Jak przemieszcza się prąd? Elektryczność. Aktualna siła. Opór

Warunki pojawienia się prądu

Współczesna nauka stworzyła teorie wyjaśniające procesy naturalne. Wiele procesów opiera się na jednym z modeli budowy atomu, tzw. modelu planetarnym. Według tego modelu atom składa się z dodatnio naładowanego jądra i ujemnie naładowanej chmury elektronów otaczającej jądro. Różne substancje składające się z atomów są w większości trwałe i niezmienione w swoich właściwościach w stałych warunkach środowiskowych. Ale w przyrodzie zachodzą procesy, które mogą zmienić stabilny stan substancji i spowodować w tych substancjach zjawisko zwane prądem elektrycznym.

Takim podstawowym procesem dla przyrody jest tarcie. Wiele osób wie, że jeśli czeszesz włosy grzebieniem wykonanym z określonego rodzaju plastiku lub nosisz ubrania wykonane z określonego rodzaju materiału, pojawia się efekt sklejania. Włosy są przyciągane i przyklejają się do grzebienia, to samo dzieje się z ubraniami. Efekt ten tłumaczy się tarciem, które zakłóca stabilność materiału grzebieniowego lub tkaniny. Chmura elektronów może przesunąć się względem jądra lub zostać częściowo zniszczona. W rezultacie substancja zyskuje ładunek elektryczny, którego znak zależy od struktury tej substancji. Ładunek elektryczny powstający w wyniku tarcia nazywa się elektrostatycznym.

Rezultatem jest para naładowanych substancji. Każda substancja ma określony potencjał elektryczny. Na przestrzeń pomiędzy dwiema naładowanymi substancjami oddziałuje pole elektryczne, w tym przypadku elektrostatyczne. Skuteczność pola elektrostatycznego zależy od wielkości potencjałów i jest definiowana jako różnica potencjałów lub napięcie.

• Kiedy pojawia się napięcie, w przestrzeni między potencjałami pojawia się ukierunkowany ruch naładowanych cząstek substancji - prąd elektryczny.

Gdzie płynie prąd elektryczny?

W takim przypadku potencjały zmniejszą się, jeśli tarcie ustanie. I w końcu potencjały znikną, a substancje odzyskają stabilność.

Jeśli jednak proces tworzenia potencjałów i napięcia będzie kontynuowany w kierunku ich wzrostu, prąd również będzie wzrastał zgodnie z właściwościami substancji wypełniających przestrzeń między potencjałami. Najbardziej oczywistą demonstracją tego procesu jest błyskawica. Tarcie powietrza skierowanego w górę i w dół powoduje pojawienie się ogromnego napięcia. W rezultacie jeden potencjał jest tworzony przez prądy wstępujące na niebie, a drugi przez prądy opadające w ziemi. I w końcu, ze względu na właściwości powietrza, prąd elektryczny pojawia się w postaci błyskawicy.

• Pierwszą przyczyną prądu elektrycznego jest napięcie.
• Drugą przyczyną pojawienia się prądu elektrycznego jest przestrzeń, w której działa napięcie – jego wielkość i to, czym jest wypełnione.

Napięcie nie wynika tylko z tarcia. Inne procesy fizyczne i chemiczne, które zakłócają równowagę atomów substancji, również prowadzą do pojawienia się napięcia. Napięcie powstaje tylko w wyniku interakcji lub

• jedna substancja z inną substancją;
• jedną lub więcej substancji z polem lub promieniowaniem.

Napięcie może pochodzić z:

• reakcja chemiczna zachodząca w substancji, np. we wszystkich bateriach i akumulatorach, a także we wszystkich żywych organizmach;
• promieniowanie elektromagnetyczne, np. w panelach słonecznych i generatorach energii cieplnej;
• pole elektromagnetyczne, takie jak we wszystkich dynamach.

Prąd elektryczny ma naturę odpowiadającą substancji, w której płynie. Dlatego różni się:

• w metalach;

• w cieczach i gazach;

• w półprzewodnikach

W metalach prąd elektryczny składa się wyłącznie z elektronów, w cieczach i gazach - z jonów, w półprzewodnikach - z elektronów i „dziur”.

Prąd stały i przemienny

Napięcie w stosunku do jego potencjałów, których znaki pozostają niezmienione, może jedynie zmieniać wielkość.

• W takim przypadku pojawia się stały lub pulsacyjny prąd elektryczny.

Prąd elektryczny zależy od czasu trwania tej zmiany i właściwości przestrzeni wypełnionej materią pomiędzy potencjałami.

• Ale jeśli zmieniają się znaki potencjałów, co prowadzi do zmiany kierunku prądu, nazywa się to zmiennym, podobnie jak napięcie, które je określa.

Życie i prąd elektryczny

Do ilościowych i jakościowych ocen prądu elektrycznego we współczesnej nauce i technologii stosuje się pewne prawa i wielkości. Podstawowe prawa to:

• Prawo Coulomba;
• Prawo Ohma.

Charles Coulomb w latach 80. XVIII wieku określił pojawienie się napięcia, a Georg Ohm w latach 20. XIX wieku określił pojawienie się prądu elektrycznego.

W przyrodzie i cywilizacji ludzkiej wykorzystywany jest głównie jako nośnik energii i informacji, a temat jego badań i wykorzystania jest tak rozległy jak samo życie. Badania wykazały na przykład, że wszystkie żywe organizmy żyją, ponieważ mięśnie serca kurczą się pod wpływem impulsów prądu elektrycznego wytwarzanych w organizmie. Wszystkie pozostałe mięśnie pracują podobnie. Kiedy komórka się dzieli, wykorzystuje informacje oparte na prądzie elektrycznym o niezwykle wysokich częstotliwościach. Listę takich faktów wraz z wyjaśnieniami można kontynuować w całej książce.

Dokonano już wielu odkryć związanych z prądem elektrycznym, a wiele pozostaje jeszcze do zrobienia. Dlatego wraz z pojawieniem się nowych narzędzi badawczych pojawiają się nowe prawa, materiały i inne wyniki dotyczące praktycznego wykorzystania tego zjawiska.

Kiedy człowiek nauczył się wytwarzać i wykorzystywać prąd elektryczny, jakość jego życia dramatycznie wzrosła. Obecnie znaczenie energii elektrycznej rośnie z roku na rok. Aby nauczyć się rozumieć bardziej złożone zagadnienia związane z elektrycznością, trzeba najpierw zrozumieć, czym jest prąd elektryczny.

Co jest aktualne

Definicja prądu elektrycznego to jego przedstawienie w postaci ukierunkowanego przepływu poruszających się cząstek nośnika, naładowanych dodatnio lub ujemnie. Nośnikami ładunku mogą być:

• elektrony naładowane znakiem minus poruszające się w metalach;
• jony w cieczach lub gazach;
• dodatnio naładowane dziury pochodzące od poruszających się elektronów w półprzewodnikach.

To, jaki jest prąd, zależy również od obecności pola elektrycznego. Bez tego nie powstanie ukierunkowany przepływ naładowanych cząstek.

Pojęcie prądu elektrycznegoByłoby to niepełne bez wyszczególnienia jego przejawów:

1. Każdemu prądowi elektrycznemu towarzyszy pole magnetyczne;
2. Przewodniki nagrzewają się podczas przepływu;
3. Elektrolity zmieniają skład chemiczny.

Przewodniki i półprzewodniki

Prąd elektryczny może istnieć tylko w ośrodku przewodzącym, ale charakter jego przepływu jest inny:

1. Przewodniki metalowe zawierają wolne elektrony, które zaczynają się poruszać pod wpływem pola elektrycznego. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta również rezystancja przewodników, ponieważ ciepło zwiększa ruch atomów w sposób chaotyczny, co zakłóca wolne elektrony;
2. W ciekłym ośrodku utworzonym przez elektrolity powstałe pole elektryczne powoduje proces dysocjacji - powstawanie kationów i anionów, które przemieszczają się w kierunku bieguna dodatniego i ujemnego (elektrod) w zależności od znaku ładunku. Ogrzewanie elektrolitu prowadzi do zmniejszenia oporu w wyniku bardziej aktywnego rozkładu cząsteczek;

Ważny! Elektrolit może być stały, ale charakter przepływu prądu w nim jest identyczny jak w cieczy.

1. Ośrodek gazowy charakteryzuje się także obecnością wprawiających w ruch jonów. Tworzy się plazma. Promieniowanie wytwarza również wolne elektrony, które uczestniczą w ruchu ukierunkowanym;
2. Kiedy w próżni wytwarza się prąd elektryczny, elektrony uwolnione na elektrodzie ujemnej przemieszczają się w kierunku elektrody dodatniej;
3. W półprzewodnikach znajdują się wolne elektrony, które pod wpływem ogrzewania rozrywają wiązania. Na ich miejscach pozostają dziury z ładunkiem ze znakiem „plus”. Dziury i elektrony są w stanie wywołać ruch ukierunkowany.

Media nieprzewodzące nazywane są dielektrykami.

Ważny! Kierunek prądu odpowiada kierunkowi ruchu cząstek nośnika ładunku ze znakiem plus.

Rodzaj prądu

1. Stały. Charakteryzuje się stałą wartością ilościową prądu i kierunku;
2. Zmienny. Z biegiem czasu okresowo zmienia swoje właściwości. Dzieli się go na kilka odmian, w zależności od zmienianego parametru. Głównie wartość ilościowa prądu i jego kierunek zmieniają się wzdłuż sinusoidy;
3. Prądy wirowe. Występują, gdy strumień magnetyczny ulega zmianom. Tworzą zamknięte obwody bez przemieszczania się między biegunami. Prądy wirowe powodują intensywne wytwarzanie ciepła, a w efekcie zwiększają się straty. W rdzeniach cewek elektromagnetycznych są one ograniczone poprzez zastosowanie konstrukcji z pojedynczych izolowanych płytek zamiast litej.

Parametry elektryczne

1. Aktualna siła. Jest to ilościowy pomiar ładunku przepływającego w jednostce czasu przez przekrój poprzeczny przewodników. Ładunki mierzone są w kulombach (C), jednostką czasu jest sekunda. Obecna siła to C/s. Powstały stosunek nazwano amperem (A), który mierzy wartość ilościową prądu. Urządzeniem pomiarowym jest amperomierz podłączony szeregowo do obwodu elektrycznego;
2. Moc. Prąd elektryczny w przewodniku musi pokonać opór ośrodka. Praca włożona w pokonanie go w określonym czasie będzie mocą. W tym przypadku energia elektryczna jest zamieniana na inny rodzaj energii - praca jest wykonywana. Moc zależy od prądu i napięcia. Ich produkt określi moc czynną. Po pomnożeniu przez czas otrzymujemy zużycie energii - to co pokazuje licznik. Moc można mierzyć w woltoamperach (VA, kVA, mVA) lub w watach (W, kW, mW);
3. Napięcie. Jedna z trzech najważniejszych cech. Aby prąd płynął, konieczne jest wytworzenie różnicy potencjałów między dwoma punktami w zamkniętym obwodzie połączeń elektrycznych. Napięcie charakteryzuje się pracą wykonaną przez pole elektryczne podczas ruchu pojedynczego nośnika ładunku. Zgodnie ze wzorem jednostką napięcia jest J/C, co odpowiada woltowi (V). Urządzeniem pomiarowym jest woltomierz połączony równolegle;
4. Opór. Charakteryzuje zdolność przewodników do przepuszczania prądu elektrycznego. Określone na podstawie materiału przewodnika, długości i pola przekroju poprzecznego. Pomiar odbywa się w omach (Ohm).

Prawa dotyczące prądu elektrycznego

Obwody elektryczne są obliczane przy użyciu trzech głównych praw:

1. Prawo Ohma. Zostało ono zbadane i sformułowane przez fizyka z Niemiec na początku XIX wieku dla prądu stałego, potem zastosowano je także do prądu przemiennego. Ustala związek pomiędzy prądem, napięciem i rezystancją. Prawie każdy obwód elektryczny jest obliczany w oparciu o prawo Ohma. Podstawowy wzór: I = U/R, czyli prąd jest wprost proporcjonalny do napięcia i odwrotnie proporcjonalny do rezystancji;

1. Prawo Faradaya. Odnosi się do indukcji elektromagnetycznej. Pojawienie się prądów indukcyjnych w przewodnikach jest spowodowane wpływem strumienia magnetycznego, który zmienia się w czasie w wyniku indukcji pola elektromagnetycznego (siły elektromotorycznej) w zamkniętej pętli. Wielkość indukowanego emf, mierzona w woltach, jest proporcjonalna do szybkości zmian strumienia magnetycznego. Dzięki prawu indukcji generatory wytwarzają prąd;
2. Prawo Joule’a-Lenza. Jest to ważne przy obliczaniu ogrzewania przewodów, które jest wykorzystywane do projektowania i produkcji urządzeń grzewczych, oświetleniowych i innego sprzętu elektrycznego. Prawo pozwala nam określić ilość ciepła wydzielanego podczas przepływu prądu elektrycznego:

gdzie I to siła płynącego prądu, R to opór, t to czas.

Energia elektryczna w atmosferze

W atmosferze może istnieć pole elektryczne i zachodzą procesy jonizacji. Choć charakter ich występowania nie jest do końca jasny, istnieją różne hipotezy wyjaśniające. Najpopularniejszym jest kondensator, będący analogiem reprezentującym energię elektryczną w atmosferze. Jego płyty mogą służyć do przedstawiania powierzchni Ziemi i jonosfery, pomiędzy którymi krąży dielektryk – powietrze.

Rodzaje energii elektrycznej atmosferycznej:

1. Wyładowania atmosferyczne. Błyskawica z widoczną poświatą i grzmotami. Napięcie pioruna osiąga setki milionów woltów przy prądzie 500 000 A;

1. Ogień Świętego Elma. Wyładowania koronowe prądu elektrycznego powstające wokół przewodów, masztów;
2. Piorun kulisty. Wyładowanie w kształcie kuli poruszające się w powietrzu;
3. Zorze polarne. Wielobarwna poświata jonosfery Ziemi pod wpływem naładowanych cząstek przedostających się z kosmosu.

Człowiek wykorzystuje dobroczynne właściwości prądu elektrycznego we wszystkich obszarach życia:

• oświetlenie;
• transmisja sygnałów: telefoniczna, radiowa, telewizyjna, telegraficzna;
• transport elektryczny: pociągi, samochody elektryczne, tramwaje, trolejbusy;
• tworzenie komfortowego mikroklimatu: ogrzewanie i klimatyzacja;
• Wyposażenie medyczne;
• do użytku domowego: urządzenia elektryczne;
• komputery i urządzenia mobilne;
• branża: maszyny i urządzenia;
• elektroliza: produkcja aluminium, cynku, magnezu i innych substancji.

Zagrożenie porażeniem elektrycznym

Bezpośredni kontakt z prądem elektrycznym bez wyposażenia ochronnego jest śmiertelny dla człowieka. Możliwych jest kilka rodzajów wpływów:

• oparzenie termiczne;
• rozkład elektrolityczny krwi i limfy ze zmianą jej składu;
• konwulsyjne skurcze mięśni mogą wywołać migotanie serca aż do jego całkowitego zatrzymania i zakłócić funkcjonowanie układu oddechowego.

Ważny! Prąd odczuwany przez osobę zaczyna się od wartości 1 mA, jeśli wartość prądu wynosi 25 mA, możliwe są poważne negatywne zmiany w organizmie.

Najważniejszą cechą prądu elektrycznego jest to, że może on wykonać dla człowieka pożyteczną pracę: oświetlić dom, wyprać i wysuszyć ubrania, ugotować obiad, ogrzać dom. Obecnie jego wykorzystanie w przekazie informacji zajmuje znaczące miejsce, choć nie wymaga to dużego zużycia energii.

Wideo

Na dzisiejszym spotkaniu porozmawiamy o elektryczności, która stała się integralną częścią współczesnej cywilizacji. Energia elektryczna wdarła się do wszystkich dziedzin naszego życia. A obecność w każdym domu urządzeń AGD zasilanych prądem elektrycznym jest na tyle naturalną i integralną częścią życia codziennego, że traktujemy to jako coś oczywistego.

Tak więc naszym czytelnikom oferujemy podstawowe informacje na temat prądu elektrycznego.

Co to jest prąd elektryczny

Oznacza prąd elektryczny ukierunkowany ruch naładowanych cząstek. Substancje zawierające wystarczającą liczbę swobodnych ładunków nazywane są przewodnikami. Zbiór wszystkich urządzeń połączonych ze sobą za pomocą przewodów nazywa się obwodem elektrycznym.

W codziennym życiu wykorzystujemy energię elektryczną przechodzącą przez metalowe przewodniki. Nośnikami ładunku w nich są wolne elektrony.

Zwykle pędzą chaotycznie pomiędzy atomami, ale pole elektryczne zmusza je do poruszania się w określonym kierunku.

Jak to się stało

Przepływ elektronów w obwodzie można porównać do przepływu wody spadającej z wysokiego poziomu na niski. Rolę poziomu w obwodach elektrycznych pełni potencjał.

Aby prąd płynął w obwodzie, na jego końcach musi być zachowana stała różnica potencjałów, tj. Napięcie.

Zwykle jest oznaczany literą U i mierzony w woltach (B).

Pod wpływem przyłożonego napięcia w obwodzie powstaje pole elektryczne, które nadaje elektronom kierunkowy ruch. Im wyższe napięcie, tym silniejsze pole elektryczne, a co za tym idzie, intensywność przepływu elektronów poruszających się kierunkowo.

Prędkość rozchodzenia się prądu elektrycznego jest równa prędkości powstawania pola elektrycznego w obwodzie, czyli 300 000 km/s, ale prędkość elektronów sięga zaledwie kilku mm na sekundę.

Powszechnie przyjmuje się, że prąd płynie od punktu o wyższym potencjale, tj. od (+) do punktu o niższym potencjale, tj. do (-). Napięcie w obwodzie jest utrzymywane przez źródło prądu, takie jak bateria. Znak (+) na jego końcu oznacza brak elektronów, znak (-) oznacza ich nadmiar, gdyż elektrony są nośnikami ładunku ujemnego. Gdy tylko obwód ze źródłem prądu zostanie zamknięty, elektrony pędzą z miejsca, w którym jest ich nadmiar, do dodatniego bieguna źródła prądu. Ich ścieżka przebiega przez przewody, odbiorniki, przyrządy pomiarowe i inne elementy obwodów.

Należy pamiętać, że kierunek prądu jest przeciwny do kierunku ruchu elektronów.

Po prostu kierunek prądu został określony za zgodą naukowców, zanim ustalono naturę prądu w metalach.

Niektóre wielkości charakteryzujące prąd elektryczny

Aktualna siła.Ładunek elektryczny przechodzący przez przekrój przewodnika w ciągu 1 sekundy nazywa się natężeniem prądu. Do jego oznaczenia używana jest litera I, mierzona w amperach (A).

Opór. Następną wielkością, o której musisz wiedzieć, jest opór. Powstaje w wyniku zderzeń kierunkowo poruszających się elektronów z jonami sieci krystalicznej. W wyniku takich zderzeń elektrony przekazują część swojej energii kinetycznej jonom. W rezultacie przewodnik nagrzewa się, a natężenie prądu maleje. Rezystancja jest oznaczona literą R i jest mierzona w omach (omach).

Im dłuższy przewodnik i mniejsze jego pole przekroju poprzecznego, tym większy jest opór metalowego przewodnika. Przy tej samej długości i średnicy drutu przewodniki wykonane ze srebra, miedzi, złota i aluminium mają najmniejszy opór. Z oczywistych względów w praktyce stosuje się druty aluminiowe i miedziane.

Moc. Podczas wykonywania obliczeń dla obwodów elektrycznych czasami konieczne jest określenie zużycia energii (P).

Aby to zrobić, prąd płynący przez obwód należy pomnożyć przez napięcie.

Jednostką mocy jest wat (W).

Prąd stały i przemienny

Prąd dostarczany przez różne baterie i akumulatory jest stały. Oznacza to, że natężenie prądu w takim obwodzie można zmienić jedynie pod względem wielkości, zmieniając jego rezystancję na różne sposoby, podczas gdy jego kierunek pozostaje niezmieniony.

Ale Większość urządzeń elektrycznych zużywa prąd przemienny, to znaczy prąd, którego wielkość i kierunek stale się zmieniają zgodnie z pewnym prawem.

Jest wytwarzany w elektrowniach, a następnie przesyłany liniami przesyłowymi wysokiego napięcia do naszych domów i firm.

W większości krajów częstotliwość odwracania prądu wynosi 50 Hz, czyli występuje 50 razy na sekundę. W takim przypadku za każdym razem natężenie prądu stopniowo wzrasta, osiąga maksimum, a następnie maleje do 0. Następnie proces ten powtarza się, ale z przeciwnym kierunkiem prądu.

W USA wszystkie urządzenia działają na częstotliwości 60 Hz. Ciekawa sytuacja rozwinęła się w Japonii. Tam jedna trzecia kraju wykorzystuje prąd przemienny o częstotliwości 60 Hz, a reszta - 50 Hz.

Uwaga – prąd

Ponieważ podczas korzystania z urządzeń elektrycznych i uderzeń pioruna może dojść do porażenia prądem elektrycznym Ciało ludzkie jest dobrym przewodnikiem prądu. Do urazów elektrycznych często dochodzi w wyniku nadepnięcia na leżący na ziemi przewód lub odpychania rękami luźnych przewodów elektrycznych.

Napięcie powyżej 36 V uważane jest za niebezpieczne dla człowieka. Jeżeli przez ciało człowieka przepływa prąd o natężeniu zaledwie 0,05 A, może to spowodować mimowolny skurcz mięśni, który nie pozwoli osobie samodzielnie oderwać się od źródła uszkodzenia. Prąd o natężeniu 0,1 A jest śmiertelny.

Prąd przemienny jest jeszcze bardziej niebezpieczny, ponieważ ma silniejszy wpływ na ludzi. Ten nasz przyjaciel i pomocnik w niektórych przypadkach zamienia się w bezlitosnego wroga, powodując problemy z oddychaniem i pracą serca, aż do całkowitego zatrzymania krążenia. Pozostawia na ciele straszne ślady w postaci ciężkich oparzeń.

Jak pomóc ofierze? Przede wszystkim wyłącz źródło obrażeń. A potem zadbaj o udzielenie pierwszej pomocy.

Nasza znajomość z elektrycznością dobiega końca. Dodajmy jeszcze kilka słów o stworzeniach morskich posiadających „broń elektryczną”. Są to niektóre rodzaje ryb, węgorz konger i płaszczka. Najbardziej niebezpiecznym z nich jest węgorz konger.

Nie należy do niego podpływać na odległość mniejszą niż 3 metry. Jego cios nie jest śmiertelny, ale może stracić przytomność.

Jeżeli ta wiadomość była dla Ciebie przydatna, będzie mi miło Cię poznać

Elektryczność

Przede wszystkim warto dowiedzieć się, czym jest prąd elektryczny. Prąd elektryczny to uporządkowany ruch naładowanych cząstek w przewodniku. Aby mogło ono powstać, najpierw musi powstać pole elektryczne, pod wpływem którego wspomniane naładowane cząstki zaczną się poruszać.

Pierwsza wiedza o elektryczności, sprzed wielu wieków, dotyczyła „ładunków” elektrycznych wytwarzanych w wyniku tarcia. Już w starożytności ludzie wiedzieli, że bursztyn potarty wełną nabywa zdolność przyciągania lekkich przedmiotów. Ale dopiero pod koniec XVI wieku angielski lekarz Gilbert szczegółowo zbadał to zjawisko i odkrył, że wiele innych substancji ma dokładnie takie same właściwości. Ciała, które niczym bursztyn po potarciu potrafią przyciągać lekkie przedmioty, nazwał naelektryzowanymi. Słowo to pochodzi od greckiego elektronu – „bursztyn”. Obecnie mówimy, że ciała w tym stanie mają ładunki elektryczne, a same ciała nazywamy „naładowanymi”.

Ładunki elektryczne powstają zawsze, gdy różne substancje wchodzą w bliski kontakt. Jeśli ciała są stałe, ich bliski kontakt uniemożliwiają mikroskopijne wypukłości i nierówności występujące na ich powierzchni. Ściskając takie ciała i pocierając je o siebie, łączymy ich powierzchnie, które bez nacisku stykałyby się tylko w kilku punktach. W niektórych ciałach ładunki elektryczne mogą swobodnie przemieszczać się pomiędzy różnymi częściami, w innych jest to jednak niemożliwe. W pierwszym przypadku ciała nazywane są „przewodnikami”, w drugim „dielektrykami lub izolatorami”. Przewodnikami są wszystkie metale, wodne roztwory soli i kwasów itp. Przykładami izolatorów są bursztyn, kwarc, ebonit i wszystkie gazy występujące w normalnych warunkach.

Niemniej jednak należy zauważyć, że podział ciał na przewodniki i dielektryki jest bardzo dowolny. Wszystkie substancje przewodzą prąd w większym lub mniejszym stopniu. Ładunki elektryczne są dodatnie i ujemne. Ten rodzaj prądu nie będzie trwał długo, ponieważ naelektryzowane ciało się rozładuje. Dla dalszego istnienia prądu elektrycznego w przewodniku konieczne jest utrzymanie pola elektrycznego. Do tych celów wykorzystuje się źródła prądu elektrycznego. Najprostszy przypadek wystąpienia prądu elektrycznego ma miejsce, gdy jeden koniec drutu jest podłączony do ciała naelektryzowanego, a drugi do ziemi.

Obwody elektryczne zasilające żarówki i silniki elektryczne pojawiły się dopiero po wynalezieniu baterii, które datuje się na około 1800 rok. Następnie rozwój doktryny o elektryczności nastąpił tak szybko, że w niecałe stulecie stała się ona nie tylko częścią fizyki, ale stworzyła podstawę nowej cywilizacji elektrycznej.

Podstawowe wielkości prądu elektrycznego

Ilość prądu i prądu. Oddziaływanie prądu elektrycznego może być silne lub słabe. Natężenie prądu elektrycznego zależy od ilości ładunku przepływającego przez obwód w określonej jednostce czasu. Im więcej elektronów przemieszcza się z jednego bieguna źródła na drugi, tym większy jest całkowity ładunek przenoszony przez elektrony. Ten ładunek netto nazywany jest ilością prądu przepływającego przez przewodnik.

W szczególności działanie chemiczne prądu elektrycznego zależy od ilości energii elektrycznej, tj. im większy ładunek przejdzie przez roztwór elektrolitu, tym więcej substancji osadzi się na katodzie i anodzie. W związku z tym ilość energii elektrycznej można obliczyć, ważąc masę substancji osadzonej na elektrodzie i znając masę i ładunek jednego jonu tej substancji.

Natężenie prądu to wielkość równa stosunkowi ładunku elektrycznego przechodzącego przez przekrój poprzeczny przewodnika do czasu jego przepływu. Jednostką ładunku jest kulomb (C), czas mierzy się w sekundach (s). W tym przypadku jednostkę prądu wyraża się w C/s. Jednostka ta nazywa się amperem (A). Aby zmierzyć prąd w obwodzie, stosuje się elektryczne urządzenie pomiarowe zwane amperomierzem. W celu włączenia do obwodu amperomierz jest wyposażony w dwa zaciski. Jest on podłączony szeregowo do obwodu.

Napięcie elektryczne. Wiemy już, że prąd elektryczny to uporządkowany ruch naładowanych cząstek – elektronów. Ruch ten powstaje przy użyciu pola elektrycznego, które wykonuje określoną pracę. Zjawisko to nazywa się pracą prądu elektrycznego. Aby w ciągu 1 s przepuścić większy ładunek przez obwód elektryczny, pole elektryczne musi wykonać większą pracę. Na tej podstawie okazuje się, że praca prądu elektrycznego powinna zależeć od siły prądu. Ale jest jeszcze jedna wartość, od której zależy praca prądu. Wielkość ta nazywana jest napięciem.

Napięcie to stosunek pracy wykonanej przez prąd w określonym odcinku obwodu elektrycznego do ładunku przepływającego przez ten sam odcinek obwodu. Pracę prądu mierzy się w dżulach (J), ładunek - w kulombach (C). W związku z tym jednostką miary napięcia będzie 1 J/C. Jednostkę tę nazwano woltem (V).

Aby w obwodzie elektrycznym mogło powstać napięcie, potrzebne jest źródło prądu. Gdy obwód jest otwarty, napięcie występuje tylko na zaciskach źródła prądu. Jeśli to źródło prądu zostanie uwzględnione w obwodzie, napięcie pojawi się również w poszczególnych odcinkach obwodu. W związku z tym w obwodzie pojawi się prąd. Oznacza to, że możemy krótko powiedzieć, co następuje: jeśli w obwodzie nie ma napięcia, nie ma prądu. Do pomiaru napięcia używa się elektrycznego przyrządu pomiarowego zwanego woltomierzem. Swoim wyglądem przypomina wspomniany wcześniej amperomierz, z tą różnicą, że na skali woltomierza zapisana jest litera V (zamiast A na amperomierzu). Woltomierz ma dwa zaciski, za pomocą których jest podłączony równolegle do obwodu elektrycznego.

Opór elektryczny. Po podłączeniu do obwodu elektrycznego różnych przewodów i amperomierza można zauważyć, że przy zastosowaniu różnych przewodów amperomierz daje różne wskazania, czyli w tym przypadku natężenie prądu dostępnego w obwodzie elektrycznym jest inne. Zjawisko to można wytłumaczyć faktem, że różne przewodniki mają różną rezystancję elektryczną, która jest wielkością fizyczną. Został nazwany Ohm na cześć niemieckiego fizyka. Z reguły w fizyce stosuje się większe jednostki: kiloom, megaom itp. Rezystancja przewodnika jest zwykle oznaczana literą R, długość przewodnika to L, a pole przekroju poprzecznego to S W tym przypadku opór można zapisać wzorem:

gdzie współczynnik p nazywany jest rezystywnością. Współczynnik ten wyraża opór przewodnika o długości 1 m i polu przekroju poprzecznego równego 1 m2. Opór właściwy wyraża się w omach x m. Ponieważ przewody mają z reguły raczej mały przekrój poprzeczny, ich powierzchnie są zwykle wyrażane w milimetrach kwadratowych. W tym przypadku jednostką rezystywności będzie om x mm2/m. W poniższej tabeli. Rysunek 1 pokazuje rezystancję niektórych materiałów.

Tabela 1. Oporność elektryczna niektórych materiałów
Materiał	p, om x m2/m	Materiał	p, om x m2/m
		Stop platyny i irydu
Metal lub stop
		Manganina (stop)
Aluminium		Konstantan (stop)
Wolfram
		Nichrom (stop)
Nikiel (stop)		Fechral (stop)
		Chromel (stop)

Według tabeli. 1 staje się jasne, że miedź ma najniższą oporność elektryczną, a stop metali najwyższą. Ponadto dielektryki (izolatory) mają wysoką rezystancję.

Pojemność elektryczna. Wiemy już, że dwa odizolowane od siebie przewodniki mogą gromadzić ładunki elektryczne. Zjawisko to charakteryzuje się wielkością fizyczną zwaną pojemnością elektryczną. Pojemność elektryczna dwóch przewodników to nic innego jak stosunek ładunku jednego z nich do różnicy potencjałów między tym przewodnikiem a sąsiednim. Im niższe napięcie, gdy przewodniki otrzymują ładunek, tym większa jest ich pojemność. Jednostką pojemności elektrycznej jest farad (F). W praktyce stosuje się ułamki tej jednostki: mikrofarad (μF) i pikofarad (pF).

Yandex.DirectWszystkie reklamyMieszkania do wynajęcia Kazań! Apartamenty od 1000 rub. codziennie. Mini-hotele. Dokumenty sprawozdawcze16.forguest.ru Mieszkania do wynajęcia na dobę w Kazaniu Przytulne apartamenty we wszystkich dzielnicach Kazania. Szybki codzienny wynajem mieszkania.fatyr.ru Nowa przeglądarka Yandex.Browser! Wygodne zakładki i niezawodna ochrona. Przeglądarka do przyjemnego przeglądania Internetu!browser.yandex.ru 0+

Jeśli weźmiesz dwa odizolowane od siebie przewodniki i umieścisz je w niewielkiej odległości od siebie, otrzymasz kondensator. Pojemność kondensatora zależy od grubości jego płytek oraz grubości dielektryka i jego przepuszczalności. Zmniejszając grubość dielektryka pomiędzy płytkami kondensatora, można znacznie zwiększyć pojemność tego ostatniego. Na wszystkich kondensatorach, oprócz ich pojemności, należy wskazać napięcie, dla którego te urządzenia są zaprojektowane.

Praca i moc prądu elektrycznego. Z powyższego wynika, że ​​prąd elektryczny wykonuje pewną pracę. Podłączając silniki elektryczne, prąd elektryczny powoduje pracę wszelkiego rodzaju urządzeń, przesuwa pociągi po szynach, oświetla ulice, ogrzewa dom, a także wytwarza efekt chemiczny, tj. Umożliwia elektrolizę itp. Można powiedzieć, że wykonana praca przez prąd na określonym odcinku obwodu jest równy prądowi produktu, napięciu i czasowi, w którym praca została wykonana. Pracę mierzy się w dżulach, napięcie w woltach, prąd w amperach, czas w sekundach. Pod tym względem 1 J = 1B x 1A x 1s. Z tego wynika, że ​​aby zmierzyć pracę prądu elektrycznego, należy użyć jednocześnie trzech przyrządów: amperomierza, woltomierza i zegara. Jest to jednak uciążliwe i nieskuteczne. Dlatego zwykle pracę prądu elektrycznego mierzy się za pomocą liczników elektrycznych. To urządzenie zawiera wszystkie powyższe urządzenia.

Moc prądu elektrycznego jest równa stosunkowi pracy prądu do czasu, w którym była ona wykonywana. Moc oznaczona jest literą „P” i wyrażana jest w watach (W). W praktyce stosuje się kilowaty, megawaty, hektowaty itp. Aby zmierzyć moc obwodu, należy wziąć watomierz. Inżynierowie elektrycy wyrażają pracę prądu w kilowatogodzinach (kWh).

Podstawowe prawa prądu elektrycznego

Prawo Ohma. Napięcie i prąd są uważane za najbardziej przydatne cechy obwodów elektrycznych. Jedną z głównych cech wykorzystania energii elektrycznej jest szybki transport energii z jednego miejsca do drugiego i jej przekazanie odbiorcy w wymaganej formie. Iloczyn różnicy potencjałów i prądu daje moc, tj. ilość energii wydzielanej w obwodzie w jednostce czasu. Jak wspomniano powyżej, aby zmierzyć moc w obwodzie elektrycznym, potrzebne byłyby 3 urządzenia. Czy można obejść się za pomocą tylko jednego i obliczyć moc na podstawie jego odczytów i niektórych cech obwodu, takich jak jego rezystancja? Wielu osobom spodobał się ten pomysł i uznał go za owocny.

Jaka jest zatem rezystancja przewodu lub obwodu jako całości? Czy drut, podobnie jak rury wodociągowe lub rury instalacji próżniowej, ma trwałą właściwość, którą można nazwać oporem? Na przykład w rurach stosunek różnicy ciśnień wytwarzającej przepływ podzielony przez natężenie przepływu jest zwykle stałą charakterystyką rury. Podobnie przepływ ciepła w drucie regulowany jest prostą zależnością obejmującą różnicę temperatur, pole przekroju poprzecznego drutu i jego długość. Odkrycie takiej zależności dla obwodów elektrycznych było wynikiem udanych poszukiwań.

W latach dwudziestych XIX wieku niemiecki nauczyciel Georg Ohm jako pierwszy rozpoczął poszukiwania powyższej zależności. Przede wszystkim zabiegał o sławę i sławę, która umożliwiłaby mu wykładanie na uniwersytecie. Dlatego wybrał obszar badań, który obiecywał szczególne korzyści.

Om był synem mechanika, więc wiedział, jak narysować metalowy drut o różnej grubości, który był mu potrzebny do eksperymentów. Ponieważ w tamtych czasach nie można było kupić odpowiedniego drutu, Om zrobił to sam. Podczas swoich eksperymentów próbował różnych długości, różnych grubości, różnych metali, a nawet różnych temperatur. Zmieniał wszystkie te czynniki jeden po drugim. W czasach Ohma baterie były nadal słabe i wytwarzały nierówny prąd. W związku z tym badacz wykorzystał termoparę jako generator, którego gorące złącze umieszczono w płomieniu. Ponadto użył prymitywnego amperomierza magnetycznego i zmierzył różnice potencjałów (Ohm nazwał je „napięciami”), zmieniając temperaturę lub liczbę połączeń termicznych.

Nauka o obwodach elektrycznych dopiero zaczęła się rozwijać. Po wynalezieniu baterii około 1800 roku, zaczęła się ona rozwijać znacznie szybciej. Zaprojektowano i wyprodukowano różne urządzenia (dość często ręcznie), odkryto nowe prawa, pojawiły się koncepcje i terminy itp. Wszystko to doprowadziło do głębszego zrozumienia zjawisk i czynników elektrycznych.

Aktualizacja wiedzy o elektryczności z jednej strony stała się przyczyną powstania nowej dziedziny fizyki, z drugiej stała się podstawą szybkiego rozwoju elektrotechniki, czyli akumulatorów, generatorów, systemów zasilania oświetlenia i napęd elektryczny, piece elektryczne, silniki elektryczne itp., wynaleziono inne.

Odkrycia Ohma miały ogromne znaczenie zarówno dla rozwoju badań nad elektrycznością, jak i dla rozwoju elektrotechniki stosowanej. Umożliwiły one łatwe przewidywanie właściwości obwodów elektrycznych dla prądu stałego, a następnie dla prądu przemiennego. W 1826 roku Ohm opublikował książkę, w której przedstawił wnioski teoretyczne i wyniki eksperymentów. Jednak jego nadzieje nie były uzasadnione; książka została przyjęta z kpiną. Stało się tak, ponieważ metoda prymitywnego eksperymentowania wydawała się nieatrakcyjna w czasach, gdy wielu interesowało się filozofią.

Nie miał innego wyjścia, jak opuścić stanowisko nauczyciela. Z tego samego powodu nie dostał się na uniwersytet. Naukowiec przez 6 lat żył w biedzie, bez wiary w przyszłość, przeżywając gorzkie rozczarowanie.

Stopniowo jednak jego dzieła zyskiwały sławę, najpierw poza granicami Niemiec. Om był szanowany za granicą i czerpał korzyści z jego badań. W związku z tym jego rodacy zostali zmuszeni do uznania go w ojczyźnie. W 1849 otrzymał profesurę na uniwersytecie w Monachium.

Ohm odkrył proste prawo ustalające zależność pomiędzy prądem i napięciem dla kawałka drutu (dla części obwodu, dla całego obwodu). Ponadto opracował zasady, które pozwalają określić, co się zmieni, jeśli weźmiesz drut o innym rozmiarze. Prawo Ohma jest sformułowane w następujący sposób: natężenie prądu w odcinku obwodu jest wprost proporcjonalne do napięcia w tym odcinku i odwrotnie proporcjonalne do rezystancji tego odcinka.

Prawo Joule’a-Lenza. Prąd elektryczny w dowolnej części obwodu wykonuje pewną pracę. Weźmy na przykład dowolny odcinek obwodu, między którego końcami znajduje się napięcie (U). Z definicji napięcia elektrycznego praca wykonana podczas przemieszczania jednostki ładunku pomiędzy dwoma punktami jest równa U. Jeżeli natężenie prądu w danym odcinku obwodu jest równe i, to w czasie t ładunek przejdzie, oraz dlatego praca prądu elektrycznego w tej sekcji będzie wynosić:

Wyrażenie to dotyczy prądu stałego w każdym przypadku, dla dowolnej części obwodu, która może zawierać przewodniki, silniki elektryczne itp. Moc prądu, tj. praca w jednostce czasu jest równa:

Wzór ten jest używany w układzie SI do określenia jednostki napięcia.

Załóżmy, że odcinek obwodu jest przewodnikiem stacjonarnym. W takim przypadku cała praca zamieni się w ciepło, które zostanie uwolnione w tym przewodniku. Jeśli przewodnik jest jednorodny i przestrzega prawa Ohma (dotyczy to wszystkich metali i elektrolitów), to:

gdzie r jest rezystancją przewodnika. W tym przypadku:

Prawo to zostało po raz pierwszy wydedukowane eksperymentalnie przez E. Lenza i niezależnie od niego przez Joule'a.

Należy zaznaczyć, że przewodniki grzejne mają liczne zastosowania w technice. Najpopularniejszymi i najważniejszymi z nich są lampy żarowe.

Prawo indukcji elektromagnetycznej. W pierwszej połowie XIX wieku angielski fizyk M. Faraday odkrył zjawisko indukcji magnetycznej. Fakt ten, będący własnością wielu badaczy, dał potężny impuls do rozwoju elektrotechniki i radiotechniki.

W trakcie eksperymentów Faraday odkrył, że gdy zmienia się liczba linii indukcji magnetycznej penetrujących powierzchnię ograniczoną zamkniętą pętlą, powstaje w niej prąd elektryczny. Na tym opiera się być może najważniejsze prawo fizyki - prawo indukcji elektromagnetycznej. Prąd występujący w obwodzie nazywa się indukcją. Ponieważ prąd elektryczny powstaje w obwodzie dopiero wtedy, gdy swobodne ładunki zostaną poddane działaniu sił zewnętrznych, to przy zmiennym strumieniu magnetycznym przepływającym wzdłuż powierzchni obwodu zamkniętego pojawiają się w nim te same siły zewnętrzne. Działanie sił zewnętrznych w fizyce nazywa się siłą elektromotoryczną lub indukowanym emf.

Indukcja elektromagnetyczna pojawia się także w otwartych przewodnikach. Gdy przewodnik przecina linie sił magnetycznych, na jego końcach pojawia się napięcie. Powodem pojawienia się takiego napięcia jest indukowany emf. Jeśli strumień magnetyczny przechodzący przez zamkniętą pętlę nie zmienia się, nie pojawia się żaden prąd indukowany.

Korzystając z pojęcia „emf indukcji”, możemy mówić o prawie indukcji elektromagnetycznej, tj. indukcja emf w zamkniętej pętli jest równa wielkości szybkości zmiany strumienia magnetycznego przez powierzchnię ograniczoną pętlą.

Reguła Lenza. Jak już wiemy, w przewodniku powstaje prąd indukowany. W zależności od warunków jego pojawienia się, ma inny kierunek. Z tej okazji rosyjski fizyk Lenz sformułował następującą zasadę: prąd indukowany powstający w obwodzie zamkniętym ma zawsze taki kierunek, że wytwarzane przez niego pole magnetyczne nie pozwala na zmianę strumienia magnetycznego. Wszystko to powoduje pojawienie się prądu indukcyjnego.

Prąd indukcyjny, jak każdy inny, ma energię. Oznacza to, że w przypadku wystąpienia prądu indukcyjnego pojawia się energia elektryczna. Zgodnie z prawem zachowania i przemiany energii, powyższa energia może powstać jedynie dzięki ilości energii innego rodzaju energii. Zatem reguła Lenza w pełni odpowiada prawu zachowania i transformacji energii.

Oprócz indukcji w cewce może pojawić się tzw. samoindukcja. Jego istota jest następująca. Jeśli w cewce pojawi się prąd lub zmieni się jego siła, pojawia się zmienne pole magnetyczne. A jeśli zmienia się strumień magnetyczny przechodzący przez cewkę, pojawia się w nim siła elektromotoryczna, zwana emf samoindukcją.

Zgodnie z regułą Lenza samoindukcyjny emf podczas zamykania obwodu zakłóca natężenie prądu i zapobiega jego wzrostowi. Gdy obwód jest wyłączony, samoindukcyjny emf zmniejsza siłę prądu. W przypadku, gdy natężenie prądu w cewce osiągnie określoną wartość, pole magnetyczne przestaje się zmieniać, a emf samoindukcji staje się zerowy.

Artykuł ten pokazuje, że we współczesnej fizyce idea prądu elektrycznego jest zmitologizowana i nie ma dowodów na jej współczesną interpretację.

Z punktu widzenia eterodynamiki uzasadniono koncepcję prądu elektrycznego jako przepływu gazu fotonowego oraz warunków jego istnienia.

Wstęp. W historii nauki wiek XIX nazywany był wiekiem elektryczności. Niesamowity wiek XIX, który położył podwaliny pod rewolucję naukową i technologiczną, która tak zmieniła świat, rozpoczął się od ogniwa galwanicznego - pierwszej baterii, chemicznego źródła prądu (kolumny galwanicznej) i odkrycia prądu elektrycznego. Badania nad prądem elektrycznym prowadzono na szeroką skalę już w pierwszych latach XIX wieku. dał impuls do przenikania elektryczności do wszystkich sfer życia ludzkiego. Współczesne życie jest nie do pomyślenia bez radia i telewizji, telefonu, smartfona i komputera, wszelkiego rodzaju urządzeń oświetleniowych i grzewczych, maszyn i urządzeń opartych na możliwości wykorzystania prądu elektrycznego.

Jednak powszechne wykorzystanie elektryczności od pierwszych dni odkrycia prądu elektrycznego stoi w głębokiej sprzeczności z jej teoretycznym uzasadnieniem. Ani XIX-wieczna, ani współczesna fizyka nie są w stanie odpowiedzieć na pytanie: czym jest prąd elektryczny? Na przykład w następującym stwierdzeniu z Encyklopedii Britannica:

„Pytanie: „Co to jest elektryczność?”, podobnie jak pytanie: „Co to jest materia?”, leży poza sferą fizyki i należy do sfery metafizyki.

Pierwsze szeroko znane eksperymenty z prądem elektrycznym przeprowadził włoski fizyk Galvani pod koniec XVIII wieku. Inny włoski fizyk Volta stworzył pierwsze urządzenie zdolne do wytwarzania długotrwałego prądu elektrycznego - ogniwo galwaniczne. Volta wykazał, że kontakt różnych metali prowadzi je do stanu elektrycznego, a po dodaniu cieczy przewodzącej prąd powstaje bezpośredni przepływ prądu. Powstały w tym przypadku prąd nazywany jest prądem galwanicznym, a samo zjawisko nazywa się galwanizmem. Jednocześnie prąd, zdaniem Volty, jest ruchem płynów elektrycznych – płynów.

Dokonano istotnej zmiany w rozumieniu istoty prądu elektrycznego

M. Faradaya. Udowodnił tożsamość niektórych rodzajów energii elektrycznej pochodzącej z różnych źródeł. Najważniejszymi pracami były eksperymenty z elektrolizą. Odkrycie uznano za dowód na to, że poruszająca się energia elektryczna jest praktycznie identyczna z energią elektryczną powstającą na skutek tarcia, czyli elektrycznością statyczną. Jego seria pomysłowych eksperymentów z elektrolizą była przekonującym potwierdzeniem idei, której istota sprowadza się do tego, co następuje: jeśli substancja ze swej natury ma budowę atomową, to w procesie elektrolizy każdy atom otrzymuje określoną ilość energii elektrycznej .

W 1874 r. irlandzki fizyk J. Stoney (Stoney) wygłosił wykład w Belfaście, w którym wykorzystał prawa elektrolizy Faradaya jako podstawę atomowej teorii elektryczności. Opierając się na wielkości całkowitego ładunku przechodzącego przez elektrolit i dość przybliżonym oszacowaniu liczby atomów wodoru uwolnionych na katodzie, Stoney uzyskał dla ładunku elementarnego liczbę rzędu 10–20 C (w nowoczesnych jednostkach). Raport ten został w całości opublikowany dopiero w 1881 roku, kiedy to niemiecki naukowiec

G. Helmholtz zauważył w jednym ze swoich wykładów w Londynie, że jeśli przyjąć hipotezę o budowie atomowej pierwiastków, nie sposób nie dojść do wniosku, że elektryczność również dzieli się na elementarne części, czyli „atomy elektryczności”. Ten wniosek Helmholtza zasadniczo wynikał z wyników Faradaya dotyczących elektrolizy i przypominał własne oświadczenie Faradaya. Badania Faradaya nad elektrolizą odegrały zasadniczą rolę w rozwoju teorii elektronu.

W 1891 roku Stoney, który popierał pogląd, że prawa elektrolizy Faradaya oznaczają istnienie naturalnej jednostki ładunku, ukuł termin „elektron”.

Jednak wkrótce wprowadzony przez Stone'a termin elektron traci swoją pierwotną istotę. W 1892 r H. Lorentz tworzy własną teorię elektronów. Według niego prąd powstaje w wyniku ruchu maleńkich naładowanych cząstek – elektronów dodatnich i ujemnych.

Pod koniec XIX wieku. Zaczęła się rozwijać elektroniczna teoria przewodnictwa. Początki teorii dał w 1900 roku niemiecki fizyk Paul Drude. Teorię Drudego włączono do zajęć z fizyki pod nazwą klasycznej teorii przewodnictwa elektrycznego metali. W tej teorii elektrony porównuje się do atomów gazu doskonałego wypełniających sieć krystaliczną metalu, a prąd elektryczny przedstawia się jako przepływ tego gazu elektronowego.

Po przedstawieniu modelu atomu Rutherforda przeprowadzono serię pomiarów wartości ładunku elementarnego w latach 20. XX wieku. W fizyce ostatecznie ukształtowała się koncepcja prądu elektrycznego jako przepływu wolnych elektronów, elementów strukturalnych atomu materii.

Model swobodnych elektronów okazał się jednak niemożliwy do wyjaśnienia istoty prądu elektrycznego w ciekłych elektrolitach, gazach i półprzewodnikach. Aby wesprzeć istniejącą teorię prądu elektrycznego, wprowadzono nowe nośniki ładunku elektrycznego - jony i dziury.

W oparciu o powyższe we współczesnej fizyce powstała koncepcja ostateczna według współczesnych standardów: prąd elektryczny to ukierunkowany ruch nośników ładunku elektrycznego (elektronów, jonów, dziur itp.).

Za kierunek przepływu prądu elektrycznego uważa się kierunek ruchu ładunków dodatnich; jeśli prąd jest tworzony przez ujemnie naładowane cząstki (na przykład elektrony), wówczas kierunek prądu uważa się za przeciwny do ruchu cząstek.

Prąd elektryczny nazywa się stałym, jeśli siła prądu i jego kierunek nie zmieniają się w czasie. Aby w jakimkolwiek ośrodku pojawił się i utrzymywał się prąd, muszą zostać spełnione dwa warunki: - obecność w ośrodku swobodnych ładunków elektrycznych; — wytworzenie pola elektrycznego w ośrodku.

Jednak takie przedstawienie prądu elektrycznego okazało się nie do utrzymania w opisie zjawiska nadprzewodnictwa. Ponadto, jak się okazało, istnieje wiele sprzeczności w określonej reprezentacji prądu elektrycznego przy opisie funkcjonowania prawie wszystkich typów urządzeń elektronicznych. Konieczność interpretacji pojęcia prądu elektrycznego w różnych warunkach i w różnych typach urządzeń elektronicznych z jednej strony, a także brak zrozumienia istoty prądu elektrycznego z drugiej, zmusiły współczesną fizykę do wytworzenia elektronu , nośnik ładunku elektrycznego, „figaro” („wolny”, „szybki”, „wybijany”, „emitowany”, „hamujący”, „relatywistyczny”, „foto”, „termo” itp.), co w końcu podniosło kwestię „ co to jest prąd elektryczny? w ślepy zaułek.

Znaczenie teoretycznej koncepcji prądu elektrycznego we współczesnych warunkach znacznie wzrosło nie tylko ze względu na powszechne wykorzystanie energii elektrycznej w życiu człowieka, ale także ze względu na wysoki koszt i wykonalność techniczną, na przykład megaprojekty naukowe realizowane przez wszystkie rozwinięte kraje Europy świat, w którym pojęcie prądu elektrycznego odgrywa znaczącą rolę.

Eteryczna dynamiczna koncepcja przedstawiania prądu elektrycznego. Z powyższej definicji wynika, że ​​prąd elektryczny jest ruchem kierunkowym nośniki ładunku elektrycznego. Oczywiście ujawnienie istoty fizycznej prądu elektrycznego polega na rozwiązaniu problemu istoty fizycznej ładunku elektrycznego i tego, co jest nośnikiem tego ładunku.

Problem fizycznej istoty ładunku elektrycznego jest problemem nierozwiązanym zarówno przez fizykę klasyczną, jak i współczesną fizykę kwantową na przestrzeni dziejów rozwoju elektryczności. Rozwiązanie tego problemu okazało się możliwe jedynie przy zastosowaniu metodologii eterodynamiki, nowej koncepcji w fizyce XXI wieku.

Zgodnie z definicją eterodynamiczną: ładunek elektryczny jest miarą ruchu strumienia eteru... .Ładunek elektryczny jest właściwością właściwą wszystkim cząstkom elementarnym i niczym więcej. Ładunek elektryczny to wielkość posiadająca określony znak, czyli zawsze dodatnia.

Z wskazanej istoty fizycznej ładunku elektrycznego wynika, że ​​powyższa definicja prądu elektrycznego jest błędna ze względu na to, że jony, dziury itp. nie mogą być przyczyną prądu elektrycznego, gdyż nie są nośnikami ładunku elektrycznego, gdyż nie są elementami poziomu organizacyjnego materii fizycznej – cząstek elementarnych (zgodnie z definicją).

Elektrony, jako cząstki elementarne, mają jednak ładunek elektryczny zgodnie z definicją: są jedną z podstawowych jednostek strukturalnych materii, formypowłoki elektroniczne atomy , o strukturze której decyduje większość optyczna, elektryczna, magnetyczna, mechaniczna iwłaściwości chemiczne Substancje, nie mogą być ruchomymi (wolnymi) nośnikami ładunku elektrycznego. Wolny elektron to mit stworzony przez współczesną fizykę w celu interpretacji pojęcia prądu elektrycznego, który nie ma żadnego praktycznego ani teoretycznego dowodu. Jest oczywiste, że gdy tylko „wolny” elektron opuści atom substancji, tworząc prąd elektryczny, z pewnością muszą nastąpić zmiany we właściwościach fizykochemicznych tej substancji (zgodnie z definicją), czego w przyrodzie nie obserwuje się . Założenie to potwierdziły eksperymenty niemieckiego fizyka Karla Viktora Eduarda Rikke: „przepływowi prądu przez metale (przewodniki pierwszego rodzaju) nie towarzyszy w nich zmiana chemiczna”. Obecnie zależność właściwości fizykochemicznych substancji od obecności jednego lub drugiego elektronu w atomie substancji została dobrze zbadana i potwierdzona eksperymentalnie, na przykład w pracy.

Pojawia się także wzmianka o eksperymentach przeprowadzonych po raz pierwszy w 1912 roku przez L. I. Mandelstama i N. D. Papaleksiego, lecz przez nich niepublikowanych. Cztery lata później (1916) R. C. Tolman i T. D. Stewart opublikowali wyniki swoich eksperymentów, które okazały się podobne do eksperymentów Mandelstama i Papaleksiego. We współczesnej fizyce eksperymenty te służą jako bezpośrednie potwierdzenie, że wolne elektrony należy uważać za nośniki prądu elektrycznego w metalu.

Aby zrozumieć niepoprawność tych eksperymentów, wystarczy rozważyć schemat i metodykę eksperymentu, w którym jako przewodnik wykorzystano cewkę indukcyjną, która obracała się wokół własnej osi i gwałtownie zatrzymywała. Cewkę połączono za pomocą styków ślizgowych z galwanometrem, który rejestrował występowanie inercyjnego pola elektromagnetycznego. Faktycznie można powiedzieć, że w tym eksperymencie rolę sił zewnętrznych tworzących PEM odegrała siła bezwładności, tzn. jeśli w metalu znajdują się nośniki ładunku swobodnego posiadające masę, to Oni musi przestrzegaćprawo bezwładności . Oświadczenie " Oni musi przestrzegaćprawo bezwładności ” błędne w tym sensie, że zgodnie z poziomowym podejściem do organizacji materii fizycznej elektrony, jako elementy poziomu „cząstek elementarnych”, podlegają jedynie prawom dynamiki elektro- i gazowej, tj. prawom mechaniki (Newton) nie mają do nich zastosowania.

Aby to założenie było przekonujące, rozważmy dobrze znany problem 3.1: obliczmy stosunek sił oddziaływania elektrostatycznego (Fe) i grawitacyjnego (Fgr) pomiędzy dwoma elektronami i pomiędzy dwoma protonami.

Rozwiązanie: dla elektronów Fe/Fgr = 4,10 42, dla protonów Fe/Fgr = 1,24,10 36, tj. wpływ sił grawitacyjnych jest na tyle mały, że nie ma potrzeby ich uwzględniania. To stwierdzenie jest prawdziwe również w przypadku sił bezwładności.

Oznacza to, że wyrażenie na SEM (zaproponowane przez R. C. Tolmana i T. D. Stewarta), oparte na jego definicji w kategoriach sił zewnętrznych Fsklep, działając na ładunki znajdujące się w przewodniku poddanym hamowaniu:

ε = 1/e ∫F sklep∙dl,

błędne w swoim sformułowaniu, gdyż Fsklep → 0.

Jednakże w wyniku przeprowadzonego eksperymentu zaobserwowano krótkotrwałe odchylenie igły galwanometru, co wymaga wyjaśnienia. Aby zrozumieć ten proces należy zwrócić uwagę na sam galwanometr, do którego wykorzystano tzw. galwanometr balistyczny. W instrukcji obsługi dostępna jest taka opcja.

Galwanometr balistyczny może służyć jako webermetr (tj. mierzyć strumień magnetyczny przez zamknięty przewodnik, taki jak cewka), w tym celu do styków galwanometru balistycznego podłącza się cewkę indukcyjną, która jest umieszczana w polu magnetycznym . Jeśli po tym gwałtownie wyjmiesz cewkę z pola magnetycznego lub obrócisz ją tak, aby oś cewki była prostopadła do linii pola, to możesz zmierzyć ładunek przechodzący przez cewkę na skutek indukcji elektromagnetycznej, ponieważ zmiana strumienia magnetycznego jest proporcjonalna do przepuszczonego ładunku; kalibrując odpowiednio galwanometr, można określić zmianę strumienia w Weberze.

Z powyższego wynika, że ​​zastosowanie galwanometru balistycznego jako webermetru odpowiada metodzie eksperymentu R. C. Tolmana i T. D. Stewarta w obserwacji prądu inercyjnego w metalach. Otwarte pozostaje pytanie o źródło pola magnetycznego, którym może być na przykład pole magnetyczne Ziemi. Wpływ zewnętrznego pola magnetycznego nie został uwzględniony i zbadany przez R. C. Tolmana i T. D. Stewarta, co doprowadziło do mitologizacji wyników eksperymentu.

Istota prądu elektrycznego. Z powyższego wynika, że ​​odpowiedź na pytanie, czym jest prąd elektryczny? jest także rozwiązaniem problemu nośnika ładunku elektrycznego. W oparciu o istniejące koncepcje tego problemu można sformułować szereg wymagań, jakie musi spełniać nośnik ładunku elektrycznego. Mianowicie: nośnikiem ładunku elektrycznego musi być cząstka elementarna; nośnik ładunku elektrycznego musi być elementem swobodnym i trwałym; Nośnik ładunku elektrycznego nie może niszczyć struktury atomu substancji.

Prosta analiza istniejących faktów pozwala stwierdzić, że powyższe wymagania spełnia tylko jeden element poziomu „cząstek elementarnych” materii fizycznej: cząstka elementarna – foton.

Połączenie fotonów wraz z ośrodkiem (eterem), w którym występują, tworzy gaz fotonowy.

Biorąc pod uwagę istotę fizyczną fotonu i powyższe informacje, możemy podać następującą definicję:

Prąd elektryczny to przepływ gazu fotonowego przeznaczony do przenoszenia energii.

Aby zrozumieć mechanizm przepływu prądu elektrycznego, rozważ dobrze znany model transportu metanu. Mówiąc najprościej, obejmuje główny rurociąg dostarczający metan ze złoża gazowego do miejsca konsumpcji. Aby metan mógł przejść rurociągiem głównym, musi zostać spełniony warunek: ciśnienie metanu na początku rurociągu musi być większe od ciśnienia metanu na jego końcu.

Przez analogię do transportu metanu rozważmy schemat przepływu prądu elektrycznego, składający się z baterii (źródła prądu elektrycznego) posiadającej dwa styki „+” i „-” oraz przewodnika. Jeśli podłączymy metalowy przewodnik do styków akumulatora, otrzymamy model ruchu prądu elektrycznego, podobny do transportu metanu.

Warunkiem istnienia prądu elektrycznego w przewodniku, analogicznie do modelu transportu metanu, jest obecność: źródła (gazu) podwyższonego ciśnienia, czyli źródła dużej koncentracji nośników ładunku elektrycznego; rurociąg - przewodnik; odbiornik gazu, tj. element zapewniający spadek ciśnienia gazu, tj. element (dren), który zapewnia zmniejszenie stężenia nośników ładunku elektrycznego.

Różnica między obwodami elektrycznymi a obwodami gazowymi, wodnymi itp. polega na tym, że źródło i odpływ są strukturalnie zrealizowane w jednym urządzeniu (źródło prądu chemicznego - akumulator, generator elektryczny itp.). Mechanizm przepływu prądu elektrycznego jest następujący: po podłączeniu przewodnika do akumulatora, na przykład chemicznego źródła prądu, w obszarze styku „+” (anodzie) zachodzi reakcja redukcji chemicznej, w wyniku której fotony powstają, czyli w strefie zwiększonego stężenia nośników powstaje ładunek elektryczny. Jednocześnie w strefie kontaktu „-” (katoda) pod wpływem fotonów, które w wyniku przepływu przez przewodnik znajdą się w tej strefie, zachodzi reakcja utleniania (zużycia fotonów), czyli strefa powstaje zmniejszone stężenie nośników ładunku elektrycznego. Nośniki ładunku elektrycznego (fotony) przemieszczają się wzdłuż przewodnika ze strefy o większym stężeniu (źródło) do strefy o niskim stężeniu (ujście). Zatem siłą zewnętrzną, czyli siłą elektromotoryczną (EMF), która dostarcza prąd elektryczny w obwodzie, jest różnica w stężeniu (ciśnieniu) nośników ładunku elektrycznego (fotonów), wynikająca z działania chemicznych źródeł prądu.

Okoliczność ta po raz kolejny podkreśla słuszność głównego wniosku dynamiki energii, zgodnie z którym pola siłowe (w tym pole elektryczne) są tworzone nie przez same masy, ładunki i prądy, ale przez ich nierównomierny rozkład w przestrzeni.

Na podstawie rozważanej istoty prądu elektrycznego absurdalność eksperymentu R. C. Tolmana i T. D. Stewarta dotyczącego obserwacji prądu inercyjnego w metalach jest oczywista. Obecnie nie ma metody generowania fotonów poprzez zmianę prędkości ruchu mechanicznego dowolnego makroskopowego ciała w przyrodzie.

Ciekawym aspektem powyższego przedstawienia prądu elektrycznego jest jego porównanie z omawianym w pracy przedstawieniem pojęcia „światła”: światło jest strumieniem gazu fotonowego... . Porównanie to pozwala nam stwierdzić: światło jest prądem elektrycznym. Różnica w tych koncepcjach polega jedynie na składzie widmowym fotonów tworzących światło lub prąd elektryczny, na przykład w metalowych przewodnikach. Aby lepiej zrozumieć tę okoliczność, rozważmy obwód generujący prąd elektryczny za pomocą baterii słonecznej. Strumień światła słonecznego (fotony w zakresie widzialnym) ze źródła (słońca) dociera do baterii słonecznej, która przekształca padający strumień światła na prąd elektryczny (przepływ fotonów), który przepływa przez metalowy przewodnik do odbiornika (dren). . W tym przypadku bateria słoneczna pełni rolę konwertera widma strumienia fotonów emitowanego przez słońce na widmo fotonów prądu elektrycznego w metalowym przewodniku.

wnioski. We współczesnej fizyce nie ma dowodów na to, że prąd elektryczny jest ukierunkowanym ruchem elektronów lub innych cząstek. Wręcz przeciwnie, współczesne koncepcje dotyczące elektronu, ładunku elektrycznego i eksperymenty Riecke pokazują błędność tej koncepcji prądu elektrycznego.

Uzasadnienie zestawu wymagań dla nośnika ładunku elektrycznego, biorąc pod uwagę jego istotę eterowo-dynamiczną, pozwoliło ustalić, że prąd elektryczny jest to strumień gazu fotonowego przeznaczony do przenoszenia energii.

Ruch prądu elektrycznego odbywa się z obszaru o wysokim stężeniu fotonów (źródło) do obszaru o niskim stężeniu (dren).

Do wytworzenia i utrzymania prądu w dowolnym ośrodku muszą zostać spełnione trzy warunki: utrzymanie (wytworzenie) dużej koncentracji fotonów w obszarze źródłowym, obecność przewodnika zapewniającego przepływ fotonów oraz utworzenie fotonu strefa zużycia w obszarze odpływu.

Elektryczność Elektron.

Bagotsky V. S., Skundin A. M. Chemiczne źródła prądu. – M.: Energoizdat, 1981. – 360 s.

Etkin V.A. Dynamika energii (synteza teorii przenoszenia i transformacji energii) - St.Petersburg, Nauka, 2008. 409 s.

Lyamin V. S., Lyamin D. V. O stałości prędkości światła.

Lyamin V.S. , Lyamin D. V. Lwów