Čo je elektrický prúd a aké sú podmienky jeho existencie
definícia
Elektrický prúd je smerový pohyb nosičov náboja - je to štandardná receptúra z učebnice fyziky. Niektoré častice látky sa zase nazývajú nosičmi náboja. Môžu byť:
- Elektróny sú záporné nosiče náboja.
- Ióny sú kladné nábojové nosiče.
Ale odkiaľ pochádzajú dopravcovia poplatkov? Na zodpovedanie tejto otázky je potrebné pripomenúť základné znalosti o štruktúre hmoty. Všetko, čo nás obklopuje, je hmota, skladá sa z molekúl, z najmenších častíc. Molekuly sú tvorené atómami. Atóm sa skladá z jadra, okolo ktorého sa elektróny pohybujú danými obežnými dráhami. Molekuly sa tiež náhodne pohybujú. Pohyb a štruktúra každej z týchto častíc závisí od látky samotnej a od vplyvu prostredia na ňu, ako je teplota, napätie atď.
Ión je atóm, v ktorom sa zmenil pomer elektrónov k protónom. Ak je atóm spočiatku neutrálny, potom sa ióny rozdelia na:
- Anióny sú kladný ión atómu, ktorý stratil elektróny.
- Katióny sú atómom s „extra“ elektrónmi pripojenými k atómu.
Aktuálna jednotka - Amp, podľa Ohmov zákon Vypočíta sa pomocou vzorca:
I = U / R,
kde U je napätie, [V] a R je odpor, [Ohm].
Alebo je priamo úmerný výške poplatku prevedeného za jednotku času:
I = Q / t,
kde Q je náboj, [C], t je čas, [s].
Podmienky existencie elektrického prúdu
Aký je elektrický prúd, zistili sme, teraz hovorme o tom, ako zabezpečiť jeho tok. Aby elektrický prúd pretekal, musia byť splnené dve podmienky:
- Prítomnosť bezplatných dopravcov.
- Elektrické pole.
Prvá podmienka existencie a toku elektriny závisí od látky, v ktorej prúd tečie (alebo neprúdi), ako aj od jej stavu. Druhá podmienka je tiež splnená: na existenciu elektrického poľa je nevyhnutná prítomnosť rôznych potenciálov, medzi ktorými existuje médium, cez ktoré budú prúdiť nosiče náboja.
recall:Napätie, EMF je potenciálny rozdiel. Z toho vyplýva, že na splnenie podmienok existencie prúdu - prítomnosť elektrického poľa a elektrického prúdu je potrebné napätie. Môže to byť doska nabitého kondenzátora, galvanický článok, emf vznikajúci pod vplyvom magnetického poľa (generátora).
Ako to vzniklo, prišli sme na to, poďme hovoriť o tom, kam to smeruje.Prúd, hlavne pri našom obvyklom použití, sa pohybuje vo vodičoch (elektrické zapojenie v byte, žiarovky) alebo v polovodičoch (LED, procesor vášho smartfónu a ďalšia elektronika), menej často v plynoch (žiarivky).
Vo väčšine prípadov sú teda hlavnými nosičmi náboja elektróny, ktoré sa pohybujú od mínus (bod s negatívnym potenciálom) k plusu (bod s pozitívnym potenciálom, o tomto sa dozviete viac).
Zaujímavé je však to, že smer prúdu sa považoval za pohyb kladných nábojov - od plusu po mínus. Aj keď v skutočnosti sa všetko deje opačným smerom. Skutočnosť je taká, že rozhodnutie o smere prúdu bolo prijaté pred štúdiom jeho povahy, ako aj pred tým, ako bolo určené kvôli tomu, čo prúd tečie a existuje.
Elektrický prúd v rôznych prostrediach
Už sme spomenuli, že v rôznych prostrediach sa elektrický prúd môže líšiť v type nosičov náboja. Médiá je možné deliť podľa povahy vodivosti (pri zníženej vodivosti):
- Vodič (kovy).
- Polovodič (kremík, germánium, arzenid gália atď.).
- Dielektrikum (vákuum, vzduch, destilovaná voda).
V kovoch
V kovoch existujú bezplatné nosiče náboja, ktoré sa niekedy nazývajú „elektrický plyn“. Odkiaľ pochádzajú bezplatní dopravcovia? Faktom je, že kov ako každá látka pozostáva z atómov. Atómy, tak či onak, sa pohybujú alebo kmitajú. Čím vyššia je teplota kovu, tým silnejší je tento pohyb. Zároveň atómy samotné vo všeobecnej podobe zostávajú na svojich miestach a v skutočnosti tvoria kovovú štruktúru.
V elektrónových škrupinách atómu je zvyčajne niekoľko elektrónov, v ktorých je spojenie s jadrom dosť slabé. Vplyvom teplôt, chemických reakcií a interakcie nečistôt, ktoré sú v každom prípade v kovu, sa elektróny odtrhnú od svojich atómov, vytvárajú sa kladne nabité ióny. Oddelené elektróny sa nazývajú voľné a pohybujú sa náhodne.
Ak sú napríklad ovplyvnené elektrickým poľom, napríklad ak pripojíte batériu k kusu kovu, bude náhodný pohyb elektrónov usporiadaný. Elektróny od bodu, v ktorom je pripojený záporný potenciál (napríklad katóda galvanického článku), sa začnú pohybovať k bodu s kladným potenciálom.
V polovodičoch
Polovodiče sú materiály, v ktorých v normálnom stave nie sú bezplatní nosiči poplatkov. Sú v tzv. Zakázanej zóne. Ak však pôsobia vonkajšie sily, ako napríklad elektrické pole, teplo, rôzne žiarenie (svetlo, žiarenie atď.), Prekonajú zakázanú zónu a prechádzajú do voľnej zóny alebo vodivej zóny. Elektróny sa odtrhnú od svojich atómov a stanú sa voľnými a tvoria ióny - kladné nábojové nosiče.
Pozitívne nosiče v polovodičoch sa nazývajú diery.
Ak napríklad jednoducho prenášate energiu na polovodič, napríklad ju zahrievate, začne sa chaotický pohyb nosičov náboja. Ak však hovoríme o polovodičových prvkoch, ako sú diódy alebo tranzistory, potom na opačných koncoch kryštálu (na nich je nanesená metalizovaná vrstva a spájkované závery), vznikne EMF, ale to sa netýka témy dnešného článku.
Ak pripojíte zdroj emf k polovodiču, potom aj nosiče náboja vstúpia do vodivého pásma a začne sa ich smerový pohyb - diery pôjdu na stranu s nižším elektrickým potenciálom a elektróny - na stranu s väčším.
Vo vákuu a plynu
Vákuum je médium s úplnou (ideálny prípad) neprítomnosťou plynov alebo jeho množstvo minimalizované (v skutočnosti). Pretože vo vákuu nie je žiadna látka, nosiče náboja nie je možné vziať odkiaľkoľvek. Tok prúdu vo vákuu však položil základy pre elektroniku a celú éru elektronických prvkov - elektrických vákuových trubíc.Boli použité v prvej polovici minulého storočia a v 50-tych rokoch začali postupne prepúšťať tranzistory (v závislosti od konkrétnej oblasti elektroniky).
Predpokladajme, že máme nádobu, z ktorej sa čerpá všetok plyn, t. má úplné vákuum. Do cievy sa vložia dve elektródy, povedzme im anóda a katóda. Ak spojíme záporný potenciál zdroja emf s katódou a kladný potenciál s anódou, nestane sa nič a prúd nebude prúdiť. Ale ak začneme zahrievať katódu, prúd začne prúdiť. Tento proces sa nazýva termionická emisia - emisia elektrónov z vyhrievaného povrchu elektrónu.
Obrázok ukazuje postup prúdenia vo vákuovej žiarovke. Vo vákuových skúmavkách sa katóda zahrieva blízkym vláknom z ryže (H), napríklad v žiarovke.
Okrem toho, ak zmeníte polaritu napájacieho zdroja - na anódu použite mínus a na katódu plus - prúd nebude prúdiť. To preukáže, že prúd vo vákuu prúdi v dôsledku pohybu elektrónov z KATÓZY do ANÓDY.
Plyn, ako každá látka, pozostáva z molekúl a atómov, čo znamená, že ak je plyn pod vplyvom elektrického poľa, potom sa elektrón pri určitej sile (ionizačné napätie) odtrhne od atómu, potom sú splnené obidve podmienky toku elektrického prúdu - pole a zadarmo médiá.
Ako už bolo uvedené, tento proces sa nazýva ionizácia. Môže sa vyskytnúť nielen pri privádzanom napätí, ale aj pri zahrievaní plynu, röntgenovom žiarení, pod vplyvom ultrafialového žiarenia a ďalších vecí.
Prúd prúdi vzduchom, aj keď je medzi elektródami nainštalovaný horák.
Tok prúdu v inertných plynoch je sprevádzaný plynovou luminiscenciou, tento jav sa aktívne používa vo žiarivkách. Tok elektrického prúdu v plynnom médiu sa nazýva plynový výboj.
V tekutine
Predpokladajme, že máme nádobu s vodou, v ktorej sú umiestnené dve elektródy, ku ktorým je pripojený zdroj energie. Ak je voda destilovaná, to znamená, že je čistá a neobsahuje nečistoty, je to dielektrikum. Ak však do vody pridáme trochu soli, kyseliny sírovej alebo inej látky, vytvorí sa elektrolyt a začne ňou pretekať prúd.
Elektrolyt je látka, ktorá v dôsledku disociácie na ióny vedie elektrický prúd.
Ak sa do vody pridá síran medi, potom sa na jednej z elektród (katóda) usadí vrstva medi - nazýva sa to elektrolýza, čo dokazuje, že elektrický prúd v tekutine je spôsobený pohybom iónov - kladné a záporné náboje.
Elektrolýza je fyzikálno-chemický proces, ktorý zahŕňa oddelenie komponentov, ktoré tvoria elektrolyt na elektródach.
To znamená, pokovovanie medi, zlacenie a potiahnutie inými kovmi.
záver
Aby sme to zhrnuli, pre tok elektrického prúdu potrebujeme nosiče bezplatných poplatkov:
- elektróny vo vodičoch (kovy) a vo vákuu;
- elektróny a diery v polovodičoch;
- ióny (anióny a katióny) v tekutinách a plynoch.
Na usporiadanie pohybu týchto nosičov je potrebné elektrické pole. Zjednodušene povedané - pripojte napätie na konce tela alebo nainštalujte dve elektródy do média, kde má prúdiť elektrický prúd.
Je tiež potrebné poznamenať, že prúd určitým spôsobom ovplyvňuje látku, existujú tri typy vystavenia:
- tepelné;
- chemický;
- fyzický.
Nakoniec odporúčame pozerať sa na užitočné video, v ktorom sa podrobnejšie skúmajú podmienky existencie a toku elektrického prúdu:
Užitočné pre túto tému:
Načítava...
