Электрическая цепь. Электрический ток в металлах. Действия электрического тока. Направление тока.

Давайте рассмотрим, какие элементы можно соединять проводами, чтобы получилась электрическая цепь: гальванический элемент, батарея элементов, лампочка, звонок, сопротивление, выключатель (или ключ), амперметр и вольтметр.

Чертеж, на котором изображены способы соединения элементов в цепь, называют схемой. Вот так выглядит схема электрического фонарика.

А вот так выглядит схема, состоящая из источника, одного звонка и двух (или более) кнопок, по которым можно независимо включить звонок, например, в больнице (или в самолете), когда нужно вызвать больному медицинскую сестру.

Вспомним строение металлов: в узлах кристаллической решетки находятся положительные ионы, а электроны свободно перемещаются между этими узлами, создавая «электронный газ», занимающий весь объем металлического проводника. Поэтому электрический ток в металлах представляет собой упорядоченное движение электронов. В отсутствии электрического поля электроны движутся беспорядочно, хаотично, с достаточно большими скоростями.

Но когда подается электрическое поле от источника, а скорость его распространения составляет 300000км/с, то все электроны во всем объеме металлического проводника начинают упорядоченное движение с небольшой скоростью, которая составляет нескольких мм/с.

Для существования электрического тока необходимо: наличие свободных заряженных частиц, электрического поля (источника), потребителя и проводников электрического тока.

Электрический ток при прохождении через нагрузку, обладает различными действиями. Какие же действия мы можем наблюдать?

Тепловое действие. Для наблюдения за этим действием проведем опыт.

На двух изолированных стойках поместим длинный провод. В нескольких местах прикрепим легко свисающие кисточки бумажек. Провод подсоединим к регулируемому источнику (типа ЛАТР, чтобы можно было постепенно повышать напряжение). Включаем установку, медленно увеличиваем напряжение, при определенном значении провод начинает нагреваться, и бумажки загораются. Обратим внимание на то, что во время опыта провод сильнее провисает. Это происходит из-за того, что он нагрелся, а при нагревании все тела расширяются, а проволока – удлиняется.

Механическое действие. Подключим небольшой вентилятор. Почему лопасти крутятся? Потому что при прохождении электрического тока через двигатель рамки в магнитном поле вращаются (механическое перемещение) и вращают лопасти вентилятора.

Магнитное действие. Рассмотрим опыт Эрстеда, который он провел в 1820 году. На установке по первому опыту мы во время включения тока поднесем магнитную стрелку на стойке. Стрелка отклонится от обычного направления в магнитном поле Земли и повернется перпендикулярно проводнику, фиксируя наличие более сильного магнитного поля около проводника, по которому течет ток. При выключении тока видим, что стрелочка отклоняется и вновь показывает направление на «север».

Химическое действие. В качестве нагрузки теперь включим в электрическую цепь два угольных электрода, вставленных в стеклянный стакан, в котором налит раствор медного купороса.

Предварительно необходимо зачистить электроды наждачной бумагой, для удаления каких-либо примесей. Включаем цепь в регулируемый источник…и через некоторое время выключаем и видим, что на отрицательном электроде (катоде) выделился тонкий слой меди.

Есть еще физиологическое действие электрического тока: действие на живые организмы. Впервые при препарировании лапок лягушки Луиджи Гальвани обнаружил сокращение мышц лапки. То – есть, при прохождении тока через организм, все мышцы сокращаются, пытаясь защитить организм от неприятных последствий.

Направление электрического тока было придумано американским банкиром Бенджамином Франклином, который в свободное время занимался электричеством.

Он считал, что деньги из большой положительной кучи перетекают в маленькие отрицательные карманы клиентов. Поэтому предложил: ток идет от положительного полюса к отрицательному.

Это правило было принято во всем мире.

Лишь много позже, после открытия Томсоном электрона, поняли, что физическое (истинное) направление тока от «минуса» к «плюсу». Ток идет от мест на источнике, где накопилось избыточное количество электронов, в те места, где электронов не хватает.

Но уже были придуманы правила: правило буравчика, правило левой руки, правило правой руки, правило Ампера и другие для направления тока от «плюса» к «минусу». И было решено ничего не менять, а так и считать, что ток идет от «плюса» к «минусу».

Таким образом, мы рассмотрели, что собой представляет ток в металлах, какими действиями обладает ток и в чем отличие общепринятого направления тока от «плюса» к «минусу» от истинного физического направления.