Elektrik akımı nedir ve varlığının koşulları nelerdir
tanım
Elektrik akımı, yük taşıyıcıların yönlü hareketidir - bu bir fizik ders kitabından standart formülasyondur. Buna karşılık, bir maddenin belirli parçacıklarına yük taşıyıcıları denir. Bunlar olabilir:
- Elektronlar negatif yüklü taşıyıcılardır.
- İyonlar pozitif yük taşıyıcılarıdır.
Fakat yük taşıyıcıları nereden geliyor? Bu soruyu cevaplamak için maddenin yapısı hakkında temel bilgileri hatırlamanız gerekir. Bizi çevreleyen her şey madde, moleküllerden, en küçük parçacıklarından oluşur. Moleküller atomlardan oluşur. Bir atom, etrafındaki belirli yörüngelerde elektronların hareket ettiği bir çekirdekten oluşur. Moleküller de rastgele hareket eder. Bu parçacıkların her birinin hareketi ve yapısı, maddenin kendisine ve ortamın üzerindeki etkisine, örneğin sıcaklık, voltaj vb.
Bir iyon, elektronların protonlara oranının değiştiği bir atomdur. Atom başlangıçta nötrse, o zaman iyonlar ayrılır:
- Anyonlar, elektronları kaybeden bir atomun pozitif iyonudur.
- Katyonlar, atoma "ekstra" elektronları eklenmiş bir atomdur.
Akım birimi - Amp, Ohm yasası Formül ile hesaplanır:
I = U / R,
burada U voltaj, [V] ve R dirençtir [Ohm].
Veya birim zaman başına aktarılan yük miktarı ile doğru orantılıdır:
I = Q / t,
burada Q yüktür, [C], t zamandır, [s].
Elektrik akımının varlığı için koşullar
Elektrik akımı nedir, anladık, şimdi akışını nasıl sağlayacağımız hakkında konuşalım. Elektrik akımının akması için iki koşulun karşılanması gerekir:
- Ücretsiz şarj taşıyıcılarının varlığı.
- Elektrik alanı.
Elektriğin varlığı ve akışı için ilk koşul, akımın aktığı (veya akmadığı) maddeye ve durumuna bağlıdır. İkinci koşul da yerine getirilir: bir elektrik alanının varlığı için, aralarında yük taşıyıcıların akacağı bir ortamın bulunduğu farklı potansiyellerin varlığı gereklidir.
Hatırlama:Gerilim, EMF potansiyel farktır. Akım varlığı koşullarını yerine getirmek için - bir elektrik alanının ve bir elektrik akımının varlığına, voltaja ihtiyaç duyulduğu sonucuna varılır. Bu, yüklü bir kapasitörün plakaları, bir galvanik hücre, bir manyetik alanın (jeneratörün) etkisi altında ortaya çıkan bir emf olabilir.
Nasıl ortaya çıktığını anladık, nereye yönlendirildiğinden konuşalım.Akım, çoğunlukla normal kullanımımızda, iletkenlerde (bir dairede elektrik tesisatı, akkor ampuller) veya yarı iletkenlerde (LED'ler, akıllı telefonunuzun işlemcisi ve diğer elektronikler), daha az sıklıkla gazlarda (floresan lambalar) hareket eder.
Bu nedenle, çoğu durumda, ana yük taşıyıcıları elektronlardır, eksi (negatif potansiyeli olan nokta) artıya (pozitif potansiyeli olan nokta, aşağıda bu konuda daha fazla bilgi edineceksiniz) giderler.
Ancak ilginç bir gerçek şu ki, akımın yönü artı yüklerden artıya eksi - pozitif yüklerin hareketi olarak alınmıştır. Aslında, her şey tersine oluyor. Gerçek şu ki, akımın yönü ile ilgili karar, doğasını incelemeden önce ve aynı zamanda akımın ne aktığı ve var olduğu nedeniyle belirlenmeden önce verildi.
Farklı ortamlarda elektrik akımı
Farklı ortamlarda elektrik akımının şarj taşıyıcı tipinde farklılık gösterebileceğinden daha önce bahsetmiştik. Medya, iletkenliğin doğasına (iletkenliği düşürmede) bölünebilir:
- İletken (metaller).
- Yarı iletken (silikon, germanyum, galyum arsenid, vb.).
- Dielektrik (vakum, hava, damıtılmış su).
Metallerde
Metallerde serbest yük taşıyıcıları vardır, bazen "elektrik gazı" olarak adlandırılırlar. Ücretsiz kargo taşıyıcıları nereden geliyor? Gerçek şu ki, metal, herhangi bir madde gibi, atomlardan oluşur. Atomlar şu ya da bu şekilde hareket eder ya da salınır. Metalin sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, bu hareket o kadar güçlü olur. Aynı zamanda, atomların kendileri genel formda, aslında metal yapıyı oluşturan yerlerinde kalırlar.
Bir atomun elektron kabuklarında, çekirdek ile bağlantının oldukça zayıf olduğu birkaç elektron vardır. Her halükarda metalde bulunan sıcaklıkların, kimyasal reaksiyonların ve safsızlıkların etkileşimi altında, elektronlar atomlarından kopar, pozitif yüklü iyonlar oluşur. Sökülen elektronlar serbest olarak adlandırılır ve rastgele hareket eder.
Bir elektrik alanından etkileniyorlarsa, örneğin, bir pili bir metal parçasına bağlarsanız, elektronların rastgele hareketi sipariş edilir. Negatif potansiyelin bağlandığı noktadan elektronlar (örneğin bir galvanik hücrenin katodu) pozitif bir potansiyele sahip noktaya hareket etmeye başlayacaktır.
Yarı iletkenlerde
Yarı iletkenler, normal durumda ücretsiz şarj taşıyıcılarının bulunmadığı malzemelerdir. Sözde yasak bölgede. Ancak elektrik alanı, ısı, çeşitli radyasyon (ışık, radyasyon vb.) Gibi dış kuvvetler uygulanırsa, yasak bölgenin üstesinden gelir ve serbest bölgeye veya iletim bölgesine geçer. Elektronlar atomlarından ayrılır ve serbest kalır, iyonlar oluşturur - pozitif yük taşıyıcıları.
Yarı iletkenlerdeki pozitif taşıyıcılara delik denir.
Örneğin, sadece bir yarı iletkene enerji aktarırsanız, ısıtın, şarj taşıyıcılarının kaotik hareketi başlayacaktır. Ancak, bir diyot veya bir transistör gibi yarı iletken elemanlardan bahsediyorsak, kristalin karşı uçlarında (metalize bir tabaka üzerine biriktirilir ve sonuçlar lehimlenir), bir EMF ortaya çıkacaktır, ancak bu bugünün makalesi konusu için geçerli değildir.
Emf kaynağını yarı iletkene bağlarsanız, şarj taşıyıcıları da iletim bandına girecek ve yön hareketleri başlayacaktır - delikler daha düşük elektrik potansiyeli olan tarafa ve elektronlar - daha büyük olan tarafa gidecektir.
Vakum ve gazda
Vakum, tam (ideal durumda) gaz yokluğu veya miktarı en aza indirilmiş (gerçekte) olan bir ortamdır. Boşlukta hiç madde olmadığı için, yük taşıyıcıların nereden alınacağı yoktur. Bununla birlikte, bir vakumdaki akım akışı, elektronik vakum ve elektronik elemanların - elektrikli vakum tüplerinin - tüm bir döneminin temelini attı.Geçen yüzyılın ilk yarısında kullanıldılar ve 50'lerde yavaş yavaş transistörlere yol vermeye başladılar (belirli elektronik alanlarına bağlı olarak).
Tüm gazın dışarı pompalandığı bir kabımız olduğunu varsayalım, yani. tam bir vakuma sahiptir. Gemiye iki elektrot yerleştirilir, onlara anot ve katot diyelim. Emf kaynağının negatif potansiyelini katoda ve pozitif potansiyeli anoda bağlarsak, hiçbir şey olmaz ve akım akmaz. Ancak katodu ısıtmaya başlarsak, akım akmaya başlar. Bu işleme termiyonik emisyon denir - elektronun ısıtılmış bir yüzeyinden elektron emisyonu.
Şekil bir vakum lambasındaki akım akışını göstermektedir. Vakum tüplerinde katot, bir ampul gibi pirinç (H) içindeki yakındaki bir filament tarafından ısıtılır.
Dahası, güç kaynağının polaritesini değiştirirseniz - anoda bir eksi uygulayın ve katoda bir artı uygulayın - akım akmaz. Bu, vakumdaki akımın, elektronların CATHODE'dan ANODE'ye hareketi nedeniyle aktığını kanıtlayacaktır.
Bir gaz, herhangi bir madde gibi, moleküllerden ve atomlardan oluşur, yani gaz bir elektrik alanının etkisi altındaysa, o zaman belirli bir güçte (iyonizasyon voltajı) elektronlar atomdan kopar, o zaman elektrik akımının her iki koşulunun da sağlandığını - alan ve özgür medya.
Daha önce de belirtildiği gibi, bu işleme iyonizasyon denir. Sadece uygulanan voltajdan değil, aynı zamanda ultraviyole radyasyonun ve diğer şeylerin etkisi altında gaz ısıtma, x-ışını radyasyonu sırasında da ortaya çıkabilir.
Elektrotlar arasına bir brülör takılsa bile akım havada akacaktır.
İnert gazlardaki akım akışına gaz lüminesansı eşlik eder, bu fenomen floresan lambalarda aktif olarak kullanılır. Gaz halindeki bir ortamda elektrik akımı akışına gaz deşarjı denir.
Sıvı içinde
Varsayalım ki içinde iki elektrot bulunan ve bir güç kaynağının bağlı olduğu suyla bir kabımız var. Su damıtılırsa, yani safsa ve safsızlıklar içermiyorsa, o zaman bir dielektriktir. Ancak suya biraz tuz, sülfürik asit veya başka bir madde eklersek, bir elektrolit oluşacak ve içinden bir akım akmaya başlayacaktır.
Bir elektrolit, iyonlara ayrılma nedeniyle elektrik akımı ileten bir maddedir.
Suya bakır sülfat eklenirse, elektrotlardan birine (katot) bir bakır katman yerleşir - buna elektroliz denir, bu da sıvıdaki elektrik akımının iyonların hareketinden kaynaklandığını kanıtlar - pozitif ve negatif şarj taşıyıcıları.
Elektroliz, elektrotlar üzerinde bir elektrolit oluşturan bileşenlerin ayrılmasını içeren fizikokimyasal bir süreçtir.
Böylece, bakır kaplama, yaldız ve diğer metallerle kaplama.
Sonuç
Özetlemek gerekirse, elektrik akımı akışı için ücretsiz şarj taşıyıcılarına ihtiyacımız var:
- iletkenler (metaller) ve vakumdaki elektronlar;
- yarı iletkenlerdeki elektronlar ve delikler;
- sıvılarda ve gazlarda iyonlar (anyonlar ve katyonlar).
Bu taşıyıcıların hareketinin sipariş edilebilmesi için bir elektrik alanına ihtiyaç vardır. Basit bir deyişle - vücudun uçlarına voltaj uygulayın veya bir elektrik akımının akması gereken bir ortama iki elektrot takın.
Akımın belirli bir şekilde maddeyi etkilediğini de belirtmek gerekir, üç tür maruz kalma vardır:
- termal;
- kimyasal;
- Fiziksel.
Sonunda, elektrik akımının varlığı ve akışı için koşulların daha ayrıntılı olarak incelendiği yararlı bir video izlemenizi öneririz:
Bu konuda faydalı:
Yükleniyor ...
