Kas ir elektriskā strāva un kādi ir tās pastāvēšanas apstākļi
Definīcija
Elektriskā strāva ir lādiņu nesēju virziena kustība - tas ir standarta formulējums no fizikas mācību grāmatas. Savukārt noteiktas vielas daļiņas sauc par lādiņu nesējiem. Tie var būt:
- Elektroni ir negatīvu lādiņu nesēji.
- Joni ir pozitīvas uzlādes nesēji.
Bet no kurienes nāk lādētāji? Lai atbildētu uz šo jautājumu, jums jāatceras pamatzināšanas par matērijas struktūru. Viss, kas mūs ieskauj, ir matērija, tas sastāv no molekulām, tā mazākajām daļiņām. Molekulu veido atomi. Atoms sastāv no kodola, ap kuru elektroni pārvietojas dotajās orbītās. Arī molekulas nejauši pārvietojas. Katras no šīm daļiņām kustība un struktūra ir atkarīga no pašas vielas un apkārtējās vides ietekmes uz to, piemēram, temperatūras, sprieguma utt.
Jons ir atoms, kurā elektronu un protonu attiecība ir mainījusies. Ja atoms sākotnēji ir neitrāls, tad jonus savukārt sadala:
- Anjoni ir atoma pozitīvie joni, kas ir zaudējuši elektronus.
- Katjoni ir atoms ar "papildu" elektroniem, kas saistīti ar atomu.
Pašreizējā vienība - ampēros, saskaņā ar Ohmas likums To aprēķina pēc formulas:
I = U / R,
kur U ir spriegums, [V] un R ir pretestība, [Ohm].
Vai arī tas ir tieši proporcionāls pārskaitītās maksas summai par laika vienību:
I = Q / t,
kur Q ir lādiņš, [C], t ir laiks, [s].
Nosacījumi elektriskās strāvas esamībai
Kas ir elektriskā strāva, mēs izdomājām, tagad parunāsim par to, kā nodrošināt tā plūsmu. Lai plūst elektriskā strāva, jāizpilda divi nosacījumi:
- Bezmaksas pārvadātāju klātbūtne.
- Elektriskais lauks.
Pirmais elektrības esamības un plūsmas nosacījums ir atkarīgs no vielas, kurā strāva plūst (vai neplūst), kā arī no tās stāvokļa. Arī otrais nosacījums ir izpildīts: lai elektriskais lauks pastāvētu, ir jābūt dažādiem potenciāliem, starp kuriem ir vide, kurā plūst lādiņa nesēji.
Atsaukt:Spriegums, EML ir potenciālā starpība. No tā izriet, ka, lai izpildītu nosacījumus strāvas esamībai - elektriskā lauka un elektriskās strāvas klātbūtnei, ir nepieciešams spriegums. Tās var būt uzlādēta kondensatora, galvaniskās šūnas, EMF plāksnes, kas radušās magnētiskā lauka (ģeneratora) ietekmē.
Kā tas rodas, mēs izdomājām, runāsim par to, kur tas ir vērsts.Strāva, galvenokārt mūsu parastajā lietošanā, pārvietojas vadītājos (elektriskajos vados dzīvoklī, kvēlspuldzēs) vai pusvadītājos (gaismas diodes, viedtālruņa procesors un cita elektronika), retāk gāzēs (dienasgaismas spuldzēs).
Tātad vairumā gadījumu galvenie lādiņu nesēji ir elektroni, tie pārvietojas no mīnusa (punkts ar negatīvu potenciālu) uz plusu (punkts ar pozitīvu potenciālu, jūs par to vairāk uzzināsit zemāk).
Bet interesants fakts ir tas, ka strāvas virziens tika pieņemts kā pozitīvo lādiņu kustība - no plus līdz mīnusam. Lai gan patiesībā viss notiek otrādi. Fakts ir tāds, ka lēmums par strāvas virzienu tika pieņemts pirms tās būtības izpētes, kā arī pirms tam tika noteikts, ņemot vērā to, kāda strāva plūst un pastāv.
Elektriskā strāva dažādās vidēs
Mēs jau minējām, ka dažādās vidēs elektriskā strāva var atšķirties uzlādes nesēju tipā. Barotnes var iedalīt pēc vadītspējas rakstura (samazinot vadītspēju):
- Diriģents (metāli).
- Pusvadītājs (silīcijs, germānija, galiuma arsenīds utt.).
- Dielektriķi (vakuums, gaiss, destilēts ūdens).
Metālos
Metālos ir bezmaksas lādiņi, tos dažreiz sauc par “elektrisko gāzi”. Kur nāk bezmaksas maksas pārvadātāji? Fakts ir tāds, ka metāls, tāpat kā jebkura viela, sastāv no atomiem. Atomi vienā vai otrā veidā pārvietojas vai svārstās. Jo augstāka ir metāla temperatūra, jo spēcīgāka ir šī kustība. Tajā pašā laikā paši atomi vispārējā formā paliek savās vietās, faktiski veidojot metāla struktūru.
Atoma elektronu čaumalās parasti ir vairāki elektroni, kuros saikne ar kodolu ir diezgan vāja. Temperatūras ietekmē ķīmiskās reakcijas un piemaisījumu mijiedarbība, kas jebkurā gadījumā atrodas metālā, elektroni atdalās no atomiem, veidojas pozitīvi lādēti joni. Atdalītos elektronus sauc par brīviem un pārvietojas nejauši.
Piemēram, ja tos ietekmē elektriskais lauks, piemēram, ja akumulatoru pievienojat metāla gabalam, elektronu izlases veida kustība tiks pasūtīta. Elektroni no negatīvā potenciāla piesaistes punkta (piemēram, galvaniskās šūnas katoda) sāks virzīties uz punktu ar pozitīvu potenciālu.
Pusvadītājos
Pusvadītāji ir materiāli, kuros normālā stāvoklī nav bezmaksas uzlādes nesēju. Viņi atrodas tā saucamajā aizliegtajā zonā. Bet, ja tiek pielikti ārēji spēki, piemēram, elektriskais lauks, siltums, dažādi starojumi (gaisma, starojums utt.), Tie pārvar aizliegto zonu un nonāk brīvajā zonā vai vadīšanas zonā. Elektroni atdalās no atomiem un atbrīvojas, veidojot jonus - pozitīvā lādiņa nesējus.
Pozitīvos nesējus pusvadītājos sauc par caurumiem.
Ja jūs, piemēram, vienkārši pārsūtīsit enerģiju pusvadītājam, to sildīsit, sāksies lādiņu nesēju haotiska kustība. Bet, ja mēs runājam par pusvadītāju elementiem, piemēram, diodi vai tranzistoru, tad kristāla pretējos galos (uz tiem ir nogulsnēts metalizēts slānis un secinājumi ir pielodēti) radīsies EML, taču tas neattiecas uz šodienas raksta tēmu.
Ja jūs pievienojat emf avotu pusvadītājam, tad arī lādēšanas nesēji nonāks vadīšanas joslā, un sāksies to virziena kustība - caurumi iet uz pusi ar zemāku elektrisko potenciālu, bet elektroni - uz sāniem ar lielāku.
Vakuumā un gāzē
Vakuums ir vide ar pilnīgu (ideālā gadījumā) gāzu trūkumu vai samazinātu tā daudzumu (patiesībā). Tā kā vakuumā nav nevienas vielas, lādiņu nesējus nevar ņemt no jebkuras vietas. Tomēr strāvas plūsma vakuumā lika pamatus elektronikai un veselam elektronisko elementu laikmetam - elektriskajām vakuuma caurulēm.Tie tika izmantoti pagājušā gadsimta pirmajā pusē, un 50. gados viņi sāka pakāpeniski dot ceļu tranzistoriem (atkarībā no konkrētās elektronikas nozares).
Pieņemsim, ka mums ir trauks, no kura tiek izsūknēta visa gāze, t.i. tam ir pilnīgs vakuums. Tvertnē ir ievietoti divi elektrodi, sauksim tos par anodu un katodu. Ja mēs savienosim katoda emf avota negatīvo potenciālu un anoda pozitīvo potenciālu, nekas nenotiks un strāva neplūs. Bet, ja mēs sāksim katoda sildīšanu, sāks plūst strāva. Šo procesu sauc par termionisko emisiju - elektronu emisiju no elektrona sakarsētas virsmas.
Attēlā parādīts strāvas plūsmas process vakuuma lampā. Vakuuma mēģenēs katodu silda ar blakus esošu kviešu pavedienu rīsos (H), piemēram, spuldzē.
Turklāt, ja maināt barošanas avota polaritāti - anodam pieliek mīnusu un katodam pieliek plusu - strāva neplūst. Tas pierādīs, ka vakuumā plūst strāva, pateicoties elektronu kustībai no KATODES uz ANODU.
Gāze, tāpat kā jebkura viela, sastāv no molekulām un atomiem, kas nozīmē, ka, ja gāze atrodas elektriskā lauka ietekmē, tad noteiktā stiprumā (jonizācijas spriegumā) elektroni atdalās no atoma, tad ir izpildīti abi elektriskās strāvas plūsmas apstākļi - lauks un bezmaksas mediji.
Kā jau minēts, šo procesu sauc par jonizāciju. Tas var rasties ne tikai no pielietotā sprieguma, bet arī gāzes sildīšanas, rentgena starojuma laikā, ultravioletā starojuma un citu lietu ietekmē.
Strāva plūdīs pa gaisu pat tad, ja starp elektrodiem ir uzstādīts deglis.
Strāvas plūsmu inertajās gāzēs pavada gāzes luminiscence, šo parādību aktīvi izmanto dienasgaismas spuldzēs. Elektriskās strāvas plūsmu gāzveida vidē sauc par gāzes izlādi.
Šķidrumā
Pieņemsim, ka mums ir trauks ar ūdeni, kurā ir ievietoti divi elektrodi, kuriem ir pievienots barošanas avots. Ja ūdens ir destilēts, tas ir, tīrs un nesatur piemaisījumus, tad tas ir dielektrisks. Bet, ja ūdenim pievienosim nedaudz sāls, sērskābes vai citas vielas, izveidosies elektrolīts un caur to sāks plūst strāva.
Elektrolīts ir viela, kas vada elektrisko strāvu disociācijas dēļ jonos.
Ja ūdenim pievieno vara sulfātu, tad uz viena no elektrodiem (katoda) nosēdīsies vara slānis - to sauc par elektrolīzi, kas pierāda, ka elektriskā strāva šķidrumā notiek jonu - pozitīvās un negatīvās lādiņa nesēju - kustības dēļ.
Elektrolīze ir fizikāli ķīmisks process, kas ietver komponentu atdalīšanu, kas veido elektrolītus uz elektrodiem.
Tādējādi vara apšuvums, apzeltīšana un pārklāšana ar citiem metāliem.
Secinājums
Rezumējot, elektriskās strāvas plūsmai mums ir nepieciešami bezmaksas lādētāji:
- elektroni vadītājos (metāli) un vakuumā;
- pusvadītāju elektroni un caurumi;
- joni (anjoni un katjoni) šķidrumos un gāzēs.
Lai šo pārvadātāju kustība būtu pasūtīta, ir nepieciešams elektriskais lauks. Vienkāršiem vārdiem sakot - piestipriniet spriegumu korpusa galos vai uzstādiet divus elektrodus vidē, kur paredzēts plūst elektriskā strāva.
Ir arī vērts atzīmēt, ka strāva noteiktā veidā ietekmē vielu, ir trīs iedarbības veidi:
- termisks;
- ķīmiska;
- fiziskā.
Noslēgumā mēs iesakām noskatīties noderīgu videoklipu, kurā sīkāk izpētīti apstākļi elektriskās strāvas esamībai un plūsmai:
Noderīga tēma:
Notiek ielāde ...
