Dòng điện là gì và điều kiện tồn tại của nó là gì
Định nghĩa
Một dòng điện là chuyển động định hướng của các hạt mang điện - đây là công thức tiêu chuẩn từ sách giáo khoa vật lý. Đổi lại, các hạt nhất định của một chất được gọi là chất mang điện tích. Họ có thể là:
- Electron là chất mang điện tích âm.
- Các ion là các hạt mang điện tích dương.
Nhưng các hãng phí đến từ đâu? Để trả lời câu hỏi này, bạn cần nhớ lại kiến thức cơ bản về cấu trúc của vật chất. Tất cả những gì xung quanh chúng ta là vật chất, nó bao gồm các phân tử, các hạt nhỏ nhất của nó. Các phân tử được tạo thành từ các nguyên tử. Một nguyên tử bao gồm một hạt nhân xung quanh mà các electron chuyển động trên các quỹ đạo đã cho. Các phân tử cũng di chuyển ngẫu nhiên. Sự chuyển động và cấu trúc của mỗi hạt này phụ thuộc vào chính chất đó và ảnh hưởng của môi trường lên nó, chẳng hạn như nhiệt độ, điện áp, v.v.
Một ion là một nguyên tử trong đó tỷ lệ electron với các proton đã thay đổi. Nếu nguyên tử ban đầu là trung tính, thì các ion lần lượt được chia thành:
- Anion là ion dương của một nguyên tử bị mất electron.
- Các cation là một nguyên tử có các electron "phụ" được gắn vào nguyên tử.
Đơn vị hiện tại - Ampe, theo Luật pháp Nó được tính theo công thức:
Tôi = U / R,
Trong đó U là điện áp, [V] và R là điện trở, [Ohm].
Hoặc tỷ lệ thuận với lượng phí được chuyển trên mỗi đơn vị thời gian:
Tôi = Q / t,
Trong đó Q là điện tích, [C], t là thời gian, [s].
Điều kiện tồn tại của dòng điện
Dòng điện là gì, chúng tôi đã tìm ra, bây giờ hãy nói về cách đảm bảo dòng chảy của nó. Để dòng điện chạy qua, phải đáp ứng hai điều kiện:
- Sự hiện diện của các hãng miễn phí.
- Điện trường.
Điều kiện đầu tiên cho sự tồn tại và dòng điện phụ thuộc vào chất mà dòng điện (hoặc không chảy), cũng như trạng thái của nó. Điều kiện thứ hai cũng được đáp ứng: đối với sự tồn tại của điện trường, sự hiện diện của các điện thế khác nhau là cần thiết, giữa đó có một môi trường trong đó các hạt mang điện sẽ chảy.
Nhớ lại:Điện áp, EMF là sự khác biệt tiềm năng. Theo sau đó để đáp ứng các điều kiện cho sự tồn tại của dòng điện - sự có mặt của điện trường và dòng điện, cần có điện áp. Đây có thể là các bản của một tụ điện tích điện, một tế bào điện, một emf đã phát sinh dưới ảnh hưởng của từ trường (máy phát).
Làm thế nào nó phát sinh, chúng tôi đã tìm ra, hãy nói về nơi nó được hướng dẫn.Dòng điện, chủ yếu trong sử dụng thông thường của chúng ta, di chuyển trong các dây dẫn (dây điện trong căn hộ, bóng đèn sợi đốt) hoặc trong chất bán dẫn (đèn LED, bộ xử lý điện thoại thông minh của bạn và các thiết bị điện tử khác), ít gặp hơn trong khí (đèn huỳnh quang).
Vì vậy, trong hầu hết các trường hợp, các hạt mang điện chính là electron, chúng chuyển từ điểm trừ (điểm có tiềm năng âm) sang điểm cộng (điểm có tiềm năng tích cực, bạn sẽ tìm hiểu thêm về điều này bên dưới).
Nhưng một sự thật thú vị là hướng của dòng điện được coi là sự dịch chuyển của các điện tích dương - từ cộng sang trừ. Mặc dù trên thực tế, mọi thứ xảy ra theo cách khác. Thực tế là quyết định về hướng của dòng điện đã được đưa ra trước khi nghiên cứu bản chất của nó, cũng như trước khi nó được xác định bởi những gì dòng chảy và tồn tại.
Dòng điện trong các môi trường khác nhau
Chúng tôi đã đề cập rằng trong các môi trường khác nhau, dòng điện có thể khác nhau trong các loại mang điện tích. Phương tiện truyền thông có thể được phân chia theo tính chất của độ dẫn (giảm độ dẫn):
- Dây dẫn (kim loại).
- Chất bán dẫn (silicon, gecmani, galium arsenide, v.v.).
- Điện môi (chân không, không khí, nước cất).
Trong kim loại
Trong kim loại có các hạt mang điện miễn phí, đôi khi chúng được gọi là "khí điện". Các hãng vận chuyển miễn phí đến từ đâu? Thực tế là kim loại, giống như bất kỳ chất nào, bao gồm các nguyên tử. Các nguyên tử, bằng cách này hay cách khác, di chuyển hoặc dao động. Nhiệt độ của kim loại càng cao, chuyển động này càng mạnh. Đồng thời, các nguyên tử ở dạng nói chung vẫn ở vị trí của chúng, thực sự tạo thành cấu trúc kim loại.
Trong lớp vỏ điện tử của một nguyên tử, thường có một số electron trong đó liên kết với hạt nhân khá yếu. Dưới tác động của nhiệt độ, các phản ứng hóa học và sự tương tác của các tạp chất, trong mọi trường hợp là trong kim loại, các electron tách ra khỏi các nguyên tử của chúng, các ion tích điện dương được hình thành. Các electron tách ra được gọi là tự do và di chuyển ngẫu nhiên.
Nếu chúng bị ảnh hưởng bởi điện trường, ví dụ, nếu bạn kết nối pin với một miếng kim loại, chuyển động ngẫu nhiên của các điện tử sẽ được sắp xếp theo thứ tự. Các electron từ điểm mà tại đó điện thế âm được kết nối (ví dụ cực âm của một tế bào điện) sẽ bắt đầu di chuyển đến điểm có điện thế dương.
Trong chất bán dẫn
Chất bán dẫn là vật liệu trong đó ở trạng thái bình thường không có chất mang điện tích miễn phí. Họ đang ở trong cái gọi là khu vực cấm. Nhưng nếu các lực bên ngoài, chẳng hạn như điện trường, nhiệt, bức xạ khác nhau (ánh sáng, bức xạ, v.v.) được áp dụng, chúng sẽ vượt qua vùng cấm và đi vào vùng tự do hoặc vùng dẫn. Các electron tách ra khỏi các nguyên tử của chúng và trở nên tự do, tạo thành các ion - chất mang điện tích dương.
Chất mang tích cực trong chất bán dẫn được gọi là lỗ.
Nếu bạn chỉ cần truyền năng lượng cho một chất bán dẫn, chẳng hạn, làm nóng nó, chuyển động hỗn loạn của các hạt mang điện sẽ bắt đầu. Nhưng nếu chúng ta đang nói về các yếu tố bán dẫn, chẳng hạn như diode hoặc bóng bán dẫn, thì ở hai đầu đối diện của tinh thể (một lớp kim loại được lắng đọng trên chúng và kết luận được hàn), EMF sẽ phát sinh, nhưng điều này không áp dụng cho chủ đề của bài viết hôm nay.
Nếu bạn gắn nguồn emf vào chất bán dẫn, thì các hạt mang điện cũng sẽ đi vào dải dẫn, và chuyển động định hướng của chúng sẽ bắt đầu - các lỗ sẽ đi về phía có điện thế thấp hơn và các electron - sang một bên với một hạt lớn hơn.
Trong chân không và khí
Chân không là một phương tiện với sự vắng mặt hoàn toàn (trường hợp lý tưởng) của khí hoặc số lượng của nó được giảm thiểu (trong thực tế). Vì không có chất trong chân không, nên các hạt mang điện không thể được lấy từ bất cứ đâu. Tuy nhiên, dòng chảy trong chân không đặt nền tảng cho thiết bị điện tử và toàn bộ thời đại của các yếu tố điện tử - ống chân không điện.Chúng được sử dụng trong nửa đầu thế kỷ trước, và trong những năm 50, chúng bắt đầu dần dần nhường chỗ cho các bóng bán dẫn (tùy thuộc vào lĩnh vực điện tử cụ thể).
Giả sử rằng chúng ta có một tàu mà tất cả khí được bơm ra, tức là nó có một khoảng trống hoàn toàn Hai điện cực được đặt trong tàu, hãy gọi chúng là cực dương và cực âm. Nếu chúng ta kết nối điện thế âm của nguồn emf với cực âm và điện thế dương với cực dương, sẽ không có gì xảy ra và dòng điện sẽ không chảy. Nhưng nếu chúng ta bắt đầu làm nóng cực âm, dòng điện sẽ bắt đầu chảy. Quá trình này được gọi là phát xạ nhiệt - phát xạ điện tử từ bề mặt nóng của điện tử.
Hình vẽ cho thấy quá trình dòng chảy trong đèn chân không. Trong các ống chân không, cực âm được làm nóng bởi một dây tóc gần đó trong gạo (H), chẳng hạn như trong bóng đèn.
Hơn nữa, nếu bạn thay đổi cực tính của nguồn cung cấp - áp dụng một điểm trừ cho cực dương, và áp dụng một điểm cộng cho cực âm - dòng điện sẽ không chảy. Điều này sẽ chứng minh rằng dòng điện trong dòng chân không do sự chuyển động của các điện tử từ CATHODE sang ANODE.
Một chất khí, giống như bất kỳ chất nào, bao gồm các phân tử và nguyên tử, có nghĩa là nếu khí chịu tác động của điện trường, thì ở một cường độ nhất định (điện áp ion hóa), các electron tách ra khỏi nguyên tử, sau đó cả hai điều kiện cho dòng điện được thỏa mãn - trường và phương tiện truyền thông miễn phí.
Như đã đề cập, quá trình này được gọi là ion hóa. Nó có thể xảy ra không chỉ từ điện áp ứng dụng, mà còn trong quá trình đốt nóng khí, bức xạ tia X, dưới tác động của bức xạ cực tím và những thứ khác.
Dòng điện sẽ chạy trong không khí ngay cả khi đầu đốt được lắp đặt giữa các điện cực.
Dòng chảy trong dòng khí trơ đi kèm với sự phát quang của khí, hiện tượng này được sử dụng tích cực trong đèn huỳnh quang. Dòng chảy của dòng điện trong môi trường khí được gọi là dòng khí.
Trong chất lỏng
Giả sử chúng ta có một bình chứa nước, trong đó hai điện cực được đặt, trong đó một nguồn điện được kết nối. Nếu nước được chưng cất, nghĩa là tinh khiết và không chứa tạp chất, thì đó là chất điện môi. Nhưng nếu chúng ta thêm một chút muối, axit sulfuric hoặc bất kỳ chất nào khác vào nước, chất điện phân sẽ hình thành và một dòng điện sẽ bắt đầu chảy qua nó.
Chất điện phân là chất dẫn dòng điện do phân ly thành các ion.
Nếu đồng sunfat được thêm vào nước, thì một lớp đồng sẽ lắng xuống một trong các điện cực (cực âm) - điều này được gọi là điện phân, điều này chứng tỏ rằng dòng điện trong chất lỏng là do sự di chuyển của các ion - chất mang điện tích dương và âm.
Điện phân là một quá trình hóa lý liên quan đến việc tách các thành phần tạo nên chất điện phân trên các điện cực.
Do đó, mạ đồng, mạ vàng và sơn với các kim loại khác.
Kết luận
Tóm lại, đối với dòng điện, chúng ta cần các hạt mang điện miễn phí:
- electron trong dây dẫn (kim loại) và chân không;
- electron và lỗ trống trong chất bán dẫn;
- các ion (anion và cation) trong chất lỏng và khí.
Để chuyển động của các tàu sân bay này được đặt hàng, cần có một điện trường. Nói một cách đơn giản - đặt điện áp ở hai đầu của cơ thể hoặc lắp đặt hai điện cực trong một môi trường nơi có dòng điện được cho là chạy qua.
Cũng cần lưu ý rằng dòng điện theo một cách nhất định ảnh hưởng đến chất, có ba loại tiếp xúc:
- nhiệt;
- hóa chất;
- thể chất.
Cuối cùng, chúng tôi khuyên bạn nên xem một video hữu ích trong đó các điều kiện cho sự tồn tại và dòng điện được kiểm tra chi tiết hơn:
Hữu ích về chủ đề:
Đang tải ...
