Конспект урока: Постоянный электрический ток. Электрический ток. Условия его возникновения. Электрическая цепь. Электрический ток в металлах. Направление электрического тока. Сила тока

Электрический ток в металлах

Вам уже известно, что внутренняя структура металлов, находящихся в твёрдом состоянии, представляет собой кристаллическую решётку. В узлах решётки положительные ионы колеблются около своих положений равновесия, свободные электроны перемещаются по всему объёму вещества.
 

Попав в электрическое поле, свободные электроны начинают двигаться в направлении, противоположном направлению вектора напряжённости. При этом положительные ионы, обладающие связанными электронами, остаются в узлах решётки. Таким образом, в проводнике начинается упорядоченное движение заряженных частиц — по проводнику протекает электрический ток.

Следует понимать, что при попадании проводника в электрическое поле, наряду с упорядоченным движением, продолжается хаотическое движение электронов. Движение электронов можно сравнить с полётом роя пчёл: со стороны насекомые представляют собой «тучу», летящую в определённом направлении, но в пределах этой тучи пчёлы также хаотично перемещаются.

Опытным путём установлено, что, если электрическое поле постоянно во времени, скорость движения электронов также остаётся неизменной. Отсутствие ускорения заряженных частиц объясняется тем, что при движении электроны взаимодействуют с положительными ионами в узлах решётки, в результате чего теряют свою скорость. В момент подключения источника тока к проводнику электроны сначала разгоняются, а затем движутся с некоторой средней скоростью.
 

Скорость распространения электрического поля в проводнике близка к скорости света в вакууме с = 300 000 км/с. Скорость движения электронов в этом поле лишь несколько миллиметров в секунду.

Направление электрического тока

Электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц в проводнике. При этом в металлах ток представляет собой поток электронов, которые движутся от отрицательного полюса источника к положительному. В растворах солей, кислот и щелочей присутствуют и положительные, и отрицательные ионы, поэтому электрический ток в таких средах состоит из двух потоков частиц обоих знаков в противоположных направлениях.
 

Какое направление стоит принять за направление электрического тока? Так как изучение и описание электрических явлений началось до открытия электрона, то продолжительное время считалось, что в любых проводниках происходит одновременное движение частиц обоих знаков. За направление электрического тока условно принято направление движения положительно заряженных частиц в электрическом поле.

Рис. 1. Направление движения электронов в проводнике и условное направление электрического тока

На рисунке 1 показано реальное направление движения свободных носителей заряда в металлах — от отрицательного полюса к положительному — и условно принятое направление электрического тока — от положительного полюса к отрицательному.

Все правила и законы, сформулированные для описания электрических явлений, составлены с учётом выбранного таким образом направления электрического тока.

Итоги

• При протекании электрического тока в металлах свободные электроны двигаются в направлении, противоположном направлению вектора напряжённости: от отрицательного полюса источника тока к положительному.
• Средняя скорость движения электронов под действием электрического поля в проводнике остаётся постоянной.
• За направление электрического тока условно принято направление движения положительно заряженных частиц в электрическом поле: от положительного полюса источника тока к отрицательному.