Переменный ток и его параметры: интенсивность колебания зарядов в электрической сети, способы измерения

Обновлено: 18.05.2024

Электролечение (или электротерапия) — это применение с лечебной целью различных видов электричества. Основано на свойстве определенных видов электрической энергии при терапевтических дозах изменять функциональное состояние органов и систем.

Энергия при электролечении подводится к организму в виде электрического тока, магнитного или электрического полей и их сочетаний. Видом энергии определяется место ее поглощения в тканях и характер первичных физико-биологических процессов, лежащих в основе реакций всего организма. Применяют общие, местные и сегментарные воздействия.

Организм во всех случаях реагирует на воздействие как единое целое, но в зависимости от участка приложения энергии его реакции могут иметь как общий, так и преимущественно местный характер.

При сегментарных методиках воздействием на поверхностно расположенные рефлексогенные зоны вызывают реакции и в глубоко расположенных органах, получающих иннервацию с того же сегмента спинного мозга, что и эти зоны.

При всех методах проявляются общие для многих физических факторов так называемые неспецифические реакции в виде усиления кровообращения, обмена веществ, трофики тканей.

Действие каждого фактора характеризуется и свойственными только ему специфическими реакциями.

Виды тока и их воздействие на организм при электротерапии

Гальванический ток вызывает перераспределение ионов и изменение биохимических процессов в тканях. Действуя как биологический стимулятор, он способствует процессам восстановления нарушенной проводимости нервов. Применение этого тока с одновременным введением с его помощью через неповрежденную кожу малых количеств медикаментов обеспечивает активное действие их в течение длительного времени.

Постоянные и переменные импульсные токи могут вызывать в зависимости от частоты, интенсивности и других параметров усиление тормозных процессов в ЦНС, болеутоляющее и улучшающее кровообращение действие, сокращение мышц.

Импульсные токи высокой частоты, возбуждая высокочастотными разрядами рецепторы кожи и глубоко лежащих органов, способствуют понижению возбудимости нервной системы, ликвидации спазма сосудов.

При воздействии высокочастотным импульсным магнитным полем в тканях наводятся слабые вихревые токи, под влиянием которых усиливается обмен веществ и могут устраняться функциональные нарушения нервной системы.

Переменное непрерывное магнитное поле значительно большей частоты и интенсивности наводит в организме интенсивные вихревые токи, в результате которых в тканях образуется значительное тепло и создаются условия для обратного развития подострых и хронических воспалительных процессов.

Под влиянием постоянного электрического поля высокого напряжения изменяется соотношение зарядов тканей всего тела и улучшаются функциональное состояние нервной системы, процессы кроветворения и обмена веществ.

Помимо этого, действие оказывают также аэроионы, озон и окислы азота, образующиеся при «тихом» разряде.

Электрическое поле ультравысокой частоты, вызывая вращение и колебание дипольных белковых молекул тканей, действует главным образом на ткани, близкие по физическим свойствам к диэлектрикам (нервы, сухожилия, жировая, костная, мозговая ткани), и оказывает лечебный эффект не только при хронических, но и при острых, в том числе гнойных, воспалительных процессах.

Электромагнитные колебания сверхвысокой частоты, поглощаемые тканевыми жидкостями, вызывают локальное теплообразование на глубине до 4—5 см.

Электромагнитные колебания дециметрового диапазона при том же механизме поглощения энергии и действия на ткани организма обеспечивают более глубокое и равномерное прогревание их и оказывают лечебный эффект при различных подострых и хронических воспалительных процессах.

Электролечение (электротерапия) — применение электрической энергии для лечебных целей.

В зависимости от структуры электрического тока, направления, интенсивности, частоты, длительности воздействия, места приложения, сочетания с другими лечебными факторами, а также в зависимости от стадии заболевания, индивидуальной реакции на отдельные виды электрической энергии лечение электрическим током вызывает различные реакции тканей, органов и систем организма.

Нейрогуморальным и нервнорефлекторным путем различные виды электролечения регулируют функции нервной системы, обмена веществ, эндокринных органов, крово- и лимфообращения и др.

Наиболее стойкий эффект достигается при лечении больных в подостром, а в ряде случаев и в остром периоде заболевания.

Некоторые виды электротерапии в отдельных случаях противопоказаны, например применение тетанизирующего тока при спастических параличах, диатермии (длинно- и средневолновой) — при гнойных процессах, не имеющих путей выхода гноя, и др.

Не следует применять электротерапию больным с недостаточностью кровообращения III степени, гипертонической болезнью III стадии, при острых кровотечениях, злокачественных заболеваниях и др. Некоторые больные не переносят отдельные виды электротерапии.

Электрический ток применяется в непрерывном и импульсном режиме. Виды электрического тока, применяемые для лечебных целей, перечислены в таблице.

Импульсный ток низкого напряжения

прямоугольный (токи Ледюка)
тетанизирующий (фарадический)
экспоненциальный (токи Лапика)

Диадинамический ток (ток Бернара)

синусоидальный
интерферирующий
синусоидальный модулированный

Токи высокой частоты

токи д’Арсонваля (импульсный ток высокой частоты)
диатермия

Электромагнитное поле высокой частоты

общая дарсонвализация (аутоиндукция)
индуктотермия (коротковолновая диатермия)
непрерывное электромагнитное поле УВЧ
импульсное электромагнитное поле УВЧ
микроволны

Непрерывный постоянный ток низкого напряжения.

Гальванизация улучшает проницаемость мембраны клеток, усиливает лимфо-кровообращение, способствует рассасыванию продуктов распада, улучшает трофику и процессы регенерации тканей, ускоряет восстановление нарушенной проводимости нерва. Эти изменения зависят от реактивности организма, течения патологического процесса, реакции ЦНС.

Сухая кожа оказывает сопротивление постоянному току; электропроводность кожи и разных тканей различна, силовые линии тока в различных тканях распределяются неравномерно.

Гальваническим током через кожу и слизистые в организм вводят лекарственные вещества. Раньше это воздействие называли ионофорезом, ионогальванизацией и др.

А. Е. Щербак разработал учение об «ионных рефлексах», при которых наряду с местным кожным рефлексом возникает ответная общая реакция организма.

Лекарственные вещества, вводимые гальваническим током даже в малых количествах, дольше удерживаются в тканях, значительно уменьшаются побочные реакции, замедляется инактивация некоторых веществ (например, антибиотиков). В этих процессах, кроме изменения реактивности тканей (под влиянием гальванического тока), может играть роль и влияние тока на структуру лекарственного вещества.

Импульсные постоянные токи низкого напряжения усиливают тормозные процессы в головном мозге, применяются для электросонной терапии; тетанизирующий (ранее называемый фарадическим) ток сокращает скелетную мускулатуру, применяется для электрогимнастики и классической электродиагностики; экспоненциальный ток (Лапика) по структуре напоминает ток действия нерва, вызывает двигательную реакцию и в глубоко расположенных мышцах, применяется в основном для электрогимнастики.

Диадинамический ток (Бернара) — постоянный пульсирующий, выпрямленный синусоидальный ток, применяется в различных модификациях (одно- или двухфазный, с короткими или длинными периодами и др.); один из самых эффективных обезболивающих агентов при острых, подострых и хронических поражениях периферической нервной системы, мышц, суставов и др.

Постоянное электрическое поле высокого напряжения (см. Франклинизация). Действует электрическое поле и заряженные частицы воздуха — аэроионы озона и окислы азота. Влиянию подвергается весь организм, расширяется периферическое кровообращение, усиливается трофическая функция нервной системы, стимулируются процессы кроветворения и обмена веществ.

Переменный ток низкого напряжения — интерферирующий (иономодуляция). Ток формируется при сложении двух цепей переменного тока с частотой 3900—4000 Гц и 3990—4000 Гц; интерференция создается в диапазоне частот 10—100 Гц; иономодуляция воздействует непосредственно на глубоко расположенные ткани и органы, вызывает блокаду пути между очагом поражения и ЦНС. Применяется для лечения негнойных воспалительных заболеваний, некоторых поражений мышц и нервной системы с выраженным болевым синдромом.

Синусоидальный модулированный ток, получаемый от аппарата, характеризуется несущей частотой 5000 Гц и модуляциями по частоте от 10 до 150 Гц и амплитудой от 0 до максимальной величины; обладает выраженным болеутоляющим эффектом и действием на нервную трофику.

Токи высокой частоты. Импульсный ток высокой частоты и высокого напряжения — местная дарсонвализация (см.) — с частотой 300—400 кГц и напряжением до 10—15 кВ вызывает рефлекторные реакции всех систем (и внутренних органов), понижает возбудимость нервно-мышечного аппарата, обладает выраженным болеутоляющим, противозудным, антиспастическим эффектом, улучшает трофику, способствует росту грануляций и эпителия. Диатермия (см.) — частота 500—1500 кГц, напряжение 100—150 в, сила тока до 1—2 а; в тканях образуется эндогенное тепло, активируются биохимические процессы и трофика, повышается обмен веществ, фагоцитоз, выражен болеутоляющий и особенно антиспастический эффект. Применяется при подострых и хронических процессах, а в ряде случаев и при острых. Целесообразно сочетание диатермии с другими физическими факторами — гальванодиатермия (см.), диатермоэлектрофорез, диатермогрязелечение.

Электромагнитное поле высокой частоты. При общей дарсонвализации (аутоиндукция) возникают слабые высокочастотные токи, которые больной не ощущает; усиливаются тормозные процессы в ЦНС, несколько снижается артериальное кровяное давление у больных гипертонической болезнью I Б, II А стадии, усиливаются процессы обмена, корригируются функциональные нарушения нервной системы.

Индуктотермия — коротковолновая диатермия, частота 13,56 МГц; электромагнитное высокочастотное поле индуцирует вихревые токи. При одинаковых показаниях индуктотермия имеет значительные преимущества перед диатермией (длинно- и средневолновой) благодаря более равномерному распространению тока и равномерному развитию тепла в тканях, лучше переносится больными и дает более стойкий терапевтический эффект.

Непрерывное электромагнитное поле УВЧ, частота 40,68 МГц, мощность генераторов от 10 до 350 вт. Применяются преимущественно атермические и олиготермические дозы. Целесообразно лечение не только подострых, но и острых воспалительных и гнойных процессов (фурункулы, карбункулы и др.). Выраженное противовоспалительное, рассасывающее, обезболивающее, гипотензивное, бактериостатическое и другие действия позволили установить чрезвычайно широкую область применения УВЧ-терапии.

Импульсное электромагнитное поле УВЧ: частота 39 МГц, средняя мощность 15 Вт, в импульсе 15 кет. Осцилляторное действие большее, чем при непрерывном электромагнитном поле УВЧ; назначается примерно при тех же показаниях (гипертоническая болезнь I Б, II А стадии, эндартериит, воспалительные заболевания печени и желчных путей, заболевания суставов различной этиологии и др.).

Микроволны — электромагнитные колебания сверхвысокой частоты (2375 МГц), максимальная мощность выходного контура 150 вт. При этом методе электротерапии достигается еще более равномерное, чем при описанных методах лечения, распространение тока и распределение тепла в тканях, и еще больший осцилляторный эффект. Установлено бактериостатическое действие, повышение фагоцитарной активности, усиление деятельности ретикулоэндотелиальной системы и др. Эффективно лечение острых гнойно-воспалительных процессов, нарушений обмена, трофических расстройств, заболеваний суставов, периферической нервной системы и др.

Показания

Чаще всего электротерапия помогает избавиться от болей различного происхождения. Эффективно воздействие тока при сильных ушибах, растяжениях. Используют его и в лечении заболеваний мышц и суставов. Показано применение электрического тока при болезнях позвоночника. Электротерапия позволяет ускорить процесс выздоровления после перенесенных операций и травм различной степени тяжести.

Электрический ток способен нормализовать работу нервной системы. Его назначают при расстройствах, сопровождающихся повышенной возбудимостью или апатией. Полезен он для людей, у которых наблюдается хроническая усталость. Ток улучшает состояние больного при неврозе.

Использовать электротерапию рекомендуется при заболеваниях сердца и сосудов.

Посредством тока можно бороться с аритмией, ишемической болезнью сердца, гипертонией различной степени. Способен электрический ток стимулировать венозное кровообращение, благодаря чему кровь лучше циркулирует.

Не последнюю роль в лечении заболеваний пищеварительного тракта играет электрический ток.

Особенно эффективен он при отравлениях, заболеваниях желудка и кишечника воспалительного характера, нарушениях естественной микрофлоры, болезнях желчного пузыря и печени.

После лечения электрическим током снижается риск развития приступа бронхиальной астмы.

Назначают ток для терапии ОРВИ, воспаления легких и бронхитов.

Заболевания мочевыделительной системы являются показаниями к применению электрического тока.

Рекомендовано такое лечение людям с циститом, пиелонефритом. Дает оно положительный эффект при почечнокаменной болезни.

Противопаказания

Противопоказаниями для электролечения являются злокачественные новообразования, склонность к кровотечениям, свежие значительные кровоизлияния в полости или ткани, выраженная недостаточность сердечной деятельности, беременность.

Проводить электротерапию можно только по предписанию врача. При некоторых состояниях данный вид лечения может быть запрещен. К противопоказаниям относятся следующие проблемы со здоровьем:

установленный кардиостимулятор;
эпилепсия;
период беременности;
повышенная температура тела;
наличие новообразований.

Электротерапия в медицинском центре

В нашем медицинском центре физиопроцедуры электротерапии проходят на аппарате BTL-5000 combi производства компании BTL Medical Technologies. Физиотерапевтическое оборудование BTL уже давно используется в медицинских учреждениях и пользующийся заслуженной популярностью.медицинском центре

BTL-5000 combi представляет передовые аппараты современного дизайна для профессионального использования. Совмещая выдающийся функциональный дизайн, наилучшие параметры и исключительную производительность с реальной ценой, серия BTL-5000 combi представляет одно из наиболее передовых физиотерапевтических решений доступных на рынке.

Модуль BTL-5000 Puls входит в состав физкомбайна BTL-5000 combi и является одним из самых совершенных электротерапевтических аппаратов из доступных на рынке. Этот аппарат генерирует полный спектр низко- и среднечастотных токов и их модификаций, а также оснащен всеми необходимыми функциями, которые отражают последние достижения в электротерапии.

Характеристики и преимущества серии BTL-5000 Электротерапия

Полный спектр низко- и среднечастотных сигналов и их модификаций
+/- Лёгкая смена полярности электродов
Режимы постоянного тока и напряжения СС/СV
Программируемые последовательности
Электродиагностика: I/t кривая, моторная точка, реобаза и хроноксия, коэффициент аккомодации
Проверка качества электродов и кабеля пациента
BTL Unique Modular SystemTM - Уникальная модульная система BTL
Комбинация с ультразвуковым, лазерным, магнитотерапевтическими модулями
Подключение к аппарату вакуумной терапии - BTL Vac

Основные области применения электротерапии:

реабилитация

ахиллодиния, артрит (нижних конечностей), артрит (верхних конечностей), артрит ревматический, артроз острый, артроз хронический, артроз отечный, перемежающаяся хромота, дисторсия, ушиб, боль послеоперационная, противоотечный эффект, эпикондилит латеральный, эпикондилит лучевой (локтевой), гематома острая, плечелопаточный периартрит (замороженное плечо), мышечная гипертония, мышечная гипотония «фазовая», мышечный гипотонус «тоническая», гипотонус мышечный послеоперационный, люмбаргия (боли в пояснице), отек тканей, болезнь Бюргера (облитерирующий тромбангит), акроцианоз, невралгия, болезнь Рейно, растяжение мышц, атонический запор, запор спастический, сколиоз, мышечный спазм, анкилозирующий спондилоароз, тендовагинит хронический, тендинит подострый, глубокие триггерные точки, поверхностные триггерные точки, тризм, атонический мочевой пузырь.

неврология

акроцианоз, контрактура Дюпюитрена, опоясывающий лишай - невралгия, мышечный гипертонус , мышечный гипотонус «тонический», мышечный гипотонус «фазический», болезнь Бюргера (облитерирующий тромбангит), акроцианоз, растяжение мышц, миальгия, невралгия - большого затылочного нерва, нейропатия, глубокие триггерные точки, поверхностные триггерные точки, тризм, атонический мочевой пузырь.

дерматология

келоидный рубец, элетрофорез йонами йода (для келоидных звездочек), электрофорез йонами калия (для келоидных рубцов), пруриго (почесуха), зуд, крапивница, коррекция рубца - атрофия рубца после акне.

гинекология

дисменорея (болезненные менструации), смешанное недержание, стрессовое недержание, недержание мочи, атонический мочевой пузырь.

ортопедия

ахиллодиния, альгодистрофический синдром - нижние конечности, альгодистрофический синдром - верхние конечности, ревматоидный артрит, артроз острый, хронический артроз, артроз отечный, бурсит острый, дисторсия, контузия - острая, дисторсия, контузия - подострая, боль послеоперационная, уменьшение отечности, эпикондилит латеральный, эпикондилит лучевой (локтевой), гемартроз, гематома-подострая, плечелопаточный периартрит (замороженное плечо), гипотония мышечная послеоперационная, люмбаргия (боли в пояснице), болезнь Осгуда-Шлаттера ( остеохондропатия бугристости большеберцовой кости), мышечное растяжение, миальгия, сколиоз, анкилозирующий спондилит, тендовагинит хронический, тендовагинит подострый

спортивная медицина

ахиллодиния, бурсит острый, дисторсия, контузия , боль послеоперационная, уменьшение отечности, эпикондилит латеральный, эпикондилит лучевой (локтевой), гемартроз, гематома-подострая, мышечный гипертонус, мышечный гипотонус «фазовая», мышечный гипотонус «тоническая», гипотонус мышечный послеоперационный, люмбальгия (боль в пояснице), мышечное растяжение, миальгия, тендовагинит хронический, тендовагинит острый, триггерные точки - глубокие, триггерные точки - поверхностные.

профилактика

Ахиллодиния, бурсит, гематома, мышечная гипертония, мышечная гипотония «фазовая», миалгия, лимфатический отёк, отек, дисменорея (болезненные менструации).

Направленное движение заряжённых частиц под действием электрической движущей силы (ЭДС) называют электротоком, он бывает переменным и постоянным. В последнем случае перемещение нуклонов происходит во времени стабильно, а в первом — периодически обращает направление и величину. Один из основных параметров переменного тока — частота. Зависит характеристика от периодичности колебаний электронов, может измеряться несколькими способами и приборами.

Переменный электрический ток

В английском языке этому термину соответствует выражение alternating current — аббревиатура AC, в энерготехнике как буквенное обозначение используют знак тильда (~). Переменный ток изменяется в периоде по синусоиде. Источниками служат генераторы, вырабатывающие ЭДС посредством электромагнитной индукции. Характеризуется АС следующими параметрами:

напряжение сети U в вольтах;
сила тока I=Q/Δt, [A] — количество зарядов, прошедших через поперечник проводника в единицу времени;
период Т — отрезок времени полного цикла изменений;
частота f — количество колебаний в течение секунды: f =1/Т, [Гц] в отечественных сетях стандарт 50 герц;
плотность тока j=I/S, [A/мм2] — векторная величина, где S площадь сечения проводника, направление j совпадает с курсом движения электронов;
фаза — состояние АС, может быть одно- и многофазным;
амплитуда I max — высота синусоиды, максимальная величина мгновенно достигаемого за период значения тока.

В энергетике преимущественно используются трёхфазные сети: 3 отдельных электроцепи с одинаковыми напряжением и частотой при сдвиге φ=120°. От стабильности колебательных движений нуклонов в системе зависит устойчивость и надёжность работы всей энергосети.

Период пульсаций и частота

Физическая сущность переменного тока заключается в перемещении электронов в проводнике сначала в одном направлении, затем в другую сторону. Полный цикл движений туда и обратно совершается за определённый период, определяемый по частоте колебаний: Т=1/ f.

Интенсивность циклов

Для условий электросетей России показатель f =50 Гц, а время одной пульсации составляет Т=1/50=0,02 секунды. Обратная связь двух параметров позволяет определить частоту ~ тока по длительности сигнала: f =1/0,02=50 Гц.

Один герц означает 1 колебание за секунду. Чем быстрее изменяется электродвижущая сила, тем скорее обращается радиус-вектор и сокращается период. Соответственно, при форсировании оборотов возрастает частота: величины Т и f обратно пропорциональны, чем больше одна, тем меньше вторая. Значения характеристики f изменяются в широких пределах, что предопределяет использование расширенной терминологии:

Количество нулей после единицы	Приставка к размерности герц
3 (тысяча)	Кило (кГц)
6 (миллион)	Мега (мГц)
9 (миллиард)	Гига (ГГц)

В зависимости от величины частота переменного тока подразделяется на следующие подгруппы:

промышленные: 16―25 Гц на железнодорожных сетях некоторых стран, 25 и 75 Гц в схемах блокировки рельсовых цепей, в автономных системах авиационной и военной энергетики — 400 Гц, на некоторых производственных и сельскохозяйственных установках 200―400 Гц;
звуковые находятся в интервале 20―20000 Гц (20 кГц), в передающих антеннах — до 1,5 ГГц;
технические: автоматика — используется диапазон от 1 кГц до 1 ГГц, металлургия и машиностроение: плавка, сварка и термообработка металлов;
радиолокационные станции спутниковой связи, спецсистемы ГЛОНАСС, GPS — до 40 ГГц и выше.

Токи высокой частоты (ТВЧ) начинаются с уровня десятков кГц, когда значимо проявляются излучения электромагнитных волн и скин-эффект: заряд, перемещающийся в проводнике, распределяется не по сечению, а в поверхностном слое.

Для выработки ТВЧ используют энергомашинные генераторы и колебательные контуры. В последнем случае устройство представляет собой цепь с включением в состав ёмкости и индуктивности.

Опасность разночастотных зарядов

Эквивалентные по воздействию на организм человека напряжения переменного и постоянного тока, равны соответственно 42 В и 120 В. Неравенство опасности исчезает при достижении ЭДС 500 В, а при больших значениях опаснее становится константный. Проявления неблагоприятного действия последнего — термическое и электролитическое, а переменного — преимущественно выражается в сокращении сосудов, мышц, голосовых связок. При этом определяющее значение на опасность оказывает частота тока:

40―60 Гц — наибольшая угроза поражения, возможность фибрилляции сердца; дальнейшее повышение интенсивности колебаний зарядов приводит к снижению риска, но вероятность гибельности сохраняется в пределах всего диапазона промышленных частот — до 500 Гц;
свыше 10 кГц начинаются ТВЧ — они безопасны до уровня 1 мГц относительно внутренних поражений, что обусловлено скин-эффектом, но вызывают ожог и угроза от них не меньше, чем от постоянных или переменных предшествующей группы;
токи высокой частоты сопровождаются электромагнитными излучениями — с этой стороны существует возможность негативного воздействия на живые организмы.

На относительной безопасности ТВЧ основано их применение в медицине для физиотерапевтических процедур. Тяжесть поражения электротоком зависит не только от физических параметров заряда, но и от состояния организма человека.

Измерительные приборы

Для определения интенсивности колебаний используют осциллограф, на котором можно увидеть частоту и форму сигнала. Существуют также специальные приборы — частотомеры. В них применяют следующие способы определения параметра:

перезаряд конденсатора — среднее значение силы тока пропорционально соотносится с его интенсивностью и измеряется магнитоэлектрическим амперметром со шкалой в герцах;
дискретный счёт — фиксирование импульсов нужной частоты за определённый период, получают данные достаточной точности: погрешность в пределах 2%, этого хороший показатель для бытового применения прибора;
резонансный метод основан на одноимённом электрическом явлении, возникающем в цепи с настраиваемыми элементами; частота — больше 50 Гц, определяется по шкале регулировочного механизма.

Ещё один известный способ применяется в осциллографах, основан на смешивании и сравнении эталонного параметра с измеряемой частотой. Вследствие наложения возникают биения, а при выравнивании на экране устанавливается определённая фигура. Рассчитывают искомую характеристику по зафиксированному графику посредством математических формул.

В теории электрических цепей за ток принято считать направленное движение носителей заряда в проводящей среде под действием электрического поля.

Током проводимости (просто током) в теории электрических цепей называют количество электричества, протекающего за единицу времени через поперечное сечение проводника: i=q/ t , где i - ток. А; q = 1,6 · 10 9 - заряд электрона, Кл; t - время, с.

Это выражение справедливо для цепей постоянного тока. Для цепей переменного тока применяют так называемое мгновенное значение тока, равное скорости изменения заряда во времени: i(t)= dq/ dt .

Электрический ток возникает тогда, когда на участке электрической цепи появляется электрическое поле, или разность потенциалов между двумя точками проводника. Разность потенциалов между двумя точками электрической цепи называют напряжением или падением напряжения на этом участке цепи .

Вместо термина «ток» («величина тока») часто применяется термин «сила тока». Однако последний нельзя назвать удачным, так как сила тока не есть какая-либо сила в буквальном смысле этого слова, а только интенсивность движения электрических зарядов в проводнике, количество электричества, проходящего за единицу времени через площадь поперечного сечения проводника.
Ток характеризуется силой тока, которая в системе СИ измеряется в амперах (А), и плотностью тока , которая в системе СИ измеряется в амперах на квадратный метр.
Один ампер соответствует перемещению через поперечное сечение проводника в течение одной секунды (с) заряда электричества величиной в один кулон (Кл):

В общем случае, обозначив ток буквой i, а заряд q, получим:

Единица тока называется ампер (А) . Ток в проводнике равен 1 А, если через поперечное сечение проводника за 1 сек проходит электрический заряд, равный 1 кулон.

Рис. 1. Направленное движение электронов в проводнике

Если вдоль проводника действует напряжение, то внутри проводника возникает электрическое поле. При напряженности поля Е на электроны с зарядом е действует сила f = Ее. Величины f и Е векторные. В течение времени свободного пробега электроны приобретают направленное движение наряду с хаотическим. Каждый электрон имеет отрицательный заряд и получает составляющую скорости, направленную противоположно вектору Е (рис. 1). Упорядоченное движение, характеризуемое некоторой средней скоростью электронов vcp, определяет протекание электрического тока.

Электроны могут иметь направленное движение и в разреженных газах. В электролитах и ионизированных газах протекание тока в основном обусловлено движением ионов. В соответствии с тем, что в электролитах положительно заряженные ионы движутся от положительного полюса к отрицательному, исторически направление тока было принято обратным направлению движения электронов.

За направление тока принимается направление, в котором перемещаются положительно заряженные частицы, т.е. направление, противоположное перемещению электронов.
В теории электрических цепей за направление тока в пассивной цепи (вне источников энергии) взято направление движения положительно заряженных частиц от более высокого потенциала к более низкому. Такое направление было принято в самом начале развития электротехники и противоречит истинному направлению движения носителей заряда - электронов, движущихся в проводящих средах от минуса к плюсу.

Направление электрического тока в электролите и свободных электронов в проводнике

Величина, равная отношению тока к площади поперечного сечения S, называются плотностью тока (обозначается δ ): δ = I / S

При этом предполагается, что ток равномерно распределен по сечению проводника. Плотность тока в проводах обычно измеряется в А/мм2.

По типу носителей электрических зарядов и среды их перемещения различают токи проводимости и токи смещения . Проводимость делят на электронную и ионную. Для установившихся режимов различают два вида токов: постоянный и переменный.

Электрическим током переноса называют явление переноса электрических зарядов заряженными частицами или телами, движущимися в свободном пространстве. Основным видом электрического тока переноса является движение в пустоте элементарных частиц, обладающих зарядом (движение свободных электронов в электронных лампах), движение свободных ионов в газоразрядных приборах.

Электрическим током смещения (током поляризации) называют упорядоченное движение связанных носителей электрических зарядов. Этот вид тока можно наблюдать в диэлектриках.
Полный электрический ток — скалярная величина, равная сумме электрического тока проводимости, электрического тока переноса и электрического тока смещения сквозь рассматриваемую поверхность.

Постоянным называют ток, который может изменяться по величине, но не изменяет своего знака сколь угодно долгое время. Подробнее об этом читайте здесь: Постоянный ток

Переменным называют ток, который периодически изменяется как по величине, так и по знаку. Величиной, характеризующей переменный ток, является частота (в системе СИ измеряется в герцах), в том случае, когда его сила изменяется периодически. Переменный ток высокой частоты вытесняется на поверхность проводника. Токи высокой частоты применяется в машиностроении для термообработки поверхностей деталей и сварки, в металлургии для плавки металлов. Переменные токи подразделяют на синусоидальные и несинусоидальные . Синусоидальным называют ток, изменяющийся по гармоническому закону:

где Im, - амплитудное (наибольшее) значение тока, А,

Скорость изменения переменного тока характеризуется его частотой, определяемой как число полных повторяющихся колебаний в единицу времени. Частота обозначается буквой f и измеряется в герцах (Гц). Так, частота тока в сети 50 Гц соответствует 50 полным колебаниям в секунду. Угловая частота ω - скорость изменения тока в радианах в секунду и связана с частотой простым соотношением:

Установившиеся (фиксированные) значения постоянного и переменного токов обозначают прописной буквой I неустановившиеся (мгновенные) значения - буквой i. Условно положительным направлением тока считают направление движения положительных зарядов.

Переменный ток — это ток, который изменяется по закону синуса с течением времени.

Под переменным током также подразумевают ток в обычных одно- и трёхфазных сетях. В этом случае параметры переменного тока изменяются по гармоническому закону.

Поскольку переменный ток изменяется во времени, простые способы решения задач, пригодные для цепей постоянного тока, здесь непосредственно неприменимы. При очень высоких частотах заряды могут совершать колебательное движение — перетекать из одних мест цепи в другие и обратно. При этом, в отличие от цепей постоянного тока, токи в последовательно соединённых проводниках могут оказаться неодинаковыми. Ёмкости, присутствующие в цепях переменного тока, усиливают этот эффект. Кроме того, при изменении тока сказываются эффекты самоиндукции, которые становятся существенными даже при низких частотах, если используются катушки с большой индуктивностью. При сравнительно низких частотах цепи переменного тока можно по-прежнему рассчитывать с помощью правил Кирхгофа, которые, однако, необходимо соответствующим образом модифицировать.

Рассмотрим свойства такой цепи, подключённой к генератору синусоидального переменного тока. Чтобы сформулировать правила, позволяющие рассчитывать цепи переменного тока, нужно найти соотношение между падением напряжения и током для каждого из компонентов такой цепи.

Конденсатор играет совершенно разные роли в цепях переменного и постоянного токов. Если, например, к цепи подключить электрохимический элемент, то конденсатор начнёт заряжаться, пока напряжение на нём не станет равным ЭДС элемента. Затем зарядка прекратится и ток упадёт до нуля. Если же цепь подключена к генератору переменного тока, то в один полупериод электроны будут вытекать из левой обкладки конденсатора и накапливаться на правой, а в другой — наоборот. Эти перемещающиеся электроны и представляют собой переменный ток, сила которого одинакова по обе стороны конденсатора. Пока частота переменного тока не очень велика, ток через резистор и катушку индуктивности также одинаков.

В устройствах-потребителях переменного тока переменный ток часто выпрямляется выпрямителями для получения постоянного тока.

Проводники электрического тока

Материал, в котором течёт ток, называется проводником. Некоторые материалы при низких температурах переходят в состояние сверхпроводимости. В таком состоянии они не оказывают почти никакого сопротивления току, их сопротивление стремится к нулю. Во всех остальных случаях проводник оказывает сопротивление течению тока и в результате часть энергии электрических частиц превращается в тепло. Силу тока можно рассчитать по закону Ома для участка цепи и закону Ома для полной цепи.

Скорость движения частиц в проводниках зависит от материала проводника, массы и заряда частицы, окружающей температуры, приложенной разности потенциалов и составляет величину, намного меньшую скорости света. Несмотря на это, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости света в данной среде, то есть скорости распространения фронта электромагнитной волны.

Как ток влияет на организм человека

Ток, пропущенный через организм человека или животного, может вызвать электрические ожоги, фибрилляцию или смерть. С другой стороны, электрический ток используют в реанимации, для лечения психических заболеваний, особенно депрессии, электростимуляцию определённых областей головного мозга применяют для лечения таких заболеваний, как болезнь Паркинсона и эпилепсия, водитель ритма, стимулирующий сердечную мышцу импульсным током, используют при брадикардии. В организме человека и животных ток используется для передачи нервных импульсов.

По технике безопасности, минимально ощутимый человеком ток составляет 1 мА. Опасным для жизни человека ток становится начиная с силы примерно 0,01 А. Смертельным для человека ток становится начиная с силы примерно 0,1 А. Безопасным считается напряжение менее 42 В.

Читайте также: