Hvad er elektrisk strøm, og hvad er betingelserne for dens eksistens

definition

En elektrisk strøm er ladningsbærernes retningsbestemte bevægelser - dette er standardformuleringen fra en fysik-lærebog. Til gengæld kaldes visse partikler af et stof ladningsbærere. De kan være:

• Elektroner er bærere af negativ ladning.
• Ioner er positive ladningsbærere.

Men hvor kommer ladningsbærere fra? For at besvare dette spørgsmål skal du huske den grundlæggende viden om materiens struktur. Alt hvad der omgiver os er stof, det består af molekyler, dets mindste partikler. Molekyler består af atomer. Et atom består af en kerne, omkring hvilken elektroner bevæger sig i givne kredsløb. Molekyler bevæger sig også tilfældigt. Bevægelsen og strukturen af ​​hver af disse partikler afhænger af selve stoffet og påvirkningen af ​​miljøet på det, såsom temperatur, spænding og så videre.

En ion er et atom, hvor forholdet mellem elektroner og protoner er ændret. Hvis atomet oprindeligt er neutralt, er ionerne igen opdelt i:

• Anioner er den positive ion fra et atom, der har mistet elektroner.
• Kationer er et atom med "ekstra" elektroner knyttet til atomet.

Nuværende enhed - Amp i henhold til Ohms lov Det beregnes med formlen:

I = U / R,

hvor U er spændingen, [V], og R er modstanden, [Ohm].

Eller er direkte proportional med det overførte beløb pr. Tidsenhed:

I = Q / t,

hvor Q er ladningen, [C], t er tid, [s].

Betingelser for eksistensen af ​​elektrisk strøm

Hvad er den elektriske strøm, vi regnede ud, lad os nu tale om, hvordan man sikrer dens strøm. For at strømmen skal strømme skal to betingelser være opfyldt:

1. Tilstedeværelsen af ​​gratis gebyrholdere.
2. Elektrisk felt.

Den første betingelse for eksistens og strøm af elektricitet afhænger af det stof, hvor strømmen flyder (eller ikke flyder), såvel som dens tilstand. Den anden betingelse er også opfyldt: for eksistensen af ​​et elektrisk felt er det nødvendigt at have forskellige potentialer, mellem hvilke der er et medium, i hvilket ladningsbærere vil strømme.

Recall:Spænding, EMF er den potentielle forskel. Det følger heraf, at for at opfylde betingelserne for eksistens af strøm - tilstedeværelsen af ​​et elektrisk felt og en elektrisk strøm, er spænding nødvendig. Dette kan være pladerne i en ladet kondensator, en galvanisk celle, en emk, der opstår under påvirkning af et magnetfelt (generator).

Hvordan det opstår, regnede vi ud, lad os tale om, hvor det er rettet.Strømmen, hovedsageligt i vores sædvanlige brug, bevæger sig i ledere (elektriske ledninger i en lejlighed, glødepærer) eller i halvledere (LED'er, din smartphones processor og anden elektronik), mindre ofte i gasser (lysstofrør).

Så i de fleste tilfælde er hovedladningsbærerne elektroner, de bevæger sig fra minus (punktet med negativt potentiale) til plus (punktet med positivt potentiale, du lærer mere om dette nedenfor).

Men en interessant kendsgerning er, at retning af strømmen blev anset for at være bevægelsen af ​​positive ladninger - fra plus til minus. Selvom der faktisk faktisk sker alt omvendt. Faktum er, at beslutningen om strømens retning blev taget, inden den studerede dens natur, samt før den blev bestemt på grund af, hvad strømmen flyder og eksisterer.

Elektrisk strøm i forskellige miljøer

Vi har allerede nævnt, at i forskellige miljøer kan den elektriske strøm afvige i typen af ​​ladningsbærere. Medier kan opdeles efter arten af ​​ledningsevne (i faldende konduktivitet):

1. Konduktor (metaller).
2. Halvleder (silicium, germanium, galiumarsenid osv.).
3. Dielektrisk (vakuum, luft, destilleret vand).

I metaller

I metaller er der gratis ladningsbærere, de kaldes undertiden "elektrisk gas". Hvor kommer gratis ladere fra? Faktum er, at metal, som ethvert stof, består af atomer. Atomer bevæger sig eller svinger på en eller anden måde. Jo højere temperaturen på metallet er, jo stærkere er denne bevægelse. Samtidig forbliver atomerne selv i generel form på deres pladser og danner faktisk metalkonstruktionen.

I elektronskalene fra et atom er der normalt adskillige elektroner, hvori bindingen med kernen er ret svag. Under påvirkning af temperaturer, kemiske reaktioner og interaktion af urenheder, som under alle omstændigheder er i metallet, bryder elektronerne væk fra deres atomer, dannes positivt ladede ioner. De adskilte elektroner kaldes gratis og bevæger sig tilfældigt.

Hvis de påvirkes af et elektrisk felt, hvis du f.eks. Forbinder et batteri til et metalstykke, bliver den tilfældige bevægelse af elektroner ordnet. Elektroner fra det punkt, hvor det negative potentiale er forbundet (f.eks. Katoden i en galvanisk celle) vil begynde at bevæge sig til det punkt med et positivt potentiale.

I halvledere

Halvledere er materialer, hvor der i normal tilstand ikke er nogen gratis ladningsbærere. De er i den såkaldte forbudte zone. Men hvis eksterne kræfter, såsom et elektrisk felt, varme, forskellige stråling (lys, stråling osv.) Anvendes, overvinder de den forbudte zone og passerer ind i frizonen eller ledningszonen. Elektroner bryder væk fra deres atomer og bliver frie og danner ioner - positive ladningsbærere.

Positive bærere i halvledere kaldes huller.

Hvis du blot overfører energi til en halvleder, for eksempel, opvarmer den, vil kaotisk bevægelse af ladningsbærere begynde. Men hvis vi taler om halvlederelementer, såsom en diode eller en transistor, så vil de i de modsatte ender af krystallen (der er afsat et metalliseret lag på dem og konklusionerne er loddet) opstå en EMF, men dette gælder ikke emnet i dagens artikel.

Hvis du fastgør emk-kilden til halvlederen, vil ladningsbærerne også gå ind i ledningsbåndet, og deres retning i retning begynder - hullerne går til siden med et lavere elektrisk potentiale, og elektronerne - til siden med en større.

I vakuum og gas

Vakuum er et medium med et komplet (ideelt tilfælde) fravær af gasser eller dets mængde minimeret (i virkeligheden). Da der ikke er noget stof i et vakuum, kan ladningsbærere ikke tages overalt. Strømmen i vakuum lagde imidlertid grundlaget for elektronik og en hel æra af elektroniske elementer - elektriske vakuumrør.De blev brugt i første halvdel af forrige århundrede, og i 50'erne begyndte de gradvis at give plads til transistorer (afhængigt af det specifikke elektronikfelt).

Antag, at vi har et fartøj, hvor al gas pumpes ud, dvs. det har et komplet vakuum. To elektroder er placeret i karret, lad os kalde dem anoden og katoden. Hvis vi forbinder emf-kildens negative potentiale med katoden og det positive potentiale til anoden, sker der intet, og strømmen flyder ikke. Men hvis vi begynder at opvarme katoden, vil strømmen begynde at strømme. Denne proces kaldes termionisk emission - emission af elektroner fra en opvarmet overflade af et elektron.

Figuren viser processen med strømning i en vakuumlampe. I vakuumrør opvarmes katoden med et nærliggende filament i ris (H), såsom i en lyspære.

Hvis du ændrer strømforsyningens polaritet - anvend et minus på anoden og anvender et plus på katoden - strømmen strømmer ikke. Dette vil bevise, at strømmen i vakuum flyder på grund af bevægelse af elektroner fra CATHODE til ANODE.

En gas, som ethvert stof, består af molekyler og atomer, hvilket betyder, at hvis gassen er under påvirkning af et elektrisk felt, så ved en bestemt styrke (ioniseringsspænding) bryder elektronerne væk fra atomet, så er begge betingelser for strømmen af ​​elektrisk strøm opfyldt - feltet og gratis medier.

Som allerede nævnt kaldes denne proces ionisering. Det kan forekomme ikke kun fra den påførte spænding, men også under gasopvarmning, røntgenstråling under påvirkning af ultraviolet stråling og andre ting.

Strøm vil strømme gennem luften, selvom der er installeret en brænder mellem elektroderne.

Strømmen af ​​strøm i inerte gasser ledsages af gasluminescens, dette fænomen bruges aktivt i lysstofrør. Strømmen af ​​elektrisk strøm i et gasformigt medium kaldes en gasudladning.

I væske

Antag, at vi har et kar med vand, hvor to elektroder er placeret, som en strømkilde er forbundet til. Hvis vandet destilleres, det vil sige rent og ikke indeholder urenheder, er det et dielektrikum. Men hvis vi tilsætter lidt salt, svovlsyre eller noget andet stof til vandet, dannes en elektrolyt, og en strøm begynder at strømme gennem det.

En elektrolyt er et stof, der leder en elektrisk strøm på grund af dissociation til ioner.

Hvis kobbersulfat tilsættes vandet, vil et kobberlag sætte sig på en af ​​elektroderne (katode) - dette kaldes elektrolyse, hvilket beviser, at den elektriske strøm i væsken skyldes bevægelse af ioner - positive og negative ladningsbærere.

Elektrolyse er en fysisk-kemisk proces, der involverer adskillelse af komponenter, der udgør en elektrolyt på elektroder.

Således kobberbelægning, forgyldning og belægning med andre metaller.

konklusion

For at opsummere, for strømmen af ​​elektrisk strøm har vi brug for gratis ladningsbærere:

• elektroner i ledere (metaller) og vakuum;
• elektroner og huller i halvledere;
• ioner (anioner og kationer) i væsker og gasser.

For at disse luftfartsselskabers bevægelse skal få ordre, er der behov for et elektrisk felt. Med enkle ord - påfør spænding i enderne af kroppen eller installer to elektroder i et medium, hvor en elektrisk strøm antages at strømme.

Det er også værd at bemærke, at strømmen på en bestemt måde påvirker stoffet, der er tre typer eksponering:

• termisk;
• kemisk;
• fysisk.

I sidste ende anbefaler vi, at du ser en nyttig video, hvor betingelserne for eksistens og strøm af elektrisk strøm undersøges mere detaljeret:

Nyttig til emnet:

• Ledermodstand mod temperatur
• Joule-Lenz lov i enkle ord
• Hvilken elektrisk strøm er mere farlig for en person: direkte eller skiftende