Электрический ток

Электрический ток

Расширение понятия «Электрический ток»
Электрическое поле, в котором не происходит никаких изменений, называется электростатическим полем.
Электростатическое поле обладает потенциальной энергией. Характеристикой этой энергии в каждой точке поля является потенциал электрического поля.
Любые изменения потенциала электрического поля означают превращения потенциальной энергии в кинетическую или кинетической энергии в потенциальную
Появление кинетической энергии равнозначно появлению электрического тока

Потенциал электрического поля может изменяться из-за изменения заряда источника поля.

Потенциал электрического поля может изменяться из-за появления в поле другого заряда

Расширение понятия «Электрический ток»
Во всех случаях изменение потенциальной энергии связано с изменением потока электрического смещения.
Электрический ток – это физическая величина, отражающая скорость изменения потока электрического смещения, проходящего через рассматриваемую поверхность.

Общая характеристика электрического тока
1. Электрический ток – это скалярная величина
2. Для возникновения электрического тока необходима потенциальная энергия электрического поля (электрическая энергия).
3. Возможно возникновение электрического тока под действием механических сил – например, движение электрических зарядов с грозовым облаком при ветре
4. Примером электрического тока может служить солнечный ветер - поток супер-ионизированных частиц (в основном гелиево-водородной плазмы), истекающий из солнечной короны со скоростью 300—1200 км/с в окружающее космическое пространство.
5. Другой пример электрического тока – разлетающиеся под действием кулоновских сил протоны ядер ВВ при ядерном взрыве

Общая характеристика электрического тока
в электротехнике и энергетике
1. Электрический ток возникает под действием электродвижущей силы.
Электродвижущая сила (ЭДС) – это характеристика внешнего источника энергии в электрической цепи, измеряемая отношением работы сторонних сил по перемещению электрического заряда вдоль замкнутого контура к значению этого заряда.
Источники ЭДС
Кроме того, электродвижущая сила является энергетической характеристикой вихревого электрического поля
Электрические вращающиеся генераторы создают электромагнитную ЭДС
Батареи, аккумуляторы – создают химическую ЭДС
Фотоэлементы, фотодиоды – создают фотоэлектрическую ЭДС
Термопары– создают термоэлектрическую ЭДС

3. Основные понятия, связанные с электрическим током:
- Ток проводимости
- Плотность тока проводимости
- Ток смещения
- Плотность тока смещения
2. В электротехнических и электроэнергетических цепях электрический ток существует в замкнутых контурах (цепях).
Общая характеристика электрического тока
в электротехнике и энергетике

Ток проводимости
Электрическим током проводимости называется направленное движение заряженных частиц в соответствии со знаком их заряда и направлением электрического поля.
Единица измерения тока – ампер (А). Ток в 1 А, протекающий по проводнику, означает, что через поперечное (току) сечение проводника за одну секунду проходят частицы с суммарным зарядом одного знака, равным 1 Кл.
Электрический ток является скалярной величиной.

Металлическая оболочка
(экран) кабеля
Токопроводящая жила
кабеля
Изоляция между
жилой и оболочкой
кабеля
Картина тока утечки через изоляцию кабеля,
протекающего между жилой и металлической оболочкой
коаксиального кабеля .
Картина растекания тока в грунте с вертикального электрода (заземлителя)
Рис.1. Токи в изоляции коаксиального кабеля и в земле
Электрический ток - скалярная величина.

Плотность тока проводимости
Плотностью тока проводимости называется вектор, совпадающий с направлением движения положительно заряженных частиц, направленный перпендикулярно площадке поперечного сечения, через которое проходит электрический ток, и равный значению тока, поделённому на площадь, через которую он проходит.
При равномерной плотности тока
При неравномерной плотности тока
Размерность
j∙S= |j| |S|cos1800= |j| |S|

Плотность тока проводимости
Постоянный ток – электрический ток, вектор плотности которого не меняет направления со временем.
Переменный ток – электрический ток, вектор плотности которого постоянно меняет направление со временем.
Плотность тока проводимости является точечной характеристикой электрического поля в проводящей среде

Ток смещения
Электрическим током смещения называется изменение потока электрического смещения во времени
q
2q
3q
Скорость изменения потока электрического смещения

Плотность тока смещения
Каждая точка поля характеризуется векторной величиной - D, называемой «плотность потока электрического смещения».
При изменении электрического поля изменяется и плотность потока электрического смещения в каждой его точке со скоростью:
А
Плотность тока смещения – векторная величина, отражающая скорость изменения плотности потока электрического смещения.
Постоянный ток смещения – изменение плотности потока электрического смещения в одном направлении (увеличение или уменьшение).
Переменный ток смещения – чередующиеся изменения направления и модуля вектора плотности потока электрического смещения.
м2

Переменный электрический ток
Переменный ток – электрический ток, вектор плотности которого постоянно меняет направление со временем.
Периодический переменный ток – электрический ток, плотность которого через определённые промежутки времени (периоды) повторяет значения своего модуля и напраления.
I
τ

Синусоидальный переменный ток
I
τ
Периодом переменного тока Т называется минимальный отрезок времени между двумя одинаковыми (по модулю и направлению, кроме нулевых) значениями плотности тока.
Величина, обратная периоду, называется частотой переменного тока:

Мгновенное значение синусоидального тока: i=Im∙sin α
Синусоидальный переменный ток
I
τ
Амплитудой переменного тока Im называется максимальное абсолютное значение тока за один полупериод колебаний
Действующее значение переменного тока Id равно значению такого постоянного тока, который выделяет в одном и том же проводнике за одинаковое время то же количество теплоты, что и переменный ток. Для синусоидального тока:
Im
Im

ωτ
i
τ
Синусоидальный переменный ток
Мгновенное значение синусоидального тока: i=Im∙sin α
Im
α
Радиан – единица измерения центрального угла, опирающегося на дугу, длина которой равна радиусу окружности. 3600= 2π радиан
i=Im∙sin α
2π
2π∙f
2π∙f∙τ
2π∙f = ω - круговая частота [рад/с]
При частоте 50 Гц 2πf = 314 рад/с
Аргумент синуса 2πfτ, определяющий стадию или фазу синусоидального изменения тока, называется фазным углом или просто ф а з о й

Символические векторы в электротехнике
Синусоидальный переменный ток
I
U
ωτ
Символический вектор – графическое изображение синусоидального тока в виде прямой, поворачивающейся против часовой стрелки вокруг центра, закреплённого в начале прямой. При этом длина символического вектора равна амплитуде, его проекция на вертикальную ось – мгновенному значению, а частота оборота соответствует частоте переменного тока.