Električni tok
Izkušnje
V stanovanju smo obdani s stikali in vtičnicami. S stikalom skleneš električni krog, ki ga sestavljajo na primer električni vrtalnik, priključna žica in vtičnica. Ko pritisneš na stikalo baterijske svetilke, skleneš električni krog, v katerem sta baterija in žarnica. Svetilka zasveti.
Električni tok
Zastavitev problema
Kateri elementi so neobhodno potrebni za vezavo, ki jo imenujemo električni krog? Katere elemente bi lahko dodal in z njimi krog razširil?
Potrebna znanja
Naredimo poskus.
Prevodni plošči na izoliranem nosilcu postavimo tako, da je razdalja med njima manjša od premera plošče. Med njiju obesimo nenaelektreno prevodno kroglico. Eno ploščo povežimo z elektroskopom. Nato plošči naelektrimo z Van de Graaffovim generatorjem. Kazalec elektroskopa se odkloni.
S kroglico se dotaknimo ene plošče. Kroglica se naelektri z nabojem, ki ga ima plošča. Električna sila potiska kroglico proti nasprotni plošči. Ob dotiku s ploščo kroglica odda naboj, ki ga nosi, in prejme nasprotni naboj. Električna sila jo sedaj potiska nazaj proti prvi plošči. Kroglica niha med ploščama in odnaša električni naboj z ene plošče na drugo. Naboj na ploščah se manjša, električno polje med njima slabi, manjša se tudi električna sila na kroglico in čez čas se kroglica ustavi.
Poskus s kroglico lahko naredimo tudi tako, da bo kroglica stalno nihala. To dosežemo s priključitvijo plošč na generator. Vsakič, ko kroglica s plošče odnese naboj, ga generator nadomesti.
Prenos naboja med naelektrenima ploščama namesto s kroglico prikažemo s tlivko. To je žarnica z razredčenim plinom, v katerem so tudi prosti elektroni. Tlivka zasveti, ko jo povežemo s ploščama, saj skozi njo steče električni naboj. Plošči se razelektrita, prosti elektroni z negativno naelektrene plošče stečejo na pozitivno naelektreno ploščo. Med ploščama je stekel električni tok. Električni tok je usmerjeno gibanje električnega naboja.
Zamenjajmo vir visoke napetosti za šolski malonapetostni vir in na priključka za enosmerno napetost priključimo žarnico. Žarnica sveti, električni krog je sklenjen in elektroni se z majhno hitrostjo gibljejo po vsej žici hkrati od negativnega pola k pozitivnemu. Za smer električnega toka pa velja dogovor:
Smer toka je po dogovoru nasprotna smeri gibanja elektronov.
Električni tok je tem večji, čim več naboja se pretoči v čim krajšem času. Torej je električni tok količnik električnega naboja in časa.
[latex]\boldsymbol{I=\frac{e}{t}}[/latex]
Znak za električni tok je I, enota pa amper A.
Merilnik električnega toka je ampermeter. Ampermeter vežemo v električni krog tako, da krog prekinemo in v vrzel vstavimo merilnik.
Električni krog ali vezje sestavljajo vir napetosti, porabnik in vezne žice. Porabnik je v našem vezju žarnica, dodatno pa smo vezali še ampermeter. Vezno žico, po kateri teče električni tok, imenujemo vodnik.
Vezje narišimo z dogovorjenimi znaki za elemente, ki sestavljajo električni krog, kar imenujemo shema električnega kroga. Znaki, ki jih bomo uporabljali, so prikazani v dodatku gradiva.
Tokova I1 in I2 sta enaka. To pomeni, da iz žarnice odteče toliko električnega naboja, kolikor ga vanjo priteče. Naboj se v žarnici ne nabira, ne izginja in ne nastaja, se le pretaka. To velja za vsak del sklenjenega električnega kroga, tudi za generator. V sklenjenem električnem krogu se električni naboj ohranja. To je zakon o ohranitvi električnega naboja.
Ampermeter lahko vežemo v električnem krogu pred porabnikom ali za njim, vendar vedno zaporedno s porabnikom. To pomeni, da moramo pred vključevanjem merilnika krog prekiniti.
Kolikšen je električni tok skozi nekatere naprave?
Opekač kruha, 4 A pri napetosti 230 V
Kanal strele, 20–50 kA pri napetosti 4 · 108 V
Kolesarska žarnica, 0,4 A pri napetosti 6 V
Žice daljnovoda, okoli 1200 A pri napetosti 400 000 V