Главная → Статьи

Постоянный электрический ток

Атомы веществ состоят из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Ядро заряжено положительно, электроны — отрицательно. В обычных условиях заряды уравновешены. Однако некоторые вещества имеют свободные электроны, которые под действием внешних причин (электрическое поле, тепло, свет) могут передвигаться в веществе в определенном направлении. Такие вещества являются проводниками электрического тока. Направленное движение электронов представляет собой электрический ток. Ток, который не меняется по величине и направлению, называется постоянным.

Для перемещения заряда из данной точки электрического поля в другую необходимо произвести определенную работу, которая называется разностью потенциалов между этими точками или напряжением.

При работе источника напряжения электроны с анода переходят на катод. Следовательно, внутри источника напряжения действует сила, обеспечивающая этот процесс. Сила, которая устанавливает и поддерживает разность потенциалов, вызывает ток в цепи, преодолевая ее внешнее и внутреннее сопротивление, называется электродвижущей силой (ЭДС). ЭДС источника напряжения возникает под влиянием причин, специфических для данного источника: в генераторах вследствие электромагнитной индукции, в термоэлементах за счет тепловой энергии. ЭДС и напряжение измеряются в вольтах (В), сила тока — в амперах (А). Сила тока в проводнике равна количеству электричества, проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени. Материал проводника оказывает непосредственное влияние на величину тока. Свободные электроны, передвигаясь по проводнику, сталкиваются с его частицами, которые задерживают движение электронов. Поэтому чем большее сопротивление оказывает проводник передвижению электронов, тем меньше будет электрический ток, проходящий по проводнику. Влияние проводника на силу тока характеризуется электрическим сопротивлением, зависящим от материала и размеров проводника. Чем длиннее и тоньше проводник, тем больше его сопротивление. Единицей измерения сопротивления является Ом.

Простейшая электрическая цепь состоит из источника напряжения, потребителей электрической энергии и проводов, которые соединяют зажимы источника напряжения и потребителя. Источник напряжения дает электрическую энергию, а потребитель преобразует ее в другие виды энергии. Совокупность связанных между собой источника электрической энергии, потребителя, соединительных проводов и рубильника называется электрической цепью. Электрическая цепь делится на внутреннюю (источник тока) и внешнюю (потребители, соединительные провода, рубильники, электроизмерительные приборы). Электрический ток может протекать только по замкнутой цепи.

Проводники электрической цепи могут быть соединены между собой последовательно, параллельно и смешанно. При последовательном соединении конец первого проводника соединен с началом второго, конец второго — с началом третьего и т. д. При параллельном соединении начала всех проводников сведены в одну точку, а концы — в другую. Начало цепи подводится к одному полюсу источника напряжения, а конец цепи — к другому. При параллельном соединении ток, протекая в точке разветвления, растекается далее по проводникам, имеющим одинаковые или разные сопротивления, и равен сумме токов, уходящих от этой точки. Ток между параллельно соединенными потребителями распределяется обратно пропорционально их сопротивлениям. Если сопротивление отдельных потребителей одинаково, то ток разделится на равные части. Чем меньше сопротивление отдельного потребителя, тем больший ток пройдет через него. При последовательном соединении подключение новых потребителей тока увеличивает сопротивление цепи, а при параллельном соединении — уменьшает. Это происходит потому, что подключенное новое сопротивление увеличивает общее сечение проводника, состоящее из суммы сечений проводников всех потребителей. Достоинством этого вида соединения является независимость работы каждого потребителя тока. Можно отключить любой потребитель, не прерывая прохождения тока по остальным. С изменением сопротивления одного из потребителей меняется и ток в его цепи. У остальных потребителей изменения тока не будет.

Смешанным соединением называется использование одновременно последовательного и параллельного соединений отдельных проводников (рис. 3). Для определения сопротивления нескольких проводников, соединенных по смешанной схеме, находят сначала сопротивление параллельно или последовательно соединенных проводников, а затем условно заменяют их одним проводником с сопротивлением, равным полученному. Это позволяет упростить схему, приведя ее к одному проводнику, сопротивление которого равно общему сопротивлению сложной цепи.

Рис. 3. Смешанное соединение проводников

Если провода электрической цепи замкнуть между собой проводником с небольшим сопротивлением, то в точке разветвления ток пойдет по двум направлениям: по проводнику с нормальным сопротивлением и по проводнику с небольшим сопротивлением. Ток, проходя по проводнику, выделяет тепло и нагревает его, и чем больше ток, тем больше выделяется тепла.

По проводнику с небольшим сопротивлением и далее по проводам электрической цепи будет протекать такой силы ток, который вызовет выделение большого количества тепла, приведет к обугливанию и сгоранию изоляции проводов, расплавлению материала проводов, порче электроизмерительных приборов, оплавлению контактов выключателей, ножей рубильников, повреждению источника питания электрической цепи. Аварийный режим работы сети, когда вследствие уменьшения ее сопротивления ток в цепи резко увеличивается против нормального, называется коротким замыканием.

Ввиду опасных и разрушительных последствий короткого замыкания необходимо, чтобы соблюдались следующие условия:
– изоляция проводов соответствовала напряжению сети и условиям ее работы;
– места соединений и ответвлений были надежно изолированы, как и провода;
– провода прочно защищены от механических повреждений;
– скрещивание проводов выполнено так, чтобы они не касались друг друга.

Во избежание внезапного и опасного увеличения тока в электрической цепи (короткое замыкание) ее защищают плавкими предохранителями, которые при увеличении тока сверх определенной величины плавятся. Электрическая цель автоматически разрывается, и ток в ней прекращается. Предохранитель представляет собой легкоплавкую проволоку или пластину из меди, свинца или серебра, включаемую в электрическую цепь, По конструкции предохранители делятся на пробочные, пластинчатые и трубчатые.

Ваш отзыв