Какво е електрически ток и какви са условията за неговото съществуване

дефиниция

Електрическият ток е насоченото движение на носителите на заряд - това е стандартната формулировка от учебника по физика. От своя страна определени частици на веществото се наричат ​​носители на заряд. Те могат да бъдат:

• Електроните са носители на отрицателен заряд.
• Йони са носители на положителни заряди.

Но откъде идват превозвачите на такси? За да отговорите на този въпрос, трябва да припомните основни знания за структурата на материята. Всичко, което ни заобикаля, е материя, състои се от молекули, най-малките му частици. Молекулите са изградени от атоми. Атом се състои от ядро, около което се движат електрони по зададени орбити. Молекулите също се движат на случаен принцип. Движението и структурата на всяка от тези частици зависят от самото вещество и влиянието на околната среда върху него, като температура, напрежение и т.н.

Йонът е атом, в който отношението на електрони към протоните се е променило. Ако атомът първоначално е неутрален, тогава йоните от своя страна се разделят на:

• Анионите са положителния йон на атом, който е загубил електрони.
• Катионите са атом с "допълнителни" електрони, прикрепени към атома.

Текуща единица - усилвател, според Закон на Ом Изчислява се по формулата:

I = U / R,

където U е напрежението, [V], а R е съпротивлението, [Ohm].

Или е пряко пропорционална на размера на таксата, прехвърлена за единица време:

I = Q / t,

където Q е зарядът, [C], t е време, [s].

Условия за съществуване на електрически ток

Какъв е електрическият ток, разбрахме, сега нека да поговорим за това как да осигурим неговия поток. За да тече електрически ток, трябва да бъдат изпълнени две условия:

1. Наличието на безплатни носители на такси.
2. Електрическо поле.

Първото условие за съществуването и потока на електричество зависи от веществото, в което токът тече (или не тече), както и от неговото състояние. Второто условие също е изпълнено: за съществуването на електрическо поле е необходимо наличието на различни потенциали, между които има среда, в която ще протичат носители на заряд.

Припомням си:Напрежение, EMF е потенциалната разлика. От това следва, че за да се изпълнят условията за съществуване на ток - наличието на електрическо поле и електрически ток, е необходимо напрежение. Това могат да бъдат плочите на зареден кондензатор, галванична клетка, ЕМП, възникващи под въздействието на магнитно поле (генератор).

Как възниква, разбрахме, нека да поговорим къде е насочена.Токът, основно при обичайната ни употреба, се движи в проводници (електрическо окабеляване в апартамент, крушки с нажежаема жичка) или в полупроводници (светодиоди, процесор на вашия смартфон и друга електроника), по-рядко в газове (луминесцентни лампи).

Така че в повечето случаи основните носители на заряд са електрони, те се движат от минуса (точката с отрицателен потенциал) до плюс (точката с положителен потенциал, ще научите повече за това по-долу).

Но интересен факт е, че посоката на тока е приета като движение на положителни заряди - от плюс към минус. Въпреки че всъщност всичко се случва обратното. Факт е, че решението за посоката на тока е взето преди изучаването на неговата същност, както и преди да се определи от това какво тече и съществува токът.

Електрически ток в различни среди

Вече споменахме, че в различни среди електрическият ток може да се различава в типа носители на заряд. Медиите могат да бъдат разделени по естеството на проводимостта (при намаляваща проводимост):

1. Проводник (метали).
2. Полупроводник (силиций, германий, арсенид на галий и др.).
3. Диелектрик (вакуум, въздух, дестилирана вода).

В металите

В металите има безплатни носители на заряд, понякога ги наричат ​​"електрически газ". Откъде идват безплатните превозвачи? Факт е, че металът, като всяко вещество, се състои от атоми. Атомите, по един или друг начин, се движат или колебаят. Колкото по-висока е температурата на метала, толкова по-силно е това движение. В същото време самите атоми като цяло остават на местата си, всъщност образуват металната структура.

В електронните обвивки на атом обикновено има няколко електрона, в които връзката с ядрото е доста слаба. Под влияние на температури, химически реакции и взаимодействието на примеси, които във всеки случай са в метала, електроните се откъсват от своите атоми, се образуват положително заредени йони. Откъснатите електрони се наричат ​​свободни и се движат произволно.

Ако те са засегнати от електрическо поле, например, ако свържете батерия към парче метал, ще бъде подредено произволното движение на електрони. Електрони от точката, в която е свързан отрицателният потенциал (катодът на галванична клетка, например), ще започнат да се придвижват до точката с положителен потенциал.

В полупроводници

Полупроводниците са материали, в които в нормално състояние няма безплатни носители на заряд. Те са в така наречената забранена зона. Но ако се прилагат външни сили, като електрическо поле, топлина, различни лъчения (светлина, радиация и др.), Те преодоляват забранената зона и преминават в свободната зона или зоната на проводимост. Електроните се откъсват от своите атоми и стават свободни, образувайки йони - носители на положителен заряд.

Положителните носители в полупроводници се наричат ​​дупки.

Ако просто прехвърлите енергия например в полупроводник, например, го нагрейте, ще започне хаотично движение на носители на заряд. Но ако говорим за полупроводникови елементи, като диод или транзистор, тогава в противоположните краища на кристала (върху тях се отлага метализиран слой и изводите са запоени), ще възникне ЕМП, но това не се отнася за темата на днешната статия.

Ако прикрепите източника на емф към полупроводника, тогава носителите на заряда също ще влязат в лентата на проводимост и тяхното насочено движение ще започне - дупките ще отидат встрани с по-нисък електрически потенциал, а електроните - в страната с по-голям.

Във вакуум и газ

Вакуумът е среда с пълна (идеален случай) липса на газове или количеството му е сведено до минимум (в действителност). Тъй като няма вещество във вакуум, носителите на заряд не могат да се вземат от никъде. Потокът на ток във вакуум обаче постави основата на електрониката и цяла ера от електронни елементи - електрически вакуумни тръби.Използвани са през първата половина на миналия век, а през 50-те започват постепенно да отстъпват на транзисторите (в зависимост от конкретната област на електрониката).

Да предположим, че имаме съд, от който се изпомпва целият газ, т.е. има пълен вакуум. Два електрода са поставени в съда, нека ги наречем анод и катод. Ако свържем отрицателния потенциал на източника на емф с катода, а положителния потенциал към анода, нищо няма да се случи и токът няма да тече. Но ако започнем да загряваме катода, токът ще започне да тече. Този процес се нарича термионно излъчване - излъчване на електрони от нагрята повърхност на електрон.

Фигурата показва процеса на текущия поток във вакуумна лампа. Във вакуумни епруветки катодът се нагрява от близката нишка в ориз (Н), като например в електрическа крушка.

Освен това, ако промените полярността на захранването - приложете минус към анода, а приложете плюс към катода - токът няма да тече. Това ще докаже, че токът във вакуум тече поради движението на електрони от КАТОДА към АНОДА.

Газ, подобно на всяко вещество, се състои от молекули и атоми, което означава, че ако газът е под въздействието на електрическо поле, тогава при определена сила (йонизиращо напрежение) електроните се откъсват от атома, тогава и двете условия на потока на електрическия ток са изпълнени - полето и безплатни медии.

Както вече споменахме, този процес се нарича йонизация. Тя може да възникне не само от приложеното напрежение, но и по време на загряване на газ, рентгеново излъчване, под въздействието на ултравиолетовото лъчение и други неща.

Токът ще тече през въздуха, дори ако между електродите е инсталирана горелка.

Потокът на тока в инертните газове се придружава от газова луминесценция, това явление се използва активно в луминесцентни лампи. Потокът на електрически ток в газообразна среда се нарича газов разряд.

В течност

Да предположим, че имаме съд с вода, в който са поставени два електрода, към които е свързан източник на енергия. Ако водата е дестилирана, тоест чиста и не съдържа примеси, тогава тя е диелектрик. Но ако добавим малко сол, сярна киселина или друго вещество към водата, се образува електролит и през него започва да тече ток.

Електролит е вещество, което провежда електрически ток поради дисоциация в йони.

Ако към водата се добави меден сулфат, тогава меден слой ще се утаи върху един от електродите (катод) - това се нарича електролиза, което доказва, че електрическият ток в течността се дължи на движението на йони - носители на положителен и отрицателен заряд.

Електролизата е физикохимичен процес, който включва отделяне на компоненти, които съставляват електролит върху електродите.

По този начин медното покритие, позлата и покритието с други метали.

заключение

В обобщение, за потока на електрическия ток се нуждаем от безплатни носители на зареждане:

• електрони в проводници (метали) и вакуум;
• електрони и дупки в полупроводници;
• йони (аниони и катиони) в течности и газове.

За да може да се нареди движението на тези носители, е необходимо електрическо поле. С прости думи - прилагайте напрежение в краищата на тялото или инсталирайте два електрода в среда, където се очаква да тече електрически ток.

Също така си струва да се отбележи, че токът по определен начин влияе на веществото, има три вида излагане:

• термичен;
• химически;
• физически.

И накрая, препоръчваме да гледате полезно видео, в което условията за съществуване и протичане на електрически ток са разгледани по-подробно:

Полезно по темата:

• Съпротивление на проводника спрямо температурата
• Законът на Жул-Ленц с прости думи
• Кой електрически ток е по-опасен за човек: пряк или променлив