессандро Вольта изобрел первое электролитическое устройство — «вольтов столб»  — которое показало, что частицы с разным зарядом двигаются в противоположном друг от друга направлении.

Несмотря на фактическое разнонаправленное движение «плюсовых» и «минусовых» элементов, для удобства описания электрических и электромагнитных явлений, если при этом номинальное значение заряда не важно, в качестве направления тока была условно принята направленность потока только положительно заряженных частиц.

Измерение тока

Основной единицей измерения электротока, непосредственно связанной с его направленностью, является 1 ампер (А). Он приравнивается к скорости перемещения заряда в 1 кулон за 1 секунду. 1 кулон, в свою очередь, составляют 6,25 × 1018 электронов или ионов. В проводниках с противоположно заряженными движущимися частицами это количество делится поровну между анионами и катионами.

Электрический ток в различных средах

Распространение электротока определяется, помимо прочего, свойствами проводника, через которые он протекает. Так для металлических тел характерен поток электронов. В других средах электрический ток возможен за счет упорядоченного движения любых объектов электромагнитного взаимодействия.

Наряду с потоком отрицательно заряженных электронов в металлах, а также анионов и катионов в электролитах, также выделяют так называемый ток положительного заряда, возникающий в протонных проводниках, которые частично используются в кислотных аккумуляторах.

Направление тока в металлических проводниках

Все металлы обладают хорошей электропроводностью. Наилучшими проводниками электротока являются алюминий и медь. Именно из них чаще всего изготовляются провода для различных электроцепей.

Электронное строение металлов характеризуется относительно слабой связью электронов внешнего уровня. Без прилагаемой разности потенциалов частицы, оторвавшиеся от атомов, способны хаотично перемещаться в проводнике. При создании же электрического напряжения образуется их лавинообразное перемещение, в то время как ионы остаются неподвижными в структуре кристаллической решетки. При этом совокупность свободно двигающихся электронов называется электронным газом, а их поток направлен от отрицательного вывода элемента питания к положительному.

Скорость единичного электрона довольно мала (около 1 метра в час). Однако благодаря общей массе частиц электрический заряд между ними может передаваться со скоростью света, а их высокая плотность способствует передаче достаточно существенного заряда и созданию соответствующей силы тока даже на очень малом отрезке проводника.

Направление тока в жидкостях и газах

В жидкостных и газовых средах со свободным перемещением всех элементов при воздействии электрического поля образуются потоки как электронов, так и ионов с положительными либо отрицательными зарядами. К примеру, напряжение, пропущенное через соляной раствор, расщепляет молекулы хлорида натрия на Na+ и Cl-. При этом ионы натрия начинают направленно двигаться к катоду, а ионы хлора к — аноду с последующим реакциями нейтрализации ионов на обоих электродах.

На принципе электролитической диссоциации основан метод промышленного получения некоторых и газов.

Газы показывают низкую электропроводность, поэтому считаются диэлектриками, обладая изоляционными свойствами. Однако при резком возрастании напряжения электроны получают от электрического поля большое ускорение и, сталкиваясь с нейтральными атомами, провоцируют лавинное увеличение заряженных частиц. Это приводит к образованию плазмы с высоким содержанием ионов и электронов, которая становится проводником электротока. Примером такого явления может служить молния или дугообразные разряды на линиях электропередач и в электроприборах.

 

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Оставить комментарий:

Отправить

Полезные сервисы:

Опрос:
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа.