Какой в аккумуляторе ток: Сколько ампер в аккумуляторе автомобиля на 12 вольт

Почему габариты АКБ одинаковые, а характеристики разные?

Почему аккумуляторы имеют разную емкость и пусковые токи при одинаковых габаритах?

Автомобильный аккумулятор – важнейший компонент электрооборудования, служащий источником тока. Он необходим для запуска мотора и обеспечивает питание потребителей при отключенном двигателе. При выборе АКБ нужно ориентироваться не только на рейтинг автомобильных аккумуляторов, но и на ключевые характеристики оборудования – емкость, пусковой ток и габариты.

Факторы, влияющие на величину емкости и пускового тока

За последнее столетие устройство автомобильного аккумулятора претерпело существенные изменения. Современные АКБ для легковых машин, как правило, имеют 6 последовательно соединенных отсеков с электродами, залитых электролитом. Каждый из блоков вырабатывает около 2,1 Вольт, а вместе они обеспечивают напряжение 12,7 B – достаточно, чтобы запустить мотор. Но данный параметр примерно одинаков у всех АКБ независимо от емкости.

При этом емкость у разных моделей АКБ может существенно отличаться даже при идентичных  размерах. Но именно от нее зависит, какую силу тока на протяжении часа сможет отдавать батарея до полной разрядки.

Чтобы автомобиль быстрее заводился в холодных климатических условиях, необходим высокий пусковой ток, поскольку масло в мороз становится густым. Пусковой ток аккумулятора (другое название – ток холодной прокрутки) влияет на частоту вращения двигателя и во многом зависит от количества свинцовых пластин в батарее и технологии их изготовления. Т.е. чем больше площадь положительных и отрицательных электродов, тем выше будет значение данного параметра. Также на этот показатель влияет электролитический состав. Почти все заводы аккумуляторов стараются при сохранении стандартных габаритов увеличить емкость и пусковой ток в своей продукции.

Производители увеличивают емкость и пусковой ток следующими способами:

• применяют свинец, прошедший предварительную очистку;
• повышают количество пластин за счет уменьшения их толщины в сочетании с инновационными решениями, позволяющими не снижать надежность и срок службы АКБ;
• увеличивают объем залитого электролита или совершенствуют его состав;
• за счет прогрессивных технологий повышают пористость положительных электродов для увеличения накопления заряда;
• отказываются от обслуживаемых авто аккумуляторов в пользу необслуживаемых, так как при герметичном корпусе электролит не испаряется, что способствует поддержанию уровня заряда.

В данной статье рассматриваются только АКБ с жидким электролитом, но сегодня также выпускаются батареи с нежидким электролитом по технологиям AGM и EFB.

Технологии изготовления электродов

Ключевым элементом батарей являются электроды, обладающие решетчатой структурой. Они производятся из сплавов на основе свинца, при этом в «кальциевых» АКБ дополнительным элементом выступает кальций, гарантирующий повышенную устойчивость к закипанию.

Несмотря на схожую структуру, «+» и «-» пластины изготавливаются по разным технологиям. При изготовлении отрицательных электродов используется просечно-растяжная технология ExMet (Expanded Metal Technology), подразумевающая просечку листа металла с последующей вытяжкой. Это не самая совершенная методика, но сегодня применяют именно ее, поскольку «-» пластины не подвергаются существенным нагрузкам, а потому им не нужно обеспечивать высокую электропроводимость и быть столь же прочными, как «+» электродам.

При этом для положительных электродов существует множество технологических решений, позволяющих гарантировать минимальное линейное расширение в сочетании с высокой жесткостью. Именно от качества этой разновидности пластин напрямую зависит долговечность, технические характеристики и стабильность работы АКБ. Некоторые производители сегодня по-прежнему производят их литьем или по экспандерной технологии, но у этих устаревших способов имеется множество недостатков: внутренние и внешние дефекты или острые края, способные повредить сепаратор и вызвать короткое замыкание.

В настоящий момент самой прогрессивной методикой считается штамповка и одна из ее наиболее известных модификаций – PowerFrame. Она заключается в следующем: из металлической ленты штампом вырубается решетка нужных очертаний и габаритов. Этот способ имеет достоинства перед литьевой и экспандерной технологии, но без их недостатков, и в отличие от них позволяет использовать комплексные сплавы с любыми легирующими добавками, повышающими механическую прочность и электропроводность (кальций, серебро, медь и пр. ). Также при этом достигается повышенная адгезия со свинцовым покрытием (активной массой).

Сравнение аккумуляторов Bosch и Exide

Рассмотрим две популярные модели кальциевых батарей – Bosch S4 Silver 005 и Exide Premium EA640.

«Бош» S4005 производится по методике PowerFrame и предназначен для легковых машин с низким и средним количеством электрооборудования. При этом Exide ЕА 640 разрабатывался для современных авто с мощными двигателями и высоким уровнем оснащенности салона электроникой, и подходит для использования в экстремальных погодных условиях.

Как видим, помимо веса, батареи отличаются друг от друга только двумя параметрами, причем значение каждого из них у «Иксайд» выше. На это могло повлиять использование компанией собственной запатентованной технологии под названием Carbon Boost, суть которой состоит в применении особых углеродных добавок при производстве электродов. Именно это обеспечило резерв большей емкости и более высокий пусковой ток. Кроме того, разработчики «Иксайд» добились улучшенного сцепления свинцовой пасты с металлической решеткой, что повысило не только заряд, но и сопротивляемость разряду.

Аккумуляторная батарея и генератор

Аккумуляторная батарея включает в себя шесть свинцово-кислотных аккумуляторов. Она представляет собой химический источник постоянного тока и предназначена для питания электрическим током приборов электрооборудования при неработающем двигателе, при работе двигателя на малой частоте вращения коленчатого вала, а также при пуске двигателя стартером.

Аккумуляторная батарея имеет кислотостойкий корпус, который разделен на шесть отсеков. Каждый отсек аккумуляторной батареи представляет собой отдельный аккумулятор. Сверху батарея закрыта общей крышкой, которая приварена при помощи ультразвуковой сварки. В крышке имеются отверстия, через которые осуществляется заливка электролита в каждый аккумулятор. Кроме этого через отверстия проходят полюсные выводы батареи.
Аккумулятор включает в себя два полублока чередующихся пластин (положительных и отрицательных). Пластины одинаковой полярности привариваются к бортам, которые служат для крепления пластин и вывода электрического тока. Решетки пластин отливают из сплава свинца с добавлением кальция и сурьмы, в результате этого замедляется процесс саморазряда аккумулятора. Кроме этого в решетку пластин впрессовывают активную массу. Активная масса приготавливается на водном растворе серной кислоты и окислов свинца (для положительных пластин) И свинцового порошка (для отрицательных). Это позволяет увеличить емкость аккумулятора.

Одноименные пластины соединяются в полублоки, которые заканчиваются выводными штырями. Полублоки собираются таким образом, что положительные пластины располагаются между отрицательными, поэтому отрицательных пластин на одну больше. Такое расположение позволяет лучше использовать двухстороннюю активную массу крайних положительных пластин, а также исключает их коробление и разрушение.
Положительные пластины аккумулятора помещаются в сепараторы. Сепараторы представляют собой конверты, которые изготовлены из тонкого пластикового микропористого материала. Благодаря конвертам исключается возможность замыкания положительных пластин отрицательными. Кроме этого из-за малой толщины и большой пористости сепараторов не создается помех прохождению электролита, снижается внутреннее сопротивление и получается зарядный ток большей силы.

В каждом аккумуляторе снизу заливных отверстий находятся трубчатые индикаторы, которые показывают уровень электролита. Если уровень электролита соответствует норме, то его поверхность образует эллипс, который можно четко увидеть через наливное отверстие. Кроме этого на корпусе аккумулятора могут быть отметки min и шах, которые показывают максимальный и минимальный уровни электролита.
Полублоки пластин соединяются между собой при помощи межэлементных соединений, которые проходят через пластмассовые перегородки. Межэлементные соединители соединяют пластины с положительными и отрицательными выводами аккумуляторной батареи.
Выводы многих аккумуляторных батарей имеют конусную форму. Такая форма обеспечивает сохранение надежного контакта с клеммами проводов при износе их в процессе эксплуатации. Причем диаметр отрицательного вывода меньше диаметра положительного. Это исключает возможность нарушения полярности при установке аккумуляторной батареи на автомобиль.
Сверху отверстия для заливки электролита закрываются пробками, которые имеют вентиляционные отверстия для выхода газов, образующихся в процессе работы батареи. Электролит представляет собой раствор серной кислоты с дистиллированной водой.

Генератор

Генератор предназначен для питания током всех потребителей электрооборудования, а также для заряда аккумуляторной батареи при средних и высоких оборотах двигателя.

На автомобилях устанавливают трехфазные генераторы переменного тока с выпрямителями на основе кремниевых диодов.
На стальном статоре генератора располагаются три катушки под углом в 120°. Концы катушек соединяются звездой (когда одни концы обмоток соединяются в одной точке, а другие выводятся в общую цепь потребителей). Катушка и включенный в нее потребитель образуют фазу. Внутри статора вращается ротор. Во время вращения ротора к катушкам каждые 120° попеременно подходят северный и южный полюса. При этом обмотки катушек статора пересекают силовые магнитные линии, в результате этого в них индуцируется переменная по своему направлению ЭДС. ЭДС создает переменный ток в цепи каждой фазы. При этом ток, который индуцируется в одной из фаз, обязательно проходит в цепи двух других фаз. За один оборот ротора через равные промежутки времени в цепи каждой фазы меняется направление тока.
Переменный ток не может использоваться для зарядки аккумуляторной батареи, поэтому в генераторе устанавливается блок выпрямителей. Блок выпрямителей включает в себя шесть кремниевых диодов, которые преобразуют переменный ток в постоянный. Кремниевые диоды имеют достаточно большой срок службы, пропускают малый обратный ток, а также достаточно надежно работают при температуре от -60 до + 125 С. Кроме этого диоды имеют малые габариты и массу, что позволяет их устанавливать в крышку генератора автомобиля.

Генератор включает в себя:
1) статор;
2) ротор;
3) щетки;
4) выпрямительный блок;
5) электронный регулятор напряжения;
6) проводниковый шкив;
7) конденсатор.

Конструкция статора включает в себя сердечник и катушки обмотки. Сердечник изготовляют из отдельных пластин, изолированных лаком. Сердечник статора выполнен в виде кольца. На внутренней поверхности сердечника имеются зубья, на которые надеваются катушки. Катушки образуют обмотку статора, разделенную на три фазы. Одни концы фаз соединены между собой в одной точке, которая называется нулевой. Другие концы фаз выводятся непосредственно в цепь.

Ротор генератора включает в себя вал и шесть пар магнитных полюсных наконечников. На валу напрессована втулка с обмоткой возбуждения. Магнитные наконечники под действием обмотки возбуждения создают магнитное поле. Кроме этого на валу ротора есть Два контактных кольца. Через контактные кольца в обмотку возбуждения подается электрический ток. Ло контактным кольцам скользят графитовые щетки, которые соединены с регулятором напряжения. Вращение ротора происходит в шариковых подшипниках, которые установлены в передней и задней крышках. Подшипники не требуют смазки, так как они заполнены специальной смазкой, которая рассчитана на весь срок службы генератора.

Выпрямительный блок состоит из двух алюминиевых пластинок с запрессованными в них шестью диодами. Диоды выпрямительного блока пропускают электрический ток только в одном направлении, создавая тем самым постоянный ток. Кроме этого На пластине выпрямительного блока есть дополнительные три диода. Напряжение, снимаемое с дополнительных диодов, идет на питание постоянным током обмотки ротора.

Электронный регулятор напряжения представляет собой неразборный и нерегулируемый узел. В паз регулятора напряжения вставляется щеточный узел, который представляет собой пластмассовый щеткодержатель с двумя щетками.
Приводной шкив с вентилятором устанавливается на переднем конце вала ротора.
Вентилятор предназначен для охлаждения статора, ротора и выпрямительного блока. Охлаждающий воздух засасывается через отверстия в задней крышке, циркулирует внутри генератора и затем выходит наружу через отверстия в передней крышке.
Конденсатор устанавливается в генераторе для подавления радиопомех и для защиты электронного оборудования от импульсов напряжения в системе зажигания.

При включении зажигания на обмотку генератора поступает ток от аккумуляторной батареи. Ток, протекающий по обмотке возбуждения, создает вокруг полюсов ротора электромагнитное поле. После пуска двигателя ротор генератора начинает вращаться и под каждым зубцом статора проходит то южный, то северный полюс ротора, в результате этого магнитный поток, проходящий через зубцы статора, меняет свое «направление. Переменный магнитный поток пересекает витки обмотки статора, в результате этого в ней индуцируется ЭДС.

Переменный электрический ток, который индуцируется в обмотке статора, выпрямляется выпрямительным блоком. После этого постоянный ток подается для питания потребителей. Кроме этого с выводов дополнительных диодов подается напряжение для питания обмотки возбуждения ротора.
При увеличении частоты вращения ротора происходит увеличение выходного напряжения генератора. Если напряжение начинает превышать 13,7-14,5 В, регулятор напряжения прекращает подачу тока в обмотку возбуждения. После этого происходит падение напряжения генератора, регулятор снова начинает подавать ток в обмотку, и весь процесс повторяется. Благодаря высокой частоте протекания этого процесса напряжение генератора остается практически постоянным в пределах от 13,7 до 14,5 В. Размыкание и замыкание цепи питания электрооборудования происходит за счет открытия и закрытия выходного транзистора в регуляторе напряжения. Открытие и закрытие транзистора происходит под действием управляющего напряжения на выводе регулятора напряжения. Более точный контроль напряжения в цепи электрооборудования может осуществляться при помощи вольтметра, который установлен на щитке приборов.

Крепление генератора к двигателю автомобиля в большинстве случаев осуществляется при помощи болтов, вставляемых в отверстие приливов крышек со втулками. С верхней стороны генератор крепится к двигателю через натяжную планку, которая обеспечивает перемещение генератора при регулировке натяжения или при замене приводного ремня.

Аккумуляторы: все параметры важны, все параметры нужны?

Чем холоднее в вашем регионе, тем большую ёмкость аккумулятора следует выбирать. Более внимательно рассмотрим ток холодного пуска — что это за параметр аккумулятора и почему он так важен.

Наиболее  важными  показателями качества аккумуляторной  батареи  являются:  ёмкость,  напряжение,  габариты,  вес,  допустимая  глубина  разряда,  срок  службы,  диапазон  рабочих  температур, допустимый ток заряда  и  разряда.

Также,  необходимо  учитывать, что все характеристики  производитель  даёт  при  определенной  температуре  —  это  обычно  20–25°С.  При  использовании  батареи в разных климатических и  технических  условиях,  на  разных  автомобилях и режимах эксплуатации, характеристики аккумулятора  имеют принципиальное значение и  должны  обязательно  приниматься  во внимание.

Что такое «ток холодного пуска»?

Ток  холодного  пуска  —  это  гарантируемый  производителем  аккумулятора  максимальный  ток,  который  охлажденная  до  –18°С  новая  исправная  батарея  способна  отдать стартеру.  Эта величина всегда присутствует в характеристиках  любой батареи и на неё надо ориентироваться при покупке. В  подавляющем  большинстве  случаев  используется  европейский  стандарт  измерения  величины холодного пуска батарей — EN. Надпись типа «500 А (EN)» — это  то, на что стоит обязательно обратить внимание.

Сколько ЕN нужно автомобилю?

500 ампер, 550, 600 и т.п. — это  ток,  который  может  отдать  аккумулятор. Ключевые слова — может  отдать. Но реально батарея отдаёт  столько,  сколько  берёт  стартер.  А вот сколько он берёт? Стартеры большинства бензиновых легковых автомобилей потребляют  даже  в  мороз  гораздо  меньший  ток  —  не  более  300  ампер,  а чаще всего — до 200–250. А аккумуляторы  этих  автомобилей  способны  отдать  500–600  ампер.

У  дизельных  и  многолитровых  бензиновых  моторов  всё  пропорционально: выше и потребляемый  стартерами  ток,  и  ток  холодного  пуска  батарей.  Так  зачем  аккумуляторам  способность  выдавать  пусковые  токи  с  таким  большим  запасом? Объясняем.   Во­первых,  минус  18  градусов,  при  которых  замеряется  ток  холодного  пуска  АКБ — это далеко не предел холода.  А  холод  снижает  токоотдачу  аккумулятора.

Если  в  минус  18  батарея  выдаст  500  ампер,  то  в  минус 25 — условные 400. В этой  ситуации скажется и неоптимальный  уровень  заряженности  батареи  (что,  как  правило,  касается  всех  «городских»  автомобилей),  а  также  общий  уровень  износа  аккумулятора. В результате батарея  оказывается  способна  дать  стартеру  лишь  немного  больше  того, что ему требуется. Поэтому  «запас ампер» необходим.

Там, где мороз — явление обычное,  максимальный  пусковой  ток  важнее ёмкости. В мороз нам ценнее  умение  батареи  сделать  одну  (максимум  пару)  попыток  отдать  стартеру большой ток, а не возможность  пять­десять  раз  выдавать  в  полтора раза меньший.

Берём с запасом

Главное  ограничение  по  батареям  в  большинстве  современных  автомобилей  —  фиксированные  размеры  аккумуляторного  отсека  под  капотом.   Если  при  выборе  новой батареи у вас есть выбор из  нескольких  моделей  нужного  размера, но с разным током холодной  прокрутки,  предпочтение  отдайте  той, у которой максимальный ток  выше.

Посмотрим  на  любую  батарею  популярного  типоразмера.  Например,  242x175x190  мм.  Среди  АКБ  с  распространённой  ёмкостью  60  ампер­часов  разброс  по  току  холодной  прокрутки  —  от 500 до 600 ампер. Разница всего,  казалось  бы,  в  100  ампер,  но  это  близко к потреблению стартера на  многих моторах объёмом до полутора литров в летнее время.

Каков токовый максимум?

Если  говорить  о  классических  свинцово­кислотных  батареях  для массовых легковых автомобилей  (без  удорожающих  технологий  AFB  и  AGM),  то  максимальный  ток  холодного  пуска,  встречающийся  среди  подавляющего  большинства  батарей  ёмкостью  55  ампер­часов,  —  560  ампер.  Максимум для батарей 60 амперчасов  —  640  ампер.  В  категории  65­амперных  батарей  (предел  для  АКБ­отсеков  большинства  легковых  машин  и  кроссоверов),  пока  технологический  потолок  —  650–660  ампер.

Это  отличный  показатель:  на  5–10%  выше  он  только  у  AFB  и  AGM­батарей  в  тех  же  размерах  и  с  аналогичной  ёмкостью, которые обычно заметно дороже. Характерный  представитель  батарей  высшей  категории  мощности  —  южнокорейская  линейка  аккумуляторов  DELKOR  от  одного  из  мировых  аккумуляторных  лидеров,  компании Delkor  Corporation.  К  примеру, модель DELKOR Euro 65.0 L2  при  стандартных  габаритах  242x175x190  мм  имеет  максимальный  в  классе  пусковой  ток  650 ампер и одновременно обладает  ёмкостью  в  65  ампер­часов.

Плюс честная гарантия три года. Компания  DELKOR,  выпускающая аккумуляторы DELKOR, основана  в  1985  г.  фирмами  General  Motors и Daewoo. Сегодня она входит  в  состав  Clarios  —  одного  из  крупнейших аккумуляторных концернов в мире, и поставляет батареи  на  конвейеры  Toyota,  Honda,  Nissan, Hyundai и Kia.

Москва +7 (499) 110-70-15

Новосибирск +7 (383) 383 25-7

Электрический ток | Безграничная физика

Аккумулятор

Аккумулятор — это устройство, преобразующее химическую энергию непосредственно в электрическую.

Цели обучения

Опишите функции и определите основные компоненты батареи

Основные выводы

Ключевые моменты

• Аккумулятор накапливает электрический потенциал в результате химической реакции. Когда он подключен к цепи, этот электрический потенциал преобразуется в кинетическую энергию по мере прохождения электронов по цепи.
• Напряжение или разность потенциалов между двумя точками определяется как изменение потенциальной энергии заряда q, перемещенного из точки 1 в точку 2, деленное на заряд.
• Напряжение батареи является синонимом ее электродвижущей силы или ЭДС. Эта сила отвечает за прохождение заряда через цепь, известную как электрический ток.

Ключевые термины

• аккумулятор : Устройство, вырабатывающее электричество в результате химической реакции между двумя веществами.
• ток : временная скорость протекания электрического заряда.
• напряжение : величина электростатического потенциала между двумя точками в пространстве.

Символ батареи на принципиальной схеме : Это символ батареи на принципиальной схеме. Он возник как схематический рисунок батареи самого раннего типа — гальванической батареи. Обратите внимание на положительный катод и отрицательный анод. Эта ориентация важна при рисовании принципиальных схем, чтобы изобразить правильный поток электронов.

Аккумулятор — это устройство, преобразующее химическую энергию непосредственно в электрическую. Он состоит из ряда гальванических элементов, последовательно соединенных проводящим электролитом, содержащим анионы и катионы. Одна полуячейка включает электролит и анод или отрицательный электрод; другая полуячейка включает электролит и катод или положительный электрод. В окислительно-восстановительной реакции, которая приводит в действие аккумулятор, катионы восстанавливаются (добавляются электроны) на катоде, а анионы окисляются (электроны удаляются) на аноде. Электроды не касаются друг друга, но электрически связаны электролитом. В некоторых элементах используются два полуэлемента с разными электролитами. Разделитель между полуячейками позволяет ионам течь, но предотвращает смешивание электролитов.

Каждая полуячейка имеет электродвижущую силу (или ЭДС), определяемую ее способностью передавать электрический ток изнутри во внешнюю часть ячейки. Чистая ЭДС клетки — это разница между ЭДС ее полуэлементов или разность восстановительных потенциалов полуреакций.

Электрическая движущая сила на выводах элемента называется напряжением на выводах (разностью) и измеряется в вольтах. Когда батарея подключена к цепи, электроны от анода проходят через цепь к катоду по прямой цепи. Напряжение батареи является синонимом ее электродвижущей силы или ЭДС. Эта сила отвечает за прохождение заряда через цепь, известную как электрический ток.

Аккумулятор накапливает электрический потенциал в результате химической реакции.Когда он подключен к цепи, этот электрический потенциал преобразуется в кинетическую энергию по мере прохождения электронов по цепи. Электрический потенциал определяется как потенциальная энергия на единицу заряда ( q ). Напряжение или разность потенциалов между двумя точками определяется как изменение потенциальной энергии заряда q , перемещенного из точки 1 в точку 2, деленное на заряд. В перестроенном виде это математическое соотношение можно описать как:

[латекс] \ Delta \ text {PE} = \ text {q} \ Delta \ text {V} [/ latex]

Напряжение — это не то же самое, что энергия.Напряжение — это энергия на единицу заряда. Таким образом, аккумулятор мотоцикла и автомобильный аккумулятор могут иметь одинаковое напряжение (точнее, одинаковую разность потенциалов между клеммами аккумулятора), но при этом один хранит гораздо больше энергии, чем другой. Автомобильный аккумулятор может заряжать больше, чем аккумулятор мотоцикла, хотя оба аккумулятора 12 В.

Идеальные и настоящие батареи : Краткое введение в идеальные и настоящие батареи для студентов, изучающих электрические схемы.

Измерения тока и напряжения в цепях

Электрический ток прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален сопротивлению в цепи.

Цели обучения

Опишите взаимосвязь между электрическим током, напряжением и сопротивлением в цепи

Основные выводы

Ключевые моменты

• Простая схема состоит из источника напряжения и резистора.
Закон
• Ома дает соотношение между током I , напряжением В и сопротивлением R в простой схеме: I = В / R .
• Единицей измерения скорости электрического заряда в системе СИ является ампер, который равен заряду, протекающему через некоторую поверхность со скоростью один кулон в секунду.

Ключевые термины

• электрический ток : движение заряда по цепи
• Ом : в Международной системе единиц производная единица электрического сопротивления; электрическое сопротивление устройства, на котором разность потенциалов в один вольт вызывает ток в один ампер; символ: Ω
• ампер : единица электрического тока; стандартная базовая единица Международной системы единиц. Аббревиатура: amp. Символ: A.

Чтобы понять, как измерять ток и напряжение в цепи, вы также должны иметь общее представление о том, как работает схема и как связаны ее электрические измерения.

Что такое напряжение? : Это видео помогает получить концептуальное представление о напряжении.

Электрическая цепь — это тип сети с замкнутым контуром, который обеспечивает обратный путь для тока. Простая схема состоит из источника напряжения и резистора и схематически может быть представлена ​​как на рис.

Простая схема : Простая электрическая цепь, состоящая из источника напряжения и резистора

Согласно закону Ома, электрический ток I , или движение заряда, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению В . Электрическое свойство, препятствующее току (примерно такое же, как трение и сопротивление воздуха), называется сопротивлением R . Столкновения движущихся зарядов с атомами и молекулами вещества передают энергию веществу и ограничивают ток.Сопротивление обратно пропорционально току. Следовательно, закон Ома можно записать следующим образом:

[латекс] \ text {I} = \ text {V} / \ text {R} [/ latex]

, где I — ток через проводник в амперах, В, — разность потенциалов, измеренная на проводнике в вольтах, а R — сопротивление проводника в омах (Ом). Более конкретно, закон Ома гласит, что R в этом отношении является постоянным, не зависящим от тока.Используя это уравнение, мы можем рассчитать ток, напряжение или сопротивление в данной цепи.

Например, если у нас есть батарея на 1,5 В, которая была подключена по замкнутой цепи к лампочке с сопротивлением 5 Ом, какой ток течет по цепи? Чтобы решить эту проблему, мы просто подставим указанные значения в закон Ома: I = 1,5 В / 5 Ом; I = 0,3 ампера. Зная ток и сопротивление, мы можем изменить уравнение закона Ома и найти напряжение В :

[латекс] \ text {V} = \ text {IR} [/ latex]

Вид под микроскопом: скорость дрейфа

Скорость дрейфа — это средняя скорость, которую достигает частица под действием электрического поля.

Цели обучения

Свяжите скорость дрейфа со скоростью свободных зарядов в проводниках

Основные выводы

Ключевые моменты

• В проводниках есть электрическое поле, которое заставляет электроны дрейфовать в направлении, противоположном полю. Скорость дрейфа — это средняя скорость этих свободных зарядов.
• Выражение для связи между током и скоростью дрейфа можно получить, рассмотрев количество свободных зарядов в отрезке провода.
• I = qnAv связывает скорость дрейфа с током, где I — ток через провод с площадью поперечного сечения A , сделанный из материала с плотностью свободного заряда n . Каждый носитель тока имеет заряд q и движется со скоростью дрейфа величиной v .

Ключевые термины

• скорость дрейфа : средняя скорость свободных зарядов в проводнике.

Скорость дрейфа

Известно, что электрические сигналы движутся очень быстро.Телефонные разговоры по проводам проходят на большие расстояния без заметных задержек. Свет загорается при нажатии переключателя. Большинство электрических сигналов, переносимых токами, передаются со скоростью порядка 10 ⁸ м / с, что составляет значительную часть скорости света. Интересно, что отдельные заряды, составляющие ток, в среднем движутся намного медленнее, обычно дрейфуя со скоростью порядка 10 ^-4 м / с.

Высокая скорость электрических сигналов является результатом того факта, что сила между зарядами быстро действует на расстоянии.Таким образом, когда свободный заряд вводится в провод, входящий заряд выталкивает другие заряды впереди себя, которые, в свою очередь, подталкивают заряды дальше по линии. Возникающая в результате электрическая ударная волна движется по системе почти со скоростью света. Если быть точным, этот быстро движущийся сигнал или ударная волна представляет собой быстро распространяющееся изменение электрического поля.

Электроны, движущиеся через проводник : Когда заряженные частицы выталкиваются в этот объем проводника, такое же количество быстро вынуждено покинуть его.Отталкивание между одноименными зарядами затрудняет увеличение количества зарядов в объеме. Таким образом, как только один заряд входит, другой почти сразу уходит, быстро передавая сигнал вперед.

Скорость дрейфа

Хорошие проводники имеют большое количество бесплатных зарядов. В металлах свободными зарядами являются свободные электроны. Расстояние, на которое может перемещаться отдельный электрон между столкновениями с атомами или другими электронами, довольно мало. Таким образом, пути электронов кажутся почти случайными, как движение атомов в газе. Однако в проводнике есть электрическое поле, которое заставляет электроны дрейфовать в указанном направлении (противоположном полю, поскольку они отрицательны). Скорость дрейфа v _d — это средняя скорость свободных зарядов после приложения поля. Скорость дрейфа довольно мала, так как свободных зарядов очень много. Имея оценку плотности свободных электронов в проводнике (количество электронов в единице объема), можно вычислить скорость дрейфа для заданного тока.Чем больше плотность, тем ниже скорость, необходимая для данного тока.

Скорость дрейфа : Свободные электроны, движущиеся в проводнике, совершают множество столкновений с другими электронами и атомами. Показан путь одного электрона. Средняя скорость свободных зарядов называется дрейфовой скоростью и направлена ​​в направлении, противоположном электрическому полю электронов. Столкновения обычно передают энергию проводнику, требуя постоянной подачи энергии для поддержания постоянного тока.

Можно получить выражение для связи между током и скоростью дрейфа, учитывая количество свободных зарядов в отрезке провода. Количество бесплатных зарядов на единицу объема обозначается символом n и зависит от материала. Ax — это объем сегмента, поэтому количество бесплатных зарядов в нем составляет nAx . Заряд ΔQ в этом сегменте, таким образом, равен qnAx , где q — это сумма заряда на каждом носителе.(Напомним, что для электронов q составляет 1,60 × 10−19C.) Ток — это заряд, перемещаемый за единицу времени. Таким образом, если все первоначальные заряды покидают этот сегмент за время t, ток равен:

[латекс] \ text {I} = \ Delta \ text {Q} / \ Delta \ text {t} = \ text {qnAx} / \ Delta \ text {t} [/ latex]

Примечательно, что x / Δt — это величина скорости дрейфа v _d , поскольку заряды перемещаются на среднее расстояние x за время t. Перестановка терминов дает: I = qnAv _d , где I — ток через провод с площадью поперечного сечения A, , изготовленный из материала с плотностью свободного заряда n . Каждый из носителей тока имеет заряды q и движется со скоростью дрейфа величиной v _d .

Плотность тока — это электрический ток на единицу площади поперечного сечения. Он имеет единицы ампер на квадратный метр.

Ток в батареях? — Обмен электротехнического стека

Забудьте на секунду о батареях, это всего лишь одна из тысячи аналогий, которые вы могли бы использовать для описания напряжения / тока, и причина отсутствия тока не имеет ничего общего с электрохимическими свойствами батарей, это намного проще.

Самый простой способ думать об этом таков: ток всегда будет течь только в петле, даже в очень сложных схемах вы всегда можете разбить ее на петли тока, если нет пути для возврата тока к своему источнику, там тока не будет.

В вашем примере с батареей нет пути обратного тока, поэтому ток не будет течь. Очевидно, существует более глубокая физическая причина того, почему это работает, но поскольку вопрос, заданный для простого ответа, я пропущу математику, уравнения Максвелла Google и то, как они используются при выводе закона напряжения Кирхгофа.

могут служить хорошим примером просто потому, что они являются источниками тока с полностью изолированным заземлением. Этот пример в равной степени справедлив для любого другого источника питания с полностью изолированной «землей».

Однако это нелегко найти, например, выполнение этого с 2 настольными принадлежностями, скорее всего, сделает один из настольных принадлежностей очень неудовлетворительным, но это не потому, что эффект другой, разница в том, что настольные принадлежности, вероятно, являются обоими. заземлен на электрическую проводку в здании, и поэтому существует обратный путь для прохождения тока.

Аналогия с водой для этого также эффективна. Подумайте о своем примере с батареей следующим образом:

У вас есть водяной насос (батарея A), подключенный к трубе (провод), и у вас есть другой водяной насос (батарея B), подключенный к той же трубе (провод). Теперь в вашем примере в системе нет обратного пути, поэтому представьте, что труба заполнена водой, но закрыта с обоих концов.

Вы нажали выключатель на насосах, что происходит?

Ответ — ничего, воду некуда перекинуть, насосы даже не крутятся.(игнорируйте эффекты турбулентности воды для этой аналогии).

Теперь, если вы соедините трубу петлей и нажмете выключатель, насосы раскрутятся (напряжение) и вода потечет (ток).

Если вы использовали 2 разностных насоса (батареи с разным напряжением) и повернули их друг к другу, один из них перегрузит мощность и заставит другой вращаться в неправильном направлении (сгорит, как при параллельном подключении батарей 9 В и 6 В).

Если вы подключите оба насоса в одном направлении, вы получите большее давление воды (напряжение), потому что насосы помогают друг другу (2 батареи последовательно).

Объяснение мощности батареи — Любопытно

Все эти слова в основном описывают мощность батареи, но все они разные.

Напряжение = сила, при которой реакция, приводящая в действие аккумулятор, проталкивает электроны через элемент. Это также известно как электрический потенциал и зависит от разницы потенциалов между реакциями, происходящими на каждом из электродов. Чем выше напряжение, тем больше работы может совершить то же количество электронов.

Ток = количество электронов, которые проходят через любую точку цепи в данный момент времени. Чем выше ток, тем больше работы он может выполнять при том же напряжении.

Мощность = напряжение x ток. Чем выше мощность, тем быстрее батарея может работать — это соотношение показывает, насколько важны и напряжение, и ток для определения того, для чего подходит батарея.

Емкость = мощность батареи как функция времени, которая используется для описания продолжительности времени, в течение которого батарея может обеспечивать питание устройства.Аккумулятор большой емкости сможет проработать более длительный период, прежде чем разрядится / разрядится. У некоторых батарей есть небольшая печальная особенность: если вы слишком быстро попытаетесь извлечь из них слишком много энергии, химические реакции не успеют поспеть, и емкость станет меньше! Итак, мы всегда должны быть осторожны, когда говорим о емкости аккумулятора, и помнить, для чего он будет использоваться.

Еще один популярный термин — «плотность энергии». Это количество энергии, которое устройство может удерживать на единицу объема, другими словами, сколько энергии вы получите за свои деньги с точки зрения мощности по сравнению сразмер. С батареей, как правило, чем выше плотность энергии, тем лучше, поскольку это означает, что батарея может быть меньше и компактнее, что всегда является плюсом, когда вам нужно, чтобы она питала то, что вы хотите держать в кармане. Это также плюс для электромобилей — аккумуляторы должны как-то подходить к машине!

Для некоторых приложений, таких как хранение электроэнергии на возобновляемых электростанциях, таких как ветряная или солнечная ферма, высокая плотность энергии не является обязательным требованием, поскольку, скорее всего, будет достаточно места для хранения батарей.Основная цель такого использования — просто хранить как можно больше электроэнергии, как можно безопаснее и дешевле.

Расположение батарей и мощность | HowStuffWorks

Во многих устройствах, в которых используются батареи, таких как портативные радиоприемники и фонарики, вы не используете только одну ячейку за раз. Обычно вы группируете их вместе в последовательном порядке для увеличения напряжения или в параллельном для увеличения тока . На схеме показаны эти две схемы.

Верхняя диаграмма показывает параллельное расположение . Четыре батареи, включенные параллельно, вместе будут производить напряжение одного элемента, но подаваемый ими ток будет в четыре раза больше, чем у одного элемента. Ток — это скорость, с которой электрический заряд проходит через цепь, измеряется в амперах.Батареи измеряются в ампер-часах или, в случае небольших бытовых батарей, в миллиампер-часах (мАч). Типичный бытовой элемент, рассчитанный на 500 миллиампер-часов, должен обеспечивать ток 500 миллиампер на нагрузку в течение одного часа. Вы можете сократить количество миллиампер-часов разными способами. Батарея на 500 миллиампер-час может также производить 5 миллиампер в течение 100 часов, 10 миллиампер в течение 50 часов или, теоретически, 1000 миллиампер в течение 30 минут. Вообще говоря, батареи с более высокими значениями ампер-часов имеют большую емкость.

На нижней диаграмме изображена последовательная установка . Четыре батареи, соединенные последовательно, вместе будут производить ток одного элемента, но напряжение, которое они подают, будет в четыре раза больше, чем у одного элемента. Напряжение — это количество энергии на единицу заряда, которое измеряется в вольтах. В батарее напряжение определяет, насколько сильно электроны проталкиваются через цепь, так же как давление определяет, насколько сильно вода проталкивается через шланг. Большинство батареек AAA, AA, C и D имеют размер около 1.5 вольт.

Представьте, что батареи, показанные на схеме, рассчитаны на 1,5 вольта и 500 миллиампер-часов. Четыре батареи, подключенные параллельно, будут вырабатывать 1,5 вольта при 2000 миллиампер-часах. Четыре батареи, расположенные в ряд, будут вырабатывать 6 вольт при 500 миллиампер-часах.

Аккумуляторные технологии значительно продвинулись вперед со времен вольтова сваи. Эти разработки четко отражаются в нашем быстро меняющемся портативном мире, который больше, чем когда-либо, зависит от портативного источника питания, предоставляемого батареями.Можно только представить, что принесет следующее поколение меньших, более мощных и долговечных батарей.

Для получения дополнительной информации о батареях и связанных темах перейдите по ссылкам ниже.

Часто задаваемые вопросы о батареях

Что такое энергия батареи?

Энергия в батарее выражается в ватт-часах (символ Wh), которые представляют собой напряжение (В), которое обеспечивает батарея, умноженное на то, какой ток (А) она может обеспечить в течение заданного времени (обычно в часах). ).

Какие бывают типы батарей?

Общие химические элементы (или типы) аккумуляторов включают: цинк-углеродные, щелочные, литий-ионные (перезаряжаемые) и свинцово-кислотные (также перезаряжаемые).Исследователи также в настоящее время разрабатывают «воздушную» батарею, в которой электроды будут состоять из лития и кислорода из воздуха.

Сколько стоит автомобильный аккумулятор?

Ожидайте, что вы заплатите от 50 до 120 долларов за типичный автомобильный аккумулятор и от 90 до 200 долларов или больше за аккумулятор с более длительной гарантией, лучшими характеристиками в холодную погоду или за использование в роскошном автомобиле.

Какой источник энергии у аккумулятора?

Батареи вырабатывают энергию в результате электрохимической реакции. Проще говоря, реакция на аноде создает электроны, а реакция на катоде их поглощает.Чистый продукт — электричество.

Какого типа бывают аккумуляторные батареи?

Самыми распространенными перезаряжаемыми батареями на рынке являются литий-ионные (LiOn), хотя довольно распространены никель-металлогидридные (NiMH) и никель-кадмиевые (NiCd) батареи.

Первоначально опубликовано: 1 апреля 2000 г.

Статьи по теме

Дополнительные ссылки

Источники

• Американское химическое общество. «История батареи». Национальные исторические химические достопримечательности.2005 г. (23 июня 2011 г.) http://acswebcontent.acs.org/landmarks/drycell/history.html
• «Батареи». Введение в физические вычисления, Нью-Йоркский университет. 19 апреля 2011 г. (23 июня 2011 г.) http://itp.nyu.edu/physcomp/Notes/Batteries
• Брэнд, Майк, Шеннон Нивс и Эмили Смит. «Музей электричества и магнетизма». Национальная лаборатория сильного магнитного поля. 2011 г. (25 июня 2011 г.) http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/museum/index.html
• Buckle, Kenneth. «Как аккумуляторы хранят и разряжают электричество?» Scientific American.29 мая 2006 г. (23 июня 2011 г.) http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=how-do-batteries-store-an
• CalRecycle. «Аккумуляторы и зарядные устройства: личная перспектива». 9 сентября 2009 г. (25 июня 2011 г.) http://www.calrecycle.ca.gov/ReduceWaste/power/rechbattinfo.htm
• Комиссия по энергетике Калифорнии. «Лимонная сила». 2006. (22 июня 2011 г.) http://www.energyquest.ca.gov/projects/lemon.html
• Coyne, Kristen Eliza. «Интерактивные учебники». Национальная лаборатория сильного магнитного поля.2011. (23 июня 2011 г.) http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/java/index.html
• Дэвидсон, Майкл В. «Электричество и магнетизм: батареи». 28 января 2003 г. (22 июня 2011 г.) http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/electricity/batteries/index.html
• Decker, Franco. «Вольта и« куча »». Энциклопедия электрохимии. Январь 2005 г. (23 июня 2011 г.) http://electrochem.cwru.edu/encycl/art-v01-volta.htm
• Duracell. «Энергетическое образование». 2010. (23 июня 2011 г.) http: // www.duracell.com.au/en-AU/power-education/index.jspx
• Energizer. «Центр обучения.» 2011. (22 июня 2011 г.) http://www.energizer.com/learning-center/Pages/facts-history-care.aspx
• Агентство по охране окружающей среды. «Батареи». 1 декабря 2010 г. (22 июня 2011 г.) http://www.epa.gov/osw/conserve/materials/battery. htm
• Frood, Arran. «Загадка« Багдадских батарей »». BBC News. 27 февраля 2003 г. (23 июня 2011 г.) http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/2804257.stm
• GreenBatteries.«Информация об экологически чистых аккумуляторных батареях». 2011 г. (25 июня 2011 г.) http://www.greenbatteries.com/faqs.html
• Общественное телевидение Айдахо. «Факты об электричестве». 2011 г. (25 июня 2011 г.) http://idahoptv.org/dialogue4kids/season6/electricity/facts.cfm
• Iggulden, Hal. «Опасная книга для мальчиков». Нью-Йорк: HarperCollins Publishers, Inc., 2007.
• Komando, Kim. «Узнайте, как увеличить производительность батареи». USA Today. 7 августа 2005 г. (25 июня 2011 г.) http: // www.usatoday.com/tech/columnist/kimkomando/2005-08-07-battery-life_x.htm
• Манджу, Фархад. «Лучшие батареи спасут мир». Шифер. 21 июня 2011 г. (23 июня 2011 г.) http://www.slate.com/id/2297125/
• Рахим, Сакиб. «Спасет ли литий-воздушная батарея водителей электромобилей от« беспокойства о дальности полета »?» The New York Times. 7 мая 2010 г. (22 июня 2011 г.) http://www.nytimes.com/cwire/2010/05/07/07climatewire-will-lithium-air-battery-rescue-electric-car-37498.html?pagewanted = 1
• Сэвидж, Нил.«Батареи, которые дышат». DiscoveryNews. 8 февраля 2011 г. (22 июня 2011 г.) http://news.discovery.com/tech/batteries-that-breathe-110208.html
• Гавайский университет HAM Club. «Батареи в фактах и ​​вымыслах». Август 1999 г. (22 июня 2011 г.) http://www.chem.hawaii.edu/uham/bat.html

Постоянный ток — Энергетическое образование

Постоянный ток (DC) — это электрический ток, который является однонаправленным, поэтому поток заряда всегда в одном направлении. ^[2] В отличие от переменного тока направление и сила постоянного тока не меняются. Он используется во многих бытовых приборах и во всех устройствах, в которых используются батарейки. ^[3]

Недвижимость

Постоянный ток определяется постоянным потоком электронов (см. Рисунок 1) из области с высокой электронной плотностью в область с низкой электронной плотностью.В схемах, включающих батареи, это иллюстрируется постоянным потоком заряда от отрицательной клеммы батареи к положительной клемме батареи. Изменять напряжение постоянного тока гораздо дороже и труднее, чем переменного, что делает его плохим выбором для передачи электроэнергии под высоким напряжением. Однако на очень большие расстояния передача HVDC может быть более эффективной, чем переменный ток ^[2] .

использует

Постоянный ток используется в любом электронном устройстве с батареей в качестве источника питания.Он также используется для зарядки аккумуляторов, поэтому перезаряжаемые устройства, такие как ноутбуки и сотовые телефоны, поставляются с адаптером переменного тока, который преобразует переменный ток в постоянный ^[2] .

Моделирование PhET

Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующее моделирование PhET. Это моделирование можно использовать для изучения того, как работают постоянный и переменный ток.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

Произошла ошибка: SQLSTATE [42000]: синтаксическая ошибка или нарушение прав доступа: 1064 У вас есть ошибка в синтаксисе SQL; проверьте руководство, соответствующее версии вашего сервера MySQL, чтобы найти правильный синтаксис рядом с ‘)’ в строке 1

Physics Tutorial: Electric Current

Если два требования электрической цепи выполнены, заряд будет проходить через внешнюю цепь.Говорят, что есть ток — поток заряда. Использование слова текущий в этом контексте означает просто использовать его, чтобы сказать, что что-то происходит в проводах — заряд движется. Однако ток — это физическая величина, которую можно измерить и выразить численно. Как физическая величина, , ток, — это скорость, с которой заряд проходит через точку в цепи. Как показано на диаграмме ниже, ток в цепи можно определить, если можно измерить количество заряда Q , проходящего через поперечное сечение провода за время t .Ток — это просто соотношение количества заряда и времени.

Текущее — это величина ставки. В физике есть несколько скоростных величин. Например, скорость — это величина скорости — скорость, с которой объект меняет свое положение. Математически скорость — это отношение изменения положения к времени. Ускорение — это величина скорости — скорость, с которой объект меняет свою скорость. Математически ускорение — это отношение изменения скорости к времени. А мощность — это величина скорости — скорость, с которой работа выполняется на объекте.Математически мощность — это отношение работы к времени. В каждом случае величины скорости математическое уравнение включает некоторую величину во времени. Таким образом, ток как величина скорости будет математически выражен как

Обратите внимание, что в приведенном выше уравнении для обозначения величины тока используется символ I .

Как обычно, когда количество вводится в Физическом классе, также вводится стандартная метрическая единица, используемая для выражения этой величины.Стандартная метрическая единица измерения силы тока — ампер . Ампер часто сокращается до А и обозначается символом A . Ток в 1 ампер означает, что 1 кулон заряда проходит через поперечное сечение провода каждую 1 секунду.

Чтобы проверить свое понимание, определите ток для следующих двух ситуаций. Обратите внимание, что в каждой ситуации дается некоторая посторонняя информация.Нажмите кнопку Проверить ответ , чтобы убедиться, что вы правы.

Провод изолируют поперечным сечением 2 мм и определяют, что заряд 20 C может пройти через него за 40 с.	Сечение провода длиной 1 мм изолируется, и определяется, что заряд 2 Кл проходит через него за 0,5 с.
I = _____ Ампер	I = _____ Ампер

Частицы, переносящие заряд по проводам в цепи, являются подвижными электронами.Направление электрического поля в цепи по определению является направлением, в котором проталкиваются положительные испытательные заряды. Таким образом, эти отрицательно заряженные электроны движутся в направлении, противоположном электрическому полю. Но в то время как электроны являются носителями заряда в металлических проводах, носителями заряда в других цепях могут быть положительные заряды, отрицательные заряды или и то, и другое. Фактически, носители заряда в полупроводниках, уличных фонарях и люминесцентных лампах одновременно являются как положительными, так и отрицательными зарядами, движущимися в противоположных направлениях.

Бен Франклин, проводивший обширные научные исследования статического и текущего электричества, считал положительные заряды носителями заряда. Таким образом, раннее соглашение о направлении электрического тока было установлено в том направлении, в котором будут двигаться положительные заряды. Это соглашение прижилось и используется до сих пор. Направление электрического тока условно является направлением движения положительного заряда. Таким образом, ток во внешней цепи направлен от положительной клеммы к отрицательной клемме батареи.Электроны действительно будут двигаться по проводам в противоположном направлении. Зная, что настоящими носителями заряда в проводах являются отрицательно заряженные электроны, это соглашение может показаться немного странным и устаревшим. Тем не менее, это соглашение, которое используется во всем мире, и к которому студент-физик может легко привыкнуть.

Ток связан с количеством кулонов заряда, которые проходят точку в цепи за единицу времени. Из-за своего определения его часто путают со скоростью дрейфа количества. Скорость дрейфа — это среднее расстояние, пройденное носителем заряда за единицу времени. Как и скорость любого объекта, скорость дрейфа электрона, движущегося по проводу, — это отношение расстояния ко времени. Путь типичного электрона через проволоку можно описать как довольно хаотический зигзагообразный путь, характеризующийся столкновениями с неподвижными атомами. Каждое столкновение приводит к изменению направления электрона.Однако из-за столкновений с атомами в твердой сети металлического проводника на каждые три шага вперед приходится два шага назад. С электрическим потенциалом, установленным на двух концах цепи, электрон продолжает движение до , перемещаясь вперед на . Прогресс всегда идет к положительному полюсу. Однако общий эффект бесчисленных столкновений и высоких скоростей между столкновениями состоит в том, что общая скорость дрейфа электрона в цепи ненормально мала. Типичная скорость дрейфа может составлять 1 метр в час. Это медленно!

Тогда можно спросить: как может быть ток порядка 1 или 2 ампер в цепи, если скорость дрейфа составляет всего около 1 метра в час? Ответ таков: существует много-много носителей заряда, движущихся одновременно по всей длине цепи. Ток — это скорость, с которой заряд пересекает точку в цепи. Сильный ток является результатом нескольких кулонов заряда, пересекающих поперечное сечение провода в цепи. Если носители заряда плотно упакованы в провод, тогда не обязательно должна быть высокая скорость, чтобы иметь большой ток.То есть носителям заряда не нужно преодолевать большое расстояние за секунду, их просто должно быть много, проходящих через поперечное сечение. Ток не имеет отношения к тому, как далеко за секунду перемещаются заряды, а скорее к тому, сколько зарядов проходит через поперечное сечение провода в цепи.

Чтобы проиллюстрировать, насколько плотно упакованы носители заряда, мы рассмотрим типичный провод, который используется в цепях домашнего освещения — медный провод 14-го калибра. В срезе этого провода длиной 0,01 см (очень тонком) их будет целых 3.51 x 10 ²⁰ атомов меди. Каждый атом меди имеет 29 электронов; маловероятно, что даже 11 валентных электронов одновременно будут двигаться как носители заряда. Если мы предположим, что каждый атом меди вносит только один электрон, то на тонком 0,01-сантиметровом проводе будет целых 56 кулонов заряда. При таком большом количестве подвижного заряда в таком маленьком пространстве малая скорость дрейфа может привести к очень большому току.

Чтобы еще больше проиллюстрировать это различие между скоростью заноса и течением, рассмотрим аналогию с гонками.Предположим, что была очень большая гонка черепах с миллионами и миллионами черепах на очень широкой гоночной трассе. Черепахи не очень быстро двигаются — у них очень низкая скорость дрейф . Предположим, что гонка была довольно короткой — скажем, длиной 1 метр — и что значительный процент черепах достиг финишной черты в одно и то же время — через 30 минут после начала гонки. В таком случае течение будет очень большим — миллионы черепах пересекают точку за короткий промежуток времени.В этой аналогии скорость связана с тем, насколько далеко черепахи перемещаются за определенный промежуток времени; а ток зависит от того, сколько черепах пересекли финишную черту за определенный промежуток времени.

Как только было установлено, что средняя скорость дрейфа электрона очень и очень мала, вскоре возникает вопрос: почему свет в комнате или в фонарике загорается сразу после включения переключателя? Разве не будет заметной задержки перед тем, как носитель заряда перейдет от переключателя к нити накала лампочки? Ответ — нет! и объяснение того, почему раскрывает значительную информацию о природе потока заряда в цепи.

Как упоминалось выше, носителями заряда в проводах электрических цепей являются электроны. Эти электроны просто поставляются атомами меди (или любого другого материала, из которого сделана проволока) внутри металлической проволоки. Как только переключатель на поворачивается в положение , цепь замыкается, и на двух концах внешней цепи устанавливается разность электрических потенциалов. Сигнал электрического поля распространяется почти со скоростью света ко всем мобильным электронам в контуре, приказывая им начать марш к .По получении сигнала электроны начинают двигаться по зигзагообразной траектории в обычном направлении. Таким образом, щелчок переключателя вызывает немедленную реакцию во всех частях схемы, заставляя носители заряда повсюду двигаться в одном и том же направлении. В то время как фактическое движение носителей заряда происходит с низкой скоростью, сигнал, который информирует о начале движения, распространяется со скоростью, составляющей долю от скорости света.

Электроны, которые зажигают лампочку в фонарике, не должны сначала пройти от переключателя через 10 см провода к нити накала.Скорее, электроны, которые зажигают лампочку сразу после того, как переключатель повернут в положение на , являются электронами, которые присутствуют в самой нити накала. Когда переключатель повернут, все подвижные электроны повсюду начинают движение; и именно подвижные электроны, присутствующие в нити накала, непосредственно ответственны за зажигание ее колбы. Когда эти электроны покидают нить накала, в нее входят новые электроны, которые ответственны за зажигание лампы. Электроны движутся вместе, как вода в трубах дома.Когда кран поворачивается с на , вода в кране выходит из крана. Не нужно долго ждать, пока вода из точки входа в ваш дом пройдет по трубам к крану. Трубы уже заполнены водой, и вода во всем водном контуре одновременно приводится в движение.

Развиваемая здесь картина потока заряда представляет собой картину, на которой носители заряда подобны солдатам, идущим вместе, повсюду с одинаковой скоростью.Их движение начинается немедленно в ответ на установление электрического потенциала на двух концах цепи. В электрической цепи нет места, где носители заряда расходуются или расходуются. Хотя энергия, которой обладает заряд, может быть израсходована (или лучше сказать, что электрическая энергия преобразуется в другие формы энергии), сами носители заряда не распадаются, не исчезают или иным образом не удаляются из схема. И нет места в цепи, где бы носители заряда начали скапливаться или накапливаться.Скорость, с которой заряд входит во внешнюю цепь на одном конце, такая же, как скорость, с которой заряд выходит из внешней цепи на другом конце. Ток — скорость потока заряда — везде одинакова. Поток заряда подобен движению солдат, идущих вместе, повсюду с одинаковой скоростью.