Mikä on sähkövirta ja mitkä ovat sen olemassaolon olosuhteet

määritelmä

Sähkövirta on varauskuljettajien suunnattu liike - tämä on fysiikan oppikirjan vakiokokoonpano. Aineen tiettyjä hiukkasia puolestaan ​​kutsutaan varauskantoaineiksi. Ne voivat olla:

• Elektronit ovat negatiivisen varauksen kantajia.
• Ionit ovat positiivisen varauksen kantoaaltoja.

Mutta mistä latauskuljettajat tulevat? Tähän kysymykseen vastaamiseksi sinun on muistettava perustiedot aineen rakenteesta. Kaikki, joka ympäröi meitä, on asia, se koostuu molekyyleistä, sen pienimmistä hiukkasista. Molekyylit koostuvat atomeista. Atomi koostuu ytimestä, jonka ympäri elektronit liikkuvat tietyllä kiertoradalla. Molekyylit myös liikkuvat satunnaisesti. Kunkin näiden hiukkasten liike ja rakenne riippuvat itse aineesta ja ympäristön vaikutuksesta siihen, kuten lämpötila, jännite ja niin edelleen.

Ioni on atomi, jossa elektronien suhde protoneihin on muuttunut. Jos atomi on alun perin neutraali, ionit puolestaan ​​jaetaan:

• Anionit ovat atomien positiivisia ioneja, jotka ovat menettäneet elektroneja.
• Kationit ovat atomi, jonka atomiin on kiinnitetty "ylimääräisiä" elektroneja.

Nykyinen yksikkö - ampeeri, mukaan Ohmin laki Se lasketaan kaavalla:

I = U / R,

missä U on jännite, [V] ja R on vastus, [Ohm].

Tai on suoraan verrannollinen aikayksikköä kohti siirretyn maksun määrään:

I = Q / t,

missä Q on varaus, [C], t on aika, [s].

Sähkövirran olemassaolon ehdot

Mikä on sähkövirta, arvelimme, puhutaan nyt siitä, kuinka varmistaa sen virtaus. Sähkövirran virtaamiseksi on täytettävä kaksi ehtoa:

1. Maksuttomien kantoaaltojen läsnäolo.
2. Sähkökenttä.

Ensimmäinen sähkön olemassaolon ja virtauksen edellytys riippuu aineesta, jossa virta virtaa (tai ei virtaa), sekä sen tilasta. Toinen edellytys täyttyy myös: sähkökentän olemassaoloa varten tarvitaan eri potentiaaleja, joiden välillä on väliaine, jossa varauskuljettajat virtaavat.

Recall:Jännite, EMF on potentiaaliero. Tästä seuraa, että virran olemassaolon edellytysten täyttämiseksi - sähkökentän ja sähkövirran läsnäolo - tarvitaan jännitettä. Ne voivat olla ladatun kondensaattorin, galvaanisen kennon, EMF: n levyt, jotka ovat syntyneet magneettikentän (generaattorin) vaikutuksesta.

Kuinka se syntyy, arvelimme, puhutaanpa mihin se on suunnattu.Virta, lähinnä tavanomaisessa käytössä, liikkuu johtimissa (asunnon sähköjohdot, hehkulamput) tai puolijohteissa (LEDit, älypuhelimen prosessori ja muu elektroniikka), harvemmin kaasuissa (loistelamput).

Joten useimmissa tapauksissa tärkeimmät varauskantoaallot ovat elektroneja, ne siirtyvät miinusesta (piste, jolla on negatiivinen potentiaali) plusiin (kohta, jolla on positiivinen potentiaali, opit tästä lisää alla).

Mutta mielenkiintoinen tosiasia on, että virran suunnana pidettiin positiivisten latausten liikettä - plussta miinus. Vaikka itse asiassa kaikki tapahtuu päinvastoin. Tosiasia, että päätös virran suunnasta tehtiin ennen sen luonteen tutkimista, samoin kuin ennen sen määrittämistä, mikä virta virtaa ja on olemassa.

Sähkövirta eri ympäristöissä

Olemme jo maininneet, että erilaisissa ympäristöissä sähkövirta voi olla erilainen varausvälineiden tyypissä. Väliaine voidaan jakaa johtavuuden luonteen mukaan (vähentämällä johtavuutta):

1. Johdin (metallit).
2. Puolijohteet (pii, germanium, galium-arsenidi jne.).
3. Dielektrinen (tyhjiö, ilma, tislattu vesi).

Metalleissa

Metalleissa on ilmaisia ​​varauskantajia, joita kutsutaan joskus "sähkökaasuksi". Mistä ilmaiset ilmakuljetusyhtiöt tulevat? Tosiasia, että metalli, kuten mikä tahansa aine, koostuu atomista. Atomit, tavalla tai toisella, liikkuvat tai värähtelevät. Mitä korkeampi metallin lämpötila, sitä voimakkaampi tämä liike on. Samaan aikaan atomit itse yleisessä muodossa pysyvät paikoillaan, muodostaen todella metallirakenteen.

Atomin elektronikuorissa on yleensä useita elektroneja, joissa sidos ytimen kanssa on melko heikko. Lämpötilojen, kemiallisten reaktioiden ja epäpuhtauksien vuorovaikutuksessa, joka joka tapauksessa on metallissa, elektronit irtoavat atomistaan, muodostuu positiivisesti varautuneita ioneja. Irrotettuja elektroneja kutsutaan vapaiksi ja liikkuvat satunnaisesti.

Jos esimerkiksi sähkökenttä vaikuttaa niihin, jos liität akun metalliosaan, elektronien satunnainen liike järjestetään. Elektronit siitä pisteestä, johon negatiivinen potentiaali on kytketty (esimerkiksi galvaanisen kennon katodi), alkavat siirtyä pisteeseen, jolla on positiivinen potentiaali.

Puolijohteissa

Puolijohteet ovat materiaaleja, joissa normaalitilassa ei ole ilmaisia ​​varauskantajia. Ne ovat ns. Kielletyllä alueella. Mutta jos ulkoisia voimia, kuten sähkökenttää, lämpöä, erilaista säteilyä (valoa, säteilyä jne.) Kohdistetaan, ne ylittävät kielletyn alueen ja siirtyvät vapaa-alueelle tai johtavuusvyöhykkeelle. Elektronit irtoavat atomistaan ​​ja vapautuvat muodostaen ioneja - positiivisen varauksen kantajia.

Puolijohteiden positiivisia kantajia kutsutaan reikiksi.

Jos siirrät vain energiaa esimerkiksi puolijohteeseen, lämmität sitä, varauksenkuljettajien kaoottinen liike alkaa. Mutta jos puhumme puolijohdeelementeistä, kuten diodista tai transistorista, silloin kristallin vastakkaisissa päissä (metalloitu kerros on kerrostettu niihin ja johtopäätökset on juotettu) syntyy EMF, mutta tämä ei koske nykypäivän artikkelin aiheita.

Jos kiinnität emf-lähteen puolijohteeseen, niin myös varauskuljettajat menevät johdinkaistaan, ja niiden suunnattu liike alkaa - reiät menevät sivulle, jolla on pienempi sähköpotentiaali, ja elektronit - sivulle, jolla on suurempi.

Tyhjiössä ja kaasussa

Tyhjiö on väliaine, jossa kaasuja ei ole (ihanteellinen tapaus) tai niiden määrä on minimoitu (todellisuudessa). Koska tyhjössä ei ole ainetta, varauskantajia ei voida ottaa mistä tahansa. Tyhjiövirran virtaus loi kuitenkin perustan elektroniikalle ja koko elektronisten elementtien - sähköisten tyhjiöputkien - aikakaudelle.Niitä käytettiin viimeisen vuosisadan ensimmäisellä puoliskolla, ja 50-luvulla ne alkoivat asteittain antaa kulkuneuvoille transistorit (elektroniikan erityisalueesta riippuen).

Oletetaan, että meillä on alus, josta kaikki kaasu pumpataan, ts. siinä on täydellinen tyhjiö. Kaksi elektrodia asetetaan astiaan, kutsutaan niitä anodiksi ja katodiksi. Jos yhdistämme emf-lähteen negatiivisen potentiaalin katodiin ja positiivisen potentiaalin anodiin, mitään ei tapahdu ja virta ei virtaa. Mutta jos aloitamme katodin lämmittämisen, virta alkaa virrata. Tätä prosessia kutsutaan termioniseksi emissioksi - elektronien emissioksi elektronin kuumennetusta pinnasta.

Kuvio näyttää virran kulkuprosessin tyhjiölampussa. Tyhjiöputkissa katodia lämmitetään lähellä olevalla filamentilla riisissä (H), kuten lampussa.

Lisäksi, jos muutat virtalähteen napaisuutta - aseta miinus anodille ja lisää plus katodille - virta ei virtaa. Tämä todistaa, että tyhjiössä kulkeva virta virtaa elektronien liikkeestä KATODISTA ANODEEN.

Kaasu, kuten mikä tahansa aine, koostuu molekyyleistä ja atomeista, mikä tarkoittaa, että jos kaasu on sähkökentän vaikutuksessa, silloin tietyllä lujuudella (ionisaatiojännite) elektronit irtoavat atomista, niin molemmat sähkövirran olosuhteet täyttyvät - kenttä ja ilmainen media.

Kuten jo mainittiin, tätä prosessia kutsutaan ionisaatioksi. Se voi tapahtua paitsi käytetyn jännitteen lisäksi myös kaasulämmityksen, röntgensäteilyn, ultraviolettisäteilyn ja muiden asioiden vaikutuksesta.

Virta virtaa ilman läpi, vaikka poltin olisi asennettu elektrodien väliin.

Inerttien kaasujen virtaukseen liittyy kaasun luminesenssi, tätä ilmiötä käytetään aktiivisesti loistelampuissa. Kaasumaisen väliaineen virran virtausta kutsutaan kaasupurkaukseksi.

Nesteessä

Oletetaan, että meillä on vesisäiliö, johon asetetaan kaksi elektrodia, johon virtalähde on kytketty. Jos vesi tislataan, ts. Puhdas ja ei sisällä epäpuhtauksia, niin se on dielektrinen. Mutta jos lisäämme veteen vähän suolaa, rikkihappoa tai mitä tahansa muuta ainetta, muodostuu elektrolyyttiä ja sen läpi alkaa virrata virta.

Elektrolyytti on aine, joka johtaa sähkövirran dissosioitumisen seurauksena ioneiksi.

Jos kuparisulfaattia lisätään veteen, niin kuparikerros asettuu yhdelle elektrodista (katodi) - tätä kutsutaan elektrolyysiksi, joka osoittaa, että nesteen sähkövirta johtuu ionien - positiivisten ja negatiivisten varauksen kantajien - liikkeistä.

Elektrolyysi on fysikaalis-kemiallinen prosessi, joka sisältää komponenttien erottamisen, jotka muodostavat elektrolyytin elektrodeissa.

Siten kuparipinnoitus, kullatus ja pinnoitus muilla metalleilla.

johtopäätös

Yhteenvetona voidaan todeta, että sähkövirran virtausta varten tarvitsemme ilmaisia ​​varausvälineitä:

• elektronit johtimissa (metallit) ja tyhjiössä;
• elektronit ja reiät puolijohteissa;
• ionit (anionit ja kationit) nesteissä ja kaasuissa.

Jotta näiden kantolaitteiden liike voidaan järjestää, tarvitaan sähkökenttä. Yksinkertaisin sanoin - kytke jännite rungon päihin tai asenna kaksi elektrodia väliaineeseen, johon sähkön on tarkoitus virtaa.

On myös syytä huomata, että virta vaikuttaa tietyllä tavalla aineeseen, ja altistumista on kolme tyyppiä:

• lämpö;
• kemialliset;
• fyysinen.

Lopuksi suosittelemme katsomaan hyödyllistä videota, jossa sähkövirran olemassaolon ja virtauksen olosuhteita tutkitaan yksityiskohtaisemmin:

Hyödyllinen aiheesta:

• Johdinvastus lämpötilan suhteen
• Joule-Lenzin laki yksinkertaisin sanoin
• Mikä sähkövirta on vaarallisempi henkilölle: suora tai vaihtuva