Łatwa definicja prądu elektrycznego. Prąd i napięcie. Rodzaje i zasady. Działanie i charakterystyka

Prąd elektryczny to naładowane cząstki, które mogą poruszać się w sposób uporządkowany w dowolnym przewodniku. Ruch ten następuje pod wpływem pola elektrycznego. Pojawienie się ładunków elektrycznych następuje niemal stale. Jest to szczególnie widoczne, gdy różne substancje stykają się ze sobą.

Jeśli możliwy jest całkowity swobodny przepływ ładunków względem siebie, wówczas substancje te są przewodnikami. Jeżeli taki ruch nie jest możliwy, tę kategorię substancji uważa się za izolatory. Do przewodników zalicza się wszystkie metale o różnym stopniu przewodności, a także roztwory soli i kwasów. Izolatorami mogą być substancje naturalne w postaci ebonitu, bursztynu, różnych gazów i kwarcu. Mogą być pochodzenia sztucznego, na przykład PCV, polietylenu i innych.

Wartości prądu elektrycznego

Jako wielkość fizyczną prąd można mierzyć według jego podstawowych parametrów. Na podstawie wyników pomiarów określa się możliwość wykorzystania energii elektrycznej na danym obszarze.

Istnieją dwa rodzaje prądu elektrycznego - stały i przemienny. Pierwszy z nich pozostaje zawsze niezmienny w czasie i kierunku, w drugim przypadku zmiany tych parametrów zachodzą w określonym przedziale czasu.

Pierwsze odkrycia związane z działaniem elektryczności rozpoczęły się w VII wieku p.n.e. Starożytny grecki filozof Tales z Miletu odkrył, że bursztyn pocierany o wełnę jest w stanie przyciągać lekkie przedmioty. „Elektryczność” w tłumaczeniu z języka greckiego oznacza „bursztyn”. W 1820 roku André-Marie Ampère ustanowił prawo prądu stałego. Następnie wielkość prądu lub to, w czym mierzy się prąd elektryczny, zaczęto wyrażać w amperach.

Znaczenie terminu

Pojęcie prądu elektrycznego można znaleźć w każdym podręczniku fizyki. Prąd elektryczny- jest to uporządkowany ruch naładowanych elektrycznie cząstek w określonym kierunku. Aby zrozumieć przeciętnemu człowiekowi, czym jest prąd elektryczny, należy skorzystać ze słownika elektryka. W nim termin ten oznacza ruch elektronów przez przewodnik lub jonów przez elektrolit.

W zależności od ruchu elektronów lub jonów w przewodniku wyróżnia się: rodzaje prądów:

• stały;
• zmienny;
• okresowe lub pulsacyjne.

Podstawowe wielkości pomiarowe

Siła prądu elektrycznego- główny wskaźnik, którego elektrycy używają w swojej pracy. Natężenie prądu elektrycznego zależy od ilości ładunku przepływającego przez obwód elektryczny w określonym czasie. Im większa liczba elektronów przepływających od początku źródła do końca, tym większy będzie ładunek przenoszony przez elektrony.

Wielkość mierzona stosunkiem ładunku elektrycznego przepływającego przez przekrój cząstek w przewodniku do czasu jego przejścia. Ładunek mierzy się w kulombach, czas w sekundach, a jedną jednostkę przepływu elektrycznego określa się na podstawie stosunku ładunku do czasu (kulomb do sekundy) lub amperów. Wyznaczanie prądu elektrycznego (jego siły) następuje poprzez sekwencyjne połączenie dwóch zacisków w obwodzie elektrycznym.

Kiedy działa prąd elektryczny, ruch naładowanych cząstek odbywa się za pomocą pola elektrycznego i zależy od siły ruchu elektronów. Wartość, od której zależy praca prądu elektrycznego, nazywana jest napięciem i jest określana przez stosunek pracy prądu w określonej części obwodu do ładunku przepływającego przez tę część. Jednostkę miary woltów mierzy się woltomierzem, gdy dwa zaciski urządzenia są połączone równolegle z obwodem.

Wielkość oporu elektrycznego zależy bezpośrednio od rodzaju zastosowanego przewodnika, jego długości i przekroju. Jest mierzona w omach.

Moc określa się jako stosunek pracy wykonanej przez ruch prądów do czasu, w którym ta praca nastąpiła. Moc mierzona jest w watach.

Wielkość fizyczna, taka jak pojemność, jest określana przez stosunek ładunku jednego przewodnika do różnicy potencjałów między tym samym przewodnikiem a sąsiednim. Im niższe napięcie, gdy przewodniki otrzymują ładunek elektryczny, tym większa jest ich pojemność. Mierzy się go w faradach.

Ilość pracy wykonanej przez prąd elektryczny w określonym odcinku łańcucha oblicza się, korzystając z iloczynu prądu, napięcia i okresu czasu, w którym praca została wykonana. Ta ostatnia jest mierzona w dżulach. Działanie prądu elektrycznego określa się za pomocą miernika, który łączy odczyty wszystkich wielkości, a mianowicie napięcia, siły i czasu.

Techniki bezpieczeństwa elektrycznego

Znajomość zasad bezpieczeństwa elektrycznego pomoże zapobiec sytuacji awaryjnej oraz chronić zdrowie i życie ludzkie. Ponieważ prąd elektryczny ma tendencję do nagrzewania przewodnika, zawsze istnieje możliwość wystąpienia sytuacji niebezpiecznej dla zdrowia i życia. Aby zapewnić bezpieczeństwo w domu należy przestrzegać następujące proste ale ważne zasady:

1. Izolacja sieci musi być zawsze w dobrym stanie, aby uniknąć przeciążeń lub możliwości zwarć.
2. Wilgoć nie powinna dostawać się na urządzenia elektryczne, przewody, panele itp. Wilgotne środowisko powoduje również zwarcia.
3. Pamiętaj o uziemieniu wszystkich urządzeń elektrycznych.
4. Unikaj przeciążania przewodów elektrycznych, ponieważ istnieje ryzyko zapalenia się przewodów.

Środki bezpieczeństwa podczas pracy z energią elektryczną obejmują stosowanie gumowanych rękawic, rękawic z jednym palcem, mat, urządzeń wyładowczych, urządzeń uziemiających w miejscu pracy, wyłączników automatycznych lub bezpieczników z zabezpieczeniem termicznym i prądowym.

Doświadczeni elektrycy, gdy istnieje ryzyko porażenia prądem, pracują jedną ręką, a drugą trzymają w kieszeni. W ten sposób obwód ręka-ręka zostaje przerwany w przypadku mimowolnego dotknięcia ekranu lub innego uziemionego sprzętu. Jeżeli zapali się sprzęt podłączony do sieci, ogień gasić wyłącznie gaśnicami proszkowymi lub na dwutlenek węgla.

Zastosowanie prądu elektrycznego

Prąd elektryczny ma wiele właściwości, które pozwalają na wykorzystanie go w niemal wszystkich obszarach działalności człowieka. Sposoby wykorzystania prądu elektrycznego:

Energia elektryczna jest obecnie najbardziej przyjazną dla środowiska formą energii. We współczesnej gospodarce rozwój elektroenergetyki ma znaczenie planetarne. W przyszłości, w przypadku niedoboru surowców, wiodącą pozycję jako niewyczerpane źródło energii zajmie energia elektryczna.

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. Aby go oznaczyć, użyj litery I i zmierz ją 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 na samodzielne oderwanie 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

Jest to uporządkowany ruch niektórych naładowanych cząstek. Aby kompetentnie wykorzystać pełny potencjał energii elektrycznej, konieczne jest jasne zrozumienie wszystkich zasad budowy i działania prądu elektrycznego. Zastanówmy się więc, jaka jest praca i aktualna moc.

Skąd w ogóle bierze się prąd elektryczny?

Pomimo pozornej prostoty pytania, niewielu jest w stanie udzielić na nie zrozumiałej odpowiedzi. Oczywiście w dzisiejszych czasach, gdy technologia rozwija się z niewiarygodną szybkością, ludzie nie zastanawiają się zbyt wiele nad tak podstawowymi sprawami, jak zasada działania prądu elektrycznego. Skąd pochodzi prąd? Z pewnością wielu odpowie: „No cóż, oczywiście z gniazdka” lub po prostu wzruszy ramionami. Tymczasem bardzo ważne jest zrozumienie, jak działa prąd. Powinni o tym wiedzieć nie tylko naukowcy, ale także osoby niezwiązane ze światem nauki, ze względu na ich ogólny zróżnicowany rozwój. Ale nie każdy może kompetentnie korzystać z zasady działania prądu.

Najpierw więc powinieneś zrozumieć, że prąd nie pojawia się znikąd: jest wytwarzany przez specjalne generatory zlokalizowane w różnych elektrowniach. Dzięki obrotowi łopatek turbiny para powstająca podczas podgrzewania wody węglem lub olejem wytwarza energię, która następnie za pomocą generatora zamieniana jest na energię elektryczną. Konstrukcja generatora jest bardzo prosta: w środku urządzenia znajduje się ogromny i bardzo silny magnes, który wymusza przemieszczanie się ładunków elektrycznych po miedzianych drutach.

W jaki sposób prąd elektryczny dociera do naszych domów?

Po wygenerowaniu określonej ilości prądu elektrycznego przy użyciu energii (cieplnej lub jądrowej) można go dostarczyć ludziom. To zaopatrzenie w energię elektryczną działa w następujący sposób: aby prąd skutecznie dotarł do wszystkich mieszkań i firm, musi być „wypychany”. W tym celu będziesz musiał zwiększyć siłę, która to zrobi. Nazywa się to napięciem prądu elektrycznego. Zasada działania jest następująca: prąd przepływa przez transformator, co zwiększa jego napięcie. Następnie prąd elektryczny przepływa kablami zainstalowanymi głęboko pod ziemią lub na wysokości (ponieważ napięcie dochodzi czasami do 10 000 woltów, co jest śmiertelne dla ludzi). Kiedy prąd osiągnie swój cel, musi ponownie przejść przez transformator, który teraz obniży jego napięcie. Następnie przemieszcza się przewodami do zainstalowanych rozdzielnic w budynkach mieszkalnych lub innych budynkach.

Energię elektryczną przepływającą przewodami można wykorzystać dzięki systemowi gniazd, podłączając do nich urządzenia AGD. W ścianach znajdują się dodatkowe przewody, którymi przepływa prąd elektryczny, dzięki czemu działa oświetlenie i całe wyposażenie domu.

Jaka jest aktualna praca?

Energia przenoszona przez prąd elektryczny z czasem przekształca się w światło lub ciepło. Na przykład, kiedy włączamy lampę, elektryczna forma energii zamienia się w światło.

Mówiąc najprościej, pracą prądu jest działanie, które wytwarza sama elektryczność. Co więcej, można to bardzo łatwo obliczyć za pomocą wzoru. Na podstawie prawa zachowania energii możemy stwierdzić, że energia elektryczna nie uległa utracie, lecz została całkowicie lub częściowo przeniesiona do innej postaci, wydzielając pewną ilość ciepła. Ciepło to jest pracą wykonaną przez prąd przepływający przez przewodnik i podgrzewający go (następuje wymiana ciepła). Tak wygląda wzór Joule'a-Lenza: A = Q = U*I*t (praca jest równa ilości ciepła lub iloczynowi mocy prądu i czasu jego przepływu przez przewodnik).

Co oznacza prąd stały?

Prąd elektryczny jest dwojakiego rodzaju: przemienny i stały. Różnią się tym, że ten ostatni nie zmienia swojego kierunku, ma dwa zaciski (dodatni „+” i ujemny „-”) i zawsze rozpoczyna swój ruch od „+”. A prąd przemienny ma dwa zaciski - fazę i zero. Właśnie ze względu na obecność jednej fazy na końcu przewodnika nazywa się go również jednofazowym.

Zasady projektowania jednofazowego prądu przemiennego i stałego są zupełnie inne: w przeciwieństwie do prądu stałego, prąd przemienny zmienia zarówno swój kierunek (tworząc przepływ zarówno od fazy do zera, jak i od zera do fazy), jak i swoją wielkość. Na przykład prąd przemienny okresowo zmienia wartość swojego ładunku. Okazuje się, że przy częstotliwości 50 Hz (50 drgań na sekundę) elektrony zmieniają kierunek swojego ruchu dokładnie 100 razy.

Gdzie używany jest prąd stały?

Prąd elektryczny ma pewne cechy. Ze względu na to, że płynie ona ściśle w jednym kierunku, trudniej jest ją przekształcić. Następujące elementy można uznać za źródła prądu stałego:

• baterie (zarówno alkaliczne, jak i kwasowe);
• zwykłe baterie stosowane w małych urządzeniach;
• a także różne urządzenia, takie jak konwertery.

Działanie prądu stałego

Jakie są jego główne cechy? Jest to praca i aktualna moc, a oba te pojęcia są ze sobą bardzo ściśle powiązane. Moc odnosi się do prędkości pracy w jednostce czasu (na 1 s). Zgodnie z prawem Joule'a-Lenza stwierdzamy, że praca wykonana przez stały prąd elektryczny jest równa iloczynowi natężenia samego prądu, napięcia i czasu, w którym została wykonana praca pola elektrycznego w celu przeniesienia ładunków wzdłuż konduktora.

Oto wzór na znalezienie pracy prądu, biorąc pod uwagę prawo Ohma dotyczące rezystancji przewodników: A = I 2 *R*t (praca równa się kwadratowi prądu pomnożonemu przez wartość rezystancji przewodnika i ponownie pomnożona przez czas, w którym praca została wykonana).

Nie można sobie wyobrazić życia współczesnego człowieka bez prądu. Wolty, ampery, waty – te słowa można usłyszeć, gdy mówimy o urządzeniach zasilanych energią elektryczną. Czym jednak jest prąd elektryczny i jakie są warunki jego istnienia? Porozmawiamy o tym dalej, przedstawiając krótkie wyjaśnienie dla początkujących elektryków.

Definicja

Prąd elektryczny to ukierunkowany ruch nośników ładunku – to standardowe sformułowanie z podręcznika fizyki. Z kolei nośniki ładunku nazywane są pewnymi cząstkami materii. Mogą być:

• Elektrony są nośnikami ładunku ujemnego.
• Jony są nośnikami ładunku dodatniego.

Ale skąd pochodzą nośniki ładunku? Aby odpowiedzieć na to pytanie, trzeba pamiętać o podstawowej wiedzy o budowie materii. Wszystko, co nas otacza, jest materią; składa się z cząsteczek, najmniejszych cząstek. Cząsteczki składają się z atomów. Atom składa się z jądra, wokół którego elektrony poruszają się po określonych orbitach. Cząsteczki również poruszają się losowo. Ruch i struktura każdej z tych cząstek zależy od samej substancji i wpływu na nią środowiska, takiego jak temperatura, naprężenie i inne.

Jon to atom, którego stosunek elektronów i protonów uległ zmianie. Jeśli atom jest początkowo obojętny, wówczas jony z kolei dzielą się na:

• Anion to dodatni jon atomu, który utracił elektrony.
• Kationy to atom z „dodatkowymi” elektronami przyłączonymi do atomu.

Jednostką pomiaru prądu jest amper, według którego oblicza się go za pomocą wzoru:

gdzie U to napięcie, [V], a R to rezystancja, [Ohm].

Lub wprost proporcjonalna do ilości ładunku przeniesionego w jednostce czasu:

gdzie Q – ładunek, [C], t – czas, [s].

Warunki istnienia prądu elektrycznego

Ustaliliśmy, czym jest prąd elektryczny, teraz porozmawiajmy o tym, jak zapewnić jego przepływ. Aby prąd elektryczny mógł płynąć, muszą zostać spełnione dwa warunki:

1. Obecność przewoźników bezpłatnych.
2. Pole elektryczne.

Pierwszy warunek istnienia i przepływu prądu elektrycznego zależy od substancji, w której prąd płynie (lub nie płynie), a także od jego stanu. Możliwy jest również drugi warunek: dla istnienia pola elektrycznego wymagana jest obecność różnych potencjałów, pomiędzy którymi znajduje się ośrodek, w którym będą przepływać nośniki ładunku.

Przypomnijmy: Napięcie, pole elektromagnetyczne to różnica potencjałów. Wynika z tego, że aby spełnić warunki istnienia prądu - obecność pola elektrycznego i prądu elektrycznego, potrzebne jest napięcie. Mogą to być płytki naładowanego kondensatora, element galwaniczny lub pole elektromagnetyczne generowane pod wpływem pola magnetycznego (generator).

Ustaliliśmy, jak powstaje, porozmawiajmy o tym, dokąd jest skierowany. Prąd, głównie w naszym codziennym użyciu, płynie w przewodnikach (instalacja elektryczna w mieszkaniu, żarówki) lub w półprzewodnikach (diody LED, procesor smartfona i inna elektronika), rzadziej w gazach (lampy fluorescencyjne).

Zatem głównymi nośnikami ładunku są w większości przypadków elektrony; przemieszczają się one od minus (punkt o potencjale ujemnym) do plusa (punkt o potencjale dodatnim, dowiesz się więcej na ten temat poniżej).

Ciekawostką jest jednak to, że za kierunek ruchu prądu przyjęto ruch ładunków dodatnich - od plusa do minusa. Chociaż tak naprawdę wszystko dzieje się na odwrót. Faktem jest, że decyzję o kierunku prądu podjęto przed zbadaniem jego natury, a także zanim ustalono, w jaki sposób prąd płynie i istnieje.

Prąd elektryczny w różnych środowiskach

Wspomnieliśmy już, że w różnych środowiskach prąd elektryczny może różnić się rodzajem nośników ładunku. Media można podzielić ze względu na charakter ich przewodności (w malejącej kolejności przewodności):

1. Przewodnik (metale).
2. Półprzewodnik (krzem, german, arsenek galu itp.).
3. Dielektryk (próżnia, powietrze, woda destylowana).

W metalach

Metale zawierają wolne nośniki ładunku, czasami nazywane są „gazem elektrycznym”. Skąd pochodzą przewoźnicy bezpłatnie? Faktem jest, że metal, jak każda substancja, składa się z atomów. Atomy poruszają się lub wibrują w ten czy inny sposób. Im wyższa temperatura metalu, tym silniejszy jest ten ruch. Jednocześnie same atomy na ogół pozostają na swoich miejscach, faktycznie tworząc strukturę metalu.

W powłokach elektronowych atomu znajduje się zwykle kilka elektronów, których połączenie z jądrem jest raczej słabe. Pod wpływem temperatur, reakcji chemicznych i interakcji zanieczyszczeń, które tak czy inaczej znajdują się w metalu, elektrony są odrywane od ich atomów i powstają dodatnio naładowane jony. Odłączone elektrony nazywane są swobodnymi i poruszają się chaotycznie.

Jeśli na nie oddziałuje pole elektryczne, na przykład, jeśli podłączysz baterię do kawałka metalu, chaotyczny ruch elektronów stanie się uporządkowany. Elektrony z punktu, w którym podłączony jest potencjał ujemny (na przykład katoda ogniwa galwanicznego) zaczną przemieszczać się w kierunku punktu z potencjałem dodatnim.

W półprzewodnikach

Półprzewodniki to materiały, w których w stanie normalnym nie ma wolnych nośników ładunku. Znajdują się w tzw. strefie zabronionej. Jeśli jednak przyłożone zostaną siły zewnętrzne, takie jak pole elektryczne, ciepło, różne promieniowanie (światło, promieniowanie itp.), pokonują one pasmo wzbronione i przemieszczają się do wolnej strefy lub pasma przewodnictwa. Elektrony odrywają się od swoich atomów i stają się wolne, tworząc jony – nośniki ładunku dodatniego.

Dodatnie nośniki w półprzewodnikach nazywane są dziurami.

Jeśli po prostu przeniesiesz energię do półprzewodnika, na przykład podgrzejesz go, rozpocznie się chaotyczny ruch nośników ładunku. Ale jeśli mówimy o elementach półprzewodnikowych, takich jak dioda lub tranzystor, wówczas na przeciwległych końcach kryształu pojawi się pole elektromagnetyczne (nakładana jest na nie metalizowana warstwa i lutowane przewody), ale nie dotyczy to temat dzisiejszego artykułu.

Jeśli do półprzewodnika przyłożymy źródło pola elektromagnetycznego, wówczas nośniki ładunku również przesuną się do pasma przewodnictwa i rozpocznie się także ich ruch kierunkowy - dziury będą przemieszczać się w kierunku o niższym potencjale elektrycznym, a elektrony - w kierunku o mniejszym potencjale elektrycznym. wyższy.

W próżni i gazie

Próżnia to ośrodek, w którym występuje całkowity (w idealnym przypadku) brak gazów lub ich minimalna (w rzeczywistości) ilość. Ponieważ w próżni nie ma materii, nie ma miejsca, z którego mogłyby pochodzić nośniki ładunku. Jednak przepływ prądu w próżni zapoczątkował elektronikę i całą erę elementów elektronicznych – lamp próżniowych. Zaczęto je stosować już w pierwszej połowie ubiegłego wieku, a w latach 50. zaczęły stopniowo ustępować miejsca tranzystorom (w zależności od konkretnej dziedziny elektroniki).

Załóżmy, że mamy naczynie, z którego wypompowano cały gaz, tj. jest w nim kompletna próżnia. W naczyniu umieszczone są dwie elektrody, nazwijmy je anodą i katodą. Jeśli połączymy ujemny potencjał źródła pola elektromagnetycznego z katodą i dodatni potencjał z anodą, nic się nie stanie i prąd nie będzie płynął. Ale jeśli zaczniemy podgrzewać katodę, prąd zacznie płynąć. Proces ten nazywany jest emisją termionową – emisją elektronów z ogrzanej powierzchni elektronowej.

Rysunek przedstawia proces przepływu prądu w lampie próżniowej. W lampach próżniowych katoda jest podgrzewana przez pobliski żarnik na rysunku (H), na przykład w lampie oświetleniowej.

Jednocześnie, jeśli zmienisz polaryzację zasilania - przyłóż minus do anody, a plus do katody - prąd nie będzie płynął. To udowodni, że prąd w próżni płynie w wyniku ruchu elektronów z KATODY do ANODY.

Gaz, jak każda substancja, składa się z cząsteczek i atomów, co oznacza, że ​​jeśli gaz znajdzie się pod wpływem pola elektrycznego, to przy określonej sile (napięcie jonizacji) elektrony oderwą się od atomu, wówczas oba warunki przepływu prądu elektrycznego zostanie zaspokojone – media polowe i wolne.

Jak już wspomniano, proces ten nazywa się jonizacją. Może to nastąpić nie tylko w wyniku przyłożonego napięcia, ale także w wyniku podgrzania gazu, promieniowania rentgenowskiego, pod wpływem promieniowania ultrafioletowego i innych czynników.

Prąd będzie płynął przez powietrze, nawet jeśli pomiędzy elektrodami zainstalowany jest palnik.

Przepływowi prądu w gazach obojętnych towarzyszy luminescencja gazu; zjawisko to jest aktywnie wykorzystywane w świetlówkach. Przepływ prądu elektrycznego w ośrodku gazowym nazywa się wyładowaniem gazowym.

W płynie

Załóżmy, że mamy naczynie z wodą, w którym umieszczone są dwie elektrody, do których podłączone jest źródło prądu. Jeśli woda jest destylowana, to znaczy czysta i nie zawiera zanieczyszczeń, to jest dielektrykiem. Jeśli jednak dodamy do wody odrobinę soli, kwasu siarkowego lub innej substancji, powstaje elektrolit i zaczyna przez niego płynąć prąd.

Elektrolit to substancja przewodząca prąd elektryczny w wyniku dysocjacji na jony.

Jeśli dodasz siarczan miedzi do wody, na jednej z elektrod (katody) odłoży się warstwa miedzi - nazywa się to elektrolizą, co świadczy o tym, że prąd elektryczny w cieczy odbywa się w wyniku ruchu jonów - dodatnich i ujemnych nośniki ładunku.

Elektroliza to proces fizyczny i chemiczny polegający na oddzieleniu na elektrodach składników tworzących elektrolit.

W ten sposób następuje miedziowanie, złocenie i powlekanie innymi metalami.

Wniosek

Podsumowując, aby płynął prąd elektryczny, potrzebne są swobodne nośniki ładunku:

• elektrony w przewodnikach (metalach) i próżni;
• elektrony i dziury w półprzewodnikach;
• jony (aniony i kationy) w cieczach i gazach.

Aby ruch tych nośników był uporządkowany potrzebne jest pole elektryczne. Krótko mówiąc, przyłóż napięcie do końcówek ciała lub zainstaluj dwie elektrody w środowisku, w którym oczekuje się przepływu prądu elektrycznego.

Warto również zauważyć, że prąd wpływa na substancję w określony sposób, istnieją trzy rodzaje wpływu:

• termiczny;
• chemiczny;
• fizyczny.

Użyteczne