Шта је електрична струја и који су услови њеног постојања
Дефиниција
Електрична струја је смерно кретање носача набоја - ово је стандардна формулација из уџбеника физике. Заузврат, одређене честице материје се називају носачи набоја. Они могу бити:
- Електрони су негативни носачи набоја.
- Иони су позитивни носачи набоја.
Али одакле долазе превозници? Да бисте одговорили на ово питање, морате се присјетити основних знања о структури материје. Све што нас окружује је материја, састоји се од молекула, његових најмањих честица. Молекули се састоје од атома. Атом се састоји од језгра око којег се крећу електрони у датој орбити. Молекули се такође насумично померају. Кретање и структура сваке од ових честица зависе од саме супстанце и утицаја околине на њу, као што су температура, напон и тако даље.
Јон је атом у коме се однос електрона према протонима променио. Ако је атом у почетку неутралан, јони се заузврат деле на:
- Аниони су позитивни јони атома који су изгубили електроне.
- Катиони су атом са "додатним" електронима везаним за атом.
Тренутна јединица - Амп, према Охмов закон Израчунава се по формули:
И = У / Р,
где је У напон, [В], а Р је отпор, [Охм].
Или је директно пропорционалан количини преноса трошкова по јединици времена:
И = К / т,
где је К набој, [Ц], т време, [с].
Услови за постојање електричне струје
Шта је електрична струја, схватили смо, сада ћемо разговарати о томе како да осигурамо њен проток. Да би струјна струја текла, морају бити испуњена два услова:
- Присуство бесплатних превозника.
- Електрично поље.
Први услов за постојање и проток електричне енергије зависи од супстанце у којој струја тече (или не тече), као и од њеног стања. Такође је испуњен и други услов: за постојање електричног поља потребно је присуство различитих потенцијала, између којих постоји медијум у коме ће тећи носачи набоја.
Поврат:Напон, ЕМФ је потенцијална разлика. Слиједи да је за испуњавање услова за постојање струје - присуство електричног поља и електричне струје, потребан напон. То могу бити плоче напуњеног кондензатора, галванска ћелија, емф који настају под утицајем магнетног поља (генератора).
Како настаје, схватили смо, разговарајмо о томе где је усмерено.Струја, углавном у уобичајеној употреби, креће се у проводницима (електрично ожичење у стану, сијалице) или у полуводичима (ЛЕД, процесор вашег паметног телефона и друга електроника), ређе у гасовима (флуоресцентне сијалице).
Дакле, у већини случајева главни носиоци наелектрисања су електрони, они се крећу од минус (тачка са негативним потенцијалом) до плус (тачка са позитивним потенцијалом, о томе ћете сазнати више у наставку).
Али занимљива чињеница је да је смјер струје сматран кретањем позитивних наелектрисања - од плус ка минусу. Иако се у ствари, све догађа обрнуто. Чињеница је да је одлука о правцу струје донета пре проучавања њене природе, као и пре него што је утврђена због онога што струја тече и постоји.
Електрична струја у различитим окружењима
Већ смо споменули да се у различитим окружењима електрична струја може разликовати у врсти носача набоја. Медији се могу поделити по природи проводљивости (у смањењу проводљивости):
- Проводник (метали).
- Полупроводник (силицијум, германијум, галијум арсенид итд.).
- Диелектрична (вакуум, ваздух, дестилована вода).
У металима
У металима постоје бесплатни носачи набоја, који се понекад називају и „електрични гас“. Одакле долазе бесплатни превозници? Чињеница је да се метал, као и свака супстанца, састоји од атома. Атоми се, на овај или онај начин, померају или осцилирају. Што је виша температура метала, то је снажније кретање. Истовремено, сами атоми у општем облику остају на својим местима, заправо формирајући металну структуру.
У електронским љуштурама атома обично је неколико електрона у којима је веза са језгром прилично слаба. Под утицајем температура, хемијских реакција и интеракције нечистоћа, које су у сваком случају у металу, електрони се одвајају од својих атома, формирају се позитивно наелектрисани јони. Одвојени електрони се називају слободни и крећу се насумично.
Ако на њих утиче електрично поље, на пример, ако батерију повежете са комадом метала, постаће наручени случајни покрет електрона. Електрони из тачке у којој је негативни потенцијал повезан (катода галванске ћелије, на пример) почеће да се крећу у тачку са позитивним потенцијалом.
У полуводичима
Полупроводници су материјали у којима у нормалном стању не постоје бесплатни носачи набоја. Налазе се у такозваној забрањеној зони. Али ако се примене спољне силе, као што су електрично поље, топлота, разна зрачења (светлост, зрачење итд.), Оне превазилазе забрањену зону и прелазе у слободну зону или зону проводјења. Електрони се одвајају од атома и ослобађају се, формирајући јоне - позитивне носаче набоја.
Позитивни носачи у полуводичима називају се рупе.
Ако енергију једноставно пребаците у полуводич, на пример, загревате је, почеће хаотично кретање носача набоја. Али ако говоримо о полуводичким елементима, као што је диода или транзистор, тада ће се на супротним крајевима кристала (метализирани слој на њих положити и закључци лемити) настати ЕМФ, али то се не односи на тему данашњег чланка.
Ако извор емф причврстите на полуводич, тада ће носачи набоја такође ући у проводни опсег и почет ће њихово смерно кретање - рупе ће прећи у страну са нижим електричним потенцијалом, а електрони - у страну са већим.
У вакууму и на гасу
Вакуум је медијум са потпуним (идеалним случајем) одсуством гасова или минимизираном количином (у стварности). Пошто у вакууму нема неке супстанце, носачи набоја не могу се узимати одасвуд. Међутим, струја у вакууму поставила је темељ за електронику и читаву еру електронских елемената - електричних вакуумских цеви.Они су коришћени у првој половини прошлог века, а 50-их година су почели да постепено уступају транзисторе (у зависности од специфичне области електронике).
Претпоставимо да имамо пловило из којег се испумпава сав гас, тј. има потпун вакуум. Две електроде су смештене у посуди, назовимо их анода и катода. Ако негативни потенцијал извора емф повежемо са катодом, а позитивни потенцијал на аноду, ништа се неће догодити и струја неће тећи. Али ако започнемо загревање катоде, струја ће почети да тече. Овај процес се назива термијска емисија - емисија електрона са загрејане површине електрона.
На слици је приказан процес струјања у вакум лампи. У вакум цеви, катода се загрева у близини рижине (Х) оближње нити, на пример у сијалици.
Штавише, ако промените поларитет напајања - примените минус на аноду, а катоду примените плус - струја неће тећи. Ово ће доказати да струја у вакууму тече због кретања електрона из КАТОДЕ до АНОДЕ.
Гас се, као и свака супстанца, састоји од молекула и атома, што значи да ако је гас под утицајем електричног поља, онда се под одређеном снагом (јонизујућим напоном) електрони одвајају од атома, тада су испуњена оба услова протока електричне струје - поље и слободни медији.
Као што је већ поменуто, овај процес се назива јонизација. Може се појавити не само од примењеног напона, већ и током загревања гаса, рендгенског зрачења, под утицајем ултраљубичастог зрачења и других ствари.
Струја ће тећи кроз ваздух чак и ако је горионик постављен између електрода.
Проток струје у инертним гасовима праћен је плинском луминисценцијом, а ова појава се активно користи у флуоресцентним лампама. Ток струје у гасовитом медију назива се гасно пражњење.
У течности
Претпоставимо да имамо посуду са водом у коју су постављене две електроде, на коју је прикључен извор напајања. Ако је вода дестилована, то јест чиста и не садржи нечистоће, онда је то диелектрик. Али ако у воду додамо мало соли, сумпорне киселине или било које друге супстанце, формираће се електролит и струја ће почети да тече кроз њу.
Електролит је супстанца која проводи електричну струју услед дисоцијације у јоне.
Ако се у бакарни сулфат дода слој бакра, на једном од електрода (катода) таложи се бакарни слој - то се назива електролизом, што доказује да је електрична струја у течности последица кретања јона - позитивних и негативних носача набоја.
Електролиза је физикално-хемијски процес који укључује одвајање компоненти које сачињавају електролит на електродама.
Дакле, облагање бакра, позлаћивање и облагање другим металима.
Закључак
Да сумирамо, за проток електричне струје потребни су нам бесплатни носачи набоја:
- електрони у проводницима (метали) и вакууму;
- електрони и рупе у полуводичима;
- јони (аниони и катиони) у течностима и гасовима.
Да би се кретање ових носача наручило, потребно је електрично поље. Једноставним речима - примените напон на крајевима тела или инсталирајте две електроде у медијум где треба да тече струја.
Такођер је вриједно напоменути да струја на одређени начин утиче на супстанцу, постоје три врсте изложености:
- термички;
- хемијска;
- физички.
На крају, препоручујемо вам да погледате користан видео у којем се детаљније испитују услови за постојање и проток електричне струје:
Корисно на тему:
Учитавање ...
