Что может заставить заряженные частицы упорядоченно двигаться

Упорядоченное движение заряженных частиц: понятие и характеристики

Огромное множество физических явлений как микроскопического, так и макроскопического характера имеют электромагнитную природу. К ним относятся силы трения и упругости, все химические процессы, электричество, магнетизм, оптика.

Одно из таких проявлений электромагнитного взаимодействия – упорядоченное движение заряженных частиц. Оно представляет собой совершенно необходимый элемент практически всех современных технологий, находящих применение в самых различных областях – от организации нашего быта до космических полетов.

Общее понятие о феномене

Вам будет интересно: Мыс принца Уэльского — крайняя западная материковая точка Северной Америки: координаты

Упорядоченное движение заряженных частиц называют электрическим током. Такое перемещение зарядов может осуществляться в разных средах посредством тех или иных частиц, иногда – квазичастиц.

Обязательным условием тока является именно упорядоченное, направленное движение. Заряженные частицы — это объекты, которые (как, впрочем, и нейтральные) обладают тепловым хаотическим движением. Однако ток возникает, только когда на фоне этого непрерывного беспорядочного процесса происходит общее перемещение зарядов в некотором направлении.

Вам будет интересно: Прогнозирование спроса: понятие, виды и функции

При движении какого-либо тела, в целом электрически нейтрального, частицы в составе его атомов и молекул, конечно, движутся направленно, но, поскольку разноименные заряды в нейтральном объекте компенсируют друг друга, никакого переноса заряда нет, и говорить о токе в этом случае также не имеет смысла.

Как возникает ток

Рассмотрим простейший вариант возбуждения постоянного тока. Если к среде, где в общем случае присутствуют носители зарядов, приложить электрическое поле, в ней начнется упорядоченное движение заряженных частиц. Явление называется дрейфом зарядов.

Вкратце его можно описать следующим образом. В различных точках поля возникает разность потенциалов (напряжение), то есть энергия взаимодействия электрических зарядов, расположенных в этих точках, с полем, отнесенная к величине этих зарядов, будет различной. Поскольку всякая физическая система, как известно, стремится к минимуму потенциальной энергии, отвечающему равновесному состоянию, заряженные частицы начнут движение, направленное к выравниванию потенциалов. Иначе говоря, поле совершает некоторую работу по перемещению этих частиц.

Вам будет интересно: Организационная система: определение, основные функции, методы управления, задачи и процессы развития

Когда потенциалы выравниваются, обращается в нуль напряженность электрического поля – оно исчезает. Вместе с тем прекращается и упорядоченное движение заряженных частиц – ток. Для того чтобы получить стационарное, то есть не зависящее от времени, поле, необходимо использовать источник тока, в котором, благодаря выделению энергии в тех или иных процессах (например, химических), заряды непрерывно разделяются и поступают на полюса, поддерживая существование электрического поля.

Ток можно получать различными способами. Так, изменение магнитного поля воздействует на заряды во внесенном в него проводящем контуре и вызывает их направленное движение. Такой ток называется индукционным.

Количественные характеристики тока

Главный параметр, с помощью которого ток описывают количественно, – это сила тока (иногда говорят «величина» или просто «ток»). Она определяется как количество электричества (величина заряда или число элементарных зарядов), проходящее за единицу времени сквозь некоторую поверхность, обычно через сечение проводника: I = Q/t. Измеряется ток в амперах: 1 А = 1 Кл/с (кулон в секунду). На участке электрической цепи сила тока прямой зависимостью связана с разностью потенциалов и обратной – с сопротивлением проводника: I = U/R. Для полной цепи эта зависимость (закон Ома) выражается как I = Ԑ/R+r, где Ԑ — электродвижущая сила источника и r – его внутреннее сопротивление.

Отношение силы тока к сечению проводника, через который происходит перпендикулярно ему упорядоченное движение заряженных частиц, называют плотностью тока: j = I/S = Q/St. Данная величина характеризует количество электричества, которое протекает за единицу времени через единицу площади. Чем выше напряженность поля E и электропроводность среды σ, тем больше и плотность тока: j = σ∙E. В отличие от силы тока, эта величина — векторная, и имеет направление по движению частиц, несущих положительный заряд.

Направление тока и направление дрейфа

Вам будет интересно: Решетнев Михаил Федорович: биография, личная жизнь, разработка космических систем и награды

В электрическом поле объекты, переносящие заряд, под действием кулоновских сил будут совершать к противоположному по знаку заряда полюсу источника тока упорядоченное движение. Частицы, заряженные положительно, дрейфуют в сторону отрицательного полюса («минуса») и, наоборот, свободные отрицательные заряды притягиваются к «плюсу» источника. Частицы могут перемещаться и в двух противоположных направлениях сразу, если в проводящей среде присутствуют носители зарядов обоих знаков.

По историческим причинам принято считать, что ток направлен так, как движутся положительные заряды – от «плюса» к «минусу». Чтобы избежать путаницы, следует помнить, что хотя в наиболее знакомом всем нам случае тока в металлических проводниках реальное перемещение частиц – электронов – происходит, конечно, в обратном направлении, указанное условное правило действует всегда.

Распространение тока и дрейфовая скорость

Нередко возникают проблемы и с пониманием того, насколько быстро движется ток. Не следует путать два разных понятия: скорость распространения тока (электрического сигнала) и скорость дрейфа частиц – носителей зарядов. Первое – это скорость, с которой передается электромагнитное взаимодействие или — что то же самое — распространяется поле. Она близка (с учетом среды распространения) к скорости света в вакууме и составляет почти 300 000 км/с.

Частицы же совершают свое упорядоченное движение очень медленно (10-4–10-3 м/с). Дрейфовая скорость зависит от напряженности, с которой действует на них приложенное электрическое поле, но во всех случаях она на несколько порядков уступает скорости теплового беспорядочного движения частиц (105–106 м/с). Важно понимать, что под действием поля начинается одновременный дрейф всех свободных зарядов, поэтому ток возникает сразу во всем проводнике.

Виды тока

В первую очередь токи различают по поведению носителей заряда во времени.

• Постоянным называют ток, не изменяющий ни величину (силу), ни направление перемещения частиц. Это самый простой вариант перемещения заряженных частиц, и с него всегда начинают изучение электрического тока.
• У переменного тока эти параметры изменяются во времени. В основе его генерирования лежит явление электромагнитной индукции, возникающей в замкнутом контуре, благодаря изменению (вращению) магнитного поля. Электрическое поле в этом случае периодически меняет вектор напряженности на противоположный. Соответственно, изменяются знаки потенциалов, а величина их проходит от «плюса» до «минуса» все промежуточные значения, в том числе и нулевое. В результате этого явления упорядоченное движение заряженных частиц все время меняет направление. Величина такого тока колеблется (обычно синусоидально, то есть гармонически) от максимума до минимума. Переменный ток имеет такую важную характеристику скорости этих колебаний, как частота – количество полных циклов изменения в секунду.

Помимо этой важнейшей классификации, различия между токами можно проводить и по такому критерию, как характер движения носителей заряда по отношению к среде, в которой ток распространяется.

Токи проводимости

Наиболее известный пример тока – это упорядоченное, направленное движение заряженных частиц под действием электрического поля внутри какого-либо тела (среды). Оно именуется током проводимости.

В твердых телах (металлы, графит, многие сложные материалы) и некоторых жидкостях (ртуть и другие расплавы металлов) электроны являются подвижными заряженными частицами. Упорядоченное движение в проводнике – это их дрейф относительно атомов или молекул вещества. Проводимость такого рода называют электронной. В полупроводниках перенос зарядов также происходит за счет движения электронов, но по ряду причин удобно пользоваться для описания тока понятием дырки – положительной квазичастицы, представляющей собой перемещающуюся электронную вакансию.

В электролитических растворах прохождение тока осуществляется за счет движущихся к разным полюсам – аноду и катоду – отрицательных и положительных ионов, входящих в состав раствора.

Токи переноса

Газ – в обычных условиях диэлектрик – также может стать проводником, если подвергнуть его достаточно сильной ионизации. Газовая электропроводность носит смешанный характер. Ионизированный газ уже представляет собой плазму, в которой перемещаются и электроны, и ионы, то есть все заряженные частицы. Упорядоченное движение их формирует плазменный канал и называется газовым разрядом.

Вам будет интересно: Коннотация — это лексический термин, которым мы пользуем каждый день

Направленное перемещение зарядов может происходить не только внутри среды. Допустим, в вакууме движется пучок электронов или ионов, испускаемых с положительного или отрицательного электрода. Это явление носит название электронной эмиссии и широко используется, к примеру, в вакуумных приборах. Безусловно, такое движение представляет собой ток.

Еще один случай – перемещение электрически заряженного макроскопического тела. Это – тоже ток, поскольку подобная ситуация удовлетворяет условию направленного переноса зарядов.

Все приведенные примеры необходимо рассматривать как упорядоченное движение заряженных частиц. Называется такой ток конвекционным или током переноса. Его свойства, например, магнитные, совершенно аналогичны таковым у токов проводимости.

Ток смещения

Существует явление, не имеющее отношения к переносу зарядов и возникающее там, где наличествует изменяющееся во времени электрическое поле, которое обладает свойством, присущим «настоящим» токам проводимости или переноса: оно возбуждает переменное магнитное поле. Это происходит, например, в цепях переменного тока между обкладок конденсаторов. Явление сопровождается передачей энергии и называется током смещения.

По сути, данная величина показывает, как быстро изменяется индукция электрического поля на некоторой поверхности, перпендикулярной к направлению ее вектора. Понятие электрической индукции включает в себя векторы напряженности поля и поляризации. В вакууме учитывается только напряженность. Что же касается электромагнитных процессов в веществе, то поляризация молекул или атомов, в которых при воздействии поля имеет место движение связанных (не свободных!) зарядов, вносит некоторый вклад в ток смещения в диэлектрике или проводнике.

Название возникло в XIX веке и носит условный характер, так как действительный электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц. Ток смещения с дрейфом зарядов никак не связан. Поэтому он, строго говоря, током не является.

Проявления (действия) тока

Упорядоченное движение заряженных частиц всегда сопровождается теми или иными физическими явлениями, по которым, собственно, и можно судить о том, протекает данный процесс или нет. Можно разделить такие явления (действия тока) на три основных группы:

• Магнитное действие. Движущийся электрический заряд обязательно создает магнитное поле. Если поместить компас рядом с проводником, по которому протекает ток, стрелка совершит поворот перпендикулярно направлению этого тока. На основе данного явления действуют электромагнитные устройства, позволяющие, например, преобразовать электрическую энергию в механическую.
• Тепловое действие. Ток совершает работу по преодолению сопротивления проводника, результатом чего становится выделение тепловой энергии. Это происходит потому, что при дрейфе заряженные частицы испытывают рассеяние на элементах кристаллической решетки или молекулах проводника и отдают им кинетическую энергию. Если бы решетка, скажем, металла, была идеально правильной, электроны практически не замечали бы ее (это следствие волновой природы частиц). Однако, во-первых, атомы в узлах решетки сами подвержены тепловым колебаниям, нарушающим ее правильность, а во-вторых, дефекты решетки – примесные атомы, дислокации, вакансии – тоже влияют на движение электронов.
• Химическое действие наблюдается в электролитах. Разноименно заряженные ионы, на которые диссоциирован электролитический раствор, при наложении электрического поля разводятся на противоположные электроды, что приводит к химическому разложению электролита.

За исключением случаев, когда упорядоченное движение заряженных частиц является предметом научных исследований, оно интересует человека в своих макроскопических проявлениях. Важен для нас не ток сам по себе, а перечисленные выше явления, которое он вызывает, благодаря превращениям электрической энергии в другие виды.

Все действия тока играют двоякую роль в нашей жизни. В одних случаях от них необходимо защищать людей и технику, в других – получение того или иного эффекта, вызываемого направленным переносом электрических зарядов, является прямым назначением самых разнообразных технических устройств.

электричество. электрический ток. Виды источников.Переделанное.. Физическая природа электрического тока понятие электрический ток, условия возникновения электрического тока

Единственный в мире Музей Смайликов

Самая яркая достопримечательность Крыма
Скачать 2.94 Mb.

• физическая природа электрического тока;
• понятие электрический ток, условия возникновения электрического тока;
• роль источника тока в электрической цепи, направление тока в цепи;
• принцип работы различных источников тока.

Его первый источник тока – «вольтов столб» – был построен в точном соответствии с его теорией «металлического» электричества. Вольта положил друг на друга попеременно несколько десятков небольших цинковых и серебряных кружочков, проложив меж ними бумагу, смоченную подсоленной водой.

Электрофорная машина

До конца XVIII века все технические источники тока были основаны на электризации трением. Наиболее эффективным из этих источников стала электрофорная машина (диски машины приводятся во вращение в противоположных направлениях; в результате трения щеток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака).

Механический источник тока — механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.

Термоэлемент (термопара)

Если две проволоки из разных металлов спаять с одного края, а затем нагреть место спая, то в них возникает ток – заряды при нагревании спая разделяются. Термоэлементы применяются в термодатчиках и на геотермальных электростанциях в качестве датчика температуры.

Тепловой источник тока – внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию.

Фотоэлемент

Солнечная батарея

При освещении некоторых веществ светом, в них появляется ток – световая энергия превращается в электрическую энергию.

В данном приборе заряды разделяются под действием света. Фотоэлементы применяются в солнечных батареях, световых датчиках, калькуляторах, видеокамерах.

Энергия света c помощью солнечных батарей преобразуется в электрическую энергию.

Электромеханический генератор

Электромеханический генератор. Заряды разделяются путем совершения механической работы. Применяется для производства промышленной электроэнергии.

Генератор (от лат. generator — производитель) – устройство, аппарат или машина, производящая какой-либо продукт.

Устройство гальванического элемента

Гальванический элемент –химический источник тока, в котором электрическая энергия вырабатывается в результате прямого преобразования химической энергии окислительно-восстановительной реакцией.

Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею.

Аккумулятор

Аккумулятор – химический источник тока многоразового действия. Если поместить в раствор соли два угольных электрода, то гальванометр не показывает наличие тока. Если же аккумулятор предварительно зарядить, то его можно использовать в качестве самостоятельного источника тока. Существуют различные типы аккумуляторов: кислотные и щелочные. Заряды в них разделяются также в результате химических реакций.

Электрические аккумуляторы используются для накопления энергии и автономного питания различных потребителей.

Устройство аккумулятора

• Что называется электрическим током?
• Что может заставить заряженные частицы упорядоченно двигаться?
• Как можно создать электрическое поле?
• Можно ли искру, возникшую в электрофорной машине,
  назвать электрическим

2. Что может заставить заряженные частицы упорядоченно двигаться?

(Электрическое поле.)

3. Как можно создать электрическое поле?

(С помощью электризации.)

4. Можно ли искру, возникшую в электрофорной машине, назвать электрическим током?

• Создать в нем электрическое поле
• Наличие в нем свободных заряженных частиц
• Создать в нем электрические заряды
• Наличие в нем свободных заряженных частиц и электрического поля.

• Тепловое движение заряженных частиц
• Беспорядочное движение заряженных частиц
• Упорядоченное движение заряженных частиц
• Механическое движение заряженных частиц

• Реостатом
• Аккумулятором
• Источником тока
• конденсатором

2) Создавать электрический ток

3) Поддерживать электрический ток в течении длительного времени

• Механической энергии
• Внутренней энергии
• Химической энергии
• Электрической энергии

• Цинковый сосуд
• Угольный стержень
• Клейстер
• диск

2) Химическая энергия превращается в электрическую.

3)Внутренняя энергия превращается в электрическую.

2) Источниками любого тока.

3) Источниками электрического тока.

(2- Мустафин Тимур, Кощеев Владислав; 3,4- Свистунков Антон, Ярцев Михаил , 5- Лебедева Анастасия, Тюльков Илья, Гафурова Элиза; 1- для остальных)

Домашний проект- Растунов Илья, Мисько Константин

Домашний проект «Сделай батарейку»

Для опыта тебе понадобится:

прочное бумажное полотенце, пищевая фольга, ножницы, медные монеты, поваренная соль, вода, два изолированных медных провода, маленькая лампочка (1,5 В).

Электрический ток. Источники тока.
презентация к уроку по физике (8 класс) на тему

Данная презентация полезна при изучении темы в 8 классе «Электрический ток. Источники тока».

Скачать:

Вложение	Размер
elektricheskiy_tok._istochniki_toka.ppt	2.67 МБ

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

физическая природа электрического тока; понятие электрический ток, условия возникновения электрического тока; роль источника тока в электрической цепи, направление тока в цепи; принцип работы различных источников тока.

Откройте учебник на с. 74. На рис 42-45 рассмотрите различные источники тока, найдите информацию и заполните таблицу. № Виды источников Преобразование энергии Название источников тока 1. 2. 3. 4.

№ Виды источников Преобразование энергии Название источников тока 1. Механические Механическая энергия в электрическую. Электрофорная машина, генератор. 2. Тепловые Внутренняя энергия в электрическую. Термоэлемент. 3. Световые Световая энергия в электрическую. Фотоэлемент, солнечная батарея. 4. Химические Химическая энергия в электрическую. Гальванический элемент, аккумулятор, батареи.

Что называется электрическим током? Что может заставить заряженные частицы упорядоченно двигаться? Как можно создать электрическое поле? Можно ли искру, возникшую в электрофорной машине, назвать электрическим током?

Вариант 1 Вариант 2 А 1. Чтобы в проводнике существовал электрический ток, необходимо А 1. Электрическим током называется Создать в нем электрическое поле Наличие в нем свободных заряженных частиц Создать в нем электрические заряды Наличие в нем свободных заряженных частиц и электрического поля. Тепловое движение заряженных частиц Беспорядочное движение заряженных частиц Упорядоченное движение заряженных частиц Механическое движение заряженных частиц

Вариант 1 Вариант 2 А 2. Устройство, преобразующее энергию какого-либо вида в электрическую, называют А 2. Для чего необходимы источники электрической энергии? Реостатом Аккумулятором Источником тока конденсатором 1) Создавать и поддерживать в проводниках электрическое поле 2) Создавать электрический ток 3) Поддерживать электрический ток в течении длительного времени 4) Чтобы в проводниках возникли свободные заряженные частицы

Вариант 1 Вариант 2 А 3. В гальваническом элементе разделение частиц происходит за счет А 3. Какие из перечисленных ниже элементов не относятся к гальваническому элементу? Механической энергии Внутренней энергии Химической энергии Электрической энергии Цинковый сосуд Угольный стержень Клейстер диск

Вариант 1 Вариант 2 А 4. Какие превращения энергии происходят в термоеэлементе? А 4. Электрическое поле в проводнике создается и длительное время поддерживается… 1) Механическая энергия превращается в электрическую. 2) Химическая энергия превращается в электрическую. 3)Внутренняя энергия превращается в электрическую. 4) Световая энергия превращается в электрическую. 1) Окружающими телами. 2) Источниками любого тока. 3) Источниками электрического тока. 4) Среди ответов нет правильного.

Параграф 32. Вопросы 1-8. Задание №6 Домашний проект «Сделай батарейку» Инструкция выдается каждому ученику.

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Электрический ток. Источники тока. Электрическая цепь

Разработка урока физики в 8 классе по теме «Электричество. Источники тока. Электрическая цепь». Содержит стихи-загадки по теме «электричество» и тематический кроссворд.

Электрический ток.Источники тока

урок по физике «Электрический ток».

Конспект урока для 8 класса на тему: «Постоянный электрический ток. Источники тока»

Постоянный электрический ток. Источники постоянного тока. Цель урока:Ø Обучающие: выяснить физическую природу электрического тока, условия возникновения и существования электр.

Открый урок по теме «Тема: Электрический ток. Источники тока»

Урок изучения новой темы.

Презентация на тему: Электрический ток. Источники тока

Разработка урока физики в 8 классе на тему: » Электрический ток. Источники тока».

Методическая разработка урока «Электрический ток. Источники тока» 8 класс

Методическая разработка комбинированного урока раскрывает основные научные положения темы, содержит методы обобщения знаний учащихся, показано практическое применение электрического тока и источ.

Что заставляет двигаться заряженные частицы?

Заряженные частицы
Заряженные частицы какого знака и в каком направление будут перемещаться при заземлении проводника.

Что заставляет конвертить ASP обработчик моюстроку в пробелы?
Подскажите, что заставляет конвертить ASP обработчик вот такую строку в пробелы?? <img.

Надо нарисовать паровозик/машину/что угодно, что будет двигаться по экрану
старенький quick бейсик. Почему нас им мучать решили в школе. (((Народ, кто в нем что-нибудь.

Сообщение от Cdelphi78

Для примера — пусть электроны — это некий газ, например фреон.
Часть электронов сожмём (до состояния жидкости или нет — это не важно).
Часть электронов будут не сжаты.
Мы знаем, что фреон, испаряясь создаёт холодильный эффект.
Но в данном случае — электроны надёжно сжаты и не имеют возможности испариться. Они сжаты кристаллической решёткой. Так мы получим ответ на вопрос : чем металл А отличается от металла Б. Металл А сильно сжимает электроны. А метал Б их сжимает слабее. Кристаллическая решётка как губка втягивает в себя электроны, но сжимает их по разному. И при комнатной температуре вокруг обеих металлов имеется электронная эмиссия — в виде облачков около самой поверхности металлов. Около сжатых электронов — эмиссия малая. А вокруг менее сжатых электронов — эмиссия по-более.
Приведём металлы в состояние контакта.
Даже при комнатной температуре, в состоянии контакта, мы будем иметь тот самый эффект — один металл зарядится относительного другого! А наличие избытка заряда — это уже разность потенциалов. И это уже ток.
Но у термопары есть одна проблема: у неё не только спай (центральный) но и 2 хвоста — из разных металлов.
А если к хвостам (концам) термопары мы прикрутим медные провода, чтобы снять ток, то эти медные провода создадут 2 контакта противо-ЭДС. И баланс всех ЭДС будет равен нулю.
Чтобы , всё-таки , получить ток — надо нагреть центральный спай термопары выше окружающей среды (выше температуры хвостов термопары). ЭДС центрального спая будет выше, и в цепи : термопара — медные провода — резистор — потечёт ток.
Проанализируем : что же заставляет электроны двигаться?
1. Электроны в металле А сжаты менее сильно.
2. Электроны в металле Б сжаты сильно.
3. При контакте А и Б мы уже получаем переход заряда с одного металла на другой, и ЭДС, но снять эту ЭДС медными проводами мы не можем, так как скрутки на концах термопары создают противо-ЭДС. Или точнее: нулевой баланс по ЭДС.
4. Нагревание центрального спая нарушает нулевой баланс, и мы получаем термо-ЭДС (на основе разницы с ЭДС концов).
5. Есть процесс, который заставляет несжатые электроны переходить к сжатым. Ведь электроны — это однотипная субстанция, но находиться в разных состояниях в металлах А и Б. Этот процесс растёт с ростом температуры центрального спая термопары (победа центральной ЭДС над ЭДС хвостов-концов термопары.).
Что это за процесс — остаётся загадкой. Хотя, я считаю, что он равносилен теплопередаче, или уравниванию термодинамического состояния электронов.

Вот это и заставляет, обычно двигаться электроны. Ведь термопара — это классический источник тока.

Добавлено через 17 минут
Несжатые электроны — горячие. А сжатые — холодные. Даже при одной и той-же температуре. И потому есть закон уравнивания тепла и холода при любых обстоятельствах. Именно он толкает горячие электроны — нагревать холодные.