Теория:
1. Постоянный электрический ток
Постоянный ток — это электрический ток, не изменяющийся по направлению и силе во времени.
Сила тока \(I\) определяется отношением заряда \(q\), прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени \(t\):
\(I = \frac{q}{t}\).
Для участка цепи справедлив закон Ома: сила тока прямо пропорциональна напряжению \(U\) и обратно пропорциональна сопротивлению \(R\):
\(I = \frac{U}{R}\).
Любой источник тока обладает электродвижущей силой (ЭДС) \(\varepsilon\) и внутренним сопротивлением \(r\). ЭДС численно равна работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда внутри источника:
\(\varepsilon = \frac{A_{ст}}{q}\).
В замкнутой цепи сила тока определяется законом Ома для полной цепи:
\(I = \frac{\varepsilon}{R + r}\),
где \(R\) — сопротивление внешней цепи.
Обрати внимание!
Если внешнее сопротивление становится близким к нулю, наступает короткое замыкание — сила тока резко возрастает, что может привести к аварийному режиму.
При смешанном соединении проводников в цепи одновременно присутствуют последовательные и параллельные участки. Расчёт общего сопротивления в таких цепях выполняют поэтапно, упрощая схему.
Тепловое действие тока описывает закон Джоуля—Ленца. Количество теплоты \(Q\), выделяющейся в проводнике с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени:
\(Q = I^{2} R t\).
2. Электрический ток в различных средах
Металлы. Носителями заряда в металлах выступают свободные электроны. С повышением температуры сопротивление металлов увеличивается из-за усиления колебаний кристаллической решётки. Зависимость удельного сопротивления от температуры выражается формулой:
\(\rho(t) = \rho_{0}(1 + \alpha t)\),
где \(\alpha\) — температурный коэффициент сопротивления;
\(\rho_0\) — удельное сопротивление при температуре \(t=0^oC\);
\(t\) — температура в градусах Цельсия.
При низких температурах у некоторых материалов наблюдается сверхпроводимость — сопротивление падает до нуля.
Вакуум. В вакууме нет свободных носителей заряда, поэтому ток возникает только при наличии источника электронов.
Термоэлектронная эмиссия — испускание электронов нагретым металлом.
Электроны, ускоренные электрическим полем, образуют электронные пучки, которые способны нагревать вещество, вызывать рентгеновское излучение и заставлять светиться люминофоры.
Полупроводники. По проводимости они занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Собственная проводимость обусловлена движением электронов и дырок, которые возникают при разрыве ковалентных связей. Примесная проводимость создаётся добавлением донорных (электронная проводимость) или акцепторных (дырочная проводимость) примесей. На границе областей с разными типами проводимости образуется p–n-переход, обладающий односторонней проводимостью. Это свойство лежит в основе работы полупроводниковых диодов, транзисторов и других приборов.
Электролиты. В растворах и расплавах солей, кислот и щелочей ток переносится ионами. Процесс распада молекул на ионы называется электролитической диссоциацией: положительные ионы (катионы) движутся к катоду, отрицательные (анионы) — к аноду.
Электролиз — выделение веществ на электродах при прохождении тока.
Это явление используют в гальванотехнике для нанесения металлических покрытий.
Газы. В обычных условиях газы не проводят ток. Для возникновения проводимости необходима ионизация — воздействие нагрева, излучения или сильного электрического поля. Несамостоятельный разряд существует только при действии внешнего ионизатора. Самостоятельный разряд поддерживается за счёт ионизации электронным ударом. Пример самостоятельного разряда — молния, в которой ток может достигать десятков и сотен килоампер. Сильно ионизированный газ называют плазмой; она содержит свободные электроны и ионы и широко встречается в природе (звёзды, молнии) и в технике (газоразрядные лампы, плазменные панели).
3. Технические устройства и применение
Для измерения силы тока используют амперметр, для измерения напряжения — вольтметр. Реостат (переменный резистор) позволяет регулировать силу тока и напряжение в цепи. Источники тока преобразуют различные виды энергии в электрическую (химическую, механическую, световую и др.).
Мультиметр — прибор для измерения параметров электрической цепи, совмещающий функции вольтметра, амперметра и омметра.
Рис.\(1\). Мультиметр
Электронагревательные приборы (плитки, утюги) и электроосветительные приборы (лампы, светодиоды) основаны на преобразовании электрической энергии в тепловую и световую. Термометр сопротивления (термистор) измеряет температуру по изменению сопротивления проводника или полупроводника. Фоторезистор изменяет своё сопротивление под действием света.
Рис. \(2\). Светодиоды
Вакуумный диод — двухэлектродная лампа, пропускающая ток только в одном направлении благодаря термоэлектронной эмиссии. Полупроводниковый диод выполняет ту же функцию, но основан на свойствах p–n-перехода. Гальваника — электрохимический процесс нанесения тонких металлических покрытий на изделия, защищающий их от коррозии и придающий декоративный вид.
Рис. \(3\). Гальваника
Источники:
Рис.1. Мультиметр. Лицензия Shutterstock. Дата обращения: 7.04.2026.
Рис. 2. Светодиоды. Лицензия Shutterstock. Дата обращения: 7.04.2026.
Рис. 3. Гальваника. Лицензия Shutterstock. Дата обращения: 7.04.2026.