Источники тока. Электрическая цепь | Физика
В 1786 г. итальянский анатом и физиолог Луиджи Гальвани решил изучить действие атмосферного электричества на мышцы лягушки. Для этого он прикрепил к нерву лапки свежепрепарированной лягушки медный крючок, после чего подвесил лапку к железной решетке, окружавшей висячий садик его дома. Однако никакого действия атмосферы не последовало. И лишь тогда, когда под порывами ветра лапка случайно коснулась решетки забора, ее мускулы резко содрогнулись. Гальвани решил повторить опыты дома. Положив лапку на железную дощечку, он снова обнаружил конвульсивные сокращения мышц. После четырех лет всестороннего исследования открытого им явления Гальвани сообщил о своих наблюдениях в книге, которая называлась «Трактат о силах электричества при мышечном движении».
Появление этой книги вызвало огромный интерес в среде ученых. Опыты с лягушачьей лапкой стали повторять и физики, и химики, и философы, и врачи. Но лишь одному из них — итальянскому ученому Алессандро Вольта удалось понять истинную причину наблюдаемого эффекта.
Лапка сокращается не потому, что в лягушке сосредоточено какое-то особое «животное» электричество (как считал Гальвани), а потому, что через нее проходит электрический ток, возникающий благодаря контакту двух проводников из разных металлов, — к такому выводу пришел Вольта после тщательных исследований этого явления. По мнению Вольта, лягушка в этих опытах нужна лишь как «электрометр, в десятки раз более чувствительный, чем даже самый чувствительный электрометр с золотыми листочками». Поэтому тот же ток можно получить и без использования лягушки, если только позаботиться о том, чтобы разнородные металлы соприкасались с жидкостью, способной проводить электричество. И Вольта подтверждает свой вывод опытом на самом себе: соединив одни концы серебряной и оловянной проволочек между собой, он прикасается их противоположными концами к своему языку. Появившийся при этом кисло-горький вкус означал, что по языку пошел ток. Если бы источником электричества была сама мышца языка, то вкус должен был бы ощущаться и тогда, когда металлы одинаковые; этого, однако, не происходило.
Вольта продолжает опыты. Он берет две монеты из разного вещества и одну из них кладет себе на язык, а другую — под него. Соединив монеты проволочкой, он снова ощущает специфический вкус.
Наконец, в 1800 г. Вольта берет несколько десятков пар круглых пластин (из цинка и серебра) и, проложив между ними кружочки картона, смоченные соленой водой, располагает их в виде столба. Подсоединив к верхней и нижней пластинам столба провода, Вольта получает первый источник постоянного тока (вольтов столб).
На демонстрации вольтова столба перед французскими учеными присутствовал Наполеон Бонапарт. Опыты Вольта произвели на присутствующих очень сильное впечатление. Поэтому неудивительно, что за свои исследования Вольта получил титул графа и стал рыцарем Почетного легиона.
В последующие годы источники тока непрерывно совершенствовались и в конце концов приобрели тот вид, к которому мы все привыкли (рис. 22).
Конструкции современных источников разнообразны. Те из них, которые работают за счет химических реакций, называют химическими источниками тока.
К ним относятся гальванические элементы (или просто элементы) и аккумуляторы.
Гальванические элементы (названные так в честь Л. Гальвани) являются источниками тока, как правило, разового пользования. Аккумуляторы же можно использовать многократно, периодически заряжая их.
У любого из этих источников имеются два полюса — положительный (+) и отрицательный (–). Разные заряды этих полюсов обусловлены химическими реакциями, протекающими внутри источника на проводниках (электродах), погруженных в специальный раствор.
Если с помощью проводов к источнику тока подключить какие-либо устройства, потребляющие электроэнергию, то под действием электрического поля, создаваемого источником, через них пойдет ток.
Соединенные друг с другом источник тока, провода и потребители электроэнергии (лампы, электроплитки, электро- и радиоаппаратура) образуют электрическую цепь.
Для того чтобы в цепи мог идти постоянный ток (т. е. ток, не изменяющийся с течением времени), электрическая цепь должна быть замкнутой.
Если же где-то появится обрыв, то ток в цепи прекратится. На этом основано действие кнопок, рубильников, ключей и других устройств, позволяющих включать и выключать в цепи ток. Некоторые из этих выключателей, применяемые в школьных опытах, показаны на рисунке 23. На рисунке 24 изображен клавишный выключатель, используемый в помещениях для замыкания и размыкания скрытой электропроводки.
Для подключения электрооборудования или бытовой техники к сети используют специальные соединители, например штепсельные розетку (рис. 25, а) и вилку (рис. 25, б).
При замыкании цепи электрическое поле источника со скоростью 300000 км/с распространяется вдоль проводников, и свободные заряженные частицы в них практически одновременно приходят в упорядоченное движение — в цепи появляется ток.
За направление тока в цепи принимают то направление, в котором должны были бы двигаться по цепи положительные заряды, т. е. направление от положительного полюса источника тока к отрицательному.
Такое соглашение было принято в первой половине XIX в. и с тех пор учитывается во всех правилах и законах теории электрического тока.
В металлических проводниках ток создается отрицательно заряженными частицами (электронами), которые движутся по цепи от отрицательного полюса источника к положительному. Направление тока и направление движения носителей тока в этом случае противоположны.
В растворах кислот, солей и щелочей (электролитах) носителями тока являются положительные и отрицательные ионы. Первые из них движутся в направлении от «+» источника к его «–», вторые — от «–» к «+».
Чертежи, на которых изображают электрические цепи, называют схемами. Каждый элемент цепи на схемах обозначают специальным условным знаком. Некоторые из этих условных обозначений приведены в таблице 2 и на форзаце.
Примеры электрических схем представлены на рисунке 26. На каждой из этих схем две лампы. Однако способ их включения различен. Соединение ламп, изображенное на рисунке 26, а, называют последовательным, а соединение ламп, изображенное на рисунке 26, б, — параллельным.
??? 1. Кто и когда изобрел первый источник тока? 2. Какие химические источники тока вы знаете? 3. Из чего состоит электрическая цепь? 4. Какой должна быть цепь, чтобы в ней мог существовать постоянный электрический ток? 5. Какое направление в цепи выбирают за направление тока? Совпадает ли оно с направлением движения свободных электронов? 6. Зачем в электрической цепи нужен источник тока?
Экспериментальное задание. Возьмите лимон, яблоко или соленый огурец и воткните в него два проводника. Одним из них может быть медный провод, а другим — железный гвоздь. Принесите изготовленный таким образом источник тока в школу и, подсоединив его проводами к гальванометру, убедитесь, что источник работает. (Гальванометром называют прибор для регистрации и измерения слабых токов. Школьный демонстрационный гальванометр изображен на рисунке 27.)
Обозначение постоянного и переменного тока на схемах
Каждый домашний мастер и начинающий электрик при выполнении электромонтажных работ пользуется специальными схемами.
Для того чтобы правильно прочитать любую из них, необходимо знать все значки и символы, в том числе обозначение постоянного и переменного тока. Эта символика присутствует на корпусах большинства современных измерительных аппаратов, позволяющих определять значение всех основных электрических параметров.
Как обозначаются различные токи
По своим специфическим качествам электрический ток разделяется на два основных типа:
- Постоянный ток. Обозначается прямой линией (—). Кроме того, используются символы DC – Direct Current, которые переводятся как постоянный ток.
- Переменный ток. Известен под собственным обозначением в виде змейки (~) и символов АС, означающих Alternating Current.
Отличительной особенностью постоянного тока является его направленность. Он протекает лишь в одном определенном направлении, условно принимаемое от положительного контакта «+» к отрицательному контакту «-». От этого свойства и происходит наименование этого тока DC, который присутствует в солнечных панелях, всех типах сухих батареек и аккумуляторах, предназначенных для питания маломощных потребителей.
В некоторых технологических процессах, таких как дуговая электросварка, электролиз алюминия или электрифицированный железнодорожный транспорт, необходим постоянный ток DC с высоким значением силы. Чтобы его создать, необходимо выпрямить переменный или воспользоваться любым из генераторов постоянного тока.
Переменный ток AC, в отличие от постоянного, способен к изменению своего направления и величины. Существует параметр, известный как мгновенное значение переменного тока, определяемое в конкретный момент времени. Частота, с которой изменяется направление тока, составляет 50 Гц, то есть данная перемена происходит 50 раз в течение одной секунды.
Переменный ток AC может быть однофазным или трехфазным. В первом случае необходимо только два провода: основной и дополнительный, он же обратный. Именно по основному проводнику протекает электрический ток, а обратный считается нулевым проводом.
Трехфазное переменное напряжение вырабатывается соответствующим генератором тока AC.
В этом процессе участвуют три обмотки, каждая из которых является своеобразной однофазной электрической цепью. Между собой они сдвинуты по фазе под углом 120 градусов. Благодаря данной системе электроэнергией могут быть обеспечены сразу три сети, независимые друг от друга. Для этого понадобится уже порядка шести проводов – трех прямых и трех обратных.
При необходимости дополнительные провода возможно соединить между собой и получить в итоге общий проводник, называемый нулевым или нейтральным. В этом случае проводники переменного тока на схемах обозначаются символами L1, L2, L3, а нулевой провод – буквой N.
Обозначения токов в измерительных приборах
Общепринятое обозначение постоянного и переменного тока нашло свое отражение в различных измерительных приборах, в том числе и на мультиметре. Вся необходимая символика наносится на лицевую панель того или иного устройства. Это позволяет измерить именно тот параметр, который необходим в данный момент.
Например, если на шкале выставлено положение АС, в этом случае можно проводить измерение значения переменного тока.
Как правило, такие приборы предназначены для работы в электросетях с обычными напряжениями 220 или 380 вольт. Существуют модели с рабочими режимами в пределах 600 В и выше.
Если же мультиметр выставлен напротив отметки DC, то рабочий режим аппарата станет соответствовать постоянному току. В этом положении замеряется ток на аккумуляторах, батарейках и других источниках питания, вырабатывающих постоянный ток. В данном режиме требуется непременно соблюдать полярность полюсов. Диапазон измерений обычно составляет от нуля до нескольких тысяч вольт, в зависимости от характеристик конкретной модификации устройства.
Объяснение идеального источника тока и практического источника тока
от admin
Идеальный источник тока: Определение:Идеальный источник тока представляет собой устройство с двумя выводами, которое обеспечивает постоянный ток независимо от сопротивления нагрузки. Значение тока будет постоянным по отношению ко времени и сопротивлению нагрузки. Это означает, что мощность передачи энергии для этого источника бесконечна.
К идеальному источнику тока подключено бесконечное параллельное сопротивление. Следовательно, выходной ток не зависит от напряжения на клеммах источника. Такого источника тока в мире не существует, это всего лишь концепция. Тем не менее, каждый текущий источник предназначен для приближения к идеальному.
Символ:Представляется символом, как показано ниже.
Характеристики:Ниже приведены характеристики идеального источника тока.
Внутреннее сопротивление идеального источника тока: Внутреннее сопротивление источника тока представляет собой значение сопротивления, подключенного к его клемме.
Это внутреннее сопротивление идеального источника тока бесконечно.
Давайте поймем это, используя принципиальную схему. Любой источник тока представлен параллельным соединением источника тока и сопротивления. Это показано на рисунке ниже.
Поскольку выходной ток в приведенной выше схеме должен быть I в идеальном случае, это означает, что ток через параллельное сопротивление R должен быть равен нулю. Это возможно только в том случае, если значение этого сопротивления бесконечно. Это причина; внутреннее параллельное сопротивление идеального источника тока бесконечно.
Практический источник тока: Определение:Практический источник тока представляет собой двухконтактное устройство, к клеммам которого подключено некоторое сопротивление. В отличие от идеального источника тока, выходной ток практического источника зависит от напряжения источника. Чем больше это напряжение, тем меньше будет ток.
Чтобы лучше понять, давайте рассмотрим практический источник тока, как показано ниже.
Из приведенной выше схемы совершенно ясно, что напряжение источника равно падению напряжения на сопротивлении R. Это падение напряжения определяется как V = iR, где i — ток через сопротивление R. Отсюда выходной ток I o = (I – i).
Таким образом, если V больше, это означает, что i больше, и, следовательно, выходной ток I o будет меньше.
Характеристики практики Текущий источник:
Сначала выведем зависимость между напряжением источника и выходным током.
V = iR
i = V/R
Следовательно,
I o = (I – i)
= (I – V/R)
Приведенное выше уравнение представляет собой прямую линию с наклоном ( -1/р). Таким образом, характеристики практического источника тока можно изобразить, как показано ниже.
Надеюсь, вам понравилась статья. Пожалуйста, напишите в поле для комментариев для любого предложения / добавления ценности.
Схемы– Откуда взялся этот текущий символ источника?
Задать вопрос
спросил
Изменено 4 года, 4 месяца назад
Просмотрено 6к раз
\$\начало группы\$
Есть старый символ источника тока, представляющий собой два перекрывающихся круга, напоминающих диаграмму Венна.
Здесь есть более одного вопроса, и люди спрашивают, что это за символ, но мне интересно узнать, откуда он взялся; это просто абстрактный символ без какого-либо смысла, или он задуман как упрощенный рисунок чего-то?
Символ d на изображении выше (взято из wikimedia commons) — это тот, о котором я спрашиваю. Символ a мне знаком больше всего, а символы b, c или e я никогда раньше не видел.
Я знаю, что точное объяснение того или иного символа на самом деле не имеет значения, но меня просто интересует… “этимология”, как бы вы это назвали? …теперь я стал думать о схемах как о языке и изучать их с точки зрения лингвиста….
Но это для другого сайта.
- схема
- источник тока
- условное обозначение
\$\конечная группа\$
14
\$\начало группы\$
Мне удалось выполнить обратный поиск изображений в Google, чтобы узнать, откуда взялось это изображение.
Он нашел его в русском переводе Википедии. По какой-то странной причине английская версия этой страницы имеет несколько иной формат, чем английская версия.
Вот страница русской Википедии, откуда взято это изображение. Вам придется использовать какой-нибудь переводчик.
Но вот что там написано о картинке, которую вы предоставили:
(a) и (b) являются общими обозначениями для текущего символа. (в) были установлены ГОСТ и МЭК. ГОСТ — это своего рода российские стандарты для электрических протоколов. (d) и (e) встречаются в иностранной литературе, хотя никогда не говорится, где именно, поэтому вполне возможно, что это полностью выдумано где-то действительно неясным и, возможно, не заслуживающим доверия, за исключением (d). Я также видел (d) из множества источников. Я не совсем уверен, почему на этой странице Википедии написано «Иностранная литература», но мне еще предстоит найти происхождение (d).
Само изображение является творением человека, то есть тот, кто создал это изображение, не указал, откуда он взял эту информацию.
Дальнейшее исследование с использованием старого справочника, который действительно содержит (c) в качестве идеального источника тока.
\$\конечная группа\$
4
\$\начало группы\$
Технически это не просто источник тока. Это символ текущего зеркала. Если источник тока представляет собой круг, то, если вы хотите, чтобы один ток соответствовал другому току, второй круг представляет это действие зеркального отражения. На изображении ниже показано, как этот символ используется в простом усилителе дифференциальной пары. В данном случае это отражает тот факт, что источник тока на самом деле генерируется какой-то другой схемой смещения, не показанной на этом конкретном изображении.
Я бы порекомендовал посмотреть, как реализованы различные текущие зеркала, чтобы понять, почему и почему может понадобиться представить все это с помощью этой простой диаграммы.
По сути, это ярлык, чтобы не показывать здесь всю половину фактической схемы. Особенно в конструкциях операционных усилителей, где используется множество источников тока, полученных из одного источника тока, эта сокращенная запись экономит много усилий и упрощает внешний вид схемы, сохраняя при этом всю необходимую информацию.
\$\конечная группа\$
12
\$\начало группы\$
Изображение, о котором я упоминал в комментарии выше, используется датской страницей Википедии в текущих источниках. Google-переводчик страницы говорит следующее.
Генератор электроэнергии — английский: «Источник тока» (обычно именуемый генератор Нортона) представляет собой электронную схему, которая может выдавать заданную мощность вне зависимости от нагрузки.
Генераторы энергии часто используются при теоретическом анализе электроники.
