Понимание напряжения и тока: основы электрического течения

Прежде чем электроны могут двигаться, должна существовать цепь, но этого недостаточно. Сила — как толчок для запуска шарика — загоняет зарядодержателей через проводник. В статическом электричестве эта сила исходит от неравновесия заряда: одно тело набирает электроны (отрицательное), другое теряет (положительное). Когда проводящий провод соединяет заряженные объекты, электроны текут от избытка к дефициту, временно нейтрализуя неравновесие.

Когда проводник соединяет два тела, электрическое поле заставляет электроны двигаться до повторного баланса зарядов. Этот процесс высвобождает накопленную энергию, аналогично воде, выпущенной из закачанного резервуара.

В обоих случаях — электроны или вода — энергия накоплена как потенциальная. Когда путь открыт, эта потенциальная энергия превращается в кинетическую: внезапный разряд при касании ручки двери или поток воды, стекающей обратно вниз.

Что такое напряжение?

Напряжение — мера потенциальной энергии на единицу заряда. Она количественно выражает «толчок», необходимый для перемещения заряда из одной точки в другую против восстанавливающей электрической силы. Как разница высот между двумя уровнями резервуара, напряжение всегда определено между двумя точками; его нельзя указать в изоляции.

Генерация напряжения

Напряжение возникает из различных источников: химические реакции (батареи), фотоэлектрическое преобразование (солнечные ячейки), электромагнитная индукция (генераторы). Каждый создаёт разность потенциалов, гонящую зарядодержателей при наличии замкнутой цепи.

Как работают батареи

У батареи два полюса: положительный (+), отмеченный более длинной горизонтальной линией, и отрицательный (–), более короткой линией. Внутри электролит батареи позволяет ионам двигаться, создавая разность потенциалов между пластинами. Когда провод соединяет полюса, электроны текут от отрицательного к положительному, устанавливая непрерывный ток.

Электрический ток

С приложенным напряжением и замкнутым контуром зарядодержатели движутся равномерно в одном направлении — это прямой ток (DC). Величина тока одинакова в каждой точке однозамкнутой цепи, как число шариков, проходящих через любое поперечное сечение трубы, остаётся постоянным.

Разрыв цепи где угодно останавливает поток полностью; полное напряжение батареи тогда появляется на разрыве.

Полярность падения напряжения

Полярность — знак (+ или –), назначаемый точке относительно другой. Для данного источника напряжения положительный полюс — более высокий потенциал, отрицательный — ниже. В цепи полярность падения между двумя точками зависит от направления приложенного напряжения. Например, если цепь разорвана между точками 2 и 3, точка 2 — +, точка 3 — –; если разрыв между 3 и 4, маркировка меняется местами.

Обзор

• Зарядодержатели движутся под той же силой, что производит статическое электричество.
• Напряжение измеряет удельную потенциальную энергию (энергию на единицу заряда) между двумя точками.
• Напряжение всегда относительно; его иногда называют падением напряжения.
• Подключённая к цепи источник напряжения создаёт равномерный поток заряда — ток.
• В единичном контуре ток идентичен в каждой точке.
• Разрыв цепи с источником напряжения заставляет полное источник напряжение появиться на зазоре.
• Полярность (+/–) относительна между двумя точками.

Связанные листы работы

• Лист работы по напряжению, току и сопротивлению