Что такое электрический ток простыми словами кратко и понятно самое важное

Классификация

Постоянный и переменный ток

Если заряженные частицы движутся внутри макроскопических тел относительно той или иной среды, то такой ток называют электрический »ток проводимости». Если движутся макроскопические заряженные тела (например, заряженные капли дождя), то этот ток называют »конвекционным».

Токи различают на постоянный и переменный. Также существуют всевозможные разновидности переменного тока. При определении видов тока слово «электрический» опускают.

Постоянный ток — ток, направление и величина которого не меняются во времени. Может быть пульсирующий, например выпрямленный переменный, который является однонаправленным.
Переменный ток — электрический ток, изменяющийся во времени. Под переменным током понимают любой ток, не являющийся постоянным.
Периодический ток — электрический ток, мгновенные значения которого повторяются через равные интервалы времени в неизменной последовательности.
Синусоидальный ток — периодический электрический ток, являющийся синусоидальной функцией времени. Среди переменных токов основным является ток, величина которого изменяется по синусоидальному закону. Любой периодический несинусоидальный ток может быть представлен в виде комбинации синусоидальных гармонических составляющих (гармоник), имеющих соответствующие амплитуды, часто́ты и начальные фазы. В этом случае Электростатический потенциал каждого конца проводника изменяется по отношению к потенциалу другого конца проводника попеременно с положительного на отрицательный и наоборот, проходя при этом через все промежуточные потенциалы (включая и нулевой потенциал). В результате возникает ток, непрерывно изменяющий направление: при движении в одном направлении он возрастает, достигая максимума, именуемого амплитудным значением, затем спадает, на какой-то момент становится равным нулю, потом вновь возрастает, но уже в другом направлении и также достигает максимального значения, спадает, чтобы затем вновь пройти через ноль, после чего цикл всех изменений возобновляется.
Квазистационарный ток — относительно медленно изменяющийся переменный ток, для мгновенных значений которого с достаточной точностью выполняются законы постоянных токов. Этими законами являются закон Ома, правила Кирхгофа и другие. Квазистационарный ток, так же как и постоянный ток, имеет одинаковую силу тока во всех сечениях неразветвлённой цепи. При расчёте цепей квазистационарного тока из-за возникающей э. д. с. индукции ёмкости и индуктивности учитываются как сосредоточенные параметры. Квазистационарными являются обычные промышленные токи, кроме токов в линиях дальних передач, в которых условие квазистационарности вдоль линии не выполняется.
Ток высокой частоты — переменный ток, (начиная с частоты приблизительно в десятки кГц), для которого становятся значимыми такие явления, которые являются либо полезными, определяющими его применение, либо вредными, против которых принимаются необходимые меры, как излучение электромагнитных волн и скин-эффект. Кроме того, если длина волны излучения переменного тока становится сравнимой с размерами элементов электрической цепи, то нарушается условие квазистационарности, что требует особых подходов к расчёту и проектированию таких цепей.
Пульсирующий ток — это периодический электрический ток, среднее значение которого за период отлично от нуля.
Однонаправленный ток — это электрический ток, не изменяющий своего направления.

Вихревые токи

Вихревые токи Фуко

Вихревые токи ( или токи Фуко) — замкнутые электрические токи в массивном проводнике, которые возникают при изменении пронизывающего его магнитный поток, поэтому вихревые токи являются индукционными токами. Чем быстрее изменяется магнитный поток, тем сильнее вихревые токи. Вихревые токи не текут по определённым путям в проводах, а замыкаясь в проводнике образуют вихреобразные контуры.

Существование вихревых токов приводит к скин-эффекту, то есть к тому, что переменный электрический ток и магнитный поток распространяются в основном в поверхностном слое проводника. Нагрев вихревыми токами проводников приводит к потерям энергии, особенно в сердечниках катушек переменного тока. Для уменьшения потерь энергии на вихревые токи применяют деление магнитопроводов переменного тока на отдельные пластины, изолированные друг от друга и расположенные перпендикулярно направлению вихревых токов, что ограничивает возможные контуры их путей и сильно уменьшает величину этих токов. При очень высоких частотах вместо ферромагнетиков для магнитопроводов применяют магнитодиэлектрики, в которых из-за очень большого сопротивления вихревые токи практически не возникают.

Сравнительная таблица

Сравнительный график переменного тока и постоянного тока

	Переменный ток	Постоянный ток
Количество энергии, которое можно нести	Безопасно переносить на большие расстояния по городу и может обеспечить большую мощность.	Напряжение постоянного тока не может перемещаться очень далеко, пока оно не начнет терять энергию.
Причина направления потока электронов	Вращающийся магнит вдоль провода.	Устойчивый магнетизм вдоль провода.
частота	Частота переменного тока составляет 50 Гц или 60 Гц в зависимости от страны.	Частота постоянного тока равна нулю.
направление	Он меняет свое направление, пока течет по кругу.	Он течет в одном направлении в цепи.
ток	Это величина, изменяющаяся во времени	Это ток постоянной величины.
Поток электронов	Электроны продолжают переключать направления – вперед и назад.	Электроны неуклонно движутся в одном направлении или «вперед».
Получен из	Генератор переменного тока и сеть.	Ячейка или батарея.
Пассивные параметры	Сопротивление.	Только сопротивление
Фактор силы	Лежит между 0 и 1.	это всегда 1.
Типы	Синусоидальный, Трапециевидный, Треугольный, Квадратный.	Чистый и пульсирующий.

Переменный и постоянный ток. Горизонтальная ось – это время, а вертикальная ось представляет напряжение.

Постоянный ток

Международный символ этого напряжения DC — Direct Current (постоянный ток), а условное обозначение на электросхемах «—» или «=». Величина и полярность этого вида напряжения являются неизменными, а сила тока изменяется только при изменениях нагрузки. Этот вид электрического тока производится аккумуляторами, батарейками и элементами солнечных электростанций.

От сети постоянного тока работают двигатели трамваев, троллейбусов и другого электротранспорта. Эти электродвигатели имеют лучшие тяговые характеристики, чем двигатели переменного тока.

Информация! От постоянного напряжения работает бОльшая часть электронных схем, но они получают питание от сети переменного тока через встроенный или внешний блок питания с выпрямителем.

Переменный ток

Международное обозначение этого напряжения AC — Alternating Current (переменный ток), а условное обозначение на электросхемах «~» или «≈».

Величина и полярность переменного тока в сети всё время меняется. Частота этих изменений составляет 50Гц в Европе и некоторых других странах и 60Гц в США. Большинство бытовых и промышленных электроприборов изготавливаются для питания переменным напряжением.

Практически вся электроэнергия, используемая в быту и промышленности, является переменной. Для передачи на большие расстояния его повышают при помощи трансформаторов, а в конечной точке линии понижают до необходимой величины. Это позволяет уменьшить стоимость ЛЭП и потери. Для того, чтобы исключить колебания напряжения, для особоважных приборов устанавливаются стабилизаторы.

При увеличении напряжения и неизменной передаваемой мощности сила тока и сечение проводов пропорционально уменьшается. Если напряжение не повышать, то для подачи электроэнергии к потребителю необходимо использовать кабеля большого сечения, а передача на большие расстояния окажется невозможной. Вот почему в розетке переменный ток.

В домашней розетке два контакта — фазный и нулевой. В некоторых случаях к ним добавляется заземляющий. Это однофазное напряжение является частью трёхфазной системы. Она включает в себя три одинаковых сети. Напряжение в этих сетях сдвинуто по фазе на 120° друг относительно друга.

Вначале эта система была шестипроводной. В таком виде её изобрёл Никола Тесла. Позже М. О. Доливо-Добровольский усовершенствовал эту схему и предложил передавать трёхфазное напряжение по трём или чётырём проводам (L1, L2, L3, N). Он также показал преимущества трёхфазной системы электроснабжения перед схемами с другим числом фаз.

Постоянный тoк

В чем заключается принцип работы переменного тока

Английская аббревиатура АС (Alternating Current) обозначает ток, меняющий на временных отрезках свое направление и величину. Отрезок синусоиды «~» – его условная маркировка на приборах. Применяется также нанесение после этого значка и других характеристик.

Советуем изучить Антенна для телефона

Ниже приведен рисунок с главными характеристиками данного вида тока – номинальными показателями частоты и действующего напряжения.

Следует отметить особенности изменения на левом графике, выполненном для однофазного тока, величины и направления напряжения с осуществлением перехода на ноль за определенный промежуток времени Т. На одну треть периода выполняется смещение трех синусоид при трехфазном токе на другом графике.

О и «б» обозначены фазы. Любой из нас имеет представление о наличии в обычной розетке 220В. Но для многих будет открытием, что максимальное или именуемое по-другому амплитудным значение больше действующего на величину равную корню из двух и составляет 311 Вольт.

Очевидно, что в случае с током постоянного вида параметры направления и напряжения остаются неизменными, а вот для переменного наблюдается трансформация данных величин. На рисунке обратное направление – это область графика ниже нуля.

Переходим к частоте. Под этим понятием подразумевают отношение периодов (полных циклов) к условной единице временного отрезка меняющегося тока. Данный показатель измеряется в Герцах. Стандартная европейская частота – 50, в США применяемый норматив – 60Г.

Эта ве6личина показывает количество изменений направления тока за одну секунду на противоположное и возвращение в исходное состояние.

Переменный ток присутствует при прямом подключении приборов потребления к электрощитам и в розетках. По какой причине здесь отсутствует постоянный ток? Это сделано для того, чтобы получить возможность без особых потерь получать нужное напряжение в любом количестве способом применения трансформаторов. Эта методика остается лучшим способом передавать электроэнергию в промышленных масштабах на значительные расстояния с минимальными потерями.

Номинальное напряжение, которое подается мощными генераторами электростанций, на выходе составляет порядка 330 000-220 000 Вольт. На подстанции, расположенной в зоне потребления, происходит трансформация данной величины до показателей 10 000В с переходом в трехфазный вариант 380 Вольт. Выполняется подача в отдельный дом и на вашу квартиру попадает напряжение однофазного типа. Напряжение между нулем и фазой составит 220 В, а в щите между разными фазами подобный показатель равняется 380 Вольт.

Изменяющаяся компонента

Переменная составляющая определяет искажения формы сигнала, при особых условиях – энергетические потери. При значительном уровне такая компонента оказывает влияние на подключенную нагрузку с реактивными характеристиками.

Переменный ток ac выполняет полезные функции только при подсоединении потребителей, совместимых с таким источником питания. Однако и в этом случае возникают проблемы, если не ограничить помехи при включении контактора или пусковой скачек напряжения на обмотке электродвигателя.

https://amperof.ru/elektroenergia/postoyannyj-peremennyj-tok.html
https://ElectroInfo.net/teorija/postojannyj-tok-opredelenie-i-parametry.html
https://obrazovaka.ru/fizika/zakony-postoyannogo-toka-formuly.html
https://ec70.ru/provodka/dc-tok-rasshifrovka.html

Происхождение переменного и постоянного тока

Магнитное поле около провода заставляет электроны течь в одном направлении вдоль провода, потому что они отталкиваются отрицательной стороной магнита и притягиваются к положительной стороне. Так родился источник постоянного тока от батареи, в первую очередь благодаря работе Томаса Эдисона.

Генераторы переменного тока постепенно заменили аккумуляторную систему постоянного тока Edison, потому что переменный ток безопаснее переносить на большие расстояния по городу и может обеспечить большую мощность. Вместо постоянного применения магнетизма вдоль проволоки ученый Никола Тесла использовал вращающийся магнит. Когда магнит был ориентирован в одном направлении, электроны текли к положительному, но когда ориентация магнита была перевернута, электроны также поворачивались.

Соединения проводников

Пример расчета схемы последовательного соединения проводников

Известно Uобщ=1В, R1=R2=1Ом, необходимо найти U1 и U2. Сначала надо найти Rобщ, которое вычисляется по формуле: Rобщ=R1+R2=1+1=2Ом По закону Ома можно найти Iобщ, который равен I1 и I2 и вычисляется по формуле: Iобщ=Uобщ/Rобщ=1/2=0,5А Теперь по закону Ома можно найти U1, которое вычисляется по формуле: U1=R1*Iобщ=1*0,5=0,5В Также по закону Ома можно найти U2, которое вычисляется по формуле: U2=R2*Iобщ=1*0,5=0,5В

Пример расчета схемы параллельного соединения проводников

Известно Uобщ=1В, R1=R2=1Ом, необходимо найти Iобщ. Сначала надо найти Rобщ, которое вычисляется по формуле: Rобщ=1/R1+1/R2=(R1*R2)/(R1+R2)=(1*1)/(1+1)=1/2=0,5Ом По закону Ома можно найти Iобщ, который вычисляется по формуле Iобщ=Uобщ/Rобщ=1/0,5=2А

Источники и признаки постоянного тока

Движение зарядов в электрической цепи обеспечивают источники тока. Для постоянного тока источниками могут быть:

батарейки или аккумуляторы;
генераторы постоянного тока;
преобразователи и выпрямители импульсов переменного тока.

Основные химические источники электроэнергии

Гальванические элементы вырабатывают постоянный ток в результате электрохимической реакции.

Машины постоянного тока производят его с помощью электромагнитной индукции и выпрямляют в обмотках коллектора.

Схемы преобразователей и полупроводниковые выпрямители на транзисторах или высоковольтных диодах так же могут выдавать ток, характеристики которого не меняются во времени. Преобразователи могут регулировать частоту и напряжение, оставляя неизменным ток.

По каким признакам определяют наличие тока, если нет измерительных приборов? Это можно выяснить по его воздействию на проводник. Такие действия можно разделить на три вида:

магнитные;
химические;
тепловые.

Если через проводник, из которого выполнена обмотка катушки, пропустить электроток, то катушка станет притягивать металлические элементы. На этом принципе работают большие электромагниты, задействованные при погрузке металла в морских портах.

Химическое действие, по которому можно судить о наличии тока, – это процесс электролиза. При нём на электродах, подключенных к источнику, начинает оседать вещество. Эти процессы используются в гальваностегии или гальванопластики.

При подключении к двухполюснику проводника с высоким сопротивлением электрическому току он начинает нагреваться и отдавать тепло. Например, чтобы электроны двигались через нихромовую спираль, совершается работа с выделением тепла. Это свойство проводника используется при изготовлении нагревательных приборов.

Важно! Источник тока отличается от источника напряжения тем, что первый отдаёт одинаковый ток, независимо от сопротивления нагрузки, второй –снабжает потребителя напряжением, которое не изменяется при любой нагрузке. Квартирная розетка 220 В – источник напряжения, сварочный аппарат – токовый ресурс

Второе правило Кирхгофа

Второе правило Кирхгофа относится к замкнутому контуру в цепи. Замкнутый контур – это любая последовательность соединенных элементов внутри разветвленной электрической цепи, такая, что первый и последний элементы также соединены.

Алгебраическая сумма напряжений при обходе контура на элементах равна алгебраической сумме ЭДС в источниках, присутствующих в контуре. Если направление ЭДС или напряжение совпадает с направлением обхода – оно считается положительным, если не совпадает – отрицательным: $U_1+U_2+… =mathscr{E}_1+mathscr{E}_2+…$.

Рис. 2. Второе правило Кирхгофа.

Данное правило означает, что во-первых, источниками разности потенциалов в контуре являются источники ЭДС, а во-вторых, при обходе контура потенциал, изменяясь, все равно возвращается к исходному значению.

Поведение электрического тока в различных средах

Ток может проходить через разные вещества: металлы, сплавы, газы. Условием для его возникновения является присутствие заряженных частиц, которые могут быть ионами или электронами.

В металлах

Траекторию движения электронов нельзя назвать прямолинейной. Она сложна, зависит от их взаимодействия с другими частицами.

В электролитах

Электролиты — это растворы щелочей, кислот или солей, способные проводить электрический ток.

В процессе растворения в воде молекулы этих веществ разделяются на отрицательные и положительные ионы. Явление распада нейтральных молекул на отрицательные и положительные ионы называется электролитической диссоциацией.

При отсутствии электрического поля все ионы передвигаются хаотично. При его наличии положительные будут тяготеть к отрицательному полюсу источника тока. Отрицательные — к положительному. Поэтому физики говорят о том, что ток в электролитах представляет собой движение разнозаряженных ионов в противоположных направлениях.

В газах

В обычных условиях газ не способен проводить электричество. Он является диэлектриком или изолятором. Но при изменении условий окружающей среды — под воздействием радиоактивного излучения или при нагреве — газ может стать проводником.

Ток, возникающий в газах в результате ионизации, называют газовым разрядом.

Газовый разряд может быть:

несамостоятельным — существующим только при условии воздействия внешних сил;
самостоятельным — продолжающим существование даже после нейтрализации внешних воздействий.

Самостоятельные разряды делятся на:

тлеющие, формирующие свечение;
тихие, не образующие света и звука;
искровой, генерирующий большое количество электричества за краткий временной промежуток;
дуговой, подразумевающий колебания силы тока от 10 до 100 А;
коронный.

Коронный разряд возникает при резком изменении напряженности поля.

Трансформатор

Для наведения ЭДС в проводнике не обязательно вращать его в магнитном поле — можно менять параметры этого самого поля. Тогда количество магнитного потока, проходящего через проводник, тоже будет меняться, что и необходимо для работы закона электромагнитной индукции.

Переменное магнитное поле создается посредством переменного тока. При пропускании тока по смотанному в катушку проводнику, последний превращается в электромагнит.

Очевидно, что при пропускании переменного тока параметры возникающего магнитного поля будут меняться и в другом проводнике, находящемся в этом поле, будет наводиться ЭДС. Этот принцип положен в основу работы трансформатора переменного тока.

В простейшем виде он состоит из двух электрически не связанных катушек, надетых на стальной магнитопровод (у стали магнитопроницаемость в 100 раз выше, чем у воздуха). На выводы одной катушки (первичной) подается исходное переменное напряжение, вторичная катушка подключается к нагрузке.

Соотношение между исходным напряжением и выходным ЭДС будет таким же, как и числа витков в катушках. То есть если в первичной обмотке 1 тыс. витков, а во вторичной — 250, напряжение на выходе упадет в 4 раза.

При этом исходя из постоянства мощности, соотношение силы тока в обмотках будет обратным: в первичной — в 4 раза ниже, чем в цепи вторичной (W = U * I).

Что такое dc ток

Специфическое название создано из английского словосочетания «Direct Current» (dc – аббревиатура). Это обозначение в буквальном переводе подтверждает главную особенность такого тока – постоянное направление.

Для практического применения подходит постоянное питание либо синусоидальный сигнал. В этих ситуациях несложно стабилизировать параметры источника и рассчитать корректно электрическую схему, силовой агрегат или другое подключаемое оборудование. Периодически повторяющиеся помехи (пульсации) устраняют фильтрацией. Гораздо сложнее обеспечить длительный рабочий процесс, когда ток и напряжение изменяются произвольным образом.

Определение постоянного тока

Созданием разницы потенциалов на концах металлического проводника обеспечивают перемещение свободных электронов. Аналогичные процессы с иными носителями зарядов (ионами, дырками) происходят в газах, электролитах и полупроводниках. Необходимая для процесса энергия вырабатывается химическим способом в аккумуляторах и гальванических элементах. Ее создают преобразованием механической силы в электромагнитное поле с применением генератора. Вне зависимости от природы источника, ток в цепи будет стабильным, если поддерживать определенное dc напряжение.

Причины непостоянства

Экономичный переносной аппарат для измерения артериального давления выполняет свои функции на протяжении нескольких лет без установки новых батареек. Мощность потребления светодиодного освещения зала значительно больше. Такие устройства подключают к стандартной сети 220V через адаптер, который выравнивает напряжение и уменьшает амплитуду до необходимого уровня. Однако даже качественные преобразователи выполняют свои функции с допустимыми погрешностями. Постепенно уменьшается энергетический потенциал электрохимического источника. Отмеченные факторы объясняют действительное непостоянство измеряемых параметров в контрольной цепи.

По классическому определению, DC подразумевает неизменное направление движения заряженных частиц. Это значит, что показанный результат трансформации (б) с полуволнами одной полярности также соответствует заданному условию.

Важно! Постоянный ток – это частный случай однонаправленного тока, когда дополнительно обеспечивается стабилизация параметра с определенной точностью

Основные характеристики тока

Принято обозначать рассматриваемый параметр через силу. Однако следует понимать, что в действительности речь идет об интенсивности перемещения заряженных частиц в определенном проводящем материале. Величина тока выражается в амперах. Для расчетов применяют формулы, которые могут означать взаимные связи основных электрических параметров и сопротивления цепи.

Знаковая и цветовая маркировка элементов ЗС

В соответствии с требованиями ГОСТа Р 50462 проводники и шины электросетей с заземленной нейтралью должны обозначаться маркировкой «РЕ» с добавлением штриховой линии из перемежающихся жёлтых и зелёных полосок на концевых участках трассы. Одновременно с этим шины рабочего «нуля» обозначаются голубым цветом и маркируются как «N».

В тех схемах, где нулевые рабочие проводники используются в качестве элемента защитного заземления с подключением на заземляющее устройство, при их обозначении используется голубой цвет.

Одновременно с этим им присваивается маркировка «PEN» и добавляются чередующиеся желтые и зеленые штрихи на конечных участках схемных обозначений.

Необходимо отметить, что строгое соблюдение всех положений и требований ГОСТа и ПУЭ позволит потребителю организовать безопасную эксплуатацию имеющегося в его распоряжении оборудования.

Что такое переменное напряжение?

Как известно электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц, которое возникает под действием разности потенциалов или напряжения. Одной из основных характеристик любого типа напряжения является его зависимость от времени. В зависимости от данной характеристики различают постоянной напряжение, значение которого с течением времени практически не изменяется и переменное напряжение, изменяющееся во времени.

Переменное напряжение в свою очередь бывает периодическим и непериодическим. Периодическим называется такое напряжение, значения которого повторяются через равные промежутки времени. Непериодическое напряжение может изменять своё значение в любой период времени. Данная статья посвящена периодическому переменному напряжению.

Постоянное (слева), периодическое (в центре) и непериодическое (справа) переменное напряжение.

Минимальное время, за которое значение переменного напряжения повторяется, называется периодом. Любое периодическое переменное напряжение можно описать какой-либо функциональной зависимостью. Если время обозначить через t, то такая зависимость будет иметь вид F(t), тогда в любой период времени зависимость будет иметь вид

где Т – период.

Величина обратная периоду Т, называется частотой f. Единицей измерения частоты является Герц, а единицей измерения периода является Секунда

Наиболее часто встречающаяся функциональная зависимость периодического переменного напряжения является синусоидальная зависимость, график которой представлен ниже

Синусоидальное переменное напряжение.

Из математики известно, что синусоида является простейшей периодической функцией, и все другие периодические функции, возможно, представить в виде некоторого количества таких синусоид, имеющих кратные частоты. Поэтому необходимо изначально рассмотреть особенности синусоидального напряжения.

Таким образом, синусоидальное напряжение в любой момент времени, мгновенное напряжение, описывается следующим выражением

где U_m – максимальное значение напряжения или амплитуда,

ω –угловая частота, скорость изменения аргумента (угла),

φ – начальная фаза, определяемая смещением синусоиды относительно начала координат, определяется точкой перехода отрицательной полуволны в положительную полуволну.

Величина (ωt + φ) называется фазой, характеризующая значение напряжения в данный момент времени.

Таким образом, амплитуда U_m, угловая частота ω и начальная фаза φ являются основными параметрами переменного напряжения и определяют его значение в каждый момент времени.

Обычно, при рассмотрении синусоидального напряжения считают, что начальная фаза равна нулю, тогда

В практической деятельности, довольно часто, используют ещё ряд параметров переменного напряжения, такие как, действующее напряжение, среднее напряжение и коэффициент формы, которые мы рассмотрим ниже.