Вопрос №2. Электрический ток (20 мин.)

Вокруг ядра каждого атома вращаются электроны. Электроны, находящиеся на внешних орбитах, могут отделяться от атомов и становится «свободными». Атом, потерявший один или несколько электронов, называется положительным ионом, а атом, присоединивший электроны, − отрицательным ионом. Процесс образования ионов называется ионизацией.

Интересный факт, что в переводе с древнегреческого слово «электрон» означает «янтарь»: ещё в древней Греции естествоиспытателями проводились эксперименты − куски янтаря терли шерстью, после чего те начинали притягивать к себе мелкие предметы.

Действием сил электрического поля можно упорядочить перемещение заряженных частиц.

Электрический ток – упорядоченное направленное движение заряженных частиц под действием электрического поля.

Интересный факт. Отрицательно заряженные свободные электроны совершают хаотическое движение в пространстве между ионами, но под действием электрического поля они начинают смещаться в сторону положительно заряженного электрода. Скорость этого смещения очень мала, примерно, 1 мм в секунду. Однако электрическое поле распространяется по проводнику со скоростью света (300 000 км/c), и, т.к все электроны начинают двигаться одновременно, получается, что ток движется со скоростью света!!!

По природе электрический ток может быть:

• током проводимости (в металлах и их сплавах при движении свободных электронов);

• током переноса (в электролитах и газах при движении ионов);

• током поляризации (в диэлектриках при движении связанных заряженных частиц при изменении поляризации диэлектрика).

Как вы думаете, в каких условиях может протекать электрический ток? Условиями протекания электрического тока являются:

• наличие в проводнике носителей зарядов, способных перемещаться (электронов, ионов);

• наличие замкнутой электрической цепи;

• наличие в проводнике электрического поля.

Подумайте, почему птиц не бьет током на высоковольтных проводах ЛЭП. Пока птица касается только одной линии, не создавая замкнутый контур, ничего не происходит. Но стоит ей только соприкоснуться с другой линией или задеть своим хвостом стальную опору, она станет «мостиком» для тока и погибнет от сильного короткого замыкания.

Судить об электрическом токе можно только по явлениям, сопровождающим его прохождение: тепловому, магнитному, химическому. Направление тока в проводнике считают совпадающим с направлением напряженности электрического поля, поэтому за направление электрического тока условно принято считать направление движения положительных зарядов, т.е. обратное направлению движения электронов (рис. 9). Электрический ток, как правило, протекает от большего потенциала к меньшему.

Рис. 9

Различают два вида тока.

Постоянный ток – это ток, значение которого не изменяется во времени (рис. 10).

Рис. 10

Переменный ток – ток, значение и направление которого изменяется во времени (рис. 11).

Рис. 11

Количественной мерой электрического тока является сила тока.

Сила тока – количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника в единицу времени (секунду). Единица измерения – Ампер.

где I – сила тока; Q – количество электричества, Кл; t – время, с.

Наряду с ампером для измерения силы тока применяют кратные и дольные единицы: миллиампер (мА), микроампер (мкА), килоампер (кА).

1 мА = 10⁻³ А, 1 мкА= 10⁻⁶ А, 1 кА = 10³ А.

Один ампер – это сила тока, при которой через поперечное сечение проводника в секунду проходит один кулон электричества, т.е. 6,3·10¹⁸ электронов.

Электрический ток опасен для человека (табл. 1). При токе 100 мА (0,1 А) в течение 3 с наступает паралич дыхания и сердца. Правилами техники безопасности за безусловно опасный принят ток 50 мА (0,05 А).

К примеру, сила тока, протекающего в комнатной лампе, составляет 0,5-1 А, в телефоне – сотые доли ампера (табл. 2).

Таблица 1

Сила тока при частоте 50 Гц	Эффект действия тока
0-0,5 мА	Отсутствует
0,5-2 мА	Потеря чувствительности
2-10 мА	Боль, мышечные сокращения
10-20 мА	Растущее воздействие на мышцы, некоторые повреждения
16 мА	Ток, выше которого человек уже не может освободиться от электродов
20-100 мА	Дыхательный паралич
100 мА-3 А	Смертельные желудочковые фибрилляции (необходима срочная реанимация)
Более 3 А	Остановка сердца. Тяжелые ожоги. (Если шок был кратким, то сердце можно реанимировать)

Таблица 2

Название устройства	Значение силы тока, А
Лампочка карманного фонаря	0,1
Телевизор	1
Стиральная машина	2
Электрический утюг	3
Двигатель электровоза	30
Молния	Более 1000

Вывод по второму вопросу: электрический ток – это направленное упорядоченное движение заряженных частиц. Ток возникает только в замкнутой цепи, при наличии заряженных частиц и электрического поля. Его количественной мерой является сила тока. Ток опасен для жизни человека и является причиной пожаров.