Електричен ток: Какво е това?

Electrical4u

Поле: Основни електротехника

China

Какво е електрически ток?

Електрическият ток се дефинира като поток от заредени частици – такива като електрони или иони – движещи се през електричесъл проводник или пространство. Това е скоростта на потока на електрически заряд през проводяща среда във времето. Електрическият ток се изразява математически (например в формули) с символа „I“ или „i“. Единицата за ток е ампер или амп. Това се представя с А.

Математически, скоростта на потока на заряд спрямо времето може да се изрази като,

$\begin{align*} I = \frac {dQ} {dt} \end{align*}$

С други думи, поток от заредени частици, които течат през електричесъл проводник или пространство, се нарича електрически ток. Движещите се заредени частици се наричат носители на заряд, които могат да бъдат електрони, дупки, иони и т.н.

Потокът на тока зависи от проводещата среда. Например:

В проводника, потокът на тока е поради електрони.
В полупроводници, потокът на тока е поради електрони или дупки.
В електролит, потокът на тока е поради иони и
В плазма – йонизиран газ, потокът на тока е поради иони и електрони.

Когато се приложи електрическа потенциална разлика между две точки в проводеща среда, електрическият ток започва да тече от по-висока потенциала към по-ниската. Колкото по-голяма е натоварването или потенциалната разлика, толкова повече ток тече между двете точки.

Ако двете точки в една верига са на еднакъв потенциал, то токът не може да тече. Магнитудината на тока зависи от напрежението или потенциалната разлика между двете точки. Следователно, можем да кажем, че токът е ефект от напрежението.

Електрическият ток може да произвежда електромагнитни полета, които се използват в индуктори, трансформатори, генератори и мотори. В електрическите проводници, токът причинява резистивно затопляне или закон на Йоул, което произвежда светлина в лампа с накалена нишка.

Времево изменящият се електрически ток произвежда електромагнитни вълни, които се използват в телекомуникациите за разпространение на данни.

АК vs ДК ток

Според потока на заряда, електрическият ток се класифицира на два типа, а именно, алтернативен ток (АК) и постоянен ток (ДК).

АК ток

Потокът на електрическия заряд, който периодично се обръща в обратна посока, се нарича алтернативен ток (АК). АК се нарича също "АК ток". Въпреки че технически това означава повтаряне на думата дваж "АК ток ток".

Алтернативният ток променя посоката си на периодични интервали.

Алтернативният ток започва от нула, достига максимум, намалява до нула, после се обръща и достига максимум в противоположна посока, след това отново се връща към началната стойност и повтаря този цикъл безкраен брой пъти.

Типът на формата на вълната на алтернативния ток може да бъде синусоидален, триъгълен, квадратен, пиловиден и т.н.

Особеността на формата на вълната не е важна - стига да е повторяема форма на вълна.

Все пак, в повечето електрически вериги, типичната форма на вълната на алтернативния ток е синусоидална. Типична синусоидална форма, която можете да видите като алтернативен ток, е показана на изображението по-долу.

Алтернаторалтернатор може да генерира променлив ток. Алтернаторът е специален вид електрически генератор, предназначен за генериране на променлив ток.

Електрическата мощност с променлив ток се използва широко в индустриални и жилищни приложения.

Постоянен ток

Потокът на електрически заряд само в една посока се нарича постоянен ток (DC). Постоянният ток се нарича също „DC Current“. Въпреки че технически това е повтаряне на същата дума два пъти „Direct Current Current“.

Тъй като постоянният ток тече само в една посока, той се нарича също единопосочен ток. Волната форма на постоянните токове е показана на изображението по-долу.

Постоянният ток може да бъде генериран от батерии, соларни клетки, горивни клетки, термопари, комутаторни електрически генератори и др. Променливият ток може да бъде преобразуван в постоянен ток чрез използване на ректификатор.

Електрическата мощност с постоянен ток се използва обикновено в приложения с ниско напрежение. Повечето електронни вериги изискват DC мощност.

Какво се измерва електрическият ток (единици на тока)?

SI единица за ток е ампер или амп. Това се представя с A. Ампер, или амп, е основната SI единица за електрически ток. Единицата ампер е наречена в чест на велик физик Андре Мари Ампер.

В SI системата, 1 ампер е потокът на електрически заряд между две точки със скорост от един кулон в секунда. Следователно,

$\begin{align*} 1 \,\, Ampere = \frac {1\,\,Coulomb} {1\,\,Second} = \frac {C} {S} \end{align*}$

Следователно токът се измерва и в кулони в секунда или C/S.

Формула за електрически ток

Основните формули за ток са:

Връзката между ток, напрежение и съпротивление (Закон на Ом)
Връзката между ток, мощност и напрежение
Връзката между ток, мощност и съпротивление

Тези връзки са обобщени в изображението по-долу.

Формула за ток 1 (Закон на Ом)

Според закона на Ом,

$\begin{align*} V = I*R \end{align*}$

Следователно,

$\begin{align*} I = \frac{V}{R}\,\,A \end{align*}$

Пример

Как е показано в долната схема, напрежението на източника $24\,\,V$ се прилага към съпротивление от $12\,\,\Omega$ . Определете тока, който протича през резистор.

Решение:

Дадени данни: $V=24\,\,V ,\,\, R=12\,\,\Omega$

Според законите на Ом,

$\begin{align*} & I = \frac{V}{R} \\ & = \frac{24}{12} \\ & I = 2\,\,A \end{align*}$

Така, използвайки уравнението, получаваме, че токът, който протича през резистора, е $2\,\,A$ .

Формула за тока 2 (Мощност и Напруга)

Пренасяната мощност е произведението на напрегнатостта на питането и електрическия ток.

$\begin{align*} P = V*I \end{align*}$

Следователно, получаваме, че токът е равен на мощността, делена на напрегнатостта. Математически,

$\begin{align*} I = \frac{P}{V}\,\,A \end{align*}$

Където $A$ означава ампери или ампири (единици за електрически ток).

Пример

Както е показано в схемата по-долу, напрежението на захранване от $24\,\,V$ се прилага към лампа с мощност $48\,\,W$ . Определете тока, който извлича лампата с мощност $48\,\,W$ .Решение:

Дадени данни: $V=24\,\,V ,\,\, P=48\,\,W$

Според формулата,

$\begin{align*} & I = \frac{P}{V} \\ & = \frac{48}{24} \\ & I = 2\,\,A \end{align*}$

Така, използвайки горната формула, получаваме, че токът, който извлича лампата с мощност $48\,\,W$ , е равен на $2\,\,A$ .

Формула за ток 3 (Мощност и съпротивление, омична загуба, резистивно затопляне)

Знаем, че $P = V * I$

Сега, замествайки законът на Ом $V = I * R$ в горното уравнение, получаваме,

$\begin{align*} P = I^2*R \end{align*}$

Така, токът е квадратен корен от отношението на мощността и съпротивлението. Математически, формулата за това е равна на:

$\begin{align*} I = \sqrt{\frac{P}{R}}\,\,A \end{align*}$

Пример

Както е показано в долната схема, определете тока, взет от $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ лампа

Решение:

Дадени данни: $P=100\,\,W ,\,\, R=20\,\,\Omega$

Според връзката между тока, мощността и съпротивлението, показана по-горе:

$\begin{align*} & I = \sqrt{\frac{P}{R}} \\ & = \sqrt{\frac{100}{20}} \\ & = \sqrt{5} \\ & I = 2.24\,\,A \end{align*}$

Така, използвайки уравнението, получаваме, че токът, взет от $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ лампа е $2.24\,\,A$ .

Размерности на тока

Размерностите на тока в термини на маса (M), дължина (L), време (T) и ампер (A) се дават от $M^0L^0T^-^1Q$ .

Токът (I) е представяне на кулона в секунда. Следователно,

$\begin{align*} I = \frac{Q}{t} = \frac{[Q]}{[T]} = QT^-^1 = M^0L^0T^-^1Q \end{align*}$

Традиционен ток срещу електронен поток

Има леко недоразумение относно традиционния поток на тока и електронния поток. Нека се опитаме да разберем разликата между двете.

Частиците, които пренасят електрически заряд през проводници, са подвижни или свободни електрони. Постъпката на електричното поле в рамките на една верига, по дефиниция, е закон, че положителните пробни заряди са бутани. Следователно, тези частици с отрицателен заряд, тоест електрони, се движат в противоположна посока на електричното поле.

Според теорията за електроните, когато напрежението или разликата в потенциалите се приложи към проводника, заредени частици се движат през веригата, което съставлява електрически ток.

Тези заредени частици се движат от по-висок потенциал към по-нисък потенциал, тоест от положителен терминал към отрицателния терминал на батерията през външна верига.

Но, в метален проводник, положително заредените частици са фиксирана позиция, а отрицателно заредените частици, тоест електрони, са свободни да се движат. В полупроводниците, потокът на заредени частици може да бъде положителен или отрицателен.

Потокът на положително заредени носители и отрицателно заредени носители в противоположна посока има еднакъв ефект в електрическата верига. Тъй като потокът на тока е резултат от положителни или отрицателни заряди, или и двата, е необходима конвенция за посоката на тока, която е независима от видовете носители на заряда.

Посоката на традиционния ток се счита за посоката, в която се движат положително заредените носители, тоест от по-висок потенциал към по-нисък потенциал. Следователно, отрицателно заредените носители, тоест електрони, се движат в противоположна посока на традиционния поток на тока, тоест от по-нисък потенциал към по-висок потенциал. Затова, традиционният ток и електронният поток се движат в противоположни посоки, както е показано на изображението по-долу.

посока на традиционния ток и електронния поток — Посоката на традиционния ток и електронния поток

Традиционен ток: Потокът на положителни носители на заряд от положителния крач до отрицателния крач на батерията се нарича традиционен ток.
Електронен поток: Потокът на електрони се нарича електронен ток. Потокът на отрицателни носители на заряд – т.е. електрони – от отрицателния крач до положителния крач на батерията се нарича електронен поток. Електронният поток е противоположен на традиционния поток на тока.

Посоката на традиционния ток и електронния поток е показана на изображението по-долу.

Традиционен поток на тока и електронен поток

Традиционен ток в сравнение с проводимостен поток

Конвекционен ток

Конвекционният ток се отнася до потока на тока през изолираща среда, такава като течност, газ или вакуум.

Конвекционният ток не изисква проводници за поток; следователно не удовлетворява закона на Ом. Пример за конвекционен ток е вакуумна тръба, в която електроните, излъчени от катода, потичат към анода в вакуум.

Проводимостен ток

Токът, който протича през всеки проводник, се нарича проводимостен ток. Проводимостният ток изисква проводник за поток; следователно удовлетворява закона на Ом.

Дисперсионен ток

Разгледайте резистор и кондензатор, свързани паралелно с източник на напрежение V, както е показано на фигурата по-долу. Природата на потока на тока през кондензатора е различна от тази през резистора.

Напрежението или разликата в потенциала през резистора произвежда непрекъснат поток на ток, който се дава с уравнението,

$\begin{align*} I_1 = \frac{V}{R} \end{align*}$

Този ток се нарича „ток на проводимост“.

Сега токът протича през кондензатора само когато напрежението върху кондензатора се променя, което е дадено от уравнението,

$\begin{align*} I_2 = \frac{dQ}{dt} = C \frac{dV}{dt} \end{align*}$

Този ток се нарича „ток на разместяване“.

Физически токът на разместяване не е ток, тъй като няма протичане на физическа величина като протичане на заряди.

Как да измерите тока

В електрическата и електронната верига, измерването на тока е една от основните параметри, които трябва да бъдат измерени.

Инструмент, който може да измери електрическия ток, се нарича амперметър. За да се измери ток, амперметърът трябва да бъде свързан поредно с веригата, чийто ток ще бъде измерен.

Измерването на тока през резистора с помощта на амперметър е показано на следната фигура.

Електрическият ток може да бъде измерен и с помощта на галванометър. Галванометърът дава както посоката, така и големината на електрическия ток.

Токът може да бъде измерен, като се засече магнитното поле, свързано с тока, без да се прекъсне веригата. Има различни прибори, използвани за измерване на тока без прекъсване на веригата.

Преобразуватели за ток на Хол
Трансформатори за ток (CT) (измерват само променлив ток)
Щипци за измерване на ток
Шунтиращи резистори
Сензори за магнитно съпротивление

Често задавани въпроси относно тока

Нека разгледаме някои често задавани въпроси, свързани с електрическия ток.

Какво използва електромагнет за измерване на електрически ток?

Галванометърът е измервателен прибор, който използва електромагнет за измерване на електрически ток.

Галванометърът е абсолютен прибор; той измерва електрическия ток по отношение на тангенса на ъгъла на отклонение.

Галванометърът може да измерва електрическия ток директно, но това включва прекъсване на цепта; затова понякога това е неудобно.

Как електрическият ток произвежда магнитна сила?

Проводник, през който протича ток, поставен в магнитно поле, ще изпита сила, тъй като токът нищо друго не е освен поток от заряди.

Разгледайте проводник, през който протича ток, както е показано на фигурата (а) по-долу. Според правилото на Флеминг за дясната ръка; този ток ще произведе магнитно поле в посока по часовниковата стрелка.

企业微信截图_17098660781451.png 企业微信截图_17098660847078.png

Магнитна сила, произведена от електрически ток

Резултатът от магнитното поле на проводника е, че то ще насочи магнитното поле над проводника и ще го ослаби под него.

Линиите на магнитното поле са като напрегнати гумени ленти; затова те ще бутат проводника в надолу посока, т.е. силата е надолу, както е показано на фигура (б).

Този пример показва, че проводник, носещ ток, в магнитно поле изпитва сила. Следният уравнение определя големината на магнитната сила върху проводник, носещ ток.

$\begin{align*} F_B = BIL\,\,Sin\theta \end{align*}$

За да се направи електрически ток, е необходимо да имате

За да се направи електрически ток, е необходимо да имате следното:

Потенциална разлика, която съществува между две точки. Ако двете точки в един контур са на еднакъв потенциал, токът не може да протече.
Източник на напрежение или ток, като батерия или клетка, които принуждават свободните електрони, които образуват електрически ток.
Проводник или жица, която пренася електрически заряди.
Контурът трябва да е затворен или пълен. Ако контурите са отворени, токът не може да протече.

Това са условията, необходими за протичане на електрически ток. Изображението по-долу показва ток, протичащ в затворен контур.

Какво най-добре описва разликата между електрически ток и статично електричество

Основната разлика между електрически ток и статично електричество е, че електроните или зарядите протичат през проводника при електрически ток.

Докато при статично електричество, зарядите са в покой и се натрупват на повърхността на веществото.

Електрическият ток е резултат от протичането на електрони, докато статичното електричество е резултат от отрицателните заряди, прехвърлящи се от един обект към друг.

Електрическият ток се генерира само в проводника, докато статичното електричество се генерира както в проводник, така и в изолатор.

Как влияе електрическият ток върху магнитен полюс?

Знаем, че когато електрическият ток протича, тоест електрическият заряд е в движение, се поражда магнитно поле. Ако поместим магнита в магнитно поле, той изпитва сила.

За електрическите заряди, т.е. електрическия ток, подобни магнитни полюси се привличат, а противоположни магнитни полюси се отблъскват. Така можем да кажем, че електрическият ток влияе върху магнитния полюс чрез магнитното поле.

Какво устройство се използва за измерване на електрическия ток

Устройството, което може да измери електрическия ток, се нарича амперметър. Амперметърът трябва да се свърже поредно с цепта, чийто ток трябва да бъде измерен.

Други различни устройства също се използват за измерване на електрическия ток.

Трансдуктори с Халов ефект
Токов трансформатор (CT) (измерва само алтернативен ток)
Клещови амперметри
Шунтиращи резистори
Магнеторезистивни сензори на магнитно поле

Източник: Electrical4u

Заявление: Почитайте оригинала, добри статии са стойност за споделяне, ако има нарушение на правата върху авторския прав моля се свържете за изтриване.