Содержание
- 1 Чему равна скорость тока в проводе?
- 1.1 Почему ток в розетке и проводах не бежит со скоростью света? Или все-таки…
- 1.2 Что такое электрический ток?
- 1.3 Популярные заблуждения о скорости света
- 1.4 Что быстрее: молния или гром?
- 1.5 Скорость электромагнитной волны – это не скорость тока
- 1.6 Если бы электроны двигались в проводах со скоростью света
- 2 Какова примерно скорость распространения электрического тока в цепи?А. несколько мм в секунду Б. 3*108 м/c В. 103 м/с
- 3 Почему ток в розетке и проводах не бежит со скоростью света? Или все-таки..
- 4 Какова скорость электрического тока?
Чему равна скорость тока в проводе?
Чему равна скорость тока в проводнике? Банальный если не риторический вопрос, не правда ли? Все мы в школе учили физику и хорошо помним, что скорость электрического тока в проводнике равна скорости распространения фронта электромагнитной волны, то есть равна скорости света. Но ведь на тех же уроках физики, нам показывали и кучу интересных опытов, где мы могли сами во всем убедиться. Вспомним хотя бы замечательные опыты с электрофорной машиной, эбонитом, постоянными магнитами и т.д.
А вот опыты по измерению скорости электрического тока не показывали даже в университете, ссылаясь на отсутствие необходимого оборудования и сложность данных экспериментов.
За последние несколько десятков лет прикладная наука сделала огромный рывок вперед и сейчас у многих любителей есть дома та аппаратура, о которой несколько десятков лет назад не мечтали даже научные лаборатории.
А потому пришла пора начинать показывать и опыт по измерению скорости электрического тока, что бы вопрос был закрыт раз и навсегда в лучших традициях физики. То есть не на уровне математики гипотез и постулатов, а на уровне простых и понятных каждому экспериментов и опытов.
Суть эксперимента по измерению скорости электрического тока проста до безобразия. Возьмем провод, определенной длинны, в нашем случае 40 метров, подключим к нему генератор сигналов высокой частоты и двухлучевой осциллограф один луч соответственно к началу провода, а другой к его концу. Вот и все. Время, за которое электрический ток пройдет по проводу длиной 40 метров составляет около 160 наносекунд. Сдвиг именно на это время мы и должны увидеть на осциллографе между двумя лучами. Посмотрим теперь, что же мы видим на практике
То есть как мы увидели, никакой задержки в 160 наносекунд в нашем случае нет. И именно в нашем случае мы не смогли измерить скорость электрического тока, т.к. она оказалась на несколько порядков больше и не поддается измерению такими приборами. Может быть, у нас провода были сврхнанотехнологичные, или наш электрический ток просто не знал, что он обязан задержаться на 160 наносекунд в проводе? Но что есть, то есть.…
В силу того, что эксперимент был проведен всего один, какие либо выводы делать рано.
Мы надеемся, что и Вам захочется повторить данный опыт и поделиться с нами его результами. С нетерпением ждем Ваших видеоотчетов.
Источник
Почему ток в розетке и проводах не бежит со скоростью света? Или все-таки…
Любой человек, разбирающийся в физике, скажет, что скорость движения электрического тока равна скорости света и составляет 300 тысяч километров в секунду. С одной стороны он прав на 100%, но есть нюансы.
Со светом все просто и прозрачно: скорость полета фотона равна скорости распространения светового луча. С электронами сложнее. Электрический ток сильно отличается от видимого излучения.
Почему считается, что скорость полета фотонов в вакууме и скорость электронов в проводнике одинакова? Утверждение основано на фактических результатах. В 1888 году немецкий ученый Генрих Герц экспериментально установил, что электромагнитная волна распространяется в вакууме так же быстро как свет. Но можно ли говорить, что электроны в проводнике летят со скоростью света? Надо разобраться с природой электричества.
Что такое электрический ток?
Из школьного курса физики известно, что электричество – это поток электронов, упорядоченно перемещающихся в проводнике. Пока источника электричества нет, электроны движутся в проводнике хаотически, в разных направлениях. Если суммировать траектории всех заряженных частиц, получится ноль. Поэтому кусок металла не бьет током.
Если металлический предмет подсоединить к электрической цепи, все электроны в нем выстроятся в цепочку и потекут от одного полюса к другому. Насколько быстро произойдет упорядочение? Со скоростью света в вакууме. Но это не означает, что электроны полетели от одного полюса к другому также стремительно. Это заблуждение. Просто люди настолько привыкли к утверждению, что электричество распространяется так же быстро как свет, что не особо задумываются над деталями.
Популярные заблуждения о скорости света
Еще одним примером такого поверхностного восприятия можно назвать понятие о природе молнии. Многие ли задумываются, какие физические процессы происходят во время грозы? Какова, например, скорость молнии? Можно ли без приборов узнать, на какой высоте бушуют грозовые разряды? Разберемся со всем этим по порядку.
Кто-то может сказать, что молния бьет со скоростью света, и будет не прав. Настолько быстро распространяется вспышка, вызванная гигантским электрическим разрядом в атмосфере, но сама молния гораздо медленнее. Грозовой разряд – это не удар луча света наподобие лазера, хотя визуально похоже. Это сложная структура в насыщенной электричеством атмосфере.
Ступенчатый лидер или главный канал молнии формируется в несколько этапов. Каждая ступень в десятки метров образуется со скоростью около 100 км/сек вдоль разрядных нитей из ионизированных частиц. Направление меняется на каждом этапе, поэтому молния имеет вид извилистой линии. 100 километров в секунду – это быстро, но до скорости электромагнитной волны очень далеко. В три тысячи раз.
Что быстрее: молния или гром?
Этот детский вопрос имеет простой ответ – молния. Из того же школьного курса физики известно, что скорость звука в воздухе равна примерно 331 м/сек. Почти в миллион раз медленнее электромагнитной волны. Зная это, легко понять, как высчитать расстояние до молнии.
Свет вспышки доходит до нас в момент разряда, а звук летит дольше. Достаточно засечь промежуток времени между вспышкой и громом. Теперь просто считаем, насколько далеко от нас ударила молния, по простой формуле:
L =T × 331
Где T – это время от вспышки до грома, а L – это расстояние от нас до молнии в метрах.
Например, гром прогремел через 7.2 секунды после вспышки. 331 × 7.2 = 2383. Получается, что молния ударила на высоте 2 километра 383 метра.
Скорость электромагнитной волны – это не скорость тока
Теперь будем более внимательны к цифрам и терминам. На примере молнии убедились, что маленькое неверное допущение может привести к большим промахам. Точно известно, что скорость распространения электромагнитной волны равна 300 000 километров в секунду. Однако это не означает, что электроны в проводнике перемещаются с такой же скоростью.
Представим, что две команды соревнуются, кто быстрее доставит мяч с одного края поля на другой. Обязательное условие – каждый член команды сделает несколько шагов с мячом в руках. В одной команде пять человек, а в другой – один. Пятеро, выстроившись в цепочку, сыграют в пас, сделав каждый несколько шагов в направлении от старта к финишу. Одиночке придется бежать всю дистанцию. Очевидно, что победят пятеро, потому что мяч летит быстрее, чем человек бегает.
Так же и с электричеством. Электроны «бегают» медленно (собственная скорость элементарных частиц в направленном потоке исчисляется миллиметрами в секунду), но передают друг другу «мячик» заряда очень быстро. При отсутствии разности потенциалов на разноименных концах проводника все электроны движутся хаотично. Это тепловое движение, присутствующее в каждом веществе.
Если бы электроны двигались в проводах со скоростью света
Представим, что скорость электронов в проводнике все-таки близка к световой. В этом случае современная энергетика была бы невозможна в привычном для нас виде. Если бы электроны двигались по проводам, пролетая 300 000 километров в секунду, пришлось бы решать очень сложные технические задачи.
Самая очевидная проблема: на такой скорости электроны не смогут следовать за поворотами проводов. Разогнавшись на прямом участке, заряженные частицы будут вылетать по касательной как не вписавшиеся в вираж автомобили. Чтобы удержать летящие на космических скоростях электроны внутри энергетических магистралей, придется снабжать провода электромагнитными ловушками. Каждый участок проводки станет похожим на фрагмент адронного коллайдера.
К счастью элементарные частицы предвигаются гораздо медленнее и для передачи энергии на дальние расстояния вполне пригодны неизолированные алюминиевые провода для ЛЭП
Надеемся, что ознакомившись с этим обзором, вы нашли ответ на вопрос почему ток не бежит по кабелям со скоростью света и вспомнили кое-что из школьного курса физики, а это, согласитесь, крайне полезно в любом возрасте.
Источник
Источник: https://www.pravda-tv.ru/2014/02/09/36652/chemu-ravna-skorost-toka-v-provode
Какова примерно скорость распространения электрического тока в цепи?А. несколько мм в секунду Б. 3*108 м/c В. 103 м/с
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
Page 3
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
Page 4
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
Page 5
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
Page 6
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
Page 7
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
Page 8
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
Page 9
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
Page 10
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
Page 11
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
Page 12
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
Page 13
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
Page 14
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
Page 15
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
Page 16
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
Page 17
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
Page 18
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
Page 19
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
1
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
2
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
3
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
4
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
5
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
6
Информатика 5 классв кафе встретились три друга: скульптор белов, скрипач чернов и художник рыжов. “замечательно, что один из нас имеет белые, один черные и один рыжие волосы, но ни у одного из нас нет волос того цвета, на который указывает его фамилия”, — заметил черноволосый. “ты прав”, — сказал белов. какой цвет волос у художника, скульптора и скрипача?
Источник: https://znanija.site/fizika/12604764.html
Почему ток в розетке и проводах не бежит со скоростью света? Или все-таки..
Любой человек, разбирающийся в физике, скажет, что скорость движения электрического тока равна скорости света и составляет 300 тысяч километров в секунду. С одной стороны он прав на 100%, но есть нюансы.
Со светом все просто и прозрачно: скорость полета фотона равна скорости распространения светового луча. С электронами сложнее. Электрический ток сильно отличается от видимого излучения.
Почему считается, что скорость полета фотонов в вакууме и скорость электронов в проводнике одинакова? Утверждение основано на фактических результатах. В 1888 году немецкий ученый Генрих Герц экспериментально установил, что электромагнитная волна распространяется в вакууме так же быстро как свет. Но можно ли говорить, что электроны в проводнике летят со скоростью света? Надо разобраться с природой электричества.
Какова скорость электрического тока?
- Электрическим током называется направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц.
Электрический ток в проводниках представляет собой:
в металлах — направленное движение электронов (проводники первого рода);
в электролитах — направленное движение положительных и отрицательных ионов (проводники второго рода);
в плазме — направленное движение электронов и ионов обоих знаков (проводники третьего рода).
За направление электрического тока условились считать направление движения положительно заряженных частиц.
Движение заряженных частиц внутри проводника нельзя наблюдать, но судить о наличии электрического тока можно по его действиям:
- тепловому — проводник с током нагревается;
- магнитному — вокруг проводника с током возникает магнитное поле;
- световому — проводник с током может светиться;
- химическому — в проводнике с током изменяется химический состав (такие проводники называются проводниками второго класса).
Для продолжительного существования электрического тока в замкнутой цепи необходимо выполнение следующих условий:
- наличие свободных заряженных частиц (носителей тока);
- наличие электрического поля, силы которого, действуя на заряженные частицы, заставляют их двигаться упорядоченно;
- наличие источника тока, внутри которого сторонние силы перемещают свободные заряды против электростатических (кулоновских) сил.
Количественными характеристиками электрического тока являются сила тока I и плотность тока j.
- Сила тока — скалярная физическая величина, равная отношением заряда Δq, проходящего через поперечное сечение проводника за некоторый промежуток времени Δt, к этому промежутку:
\(~I= \dfrac{\Delta q}{\Delta t}.\)
Единицей силы тока в СИ является ампер (А).
Если сила тока и его направление со временем не изменяются, то ток называется постоянным.
- Плотность тока j — это векторная физическая величина, модуль которой равен отношению силы тока I в проводнике к площади S поперечного сечения проводника:
$$~j = \frac {I}{S}.$$
В СИ единицей плотности тока является ампер на квадратный метр (А/м2).
*Зависимость силы тока от скорости зарядов
Рассмотрим, как зависит сила тока от скорости упорядоченного движения свободных зарядов.
Выделим участок проводника площадью сечения S и длиной Δl (рис. 1). Заряд каждой частицы q0. В объеме проводника, ограниченном сечениями 1 и 2, содержится n∙S∙Δl частиц, где n — концентрация частиц. Их общий заряд \(~\Delta q = q_0 \cdot n \cdot S \cdot \Delta l\).
Рис. 1
Если средняя скорость упорядоченного движения свободных зарядов \(~\left\langle \upsilon \right\rangle\), то за промежуток времени \(~\Delta t = \dfrac{\Delta l}{\left\langle \upsilon \right\rangle}\) все частицы, заключенные в рассматриваемом объеме, пройдут через сечение 2. Поэтому сила тока:
\(~I = \dfrac{\Delta q}{\Delta t} = \dfrac{q_0 \cdot n \cdot \left\langle \upsilon \right\rangle \cdot S \cdot \Delta l}{\Delta l} = q_0 \cdot n \cdot \left\langle \upsilon \right\rangle \cdot S . \qquad (1)\)
Таким образом, сила тока в проводнике зависит от заряда, переносимого одной частицей, их концентрации, средней скорости направленного движения частиц и площади поперечного сечения проводника.
Заметим, что в металлах модуль вектора средней скорости упорядоченного движения электронов \(~\left\langle \upsilon \right\rangle\) при максимально допустимых значениях силы тока ~ 10-4 м/с, в то время как средняя скорость их теплового движения ~ 106 м/с.
Как следует из формулы (1), плотность тока \(~\vec j = q_0 \cdot n \cdot \left\langle \vec \upsilon \right\rangle\).
- Направление вектора плотности тока \(~\vec j\) совпадает с направлением вектора скорости упорядоченного движения \(~\left\langle \vec \upsilon \right\rangle\) положительно заряженных частиц. Плотность постоянного тока постоянна по всему поперечному сечению проводника.
Источник тока
Для поддержания в цепи электрического тока необходимо, чтобы на концах ее (рис. 2) существовала постоянная разность потенциалов φ1 – φ2. Пусть в начальный момент времени φ1 > φ2, тогда перенос положительного заряда q от клеммы источника «+» к клемме «–» приведет к уменьшению разности потенциалов между ними .
Для сохранения постоянной разности потенциалов необходимо перенести точно такой же заряд от клеммы «–» к клемме «+». Если в направлении от «+» к «–» положительные заряды движутся под действием сил кулоновских сил Fk, то в направлении от «–» к «+» перемещение зарядов происходит против направления действия кулоновских сил, т.е.
под действием другой силы Fст, которая называется сторонней силой.
- Сторонние силы — это любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением электростатических (кулоновских) сил.
Сторонние силы возникают в источнике тока.
- Источник тока — это устройство, способное поддерживать разность потенциалов между концами электрической цепи и обеспечивать упорядоченное движение электрических зарядов во внешней цепи.
Источники электрического тока могут быть различны по своей конструкции, но в любом из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Разделение зарядов происходит под действием сторонних сил. Перечислим наиболее распространенные источники тока:
- гальванические элементы (батарейки) (рис. 3, а) и аккумуляторы — сторонние силы используют энергию химических реакций;
- генераторы (динамо-машины) — сторонние силы используют механическую энергию падающей воды, ветра, пара и т.п.;
- фотоэлементы (солнечные батареи) (рис. 3, б) — сторонние силы используют энергию электромагнитных излучений (света).
Источник: https://aspenergo.ru/kakova-skorost-elektricheskogo-toka/