Источник, ключ и потребитель
Замыкай условную цепь, меняй источник и наблюдай путь энергии. Стрелки тока и электронов направлены противоположно.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
Качественная цепь постоянного тока с резистором; показан только внешний участок. Движение точек ускорено для наглядности и не равно скорости сигнала.
Хаотическое и направленное движение
Электрический ток — направленное движение заряженных частиц. В металле свободные электроны совершают тепловое движение и без подключённого источника. При действии электрического поля к нему добавляется упорядоченная составляющая.
Не всякое движение частиц является током. Движение нейтральной молекулы само по себе не переносит суммарный электрический заряд. Для устойчивого тока через обычный участок цепи нужны подвижные носители и электрическое воздействие.
| Ситуация | Есть направленный перенос заряда? |
|---|---|
| Тепловое движение без внешнего поля | В среднем нет |
| Электроны в замкнутой цепи | Да |
| Движение нейтрального тела | Само по себе не означает ток |
Ток — направленный перенос заряда, а не любое движение частиц.
Останавливаются ли электроны полностью при размыкании цепи?
Нет. Прекращается устойчивый направленный перенос во внешней цепи, но тепловое движение частиц сохраняется.
Источник поддерживает разделение
Источник тока преобразует другой вид энергии и поддерживает напряжение на своих зажимах. В батарее участвуют химические процессы, в генераторе — механическая работа, в солнечном элементе — энергия света.
Источник не поставляет «новые электроны для лампы» непрерывно. Носители уже присутствуют в проводниках. Его роль — поддерживать энергетические условия, при которых в замкнутой цепи идёт направленный перенос.
| Источник | Основное преобразование |
|---|---|
| Гальванический элемент | Химическая → электрическая энергия |
| Генератор | Механическая → электрическая энергия |
| Солнечный элемент | Энергия света → электрическая энергия |
Источник поддерживает ток за счёт преобразования энергии.
Почему батарея со временем перестаёт нормально питать устройство?
Её химическая система меняется, доступная энергия уменьшается, а рабочие характеристики ухудшаются. Это не связано с исчезновением заряда как физической величины.
Химический элемент типоразмера AA
В химическом источнике электрические процессы поддерживаются химическими превращениями.
Solomon203 · CC BY 3.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Солнечные панели в Уайандотте, США
Солнечные элементы преобразуют энергию падающего света в электрическую.
Rmhermen · CC BY-SA 4.0 · Источник фотографии.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Замкнутый путь
Простейшая цепь состоит из источника, проводов, потребителя и ключа. При замыкании появляется непрерывный проводящий путь. При размыкании устойчивый ток прекращается; между отдельными разомкнутыми участками при этом может оставаться напряжение.
Замыкать полюсы источника одним проводом без рассчитанного потребителя нельзя: малое сопротивление создаёт опасно большой ток. В модели ключ соединяет безопасную условную цепь с резистором, а не реальную батарею коротким проводом.
Источник
Поддерживает напряжение
Замкнутые проводники
Обеспечивают путь
Потребитель
Преобразует полученную энергию
Ключ
Разрывает или замыкает цепь
Для устойчивого тока во внешней цепи нужен замкнутый проводящий путь.
Почему выключенная лампа не доказывает, что в цепи нигде нет напряжения?
При разомкнутом ключе ток может отсутствовать, но источник продолжает поддерживать напряжение между своими полюсами.
Действия электрического тока
Ток проявляется нагреванием проводников, магнитным действием, химическими изменениями в определённых средах и свечением подходящих устройств. Эти действия позволяют обнаруживать ток и использовать его в технике.
Не каждый потребитель демонстрирует все действия одинаково. В резисторе основным полезным или побочным результатом бывает нагрев, в двигателе — движение, в электролизёре — химическое превращение. Наблюдаемое действие связано с преобразованием энергии.
Тепловое
Нагреватель
Магнитное
Электромагнит и двигатель
Химическое
Изменение вещества в электролите
Световое
Лампа или светодиод
Ток обнаруживают по его действиям.
Лампа получает энергию: исчезает ли в ней электрический заряд?
Нет. При установившемся токе заряд не накапливается непрерывно и не уничтожается. Передаётся и преобразуется энергия.
Шесть выводов
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе
Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 8 класс», § 19. Тема и содержание сверены с файлом «8 класс. Физика — § 19. Источники тока.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.
Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Число частиц, размеры и цвета учебных схем условны.