Сила и источники тока

Так как целью нашего курса является наиболее простое объяснение процессов, происходящих в электрической цепи, нам могут помочь аналогии с понятными явлениями из окружающего мира.

Сила тока это кол-во электронов, проходящих через проводник

Слово ТОК как нельзя лучше подходит для наглядного представления силы тока. Воспользуемся аналогией потока воды в водопроводе. Количество воды, проходящей в единицу времени по трубе зависит от ширины трубы и напора воды (создаваемого давления). Естественно предположить, что чем шире труба и больше напор, тем больший поток воды пройдет по трубе. По аналогии с водопроводом, сила тока – это количество электронов, проходящих по проводнику, толкаемых напряжением (напором, создающим электрическое поле, действующее на электроны).

https://alexragulin.ru/img/lesson/6e/6e46c64b4c223dc64b43ecb51805745620210328114100.jpg

По определению, сила тока - это количество заряда (электронов) прошедших через поперечное сечение проводника за единицу времени.

Рассмотрим еще один пример с автодорогой, где поток автомобилей (количество автомобилей, проехавших пост ГИБДД) по любой автотрассе зависит от нескольких факторов. Первый фактор - это ширина дороги, то есть если дорога однополосная, то за минуту камера ГИБДД успевает зафиксировать 10 автомобилей, но если сделать вторую полосу и поставить вторую камеру, то можно уже фиксировать 20 автомобилей. А если всем рассказать про небывалую распродажу телевизоров и холодильников в М-Видео, то автомобилисты будут ехать еще быстрее, так как мотивация водителей увеличилась.

Количество автомобилей – это количество электронов, а мотивация водителей – напряжение.

Но мы пока ничего не сказали про еще один очень важный фактор, влияющий на значение силы тока. Теперь возьмем две одинаковые по ширине дороги и водителей с одинаковой мотивацией. Но одна дорога расположена в районе Нью-Йорка Манхэттен, а другая в Костроме. Замечаем, что количество зафиксированных автомобилей камерами на Манхэттене намного больше, чем в Костроме, так как качество асфальта существенно влияет на скорость движения машин. Приходим к выводу, что и сила тока зависит от материала проводника. Чем легче электронам проходить по проводнику, тем больше сила тока в нем.

https://alexragulin.ru/img/lesson/28/28934111c6bcf4198a8ba2be017b879220210328114100.jpg
Исторически так сложилось, что за направление тока принято считать направление движения положительных частиц, то есть от «+» к «- »*. Сейчас это многих путает, ведь мы понимаем, что бегут по проводнику электроны, отрицательно заряженные частицы, и стремятся они от «- » к «+». Но многие законы электродинамики в своих формулировках пользуются этим условным правилом для определения направления электрического тока, поэтому легче привыкнуть и пользоваться этим. В конце концов, это ни коим образом не влияет на физические процессы.

Сколько еще таких недоразумений будет обнаружено неизвестно, но думаю мои правнуки будут долго смеяться над тем что здесь написано.

Прибор для определения силы тока называется амперметр, он включается в цепь последовательно, и в отличие от вольтметра имеет очень небольшое сопротивление, чтобы не оказывать влияние на систему. Единицы измерения силы тока – амперы (А). Средние значения силы тока в бытовых приборах от 0.1 до 10 А, токи в 20 А и выше встречаются в бытовых приборах крайне редко.

Сила тока возрастает пропорционально напряжению. То есть если в цепи мы имели напряжение 10 В и силу тока 1 А, то при увеличении напряжения до 12 В, сила тока станет 1,2 А. Коэффициент пропорциональности, угол зависимости силы тока от напряжения определяется физической величиной, называемой сопротивлением, о которой мы сейчас и поговорим.

* Андре Мари Ампер предложил считать положительным направление тока от «+» к «-». В его оправдание стоит заметить, что в то время люди не имели четкого представления о строении атома, а электрон был открыт только спустя 70 лет.