ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКАФизика · 8 класс · § 20
Увидеть. Изменить. Понять.

§ 20. Сила и направление электрического тока

Как связаны сила тока, прошедший заряд и время, и почему электроны движутся против условного направления тока?

Объясняющая модельСхемы и примеры10 вопросов с разбором
Главный вопрос

Как связаны сила тока, прошедший заряд и время, и почему электроны движутся против условного направления тока?

Наблюдаем и объясняем

Заряд через контрольное сечение

Меняй ток и время. Счётчик вычисляет прошедший заряд; стрелки различают ток и движение электронов.

Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.

0.5 А
6 с

Постоянный ток в металле. q = It — модуль перенесённого заряда. Точки обозначают условные порции и не передают реальную скорость электронов.

01

Заряд через сечение

Представь поперечное сечение провода как контрольную границу. Сила постоянного тока I равна заряду q, проходящему через эту границу за время t: I = q/t. Это не количество всех электронов в проводе и не скорость одного электрона.

Единица СИ — ампер: 1 А = 1 Кл/с. При токе 2 А за каждую секунду через сечение переносится заряд 2 Кл. Для переменного по времени тока отношение q/t даёт среднее значение за выбранный промежуток.

I = q/t

Сила тока

q = It

Перенесённый заряд

t = q/I

Время переноса

Сила тока показывает перенос заряда через сечение за единицу времени.

Достаточно ли знать, что прошло 10 Кл?

Нет. Если заряд прошёл за 2 с, средний ток равен 5 А; за 10 с — 1 А. Время принципиально важно.

02

Условное направление

За направление тока приняли направление движения положительных зарядов. Во внешней цепи источника обычный ток направлен от положительного зажима к отрицательному. В металле носители отрицательны, поэтому электроны дрейфуют в противоположную сторону.

В электролите положительные ионы движутся по направлению тока, отрицательные — против него; оба движения могут давать вклад в один ток. Нельзя выбирать направление тока исключительно по стрелке движения электронов.

Условное направление: сравнение
НосительДвижение относительно тока
Положительный ионПо направлению тока
ЭлектронПротив направления тока
Отрицательный ионПротив направления тока

Направление тока выбрано по движению положительных зарядов.

Если отрицательные ионы движутся влево, куда направлен их вклад в ток?

Вправо. Направленный перенос отрицательного заряда влево эквивалентен по условному направлению тока переносу положительного вправо.

Детали учебной цепи: источники, провода, резисторы и светодиоды

В замкнутой ветви ток означает перенос заряда через каждое её сечение.

Mr. D.M.C. Janiththa, admin in phobia.tech · CC BY-SA 4.0 · Источник. Без изменений.

Цифровой мультиметр

Измерение тока требует подходящего режима и последовательного включения.

André Karwath aka Aka · CC BY-SA 2.5 · Источник. Без изменений.

03

Считаем и переводим единицы

За 20 с через проводник прошёл заряд 6 Кл. I = 6/20 = 0,3 А = 300 мА. Если этот ток сохраняется 2 минуты, за 120 с пройдёт q = 0,3·120 = 36 Кл.

Миллиампер — тысячная доля ампера. При подстановке времени нужно переводить минуты и часы в секунды, если заряд требуется в кулонах. В модели точки условно представляют порции заряда, а счётчик фиксирует перенос через выбранное сечение.

Перевод времени

2 мин = 120 с

Подстановка

q = 0,3·120

Результат

36 Кл

Для расчёта в СИ ток выражают в амперах, время — в секундах.

Почему нельзя подставить 2 вместо 120 в этом примере?

Число 2 выражено в минутах, а ампер означает кулон в секунду. Несогласованные единицы дали бы неверный результат.

04

Ток и скорость сигнала

Направленная скорость электронов не равна скорости распространения электрического воздействия по цепи. Лампа реагирует на замыкание быстро, потому что поле изменяется вдоль цепи, а носители уже находятся во всех её участках.

В установившейся последовательной цепи через разные сечения за одно время проходит одинаковый заряд. Иначе заряд непрерывно накапливался бы на каком-то участке. При этом энергия на разных элементах может преобразовываться по-разному.

Ключ замкнут

Изменяется поле в цепи

Носители на месте

Начинается общий направленный перенос

Установившийся режим

Нет непрерывного накопления заряда

В последовательной цепи установившийся ток одинаков на всех участках.

Ток после лампы меньше, потому что лампа потратила заряд?

Нет. Лампа преобразует энергию, а не уничтожает заряд. Сила установившегося тока до и после неё одинакова.

Соберём главное

Шесть выводов

01Сила тока показывает перенос заряда через сечение за единицу времени.
02Направление тока выбрано по движению положительных зарядов.
03Для расчёта в СИ ток выражают в амперах, время — в секундах.
04В последовательной цепи установившийся ток одинаков на всех участках.
05Отношение q/t относится к переносу через выбранное сечение.
06Заряд в лампе не расходуется; преобразуется энергия.
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.

1. Формула силы постоянного тока?
2. 1 А равен…
3. 6 Кл за 20 с дают ток…
4. 0,3 А за 120 с переносят…
5. 300 мА равно…
6. Условное направление тока соответствует…
7. Электроны в металлическом проводе дрейфуют…
8. Отрицательные ионы движутся влево. Их вклад в ток направлен…
9. Ток после лампы в последовательной установившейся цепи…
10. Быстрое включение лампы означает, что…

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Физика, 8 класс», § 20. Тема и содержание сверены с файлом «8 класс. Физика — § 20. электрического 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.

↑

Загрузка прогресса…