กระแสไฟฟ้าคืออะไรและสภาพการดำรงอยู่ของมันคืออะไร
คำนิยาม
กระแสไฟฟ้าคือการเคลื่อนที่ตามทิศทางของตัวพาประจุ - นี่คือสูตรมาตรฐานจากตำราฟิสิกส์ ในทางกลับกันอนุภาคของสารบางอย่างเรียกว่าตัวพาประจุ พวกเขาสามารถ:
- อิเล็กตรอนเป็นตัวพาประจุลบ
- ไอออนเป็นประจุบวก
แต่ผู้ให้บริการชาร์จมาจากไหน ในการตอบคำถามนี้คุณต้องจำความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับโครงสร้างของสสาร สิ่งที่อยู่รอบตัวเรานั้นประกอบด้วยสสารประกอบด้วยโมเลกุลอนุภาคที่เล็กที่สุด โมเลกุลประกอบด้วยอะตอม อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสซึ่งอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปในวงโคจรที่กำหนด โมเลกุลก็จะเคลื่อนที่แบบสุ่ม การเคลื่อนไหวและโครงสร้างของอนุภาคแต่ละชนิดขึ้นอยู่กับสารนั้น ๆ และอิทธิพลของสภาพแวดล้อมที่มีต่อมันเช่นอุณหภูมิแรงดันไฟฟ้าเป็นต้น
ไอออนคืออะตอมซึ่งอัตราส่วนของอิเล็กตรอนต่อโปรตอนมีการเปลี่ยนแปลง หากอะตอมมีความเป็นกลางในตอนแรกไอออนจะถูกแบ่งออกเป็น:
- ประจุลบเป็นไอออนบวกของอะตอมที่สูญเสียอิเล็กตรอน
- ไพเพอร์เป็นอะตอมที่มีอิเล็กตรอน "พิเศษ" ติดอยู่กับอะตอม
หน่วยปัจจุบัน - แอมป์ตาม กฎของโอห์ม มันถูกคำนวณโดยสูตร:
I = U / R
โดยที่ U คือแรงดันไฟฟ้า [V] และ R คือความต้านทาน [Ohm]
หรือเป็นสัดส่วนโดยตรงกับจำนวนประจุที่ถ่ายโอนต่อหน่วยเวลา:
I = Q / t
โดยที่ Q คือประจุ [C], t คือเวลา [s]
เงื่อนไขการดำรงอยู่ของกระแสไฟฟ้า
กระแสไฟฟ้าคืออะไร, เราหา, ตอนนี้เรามาพูดถึงวิธีการทำให้แน่ใจว่าการไหลของมัน สำหรับกระแสไฟฟ้าไหลต้องมีเงื่อนไขสองข้อ:
- การปรากฏตัวของผู้ให้บริการฟรี
- สนามไฟฟ้า
เงื่อนไขแรกสำหรับการดำรงอยู่และการไหลของไฟฟ้าขึ้นอยู่กับสารที่กระแสปัจจุบัน (หรือไม่ไหล) เช่นเดียวกับสถานะของมัน เงื่อนไขที่สองก็เป็นจริงเช่นกันสำหรับการมีอยู่ของสนามไฟฟ้าจำเป็นต้องมีการปรากฏตัวของศักยภาพที่แตกต่างกันระหว่างที่มีสื่อที่ประจุพาหะจะไหล
จำ:แรงดันไฟฟ้า EMF เป็นความต่างศักย์ มันตามที่จะตอบสนองเงื่อนไขสำหรับการดำรงอยู่ของกระแส - การปรากฏตัวของสนามไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าแรงดันเป็นสิ่งจำเป็น นี่อาจเป็นแผ่นประจุตัวเก็บประจุเซลล์กัลวานิกแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็ก (เครื่องกำเนิดไฟฟ้า)
มันเกิดขึ้นได้อย่างไรเรามาลองมาคุยกันว่ามันอยู่ตรงไหนปัจจุบันส่วนใหญ่ใช้งานตามปกติของเราย้ายในตัวนำ (เดินสายไฟฟ้าในอพาร์ทเมนต์, หลอดไส้) หรือในเซมิคอนดักเตอร์ (ไฟ LED, โปรเซสเซอร์ของสมาร์ทโฟนของคุณและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น ๆ ) น้อยกว่าในก๊าซ
ดังนั้นในกรณีส่วนใหญ่ผู้ให้บริการหลักคืออิเล็กตรอนพวกมันจะย้ายจากเครื่องหมายลบ (จุดที่มีศักยภาพเป็นลบ) เป็นบวก (จุดที่มีศักยภาพเป็นบวกคุณจะได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ด้านล่าง)
แต่ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจคือทิศทางของกระแสไฟฟ้าคือการเคลื่อนที่ของประจุบวก - จากบวกถึงลบ แม้ว่าในความเป็นจริงทุกอย่างเกิดขึ้นในทางตรงกันข้าม ความจริงก็คือว่าการตัดสินใจเกี่ยวกับทิศทางของกระแสได้ถูกทำขึ้นก่อนที่จะศึกษาธรรมชาติของมันเช่นเดียวกับก่อนที่มันจะถูกกำหนดเนื่องจากสิ่งที่กระแสและมีอยู่
กระแสไฟฟ้าในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน
เราได้กล่าวแล้วว่าในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันกระแสไฟฟ้าสามารถแตกต่างกันในประเภทของผู้ให้บริการชาร์จ สื่อสามารถแบ่งตามลักษณะของการนำไฟฟ้า (ในการลดการนำไฟฟ้า):
- ตัวนำ (โลหะ)
- เซมิคอนดักเตอร์ (ซิลิกอน, เจอร์เมเนียม, แกลเลียมอาร์เซไนด์ ฯลฯ )
- อิเล็กทริก (สูญญากาศ, อากาศ, น้ำกลั่น)
ในโลหะ
ในโลหะมีผู้ให้บริการฟรีบางครั้งพวกเขาถูกเรียกว่า "แก๊สไฟฟ้า" ผู้ให้บริการเรียกเก็บเงินฟรีมาจากไหน ความจริงก็คือโลหะนั้นมีส่วนประกอบของอะตอมเช่นเดียวกับสารอื่น ๆ อะตอมไม่ทางใดก็ทางหนึ่งให้ย้ายหรือแกว่ง ยิ่งอุณหภูมิของโลหะสูงขึ้นเท่าไหร่การเคลื่อนไหวนี้ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ในเวลาเดียวกันอะตอมของตัวเองในรูปแบบทั่วไปยังคงอยู่ในสถานที่ของพวกเขาจริงสร้างโครงสร้างโลหะ
ในเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมมักจะมีอิเล็กตรอนหลายตัวที่พันธะกับนิวเคลียสจะค่อนข้างอ่อนแอ ภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิปฏิกิริยาเคมีและปฏิกิริยาของสิ่งสกปรกซึ่งในกรณีใดก็ตามที่อยู่ในโลหะอิเล็กตรอนจะแยกตัวออกจากอะตอมอะตอมของประจุจะเกิดขึ้นในเชิงบวก อิเล็กตรอนที่แยกออกเรียกว่าฟรีและเคลื่อนที่แบบสุ่ม
หากพวกเขาได้รับผลกระทบจากสนามไฟฟ้าเช่นหากคุณเชื่อมต่อแบตเตอรี่กับชิ้นส่วนของโลหะการเคลื่อนที่แบบสุ่มของอิเล็กตรอนจะกลายเป็นคำสั่ง อิเล็กตรอนจากจุดที่ศักยภาพเชิงลบเชื่อมต่อ (เช่นแคโทดของเซลล์กัลวานิค) จะเริ่มเคลื่อนที่ไปยังจุดที่มีศักยภาพเชิงบวก
ในสารกึ่งตัวนำ
อุปกรณ์กึ่งตัวนำเป็นวัสดุที่อยู่ในสภาวะปกติไม่มีผู้ให้บริการฟรี พวกเขาอยู่ในเขตต้องห้ามที่เรียกว่า แต่ถ้าใช้แรงภายนอกเช่นสนามไฟฟ้าความร้อนการแผ่รังสีต่าง ๆ (แสงการแผ่รังสี ฯลฯ ) พวกมันจะเอาชนะเขตต้องห้ามและผ่านเข้าไปในเขตปลอดอากรหรือเขตพื้นที่นำ อิเล็กตรอนจะแยกตัวออกจากอะตอมและกลายเป็นอิสระก่อตัวเป็นไอออนซึ่งเป็นประจุบวก
ผู้ให้บริการในเชิงบวกในเซมิคอนดักเตอร์เรียกว่าหลุม
หากคุณเพียงแค่ถ่ายโอนพลังงานไปยังเซมิคอนดักเตอร์ตัวอย่างเช่นให้ความร้อนความร้อนการเคลื่อนที่ของผู้ให้บริการจะเริ่มขึ้น แต่ถ้าเรากำลังพูดถึงองค์ประกอบเซมิคอนดักเตอร์เช่นไดโอดหรือทรานซิสเตอร์จากนั้นที่ปลายตรงข้ามของคริสตัล (ชั้นโลหะถูกวางลงบนพวกเขาและข้อสรุปจะบัดกรี), EMF จะเกิดขึ้น แต่สิ่งนี้ไม่ได้ใช้กับหัวข้อของบทความในวันนี้
หากคุณติดตั้งแหล่งกำเนิด emf เข้ากับเซมิคอนดักเตอร์ผู้ให้บริการประจุไฟฟ้าก็จะเข้าสู่วงการนำไฟฟ้าและการเคลื่อนที่ของทิศทางจะเริ่มขึ้น - รูจะไปทางด้านข้างด้วยศักย์ไฟฟ้าที่ต่ำกว่าและอิเล็กตรอน - ไปทางด้านที่มีขนาดใหญ่กว่า
ในสุญญากาศและแก๊ส
สูญญากาศเป็นสื่อที่มีกรณีที่สมบูรณ์ (กรณีที่เหมาะสม) ของก๊าซหรือปริมาณที่ลดลง (ในความเป็นจริง) เนื่องจากไม่มีสารอยู่ในสุญญากาศผู้ให้บริการชาร์จจึงไม่สามารถนำไปใช้ได้ทุกที่ อย่างไรก็ตามการไหลของกระแสในสูญญากาศเป็นพื้นฐานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และยุคขององค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด - หลอดสูญญากาศไฟฟ้าพวกเขาถูกนำมาใช้ในครึ่งแรกของศตวรรษที่ผ่านมาและในยุค 50 พวกเขาก็เริ่มที่จะค่อย ๆ ให้ทรานซิสเตอร์ (ขึ้นอยู่กับสาขาอิเล็กทรอนิกส์เฉพาะ)
สมมติว่าเรามีเรือที่สูบแก๊สทั้งหมดออกมานั่นคือ มันมีสุญญากาศสมบูรณ์ มีขั้วไฟฟ้าสองอันวางอยู่ในภาชนะลองเรียกว่าขั้วบวกและขั้วลบ หากเราเชื่อมต่อศักยภาพเชิงลบของแหล่งกำเนิดแรงเคลื่อนไฟฟ้ากับขั้วลบและศักยภาพเชิงบวกของขั้วบวกจะไม่มีอะไรเกิดขึ้นและกระแสจะไม่ไหล แต่ถ้าเราเริ่มให้ความร้อนแคโทดกระแสจะเริ่มไหล กระบวนการนี้เรียกว่าการปลดปล่อยความร้อน - การปล่อยอิเล็กตรอนจากพื้นผิวที่ร้อนของอิเล็กตรอน
รูปแสดงกระบวนการไหลของกระแสในหลอดสูญญากาศ ในหลอดสุญญากาศแคโทดจะถูกทำให้ร้อนโดยหลอดที่อยู่ใกล้เคียงในข้าว (H) เช่นในหลอดไฟ
ยิ่งไปกว่านั้นถ้าคุณเปลี่ยนขั้วของแหล่งจ่ายไฟ - ใช้ลบกับขั้วบวกและใช้บวกกับแคโทด - กระแสจะไม่ไหล สิ่งนี้จะพิสูจน์ได้ว่ากระแสในสุญญากาศนั้นเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนจาก CATHODE ไปยังขั้วบวก
ก๊าซเช่นเดียวกับสารใด ๆ ประกอบด้วยโมเลกุลและอะตอมซึ่งหมายความว่าหากก๊าซอยู่ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าจากนั้นมีความแข็งแรง (แรงดันไอออไนเซชัน) อิเล็กตรอนที่แยกตัวออกจากอะตอมจากนั้นทั้งสองสภาวะของการไหลของกระแสไฟฟ้า สื่อฟรี
ดังกล่าวแล้วกระบวนการนี้เรียกว่าการทำให้เป็นไอออน มันสามารถเกิดขึ้นได้ไม่เพียง แต่จากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ แต่ยังในระหว่างความร้อนของแก๊สรังสีเอกซ์ภายใต้อิทธิพลของรังสีอัลตราไวโอเลตและสิ่งอื่น ๆ
กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านอากาศแม้ว่าจะติดตั้งเครื่องเขียนระหว่างขั้วไฟฟ้าก็ตาม
การไหลของกระแสในก๊าซเฉื่อยมาพร้อมกับการเรืองแสงของแก๊สปรากฏการณ์นี้ถูกใช้อย่างแข็งขันในหลอดฟลูออเรสเซนต์ การไหลของกระแสไฟฟ้าในตัวกลางที่เป็นก๊าซเรียกว่าการปล่อยแก๊ส
ในของเหลว
สมมติว่าเรามีเรือที่มีน้ำซึ่งมีอิเล็กโทรดสองตัววางอยู่ซึ่งเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงาน หากน้ำกลั่นนั่นคือบริสุทธิ์และไม่มีสิ่งเจือปนแสดงว่าเป็นอิเล็กทริก แต่ถ้าเราเติมเกลือเล็กน้อยกรดซัลฟูริกหรือสารอื่น ๆ ลงไปในน้ำอิเล็กโทรไลต์จะก่อตัวและกระแสจะเริ่มไหลผ่านได้
อิเล็กโทรไลต์เป็นสารที่ทำหน้าที่นำกระแสไฟฟ้าเนื่องจากแยกตัวออกเป็นไอออน
ถ้าคอปเปอร์ซัลเฟตถูกเติมลงไปในน้ำแล้วชั้นทองแดงจะตั้งอยู่บนขั้วไฟฟ้าหนึ่ง (แคโทด) - นี่เรียกว่าอิเล็กโทรไลซิสซึ่งพิสูจน์ว่ากระแสไฟฟ้าในของเหลวเกิดจากการเคลื่อนที่ของไอออน - ตัวพาประจุประจุบวกและประจุลบ
อิเล็กโทรไลซิสเป็นกระบวนการทางเคมีกายภาพที่เกี่ยวข้องกับการแยกส่วนประกอบที่ประกอบเป็นอิเล็กโทรไลต์บนอิเล็กโทรด
ดังนั้นการชุบทองแดงปิดทองและเคลือบด้วยโลหะอื่น ๆ
ข้อสรุป
เพื่อสรุปสำหรับการไหลของกระแสไฟฟ้าที่เราต้องการผู้ให้บริการฟรีค่าใช้จ่าย:
- อิเล็กตรอนในตัวนำ (โลหะ) และสุญญากาศ
- อิเล็กตรอนและรูในสารกึ่งตัวนำ
- ไอออน (แอนไอออนและไพเพอร์) ในของเหลวและก๊าซ
เพื่อให้การเคลื่อนที่ของตัวพาเหล่านี้กลายเป็นระเบียบจำเป็นต้องมีสนามไฟฟ้า พูดง่ายๆก็คือ - ใช้แรงดันไฟฟ้าที่ปลายของร่างกายหรือติดตั้งอิเล็กโทรดสองตัวในสื่อที่กระแสไฟฟ้าควรไหล
นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตว่ากระแสในทางใดทางหนึ่งมีผลต่อสารมีการรับสัมผัสสามประเภท:
- ความร้อน
- เคมี
- กายภาพ
สุดท้ายเราขอแนะนำให้ดูวิดีโอที่มีประโยชน์ซึ่งตรวจสอบสภาพการมีอยู่และการไหลของกระแสไฟฟ้าในรายละเอียดเพิ่มเติม:
มีประโยชน์ในหัวข้อ:
กำลังโหลด ...
