Пастаянны ток — электрычны ток, які з цягам часу не змяняецца па велічыні і кірунку.
Пастаянны ток з’яўляецца разнавіднасцю аднанакіраванага току. Аднанакіраваны ток — электрычны ток, які не змяняе свайго кірунку.
На малюнку справа чырвоным колерам намаляваны графік пастаяннага току. Па гарызантальнай восі адкладзены маштаб часу , а па вертыкальнай — маштаб току або электрычнага напружання . Як відаць, графік пастаяннага току ўяўляе сабой прамую лінію, паралельную гарызантальнай восі (восі часу).
Велічыня пастаяннага току і электрычнага напружання для любога моманту часу захоўваецца нязменнай.
Пры пастаянным току праз любое папярочнае сячэнне правадніка ў адзінку часу працякае аднолькавая колькасць электрычнасці (электрычных зарадаў).
Пастаянны ток — гэта пастаянны накіраваны рух зараджаных часціц у электрычным полі.
У кожным пункце правадніка, па якім працякае пастаянны ток, адны элементарныя электрычныя зарады бесперапынна змяняюцца іншымі, аднолькавымі па суме электрычнымі зарадамі. Нягледзячы на бесперапыннае перамяшчэнне электрычных зарадаў уздоўж правадніка, агульнае прасторавае іх размяшчэнне ўнутры правадніка як бы застаецца нязменным у часе, або стацыянарным.
Пераносчыкамі электрычных зарадаў з’яўляюцца: у металах — свабодныя электроны; у электралітах — іоны: катыёны і аніёны; у газах — іоны і электроны; у вакууме — электроны, якія ўтварыліся пры электроннай эмісіі; у паўправадніках — электроны і дзіркі. Пастаянны рух электрычных зарадаў ствараецца і падтрымліваецца іншымі сіламі, якія могуць мець хімічную (у гальванічных элементах), электрамагнітную (дынама-машына пастаяннага току), механічную (электрафорная машына) ці іншую (напрыклад, радыеактыўныя у стронцыевых крыніцах току) прыроду. Ва ўсіх выпадках крыніца току з’яўляецца пераўтваральнікам энергіі іншых сіл у электрычную.
Электрычнае поле, спадарожнае пастаяннага току ў правадніку і ў адпаведнасці з гэтым стацыянарнае размеркаванне ў ім электрычных зарадаў, называецца стацыянарным (нязменным у часе) электрычным полем.
Электрычныя зарады ў стацыянарным электрычным полі нідзе не назапашваюцца і нідзе не знікаюць, бо пры ўсякім прасторавым пераразмеркаванні зарадаў непазбежна павінна было б змяніцца стацыянарнае электрычнае поле, і адпаведна ток перастаў бы быць пастаянным у часе.
Для стацыянарнага поля і току патрабуецца, каб электрычныя зарады нідзе не назапашваліся і нідзе не губляліся, а перамяшчаліся бесперапынным і раўнамерным патокам уздоўж праваднікоў. Для гэтага неабходна, каб праваднікі сумесна ўтваралі замкнёны на сябе контур. У гэтым выпадку будзе дасягнуты бесперапынны раўнамерны кругавы рух электрычных зарадаў ўздоўж усяго контуру.
Пастаянны электрычны ток можа існаваць толькі ў замкнёным на сябе контуры, які складаецца з сукупнасці праваднікоў электрычнасці, і ў якім дзейнічае стацыянарнае электрычнае поле.
Крыніцы пастаяннага току
Самымі першымі крыніцамі пастаяннага току з’яўляліся хімічныя крыніцы току: гальванічныя элементы, затым былі вынайдзены акумулятары. Палярнасць хімічных крыніц току самаадвольна змяніцца не можа.
Для атрымання пастаяннага току ў прамысловых маштабах выкарыстоўваюць электрычныя машыны — генератары пастаяннага току, а таксама сонечныя батарэі.
У электроннай апаратуры, якая сілкуецца ад сеткі пераменнага току, для атрымання пастаяннага току выкарыстоўваюць блокі сілкавання. Як правіла, пераменны ток паніжаецца трансфарматарам да патрэбнага значэння, затым выпрамляецца. Далей для памяншэння пульсацый выкарыстоўваецца сгладжваючы фільтр і, пры неабходнасці, стабілізатар току або стабілізатар напружання або рэгулятар напружання.
У сучаснай радыёэлектроннай апаратуры атрымалі распаўсюджанне імпульсныя блокі сілкавання. Згладжванне пульсацый выхаднога напружання адбываецца дзякуючы наяўнасці інтегрыруючага элемента, здольнага назапашваць электрычную энергію і аддаваць яе ў нагрузку. У выніку на выхадзе можна атрымаць практычна пастаянны ток.
Электрычную энергію могуць назапашваць электрычныя кандэнсатары. У агульным выпадку, пры разрадзе кандэнсатара ў знешнім ланцугу працякае пераменны ток. Калі кандэнсатар разражаецца праз рэзістар, то паяўляецца аднанакіраваны пераменны ток (паступова змяншаецца). Аднак, калі кандэнсатар разраджаецца праз шпулю індуктыўнасці, то ў ланцугу з’яўляецца двухнакіраваны пераменны ток, гэта прылада называецца вагальны контур. Электралітычныя кандэнсатары могуць мець вельмі вялікую электрычную ёмістасць (сотні і тысячы мікрафарад і больш). Пры разрадзе такіх кандэнсатараў праз вялікае супраціўленне ток памяншаецца павольней, і для кароткага часу можна лічыць, што ў знешнім ланцугу працякае пастаянны ток.
Іаністары — гібрыд кандэнсатара і хімічнай крыніцы току, здольныя назапашваць і аддаваць даволі вялікую колькасць электрычнай энергіі, напрыклад, каб электрамабіль з іаністарамі праехаў некаторую адлегласць.
Напрамак пастаяннага току і абазначэнні на электрапрыборах і схемах
Умоўна прынята лічыць (агульнапрынята), што электрычны ток у электрычным полі накіраваны ад кропак з вялікімі патэнцыяламі да кропак з меншымі патэнцыяламі. Гэта значыць, што кірунак пастаяннага электрычнага току заўсёды супадае з напрамкам руху дадатных электрычных зарадаў, напрыклад, дадатных іонаў у электралітах і газах. Там жа, дзе электрычны ток ствараецца толькі рухам патоку адмоўна зараджаных часціц, напрыклад, патоку свабодных электронаў у металах, за кірунак электрычнага току прымаюць кірунак, процілеглы руху электронаў.
Кропкі з большымі патэнцыяламі (напрыклад, на зацісках батарэек і акумулятараў) носяць назву «дадатны полюс» і абазначаюцца знакам («плюс»), а кропкі з меншымі патэнцыяламі называюцца «адмоўны полюс» і абазначаюцца знакам («мінус»).
Гістарычна склалася, што электрычная ізаляцыя дадатнага провада афарбавана ў чырвоны колер, а адмоўнага провада — у сіні або чорны.
Умоўнае абазначэнне на электрапрыборах: ці . Аднанакіраваны ток (у тым ліку пастаянны) абазначаецца лацінскімі літарамі . Для аднанакіраванага току можа быць таксама выкарыстаны сімвал Унікода ⎓ (U+2393).
У шэрагу выпадкаў можна сустрэць іншыя сімвалы, напрыклад на малагабарытных штэкерах, прызначаных для падключэння да электроннай прылады сеткавага блока сілкавання (або на корпусе самой электроннай прылады, каля раз’ёма для падключэння штэкера) з указаннем палярнасці.
Электроды якіх-небудзь прылад або радыёдэталей (дыёдаў, тырыстараў, вакуумных электронных прыбораў), якія падключаюцца да дадатнага провада, носяць назву «анод», а электроды, якія падключаюцца да адмоўнага провада, называюцца «катод»Вышэйсказанае адносіцца да найбольш распаўсюджанага рэжыму прамога ўключэння, калі прыбор адкрыты (ці можа быць адкрыты пры падачы адпаведнага напружання на кіруючы электрод), г.зн. мае малое супраціўленне і прапускае электрычны ток. Аднак існуе рад прыбораў, якія патрабуюць адваротнага ўключэння (, , засцерагальныя дыёды, якія падаўляюць выкіды адваротнага напружання), пры якім анод падключаецца да адмоўнага, а катод да дадатнага полюса крыніцы напружання..
Параметры пастаяннага току
Велічыня пастаяннага току (сіла току) Мерай інтэнсіўнасці руху электрычных зарадаў у правадніках з’яўляецца велічыня току або проста ток .
Велічыня току — гэта колькасць электрычных зарадаў (электрычнасці), якія праходзяць праз папярочнае сячэнне правадніка в адзінку часу.
Замест тэрмінаў «ток» і «велічыня току» часта ўжываецца тэрмін «сіла току». Тэрмін «сіла току» можа ўвесці ў зман, бо сіла току не ёсць нейкая сіла ў літаральным сэнсе гэтага слова, а толькі інтэнсіўнасць руху электрычных зарадаў у правадніку, колькасць электрычнасці, якая праходзіць за адзінку часу праз плошчу папярочнага сячэння правадніка.
Калі пры раўнамерным руху электрычных зарадаў на правадніку за час працякла колькасць электрычнасці , то ток у правадніку можна выразіць формулай
У правадніку ток роўны аднаму амперу (1 А), калі праз плошчу папярочнага сячэння яго за адну секунду працякае адзін кулон (1 Кл) электрычнасці.
Ампер — адзінка вымярэння сілы току, названая ў гонар Андрэ-Мары Ампера.
Кулон — адзінка вымярэння электрычнага зараду (колькасці электрычнасці), названая ў гонар Шарля Кулона. У тых выпадках, калі прыходзіцца мець справу з вялікімі токамі, колькасць электрычнасці вымяраецца большай адзінкай, якая называецца ампер-гадзінаю, 1 ампер-гадзіна роўная 3 600 кулонам (1 А·г = 3600 Кл).
Сіла току вымяраецца амперметрам, ён уключаецца ў ланцуг так, каб праз яго праходзіў увесь вымяраны ток, то-бок паслядоўна.
Шчыльнасць току У электратэхніцы часта бывае важна ведаць не толькі сілу току ў правадніку, але і шчыльнасць току, бо шчыльнасць току з’яўляецца мерай дапушчальнай нагрузкі правадоў.
Шчыльнасцю току называюць ток , які праходзіць праз адзінку плошчы правадніка:
дзе — сіла току ў Амперах; — плошча папярочнага сячэння правадніка, у квадратных метрах, — шчыльнасць току, выражаецца ў амперах на квадратны метр (А/м²). Паколькі правады з папярочным сячэннем, якое лічыцца квадратнымі метрамі, сустракаюцца вельмі рэдка, то шчыльнасць току звычайна выражаецца ў амперах на квадратны міліметр (А/мм²).
Электрарухаючая сіла і электрычнае напружанне Рознасць патэнцыялаў паміж кропкамі, паміж якімі працякае пастаянны ток, могуць ахарактарызаваць электрарухаючая сіла і электрычнае напружанне.
Электрарухаючая сіла Кожная першасная крыніца электрычнай энергіі стварае іншае электрычнае поле. У электрычных машынах (генератарах пастаяннага току) іншае электрычнае поле ствараецца ў металічных правадніках якара, які верціцца ў магнітным полі, а ў гальванічных элементах і акумулятарах — у месцы дотыку электродаў з электралітам (растворамі солей або кіслот) пры іх хімічным узаемадзеянні.
Старонняе электрычнае поле, наяўнае ў крыніцы электрычнай энергіі пастаяннага току, бесперапынна дзейнічае на электрычныя зарады праваднікоў, якія ўтвараюць разам з ім замкнёны ланцуг, і стварае ў ім пастаянны электрычны ток.
Перамяшчаючы электрычныя зарады па замкнутым ланцугу, сілы старонняга электрычнага поля пераадольваюць супраціўленне процідзейных сіл, напрыклад часціц рэчыва праваднікоў. Гэта прыводзіць да таго, што сілы старонняга электрычнага поля здзяйсняюць работу за кошт энергіі гэтага поля. Па меры расходу энергіі старонняе электрычнае поле папаўняе яе за кошт механічнай ці хімічнай энергіі.
У выніку работы сіл старонняга электрычнага поля энергія гэтага поля пераходзіць у электрычным ланцугу ў якія-небудзь іншыя віды энергіі, напрыклад, у цеплавую энергію ў металічных правадніках, цеплавую і хімічную у электралітах, цеплавую і светлавую энергію ў электрычных лямпах і гэтак далей.
Выраз «работа сіл старонняга электрычнага поля» крыніцы электрычнай энергіі для сцісласці звычайна замяняюць выразам «работа крыніцы электрычнай энергіі».
Калі вядома работа, якая здзяйсняецца крыніцай электрычнай энергіі пры перамяшчэнні адзінкавага электрычнага зарада па ўсім замкнутым электрычным ланцугу, то лёгка вызначыць работу, якая здзяйсняецца ім пры пераносе нейкага электрычнага зарада па гэтым ланцугу, бо велічыня работы прапарцыянальная велічыні зарада. Велічыня, лікава роўная рабоце, якая здзяйсняецца крыніцай электрычнай энергіі пры пераносе адзінкі дадатнага зарада па ўсім замкнутым ланцугу, называецца электрарухаючай сілай . Такім чынам, калі крыніца электрычнай энергіі пры пераносе зарада па ўсім замкнёным ланцугу здзейсніла работу , то яе электрарухаючая сіла роўная
У Міжнароднай сістэме адзінак (СІ) за адзінку вымярэння электрарухаючай сілы прымаецца адзін вольт (1В). Адзінка названа ў гонар італьянскага фізіка і фізіёлага Алесандра Вольта. Электрарухаючая сіла крыніцы электрычнай энергіі роўная аднаму вольту, калі пры перамяшчэнні аднаго кулона электрычнасці па ўсім замкнёным ланцугу ім была здзейснена работа, роўная аднаму джоўлю: . Напрыклад, калі электрарухаючая сіла якой-небудзь крыніцы электрычнай энергіі , то гэта трэба разумець так, што крыніца электрычнай энергіі, перамяшчаючы адзін кулон электрычнасці па ўсім замкнутым ланцугу, зробіць работу 220 Дж, бо