Kas yra elektros srovė ir kokios yra jos egzistavimo sąlygos
Apibrėžimas
Elektros srovė yra kryptinis krūvininkų judėjimas - tai yra standartinė formuluotė iš fizikos vadovėlio. Savo ruožtu tam tikros medžiagos dalelės yra vadinamos krūvininkėmis. Jie gali būti:
- Elektronai yra neigiamo krūvio nešėjai.
- Jonai yra teigiamojo krūvio nešiotojai.
Bet iš kur atsiranda krovinių vežėjai? Norėdami atsakyti į šį klausimą, turite prisiminti pagrindines žinias apie materijos struktūrą. Viskas, kas mus supa, yra materija, ji susideda iš molekulių, mažiausių jos dalelių. Molekulės yra sudarytos iš atomų. Atomą sudaro branduolys, aplink kurį elektronai juda tam tikrose orbitose. Molekulės taip pat atsitiktinai juda. Kiekvienos iš šių dalelių judėjimas ir struktūra priklauso nuo pačios medžiagos ir aplinkos įtakos jai, tokios kaip temperatūra, įtampa ir pan.
Jonas yra atomas, kuriame pasikeitė elektronų ir protonų santykis. Jei atomas iš pradžių yra neutralus, tada jonai yra padalijami į:
- Anijonai yra teigiamas atomo, praradusio elektronus, jonai.
- Katijonai yra atomas, prie kurio atomo yra prijungti „papildomi“ elektronai.
Dabartinis vienetas - stiprintuvas, pagal Ohmo įstatymas Jis apskaičiuojamas pagal formulę:
I = U / R,
kur U yra įtampa, [V], o R yra varža, [omas].
Arba yra tiesiogiai proporcingas pervesto mokesčio sumai per laiko vienetą:
I = Q / t,
kur Q yra krūvis, [C], t yra laikas, [s].
Elektros srovės buvimo sąlygos
Kas yra elektros srovė, mes išsiaiškinome, dabar pakalbėkime apie tai, kaip užtikrinti jo srautą. Kad tekėtų elektros srovė, turi būti įvykdytos dvi sąlygos:
- Nemokamų vežėjų buvimas.
- Elektrinis laukas.
Pirmoji elektros energijos egzistavimo ir srauto sąlyga priklauso nuo medžiagos, kurioje teka (arba netekėja) srovė, taip pat nuo jos būsenos. Taip pat įvykdyta antroji sąlyga: elektriniam laukui egzistuoti reikia skirtingų potencialų, tarp kurių yra terpė, kurioje tekės krūvio nešėjai.
Prisiminkite:Įtampa, EML yra potencialų skirtumas. Iš to išplaukia, kad norint įvykdyti srovės egzistavimo sąlygas - reikalingas elektrinis laukas ir elektros srovė, įtampa. Tai gali būti įkrauto kondensatoriaus plokštės, galvaninis elementas, emf, atsiradęs veikiant magnetiniam laukui (generatoriui).
Kaip jis atsiranda, mes išsiaiškinome, pakalbėkime apie tai, kur jis nukreiptas.Srovė, dažniausiai įprasto naudojimo metu, juda laidininkuose (elektros instaliacija bute, kaitrinės lemputės) arba puslaidininkiuose (šviesos diodai, jūsų išmaniojo telefono procesorius ir kita elektronika), rečiau dujose (liuminescencinėse lempose).
Taigi, daugeliu atvejų pagrindiniai krūvio nešėjai yra elektronai, jie juda nuo minuso (taškas su neigiamu potencialu) iki pliuso (taškas su teigiamu potencialu, apie tai daugiau sužinosite žemiau).
Bet įdomus faktas yra tai, kad srovės kryptimi buvo imtasi teigiamų krūvių judėjimo - nuo pliuso iki minuso. Nors iš tikrųjų viskas vyksta atvirkščiai. Faktas yra tas, kad sprendimas dėl srovės krypties buvo priimtas prieš tiriant jos pobūdį, taip pat prieš tai, kai buvo nustatyta, kokia srovė teka ir egzistuoja.
Elektros srovė įvairiose aplinkose
Mes jau minėjome, kad skirtingose aplinkose elektros srovė gali skirtis nuo įkrovos nešiklių tipo. Terpę galima suskirstyti pagal laidumo pobūdį (mažėjant laidumui):
- Laidininkas (metalai).
- Puslaidininkiai (silicis, germanis, galiumo arsenidas ir kt.).
- Dielektrikas (vakuumas, oras, distiliuotas vanduo).
Metaluose
Metaluose yra nemokamų įkrovų nešiklių, jie kartais vadinami „elektrinėmis dujomis“. Iš kur atsiranda nemokami vežėjai? Faktas yra tas, kad metalas, kaip ir bet kuri medžiaga, susideda iš atomų. Atomai vienaip ar kitaip juda arba svyruoja. Kuo aukštesnė metalo temperatūra, tuo stipresnis šis judėjimas. Tuo pačiu metu patys atomai apskritai lieka savo vietose, iš tikrųjų formuodami metalinę struktūrą.
Atomo elektronų apvalkaluose paprastai yra keli elektronai, kuriuose ryšys su branduoliu yra gana silpnas. Temperatūros, cheminių reakcijų ir priemaišų, kurios bet kokiu atveju yra metale, sąveika, elektronai atitrūksta nuo savo atomų, susidaro teigiamai įkrauti jonai. Atskirti elektronai vadinami laisvaisiais ir juda atsitiktine tvarka.
Pvz., Jei juos paveikia elektrinis laukas, jei akumuliatorių prijungiate prie metalo gabalo, atsitiktinis elektronų judėjimas bus įsakytas. Elektronai nuo taško, kuriame prijungtas neigiamas potencialas (pavyzdžiui, galvaninio elemento katodas), pradės judėti į tašką, kuriame yra teigiamas potencialas.
Puslaidininkiuose
Puslaidininkiai yra medžiagos, kurių normalioje būsenoje nėra laisvųjų nešiklių. Jie yra vadinamojoje draudžiamojoje zonoje. Bet jei veikiamos išorinės jėgos, tokios kaip elektrinis laukas, šiluma, įvairi radiacija (šviesa, radiacija ir kt.), Jos peržengia draudžiamą zoną ir pereina į laisvąją ar laidumo zoną. Elektronai atitrūksta nuo savo atomų ir tampa laisvi, sudarydami jonus - teigiamo krūvio nešėjus.
Teigiami nešėjai puslaidininkiuose vadinami skylėmis.
Pavyzdžiui, jei energiją perduosite puslaidininkiui, pavyzdžiui, ją kaitinsite, prasidės chaotiškas krūvininkų judėjimas. Bet jei mes kalbame apie puslaidininkinius elementus, tokius kaip diodas ar tranzistorius, tada priešinguose kristalo galuose (jie yra padengti metalizuotu sluoksniu, o gnybtai yra lituojami) atsiras EMF, tačiau tai netaikoma šiandienos straipsnio temai.
Jei pritvirtinsite emf šaltinį prie puslaidininkio, tada įkrovos nešėjai taip pat pateks į laidumo juostą ir prasidės jų kryptinis judėjimas - skylės eis į šoną su mažesniu elektriniu potencialu, o elektronai - į šoną su didesniu.
Vakuume ir dujose
Vakuumas yra terpė, kurioje visiškai (idealiu atveju) nėra dujų arba jos kiekis yra sumažintas (realybėje). Kadangi vakuume nėra jokios medžiagos, įkrovos nešiklių negalima paimti iš niekur. Tačiau srovės srautas vakuume padėjo pagrindą elektronikai ir visai elektroninių elementų erai - elektriniams vakuuminiams vamzdžiams.Jie buvo naudojami praėjusio amžiaus pirmoje pusėje, o penktajame dešimtmetyje jie pamažu davė kelią tranzistoriams (priklausomai nuo konkrečios elektronikos srities).
Tarkime, kad turime indą, iš kurio išsiurbiamos visos dujos, t. jame yra visas vakuumas. Į indą dedami du elektrodai, vadinkime juos anodu ir katodu. Jei mes prijungsime neigiamą emf šaltinio potencialą prie katodo, o teigiamą potencialą prie anodo, nieko neįvyks ir srovė neištekės. Bet jei mes pradėsime šildyti katodą, pradės tekėti srovė. Šis procesas vadinamas termionine emisija - elektronų emisija iš šildomo elektrono paviršiaus.
Paveikslėlyje parodytas srovės tekėjimo procesas vakuuminėje lempoje. Vakuuminiuose vamzdeliuose katodas kaitinamas šalia esančiu ryžių (H) siūlu, pavyzdžiui, lempute.
Be to, jei pakeisite maitinimo šaltinio poliškumą - anodą uždėkite minusą, o katodui pritaikysite pliusą - srovė neteka. Tai įrodys, kad vakuume teka srovė dėl elektronų judėjimo iš KATEDRO į ANODĄ.
Dujos, kaip ir bet kuri medžiaga, susideda iš molekulių ir atomų, o tai reiškia, kad jei dujos yra veikiamos elektrinio lauko, tada esant tam tikram stiprumui (jonizacijos įtampai) elektronai atitrūksta nuo atomo, tada tenkinamos abi elektros srovės tekėjimo sąlygos - laukas ir nemokama žiniasklaida.
Kaip jau minėta, šis procesas vadinamas jonizacija. Tai gali atsirasti ne tik veikiant įtampai, bet ir kaitinant dujas, rentgeno spinduliuotę, veikiant ultravioletiniams spinduliams ir kitiems dalykams.
Srovė teka oru, net jei tarp elektrodų yra įmontuotas degiklis.
Srovės srautą inertinėse dujose lydi dujų liuminescencija, šis reiškinys aktyviai naudojamas fluorescencinėse lempose. Elektros srovės srautas dujinėje terpėje vadinamas dujų išleidimu.
Skystyje
Tarkime, kad mes turime indą su vandeniu, kuriame yra du elektrodai, prie kurių yra prijungtas maitinimo šaltinis. Jei vanduo yra distiliuotas, ty grynas ir neturi priemaišų, tada tai yra dielektrikas. Bet jei į vandenį pridėsime truputį druskos, sieros rūgšties ar bet kurios kitos medžiagos, susidarys elektrolitas ir per jį pradės tekėti srovė.
Elektrolitas yra medžiaga, vedanti elektros srovę dėl disociacijos į jonus.
Jei į vandenį įpilama vario sulfato, tada vario sluoksnis nusės ant vieno iš elektrodų (katodo) - tai vadinama elektrolize, kuri įrodo, kad elektros srovė skystyje atsiranda dėl jonų - teigiamo ir neigiamo krūvio - judėjimo.
Elektrolizė yra fizikinis ir cheminis procesas, apimantis komponentų, iš kurių susidaro elektrolitas, atskyrimą.
Taigi vario dengimas, auksavimas ir dengimas kitais metalais.
Išvada
Apibendrinant galima pasakyti, kad elektros srovės srautui mums reikalingi nemokami įkrovos nešėjai:
- elektronai laidininkuose (metalai) ir vakuume;
- puslaidininkių elektronai ir skylės;
- jonai (anijonai ir katijonai) skysčiuose ir dujose.
Norint, kad šių laikiklių judėjimas būtų užsakytas, reikalingas elektrinis laukas. Paprastais žodžiais tariant, įtampą tepkite ant kūno galų arba įdėkite du elektrodus į terpę, kurioje turėtų tekėti elektros srovė.
Taip pat verta paminėti, kad srovė tam tikru būdu veikia medžiagą, yra trys poveikio tipai:
- šiluminis;
- cheminė;
- fizinis.
Galiausiai mes rekomenduojame žiūrėti naudingą vaizdo įrašą, kuriame išsamiau išnagrinėtos elektros srovės egzistavimo ir srauto sąlygos:
Naudinga šia tema:
Įkeliama ...
