Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!
Без електричество е невъзможно да си представим живота на съвременния човек. Volts, Amps, Watts - тези думи се говорят в разговор за устройства, които работят с електричество. Но какво е електрически ток и какви са условията за неговото съществуване? Ще опишем това допълнително, като предоставим кратко обяснение за начинаещите електротехници.дефиниция
Електрическият ток е насоченото движение на носителите на ток - това е стандартната формулировка от учебник по физика. От своя страна някои частици на материята се наричат носители на заряд. Те могат да бъдат:
- Електроните са отрицателни носители на заряд.
- Йони са положителни носители на заряд.
Но откъде идват доставчиците на такси? За да отговорите на този въпрос, трябва да запомните основните познания за структурата на веществото. Всичко, което ни заобикаля, е материя, тя се състои от молекули, най-малките частици от нея. Молекулите са съставени от атоми. Атомът се състои от ядро, около което електрони се движат в дадени орбити. Молекулите също се движат неравномерно. Движението и структурата на всяка от тези частици зависи от самата субстанция и от влиянието на околната среда върху нея, като температура, напрежение и други неща.
Йонът е атом, който е променил съотношението на електрони и протони. Ако атомът е първоначално неутрален, йоните на свой ред се разделят на:
- Анионите са положителният йон на атома, който е загубил електрони.
- Катионите са атом с „екстра” електрони, свързани с атом.
Единицата за измерване на тока е ампер, съгласно закона на Ом, тя се изчислява по формулата:
I = U / R,
където U е напрежение, [V] и R е съпротивление, [Ohm].
Или директно пропорционална на сумата на прехвърлената такса за единица време:
I = Q / t,
където Q е зарядът, [Cl], t е времето, [s].
Условия на електрически ток
Какво е електрически ток, ние измислихме, сега нека да поговорим за това как да се гарантира неговия поток. За потока на електрическия ток се изисква изпълнението на две условия:
- Наличието на безплатни носители на такси.
- Електрическо поле
Първото условие за съществуването и потока на електроенергия зависи от веществото, в което протича токът (или не тече), както и от неговото състояние. Второто условие също е осъществимо: съществуването на електрическо поле изисква съществуването на различни потенциали, между които има среда, в която ще текат носители на ток.
Напомняне: Напрежението, ЕМП - е потенциалната разлика. От това следва, че за да се изпълнят условията за съществуване на ток - наличието на електрическо поле и електрически ток - е необходимо напрежение. Те могат да бъдат плочи от зареден кондензатор, галванична клетка и ЕРС, произтичащи от магнитно поле (генератор).
Когато той възникне, ние разбрахме, да поговорим за това къде е насочен. Токът, предимно в обичайната ни употреба, се движи в проводниците (електрически проводници в апартамента, крушките с нажежаема жичка) или в полупроводници (светодиоди, процесор на вашия смартфон и друга електроника), по-рядко в газове (флуоресцентни лампи).
Така че в повечето случаи основните носители на заряд са електрони, те се движат от минус (точки с отрицателен потенциал) до положителни (точки с положителен потенциал, ще научите повече за това по-долу).
Интересно е обаче, че посоката на движение на тока е взета, за да се движат положителните заряди - от плюс към минус. Въпреки че всъщност всичко се случва обратното. Факт е, че решението за посоката на течението е било взето преди изучаването на неговата природа, както и преди това е било определено от кой ток тече и съществува.
Електрически ток в различни среди
Вече споменахме, че в различни среди електрическият ток може да варира според типа на носителите на заряд. Средата може да бъде разделена от естеството на проводимостта (низходяща проводимост):
- Проводник (метали).
- Полупроводници (силиций, германий, арсенид галий и др.).
- Диелектрик (вакуум, въздух, дестилирана вода).
В метали
В металите има свободни носители на заряд, понякога ги наричат "електрически газ". Откъде идват безплатните превозвачи на такси? Факт е, че метал, както всяко вещество, се състои от атоми. Атомите някак си се движат или се колебаят. Колкото по-висока е температурата на метала, толкова по-силно е движението. В този случай самите атоми като цяло остават на местата си, като всъщност образуват структурата на метала.
Обикновено има няколко електрона в електронните обвивки на атома, които имат сравнително слаба връзка с ядрото. Под влияние на температурата, химичните реакции и взаимодействието на примесите, които във всеки случай са в метала, електроните се отделят от атомите си, образуват се положителни йони. Откъснатите електрони се наричат свободни и се движат неравномерно.
Ако те са засегнати от електрическо поле, например, ако свържете батерия към парче метал, хаотичното движение на електрони ще стане подредено. Електроните от точката на свързване на отрицателния потенциал (катодът на галваничната клетка например) ще започнат да се придвижват до точка с положителен потенциал.
В полупроводниците
Полупроводниците са материали, в които в нормалното състояние няма свободни носители на заряд. Те са в така наречената забранена зона. Но ако приложите външни сили, като електрическо поле, топлина, различни излъчвания (светлина, радиация и т.н.), те преодоляват забранената зона и се преместват в свободна зона или зона на проводимост. Електроните се отделят от атомите си и стават свободни, образувайки йони - положителни носители на заряд.
Положителните носители в полупроводниците се наричат дупки.
Ако просто прехвърлите енергията на полупроводник, например го затоплите, ще започне хаотичното движение на носителите на заряд. Но ако говорим за полупроводникови елементи като диод или транзистор, тогава в противоположните краища на кристала (метализиран слой се прилага към тях и запоени) ще възникне ЕДС, но това не се отнася за темата на днешната статия.
Ако приложите източника на ЕМП към полупроводника, носителите на заряда също ще се преместят в зоната на проводимост и тяхното насочено движение ще започне - дупките ще отидат в страната с по-нисък електрически потенциал, а електроните - в страна с по-голям.
Във вакуум и газ
Вакуумът е среда с пълно (идеален случай) отсъствие на газове или минимизирано (в действителност) неговото количество. Тъй като няма вещество във вакуум, носителите на заряд не се вземат от. Притокът на ток във вакуум обаче бележи началото на електрониката и цяла епоха на електронни елементи - вакуумни тръби. Те са използвани през първата половина на миналия век, а през 50-те години започват постепенно да отстъпват мястото на транзисторите (в зависимост от специфичната област на електрониката).
Да предположим, че имаме съд, от който се изпомпва целият газ, т.е. в него има пълен вакуум. В съда се поставят два електрода, да ги наречем анод и катод. Ако свържем отрицателния потенциал на ЕМП източника към катода, а положителната страна към анода, нищо няма да се случи и няма да тече ток. Но ако започнем да нагряваме катода, токът ще започне да тече. Този процес се нарича термионна емисия - емисия на електрони от нагрята електронна повърхност.
Фигурата показва процеса на протичане на ток във вакуумна лампа. Във вакуумните тръби катодът се нагрява от близкия нишка в ориз (Н), например в осветителна лампа.
В този случай, ако промените полярността на захранването, приложете минус към анода и приложите плюс към катода - токът няма да тече. Това доказва, че токът във вакуум протича поради движението на електрони от катода към анода.
Газ, както и всяко вещество, се състои от молекули и атоми, което означава, че ако газът е под въздействието на електрическо поле, то при определена сила (йонизиращо напрежение) електроните ще се отделят от атома, след което и двете условия за потока на електрическия ток - полето и свободни медии.
Както вече споменахме, този процес се нарича йонизация. Това може да се случи не само от приложеното напрежение, но и при нагряване на газа, рентгеновите лъчи, под въздействието на ултравиолетовите и други неща.
Токът ще тече през въздуха, дори ако между електродите е монтиран фенер.
Потокът на ток в инертните газове се съпровожда от луминесценцията на газа, като това явление се използва активно в луминесцентни лампи. Потокът на електрически ток в газообразна среда се нарича газоразряд.
В течност
Да предположим, че имаме съд с вода, в който са поставени два електрода, към които е свързан източник на енергия. Ако водата е дестилирана, т.е. чиста и не съдържа примеси, тогава тя е диелектрик. Но ако добавим към водата сол, сярна киселина или друго вещество, ще се образува електролит и през него ще тече ток.
Електролитът е вещество, което провежда електрически ток поради дисоциация в йони.
Ако се добави меден сулфат към вода, слой от мед ще се утаи на един от електродите (катод) - това се нарича електролиза, което доказва, че електрическият ток в течността се дължи на движението на йони - положителни и отрицателни носители на заряд.
Електролизата е физикохимичен процес, който се състои в изолиране на компонентите на електролита от електродите.
Така се получава медно покритие, позлатяване и покритие с други метали.
заключение
За да обобщим, за потока на електрически ток се нуждаят от безплатни носители на заряд:
- електрони в проводници (метали) и вакуум;
- електрони и дупки в полупроводници;
- йони (аниони и катиони) в течности и газове.
За да може движението на тези носители да стане нормално, е необходимо електрическо поле. С прости думи - прилагайте напрежение в краищата на тялото или инсталирайте два електрода в среда, в която се очаква да тече електрически ток.
Също така трябва да се отбележи, че токът по определен начин влияе на веществото, има три вида ефекти:
- термичен;
- химически;
- физически.
И накрая, препоръчваме да прегледате полезния видеоклип, който обсъжда по-подробно условията за съществуването и потока на електрическия ток:
Полезно по темата:
- Съпротивление на проводника спрямо температурата
- Законът на Джаул-Ленц с прости думи
- Кой електрически ток е по-опасен за човек: пряк или променлив