Hvis det er frie ladningsbærere i et hvilket som helst medium (for eksempel elektroner i et metall), så er de ikke i ro, men beveger seg tilfeldig. Men du kan få elektronene til å bevege seg på en ryddig måte i en gitt retning. Denne rettede bevegelsen av ladede partikler kalles elektrisk strøm.
Innhold
Hvordan elektrisk strøm genereres
Hvis vi tar to ledere, og en av dem lades negativt (tilfører elektroner til den), og den andre lades positivt (tar bort noen av elektronene fra den), vil det oppstå et elektrisk felt. Hvis du kobler begge elektrodene med en leder, vil feltet tvinge elektronene til å bevege seg i motsatt retning av den elektriske feltvektoren, i samsvar med retningen til den elektriske kraftvektoren. Negativt ladede partikler vil bevege seg fra elektroden der de er i overkant til elektroden der de mangler.
For forekomst av elektronbevegelse er det ikke nødvendig å gi en positiv ladning til den andre elektroden. Det viktigste er at den negative ladningen til den første er høyere. Det er til og med mulig å lade begge lederne negativt, men den ene lederen må ha en ladning større enn den andre. I dette tilfellet snakker man om en potensialforskjell som forårsaker en elektrisk strøm.
Analogt med vann, hvis du kobler to kar fylt med vann til forskjellige nivåer, vil en strøm av vann vises. Trykket vil avhenge av forskjellen i nivåer.
Det er interessant at den kaotiske bevegelsen til elektroner under påvirkning av et elektrisk felt generelt er bevart, men den generelle bevegelsesvektoren til massen av ladningsbærere får en rettet karakter. Hvis den "kaotiske" komponenten av bevegelse har en hastighet på flere titalls eller til og med hundrevis av kilometer per sekund, er retningskomponenten flere millimeter per minutt. Men støtet (når elektronene beveger seg langs lederens lengde) forplanter seg med lysets hastighet, så de sier at den elektriske strømmen beveger seg med en hastighet på 3 * 108 m/sek.
I rammen av eksperimentet ovenfor vil strømmen i lederen ikke eksistere lenge - før overskuddselektronene i den negativt ladede lederen går tom, og antallet deres ved begge polene ikke er balansert. Denne tiden er liten - ubetydelige brøkdeler av et sekund.
Å gå tilbake til den opprinnelig negativt ladede elektroden og skape en overskuddsladning på bærerne gir ikke det samme elektriske feltet som flyttet elektronene fra minus til pluss. Derfor må det være en ytre kraft som virker mot styrken til det elektriske feltet og overgår det.I likhet med vann må det være en pumpe som pumper vann tilbake til det øvre nivået for å skape en kontinuerlig vannstrøm.
Gjeldende retning
Retningen fra pluss til minus tas som retningen til strømmen, det vil si at bevegelsesretningen til positivt ladede partikler er motsatt av elektronenes bevegelse. Dette skyldes det faktum at selve fenomenet elektrisk strøm ble oppdaget mye tidligere enn en forklaring på dens natur ble mottatt, og det ble antatt at strømmen går i denne retningen. På den tiden hadde et stort antall artikler og annen litteratur om dette emnet samlet seg, konsepter, definisjoner og lover dukket opp. For ikke å revidere en stor mengde allerede publisert materiale, tok vi rett og slett retningen til strømmen mot strømmen av elektroner.
Hvis strømmen flyter hele tiden i én retning (selv med endring i styrke), kalles det likestrøm. Hvis retningen endres, snakker vi om vekselstrøm. I praktisk anvendelse endres retningen i henhold til noen lov, for eksempel i henhold til en sinusformet. Hvis retningen til strømstrømmen forblir uendret, men den faller periodisk til null og øker til en maksimal verdi, snakker vi om en pulserende strøm (av forskjellige former).
Nødvendige forhold for å opprettholde elektrisk strøm i kretsen
Tre betingelser for eksistensen av en elektrisk strøm i en lukket krets er utledet ovenfor. De må vurderes mer detaljert.
Gratis ladebærere
Den første nødvendige betingelsen for eksistensen av en elektrisk strøm er tilstedeværelsen av gratis ladningsbærere. Ladninger eksisterer ikke separat fra deres bærere, så det er nødvendig å vurdere partikler som kan bære en ladning.
I metaller og andre stoffer med tilsvarende type ledningsevne (grafitt osv.) er dette frie elektroner. De samhandler svakt med kjernen, og kan forlate atomet og bevege seg relativt uhindret inne i lederen.
Frie elektroner fungerer også som ladningsbærere i halvledere, men i noen tilfeller snakker de om "hull"-ledningsevne for denne klassen av faste stoffer (i motsetning til "elektroniske"). Dette konseptet er bare nødvendig for å beskrive fysiske prosesser, faktisk er strømmen i halvledere den samme bevegelsen av elektroner. Materialer som elektroner ikke kan forlate atomet er dielektrikum. Det er ingen strøm i dem.
I væsker bærer positive og negative ioner ladning. Dette refererer til væsker - elektrolytter. For eksempel vann hvor salt er oppløst. I seg selv er vann elektrisk nokså nøytralt, men når faste og flytende stoffer kommer inn i det, løses de opp og dissosieres (dekomponeres) for å danne positive og negative ioner. Og i smeltede metaller (for eksempel i kvikksølv) er ladningsbærerne de samme elektronene.
Gasser er for det meste dielektriske. Det er ingen frie elektroner i dem - gasser består av nøytrale atomer og molekyler. Men hvis gassen er ionisert, snakker de om den fjerde aggregeringstilstanden av materie - plasma. En elektrisk strøm kan også flyte i den, den oppstår under den rettede bevegelsen av elektroner og ioner.
Også kan strøm flyte i et vakuum (virkningen av for eksempel vakuumrør er basert på dette prinsippet). Dette vil kreve elektroner eller ioner.
Elektrisk felt
Til tross for tilstedeværelsen av gratis ladebærere, er de fleste medier elektrisk nøytrale. Dette forklares av det faktum at negative (elektroner) og positive (protoner) partikler er plassert jevnt, og feltene deres kompenserer hverandre. For at et felt skal oppstå, må ladningene være konsentrert i et eller annet område. Hvis elektroner har samlet seg i området til én (negativ) elektrode, vil det være mangel på dem på den motsatte (positive) elektroden, og det vil oppstå et felt som skaper en kraft som virker på ladningsbærere og tvinger dem til å bevege seg.
Tredjeparts makt til å bære siktelser
Og den tredje betingelsen - det må være en kraft som bærer ladninger i retning motsatt retningen til det elektrostatiske feltet, ellers vil ladningene inne i det lukkede systemet raskt balansere. Denne fremmede kraften kalles den elektromotoriske kraften. Opprinnelsen kan være annerledes.
Elektrokjemisk natur
I dette tilfellet oppstår EMF som et resultat av forekomsten av elektrokjemiske reaksjoner. Reaksjoner kan være irreversible. Et eksempel er en galvanisk celle - et velkjent batteri. Etter at reagensene er oppbrukt, synker EMF til null, og batteriet "setter seg ned".
I andre tilfeller kan reaksjoner være reversible. Så i et batteri oppstår EMF også som et resultat av elektrokjemiske reaksjoner. Men etter fullføring kan prosessen gjenopptas - under påvirkning av en ekstern elektrisk strøm vil reaksjonene skje i omvendt rekkefølge, og batteriet vil igjen være klart til å gi strøm.
solcelle-natur
I dette tilfellet er EMF forårsaket av virkningen av synlig, ultrafiolett eller infrarød stråling på prosesser i halvlederstrukturer. Slike krefter oppstår i fotoceller ("solbatterier").Under påvirkning av lys genereres en elektrisk strøm i den eksterne kretsen.
termoelektrisk natur
Hvis du tar to forskjellige ledere, lodder dem og varmer opp krysset, vil en EMF vises i kretsen på grunn av temperaturforskjellen mellom det varme krysset (krysset til lederne) og det kalde krysset - de motsatte ender av lederne. På denne måten er det mulig ikke bare å generere strøm, men også måle temperaturen ved å måle emerging emf.
Piezoelektrisk natur
Oppstår når visse faste stoffer komprimeres eller deformeres. En elektrisk lighter fungerer etter dette prinsippet.
Elektromagnetisk natur
Den vanligste måten å generere strøm industrielt på er med en DC- eller AC-generator. I en DC-maskin roterer en rammeformet armatur i et magnetfelt og krysser kraftlinjene. I dette tilfellet oppstår en EMF, avhengig av rotasjonshastigheten til rotoren og den magnetiske fluksen. I praksis brukes et anker fra et stort antall svinger, og danner et flertall seriekoblede rammer. EMF som oppstår i dem legger opp.
PÅ dynamo samme prinsipp gjelder, men en magnet (elektrisk eller permanent) roterer inne i den faste rammen. Som et resultat av de samme prosessene i statoren, EMF, som har en sinusformet form. I industriell skala brukes AC-generering nesten alltid - det er lettere å konvertere det for transport og praktisk bruk.
En interessant egenskap til en generator er reversibilitet.Den består i det faktum at hvis spenning påføres generatorterminalene fra en ekstern kilde, vil rotoren begynne å rotere. Dette betyr at, avhengig av tilkoblingsskjemaet, kan den elektriske maskinen være enten en generator eller en elektrisk motor.
Dette er bare de grunnleggende konseptene for et slikt fenomen som elektrisk strøm. Faktisk er prosessene som skjer under den rettede bevegelsen av elektroner mye mer kompliserte. For å forstå dem kreves en dypere studie av elektrodynamikk.
Lignende artikler:
