Koks yra nukreiptas įkrautų dalelių judėjimas? Daugeliui tai nesuprantama sritis, tačiau iš tikrųjų viskas labai paprasta. Taigi, kai jie kalba apie kryptingą įkrautų dalelių judėjimą, jie turi omenyje srovę. Pažvelkime į pagrindines jo charakteristikas ir formuluotes, taip pat apsvarstykite saugos problemas dirbdami su juo.
Bendra informacija
Pradėkite nuo apibrėžimo. Elektros srove visada suprantamas tvarkingas (kryptinis) įkrautų dalelių judėjimas, kuris atliekamas veikiant elektriniam laukui. Kokius objektus galima laikyti šiuo atveju? Dalelės reiškia elektronus, jonus, protonus, skyles. Taip pat svarbu žinoti, koks yra srovės stiprumas. Tai įkrautų dalelių, tekančių laidininko skerspjūviu per laiko vienetą, skaičius.
Reiškinio pobūdis
Visos fizinės medžiagos yra sudarytos iš molekulių, susidarančių iš atomų. Jie taip pat nėra galutinė medžiaga, nes turi elementų (branduolių ir aplink jį besisukančių elektronų). Visas chemines reakcijas lydi dalelių judėjimas. Pavyzdžiui, dalyvaujant elektronams, vieni atomai patirs jų trūkumą, o kiti – perteklių. Šiuo atveju medžiagos turi priešingą krūvį. Jei jų kontaktas įvyksta, tada vieno elektronai linkę pereiti prie kito.
Tokia fizinė elementariųjų dalelių prigimtis paaiškina elektros srovės esmę. Šis kryptingas įkrautų dalelių judėjimas tęsis tol, kol vertės susilygins. Šiuo atveju pokyčių reakcija yra grandinė. Kitaip tariant, vietoj pasitraukusio elektrono į jo vietą ateina kitas. Pakeitimui naudojamos gretimo atomo dalelės. Tačiau grandinė tuo taip pat nesibaigia. Elektronas taip pat gali patekti į kraštutinį atomą, pavyzdžiui, iš neigiamo tekančios srovės š altinio poliaus.
Tokios situacijos pavyzdys yra baterija. Iš neigiamos laidininko pusės elektronai pereina į teigiamą š altinio polių. Kai baigiasi visos dalelės neigiamai užkrėstame komponente, srovė sustoja. Šiuo atveju sakoma, kad baterija išsikrovusi. Koks yra tokiu būdu judančių įkrautų dalelių kryptingo judėjimo greitis? Atsakyti į šį klausimą nėra taip paprasta, kaip gali pasirodyti iš pirmo žvilgsnio.
Streso vaidmuo
Kam naudojama ši sąvoka? Įtampa yra elektrinio lauko charakteristika, kuri yra potencialų skirtumas tarp dviejų jo viduje esančių taškų. Daugeliui tai gali pasirodyti painu. Kalbant apie nukreiptą (sutvarkytą) įkrautų dalelių judėjimą, reikia suprasti įtampą.
Įsivaizduokime, kad turime paprastą laidininką. Tai gali būti viela, pagaminta iš metalo, pavyzdžiui, vario arba aliuminio. Mūsų atveju tai nėra taip svarbu. Elektrono masė yra 9,10938215(45)×10-31kg. Tai reiškia, kad jis yra gana materialus. Tačiau laidininko metalas yra tvirtas. Kaip tada elektronai gali tekėti per jį?
Kodėl metalo gaminiuose gali būti srovė
Atsigręžkime į chemijos pagrindus, kurių kiekvienas turėjome galimybę išmokti mokykloje. Jeigu elektronų skaičius medžiagoje lygus protonų skaičiui, tai elemento neutralumas užtikrinamas. Remiantis periodiniu Mendelejevo įstatymu, nustatoma, su kokia medžiaga reikia elgtis. Tai priklauso nuo protonų ir neutronų skaičiaus. Neįmanoma ignoruoti didelio skirtumo tarp branduolio ir elektronų masių. Jei jie bus pašalinti, atomo svoris išliks praktiškai nepakitęs.
Pavyzdžiui, protono masė yra maždaug 1836 kartus didesnė už elektrono vertę. Tačiau šios mikroskopinės dalelės yra labai svarbios, nes jos gali lengvai palikti vienus atomus ir prisijungti prie kitų. Tuo pačiu metu jų skaičius sumažėja arba padidėjapakeisti atomo krūvį. Jei atsižvelgsime į vieną atomą, tada jo elektronų skaičius visada bus kintamas. Jie nuolat išvažiuoja ir grįžta. Taip yra dėl šiluminio judėjimo ir energijos praradimo.
Fizikinio reiškinio cheminis specifiškumas
Kai yra nukreiptas elektra įkrautų dalelių judėjimas, ar neprarandama atominė masė? Ar keičiasi dirigento sudėtis? Tai labai svarbi klaidinga nuomonė, kuri daugelį glumina. Atsakymas šiuo atveju yra tik neigiamas. Taip yra dėl to, kad cheminius elementus lemia ne jų atominė masė, o protonų, esančių branduolyje, skaičius. Elektronų/neutronų buvimas ar nebuvimas šiuo atveju neturi reikšmės. Praktiškai tai atrodo taip:
- Pridėkite arba atimkite elektronus. Pasirodo, jonas.
- Pridėkite arba atimkite neutronus. Pasirodo, izotopas.
Cheminis elementas nesikeičia. Tačiau su protonais situacija kitokia. Jei jis yra tik vienas, tada mes turime vandenilį. Du protonai – ir mes kalbame apie helią. Trys dalelės yra ličio. ir kt. Tie, kurie domisi tęsiniu, gali pasižiūrėti periodinę lentelę. Atminkite: nors srovė per laidininką praeina tūkstantį kartų, jos cheminė sudėtis nepasikeis. Bet galbūt kitaip.
Elektrolitai ir kiti įdomūs dalykai
Elektrolitų ypatumas yra tas, kad keičiasi jų cheminė sudėtis. Tada, veikiamas srovės,elektrolito elementai. Išnaudojus jų potencialą, nukreiptas įkrautų dalelių judėjimas sustos. Tokia padėtis susidarė dėl to, kad elektrolitų krūvininkai yra jonai.
Be to, yra cheminių elementų išvis be elektronų. Pavyzdys būtų toks:
- Atominis kosminis vandenilis.
- Visos medžiagos, kurios yra plazmos būsenoje.
- Dujos viršutiniuose atmosferos sluoksniuose (ne tik Žemėje, bet ir kitose planetose, kuriose yra oro masių).
- Greitintuvų ir greitintuvų turinys.
Taip pat reikėtų pažymėti, kad veikiamos elektros srovės kai kurios cheminės medžiagos gali tiesiogine prasme subyrėti. Gerai žinomas pavyzdys yra saugiklis. Kaip tai atrodo mikro lygiu? Judantys elektronai stumia atomus savo kelyje. Jei srovė yra labai stipri, tada laidininko kristalinė gardelė neatlaiko ir sunaikinama, o medžiaga išsilydo.
Atgal į greitį
Anksčiau šis klausimas buvo paviršutiniškai paliečiamas. Dabar pažvelkime į tai atidžiau. Pažymėtina, kad įkrautų dalelių kryptingo judėjimo elektros srovės pavidalu greičio samprata neegzistuoja. Taip yra dėl to, kad skirtingos vertybės yra susipynusios. Taigi, elektrinis laukas sklinda laidininku greičiu, artimu šviesos judėjimui, ty maždaug 300 000 kilometrų per sekundę.
Jos įtakoje visi elektronai pradeda judėti. Bet jų greitislabai mažas. Tai yra maždaug 0,007 milimetro per sekundę. Tuo pačiu metu jie taip pat atsitiktinai skuba šiluminiais judesiais. Protonų ir neutronų atveju situacija yra kitokia. Jie per dideli, kad su jais nenutiktų tokie patys įvykiai. Paprastai nereikia kalbėti apie jų greitį, artimą šviesos vertei.
Fiziniai parametrai
Dabar pažiūrėkime, koks yra įkrautų dalelių judėjimas elektriniame lauke fizikiniu požiūriu. Norėdami tai padaryti, įsivaizduokime, kad turime kartoninę dėžę, kurioje telpa 12 butelių gazuoto gėrimo. Tuo pat metu ten bandoma pastatyti kitą konteinerį. Tarkime, kad pavyko. Tačiau dėžė vos išliko. Kai bandote įdėti kitą butelį, jis sulūžta ir visi indai iškrenta.
Atitinkamą dėžutę galima palyginti su laidininko skerspjūviu. Kuo didesnis šis parametras (storesnis laidas), tuo daugiau srovės jis gali suteikti. Tai nustato, kokio tūrio gali būti nukreiptas įkrautų dalelių judėjimas. Mūsų atveju dėžutė, kurioje yra nuo vieno iki dvylikos butelių, gali lengvai atlikti savo paskirtį (nesprogs). Pagal analogiją galime pasakyti, kad laidininkas nedegs.
Jei viršysite nurodytą vertę, objektas suges. Laidininko atveju atsiras pasipriešinimas. Omo dėsnis labai gerai apibūdina kryptingą elektriškai įkrautų dalelių judėjimą.
Sąryšis tarp skirtingų fizinių parametrų
Dėžutėjeiš mūsų pavyzdžio galite įdėti dar vieną. Tokiu atveju į ploto vienetą galima dėti ne 12, o net 24 butelius. Pridedame dar vieną – ir jų yra trisdešimt šeši. Viena iš dėžių gali būti laikoma fiziniu vienetu, analogišku įtampai.
Kuo jis platesnis (taip sumažinamas pasipriešinimas), tuo daugiau butelių (kurie mūsų pavyzdyje pakeičia srovę) galima įdėti. Padidinus dėžių krūvą, ploto vienetui galite įdėti papildomų konteinerių. Tokiu atveju galia didėja. Tai nesuardo dėžutės (laidininko). Štai šios analogijos santrauka:
- Bendras butelių skaičius padidina galią.
- Talpyklų skaičius langelyje rodo esamą stiprumą.
- Dėžučių skaičius aukštyje leidžia spręsti apie įtampą.
- Dėžutės plotis leidžia suprasti pasipriešinimą.
Galimi pavojai
Jau aptarėme, kad kryptingas įkrautų dalelių judėjimas vadinamas srove. Reikėtų pažymėti, kad šis reiškinys gali būti pavojingas žmonių sveikatai ir net gyvybei. Štai elektros srovės savybių santrauka:
- Šildomas laidininkas, kuriuo jis teka. Jei buitinis elektros tinklas yra perkrautas, izoliacija palaipsniui apanglės ir trupės. Dėl to gali įvykti trumpasis jungimas, o tai labai pavojinga.
- Elektros srovė, tekant buitine technika ir laidais, susitinkaelementų formavimo medžiagų atsparumas. Todėl jis pasirenka kelią, kurio šio parametro reikšmė yra mažiausia.
- Jei įvyksta trumpasis jungimas, srovės stiprumas smarkiai padidėja. Tai išskiria didelį šilumos kiekį. Jis gali ištirpdyti metalą.
- Dėl drėgmės patekimo gali įvykti trumpasis jungimas. Anksčiau aptartais atvejais šalia esantys objektai užsidega, tačiau tokiu atveju visada kenčia žmonės.
- Elektros smūgis kelia didelį pavojų. Labai tikėtina, kad tai net mirtina. Žmogaus kūnu tekant elektros srovei, audinių varža labai sumažėja. Jie pradeda kaisti. Tokiu atveju ląstelės sunaikinamos, o nervų galūnės miršta.
Saugos problemos
Kad išvengtumėte elektros srovės poveikio, turite naudoti specialias apsaugos priemones. Darbai turi būti atliekami su guminėmis pirštinėmis, naudojant tos pačios medžiagos kilimėlį, išmetimo strypus, taip pat darbo vietų ir įrangos įžeminimo įrenginius.
Grandinės jungikliai su įvairia apsauga pasirodė esąs geras įrenginys, galintis išgelbėti žmogaus gyvybę.
Be to, dirbant nereikėtų pamiršti pagrindinių saugos priemonių. Kilus gaisrui elektros įrenginiuose, galima naudoti tik anglies dioksido ir miltelinius gesintuvus. Pastarieji rodo geriausią rezultatą kovojant su ugnimi, tačiau dulkėmis padengtos įrangos ne visada pavyksta atkurti.
Išvada
Naudodamiesi kiekvienam skaitytojui suprantamais pavyzdžiais, išsiaiškinome, kad tvarkingas kryptingas įkrautų dalelių judėjimas vadinamas elektros srove. Tai labai įdomus reiškinys, svarbus tiek iš fizikos, tiek iš chemijos pozicijų. Elektros srovė yra nenuilstantis žmogaus padėjėjas. Tačiau su juo reikia elgtis atsargiai. Straipsnyje aptariamos saugumo problemos, į kurias reikėtų atkreipti dėmesį, jei nėra noro mirti.
