Постоянный электрический ток

Постоянным электрическим током называют направленное упо­рядоченное движение элементарных (материальных) частиц, несу­щих электрические заряды. При этом в металлах (металлических про­водниках), а также в вакууме движутся отрицательно заряженные частицы — электроны, а в жидкостях (растворах солей и кислот) — как отрицательно, так и положительно заряженные материальные частицы — ионы, перемещающиеся в противоположных направле­ниях (навстречу друг другу). В разреженных газах электрический ток может осуществляться движением как электронов, так и ионов.

Постоянный ток — не изменяется во времени, т. е. постоянен по направлению и величине. За направление постоянного тока прини­мают направление движения положительно заряженных частиц. Отсюда следует, что в металлических проводниках, а также в ва­кууме и в газах направление тока принимается противоположным направлению движения электронов.

Простейшие цепи постоянного тока. Простейшая цепь постоян­ного электрического тока состоит из следующих элементов: источника электроэнергии; электроприемника (потребителя энергии); проводов.

Кроме того, в цепь тока обычно включаются измерительные при­боры и те или иные аппараты для включения и отключения тока.

Изображение электрической цепи с помощью условных гра­фических обозначений называют электрической схемой (рис. 1.1). Всякий источник электро­энергии обладает электродвижущей силой (ЭДС), под воздействием которой в нем воз­никает движение элементарных частиц, несущих электрические заряды, и создается разность потенциалов на его полюсах. Электродвижущая сила обозначается латинскими буквами Е или е.

Разность электрических потенциалов между полюсами источни­ка тока, под действием которой во внешней цепи протекает элект­рический ток, называется электрическим напряжением, действую­щим в данной цепи. Напряжение обозначается латинской буквой U. Единица измерения ЭДС и напряжения — вольт (В). Приборы для их измерения называют вольтметрами.

Сила электрического тока обозначается буквой / и измеряется в амперах (А). Прибор для измерения силы тока называют амперметром.

Электрический ток может протекать по цепи только, когда она замкнута, т.е. когда обеспечен непрерывный путь для электрических зарядов от «плюса» источника тока до «минуса» (см. рис. 1.1). Поэтому в данном случае для того, чтобы в цепи появился ток, необходимо зам­кнуть выключатель 5. Наличие тока в цепи обнаружится по загоранию электрической лампы 4 и показанию амперметра 3. Значение напряже­ния в цепи определяется по показанию вольтметра 2. Если разомкнуть выключатель 5 и этим разорвать электрическую цепь, ток в ней пре­кратится, лампа погаснет, стрелка амперметра станет на нуль.

Работа и мощность постоянного тока. Мощность постоянного электрического тока определяется произведением напряжения U, действующего в цепи, на ток I, протекающий по цепи. Единица измерения мощности — ватт (Вт).

Мощность обозначается буквой Р и определяется по формуле

Р =UI. (1.1)

При измерении напряжения в вольтах, а тока в амперах вели­чина мощности выразится в ваттах.

Работа электрического тока (Л), равная количеству затраченной за данное время электрической энергии, определяется по формуле

A= Pt= UIt (1.2)

где Р — мощность постоянного электрического тока, Вт; t — вре­мя, в течение которого эта мощность отдавалась, с; U — напряже­ние, действующее в цепи, В; I — сила тока, А.

Работа электрического тока, определяемая по формуле (1.2), выражается в джоулях (Дж) или киловатт-часах (кВт ч). Легко под­считать, что 1 кВтч равен 3600000 Дж.