Меню

Положительное направление тока в катушке

Магнитосвязанные электрические цепи

В предыдущих главах были рассмотрены электрические цепи, в которых электромагнитная энергия из одного контура цепи в другой передавалась с помощью проводов. В электрических устройствах связи передача энергии и связь между контурами часто осуществляется путем взаимоиндукции.

Если магнитный поток, создаваемый током в одном контуре, пронизывает другой какой-либо контур, то эти два контура называют магнитосвязанными. Магнитная связь между контурами может быть специально создана, и в этом случае она полезна, а может быть и паразитной, т. е. существующей между контурами или эле­ментами цепи вопреки желанию конструктора.

1. Взаимная индуктивность. На рис. 3.44, изображены два магнитосвязанных контура. В контуре 1 протекает ток i1. Магнитный поток Ф1, создаваемый этим контуром, пропорционален току в контуре, так как никаких ферромагнитных материалов ни сами контуры, ни окружающая их среда не содержат. Если контур состоит из нескольких витков , то потокосцепление этого контура ψ1, т. е. сумма магнитных потоков, сцепленных с отдельными витками контура, тоже пропорциональна току в контуре i1.

Коэффициент пропорциональности, связывающий потокосцепление контура с создающим его током в контуре, как уже упоминалось в гл. 1, есть индуктивность контура L: ψ1= L1i1.

Примем за положительное направление магнитного потока, пронизывающего контур, направление потока, связанное с направлением тока в контуре правилом буравчика. При этом условии индуктивность контура — величина положительная.

Часть магнитного потока, создаваемого током i1, пронизывает витки второго контура. Потокосцепление со вторым контуром также пропорционально току i1:

,

где ψ1 — потокосцепление со вторым контуром, создаваемое током в первом контуре.

Коэффициент пропорциональности называется взаимной индуктивностью. (Условимся при обозначении величин буквой с двойным индексом второй цифрой индекса считать номер контура, создавшего эту физическую величину.)

Взаимная индуктивность представляет собой отношение потокосцепления с одним контуром к создающему его току в другом кон­туре. Один из контуров считается первым, другой — вторым. При этом совершенно безразлично, какой из контуров считать первым. Можно показать, что взаимная индуктивность, определяемая как ψ21 /i1 когда магнитный поток создается током в первом контуре, или как ψ12/i2 когда поток создается током во втором контуре и ψ12 — поток сцепления с первым контуром, — есть одна и та же величина.

Определим взаимную индуктивность между двумя обмотками, намотанными равномерно на один и тот же кольцевой сердечник по всей его окружности, предполагая, что магнитный поток, создаваемый любой из обмоток, замыкается внутри сердечника. Пусть число витков первой обмотки , второй – . Площадь сечения сердечника s и средняя длина окружности сердечника l.

Тогда индуктивность первой обмотки согласно формуле (1.1)

и индуктивность второй

.

Здесь μ — магнитная постоянная.

Предположим далее, что в первой обмотке ток i1 и что весь создаваемый первой обмоткой магнитный поток Ф1 пронизывает полностью все витки и второй обмотки. Поток, создаваемый током i1:

Ф .

Тогда потокосцепление со второй обмоткой

.

Взаимная индуктивность М между обмотками

симметрична относительно и , если ее определить как отношение потоков сцепления с первой обмоткой к создающему его току во второй обмотке, то выражение М осталось бы прежним.

Перемножим выражения индуктивностей обеих обмоток и сравним произведение с выражением взаимной индуктивности. Получим равенство:

.

Это равенство обязано своим существованием предположению о том, что весь магнитный поток, создаваемый первой обмоткой, полностью пронизывает и вторую. В действительности это те так, Часть магнитного потока, создаваемого обмоткой, охватывает только эту обмотку и не связана с другой (см. рис. 3.44). Эта часть магнитного потока называется потоком рассеяния. Поэтому Неравенство можно заменить равенством, введя коэффициент k, именуемый коэффициентом связи между обмотками:

или .

Коэффициент k всегда меньше единицы и выражается обычно в процентах.

Если бы обе обмотки были абсолютно одинаковы, коэффициент связи между обмотками представлял бы собой отношение потока, пронизывающего вторую обмотку, к потоку, создаваемому первой:

.

Например, если считать, что каждая силовая линия на рис. 3.44 изображает некоторый определенный поток, то коэффициент связи между контурами равен 64%. Когда же L1L2, коэффициент связи определяет отношение взаимной индуктивности к среднему геометрическому из индуктивностей обеих обмоток.

2. Э.д.с. взаимной индукции. Допустим, что взаимная индуктивность между контурами равна М. Если в одном из этих двух контуров ток с течением времени будет изменяться, будет изменяться и создаваемый им магнитный поток. Следовательно, магнитный поток, пронизывающий второй контур, окажется также переменным. Переменный магнитный поток, пронизывающий второй контур, вызовет в этом контуре появление индуктированной э.д.с.

Э.д.с., взаимной индукции

.

Знак «минус» в этом выражении определяет направление индуктированной э.д.с. e2. Оно таково, что вызываемый ею ток i2 стремится сохранить поток, пронизывающий второй контур неизменным. Так, при увеличении тока i1 во втором контуре возник бы ток i2 такого направления, при котором создаваемый им магнитный поток сквозь этот контур был бы направлен навстречу увеличивающемуся потоку, создаваемому током в первом контуре. Этот закон был открыт и сформулирован русским академиком Ленцем (1804—1865 гг.).

Рис.3.45. Согласное включение

Если ток в первом контуре изменяется по закону синуса: i1=I1msinωt, то э.д.с. e2, индуктируемая во втором контуре, также изменяется синусоидально, отставая по фазе от тока i1 на π/2, если положительные направления i1 и e2 выбраны в соответствии с выражением

.

Синусоидально изменяющиеся i1 и e2 можно представить в форме вещественных или мнимых частей комплексных выражений:

или .

Поэтому равенство остается справедливым и при подстановке самих комплексных выражений:

,

или .

Произведение jωM обозначается через Zм или Z12 и представляет собой сопротивление связи:

Сопротивление связи измеряется в Омах, M – в генри.

3. Согласная и встречная работа катушек. Пусть в двух магнитосвязанных катушках протекают синусоидальные токи одинаковой частоты. Создаваемые ими магнитные потоки будут также синусоидальными функциями времени. Каждая из катушек при этом пронизывается двумя магнитными потоками.

Один из них есть поток самоиндукции катушки ФL. Это поток, созданный током той же катушки. За положительное направление этого магнитного потока принято направление потока, создаваемого током в катушке. При этом предполагается, что направление тока в катушке совпадает с выбранным его положительным направлением.

Рис. 3.46. Встречное включение

Для того чтобы определить при этом условии направление потока, необходимо знать также и направление намотки витков катушки. На рис.3.45 указаны положительные направления токов в обмотках катушек и видны направления намотки витков. На основании этих данных легко определить положительные направления потоков самоиндукции катушек с помощью правила буравчика. Общий поток, пронизывающий первую катушку,

,

где Ф12 — поток взаимоиндукции, посылаемый второй катушкой в первую.

Поток самоиндукции ФL1 состоит из потока взаимоиндукции, посылаемого первой катушкой во вторую Ф21, и потока рассеяния первой катушки ФS1:

.

Аналогичное можно сказать и о второй катушке. На рис. 3.45 магнитные потоки складываются, образуя поток связи ФM

.

На рис. 3.46 изображены те же катушки, но направление тока во второй катушке изменено на обратное. Теперь

.

Здесь, как и всюду, под направлением мгновенных значений токов и потоков понимаются их положительные направления, указанные на рисунках стрелками. Следует отметить, что при определении результирующих потоков мы пользовались сложением потоков в соответствии с принципом наложения. Это оказалось возможным потому, что рассматриваемая система не содержала ферромагнитных элементов, и поэтому связь между потоками и создающими их то­ками линейна.

На рис. 3.45 поток самоиндукции каждой катушки и поток взаимной индукции, создаваемый другой катушкой, внутри катушки совпадают по направлению. В этом случае говорят, что катушки работают согласно. На рис. 3.46 потоки самоиндукции катушек и потоки взаимной индукции противоположны по направлению. Катушки работают встречно.

При изменении токов в катушках магнитные потоки, пронизывающие эти катушки, изменяются, и в катушках наводятся э.д.с.:

,

.

При согласной работе катушек э.д.с., самоиндукции и э.д.с., взаимоиндукции, наводимые в каждой из катушек, складываются, а при встречной — вычитаются.

Напряжения, возникающие на катушках, равные наводимым э.д.с., но противоположные им по направлению, при одинаковых положительных направлениях напряжений и э.д.с., будут равны:

и .

При синусоидальных токах и напряжениях эти напряжения можно записать в комплексной форме:

и .

При этом знак «плюс» между слагаемыми должен быть поставлен при согласном включении катушек, а знак «минус» — при встречном.

Если конструкция системы не известна, то определить характер (согласный или встречный) работы катушек на схеме невозможно, и автор схемы обязан снабдить изображения катушек особыми метками, которые позволили бы читателю определить характер работы катушек при выбранных читателем положительных направлениях токов. Таким образом, знание конструкции магнитопровода и направления намоток необходимо для расчета цепей с взаимной индукцией, но до выбора положительных направлений токов характер работы катушек еще не может быть определен.

4. Последовательное и параллельное соединение катушек. Предположим, что две реальные катушки, магнитосвязанные между собой, соединены последовательно и подключены к источнику синусоидального напряжения (рис. 3.47).

Напишем второе уравнение Кирхгофа для рассматриваемого контура, учитывая согласную работу катушек

.

Первое слагаемое ir1 — падение напряжения в первой катушке благодаря ее активному сопротивлению. Второе слагаемое — падение напряжения в первой катушке, вызванное э.д.с., самоиндукции этой катушки. Третье слагаемое — падение напряжения в первой катушке, вызванное э.д.с., взаимоиндукции, созданной током второй катушки, и т. д. Перепишем уравнение для последовательного включения катушек в комплексной форме:

Рис. 3.47. Последовательное включение

Слагаемые jωMİ взяты со знаком «плюс», так как согласно маркировке при одном и том же направлении тока через катушки они работают согласно.

Читайте также:  Коммутирующее напряжение это реле тока

При встречной работе катушек уравнение имело бы такой вид:

.

Эквивалентная индуктивность последовательного соединения

эквивалентная индуктивность каждой из катушек

L = L1± M и L = Lэ ± M.

Рассмотрим подробней последние выражения для последовательного встречного включения катушек. Если бы две магнитосвязанные катушки мы решили бы заменить двумя катушками, не связанными магнитно между собой, но так, чтобы общий ток и падения напряжения на катушках оставались прежними, то индуктивности катушек следовало бы взять равными

L = L1M и L = L2M.

Предположим, что при одном и том же токе магнитный поток, создаваемый первой катушкой, больше, чем второй, и что, следовательно, L1>L2. Первую катушку назовем большей, а вторую — меньшей. Допустим, что катушки сблизили настолько, что взаимная индуктивность М оказалась равной индуктивности меньшей катушки М =L2.

При этом эквивалентная индуктивность меньшей катушки равна нулю и, следовательно, равен нулю суммарный поток, пронизывающий эту катушку. При дальнейшем сближении катушек эквивалентная индуктивность меньшей катушки окажется отрицательной: М>L2 и L2М L2. Так как к катушкам приложено одно и то же напряжение, магнитный поток, создаваемый большей катушкой, меньше магнитного потока, создаваемого меньшей катушкой.

При встречном включении нет никаких особенностей. При согласном включении катушек следует отметить режим, при котором часть магнитного потока, создаваемого меньшей катушкой, пронизывающая большую, окажется равной тому потоку самоиндукции большей катушки, который создавала бы эта катушка при отсутствии меньшей катушки, т. е. при М = 0. Но при заданном синусоидальном напряжении магнитный поток, пронизывающий катушку, строго фиксирован и не может быть изменен. Поэтому появление в катушке потока взаимоиндукции того же направления, что и собственный поток, заставит уменьшиться поток самоиндукции, а, следовательно, и ток большей катушки. При сближении катушек поток самоиндукции исчезнет, и ток İ1 упадет до нуля. При этом М =L2 и L= ∞. При дальнейшем сближении катушек поток взаимо­индукции, пронизывающий большую катушку, окажется больше потока, необходимого для создания в этой катушке э.д.с., равной приложенному напряжению. Ток в обмотке большей катушки изменит фазу на 180°, и создаваемый им поток сохранит общий поток, пронизывающий эту катушку, неизменным. В этом режиме М>L2 и L

Источник

Положительное направление тока в катушке

Направление индукционного тока

При внесении в катушку магнита в ней возникает индукционный ток. Если к катушке присоединить гальванометр, то можно заметить, что направление тока будет зависеть от того приближаем ли мы магнит или удаляем его.

Магнит будет взаимодействовать с катушкой либо притягиваясь, либо отталкиваясь от нее. Это будет возникать вследствие того, что катушка с проходящим по ней током, будет подобна магниту с двумя полюсами. Направление индуцируемого тока будет определять, где у катушки будет находиться какой из полюсов.

Если приближать к катушке магнит, то в ней будет возникать индукционный ток такого направления, что катушка обязательно будет отталкиваться от магнита. Если мы будет удалять магнит от катушки, то при этом в катушке возникнет такой индукционный ток, что она будет притягиваться к магниту.

Стоит отметить, что не важно каким полюсом мы подносим или убираем магнит, всегда при подносе катушка будет отталкиваться, а при удалении притягиваться. Различие состоит в том, что при приближении магнита к катушке магнитный поток, который будет пронизывать катушку, увеличивается, так как у полюса магнита кучность линий магнитной индукции увеличивается. А при удалении магнита, магнитный поток, пронизывающий катушку, будет уменьшаться.

Узнать направление индукционного тока можно. Для этого существует правило Ленца. Оно основано на законе сохранения. Рассмотрим следующий опыт.

Так как должен выполняться закон сохранения, должно возникнуть магнитное поле, которое будет препятствовать изменению магнитного потока. В нашем случае магнитный поток увеличивался, следовательно, ток должен течь в таком направлении, чтобы линии вектора магнитной индукции, создаваемые катушкой, были направлены в противоположном направлении линиям магнитной индукции, создаваемым магнитом.

То есть они должны в нашем случае быть направлены вверх. Теперь воспользуемся правилом буравчика. Направляем большой палец правой руки по необходимому нам направлению линий магнитной индукции, то есть — вверх. Тогда остальные пальцы укажут, в какую сторону должен быть направлен индукционный ток. В нашем случае, слева на право.

Аналогичный процесс происходит при удалении магнита. Убираем магнит, магнитный поток уменьшается, следовательно, должно возникнуть поле которое будет увеличивать магнитный поток. То есть поле линии магнитной индукции, которого будут сонаправлены с линиями магнитной индукции, создаваемыми постоянным магнитом. В нашем случае эти лини направлены вниз. Опять пользуемся правилом буравчика и определяем направление индукционного тока.

Правило Ленца.

Согласно правилу Ленца возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван. Более кратко это правило можно сформулировать следующим образом: индукционный ток направлен так, чтобы препятствовать причине, его вызывающей.

Применять правило Ленца для нахождения направления индукционного тока в контуре надо так:

1. Определить направление линий магнитной индукции вектора В внешнего магнитного поля.

2. Выяснить, увеличивается ли поток вектора магнитной индукции этого поля через поверхность, ограниченную контуром ( Δ Ф > 0), или уменьшается ( Δ Ф

3. Установить направление линий магнитной индукции вектора В’ магнитного поля индукционного тока. Эти линии должны быть согласно правилу Ленца направлены противоположно линиям магнитной индукции вектора В’ при Δ Ф > 0 и иметь одинаковое с ними направление при Δ Ф

4. Зная направление линий магнитной индукции вектора В’ , найти направление индукционного тока, пользуясь правилом буравчика.

Направление индукционного тока определяется с помощью закона сохранения энергии. Индукционный ток во всех случаях направлен так, чтобы своим магнитным полем препятствовать изменению магнитного потока, вызывающего данный индукционный ток.

Вихревое электрическое поле .

Причина возникновения электрического тока в неподвижном проводнике — электрическое поле.

Всякое изменение магнитного поля порождает индукционное электрическое поле независимо от наличия или отсутствия замкнутого контура, при этом если проводник разомкнут, то на его концах возникает разность потенциалов; если проводник замкнут, то в нем наблюдается индукционный ток.

Индукционное электрическое поле является вихревым.Направление силовых линий вихревого электрического поля совпадает с направлением индукционного тока

Индукционное электрическое поле имеет совершенно другие свойства в отличии от электростатического поля.

индукционное электрическое поле

(вихревое электрическое поле )

1. создается неподвижными электрическими зарядами

1. вызывается изменениями магнитного поля

2. силовые линии поля разомкнуты -потенциальное поле

2. силовые линии замкнуты — вихревое поле

3. источниками поля являются электрические заряды

3. источники поля указать нельзя

4. работа сил поля по перемещению пробного заряда по замкнутому пути равна нулю.

4. работа сил поля по перемещению пробного заряда по замкнутому пути равна ЭДС индукции

Источник

Ток течет от плюса к минусу: «Почему ток в цепи идёт «от плюса к минусу», если носители заряда — электроны — заряжены отрицательно и должны идти «от минуса к плюсу»?» – Яндекс.Кью – Как течет ток от п

Электрический ток – одно из основных благ цивилизации, без которого жизнь современного человечества была бы невозможна. Применяемый во всех областях современного мира (от простого электрочайника, встречающегося на кухни почти любой домохозяйки до мощной дуговой электроплавильной печи) он делает жизнь людей более удобной и простой. В то же самое время очень мало из тех, кто пользуется многочисленными электроприборами, задумывается над природой данного явления. В частности, не все понимают, что оно собой представляет, на протекании каких процессов основывается, какое направление течения заряженных частиц в проводниках и электрических цепях.


Движение зарядов в проводнике

Для того чтобы разобраться в том, как течет ток, необходимо понять его физическую сущность, основанную на атомарно-молекулярной теории строения материи, узнать, какие условия необходимы для его возникновения и существования, какие виды токов бывают, и какими характеристиками они обладают.

Физическая сущность течения тока в цепи

Наличие тока в цепи обусловлено направленным перемещением заряженных частиц. В твердых телах течение тока создается движением отрицательно заряженных электронов, в газах и жидкостях – положительными ионами. В таких широко распространенных веществах, как полупроводники, электрический ток возникает при движении частиц – электронов и «дырок» (положительно заряженных частиц, представляющих собой атомы с недостающим количеством электронов на внешних уровнях).

Основными условиями возникновения и существования электрического тока являются:

  • Наличие носителей зарядов – перемещающиеся по проводнику, газу или электролиту частицы;
  • Создаваемое определенным источником питания электрическое поле – без данного силового поля движение свободных носителей зарядов будет хаотичным, не имеющим определенного направления;
  • Замкнутая цепь – направленное движение зарядов возможно только в замкнутых цепях. Так, например, состоящий из источника питания ключа (переключатель) и лампочки накаливания ток будет протекать только тогда, когда ключ, располагающийся в разрыве проводника между одним из полюсов питания и лампой, находится во включенном состоянии, позволяя носителям заряда перемещаться по замкнутой цепи от отрицательного полюса батареи к положительному.

Ответы@Mail.Ru: в каком направлении протекает ток в цепи

направление тока — условность, принятая для рисования схем и не более того. Принято рисовать от + к -. Если проводник — метал (провод, например) — реальные носители — электроны — летят в обратную сторону — к плюсу. Если носитель жидкость с ионами или ионизированный газ — ионы летят в обе стороны…

Давненько принято считать движение тока от плюса к минусу, хотя реальное движение носителей заряда бывает обратным, в большинстве случаев.

Читайте также:  Пусковой ток двигателей кранов

от плюса к минусу

принято от + к -..но электрончики бегут наоборот… все схемы читаются от + к -..

Принято считать, что во ВНЕШНЕЙ ЦЕПИ направление тока от положителного полюса к отрицательному. А во внутренней, соответственно, наоборот.

В замкнутой электрической цепи ток идет от точки с большим потенциалом в точку с меньшим потенциалом и никакие + или — тут ни при чем.

Двести лет тому назад Фарадей поставил опыт, где демонстрируется получение тока в гальванометре при движении магнита в катушке индуктивности. Сегодня, осмысляя этот опыт, приходится делать вывод: современная теория тока проводимости в металлических проводниках ошибочна потому, что основой этой теории является движение свободных электронов при неподвижных ионах. Опыт же Фарадея демонстрирует движение, как отрицательных, так и положительных зарядов. А так как в проводнике, кроме подвижных электронов и неподвижных ионов, других зарядов нет, то следует сделать вывод: Фарадей двести лет тому назад получил, в качестве тока проводимости, электронно-позитронный ток, распространяющийся в эфире вокруг проводников.

Электрический ток и поток электронов

Единица измерения силы тока

Разобравшись в том, что в большинстве случаев носителями электрических зарядов являются электроны, необходимо понять, почему они движутся. Для этого необходимо заглянуть в микромир частиц – атомов и понять их строение, физические процессы, происходящие с ними.

Атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него множества электронов, количество которых зависит от суммарного заряда ядра. Электроны передвигаются по определенным траекториям – орбиталям (уровням). При этом те из них, которые располагаются ближе всего к ядру, удерживаются им очень сильно и не участвуют в химических реакциях и физических процессах. Те частицы, которые находятся на внешних уровнях, являются активными и определяющими способность того или иного атома к химическому взаимодействию и образованию свободных зарядов. Их называют валентными.


Ядро и электроны

Активность и способность атомов к отщеплению свободных электронов зависят от количества частиц на внешних уровнях. Так, у одних веществ многочисленные электроны удалены от ядра, поэтому срываются со своих орбиталей и начинают устремляться к другим атомам, в результате чего наблюдается перемещение свободных зарядов. При подаче электрических потенциалов (напряжения) движение электронов становится направленным, появляется электрический ток. Поэтому твердые тела (например, металлы) с большим количеством свободных электронов являются проводниками.

У диалектиков частицы, способные переносить электрический заряд, отсутствуют – у них мало электронов на внешних уровнях, поэтому они не могут срываться, переходя сначала в хаотичное, потом и в направленное движение.

Промежуточное положение между диэлектриками и проводниками занимают полупроводники, электропроводность которых зависит от внешних факторов (температуры, освещенности и т.д.).

Электрический ток в параллельной цепи

Закон Ома для неоднородного участка

В электрических схемах предусмотрены параллельные и последовательные соединения элементов. При параллельном соединении, например, резисторов, напряжение одинаково для каждого из них, а сила тока, протекающего через каждый элемент, пропорциональна его сопротивлению. Чтобы определить величину тока через каждый компонент при параллельной комбинации их соединения, используют закон Ома.


Параллельная электрическая цепь

Защита от токов короткого замыкания

Что можно сказать в заключение. Если вы планируете сделать ремонт электропроводки своими руками или модернизировать существующую, почитайте эту статью . Крайне внимательно отнеситесь к выбору аппаратов защиты вашей сети. Важный совет: когда устанавливаете или будете устанавливать новый автомат, УЗО или диффавтомат, внимательно прочитайте бумагу, которая идет в комплекте. В ней содержится такой пункт, как срок эксплуатации и срок поверки. В течении срока эксплуатации производитель дает гарантию, что устройство будет выполнять свои основные функции. Срок поверки указывает на период, в течение которого могут измениться параметры срабатывания защиты, то есть через указанный промежуток времени желательно (а я бы даже сказал обязательно) либо сделать поверку автомата, либо заменить (благо, не так дорого он стóит). Кстати, пробки с плавкими предохранителями в поверке не нуждаются. Не забывайте делать регулярный осмотр электропроводки и как минимум раз в год протягивать винтовые соединения на автоматах и шинах нулевых и заземляющих проводов. Не забывайте про заземление — оно поможет вовремя выявить устройства с поврежденной изоляцией.

Источники напряжения обычно называют источниками питания. Для увеличения тока или напряжения, а может и того и другого источники питания (элементы, батареи) могут соединяться вместе. Существует три типа соединения элементов питания: 1. Последовательное соединение элементов. 2. Параллельное соединение элементов. 3. Последовательно-параллельное (смешанное) соединение элементов.

Вид цепи и напряжение

В зависимости от направления протекания тока и особенностей напряжения, различают два вида электрических цепей:

  • Цепи постоянного тока;
  • Цепи переменного тока.

Cила тока: формула

Напряжение цепей постоянного тока является работой, совершаемой электрическим полем в ходе перемещения пробного плюсового заряда из точки A в точку Б. Напряжение в цепи постоянного тока определяется как разность потенциалов на его концах. В таких цепях принято считать, что ток идет от плюса к минусу (от плюсового полюса к минусовому).

На заметку. В реальности ток течет не от плюса к минусу, а, наоборот, от минуса к плюсу. Сформировавшееся ошибочное представление о направлении течения именно от плюса не стали изменять и оставили для удобства понимания физической сущности данного явления.

Для цепей переменного тока характерны такие виды и значения напряжения, как:

  • мгновенное;
  • амплитудное;
  • среднее значение;
  • среднеквадратическое;
  • средневыпрямленное.

Напряжение в таких цепях – это достаточно сложная функция времени. Грубо говоря, ток в них течет от фазного провода, проходит через нагрузку и частично уходит в нулевой (течет от фазы к нулю)

Базовые понятия о электричестве

Прежде чем приступить к работам, связанным с электричеством, необходимо немного «подковаться» теоретически в этом вопросе.Если говорить просто, то обычно под электричеством подразумевается это движение электронов под действием электромагнитного поля.

Главное — понять, что электричество — энергия мельчайших заряженных частиц, которые движутся внутри проводников в определенном направлении(рис. 1.1).

Движение электронов в проводнике

Постоянный ток практически не меняет своего направления и величины во времени. Допустим, в обычной батарейке постоянный ток. Тогда заряд будет перетекать от минуса к плюсу, не меняясь, пока не иссякнет.

Переменный ток — это ток, который с определенной периодичностью меняет направление движения и величину. Представьте ток как поток воды, текущий по трубе. Через какой-то промежуток времени (например, 5 с) вода будет устремляться то в одну сторону, то в другую.

С током это происходит намного быстрее — 50 раз в секунду (частота 50 Гц). В течение одного периода колебания величина тока повышается до максимума, затем проходит через ноль, а потом происходит обратный процесс, но уже с другим знаком.

На вопрос, почему так происходит и зачем нужен такой ток, можно ответить, что получение и передача переменного тока намного проще, чем постоянного.

Получение и передача переменного тока тесно связаны с таким устройством, как трансформатор (рис. 1.2).

Трансформатор на подстанции понижает напряжение от высоковольтной линии для передачи в бытовую сеть

Генератор, который вырабатывает переменный ток, по устройству гораздо проще, чем генератор постоянного тока. Кроме того, для передачи энергии на дальнее расстояние переменный ток подходит лучше всего. С его помощью при этом теряется меньше энергии.

При помощи трансформатора (специального устройства в виде катушек) переменный ток преобразуется с низкого напряжения на высокое и наоборот, как это представлено на иллюстрации (рис. 1.3).

Виды токов: постоянные и переменные

В зависимости от изменения направления протекания заряженных частиц, различают следующие виды токов:

  • Постоянный – формируется движением заряженных частиц в одном направлении. Его основные характеристики (сила тока, напряжение) имеют постоянные значения и не изменяются во времени;
  • Переменный – направление перемещения зарядов при таком виде движения заряженных частиц периодически меняется. Количество изменений направления движения за единицу времени, равную одной секунде, называется частотой тока и измеряется в Герцах. Так, например, значение данной характеристики в обычной бытовой электрической цепи равно 50 Гц. Это означает, что в течение 1 секунды движущиеся по цепи электроны меняют свое направление 50 раз, вызывая тем самым такое же количество изменений напряжения в фазном проводе от 220 до 0 В.


Основные характеристики переменного тока

Как течет ток от плюса к минусу

Тема: в какую сторону идёт ток в проводах, электрических цепях, схемах.

Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц. В твердых телах это движение электронов (отрицательно заряженных частиц) в жидких и газообразных телах это движение ионов (положительно заряженных частиц). Более того ток бывает постоянным и переменным, и у них совсем разное движение электрических зарядов. Чтобы хорошо понять и усвоить тему движение тока в проводниках пожалуй сначала нужно более подробно разобраться с основами электрофизики. Именно с этого я и начну.
Итак, как вообще происходит движение электрического тока? Известно, что вещества состоят из атомов. Это элементарные частицы вещества. Строение атома напоминает нашу солнечную систему, где в центре расположено ядро атома. Оно состоит из плотно прижатых друг к другу протонов (положительных электрических частиц) и нейтронов (электрически нейтральных частиц). Вокруг этого ядра с огромной скоростью по своим орбитам вращаются электроны (более мелкие частицы, имеющие отрицательный заряд). У разных веществ количество электронов и орбит, по которым они вращаются, может быть различным. Атомы твердых веществ имеют так называемую кристаллическую решетку. Это структура вещества, по которой в определенной порядке располагаются атомы относительно друг друга.

Читайте также:  Ток потребляемый лампой дрл 400

А где же тут может возникнуть электрический ток? Оказывается, что у некоторых веществ (проводников тока) электроны, что наиболее удалены от своего ядра, могут отрываться от атома и переходить на соседний атом. Это движение электронов называется свободным. Просто электроны перемещаются внутри вещества от одного атома к другому. Но вот если к этому веществу (электрическому проводнику) подключить внешнее электромагнитное поле, тем самым создав электрическую цепь, то все свободные электроны начнут двигаться в одном направлении. Именно это и есть движение электрического тока внутри проводника.

Двунаправленное перемещение зарядов

Наряду с упорядоченным движением носителей зарядов (электронов), в проводниках наблюдается также незначительный обратный процесс – условное перемещение положительных зарядов, потерявших отрицательные частицы атомов. Вместе с основным током данное явление получило название двунаправленное перемещение зарядов. Особенно оно ярко проявляется при протекании электричества через электролиты (явление электролиза).


Двунаправленное перемещение зарядов в аккумуляторной батарее

Значение перемещения электронов в электрической схеме

Понимание того, как идет в цепи ток, необходимо при составлении такого графического изображения расположения электронных деталей, как схема. Важно понимать, откуда течет ток, для того чтобы правильно располагать на схеме, затем соединять различные радиоэлектронные элементы. Если для таких радиодеталей, как конденсатор, резистор, полярность подключения не имеет значения, то полупроводниковый транзистор,

диод необходимо размещать на схеме и затем запитывать, учитывая направление движения тока, иначе они и собираемое с их использованием устройство, электронный блок не будут правильно функционировать.

Таким образом, знание физической сущности направления течения заряженных частиц в проводнике, электролите, полупроводнике позволит любому человеку не только расширить свой кругозор, но и применять его на практике при монтаже электропроводки, пайке различных электронных блоков и схем. Также подобная информация поможет разобраться в том, почему произошла поломка того или иного электроприбора, как ее устранить и предотвратить в будущем.

Источник



Положительные направления тока и напряжения

Электрический ток в общем случае представляет собой движения электрических зарядов отрицательного и положительного знаков в разные стороны.

Численно ток определяется как придел отношения количества электричества, переносимого заряженными частицами сквозь рассматриваемое поперечное сечение проводника за некоторый промежуток времени, к этому времени, при условии, что данный промежуток времени стремится к нулю:

где g — количество электричества, прошедшее через рассматриваемое сечение проводника за время t.

Количество электричества (заряд) измеряется в Кулонах [K], промежуток времени в секундах [сек], а единицей измерения тока служит Ампер [A].

Электрическому току приписывают направление.

За положительное направление тока принимают направление перемещения положительных зарядов от точки высшего потенциала к точке меньшего потенциала.

Направление тока характеризуется знаком тока. Понятия положительный или отрицательный ток имеют смысл, если сравнивать направление тока в проводнике с некоторым заранее выбранным направлением – так называемым положительным направлением тока.

Положительное направление тока выбирается произвольно и указывается стрелкой.

Рассмотрим пассивный участок электрической цепи с выбранным положительным направлением тока:

При протекании тока от точки 1 к точке 2 подразумевается, что потенциал точки 1 выше потенциала точки 2.

Под напряжением на данном участке подразумевается разность электрических потенциалов точек 1 и 2.

Единица измерения напряжения Вольт [B].

При условии, что j1 больше j2 U12 = j1 — j2 будет положительным.

Порядок индексов при напряжении означают его выбранное положительное направление.

Чаще всего положительное направление напряжения выбирают совпадающим с положительным направлением тока и указывают стрелкой.

4. Источник напряжения и источник тока.

В теории электрических цепей используют понятия идеальные источники электрической энергии: источник напряжения и источник тока.

Им приписывают следующие свойства:

Источник напряжения представляет собой активный элемент с двумя зажимами, напряжение на котором не зависит от тока, проходящего через источник

Рис.2. Идеальный источник напряжения и

его вольтамперная характеристика(BAX).

Предполагается, что внутри идеального источника напряжения пассивные сопротивление, индуктивность и емкость отсутствуют и, следовательно, прохождение тока не вызывает падения напряжения.

Упорядоченное перемещение положительных зарядов в источнике напряжения от меньшего потенциала к большему возможно работа сторонних сил, которые присущи источнику.

Величина работы, производимой данными сторонними силами по перемещению единицы положительного заряда от отрицательного полюса источника напряжения к положительному по полюсу, называется электродвижущей силой (э.д.с.) источника и обозначается e(t).

На рис.2(а) указано направление напряжения на зажимах идеального источника, которое всегда равно э.д.с. источника по величине и противоположно ей по направлению.

Идеальный источник напряжения называют еще источником бесконечноймощности. Это — теоретическое понятие. Величина тока в пассивной цепи зависит от параметров этой цепи и e(t). Если зажимы идеального источника напряжения замкнуть накоротко, то ток цепи должен быть теоретически равен бесконечности. В действительности при замыкании зажимов источника ток имеет конечное значение, так как реальный источник обладает внутренним сопротивлением.

Обычно внутренние параметры источника конечной мощности незначительны по сравнению с параметрами внешней цепи и в не которых случаях (по условию задачи) могут вообще не учитываться. Внутреннее сопротивление источника э.д.с.(r) на схемах замещения изображается последовательно соединенным с самим источником.

Рис.3. Источник напряжения конечной мощности.

Источник тока представляет собой активный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах.

Рис.4. Идеальный источник тока и его вольтамперная характеристика.

Предполагается, что внутренне сопротивление идеального источника тока равно бесконечности, и поэтому параметры внешней цепи, от которых зависит напряжение на зажимах источника тока, не влияют на ток источника.

При увеличении напряжения внешней цепи, присоединенной к источнику тока, напряжение на его зажимах, и следовательно, мощность возрастают. Поэтому идеальный источник тока теоретически так же рассматривается как источник бесконечной мощности.

Источник тока конечной мощности изображен на рис.5. g – внутренняя проводимость источника. Она характеризует внутренние параметры источника и ограничивает мощность, отдаваемую в цепь.

Рис.5. Источник тока конечной мощности.

Часто при решении задач методом эквивалентных преобразований возникает необходимость заменить реальный источник напряжения эквивалентным источником тока или наоборот. Преобразование осуществляется по схеме и формулам рис.6.

Рис.6. Преобразования источников конечной мощности.

5. Сопротивление.

Сопротивлением называется идеализированный элемент цепи в котором происходит необратимый процесс преобразования электрической энергии в тепловую.

Кроме того, данный термин применяется для количественной оценки величины, равной отношению напряжения на данном элементе к току, проходящему через него:

Формула 2 выражает закон Ома.

Сопротивление всегда положительно.

Величина обратная сопротивлению носит название проводимости:

Рис.7. Графическое изображение сопротивления

с выбранными положительными направлениями тока и напряжения.

Мгновенная мощность, поступающая в сопротивление равна:

Pr = Ui = i 2 r = U 2 q (4)

Параметр r в общем случае зависит от тока i (например, вследствие нагревания проводника током).

Вольтамперная характеристика (зависимость напряжения на сопротивлении от тока) носит нелинейный характер.

Рис.8. BAX сопротивления: а – нелинейная; б – линейная.

Если сопротивление не зависит от тока, то имеет место прямая пропорциональность, выражающая закон Ома. В этом случае сопротивление называется линейным.

6. Индуктивность.

Индуктивностью называется идеализированный элемент электрической цепи, приближающейся по свойствам к индуктивной катушке, в котором накапливается энергия магнитного поля.

При этом термин «индуктивность» и его обозначение L применяется как для обозначения самого элемента цепи, так и для количественной оценки отношения потокосцепления самоиндукции к току в данном элементе:

Индуктивность всегда положительна, так как потокосцепления и ток имеют одинаковые знаки.

В общем случае индуктивность зависит от тока и является нелинейной.

Если зависимостьy(i) линейная, то индуктивность – величина постоянная.

Рис.9. Зависимость потокосцепления от тока:

а — нелинейная, б – линейная.

Рис.10. Графическое изображение индуктивности.

eL электродвижущая сила самоиндукции, которая по закону Ленца противодействует изменению потокосцепления, что учитывается знаком « — ».

Если индуктивность L величина постоянная (не зависит от тока), то

Напряжение на индуктивности определяется:

Ток на индуктивности:

Формулы (8) и (9) выражают закон Ома дифференциальной и интегральной форме для индуктивности.

Мгновенная мощность, поступающая в индуктивность равна:

Мощность индуктивности связана с процессом нарастания или убывания энергии магнитного поля.

7. Емкость.

Емкостью называется идеализированный элемент электрической цепи приближенно заменяющий конденсатор, в котором накапливается энергия электрического поля.

При этом данный термин применяется как для обозначения самого элемента, так и для количественной оценки отношения заряда к напряжению на этом элементе:

Емкость всегда положительна, так как заряд и напряжение имеют одинаковый знак.

В общем случае зависимость заряда от напряжения носит нелинейный характер и, следовательно, параметр С зависит от напряжения.

Если зависимость заряда от напряжения линейная, емкость C – величина постоянная.

Рис.11. Зависимость электрического заряда от напряжения,

а – нелинейная, б – линейная.

Ток емкости равен производной электрического заряда по времени:

Формула (12) выражает закон Ома для емкости.

Напряжение на емкости:

Условное графическое изображение емкости указано на рис.11. Там же даны положительные направления тока и напряжения.

Рис.12. Условное обозначение емкости.

Мгновенная мощность, поступающая в емкость, равна:

Мощность емкости связана с процессом накопления или убыли электрического заряда в емкости. Когда заряд положительный и возрастает ток положительный и в емкость поступает электрическая энергия из внешней цепи. Когда заряд положителен, но убывает, т.е. ток отрицателен, энергия, ранее накопленная в электрическом поле емкости, возвращается во внешнюю цепь.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник