Hva er elektrisk strøm og hva er betingelsene for dens eksistens

definisjon

En elektrisk strøm er retningsbevegelsen til ladningsbærere - dette er standardformuleringen fra en fysikk lærebok. I sin tur kalles visse partikler av et stoff ladningsbærere. De kan være:

• Elektroner er bærere av negativ lading.
• Joner er positive ladere.

Men hvor kommer ladebærere fra? For å svare på dette spørsmålet, må du huske grunnleggende kunnskap om strukturen i saken. Alt som omgir oss er materie, det består av molekyler, dets minste partikler. Molekyler består av atomer. Et atom består av en kjerne som elektroner beveger seg i gitte baner. Molekyler beveger seg også tilfeldig. Bevegelsen og strukturen til hver av disse partiklene avhenger av stoffet selv og påvirkningen av miljøet på det, for eksempel temperatur, spenning og så videre.

Et ion er et atom der forholdet mellom elektroner og protoner har endret seg. Hvis atomet er opprinnelig nøytralt, blir ionene igjen delt inn i:

• Anioner er det positive ionet fra et atom som har mistet elektroner.
• Kationer er et atom med "ekstra" elektroner festet til atomet.

Nåværende enhet - Amp, iht Ohms lov Det beregnes med formelen:

I = U / R,

hvor U er spenningen, [V], og R er motstanden, [Ohm].

Eller er direkte proporsjonal med beløpet som overføres per tidsenhet:

I = Q / t,

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

Betingelser for eksistensen av elektrisk strøm

Hva er den elektriske strømmen vi fant ut, la oss nå snakke om hvordan vi kan sikre strømningen. For at elektrisk strøm skal strømme, må to betingelser være oppfylt:

1. Tilstedeværelsen av gratis kostnadsbærere.
2. Elektrisk felt.

Den første betingelsen for eksistens og strøm av elektrisitet avhenger av stoffet som strømmen flyter i (eller ikke flyter), så vel som dens tilstand. Den andre betingelsen er også oppfylt: for eksistensen av et elektrisk felt er tilstedeværelsen av forskjellige potensialer nødvendig, mellom hvilke det er et medium der ladningsbærere vil strømme.

Recall:Spenning, EMF er potensialforskjellen. Det følger at for å oppfylle betingelsene for eksistens av strøm - tilstedeværelsen av et elektrisk felt og en elektrisk strøm, er spenning nødvendig. Dette kan være platene til en ladet kondensator, en galvanisk celle, en emk som oppstår under påvirkning av et magnetfelt (generator).

Hvordan det oppstår, fant vi ut, la oss snakke om hvor det er rettet.Strømmen, hovedsakelig i vanlig bruk, beveger seg i ledere (elektriske ledninger i en leilighet, glødepærer) eller i halvledere (LED-er, smarttelefonens prosessor og annen elektronikk), sjeldnere i gasser (lysrør).

Så i de fleste tilfeller er hovedladningsbærerne elektroner, de beveger seg fra minus (punktet med negativt potensiale) til pluss (punktet med positivt potensiale, du vil lære mer om dette nedenfor).

Men et interessant faktum er at retningen til strømmen ble ansett for å være bevegelsen av positive ladninger - fra pluss til minus. Selv om det faktisk skjer, omvendt. Fakta er at beslutningen om strømens retning ble tatt før man studerte dens natur, så vel som før den ble bestemt på grunn av hva strømmen flyter og eksisterer.

Elektrisk strøm i forskjellige miljøer

Vi har allerede nevnt at i forskjellige miljøer kan den elektriske strømmen variere i type ladebærere. Media kan deles etter arten av konduktivitet (i synkende konduktivitet):

1. Konduktor (metaller).
2. Halvleder (silisium, germanium, galiumarsenid, etc.).
3. Dielektrisk (vakuum, luft, destillert vann).

I metaller

I metaller er det gratis ladningsbærere, de kalles noen ganger "elektrisk gass". Hvor kommer gratis ladere fra? Fakta er at metall, som ethvert stoff, består av atomer. Atomer, på en eller annen måte, beveger seg eller svinger. Jo høyere temperatur på metallet, jo sterkere er denne bevegelsen. Samtidig forblir atomene selv i generell form på sine steder, og danner faktisk metallstrukturen.

I elektronskallene til et atom er det vanligvis flere elektroner der bindingen med kjernen er ganske svak. Under påvirkning av temperaturer, kjemiske reaksjoner og interaksjonen av urenheter, som i alle fall er i metallet, brytes elektronene fra atomene, dannes positivt ladede ioner. De løsrevne elektronene kalles gratis og beveger seg tilfeldig.

Hvis de blir påvirket av et elektrisk felt, for eksempel hvis du kobler et batteri til et metallstykke, vil den tilfeldige bevegelsen av elektroner bli ordnet. Elektroner fra det punktet der det negative potensialet er koblet til (katoden til en galvanisk celle, for eksempel), vil begynne å bevege seg til punktet med et positivt potensial.

I halvledere

Halvledere er materialer der det i normal tilstand ikke er gratis ladere. De er i den såkalte forbudte sonen. Men hvis eksterne krefter, for eksempel et elektrisk felt, varme, forskjellige stråling (lys, stråling osv.) Blir brukt, overvinner de den forbudte sonen og passerer inn i frisonen eller ledningssonen. Elektroner bryter vekk fra atomene og blir frie, og danner ioner - positive ladere.

Positive bærere i halvledere kalles hull.

Hvis du bare overfører energi til en halvleder, for eksempel, varme den opp, vil kaotisk bevegelse av ladningsbærere begynne. Men hvis vi snakker om halvlederelementer, for eksempel en diode eller en transistor, så i de motsatte ender av krystallen (et metallisert lag blir avsatt på dem og konklusjonene er loddet), vil en EMF oppstå, men dette gjelder ikke temaet i dagens artikkel.

Hvis du fester emk-kilden til halvlederen, vil ladebærerne også gå inn i ledningsbåndet, og retningsbevegelsen deres vil begynne - hullene vil gå til siden med et lavere elektrisk potensial, og elektronene - til siden med en større.

I vakuum og gass

Vakuum er et medium med et fullstendig (ideelt tilfelle) fravær av gasser eller mengden minimalt (i virkeligheten). Siden det ikke er noe stoff i et vakuum, kan ikke ladningsbærere tas med fra noe sted. Strømmen i vakuum la imidlertid grunnlaget for elektronikk og en hel æra av elektroniske elementer - elektriske vakuumrør.De ble brukt i første halvdel av forrige århundre, og på 50-tallet begynte de gradvis å vike for transistorer (avhengig av det spesifikke feltet elektronikk).

Anta at vi har et fartøy hvor all gass blir pumpet ut, d.v.s. den har et komplett vakuum. To elektroder er plassert i fartøyet, la oss kalle dem anoden og katoden. Hvis vi kobler det negative potensialet til emf-kilden til katoden, og det positive potensialet til anoden, vil ingenting skje og strømmen vil ikke strømme. Men hvis vi begynner å varme opp katoden, vil strømmen begynne å strømme. Denne prosessen kalles termionisk emisjon - utslipp av elektroner fra en oppvarmet overflate av et elektron.

Figuren viser prosessen med strømstrøm i en vakuumlampe. I vakuumrør varmes katoden opp med et nærliggende filament i ris (H), for eksempel i en lyspære.

Hvis du endrer polariteten til strømforsyningen - bruk et minus på anoden og bruker et pluss på katoden, vil strømmen ikke flyte. Dette vil bevise at strømmen i vakuum strømmer på grunn av bevegelse av elektroner fra CATHODE til ANODE.

En gass, som ethvert stoff, består av molekyler og atomer, noe som betyr at hvis gassen er under påvirkning av et elektrisk felt, så ved en viss styrke (ioniseringsspenning) bryter elektronene bort fra atomet, så er begge betingelser for strømmen av elektrisk strøm tilfredsstilt - feltet og gratis medier.

Som allerede nevnt, kalles denne prosessen ionisering. Det kan oppstå ikke bare fra den påførte spenningen, men også under gassoppvarming, røntgenstråling, under påvirkning av ultrafiolett stråling og andre ting.

Strøm vil strømme gjennom luften selv om det er installert en brenner mellom elektrodene.

Strømmen av strøm i inerte gasser ledsages av gasslyslysinens, dette fenomenet brukes aktivt i lysrør. Strømmen av elektrisk strøm i et gassformet medium kalles en gassutladning.

I væske

Anta at vi har et kar med vann der to elektroder er plassert, som en strømkilde er koblet til. Hvis vannet er destillert, det vil si rent og ikke inneholder urenheter, er det et dielektrikum. Men hvis vi tilfører litt salt, svovelsyre eller noe annet stoff til vannet, vil det danne seg en elektrolytt og en strøm begynner å strømme gjennom det.

En elektrolytt er et stoff som leder en elektrisk strøm på grunn av dissosiasjon til ioner.

Hvis kobbersulfat blir tilsatt vannet, vil et kobberlag legge seg på en av elektrodene (katode) - dette kalles elektrolyse, som beviser at den elektriske strømmen i væsken skyldes bevegelse av ioner - positive og negative ladningsbærere.

Elektrolyse er en fysisk-kjemisk prosess som innebærer separasjon av komponenter som utgjør en elektrolytt på elektroder.

Dermed kobberbelegg, forgylling og belegg med andre metaller.

konklusjon

For å oppsummere, for strømmen av elektrisk strøm trenger vi gratis ladebærere:

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

For at bevegelsene til disse transportørene skal bli ordnet, trengs et elektrisk felt. Med enkle ord - bruk spenning i endene av kroppen eller installer to elektroder i et medium hvor en elektrisk strøm er ment å strømme.

Det er også verdt å merke seg at strømmen på en viss måte påvirker stoffet, det er tre typer eksponering:

• termisk;
• kjemisk;
• fysisk.

Til slutt anbefaler vi å se på en nyttig video der betingelsene for eksistens og strøm av elektrisk strøm blir undersøkt nærmere:

Nyttig på emnet:

• Ledermotstand kontra temperatur
• Joule-Lenz lov i enkle ord
• Hvilken elektrisk strøm er farligere for en person: direkte eller vekslende